（海洋地质专业论文）南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义.pdf

同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学 变化特征及其意义 摘要 o d p i l 4 8 站位于南海北部东沙海区( 1 8 0 5 0 1 7 n ，1 1 6 0 3 3 9 3 i e ，水深3 2 9 4m ) ， 是南海钻探最深( 8 5 0 m ) ，揭穿时代最老( 约3 2 m a ) 的站位。本次工作通过对 该站沉积物粘土矿物及地球化学特征的分析，结合氧同位素、碳酸盐含量、粒度、 堆积速率、沉积物物理性质等方面的资料以及珠江1 ：3 盆地p y 3 3 1 1 井沉积物的 地化资料与1 1 4 8 站的对比结果，尝试探讨渐新世以来南海扩张演化过程中的构 造活动和物源变化记录以及气候演变的信息。 0 d p i1 4 8 站渐新世和早中新世( 3 2 8 1 5 5m a ) 沉积物中粘土矿物成分受构造 作用的影响较显著，以高含量的蒙脱石和高s i 比值及两者的高波动为特征；而 中中新世1 5 5m a 以来的粘土矿物特征则主要受气候控制，以伊利石和绿泥石稳 步增长为特征，其变化趋势与底栖有孔虫氧同位素变化一致。3 2 8 1 5 5m a 沉积 物中蒙脱石的高含量( 尤其在3 0 - 2 3m a ) 与当时华南地块中生代火山岛弧岩系 提供主要物源物质有关。随着南海盆地扩张加大，沉积物源区范围也逐步向陆内 扩大，使沉积物中蒙脱石含量逐步降低。另外，根据粘土矿物组合及其含量变化 特征可以认为，在3 2 8 - 3 1 m a 各粘土矿物含量的分配特征代表了相对比较暖湿的 气候条件，自1 5 5 m a 来南海总体处于降温的过程，并显示3 m a 存在较大规模的 降温事件，与底栖有孔虫氧同位素资料反映的气候信息具很好的对比性。 。 1 1 4 8 站和珠江口盆地p y 3 3 1 1 井沉积物中地球化学特征对比以及对1 1 4 8 站沉积物的粒度、堆积速率的变化和物理性质特征的分析，表明南海在3 0 m a 扩 张开始、2 5 2 3 m a 扩张轴“南跃”以及1 6 m a 扩张结束都发生了强烈的构造活动。 而且，1 1 4 8 站和珠江口盆地p y 3 3 1 1 井沉积物中地球化学特征具较好的对比性， 反映了它们在物源上的密切联系。 1 1 4 8 站n d 同位素的变化特征记录了沉积物源由华南地块边缘向陆内逐渐推 移的过程，珠江口盆地晚始新世以来自南往北的海侵对此观点也提供了一个佐 证。而且，底栖有孔虫和介形虫的研究表明，与此过程同时伴随着该区海水加深 的过程。 同济大学硕士学位论文唐松 南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 1 1 4 8 站沉积物中u 含量的变化与氧同位素曲线具很好的对比性，u 含量总 体升高的过程指示了气候变冷的过程，而在1 5 m a 左右和3 m a 左右的突然升高 则分别与氧同位素在1 4 5 m a 和3 m a 的加重相对应，记录了两次重要的降温事件。 此外，该站沉积物中碳酸盐含量及颜色反射率的变化特征也指示了相同的气候意 义。 综合对1 1 4 8 站沉积物中粘土矿物、地球化学特征等多方面资料的分析以及 与珠江口盆地p y 3 3 1 1 井地化特征对比的结果，可以看出南海在扩张的开始、 扩张轴的“南跃 以及结束期发生了强烈的构造活动；该站沉积物与珠江口盆地 间具密切的联系，渐新世以来沉积物来源由华南地块逐渐向陆内推移；晚新生代 以来南海北部气候逐渐变冷，并在1 4 5 m a 与3 m a 左右有两次突然的降温事件。 同济大学硕士学位论文 唐松 南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 t h ec h a r a c t e ro fc l a ym i n e r a la n dg e o c h e m i c a lc h a n g ei nt h en o r t h e r n s o u t hc h i n as e as i n c eo l i g o c e n ea n dt h e i rs i g n i f i c a n c e s a b s t r a c t o d ps i t e11 4 8i sl o c a t e di nt h en o r t h e r ns o u t hc h i n as e a ( s c s ) i ti st h ed e e p e s ts i t ec o r e d t o8 5 0m e da tt h ew a t e rd e p t ho f3 2 9 4 mi ns c sa n dh a sr e c o v e r e dt h eo l i g o c e n es e d i m e n t sa t a b o u t3 2 8m a t h ed i s t r i b u t i o no fc l a ym i n e r a li nt h es e d i