萊州灣7000年以來沉積地球化學(xué)記錄及其地質(zhì)意義?

張 盼， 胡日軍，2， 朱龍海，2??， 張 偉， 金玉休， 岳娜娜

(1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院， 山東 青島 266100； 2.中國海洋大學(xué)海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山東 青島 266100； 3.青島海洋地質(zhì)工程勘察院， 山東 青島 266071； 4.國家海洋局第一海洋研究所， 山東 青島 266061)

海洋沉積物中保存著其形成時(shí)代豐富的氣候和沉積環(huán)境信息，同時(shí)也是陸源物質(zhì)源匯過程和陸海相互作用的集中體現(xiàn)[1-2]。研究沉積物中的地球化學(xué)成分可以有效揭示沉積物來源、沉積環(huán)境和古海洋學(xué)事件[3-4]。

萊州灣是中國渤海三大海灣之一，以黃河三角洲與渤海灣相隔，灣內(nèi)小河流眾多，其陸海相互作用下的沉積過程及晚第四紀(jì)以來沉積環(huán)境演變一直是地質(zhì)學(xué)界關(guān)注的焦點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代以來，諸多學(xué)者從元素地球化學(xué)、地層學(xué)、微體古生物學(xué)、孢粉學(xué)等方面對萊州灣南部和西部晚第四紀(jì)以來的海相地層、沉積古環(huán)境及其演變進(jìn)行了研究[5-11]。研究認(rèn)為，萊州灣地區(qū)在早全新世8～7 ka B.P.為低海平面時(shí)期，之后海平面緩慢上升，在6 ka B.P.左右海侵達(dá)到最大范圍，氣候溫暖濕潤，在4.5 ka B.P.左右出現(xiàn)明顯降溫事件，其后海平面緩慢下降[12-13]。目前，關(guān)于萊州灣柱狀樣沉積物元素地球化學(xué)方面的研究主要集中于晚更新世以來、大時(shí)間尺度的沉積記錄及其環(huán)境演變，鉆孔位置主要位于萊州灣南部和西部[6-9, 12-13]。因此，本文根據(jù)取自萊州灣中部435孔柱狀沉積物的常微量元素?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合粒度和測年資料，探討了萊州灣中部7 000年以來沉積物元素組成的主控因素，揭示其沉積環(huán)境演變過程，為研究萊州灣中部自中全新世以來小尺度環(huán)境演變和陸海相互作用下的沉積過程提供有益補(bǔ)充。

1 區(qū)域背景

萊州灣位于渤海南部，山東半島北岸，灣口西起現(xiàn)代黃河新入?？?，東迄龍口屺坶島高角[12]，水下地形平緩，水深大部分在10 m以內(nèi)。萊州灣屬暖溫帶季風(fēng)區(qū)半濕潤大陸性氣候，四季變化明顯，受東亞季風(fēng)影響顯著，冬季盛行偏北風(fēng)，夏季盛行偏南風(fēng)。灣內(nèi)有黃河、小清河、濰河、膠萊河、王河、界河等多條河流注入，黃河是萊州灣沿岸主要入海河流，為其輸送了巨大的沉積通量[14]。進(jìn)入全新世以來，黃河經(jīng)歷了多次較大的改道，其中在8 500 a B.P.左右向北注入渤海，7 000年以來黃河在萊州灣西北部形成2個(gè)超級葉瓣，依次為利津黃河三角洲葉瓣(6～5 ka B.P.)和墾利黃河三角洲葉瓣(AD11～1048)10個(gè)超級葉瓣[15]，對萊州灣沉積格局的形成具有重要影響。

圖1 萊州灣中部435鉆孔取樣站位圖Fig.1 The location of sampling Core 435 in the central Laizhou Bay

2 樣品與分析方法

本文所用的435孔柱狀沉積物為2007年8—9月國家海洋局第一海洋研究所在萊州灣區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中利用重力取樣器取得。435孔巖芯位于萊州灣中部(37°30′N，119°31′E)，黃河前三角洲前緣，水深14.6 m，巖芯共長271 cm(見圖1)。

