劉軼瑩，金秉福 *，陳志華，王昆山

（1.魯東大學(xué)海岸研究所，山東煙臺(tái)264025；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061）

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南極普里茲灣主要碎屑礦物特征及物源分析

劉軼瑩1，金秉福1 *，陳志華2，王昆山2

（1.魯東大學(xué)海岸研究所，山東煙臺(tái)264025；2.國家海洋局第一海洋研究所，山東青島266061）

摘要：基于南極普里茲灣海域33個(gè)表層碎屑沉積物樣品的碎屑礦物學(xué)分析，對(duì)該區(qū)的沉積環(huán)境與物質(zhì)來源進(jìn)行了分析。結(jié)果表明該區(qū)碎屑重礦物共17種，石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦為優(yōu)勢(shì)礦物，紫蘇輝石和赤鐵礦為特征礦物。根據(jù)礦物組合分布特征，普里茲灣可劃分為4個(gè)礦物區(qū)：Ⅰ區(qū)為石榴子石含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)、重礦物含量較高的弗拉姆淺灘礦物區(qū)；Ⅱ區(qū)為石榴子石、普通角閃石含量較高，磁鐵礦為特征礦物的普里茲水道礦物區(qū)；Ⅲ區(qū)為紫蘇輝石含量較突出的四女士淺灘礦物區(qū)；Ⅳ區(qū)為普通角閃石含量明顯突出，石榴子石顯著減少的深水陸坡礦物區(qū)。通過電子探針測(cè)試研究區(qū)石榴子石結(jié)果表明：碎屑石榴子石含有較高的Fe、M g和較低的Ca、M n，屬主要來源于高級(jí)麻粒巖相副變質(zhì)巖的A型石榴子石。普里茲灣海域的碎屑礦物分布特征是物質(zhì)來源、海流系統(tǒng)以及冰川活動(dòng)等多重因素綜合作用的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞：碎屑礦物；石榴子石；沉積物；普里茲灣

1　引言

碎屑礦物特征和組分在追蹤沉積物的來源［1—2］、搬運(yùn)擴(kuò)散方式［3］等方面得到廣泛應(yīng)用。不同海域由于物源的不同，礦物組合與分布特征會(huì)有明顯差異，同時(shí)受礦物的密度和物理化學(xué)穩(wěn)定性影響；不同的氣候環(huán)境、風(fēng)化條件和搬運(yùn)機(jī)制可以使物源碎屑物發(fā)生沉積分異作用，從而使重礦物組成和含量發(fā)生變化［4］，在海洋環(huán)境中重礦物組成和分布主要受物源和海流作用的影響。南極洲98 %的面積被冰雪覆蓋，目前對(duì)南極地質(zhì)的認(rèn)識(shí)僅僅是通過對(duì)2 %左右裸露的南極基巖的研究中獲得的，難以認(rèn)識(shí)南極大陸的巖石組成與演化歷史［5］，而冰川的冰筏作用會(huì)將冰蓋下部的部分碎屑物質(zhì)搬運(yùn)到海洋中。因此，海洋碎屑沉積物在一定程度上可以反映南極大陸表層的物質(zhì)組成，研究海洋碎屑沉積物的特征對(duì)探究沉積物物源有一定辨識(shí)意義。

目前，有關(guān)普里茲灣海域礦物的研究相對(duì)較少。已有研究表明：南極中山站和企鵝島地區(qū)是由中高壓角閃巖相變質(zhì)作用形成的榴閃巖，原巖屬基性巖［6—8］。對(duì)普里茲灣鄰近海域沉積物中高嶺石等黏土礦物分布特征與物源的研究顯示普里茲灣海域沉積物來自于南極大陸本土［9—12］。對(duì)南極普里茲灣表層水中Ge、Cu、Cd、Zn的含量和分布以及O、C、Ra、U同位素研究［13—20］有效指示了沉積物的物質(zhì)來源主要為南極大陸主體，并進(jìn)一步說明沉積作用主要受到生物生產(chǎn)量和海冰的作用。

