湛江湾海域表层沉积物稀土元素特征及其物源指示意义

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.166

现代地质 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (01): 77-87.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.166

湛江湾海域表层沉积物稀土元素特征及其物源指示意义

远继东¹^,²(), 姜正龙², 代友旭¹, 郝连成¹, 张健康¹, 张德程¹^,³, 郑立龙¹()

1. 中国地质调查局烟台海岸带地质调查中心,山东烟台 264004
2. 中国地质大学(北京) 海洋学院,北京 100083
3. 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083

收稿日期:2021-05-28 修回日期:2021-11-09 出版日期:2022-02-10 发布日期:2022-03-08
通讯作者: 郑立龙
作者简介:郑立龙,男,1988年出生,构造地质学专业,主要从事海岸带综合地质调查与研究。Email: zhenglilong1020@126.com。
远继东,男,硕士研究生,1993年出生,资源与环境专业,主要从事海岸带综合地质调查与研究。Email: 787312820@qq.com。
基金资助:
中国地质调查局项目“雷州半岛东部海岸带综合地质调查”(DD20208011)

REE Characteristics in Surface Sediments of Zhanjiang Bay and their Provenance Indicating Significance

YUAN Jidong¹^,²(), JIANG Zhenglong², DAI Youxu¹, HAO Liancheng¹, ZHANG Jiankang¹, ZHANG Decheng¹^,³, ZHENG Lilong¹()

1. Yantai Center of Coastal Zone Geological Survey, China Geological Survey, Yantai, Shandong 264004, China
2. School of Ocean Sciences, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
3. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China

Received:2021-05-28 Revised:2021-11-09 Online:2022-02-10 Published:2022-03-08
Contact: ZHENG Lilong

摘要/Abstract

摘要：

通过对湛江湾近海海域表层沉积物样品粒度和稀土元素(REE)测试分析,系统地研究海域沉积物稀土元素地球化学特征并探讨其物质来源。结果表明,研究区沉积物的稀土元素含量变化较大,平均值为163.23 μg/g,湾外的REE含量(168.61 μg/g)高于湾内的REE含量(142.17 μg/g);不同类型沉积物的稀土元素含量存在差异,但都表现为随沉积物粒度变细呈增长的趋势。(La/Yb)_N变化范围在4.80~11.76之间,平均值为8.01;δEu变化范围为0.22~0.61,平均值为0.45;δCe变化范围为0.98~1.07,平均值为1.03;样品均具有典型的轻稀土元素(LREE)富集、重稀土元素(HREE)均一、Eu负异常明显的陆源物质特征。球粒陨石标准化配分曲线及特征参数分析显示,湛江湾沉积物与鉴江、漠阳江、珠江附近海域沉积物近似同源,物源主要来自华南大陆的花岗岩以及雷州半岛北部玄武岩和湛江组(Qp¹z)、北海组(Qp²b)的松散沉积物。

关键词: 表层沉积物, 稀土元素, 物源, 湛江湾海域

Abstract:

Sediment geochemical characteristics and provenance in offshore Zhanjiang Bay were systematically studied by analyzing the grain size and rare earth elements (REEs) of surface sediment samples. The results show that the REE contents of sediments vary greatly (average 163.23 μg/g). The REE contents of outside the bay (168.61 μg/g) is higher than those in the bay (142.17 μg/g). The REE contents in different sediment types vary, which increase with the decrease of grain size. (La/Yb)_N ranges from 4.80 to 11.76 (average 8.01); Europium anomaly (δEu) value ranges from 0.22 to 0.61 (average 0.45); Cerium anomaly (δCe) value ranges from 0.98 to 1.07 (average 1.03). The samples are characterized by typical light rare earth element (LREE) enrichment, homogeneity of heavy rare earth element (HREE) and distinct negative Eu anomaly, indicating that these sediments are terrigenous. Chondrite-normalized REE curves and REE parameters show that the sediments in Zhanjiang Bay are approximately homologous with those from around Jianjiang, Moyangjiang and Pearl Rivers, and are mainly sourced from granitoids in South China, basalts in northern Leizhou Peninsula, and unconsolidated sediments of the Zhanjiang and Beihai Formations.

Key words: surface sediment, rare earth element, provenance, Zhanjiang Bay

中图分类号:

P736.4
P595

远继东, 姜正龙, 代友旭, 郝连成, 张健康, 张德程, 郑立龙. 湛江湾海域表层沉积物稀土元素特征及其物源指示意义[J]. 现代地质, 2022, 36(01): 77-87.

