E-mail Alert Rss
 

物探与化探, 2024, 48(5): 1377-1387 doi: 10.11720/wtyht.2024.0034

生态地质调查

广西钦州湾表层沉积物常量元素分布特征及其地质意义

王志军,, 王剑,, 王克超, 刘建, 王勇峰, 孙中宇

中国地质调查局 烟台海岸带地质调查中心,山东 烟台 264000

Distribution of macroelements in surface sediments and their geological implications from Qinzhou Bay, Guangxi

WANG Zhi-Jun,, WANG Jian,, WANG Ke-Chao, LIU Jian, WANG Yong-Feng, SUN Zhong-Yu

Yantai Geological Survey Center of Coastal Zone, China Geological Survey, Yantai 264000, China

通讯作者: 王剑(1980-),男,高级工程师,主要从事地质矿产、自然资源调查与监测工作。Email:149619861@qq.com

第一作者: 王志军(1978-),男,正高级工程师,主要从事海洋与海岸带调查和矿产勘查工作。Email:9684688@qq.com

责任编辑: 蒋实

收稿日期: 2024-01-23   修回日期: 2024-03-4  

基金资助: 中国地质调查局地质调查项目(DD20220990)
中国地质调查局地质调查项目(DD20191024)
中国地质调查局地质调查项目(ZD20220131)

Received: 2024-01-23   Revised: 2024-03-4  

摘要

为探讨钦州湾表层沉积物常量元素分布特征,了解该海域沉积环境和物质来源,采集测定了钦州湾海域121件表层沉积物的粒度、常量元素含量,分析了常量元素组合特征、空间分布规律并解析其来源。研究结果表明,钦州湾海域表层沉积物共有8种类型,粒度组成以砂、粉砂为主;常量元素组成较为稳定,SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO 4种组分约占沉积物总量的95.54%,其中SiO2和Al2O3含量最高,平均含量分别为73.23%和8.71%;与上地壳元素平均值(UCC)相比,SiO2、MnO和TiO2含量相对富集,其他元素则为亏损。Al2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O空间分布模式相似,且5种组成之间均呈显著正相关,说明其分布受控因素相似。以Al为参考计算研究区9种常量元素富集因子(EF),结果表明绝大部分元素均来源于上地壳,部分站位可能受到其他因素的影响。相关性和R型因子综合分析表明,研究区10种常量组分可划分为3类,第1类包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O、Na2O,主要来源于陆源碎屑沉积;第2类为CaO,主要代表海洋生物源;第3类为P2O5,代表海水养殖源。利用PCA-MLR模型对3种来源进行解析,得出其相对贡献率分别为46.14%、15%和38.86%。

关键词： 钦州湾; 表层沉积物; 常量元素; 因子分析; 物源

Abstract

This study examined 121 sets of surface sediments collected from Qinzhou Bay, Guangxi, China, determining their grain sizes and macroelement contents and analyzing the characteristics, spatial distribution patterns, and sources of microelement assemblages. The results indicate the presence of eight types of surface sediments in Qinzhou Bay, which are dominated by sands and silty sands in terms of grain size. The surface sediments featured a stable macroelement composition,with SiO2, Al2O3, Fe2O3, and CaO accounting for about 95.54% of the total sediments. Of these, SiO2 and Al2O3 exhibited the highest contents, averaging 73.23% and 8.71%, respectively. Compared to the upper continental crust (UCC), these surface sediments are enriched in SiO2, MnO, and TiO2 but depleted in other elements. These sediments displayed similar spatial distribution patterns of Al2O3, MgO, TiO2, K2O, and Na2O. The significant positive correlations between these oxides indicate similar factors governing their distributions. Using Al as a reference,the enrichment factors (EFs) of nine macroelements in the study area were calculated. The results indicate that these elements largely originated from the UCC, with those from some sites being potentially affected by other factors. A comprehensive analysis of correlation and R factors shows that the ten types of macroelements in the study area can be divided into three categories. The first category consists of SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, MnO, TiO2, K2O, and Na2O, suggesting a source of terrigenous clastic sediments. The second category is CaO, principally representinga marine biological source. The third type comprises P2O5, representinga mariculture source. The analysis of these sediment sources using the PCA-MLR model reveals that the three sources exhibit relative contribution rates of 46.14%, 15%, and 38.86%, respectively.

Keywords： Qinzhou Bay; surface sediment; macroelement; factor analysis; provenance

PDF (6429KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

王志军, 王剑, 王克超, 刘建, 王勇峰, 孙中宇. 广西钦州湾表层沉积物常量元素分布特征及其地质意义[J]. 物探与化探, 2024, 48(5): 1377-1387 doi:10.11720/wtyht.2024.0034

WANG Zhi-Jun, WANG Jian, WANG Ke-Chao, LIU Jian, WANG Yong-Feng, SUN Zhong-Yu. Distribution of macroelements in surface sediments and their geological implications from Qinzhou Bay, Guangxi[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(5): 1377-1387 doi:10.11720/wtyht.2024.0034

0 引言

钦州湾位于广西壮族自治区南部沿海,属于我国南海北部湾的一部分,是我国古代海上丝绸之路的重要始发港之一。钦州湾地区面向东南亚,背靠大西南,是我国西南地区通向东南亚和非洲、欧洲,进入国际市场的最便捷出海通道,其地理位置优越,气候条件良好,水产资源丰富,海滩广阔,岛屿众多,海湾曲折,是发展对外贸易和旅游业的“黄金海岸”。