本文基于對(duì)南極普里茲灣海域33個(gè)表層海洋沉積物樣品的重礦物鑒定分析結(jié)果以及碎屑石榴子石單礦物化學(xué)分析，初步探討了研究區(qū)海域表層樣中碎屑礦物的組合與分布規(guī)律。結(jié)合礦物學(xué)分析結(jié)果、海流系統(tǒng)特征、普里茲灣海底地形、周圍地質(zhì)構(gòu)造和巖性概況等，探究沉積物物源區(qū)、物質(zhì)遷移規(guī)律和沉積規(guī)律，討論了碎屑礦物空間分布特征及其與海流、變質(zhì)巖分布和冰川活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)性。

2　研究區(qū)概況

普里茲灣是南極洲的第三大海灣，面積約為6× 104k m2。處于南大洋的印度洋扇區(qū)，位于約66°45′～69°30′S，70°～80°E所圍成的區(qū)域內(nèi)，呈西南-東北走向的喇叭狀（圖1）。從最南端蘭伯特冰川入?？谔帲?9°S，70°E）向北直到67°S附近為水深較淺的陸架海域［21—22］。灣內(nèi)東、西兩側(cè)分別為四女士淺灘和弗拉姆淺灘。四女士淺灘水深約200 m，最淺處小于60 m，西部弗拉姆淺灘水深約200 m，阻擋了外部冰川進(jìn)入灣內(nèi)。兩淺灘中間是水深大于500 m的凹槽，即普里茲水道，是灣內(nèi)外交換的主要通道［22］。隨著離岸距離的增加水深變化再趨平緩，開闊的陸架海域水深變化不大，67°S附近的大陸坡以北為水深3 000 m以上的深水區(qū)。與蘭伯特冰川相連的埃默里冰架是東南極最大的冰架，面積約為3×104k m2，是東南極冰蓋的入?？冢瑬|南極14 %的冰量在此入海［23］。

普里茲灣及鄰近海域分布有普里茲灣陸架水、南極表層水、南極底層水和繞極深層水等水團(tuán)，流系較為復(fù)雜［24—25］。南極輻散帶以南分布有向西流動(dòng)的極地環(huán)流和極地沿岸流，普里茲灣內(nèi)存在順時(shí)針方向的環(huán)流，弗拉姆淺灘東緣存在上升流；南極輻散帶以北為東向的南極繞極流，南極輻散帶周圍有渦旋出現(xiàn)［26—29］。

普里茲灣地區(qū)主要由3個(gè)太古宙克拉通地塊和一個(gè)格林維爾高級(jí)變質(zhì)地體及一個(gè)泛非高級(jí)變質(zhì)帶組成。3個(gè)太古宙克拉通地塊主要出露在南查爾斯王子山、西福爾丘陵和賴于爾群島；格林維爾地體主要出露于北查爾斯王子山，以區(qū)域麻粒巖相變質(zhì)作用伴隨大規(guī)模的紫蘇花崗質(zhì)和花崗質(zhì)巖漿入侵為特征，時(shí)代約為距今990～980 M a；泛非高級(jí)變質(zhì)帶（即普里茲帶）主要出露在普里茲灣沿岸，向南沿埃默里冰架東緣一直延伸到格羅夫山后被冰雪覆蓋［30—32］。

3　材料與方法

3.1樣品采集

沉積物樣品采集于中國“雪龍”號(hào)考察船第24航次、第29航次南極綜合考察。本文站位選取于普里茲灣灣內(nèi)，大致為64°30′～69°30′S，67°～78°E之間的區(qū)域（圖1），樣品采集時(shí)間主要集中在2008年南極夏季2—3月及2013年南極夏季2—3月期間，共33個(gè)站位。樣品的采樣站位、水深及巖性特征見表1。

表1　樣品站位、水深和巖性特征Tab.1 Location，depth and lithology of the samples

續(xù)表1

圖1　普里茲灣表層沉積物碎屑礦物分析站位Fig.1 Stations of detrital mineral analysis in the Prydz Bay

3.2輕重礦物分離與鑒定

碎屑礦物樣品制備，按照中國近海海域綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)技術(shù)規(guī)程——海洋底質(zhì)調(diào)查中礦物分析方法的規(guī)范要求進(jìn)行，取適量濕樣，用0.063 m m + 0.25 m m套篩進(jìn)行篩分，經(jīng)篩選沖洗后，得到細(xì)砂待鑒定樣品粒級(jí)；然后進(jìn)行重液分離，重液為C H Br3（比重范圍d204= 2.889～2.891），獲得輕、重礦物質(zhì)量數(shù)據(jù)。礦物的鑒定研究工作采用實(shí)體顯微鏡觀察和偏光顯微鏡油浸法結(jié)合來進(jìn)行定性和定量分析，每站樣品鑒定礦物300多個(gè)顆粒，對(duì)礦物特征如顏色、形態(tài)、條痕、鐵染程度、蝕變程度、顆粒相對(duì)大小、光學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行描述和鑒定。