435孔巖芯按照2 cm 間隔共取135個(gè)樣品進(jìn)行了粒度分析，分析結(jié)果間隔為1/2 Ф。稱取烘干樣品加入過氧化氫(H2O2)和鹽酸溶液除去有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽后，在海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用英國Mastersizer2000型激光粒度分析儀進(jìn)行分析。

化學(xué)分析取樣間距主要為10 cm，在海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室共計(jì)對28個(gè)樣品的20種元素進(jìn)行了分析測試。樣品在烘干、研磨后加入硝酸、氫氟酸和高氯酸消解，經(jīng)聚乙烯比色管定容后ICP-OES(全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀)和ICP-MS(等離子體質(zhì)譜儀)進(jìn)行常微量元素分析，具體過程和方法已被廣泛報(bào)道[16]。測試過程中，隨機(jī)選取10%平行樣進(jìn)行測試，并采用GSD-9國際標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行校正，相對誤差小于0.5%。

435孔中共挑選2個(gè)層位的樣品在美國伍茲霍爾海洋研究所AMS14C 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了年代測試，測試樣品選取底棲有孔蟲混合種潔凈殼體(見表1)。測試結(jié)果顯示柱狀樣沒有發(fā)現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。原始年代數(shù)據(jù)利用CALIB 5.0.2程序校準(zhǔn)到日歷年齡，文中設(shè)定表層樣品年齡為0 ka B.P.，對年代控制點(diǎn)內(nèi)的年代序列采用逐次線性插值法解決。

表1 435孔AMS14C年代數(shù)據(jù)表
Table 1 AMS14C dating of Core 435

測試深度Depth/cm測試材料Testing materialsAMS14C年齡AMS14C dating/a B.P.(1σ)Calib日歷年Calendar year/a B.P.69底棲有孔蟲混合種3 590+253 441197底棲有孔蟲混合種5 660+306 943

3 結(jié)果

3.1 沉積物粒度特征

粒度分析結(jié)果顯示435孔柱狀沉積物類型主要為粉砂質(zhì)砂和砂質(zhì)粉砂。沉積物中砂含量變化在0.45%～45.43%之間，平均含量為14.07%；粉砂含量介于51.48%～82.14%，平均含量為71%；粘土含量在1.77%～29.31%之間，平均含量為14.93%。砂含量和粉砂含量隨深度增加均呈現(xiàn)低-高交替變化趨勢。該孔沉積物的平均粒徑在4.28～7.13 Φ之間，平均值為5.93 Φ，以粉砂組分為主；分選系數(shù)介于1.08～2.04，平均值為1.72，分選較差；偏態(tài)的波動(dòng)范圍，為-0.02～2.88，基本上為正偏；峰度為2.19～15.28，平均3.66，各粒級含量比較分散。粒度參數(shù)在在18～34 cm、134～156 cm段變化劇烈。

3.2 常微量元素含量特征

435孔測試分析的10種常量元素包括SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、TiO2、P2O5和MnO。沉積物常量元素以SiO2和Al2O3為主，其含量均值分別為60.47%和12.03%；其次為CaO和Fe2O3，其含量均值分別為6.11%和4.52%；MgO、K2O和Na2O的含量則在2%～3%左右，其平均含量分別為2.47%、2.35%和2.22%。TiO2、P2O5、MnO的含量則不足1%。常量元素的變異系數(shù)為4.52%～17.10%，F(xiàn)e2O3、MgO的變異系數(shù)較大。

435孔測試分析10種微量元素包括Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、Zr、Sr、Ba和V。其中，Zr、Sr、Ba含量最高，其均值分別為(301.23、214.26、439.07)×10-6。V、Zn、Cr的平均含量較高，分別為(83.70、68.49和60.67)×10-6；Co、Ni、Cu、Pb的平均含量介于(12.48～28.74)×10-6。微量元素的變異系數(shù)為3.82%～35.00%，Pb、Zr的變異系數(shù)較大，其它微量元素變化幅度較小。常微量元素具體含量統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 435孔沉積物常微量元素含量統(tǒng)計(jì)表