m e n t so fs i t e11 4 8s h o w sd i f f e r e n tc h a r a c t e r b e t w e e n3 2 8 15 5m aa n ds i n c e15 5 - 0m ap e r i o d s i n3 2 8 - 1 5 5m at h es e d i m e n t sa r ed o m i n a t e d b ys m e c t i t e ，w h i c hi sr e l a t e dt ot h es e d i m e n ts o u r c em a i n l yp r o v i d e db yt h em e s o z o i cv o l c a n i c r o c k so nt h em a r g i no fs o u t hc h i n ab l o c k w h i l et h ec o n t e n to fi l l i t ea n dc h l o r i t ei n c r e a s e g r a d u a l l y 、航t l lt h ed e c r e a s eo f s m e c t i t ei n t ot h el a s t1 5 5m a t h u st h ee v o l u t i o no f c l a ym i n e r a li n t h es e d i m e n t sc a nb ed i v i d e di n t ot w os t a g e s 3 2 8 - 1 5 5m ai st e c t o n i c - c o n t r o l l e ds t a g e ，i nw h i c h t h ec h a r a c t e ro fc l a ym i n e r a lr e c o r dt h es p r e a d i n gh i s t o r yo fs c sa n di n d i c a t e dt h a te r o s i o ni s p r o g r e s s e di n t ot h eo l d e rc o i eo ft h es o u t hc h i n ab l o c kw i mt i m e w h e r e a st h ec l i m a t ec o n t r o l l e d t h ed i s t r i b u t i o no fc l a ym i n e r a ls i n c el a s t1 5 5m a i nt h i sc l i m a t e c o n t r o l l e ds t a g et h ed i s t r i b u t i o n o fc l a ym i n e r a li n d i c a t e dt h a tt h et e m p e r a t u r ed e c r e a s e dg r a d u a h ya n dd r o p p e dr a p i d l ya t3m a i n a d d i t i o nt h ec h a r a c t e ro ft h ec l a ym i n e r a ld i s t r i b u t i o ni n3 2 8 - 31m as h o w st h a tt h ec l i m a t ei s w a r l na n dw e t a l lt h e s ec l i m a t i cr e c o r d sa r ew e l lc o n s i s t e n tw i t ht h o s er e s u l t e df r o m8 1 s oo f b e n t h i cf o r a m i n i f e m a r e rc o m p a r i n gt h eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e ro ft h es e d i m e n t si ns i t e11 4 8a n dt h a ti np e a r l r i v e rb a s i n ，a sw e l la sa n a l y z i n gt h ec h a r a c t e ro fg r a n u l a r i t y , m a r ( m a s sa c c u m u l a t i o nr a t e ) a n d p h y s i c a lp r o p e r t i e se t ei ns i t e11 4 8 ，i ti sc l e a r l yt h a tt h e r ew e r es 仃o n gt e c t o n i ca c t i v i t i e sw i t ht h e b e g i n n i n ga n de n d i n go fe x p a n d i n go fs c sa n dt h es h i f to ft h