钦州湾海域不仅是沿岸河流入海物质的主要堆积场所,同时也是海陆相互作用的关键地带,物质来源和水动力条件相对复杂。近年来,随着海岸带调查的深入,钦州湾海域的研究也逐渐增多,但多集中在海岸线变迁[1⇓-3]、沉积环境污染状况[4⇓⇓-7]研究等方面,关于钦州湾沉积物物源的研究则相对匮乏。曹超等[8]利用单波束测深、沉积物采样分析等手段研究钦州湾近岸海域海底地形地貌和沉积物分布特征,结果表明沉积物来源以近岸、河流的陆源输入为主,随着沿岸工程建设,近岸淤积呈现加重的特点;夏真等[9]分析了广西典型海湾(包括钦州湾)表层沉积物和地貌类型及其分布特征,并探讨了碎屑矿物种类的分布、变化以及组合,通过分析对比发现碎屑物质具有陆源性,主要来源于沿岸陆域风化剥蚀、海岸侵蚀和河流输入。近岸海域沉积物的化学元素分布、组合特征与沉积环境和物质来源有着密切关系,元素地球化学不仅可以判断沉积物物质组成,其含量变化及分布规律还可以反映沉积物的物质来源,示踪沉积物运移和沉积过程[10]。通过研究区域沉积物地球化学特征,可以全面了解不同水动力条件和沉积条件下入海陆源物质的“归宿”及其分布规律,深化对近海区域沉积特征的认识[11-12]。基于此,本文通过分析钦州湾海域表层沉积物中常量元素含量、空间分布规律及其控制因素,探讨沉积物可能来源及其指示意义,为深入了解钦州湾海域的沉积作用和沉积环境提供基础资料。

1 研究区概况

钦州湾位于南海北部湾湾顶,是广西沿海规模最大的港湾,由内湾(茅尾海)和外湾(钦州湾)构成,中间由狭窄的航道相连,是一个天然半封闭海湾[13]。本次研究区域集中在外湾海域。钦州湾气候属南亚热带季风气候,多年平均气温为22.1 ℃,雨量充沛,潮汐类型为不规则全日潮,年均潮差2~3 m,最大潮差可达6.41 m,属强潮海湾[14]。因沿岸港湾较多,涨潮历时大于落潮历时,潮流类型受地形控制为稳定往复流,流向多为NE-SW,落潮流速较大,最大可达1.2~1.5 m/s。主要入海河流有钦江和茅岭江,年均输沙量约6.0×105 t,年均径流量约3.0×109 m3[8]。受潮流、径流、风浪及人类活动的影响,在湾口处发育有树枝状潮流深槽,向外发育有潮流砂脊、浅滩深槽以及水下斜坡等地貌。

2 材料与方法

2.1 样品采集

分别于2019、2020年的8~10月采集研究区表层样品121件,采样间距为4 km×4 km,在湾顶处进行加密,站位间距为2 km×2 km(图1)。采用差分全球定位系统(DGPS)进行导航定位,箱式取样器进行取样,用木勺取表层0~5 cm未被扰动的样品,去除杂质后装入聚乙烯袋中密封、冷冻保存直至送样测试。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1   钦州湾表层沉积物采样位置

Fig.1   Sampling location of surface sediments in Qinzhou Bay


2.2 样品分析测试

样品由广西壮族自治区地质测试监督中心依据《海底沉积物化学分析方法》(GB/T 20260—2006)规范测试相关指标。根据沉积物粒径大小分别采用激光粒度仪、筛析法或二者相结合的方法测试样品粒度,测试流程如下:取适量解冻后的沉积物样品先烘干称重,加入适量去离子水浸泡,而后用标准筛(孔径1.0 mm)进行湿筛,筛出的粗颗粒(>1.0 mm)采用筛析法测试;剩余部分(<1.0 mm)烘干混合均匀后,取适量样品放入容器依次加入5 mL的过氧化氢(浓度为30%)和5 mL的稀盐酸(浓度为3%)静置24 h以上,以去除沉积物中的生物碳酸盐和有机质;然后加入去离子水进行离心清洗至中性,样品中加入5 mL六偏磷酸钠溶液(浓度为0.5 mol/L)进行浸泡分散24 h,最后采用激光粒度分析仪进行测试。所有样品均进行重复测试,测试误差小于2%。取10 g解冻后的样品在65 ℃下烘干,在玛瑙研钵中研磨至200目,而后采用标准压片法制成样品片,采用X荧光光谱仪(型号:XRF-1800+ASF-40)测试Si、Al、Ca、Mn、Fe、Mg、Ti、P、K、Na等常量元素。检测过程中至少抽取样品总数的15%进行重复分析和标准物质分析,测试分析的相对误差均控制在10%以内。

2.3 数据处理与研究方法

利用Microsoft Excel 2016进行测试数据的统计分析,计算各站位砾石、砂、粉砂和黏土的颗粒组分含量[15],采用Folk-Ward分类法对沉积物进行分类[16]。采用Ocean Data View(ODV)软件制作地球化学元素、粒度组分特征空间分布图。采用SPSS25软件对沉积物常量元素、粒级组分和平均粒径进行相关性分析和R型因子分析。