3.3 常微量元素垂向變化特征

根據(jù)常微量元素變化規(guī)律可將沉積物柱狀巖芯分為5段(見圖2～3)。

段I位于0～18 cm，常量元素Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O隨埋深增加含量逐漸減小，SiO2、Na2O則呈現(xiàn)相反趨勢。微量元素中Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、Ba、V隨埋深增加含量逐漸減小，Zr、Sr規(guī)律則不明顯。

段II位于18～36 cm，該段沉積物平均粒徑明顯變粗。常量元素中Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O在該段均明顯減小，SiO2、Na2O含量明顯增高。由于該段沉積物粒徑較粗，“粒度效應(yīng)控制規(guī)律”使得微量元素中Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、Ba、V均隨著平均粒徑變粗而含量減小，常量元素SiO2隨砂粒級組分增加而含量較高[17]。

段III位于36～136 cm，該段沉積物平均粒徑隨著埋深增加呈現(xiàn)由粗到細(xì)的變化規(guī)律，具體可分為上段36～82 cm的砂質(zhì)粉砂和下段82～134 cm的粉砂。上段(36～82 cm)常量元素Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、MnO、K2O含量總體上均隨埋深增加而逐漸增大，同時(shí)大部分微量元素(Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr)也呈現(xiàn)同樣變化規(guī)律，SiO2、Na2O則逐漸減小，常微量元素?zé)o明顯波動(dòng)變化。下段(82～134 cm)常微量元素波動(dòng)變化劇烈，總體上常量元素中Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、MnO、K2O含量較上段偏高，同時(shí)由于“粒度效應(yīng)控制規(guī)律”大部分微量元素(Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr)出現(xiàn)高值，SiO2、Na2O逐漸減小。

段IV位于136～158 cm，該段沉積物平均粒徑急劇變粗。常量元素中Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、MnO、和K2O在該段均出現(xiàn)極低值，SiO2、Na2O出現(xiàn)極高值，砂含量劇增，微量元素中Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr、Ba、V均隨著平均粒徑的變粗而含量明顯減小。

段V位于158～271 cm，以220 cm為界上段158～220 cm主要以砂質(zhì)粉砂為主，220～271 cm主要以粉砂為主。158～220 cm段各元素波動(dòng)較大，反映了沉積環(huán)境的劇烈變化。220～271 cm段內(nèi)常量元素中Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、MnO、K2O以及大部分微量元素(Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr)含量均隨埋深增加逐漸減小。

圖2 435孔平均粒徑與常量元素含量垂向分布Fig.2 Depth profiles of mean grain-size and content of major elements of Core 435

圖3 435孔平均粒徑與微量元素含量垂向分布Fig.3 Depth profiles of mean grain-size and content of trace elements of Core 435

4 討論

4.1 元素組合特征及其控制因素

R-型因子分析能夠確定元素組合，反映沉積物中元素的物質(zhì)來源和主要控制因素[18]。利用SPSS 19.0軟件對435孔沉積物中的常微量元素進(jìn)行R-型因子分析。分析數(shù)據(jù)抽樣適度測定值為0.67，顯著性P<0.05，因此化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)適宜進(jìn)行主成分分析。因子提取方法采用主成分分析方法，分析采用Z值標(biāo)準(zhǔn)化，經(jīng)方差極大正交旋轉(zhuǎn)后提取3個(gè)因子F1、F2、F3(見表3)，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到90.7%。

表3 435孔沉積物元素因子載荷矩陣(經(jīng)過方差極大旋轉(zhuǎn))Table 3 Matrix of factor loading (varimax raw ) of elements in sediments of Core 435