3.3石榴子石單礦物化學(xué)分析

在重礦物含量高的站位樣品中，從重礦物中隨機(jī)選取石榴子石顆粒，每組沉積物樣品選取100顆以上（個(gè)別站位石榴子石含量雖高，但重礦物含量低，石榴子石顆粒較少，無法進(jìn)行單礦物化學(xué)分析）。利用電子探針波譜進(jìn)行定量分析礦物化學(xué)成分，由國家海洋局第一研究所海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的JE O L JX A8230型電子探針儀測(cè)定。測(cè)試條件：加速電壓15 k V，探針電流20 n A，計(jì)數(shù)時(shí)間20 s/元素，束斑直徑3μm，采用Z A F修正法。隨機(jī)測(cè)試50～60個(gè)顆粒，以保證其統(tǒng)計(jì)精度。

4　結(jié)果分析

4.1重礦物組成與分布

普里茲灣表層沉積物中共鑒定出重礦物17種，重礦物在碎屑輕、重礦物中所占的比重為0.7 %～ 17.9 %，平均值為7.9 %。其中石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦在重礦物中的平均含量超過10 %，分別為44.4 %、29.9 %、12.7 %，為研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)礦物；紫蘇輝石、赤鐵礦和黑云母的平均含量在1 %～10 %之間，屬于常見礦物；其他礦物如透閃石、綠簾石、榍石、磷灰石、金紅石、橄欖石、普通輝石、菱鐵礦、鈦鐵礦、褐鐵礦和白鈦石平均含量較低，部分礦物僅在少數(shù)站位零星出現(xiàn)。礦物顆粒百分含量變化見圖2。

圖2　普里茲灣重礦物分布特征Tab.2 Distribution of heavy minerals in the Prydz Bay

普里茲灣沉積物中主要重礦物分布圖（圖3）是基于Arcgis的反距離權(quán)重插值法得出的，結(jié)合該圖對(duì)主要的重礦物的分布特征進(jìn)行簡要描述，進(jìn)而分析影響重礦物分布的主要因素。

重礦物含量指重礦物重量占輕、重礦物質(zhì)量之和的百分含量，受底質(zhì)類型、沉積物改造程度以及礦物風(fēng)化能力等影響，可以反映沉積物物源和成熟度等方面的信息。研究區(qū)重礦物含量分布表明普里茲灣兩側(cè)淺灘（弗拉姆淺灘和四女士淺灘）重礦物含量高，達(dá)15 %左右；中部重礦物含量較低，平均含量在4.6 %以下（圖3a）。

石榴子石為粒狀，以淺粉色為主，光澤較強(qiáng)，晶形不完整。平均含量44.4 %，最高含量88.7 %，每個(gè)站位沉積物中都有出現(xiàn)，分布廣泛，在重礦物中所占比重最大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明其含量變化大，高含量區(qū)出現(xiàn)在普里茲灣西側(cè)弗拉姆淺灘，并由此向東部四女士淺灘和北部深水區(qū)含量逐漸減少（圖3b）。

普通角閃石為短柱狀，綠色、黑綠色，顆粒有破損、磨蝕。平均含量29.9 %，變化范圍0.7 %～ 66.9 %，在每個(gè)站位沉積物中都有出現(xiàn)，分布廣泛。含量變化幅度大，含量分布與石榴子石分布具有負(fù)相關(guān)性，高含量出現(xiàn)在普里茲灣北部深水區(qū)，較低含量出現(xiàn)在麥克羅伯森地沿岸沉積物中（圖3c）。

磁鐵礦為小粒狀，黑色，表面較為干凈，金屬光澤。平均含量12.7 %，最高含量26.9 %，在每個(gè)站位沉積物中都有出現(xiàn)，分布廣泛，是研究區(qū)主要金屬礦物。普里茲灣中部磁鐵礦含量較高，兩側(cè)淺灘含量較低（圖3d）。