3 结果分析

3.1 沉积物粒级组分特征

研究区表层沉积物按粒径可分为砾(>2 mm)、砂(0.063~2 mm)、粉砂(63~4 μm)和黏土(<4 μm)4个粒级组分,各组分百分含量分布如图2所示。研究区表层沉积物中砂级组分含量范围为0.49%~100%,均值为43.30%,含量变化范围较大,是钦州湾沉积物中含量最多、分布最广的粒级组分,其高值区主要分布在湾顶西侧、研究区东北部和西南部,含量均大于80%,其次为研究区东部和东南部,含量均大于60%,低值区主要分布在钦州港附近及研究区中西部(图2a)。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2   表层沉积物粒度组分百分含量及平均粒径分布

Fig.2   Percentage content and average particle size distribution of surface sediment particle size components


研究区表层沉积物中粉砂级组分含量范围为0~77.23%,均值为39.73%,含量变化范围相对较大,空间分布与砂级组分成相反趋势,低值区主要分布在湾顶西侧、研究区东北部和西南部,含量均小于20%,高值区主要分布在钦州港附近及研究区中西部(图2b)。

研究区表层沉积物中黏土粒级组分含量范围为0~34.11%,均值为15.33%,其空间分布特征与粉砂粒级组分分布相似,与砂粒级组分分布相反。高值区主要分布在钦州港附近及研究区中西部,含量均大于20%,其他区域黏土含量较低(图2c)。

研究区表层沉积物中砾石粒级组分含量范围为0~23.68%,均值为1.63%,变化范围相对较小,仅在研究区中部和东南部的部分站位出现(图2d)。

海洋沉积物的平均粒径(Mz)不仅能够直接反映出沉积物颗粒粗细的总体特征,而且可以体现沉积区的水动力环境格局,并能反演出沉积介质的动能,以此来推断沉积物运移方向和沉积环境的演化特征[17]。研究区表层沉积物Mz分布与粉砂、黏土粒级分布相似(图2e),粒径范围为0.91~7.08,均值为4.72,其高值区主要分布在钦州港附近及其南部的航道,以及研究区中西部、西南部区域。

3.2 沉积物常量元素含量特征

研究区表层沉积物中常量元素含量统计见表1。可以看出研究区表层沉积物常量元素以SiO2(平均73.23%)和Al2O3(平均8.71%)为主,最高值分别可达96.29%和19.85%。SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO这4种组成含量相对较高,占沉积物总量的95.54%(平均值)。10种常量组分均值排序为SiO2(73.23%)>Al2O3 (8.71%)>Fe2O3(3.65%)>CaO(2.07%)> MgO(1.16%)>Na2O(1.07%)>K2O(1.01%)> TiO2(0.62%)>MnO(0.15%)>P2O5(0.08%)。变异系数(CV)表示数据的离散度,可以直观地反映其空间变异性大小,一般来说,CV<10%表明变异性较弱;10%<CV<100%为中等变异;CV>100%为强变异。CV值越大说明受其他因素(如人类活动等)的影响就越大[19]。研究区10种常量元素的CV值的变化范围为15.78%~98.41%,均处于中等变异范围,说明其在沉积过程中受到一定程度的外部环境干扰,来源相对广泛。

表1   研究区表层沉积物中常量元素含量统计

Table 1  Statistical of constant element content in surface sediments of the study area %

元素最小值最大值平均值标准差变异
系数		上地壳
UCC[18]
SiO250.7496.2973.2311.5615.7865.90
Al2O31.119.858.715.7165.5515.19
Fe2O30.6913.913.651.9653.635.00
CaO0.22715.22.072.0498.414.20
MgO0.232.471.160.6152.202.21
MnO0.020.130.050.02142.00.08
TiO20.1691.240.620.1930.300.50
P2O50.020.250.080.0452.840.16
K2O0.112.21.010.6361.873.37
Na2O0.1743.191.070.7065.243.90

新窗口打开| 下载CSV


与上地壳元素标准化值(UCC)相比,研究区Si、Mn和Ti含量较高,分别为UCC的1.11、1.88和1.24倍,其他7种元素则低于UCC水平,特别是K和Na含量仅占UCC的29.97%和27.44%。

3.3 沉积物常量元素分布特征

研究区表层沉积物10种常量元素百分含量空间分布如图3所示,SiO2含量分布与砂粒级组分分布相似,高值区主要分布在研究区东部和东南部,其次在湾顶西侧点状分布;Al2O3、MgO、TiO2、K2O和Na2O分布相似,高值区均分布在研究区中部、西南区域、钦州港附近及其南侧;Fe2O3、MnO含量分布与粉砂、黏土粒级相似,与SiO2分布相反,高值区主要分布在钦州港附近及研究区中西部;CaO含量的相对高值区主要分布在研究区中东部、南部和湾顶偏西侧区域;P2O5的含量高值区主要分布在研究区东北部、东南角和西南部的区域。

图3-1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3-1   表层沉积物常量元素空间分布

Fig.3-1   Spatial distribution of constant element in surface sediment


图3-2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3-2   表层沉积物常量元素空间分布

Fig.3-2   Spatial distribution of constant element in surface sediment


4 讨论

4.1 不同沉积物类型中常量元素比较

根据Folk-Ward分类法,研究区表层沉积物类型分别为砂(S)(9站位)、粉砂(T)(23站位)、粉砂质砂(TS)(19站位)、砂质粉砂(ST)(29站位)、砂质泥(Sm)(10站位)、泥质砂(mS)(11站位)、含砾泥质砂((g)mS)(6站位)和砾质泥质砂(gmS)(14站位)。对全部样品以及不同类型样品的常量元素分别进行上地壳(UCC)标准化处理,结果见图4。全部样品的SiO2和TiO2均值含量均高于UCC,其他8种元素均表现为偏低,与元素的活动性强弱表现基本一致。不同沉积物类型中的常量元素经UCC标准化后的变化趋势也不尽相同,SiO2和TiO2在大部分沉积物类型中表现为高,特别是TiO2在粉砂中偏高1.6倍;Al2O3在粉砂中含量与UCC接近,在其他类型沉积物中均偏低;Fe2O3在粉砂沉积物中、MnO在砂质粉砂沉积物中均明显高于UCC,二者在其他类型沉积物中以及CaO、MgO在8种沉积物中变化幅度相对较大但均低于UCC;P2O5、K2O、Na2O在8种沉积物中变化幅度相对较小,标准化值均表现为偏低。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4   上地壳标准化后常量元素在不同类型沉积物的变化趋势

