黃河沉積物向渤海灣擴(kuò)散的沉積地球化學(xué)示蹤

張愛濱，劉 明,3，廖永杰,4，張艷麗，范德江

(1.海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2.中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266100；3.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266061；4.國家海洋局海域管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116083)

黃河沉積物向渤海灣擴(kuò)散的沉積地球化學(xué)示蹤

張愛濱1,2，劉 明1,2,3，廖永杰1,2,4，張艷麗1,2，范德江1,2

(1.海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2.中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266100；3.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266061；4.國家海洋局海域管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116083)

使用ICP-AES和ICP-MS對(duì)渤海中部118°54′E左右南北向斷面的表層沉積物中53種常、微量及稀土元素進(jìn)行了測(cè)試，研究了其含量變化和分布特征，并進(jìn)行了物質(zhì)組成分析。研究表明：該區(qū)沉積物以B94站為界，南北差異明顯，南部區(qū)域沉積物以黏土質(zhì)粉砂為主，富集Al2O3，CaO，F(xiàn)e2O3，MgO，MnO，P2O5和TiO等常量元素以及絕大多數(shù)的微量元素和稀土元素等與細(xì)顆粒黏土礦物相關(guān)的元素；北部區(qū)域沉積物以粉砂-砂為主，富集SiO2，K2O和Na2O等常量元素以及Zr，Ba，Sr，Sb和Hf等微量元素，稀土元素相對(duì)虧損。物源對(duì)比表明南部沉積物具有黃河來源沉積物特點(diǎn)，北部沉積物具有灤河來源特點(diǎn)，兩者的分界大致在 38°42′N附近。河口動(dòng)力過程、渤海環(huán)流是影響該區(qū)沉積物擴(kuò)散的主要因素。

黃河沉積物；渤海灣；擴(kuò)散；物源；元素地球化學(xué)

元素地球化學(xué)是沉積物物質(zhì)組成的重要指標(biāo)之一，它的含量變化及分布規(guī)律可以反映沉積物的物質(zhì)來源，示蹤沉積物搬運(yùn)和沉積過程及污染物質(zhì)的遷移和積累等諸多方面。

渤海是一個(gè)半封閉的陸架邊緣海，僅通過渤海海峽與黃海相通。許多學(xué)者對(duì)渤海海域沉積物物質(zhì)來源、搬運(yùn)和沉積作用做了大量研究[1-4]。研究表明，其沉積物主要來自周邊的河流輸入、外海進(jìn)入和大氣沉降物質(zhì)，其中河流入海物質(zhì)的貢獻(xiàn)量最大，約占90%，每年由黃河、海河、灤河、薊運(yùn)河等輸入的泥沙達(dá)1.3×109t，僅黃河每年輸送的物質(zhì)就達(dá)1.08 ×109t，對(duì)渤海物質(zhì)分布起到控制作用[1,5-7]，同時(shí)沉積物的物質(zhì)組成和分布也受到了渤海環(huán)流和潮流、余流等的影響[8-9]。大多研究認(rèn)為，渤海中部沉積物多來源于黃河等環(huán)渤海灣河流的入海物質(zhì)，黃河入海物質(zhì)控制了渤海灣南部、萊州灣、渤海海峽南部以及從萊州灣向北到渤海中央的區(qū)域，對(duì)渤海沉積作用的影響最為顯著；灤河多年平均輸沙量為2 010 Mt，以砂質(zhì)沉積物為主，灤河對(duì)前三角洲和鄰近的渤海淺海供應(yīng)的沉積物不多，入海泥沙大多沉積在灤河口-曹妃甸一帶沿岸區(qū)域，而對(duì)渤海沉積的影響主要限制在近岸區(qū)域[1,4,10-11]；海河由渤海灣西北岸邊入海，年平均入海沙量僅為119 kt，輸入的泥沙顆粒很細(xì)，中值粒徑大都為5～ 20 μm，主要沉積在渤海灣西部近岸區(qū)域[7,12]。但目前為止，黃河物質(zhì)向北擴(kuò)散的范圍尚不明確，黃河與渤海灣北部河流(如灤河等)入海物質(zhì)的各自影響范圍也尚未能明確劃分。本文使用ICP-AES和ICP-MS對(duì)采自渤海中部118°54′E左右南北向斷面的表層沉積物進(jìn)行了53種常、微量及稀土元素的分析測(cè)試，研究了其含量變化和分布特征，探討了其所代表的地質(zhì)意義，試圖明確黃河和灤河物質(zhì)在該海域的影響范圍，為進(jìn)一步了解河流入海物質(zhì)的擴(kuò)散和沉積作用提供支持。