YUAN Jidong, JIANG Zhenglong, DAI Youxu, HAO Liancheng, ZHANG Jiankang, ZHANG Decheng, ZHENG Lilong. REE Characteristics in Surface Sediments of Zhanjiang Bay and their Provenance Indicating Significance[J]. Geoscience, 2022, 36(01): 77-87.

图/表 13

图1 湛江湾地理位置及采样站位分布

Fig.1 Geographic location map and distribution of sampling sites in Zhanjiang Bay

图2 研究区地层划分(据文献[18-19]修改, 平行不整合, 不整合 )

Fig.2 Stratigraphic division in the study area (modified from refs.[18-19])

表1 湛江湾不同沉积物类型及其REE特征参数

Table 1 REE parameters of the different sediment types in Zhanjiang Bay

沉积物类型	REE/(μg/g)	LREE/(μg/g)	HREE/(μg/g)	LREE/HREE	(La/Yb)_N	(La/Sm)_N	(Gd/Yb)_N	δCe	δEu
砂 (n=13)	$24.22 ~ 311.40 121.66$	$20.97 ~ 273.01 106.85$	$3.25 ~ 38.39 14.81$	$5.39 ~ 10.01 7.12$	$4.88 ~ 10.69 6.87$	$3.27 ~ 4.66 3.71$	$0.99 ~ 1.59 1.28$	$0.99 ~ 1.05 1.02$	$0.22 ~ 0.55 0.35$
粉砂质砂 (n=24)	$36.86 ~ 283.62 167.40$	$31.95 ~ 251.79 149.00$	$4.91 ~ 31.83 18.40$	$5.36 ~ 9.68 8.02$	$4.80 ~ 11.01 8.06$	$3.09 ~ 4.29 3.80$	$1.12 ~ 1.82 1.43$	$0.98 ~ 1.07 1.02$	$0.29 ~ 0.55 0.44$
砂质粉砂 (n=19)	$91.80 ~ 230.73 181.66$	$80.82 ~ 210.40 162.27$	$10.98 ~ 24.73 19.39$	$6.71 ~ 10.35 8.34$	$6.53 ~ 11.76 8.76$	$3.34 ~ 4.28 3.79$	$1.27 ~ 1.54 1.76$	$1.00 ~ 1.06 1.03$	$0.41 ~ 0.57 0.52$
粉砂 (n=2)	$220.85 ~ 233.09 226.97$	$197.50 ~ 205.40 201.46$	$23.35 ~ 27.67 25.51$	$7.42 ~ 8.46 7.94$	$7.61 ~ 8.88 8.25$	$3.49 ~ 3.67 3.58$	$1.49 ~ 1.62 1.55$	$0.98 ~ 1.05 1.02$	$0.54 ~ 0.61 0.58$
砂质泥 (n=1)	126.19	111.16	15.03	7.40	7.10	3.64	1.35	1.03	0.58
湾内 (n=12)	$36.86 ~ 220.85 142.17$	$31.95 ~ 197.5 125.46$	$4.91 ~ 24.73 16.71$	$6.51 ~ 8.48 7.46$	$5.92 ~ 8.88 7.39$	$3.34 ~ 4.29 3.66$	$1.19 ~ 1.62 1.40$	$1.00 ~ 1.07 1.03$	$0.34 ~ 0.61 0.50$
湾外 (n=47)	$24.22 ~ 311.40 168.61$	$20.97 ~ 273.01 150.14$	$3.25 ~ 38.39 18.47$	$5.36 ~ 10.35 8.03$	$4.80 ~ 11.76 8.17$	$3.09 ~ 4.66 3.79$	$0.99 ~ 1.82 1.45$	$0.98 ~ 1.07 1.02$	$0.22 ~ 0.57 0.44$
研究区 (n=59)	$24.22 ~ 311.40 163.23$	$20.97 ~ 273.01 145.12$	$3.25 ~ 38.39 18.11$	$5.36 ~ 10.35 7.91$	$4.80 ~ 11.76 8.01$	$3.09 ~ 4.66 3.77$	$0.99 ~ 1.82 1.44$	$0.98 ~ 1.07 1.03$	$0.22 ~ 0.61 0.45$