Fig.4   Changes in constant elements in different types of sediments after UCC-normalized


经对比发现,SiO2含量变化与沉积物粒径呈反比,即SiO2含量随沉积物粒径的变粗呈现出逐步降低的趋势,说明SiO2主要以碎屑态赋存在石英颗粒和硅酸盐矿物中;Al2O3、Fe2O3、K2O和Na2O这4种组分在不同沉积物类型中均表现为随沉积物粒径的变粗而含量降低的特征,符合前人提出的“元素含量的粒度控制”理论[11,20]。CaO、MgO和MnO在不同类型沉积物中含量变化与粒径关系不明显,推测其变化可能受控于潮流、人类活动等其他因素的影响。

为消除粒度变化和人类活动等对沉积物常量组分产生的影响,更加准确地反映沉积物常量元素的成因及来源,在上述分析的基础上以Al元素为参考标准,计算沉积物常量元素的富集因子(EF),其公式为:

EF=(Cx/CAl)沉积物/(Cx/CAl)上地壳

式中:Cx为元素x的含量,CAl为标准化元素Al的含量。若EF值接近1,说明该元素来源于上地壳;若EF>10则认为该元素为非地壳来源[21]。计算结果统计见表2,从均值来看,研究区表层沉积物中的常量元素EF值介于0.54~3.62,说明9种常量元素绝大部分均来源于上地壳;从最大值来看,SiO2和TiO2的最大值均超过10,表明二者在部分站位可能受到其他(非陆源)因素的影响;SiO2和TiO2富集因子的空间分布特征如图5所示,其高值区均分布在研究区的东南部,推测可能受海源物质输入的影响。Fe2O3、CaO、MnO和P2O5的富集因子最大值均大于5,空间分布特征不明显,推测可能混入了其他来源。K2O和Na2O相对于上地壳亏损,其他几种元素则相对富集。

表2   研究区表层沉积物常量元素富集因子(EF)统计参数

Table 2  Major element enrichment factor (EF) statistical parameters of surface sediments in the study area

元素最小值最大值平均值标准方差变异系数
SiO20.6513.123.623.250.90
Fe2O30.735.251.570.750.48
CaO0.115.461.211.291.07
MgO0.513.031.100.470.43
MnO0.405.721.551.140.73
TiO21.3010.033.162.030.64
P2O50.216.831.281.210.95
K2O0.320.980.540.100.18
Na2O0.161.490.540.210.39

新窗口打开| 下载CSV


图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5   研究区表层沉积物常量元素SiO2、TiO2空间富集特征

Fig.5   Spatial enrichment characteristics of constant elements SiO2 and TiO2 in surface sediments of the study area


4.2 沉积物中常量元素相关性分析

沉积物的化学元素组成受物源、沉积物粒度、沉积环境以及成岩作用等多种因素的共同影响[11,22],通过对沉积物中不同类型元素进行相关分析,并结合其分布特征,可以探讨沉积物中元素分布的控制因素。运用SPSS25对研究区表层沉积物中10种常量元素、沉积物粒级组分和Mz进行相关性分析,结果见表3。可以看出SiO2与除CaO外的8种常量元素均呈现显著负相关,究其原因为SiO2是沉积物中占主导的地球化学组分,其含量的多少能够直接影响到其他元素的含量,即SiO2的“稀释剂”效应[21]。此外SiO2与砂组分呈显著负相关,与粉砂和Mz呈显著正相关,说明其主要赋存在粒径较细的组分中。Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、P2O5、K2O和Na2O两两之间均呈现出显著正相关,说明它们与黏土矿物密切相关。由于表生作用中Ti元素化学性质稳定,难以形成可溶性化合物,常被作为陆源碎屑组分的判断指标[23-24],因此推测与TiO2显著性正相关的常量元素主要为陆源输入。

表3   研究区常量元素、粒级组分、Mz相关系数

Table 3  Correlation analysis of constant elements, particle size components, and average particle size in the study area

指标SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOMnOTiO2P2O5K2ONa2O砾砂粉砂黏土Mz
SiO21
Al2O3-0.917**1
Fe2O3-0.875**0.827**1
CaO0.147-0.283**-0.260**1
MgO-0.926**0.908**0.868**-0.245**1
MnO-0.544**0.531**0.557**-0.191*0.521**1
TiO2-0.703**0.803**0.682**-0.339**0.726**0.434**1
P2O5-0.380**0.554**0.340**-0.0560.440**0.262**0.534**1
K2O-0.926**0.987**0.848**-0.285**0.931**0.514**0.795**0.516**1
Na2O-0.830**0.842**0.756**-0.225*0.887**0.367**0.678**0.404**0.861**1
砾-0.1310.0140.468**0.0490.064-0.1370.037-0.1570.0400.1371
砂-0.250*0.1250.245*-0.221*0.2010.225*0.113-0.1480.1240.1370.0341
粉砂0.262*-0.131-0.265*0.247*-0.209-0.227*-0.1090.162-0.130-0.149-0.162-0.983**1
黏土0.207-0.094-0.227*0.115-0.165-0.173-0.1150.113-0.099-0.108-0.174-0.924**0.881**1
Mz0.254*-0.130-0.280**0.203-0.201-0.219*-0.1320.142-0.135-0.159-0.339**-0.933**0.946**0.934**1