1 區(qū)域背景

渤海為東北-西南向的陸表海，周邊基本上被陸地環(huán)繞，只有東面通過狹窄的渤海海峽與黃海相連。渤海平均水深18 m，中央水深較大，可達(dá)30 m，最深處見于渤海海峽老鐵山水道，可達(dá)80 m；渤海地形平緩，平均坡度僅為0°0′28″。渤海的地理形態(tài)劃分了3個(gè)海灣：渤海灣、萊州灣和遼東灣。渤海灣位于秦皇島金山嘴和老黃河口連線以西海域，為一向西凹入的弧形淺水海灣， 最大深度約25 m(在灣口中部)，其面積約為1.5×104m2，約占渤海面積的20%。渤海灣的海底地形從灣頂向渤海中央傾斜，灣內(nèi)水深較淺，一般均小于20 m[1]。

渤海的潮流以半日潮流為主，流速一般為0.5～1.0 m/s，最強(qiáng)的潮流出現(xiàn)于老鐵山水道附近，為1.5～ 2.0 m/s，遼東灣次之，約為1.0 m/s，萊州灣僅為 0.5 m/s 左右[13]。進(jìn)入渤海的高鹽水在絕大多數(shù)情況下到達(dá)渤海西部近海時(shí)分成南北兩支，北支高鹽水沿遼東灣西岸北上，而遼東灣的低鹽水則沿東岸南下，這樣在渤海中部及遼東灣便形成一個(gè)順時(shí)針向的環(huán)流。南支高鹽水沿渤海北岸流入渤海灣，灣內(nèi)沿岸低鹽水則沿渤海灣南岸流出，灣內(nèi)海流呈逆時(shí)針向回轉(zhuǎn)；黃河沖淡水常擴(kuò)展到渤海灣南部區(qū)域，在洪水期有時(shí)甚至全部沖淡水都涌入渤海灣南部區(qū)域，因此渤海灣的環(huán)流是北部為逆時(shí)針向、南部為順時(shí)針向的雙環(huán)結(jié)構(gòu)[9]。在像渤海這樣的淺海系統(tǒng)中，沉積物的長期輸運(yùn)過程主要是靠環(huán)流的作用[1,7,9,13-14]。

渤海灣的沉積物主要來自周邊的河流入海物質(zhì)、外海進(jìn)入和大氣沉降物質(zhì)[10]，其中河流入海物質(zhì)對(duì)渤海沉積物的貢獻(xiàn)量大，約占 90%，以黃河、灤河、海河、薊運(yùn)河等為主。黃河是我國第二大河，平均每年攜帶大約1.08×109t泥沙進(jìn)入海洋，黃河入海泥沙多為細(xì)顆粒泥沙，94.2%的泥沙粒徑小于0.063 mm，是渤海灣海底沉積的重要物質(zhì)來源[1]。黃河泥沙入海后，大部分沉積在河口三角洲和近海海域，余者則在潮流和海流等因素的影響下，擴(kuò)散至較遠(yuǎn)的海區(qū)[15]。灤河全長1 200 km，年平均徑流量為4.6×109m3， 多年平均輸沙量為2 010 Mt, 但是沉積物以砂質(zhì)為主，細(xì)粒級(jí)物質(zhì)較少[16]。與黃河相比，灤河對(duì)前三角洲和鄰近的渤海淺海供應(yīng)的沉積物不多，入海泥沙大多沉積在灤河口-曹妃甸一帶沿岸區(qū)域，而對(duì)渤海沉積的影響主要限制在近岸區(qū)域[11]。 海河年平均徑流量為9.8×109m3，年平均輸沙量為6×106t，物質(zhì)顆粒相對(duì)較細(xì)。薊運(yùn)河無論就其徑流量，還是輸沙量，其規(guī)模遠(yuǎn)比海河小，入海物質(zhì)較細(xì)，多為黏土質(zhì)粉砂。渤海周圍沿岸河流每年向海輸入約1.3 Gt泥沙，但是絕大部分沉積在河口三角洲淺海海域。入海河流泥沙中細(xì)粒級(jí)部分直接或者通過底質(zhì)再懸浮的方式被搬運(yùn), 沉積在渤海泥質(zhì)沉積區(qū)，造成渤海泥質(zhì)區(qū)沉積速率相對(duì)較低，而且渤海泥質(zhì)區(qū)西南部和中部受黃河物質(zhì)的影響較強(qiáng)，北部沉積物在化學(xué)成分上與黃河入海物質(zhì)有一定差異[7]。

