2020, Vol. 50
2. 海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100;
3. 青岛海大海洋工程技术开发有限公司，山东 青岛 266000
南海作为中国最大的边缘海，地处典型的东亚季风区，具有高沉积速率的沉积物不仅可以记录全球的气候变化，还叠加了区域物源和环境信息，是研究古环境古气候的理想场所[1]。海洋沉积物的地球化学元素组成的变化包含了有关气候和海洋学的信息[2]，同时元素在风化过程中受到陆地气候环境的影响，因此元素比值或相关指标可应用于记录地表风化特征，所以海洋沉积物的元素数据经常被用来重建源区气候和物源区特征[3-5]。末次冰期以来南海沉积物的组成和沉积速率主要受控于海平面变化，Liu等[6]发现南海南部陆源输入在31.9和18.5 kyr BP发生突变，可能是海平面的变化与东亚季风影响的海流及物质搬运导致的。赵宏樵等[7]对南海北部陆坡191站位进行分析，发现主量元素对MIS3以来的气候变化、海平面波动以及陆源物质供应的变化有很好的响应。Xie等[8]对南海北部MD05-2903岩芯进行元素分析，发现MIS3期以来的K/Ti的变化明显具有与高纬度冰芯和东亚季风区氧同位素一致的变化趋势，代表千年尺度的快速气候波动；Huang等[9]对KNG5岩芯的元素地球化学性质研究发现，Rb/Sr、Al/Ti和K/Al含量都在早全新世出现最大值，并且在10 kyr BP左右化学风化最强。董哥洞石笋氧同位素揭示了11.2、10.9、9.2、8.2 ka等时期气候突然变冷，夏季风减弱的事件[10]，高分辨率的湖光岩数据揭示了9.2、8.2、5.3、4.2、2.8、1.4和0.4 ka等时期气候变冷事件，并发现它们与北大西洋的记录是一致的[11]。目前中小时间尺度尤其是晚第四纪以来的气候环境变化已成为南海古气候古环境研究的主要方向之一，其对帮助人类理解全球气候环境系统变化具有重要意义。本文研究区位于南海西北部陆坡，沉积环境相对稳定，沉积记录也保存较为完整，通过对研究区沉积物的物源分析及沉积特征研究可为还原南海北部古环境古气候演变过程奠定基础，同时对预测未来全球气候环境变化也具有重要指导意义。
本文在前人研究的基础上，选取南海西北陆坡上部的ZK2岩芯，通过对其粒度、常微量和稀土元素的详细分析，并结合AMS14C测年数据，探讨末次盛冰期以来南海西北陆坡沉积物来源及其对古气候的响应。
1 区域概况研究区位于南海西北陆坡区，北部紧邻海南岛，西南为中南半岛，东南为西沙群岛(见图 1)。该陆坡区上陆坡窄而陡峭，宽约20 km，坡度约为23°，水深从100 m陡降至1 000 m以上；下陆坡地形平缓，坡度约1°[12]，海底峡谷发育[13]。该区域的气候主要受东亚季风控制，具有典型的热带季风气候特征，11月~次年3月盛行东北冬季风，5~8月盛行西南夏季风，风速较小，稳定性较差，南海季风盛行主要是由海陆热力差异导致的[14]。本文研究区域主要接收来自华南、海南岛和中南半岛的沉积物[15]，主要输入河流为珠江、红河以及湄公河[16]，前人研究表明，南海北部海南岛以东地区主要接受珠江、台湾物质的输入[17]，红河来源的物质在海南岛的阻隔下主要沉积在南海西北部[18]，湄公河的物质难以到达南海北部陆坡和陆架区[19]。
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(据Liu et al., 2011[6]修改，其中南海表层流引自Fang et al., 1998[20]。The plot was modified from Liu et al., 2011[6], the most of circulations are cited from Fang et al., 1998[20] ) 图 1 ZK2岩芯取样位置示意图 Fig. 1 Borehole geographical location map of Core ZK2 |
本文研究材料是南海西北陆坡ZK2岩芯，总长度约30 m，取样站位水深约为600 m(见图 1)主要由粉砂及粘土质粉砂组成。本文对ZK2岩芯进行AMS14C测年、粒度、常微量元素含量测试。