紫蘇輝石以粒狀為主，短柱狀，淺褐色，略帶紫色調(diào)，表面磨蝕。平均含量6.1 %，最高含量63.7 %，在所有樣品中出現(xiàn)率為85 %。含量變化范圍大，個(gè)別站位（N08-3）含量達(dá)63.7 %。拉斯曼丘陵沿岸地區(qū)紫蘇輝石含量較高，其他地區(qū)含量均在7 %以下（圖3e）。

赤鐵礦為粒狀，黑色，表面疏松。平均含量1.4 %，最高含量6.1 %，在所有樣品中出現(xiàn)率為88 %。赤鐵礦在研究區(qū)分布較均勻，在沉積物中含量較其他主要重礦物低（圖3f）。

圖3　沉積物中主要重礦物分布圖（基于Arcgis的反距離權(quán)重插值法）Fig.3 Diagram of main heavy minerals distribution（ID W interpolation method based on Arcgis）

4.2組合分區(qū)

聚類分析根據(jù)樣品的屬性，用數(shù)學(xué)方法按照特定相似性或差異性指標(biāo)，定量地確定樣品之間的親疏關(guān)系，并按這種親疏關(guān)系程度對(duì)樣品進(jìn)行聚類。本文將主要的6種礦物含量作為變量，即重礦物含量、石榴子石、普通角閃石、磁鐵礦、紫蘇輝石和赤鐵礦，利用Q型聚類方法進(jìn)行碎屑礦物組合分區(qū)。重礦物含量參數(shù)可以反映沉積物的分布，與碎屑礦物富集程度密切相關(guān)，石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦為重礦物的優(yōu)勢(shì)礦物，紫蘇輝石和赤鐵礦為常見礦物。這5種礦物的平均含量之和達(dá)到了94.5 %，完全可以代表整體礦物的分布趨勢(shì)。綜合重礦物含量分布以及聚類結(jié)果，將研究區(qū)分為4個(gè)礦物組合區(qū)（圖4）：Ⅰ區(qū)為弗拉姆淺灘礦物區(qū)；Ⅱ區(qū)為普里茲水道礦物區(qū)；Ⅲ區(qū)為四女士淺灘礦物區(qū)；Ⅳ區(qū)為深水陸坡礦物區(qū)。表2為各分區(qū)主要礦物參數(shù)含量統(tǒng)計(jì)。

Ⅰ區(qū)：弗拉姆淺灘礦物區(qū)，樣品數(shù)5。本區(qū)重礦物含量為研究區(qū)最高，平均達(dá)到11.6 %，優(yōu)勢(shì)礦物為石榴子石、磁鐵礦。特征礦物為石榴子石，含量為81.1 %，高于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)1倍以上。而普通角閃石含量為遠(yuǎn)低于全區(qū)平均水平。

Ⅱ區(qū)：普里茲水道礦物區(qū)，樣品數(shù)6。重礦物含量略低于全區(qū)平均含量，變化范圍大，優(yōu)勢(shì)礦物為普通角閃石、石榴子石和磁鐵礦，其中磁鐵礦平均含量為4個(gè)區(qū)中最高，樣品聚類表明其與Ⅲ區(qū)礦物組成較為相似。

Ⅲ區(qū)：四女士淺灘礦物區(qū)，樣品數(shù)15，站位分布較為密集。優(yōu)勢(shì)礦物為石榴子石、普通角閃石、磁鐵礦和紫蘇輝石。特征礦物為紫蘇輝石，平均含量達(dá)到11.4 %，變化范圍相對(duì)較大，個(gè)別站位高達(dá)63.7 %。

Ⅳ區(qū)：深水陸坡礦物區(qū)，樣品數(shù)7。優(yōu)勢(shì)礦物為普通角閃石、石榴子石和磁鐵礦。該區(qū)普通角閃石在重礦物中含量較大，高于其他3個(gè)區(qū)1倍左右；而石榴子石含量不到其他3個(gè)區(qū)的1/2。

圖4　普里茲灣礦物分區(qū)示意圖Fig.4 Mineral provinces of the Prydz Bay

表2　普里茲灣表層沉積物4個(gè)礦物組合區(qū)重礦物含量表（n為樣品數(shù)目）Tab.2 Heavy mineral contents of mineral assemblage provinces in the Prydz Bay（n is the number of samples）