Note：①Variance contribution；②Cumulative variance contribution

因子F1方差貢獻(xiàn)率為63.6%，選取因子載荷大于0.5的元素作為因子代表元素(見表3)，F(xiàn)1的元素組合為SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、K2O、MnO、CaO、Co、Ni、Cu、Zn、Cr、V、Na2O、Zr，其中與SiO2、Na2O、Zr為負(fù)載荷，其他元素為正載荷。SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO等賦存于陸源碎屑和粘土礦物中[19]，Al2O3是細(xì)粒粘土礦物的重要組成部分，Cu、Zn在表生地球化學(xué)過程中以吸附懸浮、離子等形式搬運(yùn)沉積[20]。由于沉積物中SiO2的“稀釋劑”作用以及在粗粒沉積物中富集[21]，SiO2在F1因子中顯示負(fù)載荷表明F1因子中細(xì)粒組分性質(zhì)。同時(shí)，由于K2O、Fe2O3以及多數(shù)重金屬易于形成膠體或顆粒態(tài)被富含Al2O3的粘土礦物吸附，Al2O3表現(xiàn)出與其他元素之間正相關(guān)關(guān)系，顯示了細(xì)粒組分和粘土礦物對元素含量的影響。因此，F(xiàn)1因子代表的是細(xì)粒陸源碎屑及粘土元素組合，反映了陸源輸入和粘土細(xì)粒組分對元素含量的控制作用。

因子F2方差貢獻(xiàn)率為20.6%，F(xiàn)2的元素組合為Pb、Ba、TiO2與P2O5，同時(shí)F2因子與SiO2、Na2O存在較弱的負(fù)荷載。Ti在表生地球化學(xué)環(huán)境中比較穩(wěn)定[22]，可以作為陸源碎屑組分的標(biāo)志物[23]。Pb在自然界中主要以硫化物 (PbS)形式存在，沉積狀態(tài)主要是在還原條件下生成硫化物沉淀或?yàn)檎惩两M分所吸附。Ba在表生作用過程中易形成重碳酸鹽、氯化物中，也極易被粘土及細(xì)碎屑沉積物所吸附[24]。結(jié)合各元素組合的性質(zhì)，因子F2代表的是陸源碎屑組合，反映了陸源輸入對沉積物元素組成的影響；由于F2因子與SiO2、Na2O存在較弱的負(fù)荷載，SiO2、Na2O均存在于粗粒沉積物中[25-26]，可以表明F2因子主要反映粗粒陸源碎屑組分對元素含量的控制作用。

因子F3的方差累積貢獻(xiàn)率為6.5%，F(xiàn)3的元素組合為Sr，同時(shí)CaO具有較高正載荷。海洋中Sr多與生物成因有關(guān)，CaO在海洋環(huán)境中主要以生物碎屑存在，由于Sr和Ca具有相似的晶體化學(xué)特征從而Sr也成為生物碎屑中的主要元素[27]。因此，F(xiàn)3因子反映了生物碎屑對沉積物中元素含量的影響。

435孔沉積物中化學(xué)組成受到3個(gè)影響因子的共同作用，但不同時(shí)期受到的影響因素會(huì)有所不同，某個(gè)因子會(huì)對樣品化學(xué)組成起著控制作用，成為主控因子。主控因子在沉積物中的得分可以反映沉積物形成過程，體現(xiàn)沉積環(huán)境變化。435孔柱狀沉積物各樣品的因子得分曲線見圖4。從圖中可以看出，F(xiàn)1 和F2 因子得分值隨時(shí)間的垂向變化具有一定相關(guān)性，陸源物質(zhì)輸入是控制435孔沉積物化學(xué)組成的主要因素。

段I(0～18 cm，0～900 a B.P.)和段II(18～34 cm， 900～1 800 a B.P.)中F2因子為主控因子，粗粒的陸源物質(zhì)輸入控制了沉積物的化學(xué)組成，水動(dòng)力環(huán)境較強(qiáng)。段III(34～134 cm，1 800～5 200 a B.P.)中F1因子得分逐漸升高成為主控因子，F(xiàn)2和F3因子得分波動(dòng)變化不大，表明粘土級細(xì)粒物質(zhì)對沉積物化學(xué)組成影響逐漸增加。段IV(134～156 cm，5 200～5 800 a B.P.)中3個(gè)因子中F1、F3得分波動(dòng)變化劇烈，F(xiàn)1、F2均為負(fù)值，表明生源組分對沉積物的化學(xué)組成具有一定影響。段V(156～271 cm，5 800～8 900 a B.P.)F1因子為主控因子，細(xì)粒物質(zhì)的陸源輸入是控制沉積物化學(xué)組成的最主要因素。