表1 湛江湾不同沉积物类型及其REE特征参数

Table 1 REE parameters of the different sediment types in Zhanjiang Bay

沉积物类型	REE/(μg/g)	LREE/(μg/g)	HREE/(μg/g)	LREE/HREE	(La/Yb)_N	(La/Sm)_N	(Gd/Yb)_N	δCe	δEu
砂 (n=13)	$24.22 ~ 311.40 121.66$	$20.97 ~ 273.01 106.85$	$3.25 ~ 38.39 14.81$	$5.39 ~ 10.01 7.12$	$4.88 ~ 10.69 6.87$	$3.27 ~ 4.66 3.71$	$0.99 ~ 1.59 1.28$	$0.99 ~ 1.05 1.02$	$0.22 ~ 0.55 0.35$
粉砂质砂 (n=24)	$36.86 ~ 283.62 167.40$	$31.95 ~ 251.79 149.00$	$4.91 ~ 31.83 18.40$	$5.36 ~ 9.68 8.02$	$4.80 ~ 11.01 8.06$	$3.09 ~ 4.29 3.80$	$1.12 ~ 1.82 1.43$	$0.98 ~ 1.07 1.02$	$0.29 ~ 0.55 0.44$
砂质粉砂 (n=19)	$91.80 ~ 230.73 181.66$	$80.82 ~ 210.40 162.27$	$10.98 ~ 24.73 19.39$	$6.71 ~ 10.35 8.34$	$6.53 ~ 11.76 8.76$	$3.34 ~ 4.28 3.79$	$1.27 ~ 1.54 1.76$	$1.00 ~ 1.06 1.03$	$0.41 ~ 0.57 0.52$
粉砂 (n=2)	$220.85 ~ 233.09 226.97$	$197.50 ~ 205.40 201.46$	$23.35 ~ 27.67 25.51$	$7.42 ~ 8.46 7.94$	$7.61 ~ 8.88 8.25$	$3.49 ~ 3.67 3.58$	$1.49 ~ 1.62 1.55$	$0.98 ~ 1.05 1.02$	$0.54 ~ 0.61 0.58$
砂质泥 (n=1)	126.19	111.16	15.03	7.40	7.10	3.64	1.35	1.03	0.58
湾内 (n=12)	$36.86 ~ 220.85 142.17$	$31.95 ~ 197.5 125.46$	$4.91 ~ 24.73 16.71$	$6.51 ~ 8.48 7.46$	$5.92 ~ 8.88 7.39$	$3.34 ~ 4.29 3.66$	$1.19 ~ 1.62 1.40$	$1.00 ~ 1.07 1.03$	$0.34 ~ 0.61 0.50$
湾外 (n=47)	$24.22 ~ 311.40 168.61$	$20.97 ~ 273.01 150.14$	$3.25 ~ 38.39 18.47$	$5.36 ~ 10.35 8.03$	$4.80 ~ 11.76 8.17$	$3.09 ~ 4.66 3.79$	$0.99 ~ 1.82 1.45$	$0.98 ~ 1.07 1.02$	$0.22 ~ 0.57 0.44$
研究区 (n=59)	$24.22 ~ 311.40 163.23$	$20.97 ~ 273.01 145.12$	$3.25 ~ 38.39 18.11$	$5.36 ~ 10.35 7.91$	$4.80 ~ 11.76 8.01$	$3.09 ~ 4.66 3.77$	$0.99 ~ 1.82 1.44$	$0.98 ~ 1.07 1.03$	$0.22 ~ 0.61 0.45$

图3 研究区表层沉积物平均粒径( X ¯)、REE特征参数分布图

Fig.3 Distribution patterns for the average grain size ( X ¯) and REE parameters of the surface sediments from the study area

表2 研究区与其他地区沉积物REE特征参数

Table 2 REE parameters of sediments in the study area and other areas

沉积物类型	REE/(μg/g)	LREE/(μg/g)	HREE/(μg/g)	LREE/HREE	(La/Yb)_N	δCe	δEu
本文	163.23	145.12	18.11	7.91	8.01	1.03	0.45
湛江湾^[22]	193.63	174.18	19.45	8.95	12.09	1.00	0.59
湛江湾^[12]	198.19	179.50	18.69	9.60	11.42	1.02	0.69
鉴江^[23]	187.36	168.35	19.01	8.86	9.49	0.61	0.99
雷州半岛近海^[24]	175.40	159.05	16.35	9.21	11.22	0.96	0.57
黄河^[25]	137.76	122.66	15.10	8.12	9.53	0.91	0.66
长江^[25]	167.10	149.49	17.61	8.49	10.91	0.90	0.68
伶仃洋^[26]	279.21	256.68	22.53	11.39	14.70	1.08	0.64
中国南海^[27]	116.27	103.77	12.50	8.30	8.61	1.04	0.65
中国黄土^[20]	155.31	138.01	17.30	7.98	8.08	1.08	0.65
中国浅海^[21]	157.06	142.97	14.09	10.15	10.11	1.03	0.57
中国土壤^[28]	155.95	140.79	15.16	9.29	10.87	0.99	0.59
UCC^[2]	146.37	132.48	13.89	9.54	9.19	1.06	0.65
深海沉积物^[29]	125.93	88.16	37.77	2.33	1.77	0.66	0.75