4.3石榴子石化學(xué)組成

石榴子石雖然常見于火成巖，但大量存在于變質(zhì)巖中，是特征變質(zhì)礦物之一。在不同種類的含石榴子石變質(zhì)巖中，其組成也存在很大差異［33—35］。因此，石榴子石在確定沉積物源區(qū)中具有較明確的指示作用。石榴子石有6個(gè)端元組分，綜合考慮石榴子石各個(gè)元素所占百分含量后，本文將鐵鋁榴石（Almandite）+錳鋁榴石（Spessartite）、鎂鋁榴石（Pyrope）、和鈣鋁榴石（Grossularite）作為三角圖的端元組分。在鐵鋁榴石+錳鋁榴石—錳鋁榴石—鈣鋁榴石三角圖中（圖5），可以看出，6個(gè)樣品的碎屑石榴子石組分變化不大，表明它們的物質(zhì)來源比較單一。前人將碎屑石榴子石組成按照其不同來源劃分為3種類型，其中A型石榴子石含有較高的Fe、M g和較低的Ca、M n，這種石榴子石常出現(xiàn)在高級(jí)麻粒巖相副變質(zhì)巖和紫蘇花崗巖，但是紫蘇花崗巖是石榴子石含量相對(duì)較少的巖石，因此普里茲灣碎屑礦物中的石榴子石大多屬來源于高級(jí)麻粒巖相副變質(zhì)巖的A型石榴子石。

由石榴子石組成三角圖（圖5）可發(fā)現(xiàn)，普里茲灣海域的碎屑石榴子石有一個(gè)顯著特點(diǎn)，鈣鋁榴石比例較小，鎂鋁榴石約占1/4，而鐵鋁榴石+錳鋁榴石所占比例較大，平均百分含量在70 %左右（其中錳鋁榴石含量較少，僅2 %左右）。鈣鋁榴石一般于接觸變質(zhì)條件下生成，錳鋁榴石一般在壓力稍高的低級(jí)區(qū)域變質(zhì)條件下生成，鐵鋁榴石在壓力更高的中級(jí)區(qū)域變質(zhì)條件下生成，而鎂鋁榴石只能在壓力極高的條件下生成。鐵鋁榴石主要產(chǎn)于片麻巖、麻粒巖中，由此推斷，普里茲灣海域的石榴子石主要來源于古老變質(zhì)巖中。另外，在P6-13站位中有個(gè)別顆粒鎂鋁榴石含量超過70 %，指示該區(qū)域在形成過程中受到極高的壓力，有可能來源于深部榴輝巖、金伯利巖。

圖5　普里茲灣6個(gè)站位沉積物中碎屑石榴子石組成三角圖Fig.5 Garnet compositions of 6 stations in the Prydz Bay

5　討論

5.1沉積碎屑來源

埃默里冰架東緣的基巖出露區(qū)域的巖性包括高級(jí)變質(zhì)巖石和大量侵入于其中的紫蘇花崗巖和花崗巖體，變質(zhì)巖以含斜方輝石的正片麻巖和鎂鐵質(zhì)麻粒巖為主，同時(shí)夾有少量副片麻巖和鈣硅酸鹽巖［31］。埃默里冰架以西北查爾斯王子山格林維爾期雷納雜巖巖體主要由高級(jí)鎂鐵質(zhì)—長英質(zhì)片麻巖和副片麻巖組成，并含有大量花崗巖，包括部分紫蘇花崗巖［30—32］（圖7）。