2 材料與分析方法

2.1 研究區(qū)與采樣

研究區(qū)位于渤海中部，樣品采自118°54′E附近自南向北的斷面上，具體站位見圖1(流系改自文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[9])。研究區(qū)水深在10～30 m。樣品使用挖泥斗獲得,采集后裝入聚乙烯瓶中帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè)。

2.2 分析方法

2.2.1 沉積物粒度測(cè)試

沉積物的粒度測(cè)試在中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測(cè)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為英國Malvern公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度分布測(cè)量儀。采集粒級(jí)間隔Ф/4，重復(fù)測(cè)試的相對(duì)誤差<2%。粒度參數(shù)的計(jì)算采用Folk和Ward的公式。

圖1 研究區(qū)及采樣站位圖Fig.1 The study area and locations of sampling sites

2.2.2 沉積物中元素分析

將樣品置于瑪瑙研缽中研磨至200目，于110 ℃烘干3 h，轉(zhuǎn)移至密封干燥器中冷卻平衡后，準(zhǔn)確稱取50.00 mg(49～51)樣品于聚四氟乙烯溶樣內(nèi)膽中，加入1.50 mL經(jīng)亞沸蒸餾的高純HNO3、1.50 mL經(jīng)亞沸蒸餾的高純HF搖勻。將溶樣內(nèi)膽密封放入不銹鋼外套中，旋緊外套蓋后放入干燥箱，在190 ℃保持48 h以上，冷卻后取出溶樣內(nèi)膽，置于電熱板上蒸至濕鹽狀，再加入1 mL經(jīng)亞沸蒸餾的HNO3蒸干(以除去殘余的HF)，然后加入3 mL經(jīng)亞沸蒸餾的高純HNO3配制的1∶1硝酸溶液，于150 ℃保持24 h，以保證對(duì)樣品的完全提取。

以沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07311，GBW07314制備標(biāo)準(zhǔn)溶液，來繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，同時(shí)以GBW07309作為監(jiān)控樣品，用Optima 4300DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES，美國PE公司制造)測(cè)定了Al2O3，CaO，TFe2O3，K2O，MgO，MnO，Na2O，P2O5，TiO2，Ba，Cr，Sr，V，Zn和Zr，用7500C電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，美國安捷倫公司生產(chǎn))測(cè)定了Li，Be，Co，Ni，Cu，Ga，Ge，Rb，Nb，Mo，Cd，In，Sb，Cs，Hf，Ta，W，Pb，Bi，Th，U，Sc，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu和Y。所測(cè)元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于10%，符合要求。

臨床上主要以藥物療法來治療冠心病合并心衰，治療目的是改善血流動(dòng)力學(xué)、降低血脂和血液黏稠度，從而達(dá)到延緩病情的目的。通過促進(jìn)阻塞或狹窄的血管側(cè)支循環(huán)來加大機(jī)體冠脈的血流量，通過擴(kuò)張血管來減輕心臟負(fù)荷，最終達(dá)到改善心臟功能的目的。傳統(tǒng)的藥物療法主要是減少耗氧量，改善患者的冠脈供血和供氧能力，但是缺少了對(duì)患者心肌細(xì)胞的保護(hù)，也沒有促進(jìn)能量代謝，在冠心病發(fā)展到晚期時(shí)，傳統(tǒng)的藥物療法很難徹底改善冠脈的供氧和血供。目前臨床上主要采用強(qiáng)心劑、利尿劑和受體拮抗劑等治療心衰，這些治療雖然可以改善患者的臨床癥狀和心功能，但也存在一些不足之處。