ee x p a n d i n ga x e s f u r t h e r m o r et h e g o o dr e l a t i v i t yi ng e o c h e m i c a lc h a r a c t e rb e t w e e ns i t e 11 4 8a n dp e a r lr i v e rb a s i nr e f l e c tt h e a f f t m t yb e t w e e nt h es e d i m e n t si ns i t e11 4 8 a n dt h a ti np e a r lr i v e rb a s i n a c c o r d i n gt ot h en di s o t o p ed a t ao fs i t e11 4 8i ti sr e v e a l e dt h a tt h es e d i m e n ts o u r c er e g i o n c h a n g e df r o mt h em a r g i no ft h es o u t hc h i n ab l o c kt ot h ei n n e ra r e ag r a d u a l l y t h et r a n s g r e s s i o n f r o ms o u t ht on o r t hi np e a r lr i v e rb a s i ns i n c el a t eo l i g o c e n ea n dt h ew a t e rd e p t ha tt h el o c a t i o no f s i t e11 4 8i n c r e a s e dw i t ht i m ea l s os u p p o r tt h i si d e a t h ec o n t e n to fui nt h es e d i m e n t so fs i t e11 4 8i n c r e a s eg r a d u a l l ya saw h o l e ，w h i c hc o u l db e c o m p a r e dw i t ht h ec h a n g eo f8 t s oo fb e n t h i cf o r a m i n i f e r aa n ds h o w sac o o l i n gd o w np r o c e s s t h e r ea r et w oa b r u p ti n c r e a s i n ga t15m aa n d3m a i n d i c a t i n gt w oi m p o r t a n td r o p si nt e m p e r a t u r e 砀ec o n t e n to fc a l c i u mc a r b o n a t ea n dc o l o rr e f l e c t a n c eo ft h es e d i m e r i t sr e v e a l e dt h es a l l l er e s u l t a b o u tc l i m a t ec h a n g e 第4 3 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 i nc o n c l u s i o nt h e m w e r es t r o n gt e c t o n i ca c t i v i t i e s 、) l ，i mt h eb e g i n n i n ga n de n d i n go f e x p a n d i n go fs c sa n dt h es h i f to ft h ee x p a n d i n ga x e s ，s i n c el a t eo l i g o c e n e t h es e d i m e n ts o u r c eo f s i t e1 1 4 8 h a sp r o g r e s s e df r o mt h em a r g i no f t h es o u t hc h i n ab l o c kt ot h ei n n e ra r e ag r a d u a l l ya n d t h es e d i m e n t si ns i t e11 4 8a n dp e a r lr i v e rb a s i nh a sa f f i n i t y , a n dt h ec l i m a t i ct e m p e r a t u r ei nt h i s a r e ad e c r e a s e dg r a d u a l l yw i t ht i m ea n dd r o p p e da t15m aa n d3m a 第4 4 页共4 4 页 发表论文 1 赵霞，唐松商南富水岩体中浅色辉长岩的成因讨论西北大学学报( 自然 科学版) 2 0 0 1 ，3 0 ( 4 ) ：1 4 8 1 5 3 2 唐松摘译，田军校大洋钻探计划最后一年航次计划海洋地质动态2 0 0 2 。 