2.2 分析方法 2.2.1 粒度测试用于粒度分析的岩芯样品，共41个，平均间隔100 cm取样。以Folk法进行分类和命名，并采用Folk-Ward图解法进行参数计算。粒度测试在中国海洋大学海底科学与探测技术实验室的英国Malvern公司生产的Mastersizer3000激光粒度仪完成。
具体的操作分为样品的预处理和上机测试两个部分。
(1) 样品预处理
去除样品中的有机质：取1~2 g沉积物样品于烧杯中，将浓度为15%的过氧化氢溶液15 mL加入烧杯中，充分振荡后静置24 h。
去除碳酸盐铁锰氧化物或氢氧化物：待上部反应完成后，将浓度为10%的盐酸溶液5 mL加入样品中，混合均匀后静置12 h。
去除酸离子：待反应完成后，加入去离子水离心清洗三次。
(2) 上机测试：加入20 mL六偏磷酸钠溶液超声30 s，将样品充分离散后，按操作步骤进行上机操作即可。重复测试两次，分析误差在5%以内则认为数据可靠。
2.2.2 常微量和稀土元素测试常微量和稀土元素测试按照约100 cm间距取样，避开生物碎片含量较高的层位，共取得41个样品。采用四酸消解，主要步骤如下：取低温烘干后的样品50 mg于Bo mb溶样器中，加入1 mL 1:1的HNO3，充分反应；加入3 mL纯HF放入160~180 ℃的自动控温电热板上加热48 h，蒸至近干；加1 mL纯化过的HClO4，蒸至白烟冒尽；冷却后加2 mL HCl，同样蒸至近干；再加2 mL 1:1的HNO3, 蒸至近干；加入1.5 mL 1:1的HNO3，置于电热板上加热溶解12 h，冷却至室温；加入0.5 mL铑内标溶液，置于电热板上保温12 h，冷却至室温；用1:1的HNO3移至50 mL容量瓶中，并用其稀释至刻度，摇匀待测。用电感耦合等离子体质谱仪分析法(ICP-MS)和电感偶合等离子体原子发射光谱分析法(ICP-AES)联合测定，将样品送至澳实分析检测(广州)有限公司实验室利用美国热电公司生产的电感耦合等离子体质谱仪XSERIESⅡ测定。其主量元素组成(除Si外)用ICP-AES测试，Fe、Al、Ca、K、Na、Mg等元素检出限为0.01，Ti为0.005，单位为(%)，P和Mn元素单位为ug/g，检出限分别为10和5。等离子质谱法(ICP-MS)测定Cr、Ni、Co、Cd、Li、Rb、Cs、Mo、Be、Sc、V、Ga、Ge、Tl、U、Th以及14种稀土元素。地球化学元素分析误差在5%以内，结果可靠。
2.2.3 AMS14C测年本文采用AMS14C方法建立沉积物年龄框架，取适量样品到小烧杯，加入水和30%的H2O2进行浸泡，充分分散后，过0.063 mm筛子进行冲洗，然后把＞0.063 mm的部分样品烘干后，挑选0.25~0.35 mm之间的浮游有孔虫G. ruber进行AMS14C测年，AMS14C测年在美国迈阿密的Beta测年实验室完成。
3 实验结果 3.1 年代框架本文对ZK2岩芯前20 m不同层位的14个样品进行了AMS14C年代测定(见图 2)，测试完成后使用CALIB7.0.4软件进行了日历年龄校正，其中碳储库ΔR为(61±78) a，校正采用MARINE13方法。然后根据沉积速率外插得到其底部年龄在28 ka BP左右。0~4 m沉积速率较为稳定在128 cm/ka左右，没有大的变化，此时陆源物质供应稳定；4~6 m沉积速率下降，下降到63 cm/ka左右；6~10 m沉积速率增大到278 cm/ka左右，且增大的幅度较大；10~14 m沉积速率较低为49 cm/ka左右；14~17 m沉积速率达到ZK2岩芯的最大值480 cm/ka；17~19 m沉积速率降低到47 cm/ka；19~30 m沉积速率稳定在110 cm/ka左右。
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图 2 ZK2岩芯年代框架 Fig. 2 Age framework of Core ZK2 |