3 結(jié) 果

3.1 典型斷面的沉積物類型和粒度特征

研究斷面沉積物的平均粒徑見表1，沉積物主要以粘土質(zhì)粉砂-粉砂為主，分選較差，總體上為南部沉積物較細(xì)，北部沉積物稍粗。B94，B92，B124三站沉積物以粉砂為主，其余站位主要為黏土質(zhì)粉砂。

表1 研究區(qū)表層沉積物粒度特征

注：空白處無數(shù)據(jù)

3.2 典型斷面沉積物元素地球化學(xué)組成

3.2.1 常量元素地球化學(xué)特征

研究斷面沉積物中常量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其變化見圖2。這10種組分約占沉積物總量的91.37%(平均值)，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是SiO2，平均為60.46%，其次是Al2O3，平均為12.87%。同時(shí)，為了消除沉積物粒度變化對(duì)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，本文計(jì)算了各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)與Al2O3的比值(圖2)。

圖2 研究斷面表層沉積物中常量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及Al標(biāo)準(zhǔn)化變化圖Fig.2 The contents and Al contents of major elements in the studied sections of the surface sediments

通過Pearson相關(guān)性分析可以看出(表2)，SiO2與其它常量元素均呈顯著的負(fù)相關(guān)，這是由于SiO2的“稀釋劑”作用導(dǎo)致的[17-18]，該元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)南部較低，北部較高的趨勢(shì)。Al2O3與CaO，F(xiàn)e2O3，K2O，MgO，MnO，Na2O，P2O5，TiO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，它們應(yīng)與黏土礦物等細(xì)顆粒組分密切相關(guān)。

表2 常量元素之間的相關(guān)性分析(n=11)

注: *代表在0.05的顯著性水平上相關(guān)性明顯(雙尾檢驗(yàn))；**代表在0.01的顯著性水平上相關(guān)性明顯(雙尾檢驗(yàn))

未經(jīng)過Al標(biāo)準(zhǔn)化之前SiO2南低北高，Al2O3，CaO，F(xiàn)e2O3，MgO，MnO，K2O，P2O5，TiO等質(zhì)量分?jǐn)?shù)具有相同的變化趨勢(shì)，都為南高北低；Na2O南北差異不明顯。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化之后，MnO，P2O5的差異消失，其他元素南北差異突出，特別是K2O，Na2O反而表現(xiàn)出南低北高的趨勢(shì)，界限位于B94處。B123站位于近岸區(qū)域，可能還受到近岸侵蝕物質(zhì)的影響。

3.2.2 微量元素地球化學(xué)特征

研究斷面29種微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化如圖3所示，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的是Ba，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為537.3×10-6，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低的是In，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06×10-6。同樣，為消除粒度的影響，微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也進(jìn)行了Al標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算(圖3)。

2.2.3 稀土元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)稀土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表3所示，其變化范圍在(105.73～228.82)×10-6，平均188.52×10-6，略高于中國大陸架沉積物中稀土元素的平均豐度(156×10-6)，與黃土的平均豐度較為接近[19]，處于全球沉積物平均稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(150～300)×10-6的較低值。與中國其他海區(qū)相比，高于黃海、 東海表層沉積物的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(黃海為134.03×10-6， 東海為140.03×10-6) ，而與南海表層沉積物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(187.58×10-6)相當(dāng)。與前人研究相比(229.29 ×10-6)，本次研究渤海表層沉積物稀土元素(REE)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低[20]。 稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化大體呈現(xiàn)南高北低的模式，B94站以南的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高且較為一致，北部的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，沉積物中輕稀土元素(LREE)相對(duì)富集，重稀土元素(HREE)相對(duì)虧損，符合邊緣海(陸架)沉積物的稀土元素組成與配分形式[21-22]。

圖3 研究斷面表層沉積物中微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及Al標(biāo)準(zhǔn)化變化圖Fig.3 The contents and Al contents of trace elements in the studied sections of the surface sediments