1 8 ( 5 ) ：1 3 - 1 5 3 唐松，邵磊，赵泉鸿南海渐新世以来粘土矿物的演变特征及意义沉积学 报2 0 0 4 ，2 ( 出版中) 唐松作者： 录用通知 您好! 来稿“南海渐新世以来粘土矿物的演变特征 及意义”一文，经有关专家审阅后，本刊决定录 用，并将于2 0 0 4 年第2 期刊出，请勿再另投它刊， 特此通知。 同济大学硕士学位论文 唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 一前言 南海位于欧亚板块、太平洋板块和印度洋板块交接处，属大洋型地壳构造域 和大陆型地壳构造域之间的过渡型地壳构造域，在这里，几乎一切类型的构造运 动、沉积作用、岩浆活动、变质作用和成岩作用都有发生、发展和演化的过程( 刘 昭蜀等，2 0 0 2 ) 。而且在西太平洋边缘海中，南海也具有特殊的地位：它北接中 国大陆，南部属于“西太平洋暖池”，西部通过湄公河、红河等与青藏高原地区相 连，东部以巴士海峡与开阔大洋相通。这些特点都决定了南海是当今地球科学前 沿研究领域的重要地区之一，它已成为研究西太平洋边缘海的一个非常重要的地 区。 1 9 9 9 年2 月到4 月，大洋钻探第1 8 4 航次( 见表1 ) 在南海南北六个深水站 位成功钻孔1 7 口，不仅是探索全球和区域气候演变的依据，也首次为研究南海 本身的形成演化及气候变化等提供了宝贵的资料。特别是11 4 8 站在水深3 2 9 4 m 的陆坡下钻进8 5 0 m ，揭穿了3 2 8 m a 的地层，为南海取芯最长、时代最老的站位。 赵泉鸿等通过对该站有孔虫同位素分析，获得了迄今为止全球晚新生代最连续、 最完整和分辨率最高的的氧、碳同位素资料，并与全球同位素地层学对比，在全 球气候变化以及碳储库等方面作了深入的研究( 赵泉鸿，翦知滑等，2 0 0 1 ；赵泉 鸿，汪品先等，2 0 0 1 ) 。翦知渭等( 2 0 0 1 ) 还借助该站氧同位素资料研究了南海 北部近6 m a 以来的古海洋学变化。另外，通过该站底栖有孔虫和介形虫组合面 貌，还揭示了3 2 m a 以来该站沉积环境由上陆坡中陆坡下陆坡一现代深水沉积的 演变过程( z h a oq u a n h o n g ，i np r e s s ) 。该站沉积物的元素地球化学记录了南海形 成和演化的整个历史，李献华，韦刚健等( 2 0 0 1 ) 根据元素丰度的变化推断南海 表1o d p l 8 4 航次取芯总结 第1 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘士矿物和地球化学变化特征及其意义 形成过程中该站位曾发生过几次沉积物源区和或沉积环境的变化，并结合古地 磁资料，讨论了南海形成过程与印支陆块“挤出 之间的关系。孢粉学研究也为 揭示渐新世末期南海海底扩张及第三纪南海构造演化特征提供了新证据( 吴国碹 等，2 0 0 1 ，2 0 0 3 ) 。 已有研究表明( t a y l o re ta l ，1 9 8 0 ；t a y l o re ta l ，1 9 8 3 ；l e ee ta l ，1 9 9 4 ；b r i a i se t a l ，1 9 9 3 ；李乃胜等，2 0 0 0 ；刘以宣等，1 9 9 4 ：许东禹等，1 9 9 7 ；刘昭蜀等，2 0 0 2 ：金性 春等，1 9 9 5 ) ，南海在晚渐新世早中新世经历了第二次扩张，并形成了南海的主体， 扩张时代大致为3 2 1 6 m a 。前已提及，南海北部1 1 4 8 站揭穿了3 2 m a 的地层， 因此，沉积中粘土矿物及元素地球化学等变化特征必然记录了有关南海第二次扩 张的历史。所以，本次工作欲通过对南海北部1 1 4 8 站沉积中不同粘土矿物含量 以及地球化学等资料变化特征的研究，探讨与南海第二次扩张有关的一些构造问 题，并尝试讨论南海形成过程中物源的变化。在南海扩张结束后，构造活动相对 稳定，沉积物特征特别是不同粘土矿物相对含量的变化则可反映有关南海陆缘古 气候的信息。研究资料表明( m i l l e re ta l ，1 9 8 7 ；赵泉鸿等，2 0 0 1 ；翦知渭等，1 9 9 8 ： 冯伟民，2 0 0 1 ；孙湘君等，1 9 9 9 ；黄翡等，2 0 0 2 ；王汝建等，2 0 0 0 ；陈木宏等，2 0 0 2 ； 宋长青等，1 9 9 9 ；杨小强等，2 0 0 2 ：王汝建等，2 0 0 0 ) ，古气候信息在沉积物的颜色 分层、碳酸盐含量、孢粉学、古生物组合及丰度等多方面都有反映，但其中以有 孔虫的氧同位素资料最为重要，赵泉鸿教授据此对全球气候变化作了深入研究。 本次工作尝试通过该站沉积中粘土矿物的变化特征对南海北部陆缘的气候变化 作以讨论，并将其与氧同位素等其它资料进行对比，另外望能找出该站具气候指 示意义地球化学指标。 综上所述，本次工作将以o d p l 8 4 航次在南海取芯最长、时代最老的站位 1 1 4 8 站为研究重点，主要借助粘土矿物和地球化学资料，并结合生物氧同位素、 碳酸盐含量、粒度、堆积速率、颜色反射率等多方面资料综合对比，尝试探讨渐 新世以来南海构造活动及其造成的物源变化在其中的记录，并对南海北部地区气 候变化作以分析。