本文从沉积物类型、粒度组成，以及平均粒径、分选系数、偏态、峰态等四个参数来分析ZK2岩芯沉积物粒度特征。根据Folk命名法，ZK2岩芯沉积物主要为粉砂和粘土质粉砂，含量变化范围在63.16%~79.16%，粘土次之，含量变化范围在20.40%~35.84%，砂含量极少，含量变化范围在0.001%~3.18%，无砾石组分。根据沉积物粒度参数、粒度组分以及年代测定，将ZK2岩芯沉积物从上而下分为2个层位，其纵向的变化规律如图 3所示。
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((a)平均粒径；(b)分选系数；(c)偏态；(d)峰态。(a)Main grain size; (b)Sorting coefficient; (c)Skewness; (d)Kurtosis. ) 图 3 ZK2岩芯粒度纵向变化特征 Fig. 3 Grain size variation of Core YQ1 in the vertical |
Ⅰ层：0~11.6 ka BP，该层主要为全新世沉积，沉积物的主要类型为粉砂和粘土质粉砂，各粒度组分在7.3ka BP处突变，其它变化范围不是很大，其中，砂含量的变化范围为0.001%~1.66%，平均值为0.48%；粉砂含量的变化范围为67.43%~79.16%，平均值为73.49%；粘土含量的变化范围为20.40%~30.91%，平均值为26.03%。平均粒径的变化范围为6.75~7.10 Φ，平均值为7.00 Φ；分选系数的变化范围为1.52~1.78，平均值为1.58，分选较好；偏态值均为正值，其变化范围为0.06~0.22，平均值为0.16，均为整偏；峰态的变化范围为0.99~1.15，平均值为1.03。
Ⅱ层：11.6~28 ka BP，该层主要为末次冰期沉积，沉积物主要为粘土质粉砂，各粒度组分的变化范围不是很大，其中，砂含量的变化范围为0.07%~3.18%，平均值为1.42%；粉砂含量的变化范围为63.16%~71.45%，平均值为67.48%；粘土含量的变化范围为26.68%~35.84%，平均值为31.10%。平均粒径的变化范围为6.89~7.43 Φ，平均值为7.15 Φ；分选系数的变化范围为1.63~1.83，平均值为1.72，分选一般，且与上层相比分选变差；偏态值均为正值，其变化范围为0.03~0.14，平均值为0.08，均为正偏；峰态的变化范围为0.94~1.02，平均值为0.98。
3.3 常量元素特征共对ZK2岩芯沉积物41个样品进行常量元素测定，测试了Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、Mn、P 9种常量元素，各常量元素含量统计如表 1。
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表 1 各常量元素含量统计 Table 1 Statistics of major elements |
ZK2岩芯沉积物样品平均粒径和常量元素组成如图 4所示，同粒度一样，常量元素的变化也分为全新世沉积和末次冰期沉积两个阶段，从整个序列来看，Ca、P元素含量随深度的变化与其它7个常量元素含量的变化趋势相反，与平均粒径的变化趋势较一致，各常量元素含量表现出周期性的波动。所有元素在7.3 kaBP处存在突变，其它阶段元素含量变化不显著，振幅较小。利用SPSS软件对ZK2岩芯沉积物的常量地球化学元素进行相关系数的分析，得到表 2，由表 2 ZK2岩芯沉积物常量地球化学元素相关系数矩阵可以看出，Fe、K、Ti、Al呈正相关且相关系数较高，证明其相关性良好，同时与Ca、P呈负相关。
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图 4 ZK2岩芯常量元素纵向变化特征 Fig. 4 Major elements content variation of Core ZK2 in the vertical |
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表 2 ZK2岩芯常量元素和沉积物类型的相关系数 Table 2 Correlation coefficients of major elements and granularity parameters of sediment of Core ZK2 |