站 位LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu∑REE∑LREE∑HREE42142．8584．689．8536．286．951．416．030．965．310．992．850．472．710．50201．39182．0219．8241846．7593．2310．9840．677．781．626．871．096．281．203．330．553．110．50223．51201．0322．9341445．4989．7610．5238．877．311．546．351．055．861．082．940．472．870．50214．16193．4921．1241148．6196．0311．2440．827．931．616．891．096．221．163．200．563．170．50228．58206．2422．7976346．0391．5810．8039．907．571．556．601．035．811．063．050．502．900．50218．43197．4321．45B2844．5088．4210．3538．347．241．526．430．995．591．032．980．502．970．50210．91190．3720．99B9646．8792．8710．8340．087．631．606．671．025．901．073．080．513．030．50221．21199．8821．78B9427．6953．376．3623．084．241．203．900．623．750．702．060．342．030．30129．37115．9413．70B9222．9243．785．3319．483．501．043．030．462．650．481．400．231．430．20105．7596．059．88B12425．9548．575．5920．543．711．023．170．472．720．511．440．251．560．20115．52105．3810．32B12343．4085．5810．1737．467．051．526．030．965．550．992．880．472．780．50204．89185．1820．16最大值48．6196．0311．2440．827．931．626．891．096．281．203．330．563．170．50228．82206．2422．99最小值22．9243．785．3319．483．501．023．030．462．650．481．400．231．430．20105．7396．059．88平均值40．1078．909．2734．146．451．425．630．895．060．932．660．442．600．43188．52170．2718．63

本文采用北美頁巖中稀土元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值對(duì)研究斷面沉積物稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)果見圖4。由圖可見，研究區(qū)表層沉積物稀土元素分布模式大體相同，均表現(xiàn)為(La/Yb)N比值近于1，整個(gè)曲線近于平坦。但B94，B92，B124三站位于下部，比值均小于1，其余站位位于上部，比值多大于1。在北美頁巖平均值標(biāo)準(zhǔn)化情況下計(jì)算了樣品δEu值，B94，B92，B124的值在1.3～1.4，B123站的值為1.02，其余站位的值在0.96～0.99，相對(duì)于北美頁巖沉積物，研究區(qū)北部站位出現(xiàn)了Eu的正異常，而南部未出現(xiàn)明顯的異常。研究認(rèn)為控制沉積物中REE組成最主要的因素是物源[23]，因而研究區(qū)沉積物以B94站為界，南北兩區(qū)域的物質(zhì)來源具有顯著區(qū)別，應(yīng)分別主要以黃河物質(zhì)和灤河物質(zhì)為主。

圖4 研究斷面沉積物稀土元素北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化配分模式 Fig.4 REEs standard curve of North American shale in the studied sediment sections

4 討 論

4.1 沉積物物質(zhì)來源識(shí)別

因流域的地質(zhì)背景關(guān)系，黃河源物質(zhì)主要來自黃土高原，因而常量元素中CaO含量較高，且黃河沉積物的顆粒較細(xì)。而灤河源物質(zhì)相對(duì)較粗，SiO2含量較高；且因燕山地區(qū)作為灤河主要源區(qū)，富含中酸性長英質(zhì)物質(zhì)，導(dǎo)致灤河沉積物相對(duì)富集Na,K等元素[12，24-25]。消除粒度影響后的分布趨勢(shì)表明，研究區(qū)以B94站為界，常量元素中南部區(qū)域CaO含量較高，SiO2,K2O和Na2O含量較低，北部區(qū)域則相反。而海河源沉積物顆粒較細(xì)，SiO2含量低，顯然北部含有高SiO2含量的粗顆粒沉積物則主要來自灤河源物質(zhì)，而南部主要是受到黃河源物質(zhì)的影響。