注:“**”表示在0.01级别(双尾)相关性显著,“*”表示在0.05级别(双尾)相关性显著。

新窗口打开| 下载CSV


Fe2O3、MnO与Mz呈显著负相关,Fe2O3与砾和砂、MnO与砂均呈显著正相关,说明二者主要赋存在粒径较大的组分中;Al2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O与Mz呈较弱的负相关关系,5种组分均表现为与砾和砂呈弱正相关、与粉砂和黏土呈弱负相关,说明这5种元素多赋存在粒径较大的组分中;SiO2与Mz呈显著正相关,即随着粒径的增大SiO2含量减少;CaO、P2O5与Mz呈较弱的正相关关系,P2O5与砾和砂呈弱负相关,与粉砂和黏土呈弱正相关,说明P2O5主要赋存在细粒组分中,与粒级组分的相关性也无规律可循,这可能与CaO分布受生物钙质的影响有关。

综上,沉积物常量元素相关性可能受两方面因素的控制:一是钦州湾沿岸及入海河流携带的陆源碎屑物质,以共生或伴生的形式共同经历母岩风化、搬运,再沉积于研究区,其在母岩中的相关性必然也会体现在沉积物中;二是以离子态搬运的元素,当环境中的物理化学条件发生改变时,其形成胶体沉淀,具有相似地球化学行为的元素离子也会沉淀,这也会增强沉积物中某些元素的相关性。

4.3 常量元素R型因子分析及其地质意义

近岸海湾沉积物的元素含量受控因素较多,单一元素含量的变化可能具有多解性,而多种元素的组合往往具有成因专属性,因此,可以据此判断物源或者指示沉积环境。R型因子分析可以将原始多维数据进行整合,提取公因子,是一种简洁、有效的数据降维处理方法[25],在地学分析中得到广泛的应用。运用SPSS25.0软件对研究区表层沉积物中10种常量元素以及Mz进行R型因子分析,抽样适合性检验系数KMO为0.902,说明数据进行因子分析的适宜性非常好。采用主成分分析法进行因子提取,选取因子载荷大于1的元素,共得到3个主因子,方差累积贡献率为83.27%(表4),3个主因子基本代表了研究区常量元素的主要信息。

表4   表层沉积物常量元素因子分析

Table 4  Analysis of constant element factors in surface sediment

元素F1F2F3
SiO2-0.941-0.1190.216
Al2O30.9720.0370.052
Fe2O30.893-0.033-0.218
CaO-0.3100.913-0.228
MgO0.9520.044-0.114
MnO0.586-0.117-0.227
TiO20.831-0.0830.268
P2O50.5350.3140.732
K2O0.9770.0280.008
Na2O0.8790.063-0.064
Mz0.8220.013-0.058
累积方差/%66.86375.73283.270

新窗口打开| 下载CSV


F1的方差贡献率为66.863%,是影响研究区元素含量变化的主导因素,主要由SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O、Na2O和Mz组成,其中SiO2表现为负载荷,其他元素均为正载荷。相关性分析表明SiO2与其他元素均为负相关,且SiO2为研究区含量最多的元素(73.23%),其含量的多少会对其他元素的含量起到“稀释”效应,同时SiO2与Mz呈显著负相关,说明其主要赋存在石英碎屑或硅酸盐碎屑等粗颗粒的陆源碎屑中。F1的得分图(图6a)与Mz分布较为相似,Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O和Na2O之间均存在较强的正相关且与Mz呈正相关,说明这些元素的含量变化与黏土矿物密切相关,同时TiO2在表生作用常作为陆源碎屑组分的指标,因此,可认为F1代表细颗粒的陆源碎屑输入沉积源,是控制研究区沉积物常量元素的最主要因素。

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6   各因子得分的平面分布

Fig.6   Planar distribution of scores for each factor


F2的方差贡献率为8.869%,特征元素为CaO,研究区CaO与大部分常量元素呈负相关,且与粒径组分相关性不明显。前人研究表明CaO是海洋生物源沉积物的特征元素,也是生物沉积碳酸盐的重要组成[17,26],研究区CaO的变异系数较高(98.41%),且其高值区与F2分布相似(图6b),主要分布在钦州湾航道附近,暗示其高值分布受潮流影响较大,因此,推测F2主要代表海洋生物源。

F3的方差贡献率为7.538%,特征元素为P2O5,F3分布(图6c)与P2O5高值区相似,主要分布在中东部,其次是南部和西部。黄丽艳等[27]的研究表明磷主要来源于水产养殖活动,在钦州湾沿岸入海河流处分布较多生蚝养殖区以及近岸海域有规模不等的海水养殖区,养殖业投放的未被摄食的饲料以及养殖生物排放的粪便富含大量的磷,影响水体和沉积物中P2O5[28],因此推测F3主要代表海水养殖源。此外,研究区P2O5与SiO2呈显著负相关,与CaO外的其他元素均呈显著正相关,与各粒级组分、Mz相关性均不明显,且其在F1的特征值(0.535)相对较大,说明研究区P2O5来源具有养殖源与陆源的多源性。