此外，将珠江口盆地p y 3 3 1 1 孔的地化数据与1 1 4 8 站进行对 比，探讨它们之间的内在联系。 第2 页共4 4 页 同济太学硬士学位论文唐柽南海北惭新世以来牯土矿物和地球化学变化特征及其意义 二材料和方法 2 1 研究材料 i o o 。e110。l203 0 。 图1 南海1 1 4 8 站及珠江口盆地p y 3 3 1 1 井位置图 本次研究工作的重点是o d p l 8 4 航次南海1 1 4 8 站钻取的岩心剖面。1 1 4 8 站 位于南海北部东沙海区( 1 8 。5 01 7n ，1 1 6 。3 39 3 e 冰深3 2 9 4m ) ( 图1 ) ，样品取自 孔深5 至8 5 0 m e d ( 综合深度，以下简称m ) ，涵盖时代范围o7 - 3 28 m a ，在井 深约4 7 8 m 处有一明显的沉积间断，对应时代为约2 6 - 2 7 m a ( w a n g p e t a l 2 0 0 0 ：“ q e ta l ，i n p r e s s ) 。表2 中列出了1 1 4 8 站的一些基础数据 表2 南海1 1 4 8 站基础数据 另外，本次工作还对珠江口盆地p y 3 3 ，1 1 井的沉积物进行了地球化学分析， 用来和1 1 4 8 站的结果进行对比。p y 3 3 1 1 井( 见圉1 ) 位于珠江口盆地珠二坳 陷边缘，水深1 8 8 m ，钻井深度5 0 9 5 m ，揭示层位为第四系和上、下第三系，本 次研究选取了8 1 0 4 5 2 2 m 段的沉积。 第3 页共“页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 2 2 研究方法 本次工作对南海1 1 4 8 站岩心剖面进行了系统的粘土矿物分析和地球化学分 析。粘土矿物分析总共选取样品1 4 0 个，其中5 0 6 9 7 m 段取样1 2 6 个，其它1 4 个 则取自6 9 7 8 5 0m 段，平均取样问距5 7 m ，实验过程在同济大学海洋地质教育 部重点实验室完成。地球化学分析共计样品1 5 4 个，由同济大学和广州地球化学 研究所共同完成。此外，选取了珠江口盆地p y 3 3 一1 1 孔8 1 个样品在同济大学海 洋地质教育部重点实验室进行了地球化学分析，平均取样间距4 5 8 m 。具体工作 内容见表3 。 表3 实验内容统计表 样品来源 研究内容数量 完成单位 粘土矿物分析 1 4 0 同济大学海洋地质实验室 o d p i l 4 8 站广州地球化学研究所 地球化学分析 1 5 4 同济大学海洋地质实验室 珠江口盆地 地球化学分析 8 1 同济大学海洋地质实验室 p y 3 3 - i - 1 孔 2 2 1 粘土矿物分析 a ：制样过程 样品测试前的准备主要是制备三种定向样( 自然样、高温样和乙二醇样品) ， 具体步骤如下： 1 ) 取样。取烘干的样品0 2 5 9 左右放入烧杯： 2 ) 去除有机质。加入1 0 0 2 0 0 r a l 的h 2 0 2 使其充分反应； 3 ) 去除碳酸盐。加入约l o m l4 h c l ，使其充分反应； 4 ) 清洗。加入蒸馏水反复清洗样品3 4 次后，再将其离心2 3 次； 5 ) 提取粘土颗粒。用超声波仪振荡样品，使粘土颗粒充分悬浮，然后根据沉 降原理，并借助过滤装置提取 2 i t m 的粘土颗粒( 最后样品提取在滤膜上) ； 6 ) 制各测试样。样品干后，将其一分为二，一半直接贴到玻璃片上制成自然 样；另一半放入塑料皿中，加乙二醇浸泡后贴在玻璃片上制成乙二醇样；将自然 样放入高温炉中加温到5 8 0 ，保挣匾温约两个小时就制成高温样。 b ：样品测试 x r d 分析使用p h i l i p sp w l 7 1 0 衍射仪，样品测试条件如下： d i f f r a c t o m e t e rt y p e ：p w l 7 1 0 b a s e d 第4 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 r u b ea n o d e ：c u g e n e r a t o rc u r r e n t r n a ：2 0 w a v e l e n g t ha l p h a l a ：i 5 4 0 5 6 w a v e l e n g t ha l p h a 2 a ：1 5 4 4 3 9 i n t e n s i t yt a t i o ( a l p h a 2 a l p h a l ) ：o 5 0 0 d i v e r g e n c es i l t ：a u t o m a t i c i r r a d i a t e dl e n g t h m i n i ：12 r e c e i v i n gs l i t ：0 1 s p i n n e r ：o n m o n o c h r o m a t o ru s e d ：y e s s t a r ta n g l e 0 2 0 ：3 0 0 0 e n da n g l e 0 2 0 ：3 5 0 0 0 s t e ps i z e ：0 0 1 t i m ep e rs t e p s 0 5 0 0 ： t y p eo f s c a n ：c o n r 州o u s n t e n s i t i ec o n v e r t e dt o ：f d ( 王d c ：定性及半定量分析方法 靠 a o 毯 鼎 晶面阃距( 念 图2o d p i l 4 8 站典型样品的x 射线衍射图 粘土矿物的定性及半定量分析是利用x 衍射仪测得的数据结果结合m a c d i f f 软件进行的。