就常量元素含量与平均粒径的关系而言，ZK2岩芯沉积物的常量元素与平均粒径的变化规律可以分为3种类型，呈现正相关关系的为：元素Ca和P，负相关的为元素K、Ti、Al和Fe，而元素Mn、Na和Mg与平均粒径的相关性不明显。由表 2可以看出各元素与砂、粉砂、粘土含量的相关系数较高，其中Al、Fe、K和Ti与细粒级粘土含量变化呈正相关，且相关系数分别为0.66、0.64、0.57和0.48，表明这两种元素较多存在于细粒级粘土当中；Ca与粉砂含量变化呈正相关，相关系数为0.54，表明Ca较多存在于粉砂中。因此粒度效应对Al、Fe、Ti、K和Ca含量组成的影响较大。
3.4 微量元素特征沉积物中微量元素的含量较常量元素低很多，通常以10-6或10-9为单位，它们通常存在矿物固溶体或流体相中，而自身不能形成独立矿物。本文共对ZK2岩芯沉积物41个样品进行微量元素测定，测试了Sc、V、Co、Li、Ni、Cr、Ba、Zr、Nb、Hf、Ta、Th、Cu、Sr、Zn、Rb 16种微量元素，ZK2岩芯沉积物微量元素纵向变化特征如图 5所示。
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图 5 ZK2岩芯微量元素纵向变化特征 Fig. 5 Trace elements content variation of Core ZK2 in the vertical |
根据ZK2岩芯微量地球化学元素在纵向上的变化规律可以看出，其同样可以分为全新世沉积和末次冰期沉积两部分，Ⅰ层位各微量元素含量变化较Ⅱ层位大。Sr元素与其它元素含量随深度的变化趋势相反，其它元素含量随深度变化较一致，在7.3ka BP左右元素含量变化较大，除Sr元素外其它元素均呈正相关，其中Sc、V、Co、Nb、Th元素相关性较大。就微量元素含量与平均粒径的关系而言，V、Zr、Cu、Sr、Zn与平均粒径具有很好的相关性，推测其可能受粒度控制，除元素Sr外其它元素与平均粒径呈负相关，说明在细粒沉积物中更富集，元素Sr在搬运过程中主要以重碳酸盐的形式进入水溶液，在海水中易被海洋生物吸收，通过生物作用沉降，仅有小部分被粘土吸附，与平均粒径呈正相关关系。
4 讨论 4.1 常量元素基于R型因子分析的沉积物物源组合为确定ZK2岩芯沉积物的物质来源，我们利用SPSS软件把41个样品9个常量元素进行R型因子分析。依据常量元素的地球化学性质和元素组合的成因把R型因子分析确定的各因子赋予地质意义，进而确定代表不同物质来源的元素组合。
在累积方差贡献达86%的条件下，R型因子分析得到了代表不同元素组合的3个因子，如表 3所示。F1的方差贡献最大，为48.40%，对所研究沉积物常量元素组成具有最重要的影响，为Al、Fe、K和Ti的元素组合，且均为正载荷，Al、Fe、K和Ti代表海洋沉积物中的陆源组分[21-22]，其中Fe可能和粘土矿物的绿泥石、蒙脱石和伊利石有关[23]，K主要是与钾长石和伊利石有关[24]，因此F1代表了陆源元素组合。F2的方差贡献为28.29%，该因子的元素组合为正载荷的Mg、Na和Mn。研究表明，Mn元素是海底沉积物早期成岩作用的代表元素[25]，Na含量往往对应着火山活动的影响，海洋沉积物中的Mg通常伴有粘土矿物或碳酸盐矿物，因此Mg可以同时来自陆源和海源[26]，因此F2因子代表了火山活动和早期成岩作用。F3的方差贡献为9.5%，代表的元素组合是正载荷的P，以往研究显示，P元素与生物活动有关，因此F3可能代表了附近生物活动对沉积物的影响。各因子的因子得分图如表 3所示，因子得分越大，说明该因子的占比越大。上述分析可得，ZK2岩芯沉积物化学组成主要受到陆源输入因子、早期成岩作用和生物作用的影响，其中，陆源输入因子对该岩芯沉积物的化学组成起决定作用，早期成岩作用和生物活动对其化学组成起着一定的改造作用。
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表 3 ZK2岩芯沉积物常量元素的因子载荷 Table 3 Major element factor load of sediments of Core ZK2 |