圖4 435孔元素因子得分隨深度變化Fig.4 Variations of factor score vs. depth of Core 435

4.2 元素比值及古環(huán)境意義

Si/Al和Zr/Al的比值與搬運(yùn)動(dòng)力及距離、物源區(qū)風(fēng)化強(qiáng)度有關(guān)，比值越小，沉積動(dòng)力環(huán)境弱、粗粒組分少；Si/Al值隨著氣候的溫濕程度的加劇、風(fēng)化程度的加深而減小[1, 6, 28-29]。435孔沉積物中Si/Al值介于3.65～7.51之間，變異系數(shù)為18.18%，Zr/Al值介于0.11～0.50之間，變異系數(shù)為39.28%。

化學(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIA)反映的是沉積物形成時(shí)的化學(xué)風(fēng)化程度，可以很好地反映435孔沉物源區(qū)風(fēng)化程度[30-31]?；瘜W(xué)風(fēng)化指數(shù)CIA計(jì)算公式如下:

CIA=[ Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)]×100。

其中：Al2O3、Na2O、K2O和CaO*的含量均為摩爾含量；CaO*表示硅酸鹽礦物中的鈣含量[25-26]。435孔沉積物中CIA值介于48.3～58.8之間，平均為54.6。另外，K/Na、Al/Na、Mg/Ca等地球化學(xué)元素的比值也可以作為源區(qū)風(fēng)化程度的反映指標(biāo)[32]。

Sr/Ba 的值可以進(jìn)行海陸沉積環(huán)境的判別，同時(shí)Sr/Ba比值隨著鹽度的提高而有明顯增大的趨勢[33]，Sr/Ba值介于0.44～0.61之間，變異系數(shù)為7.27%。

為了衡量黃河與其他陸源碎屑對435孔的物質(zhì)貢獻(xiàn)，本文采用物源指數(shù)(PI)進(jìn)行判定[18]。物源指數(shù)(PI)的計(jì)算如下:

PI=∑|Cix-Ci1|(∑|Cix-Ci1|+∑|Cix-Ci2|)。

式中:i為元素或兩元素之比;Cix為柱狀樣沉積物中元素i的含量；Ci1、Ci2為端元沉積物1和2中的元素i含量，本文端元1選取黃河物質(zhì)[19]，端元2選取華北地臺上地殼物質(zhì)[34]，選取元素CaO、Ba、Ti、Ni、Cr、V共計(jì)6種元素進(jìn)行分析。當(dāng)PI的值接近0時(shí)代表沉積物組成與端元1的化學(xué)成分相近，反之與端元2的化學(xué)成分相近。435孔沉積物中PI值介于0.26～0.32之間，平均為0.30，435孔以黃河物源為主。

435孔CIA指數(shù)、PI指數(shù)及K/Na、Al/Na等元素比值的統(tǒng)計(jì)值見表4。如圖5所示，Si/Al、Zr/Al、CIA、K/Na、Al/Na、Ba/Al、Sr/Ba和PI指數(shù)隨深度變化明顯，特別是在段II和段IV處出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，表明了古氣候和古環(huán)境的劇烈變化。黃河物源指數(shù)PI由下往上總體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，表明了黃河物質(zhì)的影響逐漸加強(qiáng)。

表4 435孔沉積物常微量元素比值統(tǒng)計(jì)表Table 4 Statistical table of element ratios of sediments in Core 435

圖5 435孔沉積物平均粒徑與元素比值的垂向分布Fig.5 Depth profiles of mean grain-size and element ratios of Core 435

4.3 7 000年來萊州灣地區(qū)沉積環(huán)境演化

根據(jù)435孔粒度和常微量元素比值隨埋深的變化特征，分析萊州灣中全新世以來的沉積環(huán)境演化。由于段V底部缺少精確的測年數(shù)據(jù)，本文僅對7 000年以來萊州灣沉積演化過程進(jìn)行探討。