定性分析( 赵杏媛等，1 9 9 0 ；张乃娴等，1 9 9 0 ；林西生等，1 9 9 0 ) 主要 第5 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文 唐松 南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 是通过对比三种不同测试条件下得到的衍射曲线特征，鉴别出样品中所含粘土矿 物的种类( 图2 ) 。与自然曲线比较，7 , - - 醇曲线出现1 7 a 衍射峰，而高温曲线 1 0 a 衍射峰增强，说明样品中蒙脱石( s ) 的存在；1 4 , 衍射峰在三种曲线中强度 基本不变，但在高温样中d 值略有减小，3 5 4 a 衍射峰在自然曲线和乙二醇曲线 中也可分辨出，并且强度也基本保持不变，则说明样品中含绿泥石( c ) ；7 a 衍 射峰在自然样和乙二醇样中强度相当，而在高温样中明显减小，指示了高岭石 ( k ) 的存在；而乙二醇样和自然样中1 0 a 、5 a 衍射峰则反映了伊利石( i ) 不 同晶面对x 射线的反射。上述特征在各样品的衍射曲线中都有显示，指示了样 品中粘土矿物以伊利石、蒙脱石、高岭石和绿泥石为主。粘土矿物相对含量的计 算是在乙二醇曲线上进行，主要借助了( 0 0 1 ) 晶面衍射峰的积分强度( 用m a c d i f f 软件获得各衍射峰的面积) 。这与传统的利用衍射峰的高度来计算相对含量的方 法相比，结果的准确度要大大提高。在具体计算过程中，蒙脱石和伊利石的相对 含量分别用1 7 a 衍射峰和1 0 a 衍射峰的面积表示，高岭石和绿泥石相对含量之和 采用了7 a 峰强的面积，然后再利用3 5 7 艮和3 5 4 a 峰面积的比值计算出样品中高 岭石和蒙脱石各自的相对含量。 2 2 2 地球化学分析 地球化学的分析过程在同济大学海洋地质教育部重点实验室完成，基本步骤 如下： 1 ) 将样品烘干磨碎后，在高温炉中保持6 5 0 恒温两小时后，用小纸包装好放 入干燥皿中待用。 2 ) 取样品3 0 m g 左右，放入溶样器中。 3 ) 将样品蒸干后，先加1 ：1 h n 0 3 约l m l ，再加入加约3 m l 纯i - i f ，然后放到 加热板上保温7 天( 7 0 8 0 ) ，在此期间用超声波仪振荡两次，每次振荡1 小时。 4 ) 保温完毕后，将样品蒸于，然后加1 ：1 h n 0 3 约4 m l ，超声波震荡3 0 分钟。 5 ) 用2 的h o n 3 将样品稀释至样品称重的1 0 0 0 倍用于光谱测试，稀释至样 品称重的1 0 0 0 0 倍用于质谱测试。 光谱测试所用仪器为电感耦合等离子光谱仪( i r i sa d v a n t a g ei c p a e s ) ， 共测试了样品中9 种主量元素的含量。质谱测试所用仪器为电感耦合等离子质谱 第6 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 仪( v g x 7i c p m s ) ，共测试了4 6 种微量元素的含量。在样品处理的过程中，每 批样品都加了一个空白样、一个重复样和两个标样，最后样品测试结果都根据标 样的数据进行了校正，提高了数据的准确性。而且，测试结果显示，空白样中个 元素含量都接近于零，重复样的测试结果非常接近，误差小于4 ，说明测试结 果是可靠的。 第7 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 三年代地层框架的建立 3 1 南海北部1 1 4 8 站 根据南海11 4 8 站生物地层工作揭示，该钻孔最底部的年龄约为3 2 8 m a ，属 于渐新世( w a n g ，pe ta l ，2 0 0 0 ) 。但1 1 4 8 站的生物地层工作的分辨率并不高， 不过该钻孔的氧碳稳定同位素的工作在很大程度上弥补了这一缺陷。通过对比分 析发现，南海北部陆坡地区的1 1 4 8 站稳定同位素的结果与全球的基本一致，因 此可以进行全球对比( 王吉良，2 0 0 1 ) 。最终根据底栖有孔虫氧同位素的深度分布， 结合浮游有孔虫和超微化石事件及古地磁极性事件的年代资料( 图3 ) ，采用加 权平均的方法，获得了1 1 4 8 站的年代地层框架( 图4 ) 。 o 5 0 1 0 0 1 5 0 勺 o 3 2 0 0 型 磷2 5 0 3 0 0 4 5 0 5 4 3 210- 1 p i n kg r u b e rl a df o 1 2m a ) 。