灤河物質(zhì)主要來自流域的前古生代變質(zhì)巖系，古-中-新生代的砂頁巖和灰?guī)r等沉積巖系以及中、酸性的火山巖系和廣布的燕山花崗巖的風(fēng)化產(chǎn)物，以穩(wěn)定礦物(鈦鐵礦、磁鐵礦)和極穩(wěn)定礦物(鋯石)含量高為特點(diǎn)[16,25]，與黃河沉積物相比，灤河物質(zhì)的顆粒粒徑明顯較大，且具有較高的Zr，Hf，Sr和Ba等元素的含量[12, 24-26]。這些元素在B94站以南區(qū)域含量較低，而北部則含量較高。上述元素多賦存在大顆粒的重礦物顆粒中，因此可以認(rèn)為代表了灤河源的物質(zhì)。Al2O3及其與之相關(guān)性較高的元素大多富集在細(xì)顆粒沉積物中，代表了黃河源物質(zhì)的影響，同樣也顯示了以B94站為界限的分布趨勢(shì)，表明了黃河物質(zhì)在該站以南的控制作用。

稀土元素的配分模式也表現(xiàn)出了以B94站為界的顯著差異，(La/Yb)N比值表現(xiàn)為南高北低，δEu值在北部為正異常，同樣表明了南北沉積物物質(zhì)來源的差異。

綜上所述，常量元素SiO2，K2O，Na2O，CaO和MgO，微量元素Zr，Ba，Sr，Sb和Hf以及稀土元素配分模式都指示存在明顯的南北差異，這些元素可作為區(qū)分黃河來源和灤河來源物質(zhì)的指標(biāo)。

4.2 黃河沉積物向渤海灣擴(kuò)散范圍分析

以上研究表明，以B94站為界，南部區(qū)域相對(duì)富集CaO，F(xiàn)e2O3，MgO以及稀土元素，其沉積物來源與黃河沉積物關(guān)系密切；北部區(qū)域則相對(duì)富集SiO2，K2O，Na2O和Zr，Ba，Sr，Sb，Hf等元素，且δEu表現(xiàn)為正異常，表明了灤河物質(zhì)對(duì)該區(qū)域的影響。

黃河、灤河主要輸沙出現(xiàn)在夏、秋時(shí)的豐水期，該時(shí)段波浪作用弱，入海的沉積物大部分沉積于河口處，少部分向較遠(yuǎn)處擴(kuò)散?，F(xiàn)行黃河入海水沙調(diào)查研究表明：水沙入海后有3個(gè)擴(kuò)散方向，即東北向、西北向和東南向，其中東北向和西北向的運(yùn)移的物質(zhì)可能影響本區(qū)[2, 15, 27]。需要特別注意的是切變鋒對(duì)河口泥沙的向海傳輸有重要的影響，它的發(fā)育導(dǎo)致河口泥沙局限于切變鋒的向岸一側(cè)，并且隨落潮流向北側(cè)傳輸，少量泥沙隨漲潮流沿岸向南傳輸[27]。相對(duì)于黃河，灤河入海沉積物少、沉積物粒級(jí)組成較粗[7,16]，其入海沉積物主要沉積于水下三角洲以及附近海域。

再懸浮沉積物是該區(qū)沉積物重新分配的重要因素。夏季風(fēng)浪弱，黃河、灤河入海沉積物局限于河口三角洲及其附近海域；冬季風(fēng)浪作用強(qiáng)烈，夏季沉積的物質(zhì)以及老三角洲物質(zhì)發(fā)生侵蝕，再懸浮物質(zhì)一方面向淺海方向擴(kuò)散，另一方面則隨著渤海環(huán)流向遠(yuǎn)處搬運(yùn)。向淺海方向擴(kuò)散的程度和范圍與該區(qū)的地形以及波浪、潮汐密切相關(guān)，相對(duì)沉積物顆粒較粗、影響范圍有限。但是，隨著環(huán)流擴(kuò)散的沉積物顆粒細(xì)、影響范圍廣。黃河再懸浮沉積物隨沿岸流向東偏南方向搬運(yùn)，部分再懸浮物質(zhì)經(jīng)山東半島、過渤海海峽、最終進(jìn)入黃海；灤河三角洲(包括古灤河三角洲)再懸浮沉積物則主要隨著遼東灣西側(cè)的沿岸流向渤海灣中部及秦皇島方向輸運(yùn)，進(jìn)入遼東灣海域(圖1)。