将各元素氧化物含量与其它地区常量元素进行对比，由表 4可看出，ZK2岩芯沉积物常量元素组成与中国大陆较为接近，表明该岩芯沉积物以陆源为主，华南大陆可能是主要物源区，相对于陆壳物质ZK2岩芯沉积物Fe2O3、Al2O3、MgO、Na2O和MnO的含量较低，CaO的含量比其它各区含量都高，推测受生物沉积作用的影响，CaO等生源组分的稀释作用使得陆源成分含量较陆壳略有降低[13]。该岩芯沉积物常量元素与海南岛、红河，珠江口等均有差异，说明该岩芯沉积物陆源成分来源较复杂，并非单一源。
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表 4 Zk2岩芯沉积物常量元素含量与其它地区的对比 Table 4 Comparison of the major elements content in Core ZK2 with other regions |
在海洋沉积物中的一些高场强和大离子亲石元素，如La、Sc、Co和Ti等，它们的化学性质较稳定，在海水和生物中含量极少，并且留存时间短，一般容易被固体物质吸附并随其一起搬运沉积，而在化学风化过程较稳定，在海底沉积物的分析中，可以认为这些元素几乎全部来自于陆源碎屑物质，这些元素所反映的是碎屑源区的地球化学特征[32]，ZK2岩芯沉积物微量元素含量与其它地区对比如表 5所示。由表可看出该岩芯沉积物与大陆上地壳物质相比，相对富集Ni、Cr、Cs，表现出有部分海洋自生组分的加入，与常量元素的分析结果较一致，与潜在物源区的微量元素含量特征均有差异。
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表 5 ZK2岩芯沉积物微量元素含量与其它地区对比 Table 5 Comparison of the trace elements content in Core ZK2 with other regions |
不同类型岩石具有不同的地球化学成分，就微量元素在岩浆分异过程中的相容性而言，Sc、Cr、Co及Ni、Ti等元素在岩浆分异过程中较La、Zr、Hf和Th等元素先析出，所以这些过渡族元素在铁镁质类的岩石中含量较高[34]，而La、Zr、Hf和Th等元素则容易在长英质的岩石中富存，用这些特征元素之间的比值可以更有效地提供沉积作用过程中源区的相关信息，在指示沉积环境和物质来源比主量元素更为灵敏，在用于物源示踪分析往往能取得比较好的效果。而在海洋沉积物中用这些微量元素的比值可以区分源区岩石类型[35]。通过常量元素分析可得，ZK2岩芯沉积物主要来源于陆源碎屑，在Hf-La/Th判别图上(见图 6)，该岩芯沉积物大都落在靠近长英质物源区，表明沉积物源以长英质物源为主。本文选取La、Sc、Co作为指示元素，进行物源判别，前面已经说明用元素比值可以更为准确的反映物源，同时为了消除沉积物粒度和碳酸盐稀释作用的影响，我们选用元素比值La/Co和La/Sc作为判别指标，由La/Co和La/Sc物源判别图(见图 7)可看出ZK2岩芯沉积物元素比值更接近珠江和海南岛，投点离红河及湄公河相对较远。
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(据Floyd and Leveridge[36]。According to Floyd and Leveridge[36]. ) 图 6 Hf-La/Th判别图 Fig. 6 Hf-La/Th discrimination diagram |
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(珠江、红河、海南岛、湄公河数据引自崔振昂[37]。Pearl River, Red River, Hainan Island, and Mekong River data from Cui Zhenang[37]. ) 图 7 La/Co和La/Sc物源判别图 Fig. 7 La/Co and La/Sc source discrimination diagram |