利用主成分—多元线性回归模型(PCA-MLR)可以定量地分析不同因子来源的相对贡献率[29]。以归一化后的10种常量元素百分含量之和(C)为因变量,以R型因子分析的3种主因子得分为自变量,得到标准化后的线性回归方程:

C=0.526×F1+0.171×F2+0.443×F3,

其中R2为0.809,表明拟合效果较好,相关性较强。通过计算,研究区常量元素的陆源碎屑输入贡献率46.14%,海洋生物源贡献率为15.0%,海水养殖、陆源输入的混合来源贡献率为38.86%。

5 结论

1)钦州湾表层沉积物粒度组成以砂、粉砂为主,含量均值分别为43.30%和39.73%。常量元素中SiO2、Al2O3、Fe2O3和CaO这4种组分相对较高,约占沉积物总量的95.54%,含量最高的为SiO2和Al2O3,均值分别为73.23%和8.71%,说明研究区沉积物主要来源于陆源碎屑和黏土组分。

2)常量元素含量与沉积物粒级组分密切相关,SiO2与Mz呈负相关关系,在空间分布上与粗粒沉积物(砂)分布区相一致。Al2O3、MgO、TiO2、K2O、Na2O在空间分布上相似,均随沉积物类型变细逐步增大;且5种元素均呈显著正相关,说明其分布受控因素相似。Fe2O3、MnO含量空间分布与粉砂、黏土粒级相似,CaO和P2O5含量基本不受沉积物粒度的影响。

3)不同沉积物类型中SiO2和TiO2均值含量均高于UCC,其他8种元素均表现为偏低。研究区常量元素富集因子EF值介于0.54~3.62,表明绝大部分元素来源于上地壳,部分站位SiO2和TiO2的EF>10可能受到其他因素的影响。

4)相关性和R型因子综合分析表明,研究区10种常量元素可划分为3类,第1类包括SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、K2O、Na2O,主要来源于陆源碎屑沉积;第2类为CaO,主要代表海洋生物源;第3类为P2O5,代表海水养殖源。利用PCA-MLR模型对3种来源进行解析,得出其贡献率分别为46.14%、15%和38.86%。

参考文献

李梦, 曹庆先, 胡宝清, 等.

近60年广西钦州湾岸线变迁与开发利用空间格局评价

[J]. 海洋技术学报, 2022, 41(6):76-86.

[本文引用: 1]

Li M, Cao Q X, Hu B Q, et al.

Spatial pattern change of the coastline development and utilization of Qinzhou Bay in recent 60 years

[J]. Journal of Ocean Technology, 2022, 41(6):76-86.

[本文引用: 1]

张敏, 吴航星, 陆逸彬, 等.

海岸线围垦对广西钦州湾地形演变的影响分析

[J]. 热带海洋学报, 2023, 42(2):124-131.

[本文引用: 1]

Zhang M, Wu H X, Lu Y B, et al.

Impact of the coastal reclamations on topography evolution in the Qinzhou Bay,Guangxi

[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2023, 42(2):124-131.

[本文引用: 1]

冯炳斌, 王日明, 黎树式, 等.

钦州湾人工海滩剖面变化过程

[J]. 热带海洋学报, 2022, 41(4):51-60.

DOI:10.11978/2021096      [本文引用: 1]

波浪和潮汐作用下的海滩剖面动态变化过程是海岸演变及沿海防护工程设计与旅游资源规划的核心内容。本文以广西钦州湾沙井半岛人工海滩为研究区, 基于GPS-RTK采集的2018年1月&#x02014;2019年12月的逐月剖面高程实测数据, 通过分析剖面冲淤和单宽体积变化, 利用EOF(Empirical Orthogonal Function)函数揭示剖面的高程变化模式, 进而探讨海滩剖面的动态演变过程。研究的主要结果表明: 1) 在观测期间, 人工海滩剖面的冲淤情况整体展现出冬春季淤积、夏秋季侵蚀的变化特征; 2) 人工海滩剖面因泥沙横向输移而导致不同横向分带的单宽体积变化趋势呈差异性, 不同横向分带具有侵蚀与淤积交替出现的情况; 3) 人工海滩剖面的变化模式可划分为由强降雨及台风导致剖面高程明显降低的主要模式、波潮影响下的剖面高程经历强降雨及台风后逐渐淤积和恢复的次要模式、波浪破碎形成卷流引起滩面冲淤变化的其他模式。

Feng B B, Wang R M, Li S S, et al.

Changes of the artificial beach profile in the Qinzhou Bay

[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2022, 41(4):51-60.

DOI:10.11978/2021096      [本文引用: 1]

The dynamic process of beach profile changes under the actions of waves and tides is the key to understanding coastal evolution, coastal defence design and tourism resource planning. Taking an artificial beach in the Shajing Peninsula of the Qinzhou Bay in Guangxi province as the study area, the study aims to explore the dynamic process of beach profile changes by analyzing the erosion and single-width volume of beach profile, as well as using EOF (Empirical Orthogonal Function) to reveal its model, based on the monthly surveyed profile elevation data from January 2018 to December 2019 using by GPS-RTK, The main results were shown as followed: (1) during the observation period, the artificial beach profile showed a regular variation characterized by accretion in winter and spring and erosion in summer and autumn; (2) due to the transverse sediment transport over the artificial beach, the single-width volumes of beach profile displayed opposite variation trends in adjacent transversal zones, which was manifested by a alternation between erosion and accretion; (3) the variation modes of artificial beach profiles could be divided into three parts that include the main model that beach profile elevations decreased significantly due to heavy rainfall and typhoon, the secondary model that the beach profile recovered gradually after heavy rainfall and typhoon under the influences of tides and normal waves, and the third model that beach profile changes resulted from wave breaking-induced currents under the action of normal waves.