| p 1 a c u n o s al a df 0 4 6m a ) ：- ，哪7 u n h e 洲8 m y 4 ”38 0 ”4 a r y ( 1 9 5m a ) 。s t ，h e n o l i t h 一0 9 9m a i 一”1 0 7m a 、- 一胄n m 目口ff a d ( i 1 6m a ) m a ) m a l p k u g l e r if a d ( 2 3 8m a ) 。 图3 南海北部o d p i l 4 8 站晚新生代底栖有孔虫氧同位素深度( m c d ) 分布、重要的浮游 有孔虫和超微化石( 卑) 事件及2 m a 来的古地磁极性事件( ) ( 据赵泉鸿，2 0 0 1 ) 第8 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学交化特征及其意义 委 - 古地越 tx 同位磊 j _峨 钙质角徽化石 n q 浮游宵孔虫 k k 、 “ 鼓 e 一 ，弋 l 飞 一昼 图41 1 4 8 站年代地层框架图( 据王吉良，2 0 0 1 ) 3 2 珠江口盆地p y 3 3 1 1 孔 本次研究选取了p y 3 3 1 1 孔8 1 0 4 5 2 2 m 的沉积进行了地化分析，主要用于 和1 1 4 8 站的资料进行对比。 专多太产| | | 弓歹了厂茎 01 02 0050 1 02 0051 0 05i o0 2 55 0 双沟粉 高藤粉弓荔彩 桦科花粉 榆粉 水龙古孢 图5p y 3 3 1 1 孢粉化石标志组分变化特征。 依据t 7 反射面将p y 3 3 1 1 井恩平组与珠海组的界限定在4 0 0 0 m ，而且从仅 有的有孔虫资料推断，恩平组( 4 0 0 0 5 0 9 0 m ) 最可能为始新世早渐新世( 万晓 樵等，1 9 9 6 ) 。图5 显示了p y 3 3 1 1 井孢粉化石标志组分变化特征，可以看到在 恩平组与珠海组之间各类孢粉浓度发生了明显变化，沉积物中双沟粉显著减少， 而温带针叶树花粉和榆粉则明显减少。该站孢粉组合序列的这一变化与1 1 4 8 站 据吴国建，未发表资料 第9 页共“页 旦鎏奎堂堡主堂堡垒奎 宣坠 壹塞韭塑塑堑堂坠鲞整圭笙塑塑丝蔓些堂壅垡鲎堡墨! ! ! ! 生 3 2 m a 孢粉组合变化( 吴国碹，2 0 0 3 ) 十分一致，应该指示了渐新世的一次气候 转型。因此，推断p y 3 3 1 1 井恩平组与珠海组在4 0 0 0 m 的界限对应年代为3 2 m a 。 刘传联对p y 3 3 1 1 井钙质超微化石进行研究，发现d i c t y o c o c c i t e s b i s e c t u s ， s p h e n d f i t h u s 加砌觚s p h e n o l i t h u s c i p e r o e n s i s , z y g r h a b l i t h u s b i j u g a t u s 其中 d f c 如d c d c c i t e sb i s e c t u s 分布较连续，数量较多，末现面在3 4 9 5 m ，而s p h e n o l i t h u s 如，f e n 觚s p h e 加l i t h 淞c i p p r o e n s i s ，z y g r h a b l i t h u sb i j u g a t u s 零星分布，数量少，分布 在3 8 4 0 m 上下。据此把中新世渐新世界限定在3 4 9 5 m 。而雷作淇等( 1 9 9 6 ) 认 为珠江口盆地珠海组与珠江组迥然相异的孢粉组合特征可以作为上、下第三系界 限的依据。因此，该井珠海组与珠江组的界限可定在3 4 9 5 m ，而且这也是上、下 第三系的界限，对应时代为2 3 5 m a 。徐钰林( 1 9 9 6 ) 据钙质超微化石资料，将 珠海组和珠江组的界限在3 5 1 5 m ，对应时代为2 3 7 m a 。可见，这两个结果基本一 致。另外，据钙质超微化石资料确定p y 3 3 1 1 井珠江组与韩江组界限为2 6 2 0 m ， 对应时代为1 6 m a ( 徐钰林，1 9 9 6 ) 。 综合万晓樵等( 1 9 9 6 ) p y 3 3 1 1 井有孔虫分带以及徐钰林( 1 9 9 6 ) 钙质超 微化石的研究结果，1 1 4 8 站地层完全可以与其进行对比( 图6 ) 。 图6 南海o d p i l 4 8 站与珠江口盆地p y 3 3 1 1 井地层对比 第1 0 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 四粘土矿物含量变化及其意义 风化土壤中的粘土矿物含量主要受当时陆地上的气候控制，而陆源粘土经搬 运后，可输送较远距离，使得粘土矿物在海洋沉积中广泛分布，特别在埋藏深度 小于2 0 0 0 3 0 0 0m 的海底沉积中，粘土矿物很少或不受成岩作用改造，受火山 热液影响也很小，所以，它对相应时期源区的古气候有很好的指示作用( c h a m l e y h ，1 9 8 9 ；s i n g e ra ，1 9 8 4 ；b a r k e rpf , 1 9 8 7 ) 。构造活动对粘土矿物含量特征也有很大 影响。