中国浅海的沉积物中微量元素的地球化学特征

孟五一 陶兰初 葛瑞涛

中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083

中国浅海的沉积物中微量元素的地球化学特征

孟五一 陶兰初 葛瑞涛

中国地质大学（北京）地球科学与资源学院，北京 100083

本文主要在前人的研究基础上，较全面地总结了中国浅海沉积物中微量元素的一些重要地球化学特征。

中国浅海；沉积物；微量元素

我国海洋沉积物化学元素的研究，始于1958年的“全国海洋综合调查”，几十年以来取得了长足的发展。我们知道黄河以输沙量居世界第一而著称于世，长江为世界第三大河而举世闻名，二者源源不断地每年约以5×108t（长江）[1]至10×108t（黄河）[2]的泥沙输入到海，对我国大陆架浅海沉积作用有着巨大的贡献。然而，这也给我国海域带来了严重的环境问题，近几年以来尤以一些重金属微量元素的污染为最突出。因此，了解我国浅海沉积物中微量元素的地球地球化学特征意义重大。

1、中国浅海沉积物中微量元素的来源

据表1，中国浅海沉积物与中国大陆沉积物元素丰度的近似性，以及与半深海冲绳海槽沉积物和深海西太平洋褐色黏土元素丰度的差异性，充分说明了中国大陆是中国浅海沉积物的主要物质来源，有明显的继承性。从某种意义上讲，中国浅海沉积物是中国大陆沉积物在大陆海底的再分布，是“海洋化的大陆沉积物”[3]。

2、不同类型的沉积物中微量元素的变化

中国浅海沉积物类型主要可分为三大类，即砂、粉砂和泥。我们对中国东海沉积物样品进行了统计分析。结果表明（表2），元素的含量随沉积物的粒度变化而变化，即微量元素随沉积物由粗变细而含量由低增高，所不同的是各自升高的幅度，显示元素的正粒度控制律[4]。

微量元素富集于细粒沉积物中，其原因主要有三个：（1）细的黏土粒级对元素具有较强的吸附作用；（2）细粒沉积物中往往富含有机质，而有机物本身以及有机物所造成的氧化-还原环境起浓集元素的作用；（3）海底陆源碎屑沉积物的化学成分中，SiO2占举足轻重的优势，研究表明，沉积物中微量元素与SiO2显示很好的负相关趋势[5]。

值得一提的是，国内外许多学者研究了沉积物中微量元素与有机碳含量的关系，一致指出，高生产力地区的富有机碳沉积物中，微量元素金属含量有一定程度的增加[6]。他们的解释是：一些微量金属元素被浮游生物从海水中富集起来或从有机物表面吸收出来，之后，这些微量金属元素随死亡的生物一起埋藏在沉积物中。如果有机物沉降时通过富氧水层，微量元素会随有机体的氧化分解返回海水中，所以，在缺氧水体、高有机碳保存条件下形成的沉积物中，微量元素含量很高。因此，对海洋沉积物中微量元素的研究，可帮助我们恢复当时海洋的沉积环境。

例如，珠江口盆地PY33-1-1井的20块岩样测试表明[7]，沉积样中Cu、Ni、Ba的含量皆大大低于现代海洋的平均含量，所以从微量元素含量普遍偏低来看，该井区晚第三纪的古海洋条件对有机碳的沉积与保存十分的不理想，由此我们推测当时海水流通性较好，含氧量较高，而这一推测与其他的研究结果符合的很好。

3、浅海沉积物的间隙水中微量元素的研究

研究表明，沉积物的组成、性质及地质环境不同，其间隙水的微量元素含量不同。我们从中国东海取样测得了沉积物表层的间隙水微量元素含量（见表3）。

从上述结果看，海区间隙水的微量元素含量比海水中的含量高约2～6倍，然而，沉积物中微量元素的含量比海水中高得多[8]。沉积物与间隙水之间有着直接交换和平衡的关系，试验资料证明，海洋沉积物是通过间隙水向海水中释放微量元素的。通过以上的实验数据，我们知道海洋沉积物释放到海水中的微量元素是极少的，释放的速度也是很缓慢的。这一点也充分说明了海洋是具有一定的自净能力。

此外，根据表3的数据，绘制的微量元素分布图可知，东海海域北部、中部所测得微量元素含量较南部海区的要高，其原因解释为大陆及长江等河流搬运入海的碎屑物质对东海海域的沉积有深刻的影响。由河流搬运的细粒物质入海后，向东北方向，即济州岛方向运移，所以北部海域相对于南部海域砂质沉积的组成大都为软泥或粉沙泥，从而导致沉积物质微量元素增高。前人大量的研究结果表明，微量元素含量沿海岸线作带状分布是近岸海域沉积物的一个显著特征[9]。