劳齐斌, 刘国强, 高劲松, 等.

钦州湾养殖区营养盐分布特征及富营养化状况研究

[J]. 海洋环境科学, 2021, 40(3):407-416.

[本文引用: 1]

Lao Q B, Liu G Q, Gao J S, et al.

Study on the characteristics and eutrophication of nutrients in the mariculture farms of Qinzhou Bay,South China

[J]. Marine Environmental Science, 2021, 40(3):407-416.

[本文引用: 1]

林红梅, 王伟力, 林彩, 等.

钦州湾及其邻近海域重金属的时空变化特征和影响因素

[J]. 应用海洋学学报, 2020, 39(4):490-500.

[本文引用: 1]

Lin H M, Wang W L, Lin C, et al.

Temporal and spatial variations of heavy metals and influencing factors in Qinzhou Bay and its adjacent waters in 2013-2014

[J]. Journal of Applied Oceanography, 2020, 39(4):490-500.

[本文引用: 1]

阎琨, 庞国涛, 邢新丽, 等.

广西钦州湾表层沉积物中重金属的分布、来源及污染评价

[J]. 海洋环境科学, 2023, 42(2):237-245.

[本文引用: 1]

Yan K, Pang G T, Xing X L, et al.

Distribution,source and pollution assessment of heavy metals in surface sediments of Qinzhou Bay,Guangxi

[J]. Marine Environmental Science, 2023, 42(2):237-245.

[本文引用: 1]

Lyu H, Song D H, Zhang S F, et al.

Compound effect of land reclamation and land-based pollutant input on water quality in Qinzhou Bay,China

[J]. Science of the Total Environment, 2022,826:154183.

[本文引用: 1]

曹超, 吴承强, 蔡锋, 等.

钦州湾外湾水下地形地貌特征及沉积物来源

[J]. 应用海洋学学报, 2020, 39(3):378-388.

[本文引用: 1]

Cao C, Wu C Q, Cai F, et al.

Characteristics of submarine topography geomorphology and sediments sources in outer Qinzhou Bay

[J]. Journal of Applied Oceanography, 2020, 39(3):378-388.

[本文引用: 1]

夏真, 林进清, 梁开, 等.

广西典型近岸海域表层沉积物碎屑矿物分布及其物源意义

[J]. 中国地质调查, 2017, 4(2):66-72.

[本文引用: 1]

Xia Z, Lin J Q, Liang K, et al.

Distribution and provenance significance of detrital minerals in surface sediments under typical coastal water areas,Guangxi

[J]. Geological Survey of China, 2017, 4(2):66-72.

[本文引用: 1]

韩宗珠, 张军强, 邹昊, 等.

渤海湾北部底质沉积物中黏土矿物组成与物源研究

[J]. 中国海洋大学学报, 2011, 41(11):95-102.

[本文引用: 1]

Han Z Z, Zhang J Q, Zou H, et al.

Characteristics and provenance of clay mineral assemblage of sediments from the northern part of the Bohai Bay

[J]. Periodical of Ocean University of China, 2011, 41(11):95-102.

[本文引用: 1]

赵一阳, 鄢明才. 中国浅海沉积物地球化学[M]. 北京: 科学出版社,1994.

[本文引用: 3]

Zhao Y Y, Yan M C. Geochemistry of sediments of the China shelf sea[M]. Beijing: Science Press,1994.

[本文引用: 3]

蓝先洪.

中国陆架的沉积环境地球化学

[J]. 海洋地质动态, 2004, 20(9):10-15.

[本文引用: 1]

Lan X H.

Sedimentary and environmental geochemistry of continental shelf in China

[J]. Marine Geology Frontiers, 2004, 20(9):10-15.

[本文引用: 1]

中国海湾志编辑委员会. 中国海湾志第十二分册(广西海湾)[M]. 北京: 海洋出版社,1993.

[本文引用: 1]

Editiorial Committee of Chinese Gulf. Chinese gulf:Vol.12(Guangxi gulf)[M]. Beijing: Ocean Press,1993.

[本文引用: 1]

张伯虎, 陈沈良, 刘焱雄, 等.

广西钦州湾海域表层沉积物分异特征与规律

[J]. 热带海洋学报, 2011, 30(4):66-70.

[本文引用: 1]

Zhang B H, Chen S L, Liu Y X, et al.

Sediment characteristics and differentiation in the Qinzhou Bay,Guangxi,China

[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2011, 30(4):66-70.

[本文引用: 1]

中华人民共和国国家质量监督检疫总局. GB/T 12763.8—2007海洋调查规范第8部分:海洋地质地球物理调查[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

[本文引用: 1]

General Administration of Quality Supervision and Quarantine of the People's Republic of China. GB/T 12763.8—2007 Specifications for oceanographic survey Part 8:Marine geology and geophysics survey[S]. Beijing: Standards Press of China, 2008.

[本文引用: 1]

Folk R L, Ward W C.

Brazos River bar-A study in the significance of grain size parameters

[J]. Journal of Sedimentary Research, 1957, 27(1):3-26.