黃河、灤河入海沉積物主要沉積于河口附近，其再懸浮物質(zhì)的擴(kuò)散和搬運(yùn)又受到渤海環(huán)流體系的控制，結(jié)果使得研究區(qū)內(nèi)黃河沉積物局限于渤海灣南部，灤河沉積物局限于渤海灣北部。

5 結(jié) 論

1)渤海中部表層沉積的物物質(zhì)組成和元素地球化學(xué)特征南北差異明顯。以B94站為界，南部區(qū)域沉積物以粘土質(zhì)粉砂為主，北部區(qū)域則以粉砂-砂為主。南部區(qū)域相對(duì)富集與細(xì)顆粒黏土礦物相關(guān)的元素，如Al2O3，CaO，F(xiàn)e2O3，MgO，MnO，P2O5和TiO等常量元素、絕大多數(shù)的微量元素和稀土元素等；而北部則相對(duì)富集SiO2，K2O，Na2O等常量元素及Zr，Ba，Sr，Sb，Hf等微量元素，稀土元素相對(duì)虧損。

2)研究區(qū)沉積物具有不同的物質(zhì)來源，南部沉積物以黃河來源為主，而北部沉積物具有顯著的灤河來源特點(diǎn)，北端近岸海域個(gè)別站位還受到沿岸陸源的影響。黃河來源沉積物、灤河來源沉積物的分界大致在38°42′N附近。河口動(dòng)力過程、渤海環(huán)流是影響該區(qū)沉積物擴(kuò)散的主要因素。

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Received: December 4, 2013

The Sedimentary Geochemical Trace of the Yellow River Sediments Diffusion in the Bohai Bay

ZHANG Ai-bin1,2，LIU Ming1,2,3，LIAO Yong-jie1,2,4，ZHANG Yan-li1,2，F(xiàn)AN De-jiang1,2

(1.KeyLaboratoryofSubmarineGeosciencesandTechnologyofMinistryofEducation, Qingdao 266100, China;2.CollegeofMarineGeosciences,OceanUniversityofChina, Qingdao 266100, China;3.KeyLaboratoryofMarineSedimentology&EnvironmentalGeology,SOA, Qingdao 266061, China;4.KeyLaboratoryofSea-areaManagementTechnology,SOA，Dalian 116083,China)

The 53 major, trace elements and REEs of the surface sediments collected near 118°54′ E in the central Bohai Bay were tested using ICP-AES and ICP-MS. Their contents, spatial distributions and the sediment compositions were analyzed. The results showed that the sediments in studied area were quite different between the north and south regions with B94 station as a boundary. In the southern region, sediments were mainly clayey silt enriched in Al2O3,CaO, Fe2O3, MgO, MnO, P2O5, TiO and the vast majority of the trace elements and rare earth elements associated with the fine particles of clay minerals. Meanwhile, the northern region was mainly the silt-sand sediments enriched in the major elements of SiO2, K2O, Na2O and the trace elements of Zr, Ba, Sr, Sb, Hf etc., and was relatively deficit in REEs. The comprehensive provenance analysis showed that, the southern region sediments were mainly affected by the Yellow River sediments, while the sediments in the north region were mainly come from the Luanhe River. The boundary was roughly near 38°42′ N. The estuarine dynamic process and the circulation in Bohai sea is the main factor affecting the sediment diffusion in this area.

Yellow River sediments; Bohai Bay; diffusion; provenance; geochemistry

2013-12-04

海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金——渤海強(qiáng)烈人類活動(dòng)區(qū)重金屬沉積記錄研究(MASEG201204)；國家海洋局海域管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目——圍填海對(duì)周邊海域沉積環(huán)境影響的沉積學(xué)評(píng)價(jià)模型研究(201203)；國家海洋局海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)——海洋底質(zhì)環(huán)境多元地球化學(xué)評(píng)價(jià)技術(shù)及其在典型區(qū)的示范應(yīng)用(201105003-06)

張愛濱(1959-)，男，福建南靖人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事儀器分析和海洋地球化學(xué)方面研究. E-mail: a.b.zhang@tom.com

(張 騫 編輯)

P736.2

A

1671-6647(2015)02-0246-11