根据4.1节，F1包含的常量元素为Al2O3、Fe2O3、TiO2和K2O，同时F1的得分与陆源物质和海源物质的相对贡献有关，所以本文用F1的得分反映陆源物质的相对输入量，进而用其示踪季风强度。因为这些陆源常量元素氧化物会受到沉积物粒度变化的制约，所以我们通过元素比值来消除这个影响。Al是常用的消除海底沉积物元素含量变化的参比元素，但南海深水沉积物中存在自生源Al，所以经常用Ti来取代Al进行参比[38-40]。研究区位于南海西北陆坡，冰期时气候寒冷干燥，降雨量减少，不利于元素的化学风化和以溶解离子形式迁移，在暖期时，气候温暖湿润，有利于源区的化学风化作用[41]。因此，选择Al2O3/TiO2、Fe2O3/TiO2、K2O/TiO2、F1得分作为替代性指标来反映南海西北部陆坡的气候变化。同时，将以上替代性指标同董哥洞石笋的δ18O曲线、30°N夏季日照辐射量、以及周边ZHS-176岩芯的Mg/Ti进行比较，进一步反映东亚季风的演化过程。
根据以上指标的变化过程，现将28 ka BP以来的南海西北部陆坡陆源输入量及东亚季风的演化历史划分为三个阶段：
阶段一(28~19.1 ka BP)：
该阶段的气候特征为先暖后冷，主要包括末次盛冰期和H2时期。末次盛冰期气候寒冷干燥，ZK2岩芯沉积物常微量元素的比值较低，说明此阶段源区岩石化学风化作用较弱；H2时期，ZK2岩芯常微量元素的比值在23.9~25 ka BP左右出现了明显的下降，与此同时董哥洞δ18O呈现明显高值[42]，反映出此时源区降水量大为减少，30°N夏季日照辐射量在这个时期也是降低的，这些指标共同指示了干冷的气候条件，揭示了东亚夏季风程度的减弱。H事件在南海、华南地区都被广泛记录，表明低纬度与高纬度气候事件的遥相关[43]，ZK2岩芯沉积物对于H2事件也有一定的记录。
阶段二(19.1~11.1 ka BP)：
该阶段主要包括末次冰消期和H1事件。末次冰消期较末次盛冰期冰川逐渐消融，温度上升，ZK2岩芯沉积物常微量元素的比值也相应的略有上升，此时源区化学风化作用也相应加强，这个时期30°N夏季日照辐射量也是上升的，这些指标表明，这个时期东亚夏季风程度逐渐增强。在末次冰期总的气候背景下，北大西洋共发生了6次强烈的冰川漂移事件，即代表发生了6次Heinrich事件，这6次大规模的冰筏碎屑活动使大量的浮冰进入北大西洋，使其海水表面温度降低，生产力下降[44]，Zheng等[45]通过对南海东北部10E203岩芯的研究发现H1时期的底流活动加强，可能与太平洋水团的侵入有关，因而认为北大西洋深层水与北太平洋深层水有关联，所以南海沉积物对H事件也有良好的记录。H1时期，ZK2岩芯常微量元素的比值在16~17ka BP左右出现了明显的下降，此时董哥洞δ18O呈现高值，与ZK2岩芯相邻近的ZHS-176岩芯的Mg/Ti也在这个时期出现了明显的下降，同时这个时期的沉积速率升高，说明此时气候明显变冷，海平面下降，河口与研究区的距离缩短，导致沉积物来源增加，沉积速率上升。
阶段三(11.1 ka BP~)：
该阶段主要为全新世时期。东亚全新世的气候变化存在显著特点，早期气候由干变湿润，中期持续湿润，中期到后期开始变干，表现为“干-湿-干”的变化特点。Zhou等[46]对江西大湖地区的泥炭岩芯进行研究，发现10~6 ka BP气候温暖湿润为全新世适宜期，而到6~4 ka BP时气候已经变得冷干了。王淑云等[47]对湖光岩岩芯沉积物的孢粉分析表明气候适宜期出现在早全新世(9.5~8 ka BP)，Zheng等[48]对海南岛双池玛珥湖的孢粉研究表明7.2~2.7 ka BP出现湖泊的高温期，而在2.7 ka BP左右的气候模式可能发生了重大转折。ZK2岩芯由于取样间隔较大，对其中一些气候变化事件反映不明显，通过图 8可以看到在7.3 ka BP左右出现了一次较强的升温事件，此时全球气候变得温暖湿润，ZK2岩芯沉积物陆源常微量元素比值明显升高，源区陆源物质输入量明显增加，东亚夏季风变强。通过Hf-La/Th、La/Co和La/Sc物源判别图发现，此时的物源没有发生明显变化。根据前人研究结果表明，此时为大西洋暖期的鼎盛阶段，当时南海北部的温度比现代高出2~3℃，海平面为全新世冰消期后的第一期高海平面，高出现代海平面6~7 m[49]，此时应该对应前文中提到的全新世适宜期。全新世中晚期，全球气候向冷干方向发展，降雨量减少，董哥洞δ18O开始升高，ZK2岩芯沉积物典型常微量元素比值都呈减小的趋势，陆源物质输入量减少，30°N夏季日照辐射量也是降低的，此时东亚夏季风也呈现减弱的趋势。