段V(196～158 cm，7 000～5 800 a B.P.)：在此時(shí)段內(nèi)，Zr/Al、Si/Al比值低，表明化學(xué)風(fēng)化作用加強(qiáng)、粗粒組分減少、沉積動(dòng)力環(huán)境減弱；同時(shí)，K/Na、Al/Na、Mg/Ca比值和CIA指數(shù)的升高揭示了化學(xué)風(fēng)化作用加強(qiáng)、氣候溫暖濕潤的特征。因子分析顯示F1因子即細(xì)粒物質(zhì)的陸源輸入是控制沉積物化學(xué)組成的最主要因素，偏細(xì)的平均粒徑也反映出細(xì)粒物質(zhì)輸入和弱水動(dòng)力環(huán)境。由于黃河在7 000～5 000 a B.P.期間一直自渤海西南部入海[15]，黃河物源指數(shù)波動(dòng)較大。從圖6可以看出，祁連山敦德冰芯及河北省東部氣候波動(dòng)數(shù)據(jù)顯示這一時(shí)期為暖濕氣候[35-36]。中全新世以來萊州灣地區(qū)海平面持續(xù)上升，距今約6 000 年海侵達(dá)到最大范圍[14]，化學(xué)風(fēng)化作用加強(qiáng)、水動(dòng)力環(huán)境減弱與海平面升高有著良好響應(yīng)。

段IV(158～136 cm，5 800～5 200 a B.P.)：這一階段，沉積物中地球化學(xué)元素比值、粒度成分均發(fā)生較大的波動(dòng)變化。Zr/Al、Si/Al比值升高表明化學(xué)風(fēng)化作用減弱、粗粒組分增加、沉積動(dòng)力環(huán)境加強(qiáng)，因子分析顯示F1因子影響程度減弱。Sr/Ba比值升高指示了鹽度的增加，在此時(shí)期可能受到來自黃海暖流或其余脈的影響，黃海暖流或余脈可為本區(qū)帶來大量較高鹽水從而影響本區(qū)的鹽度變化[37]。K/Na、Al/Na比值和CIA指數(shù)的低值揭示了沉積物以物理風(fēng)化為主。敦德冰芯數(shù)據(jù)顯示中全新世在6 000～5 700 a B.P.和5 400～5 300 a B.P.為干冷期；同時(shí)，黃土高原地區(qū)在5 000～6 000 a B.P.期間氣候干旱[38]，進(jìn)入黃河中的黃土粒度變粗[39]，進(jìn)而可能導(dǎo)致435孔黃河物源沉積物含有較高的砂組分和低CIA指數(shù)。黃河物源指數(shù)PI的減小指示了黃河物源組分的增加，這與黃河在6 000～5 000 a B.P.于利津入海形成利津黃河三角洲超級葉瓣有關(guān)。

段III(136～36 cm，5 200～1 800 a B.P.)：這一階段沉積物粒度成分和地球化學(xué)元素比值呈現(xiàn)緩慢變化，反映出較為穩(wěn)定的沉積環(huán)境，根據(jù)變化程度不同可分為上段(82～36 cm，3 800～1 800 a B.P.)和下段(136～82 cm，5 200～3 800 a B.P.)。