表3 研究区表层沉积物稀土元素特征参数相关性分析(n=59)

Table 3 Pearson correlation matrix of REE parameters with the average grain size ( X ¯) (n=59)

	REE	LREE/HREE	(La/Yb)_N	(La/Sm)_N	(Gd/Yb)_N	δCe	δEu	$X ¯$
REE	1.00
LREE/HREE	0.50^**	1.00
(La/Yb)_N	0.50^**	0.98^**	1.00
(La/Sm)_N	0.35^**	0.70^**	0.65^**	1.00
(Gd/Yb)_N	0.46^**	0.86^**	0.93^**	0.34^**	1.00
δCe	-0.08	-0.02	-0.06	-0.07	-0.01	1.00
δEu	-0.14	0.26	0.29^*	-0.02	0.40^**	0.14	1.00
$X ¯$	0.53^**	0.46^**	0.47^**	0.20	0.50^**	0.08	0.60^**	1.00

表3 研究区表层沉积物稀土元素特征参数相关性分析(n=59)

Table 3 Pearson correlation matrix of REE parameters with the average grain size ( X ¯) (n=59)

	REE	LREE/HREE	(La/Yb)_N	(La/Sm)_N	(Gd/Yb)_N	δCe	δEu	$X ¯$
REE	1.00
LREE/HREE	0.50^**	1.00
(La/Yb)_N	0.50^**	0.98^**	1.00
(La/Sm)_N	0.35^**	0.70^**	0.65^**	1.00
(Gd/Yb)_N	0.46^**	0.86^**	0.93^**	0.34^**	1.00
δCe	-0.08	-0.02	-0.06	-0.07	-0.01	1.00
δEu	-0.14	0.26	0.29^*	-0.02	0.40^**	0.14	1.00
$X ¯$	0.53^**	0.46^**	0.47^**	0.20	0.50^**	0.08	0.60^**	1.00

图4 湛江湾表层沉积物平均粒径( X ¯)与REE相关性图解

Fig.4 Correlation between the average grain size ( X ¯) and REE contents

图5 湛江湾表层沉积物稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)和不同类型沉积物稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(b)(底图据文献[30])

Fig.5 Chondrite-normalized REE distribution patterns of the samples (a) and different sediment types (b) of surface sediments in Zhanjiang Bay (base map after ref. [30])

图6 研究区沉积物与潜在物源的球粒陨石标准化配分曲线(底图据文献[30])

Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution patterns of the samples in Zhanjiang Bay and potential sediment pro-venances(base map after ref.[30])

表4 湛江湾表层沉积物稀土元素富集因子(EF)

Table 4 Enrichment factor (EF) of REE in surface sediments of Zhanjiang Bay

	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
湾内	2.14	2.03	2.01	2.11	2.46	1.90	2.68	2.78	2.76	2.65	2.62	2.89	2.74	2.76
湾外	3.52	3.33	3.36	3.42	3.91	2.38	4.21	4.33	4.31	4.15	4.06	4.52	4.29	4.46

图7 湛江湾海域表层沉积物和潜在物源的(La/Yb)N和δEu识别图

Fig.7 Correlation of δEu with (La/Yb)N of surface sediments in Zhanjiang Bay and potential sediment provenances

图8 湛江湾表层沉积物REE-La/Yb图解(底图据文献[51])

Fig.8 REE vs. La/Yb diagram of surface sediments in Zhanjiang Bay (base map after ref.[51])

表5 湛江湾表层沉积物中REE判别函数(DF)

Table 5 Discrimination function (DF) values for REE of sediments in Zhanjiang Bay

物源区				搬运区				沉积区
华南花岗岩	雷州北部玄武岩	北海组	湛江组	鉴江	漠阳江	珠江	西江	海南岛东北部
0.174	0.242	0.138	0.206	0.019	0.015	0.020	0.033	0.000 5

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湛江湾海域表层沉积物稀土元素特征及其物源指示意义

REE Characteristics in Surface Sediments of Zhanjiang Bay and their Provenance Indicating Significance

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