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((a)ZK2岩芯沉积速率，(b)北半球30°夏季日照辐射量[53]，(c)华南董哥洞氧同位素[42]，(d)ZHS-176岩芯Mg/Ti[54]。(a) Sedimentary rate of Core ZK2, (b) 30°N summer insolation[53], (c) Stalagmite δ18O of the Dongge cave, (d) Mg/Ti of Core ZHS-176[54]. ) 图 8 ZK2岩芯典型常微量元素比值与其它参数对比 Fig. 8 Ratio of typical major and trace elements in Core ZK2 compared with other parameters |
前人通过对海洋沉积物、石笋、孢粉等大量的研究，重建了南海北部末次盛冰期以来的古气候变化，李明坤等通过对琼东南盆地的PC338岩芯的研究发现南海北部在11.5~8 ka BP是出于极端温暖的气候条件，8~6 ka BP时暖湿气候稍微减弱。孙湘君等[50]较早利用南海的孢粉重建了南海北部过去4万年以来的植被和气候状况，研究表明南海北部气候冰期时寒冷而干燥，末次冰期时可能存在千年级的周期的频繁交替，全新世时气候状况接近现代。Sun等[51]通过对南海南北部陆坡沉积物孢粉组合研究发现发现，南海北部在末次盛冰期时为冷干的状态，而南部巽它大陆架降温比较微弱，其认为可能是冬季风的加强造成了如此巨大的差异。Dai and Weng[52]通过对岩芯MD05-2906孢粉特征的研究发现南海北部从末次盛冰期至冰消期逐渐变热，进而推测东亚夏季风在11.3~9.4 ka BP期间加强。ZK2岩芯沉积物总的来看，各指标在末次冰期时变化不大，以小幅度波动为主，这段时期东亚夏季风相对较弱，东亚冬季风相对较强，并且夏季风和冬季风呈反相位的变化关系[35]。同时常量元素比值记录到了H1和H2事件，全新世时呈现由冷干变为暖湿，其在7.3 ka BP达到顶峰，然后又变为冷干的状态。沉积速率在这个时期随着源区陆源物质输入量的变化也呈现了由低到高，然后又降低的状态。末次盛冰期以来东亚夏季风的强度变化同30°N夏季日照辐射量相一致，说明其主要受北半球夏季太阳辐射的驱动。ZK2岩芯沉积物反映的南海西北陆坡的气候变化与前人的研究基本一致，都呈现出了末次冰期时冷干，全新世暖湿的状态，但是对于全新世适宜期的出现的时间稍有不同。
5 结论本文对取自南海西北部陆坡的ZK2岩心沉积物的粒度、AMS14C测年、常微量稀土元素进行了详细的分析，得出了以下结论：
(1) 根据沉积物粒度、常微量及稀土元素和粘土矿物的垂向分布特征并结合AMS14C测年结果，ZK2孔沉积物可划分为2个沉积单元：Ⅰ层(0~11.6 ka BP)为全新世沉积，Ⅱ层(11.6~28 ka BP)为末次冰期沉积，沉积物常微量元素从末次盛冰期到全新世均呈现出明显增多的趋势。
(2) 将ZK2孔沉积物的常量元素进行R型因子分析，得到了代表不同元素组合的3个因子，F1代表了陆源元素组合，F2因子代表了火山活动和早期成岩作用，F3代表了附近生物活动对沉积物的影响，ZK2岩芯沉积物以F1陆源元素组合为主。通过Hf-La/Th判表明ZK2岩芯沉积物源以长英质物源为主，用La/Co和La/Sc进行判别表明ZK2孔沉积物物源主要为珠江和海南岛，红河及湄公河对其相对贡献较少。
(3) 南海西北部陆坡从末次盛冰期以来典型常微量元素比值记录到了H1和H2事件，说明南海西北陆坡的沉积物对华南气候变化有较为敏感的响应。全新世时气候呈现由冷干变为暖湿，其在7.3 ka BP达到顶峰，然后又变为冷干的状态。东亚夏季风的强度变化同30°N夏季日照辐射量相一致，说明其主要受北半球夏季太阳辐射的驱动。
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