段III下段(136～82 cm，5 200～3 800 a B.P.)中Zr/Al、Si/Al比值在4.5 ka B.P.左右升高，K/Na、Al/Na比值和CIA指數(shù)的降低，指示了物源區(qū)化學(xué)風(fēng)化減弱、氣候冷干的特征，這應(yīng)與本地區(qū)4.5ka B.P.左右出現(xiàn)的降溫事件有關(guān)[12]。段III上段(82～36 cm，3 800～1 800 a B.P.)中Zr/Al、Si/Al比值由下往上逐漸升高，標(biāo)志著粗粒組分增加、沉積動(dòng)力環(huán)境加強(qiáng)；K/Na、Al/Na比值和CIA指數(shù)的由下往上逐漸減小表明物理風(fēng)化加強(qiáng)、氣候逐漸變冷干。黃土-古土壤的沉積物粒度組成被認(rèn)為是東亞季風(fēng)的敏感指標(biāo)，當(dāng)東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)的時(shí)候，沉積物粒度呈細(xì)化趨勢[40]。萊州灣夏季風(fēng)強(qiáng)盛階段，氣候濕潤，黃河由渤海灣入海，其細(xì)粒物質(zhì)入海量增多，同時(shí)渤海環(huán)流作用增強(qiáng)，萊州灣海域細(xì)粒物質(zhì)相對含量增大，因此細(xì)粒物質(zhì)變化可以指示夏季風(fēng)強(qiáng)度變化。因子分析顯示，F(xiàn)1因子即細(xì)粒物質(zhì)影響由下往上逐漸減弱，表明夏季風(fēng)持續(xù)減弱，K/Na、Al/Na比值、CIA指數(shù)以及F1因子得分變化與敦德冰芯、河北東部氣候變化揭示的4 000 a B.P.后夏季風(fēng)退縮、氣候干冷特征相對應(yīng)(見圖6)[35-36]。

圖6 435孔沉積物F1因子得分、CIA指數(shù)、河北東部氣候波動(dòng)與敦德冰芯δ18O曲線對比Fig.6 Comparison of factor scores of F1, CIA of Core 435, climate fluctuation in Hebei Province with δ18O in Dunde ice core

段II(18～36 cm，900～1 800 a B.P.)：這一階段沉積物中Zr/Al、Si/Al比值升高，F(xiàn)1因子得分急劇減小，表明粗粒組分貢獻(xiàn)增加、沉積動(dòng)力環(huán)境加強(qiáng)；同時(shí)，K/Na、Al/Na比值和CIA指數(shù)的降低表明物理風(fēng)化為主。Sr/Ba比值降低標(biāo)示著淡水沉積的出現(xiàn)，黃河物源指數(shù)PI急劇減小，CaO含量急劇增加，在此期間海平面基本保持在穩(wěn)定狀態(tài)[13]，黃河在11～1048 AD時(shí)期在墾利入海形成墾利黃河三角洲葉瓣[15]，因此段II沉積物與黃河歷史改道具有密切關(guān)系。

段I(0～18 cm，0～900 a B.P.)：這一階段沉積物中Zr/Al、Si/Al比值減弱，F(xiàn)1因子得分增加，粗粒組分貢獻(xiàn)減少；同時(shí)，K/Na、Al/Na比值和CIA指數(shù)的增大指示了物源區(qū)化學(xué)風(fēng)化為主。黃河在1 128～1 855 AD時(shí)期由蘇北入海[15]，表明了黃河歷史改道后陸源粗粒物質(zhì)供給減少以及細(xì)粒物質(zhì)增加對萊州灣沉積環(huán)境的影響。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)435孔常微量元素垂向變化規(guī)律可將巖芯分為5段，其中Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、MnO、K2O以及大部分微量元素(Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cr)在段II、IV中含量低，段I、III、V中含量高，SiO2、Na2O則與之呈現(xiàn)相反趨勢。總體上，435孔中常量元素以及大部分微量元素含量隨埋深增加呈現(xiàn)高-低或高-低的交替變化模式。

(2)常微量元素R-型因子表明，常微量元素變化主要受以Al2O3為代表的細(xì)粒陸源碎屑及粘土元素組合、以TiO2為代表的粗粒陸源碎屑組分、以Sr和CaO為代表的生源碎屑組分3個(gè)因子控制。

(3)根據(jù)435孔沉積物粒度、元素含量及化學(xué)元素比值的特征可以反映萊州灣7 000年以來的沉積環(huán)境演化。萊州灣在7 000～5 800 a B.P.期間氣候溫暖濕潤；5 800～5200 a B.P.期間發(fā)生氣候干冷以及黃河改道事件，海水鹽度或由于受到黃海暖流及余脈影響明顯增高；5 200～1 800 a B.P.期間在4.5 ka B.P.左右發(fā)生降溫事件，東亞夏季風(fēng)逐漸減弱，氣候逐漸干冷；1 800～0 a B.P.期間歷史黃河改道對萊州灣沉積作用影響較為明顯。