珠江口表层沉积物常量元素特征及其地球化学意义*

马 玉，李团结，刘长建，刘 激，刘 昆，马 媛，史华明，张军晓

(1.国家海洋局南海工程勘察中心，广东 广州 510300；2.中山大学地理科学与规划学院，广东 广州 510275)

珠江是西江、北江和东江等水系的总称，珠江河口由八大口门组成，东四口门是由虎门、蕉门、洪奇门和横门组成的喇叭状河口湾，为珠江口的主要组成部分，西四口门由最西的崖门和虎跳门两个口门组成也呈喇叭状的黄茅海河口湾，珠江主流磨刀门和另一分流鸡啼门分别直接入海[1]。每年珠江水系输送来的沙量为8336万t，其中约20％沉积在三角洲内，其余的80％泥沙淤积在口门以外的海域，导致大量化学物质在河口区沉积[2]。

目前珠江口微量元素及重金属污染[3-6]、沉积环境[7-9]、泥沙运移[10]等方面的研究较多，并取得了一系列研究成果。珠江口沉积物常量元素的地球化学研究相对较少，但常量元素在河口的分布不仅反映河口的沉积和水动力环境特点，而且影响重金属等污染物在河口的分布和迁移[3,11]。目前珠江口常量元素的研究区域主要集中在东四口门组成的伶仃洋河口内，覆盖范围小，调查站位有限[2,12]。刘激等[13]主要从矿物组成和沉积物类型角度研究了珠江口常量元素的地球化学性质，但调查站位相对较疏。本文根据2005年在珠江口采集的348个表层沉积物样品，对沉积物中10种常量元素的地球化学性质进行研究，探讨了其物质来源、分布规律、成因和相互关系。

1 材料与方法

1.1 样品采集

本次研究的调查范围为东经113.069°-115.120°，北纬21.350°-22.570°，东起红海湾，西至上川岛，南至水深约100 m处。采取近岸密远岸疏的布站方式，共采集348个站位的表层沉积物样品，实际采样站位分布见图1。

样品采用箱式取样器采集0～10 cm 表层样品，样品采至甲板以后，立即进行现场描述。每份样品>500 g，对砂质沉积物样品要求每份>250 g，将样品装入样品袋后贴好标签，低温保存。

图1 珠江口表层沉积物采样站位

1.2 样品分析

每个样品取约25 g置于洁净表面皿中，自然晾干后放入烘箱，在40±2 ℃下烘48 h，在样品接近干燥时(约经过24 h)，用玻璃棒轻捣样品，继续烘24 h至干，放入干燥器内冷却，然后用玛瑙研钵轻轻将沉积物样捣碎，过80 目尼龙网筛。收集小于80目的沉积物样品，采用Magix-pro2440型X射线荧光光谱仪分析样品中的常量元素。

2 结果与讨论

2.1 元素组成特征

从表1可以看出，沉积物中SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和K2O的含量相对较高，其他元素含量相对较低，平均含量分别为：SiO2(60.1％)>Al2O3(15.1％)>Fe2O3(5.89％)>CaO(3.00％)>K2O(2.61％)>MgO(1.89％)>Na2O(1.68％)>TiO2(0.91％)>P2O5(0.15％)>MnO(0.09％)。

SiO2含量最高，平均值为60.1％，区内分布比较均匀，大部分在53％～63％之间，图2表明SiO2含量在水深20 ～60 m范围较高，最高值出现在研究区西南部，此区域沉积物类型主要是砂[13]。Al2O3是研究区表层沉积物中平均含量次高组分，平均值为15.1％，其含量从河口区向海方向含量逐渐降低，在研究区西南部降到最低3.04％，SiO2和Al2O3的含量分布均与沉积物类型分布密切相关。CaO的平均含量不高，自河口向海方向逐渐增加，但其分布变异系数高达0.82，表明CaO在研究区内各站位之间分布不均，其余元素的变异系数除MnO(0.33)和TiO2(0.31)略高外均低于0.30，表明其他元素在珠江口的分布相对均匀。

表1 珠江口表层沉积物常量元素含量

图2 珠江口表层沉积物元素含量的分布特征

2.2 元素相关性分析

在沉积物中Al2O3与SiO2的含量大体呈消长关系[14]，SiO2主要赋存于粗粒组分中，而Al2O3则是细粒级粘土矿物的特征组，两者存在着明显的负相关关系，相关系数为-0.79(表2)。海洋沉积物中的Ti几乎全部来源于陆源碎屑，根据表层沉积物元素间的相关分析可探讨元素的来源[15]，P2O5、K2O、Fe2O3和Al2O3与TiO2呈现强正相关关系，相关系数均达0.70以上，其含量均从河口向海逐渐降低，表明这些元素具有陆源输入的特征，与相关文献报道结果一致[2]，CaO与TiO2存在明显的负相关关系，CaO主要受生物碎屑沉积控制；Na2O、MgO与TiO2无明显的相关关系，受陆源物质影响较小，是海源性物质；K2O与MgO和Al2O3均呈明显的正相关关系，可能受陆源物质和海源物质的双重影响(表2)。