[本文引用: 1]

虞义勇, 褚宏宪, 杨慧良, 等.

渤海海峡表层沉积物常量元素分布特征及其地质意义

[J]. 海洋地质前沿, 2019, 35(9):52-62.

[本文引用: 2]

Yu Y Y, Chu H X, Yang H L, et al.

Distribution of major elements in surface sediments of Bohai strait and its geological significance

[J]. Marine Geology Frontiers, 2019, 35(9):52-62.

[本文引用: 2]

Taylor S, McLennan S.

The continental crust:Its composition and evolution

[J]. The Journal of Geology, 1985, 94(4):57-72.

[本文引用: 1]

臧金生, 王东晓, 赵瑞强.

化探异常定量评价

[J]. 物探与化探, 2014, 38(6):1114-1118.

[本文引用: 1]

Zang J S, Wang D X, Zhao R Q.

Quantitative evaluation of geochemical anomalies

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2014, 38(6):1114-1118.

[本文引用: 1]

杜德文, 石学法, 孟宪伟, 等.

黄海沉积物地球化学的粒度效应

[J]. 海洋科学进展, 2003, 21(1):78-82.

[本文引用: 1]

Du D W, Shi X F, Meng X W, et al.

Geochemical granularity effect of sediment in the Yellow Sea

[J]. Advances in Marine Science, 2003, 21(1):78-82.

[本文引用: 1]

秦蕴珊. 东海地质[M]. 北京: 科学出版社,1987.

[本文引用: 2]

Qin W S. East China Sea geology[M]. Beijing: Science Press,1987.

[本文引用: 2]

金秉福, 林振宏, 季福武.

海洋沉积环境和物源的元素地球化学记录释读

[J]. 海洋科学进展, 2003, 21(1):99-106.

[本文引用: 1]

Jin B F, Lin Z H, Ji F W.

Interpretation of element geochemical records of marine sedimentary environment and provenance

[J]. Advances in Marine Science, 2003, 21(1):99-106.

[本文引用: 1]

梁胜跃, 刘建东, 郭炳跃, 等.

江苏省连云港市前三岛附近海域地球化学特征及风险指标探讨

[J]. 物探与化探, 2017, 41(5):963-971,990.

[本文引用: 1]

Liang S Y, Liu J D, Guo B Y, et al.

A comprehensive discussion on the geochemical characteristics and threatening indexes of the marine area around Qiansan Island,Lianyungang,Jiangsu Province

[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2017, 41(5):963-971,990.

[本文引用: 1]

杨競红, 王颖, 张振克, 等.

苏北平原2.58 Ma以来的海陆环境演变历史——宝应钻孔沉积物的常量元素记录

[J]. 第四纪研究, 2006, 26(3):340-352.

[本文引用: 1]

Yang J H, Wang Y, Zhang Z K, et al.

Major element records of land-sea interaction and evolution in the past 2.58 Ma from the Baoying borehole sediments,northern Jiangsu Plain,China

[J]. Quaternary Sciences, 2006, 26(3):340-352.

[本文引用: 1]

石学法, 刘升发, 乔淑卿, 等.

中国东部近海沉积物地球化学:分布特征、控制因素与古气候记录

[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2015, 34(5):883-894.

[本文引用: 1]

Shi X F, Liu S F, Qiao S Q, et al.

Geochemical characteristics,controlling factor and record of paleoclimate in sediments from Eastern China Seas

[J]. Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry, 2015, 34(5):883-894.

[本文引用: 1]

刘广虎, 李军, 陈道华, 等.

台西南海域表层沉积物元素地球化学特征及其物源指示意义

[J]. 海洋地质与第四纪地质, 2006, 26(5):61-68.

[本文引用: 1]

Liu G H, Li J, Chen D H, et al.

Geochemistry of surface sediments in the Taixinan (southwestern Taiwan) sea area in the northeastern South China Sea

[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2006, 26(5):61-68.

[本文引用: 1]

黄丽艳, 黄鹄, 廖日权.

钦州湾近岸网箱养殖期磷的分布特征研究

[J]. 广西科学, 2023, 30(5):910-921.

[本文引用: 1]

Huang L Y, Huang H, Liao R Q.

Study on distribution characteristics of phosphorus in cage culture stage near Qinzhou Bay,South China

[J]. Guangxi Sciences, 2023, 30(5):910-921.

[本文引用: 1]

刘笑天, 刘军, 王以斌, 等.

不同溶解氧条件下沉积物—水体系磷循环

[J]. 环境科学, 2022, 43(12):5571-5584.

[本文引用: 1]

Liu X T, Liu J, Wang Y B, et al.

Phosphorus cycling in a sediment-water system controlled by different dissolved oxygen levels of overlying water

[J]. Environmental Science, 2022, 43(12):5571-5584.

[本文引用: 1]

边璐, 李田, 侯娟.

PMF和PCA/MLR法解析上海市高架道路地表径流中多环芳烃的来源

[J]. 环境科学, 2013, 34(10):3840-3846.

[本文引用: 1]

Bian L, Li T, Hou J.

Source apportionment of polycyclic aromatic hydrocarbons using two mathematical models for runoff of the Shanghai elevated inner highway,China

[J]. Environmental Science, 2013, 34(10):3840-3846.

[本文引用: 1]

/

〈 〉

京ICP备05055290号-3
版权所有 © 2021《物探与化探》编辑部
通讯地址：北京市学院路29号航遥中心 邮编：100083
电话：010-62060192；62060193 E-mail：whtbjb@sina.com , whtbjb@163.com