表1 中国浅海沉积物中微量元素丰度表（ug/g）

表2 东海不同类型的沉积物中微量元素的含量

4、海水中微量元素迁移沉积的过程

前面已经知道微量元素主要富集于细粒沉积物中，这些细粒沉积物可分为两类：第一类主要是浮游生物形成的生物淤泥，分布最广的是石灰质软泥；第二类基本上由非生物成因的微粒组成，以粘土质淤泥为主体。微量元素在这两种淤泥的分布状况如下[10]：（1）钍、钇、锆、铌、钪等在沉积物中含量最高；（2）重金属（铅、铬、铜、钴、镍、钒、锌），以及镓和锗，它们大量以溶解态被强烈吸附在粘土质淤泥中；（3）一些在海水中易溶解的金属和非金属元素，如铷、铀、砷、汞、镉、锡、硒、锑、铯等，它们的沉积主要与吸收或吸附作用有关，如浮游生物对锶的吸收量很大，致使它在富生物残体的石灰质淤泥中含量较高；（4）硼主要呈溶解状态存在，易被非生物悬浮微粒吸附，聚集在粘土质淤泥中；（5）钼被悬浮物吸附而束缚在粘土质淤泥中。因此，我们总结海水中微量元素迁移沉积的方式主要有以下几种：

（1）进入海洋的粘土质矿物碎屑，具有极强的吸附能力，因而海水中大量的重金属微量元素被吸附沉淀下来；

（2）海洋生物对微量元素的吸收，这些微量元素在生物死亡后随残体沉积下来；

（3）海水中大量有机质能与微量重金属元素形成有机金属络合物，而随即沉淀下来；

（4）生物和有机质的还原作用形成的硫化物是许多微量元素的富集剂，有机质还原SO42-生成S2-，促使生成硫化物沉淀。

在这四种迁移沉积方式中，卡尔弗特通过对西南非洲陆棚沉积物研究（见表4），以及对比各方面资料之后，认为第四种富集机制的效能最高。

表3 东海沉积物表层间隙水微量元素含量

表4 西部非洲陆棚有机沉积物中有机质和硫化物部分微量元素的估计含量（WB/ug.g-1）

5、讨论

了解中国浅海地区沉积物中微量元素的含量、分布规律以及迁移沉积机制，不仅可以丰富对海区元素地球化学基本特征的认识，还可以深入了解还海区的污染状况。1998年8～10月，进行了一个航次的全国海域沉积物污染基线调查，结果发现我国许多海区已经被汞、镉、铅、砷等微量元素污染。

近几年来，学者们对海洋中微量元素的地球化学做了许多的研究工作之后，一致认为沉积物微量元素的研究意义深远。其中包括以下几个方面：

（1）指示沉积环境的意义，研究发现，海成黏土含较高的B，而大陆或淡水泥岩中Ga较为富集，一般认为大陆沉积B/Ga小于3.3，海洋沉积一般大于4.5～5，过渡型沉积介于二者之间[9]；

（2）对气候变化的指示意义，45Ka以来海洋沉积物Sr同位素的高分辨变化曲线表明(Clemens，1993)，这种变化与海洋氧同位素的变化是同步的，现在认为气候冷期87Sr/86Sr比值为低值，气候暖期对应于87Sr/86Sr高值[9]；

（3）用于沉积速率的测定，1982年，中国科学院地化研究所对我国东海两个沉积物岩心中226Ra进行了测定和计算，认为我国东海近岸区的沉积速率平均为30厘米/103年[11]；

（4）用于古盐度的确定，由于钡的化合物溶解度较锶低，当水中有硫酸根离子存在时，Ba就与硫酸根离子结合形成难溶的BaSO4沉淀，而SrSO4可继续迁移到远海，因此可用Sr/Ba比值来确定古盐度[12]。

[1]秦蕴珊，赵一阳，陈丽蓉，等.东海地质.科学出版社.1 9 8 7，1～2 9 0

[2]秦蕴珊，赵一阳，陈丽蓉，等.东海地质.科学出版社.1 9 8 5，1～2 3 2

[3]赵一阳，鄢明才.中国浅海沉积物化学元素丰度.中国科学[J].1993,23（10）:1087-1090

[4]赵一阳.海洋地球化学名词解释.海洋科学.1980，（3）：33

[5]赵一阳，车承惠，杨慧兰，等.黄东海地质.科学出版社.1982,141～146

[6]Calvert, S. E. ,1976, The mineralogy and geochemistry of nearshore sediments,In:Chemistry Oceanography,6:187～280

[7]郝诒纯，等.南海珠江口盆地第三纪微体古生物及古海洋学研究.中国地质出版社.1996,88～97

[8]Gardiner J.1974. The chemistry of cadmium in natural water ,Water Res.8(3):157～164

[9]赵其渊，等.海洋地球化学.地质出版社.1989,134～157

[1 0]韩吟文，马振东，等.地球化学.地质出版社.2003,128～133

[1 1]陈毓蔚，赵一阳，刘菊英，等.东海沉积物中2 2 6 R a的分布特征及近岸区沉积速率的测定.海洋与湖沼.1 9 8 2,1 3（4）:380～385

[1 2]蓝先洪，马道修，徐明广，等.珠江三角洲若干地球标志及指相意义.海洋地质与第四纪地质[J].1987，7（1）：39～49

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.19.022