表2 珠江口表层沉积物氧化物含量的相关系数

2.3 元素与Al2O3比值及其意义

元素与Al2O3的含量比值能够消除因沉积物粒度或者矿物成分差异引起的元素化学组分变化，从而更加准确地认识沉积物中的元素地球化学特征[16]。本次研究区内除西南部高值区外珠江口平均Si/Al为3.34，与大陆地壳和铝硅酸盐的Si/Al值(多为3左右)相近[17]，表明珠江口近岸沉积物中的Si主要来源于沿岸岩石风化。但研究区西南部存在的SiO2/Al2O3峰值区，是由于古三角洲河床表层细粒矿物被潮流冲刷，粗粒矿物富集的结果[8]。另外SiO2/Al2O3比值随水深增加而增大，与粗粒沉积物增加而细粒沉积物减少相对应，说明SiO2主要赋存在粗粒矿物相中，而Al2O3主要赋存在细粒矿物相中(图3)。

元素相关性分析结果表明，Fe2O3、P2O5和MnO均具有亲陆源碎屑性，Fe2O3/A12O3和MnO/A12O3二者比值自河口向海方向逐渐减小，但P2O5/A12O3比值却逐渐增大，说明P2O5在沉积物中的迁移能力强于A12O3。Na2O/A12O3和MgO/A12O3比值自河口向海方向逐渐增大，主要是受海源碎屑控制。CaO含量主要受生物碎屑控制，CaO/A12O3比值表现出从河口向海逐渐增大的趋势，说明本研究区内从河口向海方向生物沉积作用加强。

TiO2/A12O3比值向海方向逐渐减小，说明陆源碎屑物质随搬运距离的增加而逐渐减少。而且在海水中以离子状态迁移的Ti是微不足道的[18]，TiO2/A12O3还可以反映研究海域的水流搬运能力大小[19](图4)。2006年和2007年珠江口表层海水盐度分布特征呈西南低东北高，说明珠江入海淡水具有较强的西南流向，与TiO2/A12O3在西南部具有高值区分布相吻合，进一步证明了TiO2/A12O3能够反映河口水文动力环境特点。

图3 珠江口表层沉积物常量元素与Al2O3 含量的比值

2.4 元素因子分析

采用SPSS软件对所分析的常量元素进行R型因子分析，选用极大方差旋转法，设置公因子最小方差贡献值(即最小特征值)为1，得到2个主因子，其累计方差为82.446％(即代表了原始数据全部信息的82.446％)，表明因子分析效果较为理想。

表3分析结果表明，因子1(F1)的方差贡献为52.849％，元素组成包括SiO2、Al2O3、P2O5、Fe2O3、MnO、TiO2、K2O和CaO。其中SiO2为最大负载荷，是Al2O3、Fe2O3、MnO等元素含量的“稀释剂”，沉积物中SiO2含量越高，Al2O3、Fe2O3、MnO等元素含量就会越低，另外反映生物沉积的组分CaO也为负载荷。Fl因子代表了亲陆源碎屑组分以及碳酸盐型的生物碎屑组分，是控制研究区沉积物化学成分的最主要因素。因子2(F2)的方差贡献为29.598％，元素组成包括Na2O、MgO和K2O，而且Na2O和MgO二者相关系数为0.70，呈现强正相关关系，代表了海源碎屑沉积，而K2O在两个主因子上均有负荷，进一步说明了其受陆源和海源碎屑双重影响特征。

表3 珠江口表层沉积物元素因子分析

图4 珠江口表层海水盐度分布

3 结 论

1)沉积物中SiO2和Al2O3含量最高，平均含量分别达到60.1％和15.1％，说明沉积物化学成分以硅酸盐和铝硅酸盐为主。代表生源物质的CaO分布变异系数较大，分布不均。

2)表层沉积物中SiO2与Al2O3呈明显负相关关系，其含量从河口向海逐渐增加；P2O5、K2O、Fe2O3和Al2O3与TiO2呈现强正相关关系，其含量从河口向海逐渐降低，具有陆源输入的特征；CaO与TiO2呈负相关关系，与生物碎屑沉积有关；Na2O、MgO与TiO2无明显相关关系，为海源性物质。

3)元素与A12O3比值的分布特征表明，MnO、Fe2O3、P2O5、TiO2和近岸河口区SiO2均主要由陆源输送，Na2O和MgO主要是海源沉积，CaO主要是生物碎屑沉积，TiO2/ A12O3能较好地反映珠江口水文动力环境。

4)研究区的常量元素可分为2组，Fl因子代表了亲陆源碎屑组分以及碳酸盐型的生物碎屑组分，是控制研究区沉积物化学成分的最主要因素，F2因子代表了海源碎屑沉积。同时因子分析结果表明，K2O受陆源和海源碎屑双重影响。

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