在构造稳定期，海底沉积中各粘土矿物的含量变化也比较稳定；而当构造 活动强烈时，各粘土矿物含量的变化明显增大，同时，粘土矿物中所包含的气候 信息将会受到破坏，甚至消失，所表现出的特征主要受构造活动的影响( c h a m l e y h ，1 9 8 9 ) 。特别是盆地形成过程中，随着盆地扩张、沉降等使陆源区剥蚀加强， 源区成分发生改变，从而导致粘土矿物组成及其搬运状态都会发生相应变化，使 沉积的粘土矿物表现出一些特有的特征。比如北太平洋洋盆初始拉张，使陆缘不 稳定进而剥蚀加强，粘土矿物中伊利石、绿泥石等矿物就大量富集( a i rpe t a l ，2 0 0 2 ) 。所以，沉积物中粘土矿物特征可反映与盆地相邻的陆区古环境变化以 及盆地本身的演化过程( c h a m l e y h ，1 9 8 9 ) 。 通过数据处理得出沉积物样品中各粘土矿物相对含量的深度分布，再根据已 知的年龄框架( w a n ge 2 0 0 0 ) ，通过内插法获得1 1 4 8 孔3 2 8m a 以来粘土矿物含 量的年龄分布( 图7 ) 。从图7 可以看出，蒙脱石含量在沉积物中最高，全孔平均 含量为5 5 ，并且变化幅度最大，在8 至9 1 之间：其次为伊利石，平均含量 2 0 ，变化范围为2 4 8 。高岭石和绿泥石的平均含量分别为1 3 和1 2 ，变化 幅度相对较小，在1 3 4 1 。就总体变化趋势而言，伊利石和绿泥石基本一致， 3 2 8m a 以来呈现上升的趋势；蒙脱石的变化方向则相反，呈下降趋势。也正是这种 变化趋势，使得渐新世和早中新世沉积中粘土矿物以蒙脱石占绝对优势，逐渐转 变到第四纪以伊利石和绿泥石为主，而最显著的变化发生分别发生在3 2 3 0 m a 、 1 5 5m a 和3m a 。高岭石含量变化在1 5 5m a 之前与伊利石有些类似，呈上升的 趋势；1 5 5m a 之后则与蒙脱石接近，呈逐步下降趋势。蒙脱石，伊利石( s ) 含量 比值在渐新世和中新世最早期( 3 0 2 3m a ) 最高，并且呈现为高频宽幅波动；2 3 m a 之后，比值显著下降，同时波动趋于平缓。 1 1 4 8 孔粘土矿物含量和s i 比值的变化，分别在3 2 3 0m a 、2 3 m a 、1 5 5m a 第1 l 页共4 4 页 同济大学硕士学位论文唐松南海北部渐新世以来粘土矿物和地球化学变化特征及其意义 和3m a 等处最为明显。其中以1 5 5m a 为界，最为突出反映了伊利石和蒙脱石 含量变化的明显差异。此外，从粘土矿物含量和s i 比值变化的稳定性来看，1 5 5 m a 之前变化幅度比较大，之后则比较稳定。因此，以1 5 5m a 为界，将1 1 4 8 孔 划分为i 、两期，其中i 期内又划分为1 1 、1 2 和1 3 、1 4 四个亚期，期包含i i l 和2 二个亚期。表4 列出了各期粘土矿物含量和s i 比值的平均值。 表40 d p i l 4 8 孔各带粘土矿物含量和s i 比值平均值统计 分期深度 年龄伊利石蒙脱石高岭石绿泥石s i 比值 m c d m a 1 1 2 0 1 6 00 3 4 2 41 8 41 2 42 6 8 o 5 i i l 1 6 0 3 2 33 1 5 5 3 0 13 0 o1 9 82 0 11 o l 3 2 3 - 4 5 51 5 5 2 31 7 65 6 41 6 29 83 8 1 3 4 5 5 6 4 02 3 3 09 48 0 46 14 11 0 6 1 2 6 4 0 7 2 63 0 3 21 2 16 6 5 1 4 66 86 8 i l 7 2 6 8 5 0 3 2 3 2 81 3 65 9 71 6 61 0 14 7 海底沉积中的伊利石、绿泥石主要有两种来源( c h a m l e yh ，1 9 8 9 ) ：陆缘 斜坡出露的风化较弱的变质岩或深成岩剥蚀后提供的岩屑可提供大量伊利石、绿 泥石：在一定埋藏深度( 大于3 0 0 0 m ) 成岩作用对伊利石、绿泥石的形成也有 很大影响。高岭石则被认为常由陆表经强烈的化学风化和成壤作用形成。而蒙脱 石则主要有以下几种可能的来源( c h a m l e yh ，1 9 8 9 ) ：强水解作用条件下粘土 的再改造；出露在大气中的火山物质的风化剥蚀和再改造；火山物质在海底 改造后分解而成；碱性蒸发盆地中蒙脱石的沉淀再改造可形成多种m g 蒙脱 石；浅变质岩( 特别是富碳酸盐的岩石) 中蒙脱石的保存。 南海北部1 1 4 8 站所取样品最大埋藏深度不超过9 0 0 m ，因此，伊利石、绿泥 石受成岩作用影响较小，应主要由陆源剥蚀提供。而南海北部大陆边缘地带中生 代火山岛弧中火山岩系发育，因此推断1 1 4 8 站沉积物中高含量的蒙脱石主要源 自这些火山岩系的风化剥蚀。此外，伊利石和绿泥石多分布在高纬地区以及沙漠 地区( c h a m l e yh ，1 9 8 9 ) ，绿泥石被称为“高纬度矿物”( g r i f f i n ，1 9 6 8 ) ，因此， 它们可反映干旱寒冷的气候；高岭石主要在低纬度地区温暖潮湿的气候下经化学 风化大量形成( c h a m l e yh ，1 9 8 9 ) ，g r i f f i n 等( 1 9 6 8 )