上述4個(gè)礦物分區(qū)的礦物特征及其分布，表明普里茲灣沿岸麥克羅伯森地、拉斯曼丘陵—西福爾丘陵地區(qū)與離岸較遠(yuǎn)的格羅夫山是該礦物組合區(qū)主要物源區(qū)。普里茲灣的基底主要為太古宙及元古宙的變質(zhì)巖［30—31］。Ⅰ區(qū)礦物組合石榴子石含量最高，角閃石和磁鐵礦含量較高，礦物成熟度較高，為接受沉積較為穩(wěn)定的區(qū)域。通過近岸地區(qū)的鉛同位素測(cè)定結(jié)果指出：該區(qū)是南極最古老的變質(zhì)巖區(qū)，年齡約（4 000 ±200）M a［36—38］。碎屑沉積物的主要物質(zhì)來源麥克羅伯森地，該地區(qū)是由原始火成巖經(jīng)變形和變質(zhì)發(fā)育成石榴子石片麻巖，且變余糜棱巖帶（石榴子石—磁鐵礦—輝石—斜長或石英片巖）通常含有較多的石榴子石和磁鐵礦［32，39—41］，這些變質(zhì)巖的碎屑物質(zhì)通過冰川運(yùn)動(dòng)、浮冰輸送和海流搬運(yùn)入海，從而在海底表層碎屑沉積物中形成了石榴子石—角閃石—磁鐵礦的礦物組合類型。該區(qū)水動(dòng)力強(qiáng)，重礦物含量為4個(gè)區(qū)域中最高。Ⅱ區(qū)所處位置與普里茲水道大體吻合，海底深度比東西兩側(cè)的四女士淺灘和弗拉姆淺灘地區(qū)大，重礦物含量為4個(gè)區(qū)域中最低，沉積速率低。但該區(qū)受普里茲水道影響海流作用力較強(qiáng)，優(yōu)勢(shì)礦物石榴子石、角閃石、磁鐵礦與特征紫蘇輝石、赤鐵礦等礦物混合較好，無明顯差異性，屬于混合物源區(qū)。Ⅲ區(qū)紫蘇輝石含量與周圍站位相比高出一定水平，而且一些礦物含量出現(xiàn)自拉斯曼丘陵—西福爾丘陵沿岸地區(qū)向深海方向降低的趨勢(shì)，表明其具有近源性。該區(qū)石榴子石含量比Ⅰ區(qū)明顯減少，而角閃石有所增加，礦物成熟度相對(duì)較低。同時(shí)該區(qū)紫蘇輝石含量明顯高于其他3個(gè)區(qū)，可能是由于該區(qū)沿岸拉斯曼丘陵-西福爾丘陵地區(qū)有大量的泛非期紫蘇花崗巖體出露［42—43］，為Ⅲ區(qū)帶來大量的紫蘇輝石，個(gè)別站位（N08-3）紫蘇輝石含量高達(dá)63.7 %。Ⅳ區(qū)普通角閃石含量占一半以上，石榴子石含量與其他3個(gè)區(qū)相比明顯降低，礦物成熟度相對(duì)較低。冰筏運(yùn)動(dòng)在沿岸地區(qū)盛行，代表大陸沉積環(huán)境，而該區(qū)離岸較遠(yuǎn)，水深較大，因而接受海冰攜帶的沉積物碎屑量較少。

錳鋁榴石一般在矽卡巖和低級(jí)區(qū)域變質(zhì)巖中常見，在結(jié)晶花崗巖和細(xì)晶巖中也可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)對(duì)石榴子石化學(xué)組成分析可知該區(qū)碎屑石榴子石中錳鋁榴石含量較低［44］，由此可見普里茲灣沿岸地區(qū)的低級(jí)變質(zhì)巖和花崗巖分布有限。鐵鋁榴石是石榴子石片巖和片麻巖中的常見礦物，在一些鈣堿性花崗巖和流紋巖中也可見。一般來說，從綠簾角閃巖相到麻粒巖相的變質(zhì)巖中，鐵—鎂鋁榴石含量大量增加，紫蘇花崗巖和麻粒巖中也含有部分鈣鋁榴石［45］。由此我們可以推斷：普里茲灣碎屑礦物中高鎂鐵—低鈣的碎屑石榴子石最初源巖是高級(jí)變質(zhì)沉積巖和基底的紫蘇花崗巖。這一推斷與普里茲灣沿岸及相鄰區(qū)域的基底吻合。

圖7　普里茲灣沿岸及相鄰區(qū)域地質(zhì)簡圖（據(jù)文獻(xiàn)［46］修改）Fig.7 Geological sketch map of the Prydz Bay coast and adjoining areas（modified from reference［46］）

5.2搬運(yùn)沉積體系

5.2.1冰川作用

南極大陸冰蓋大規(guī)模的冰川運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致了冰川底部對(duì)南極大陸基巖有強(qiáng)烈的刨蝕作用，形成大量冰磧物，并隨冰川蠕動(dòng)向冰蓋邊緣運(yùn)動(dòng)，這些由冰磧物組成的碎屑沉積物最后堆積在冰川前緣或凍結(jié)在冰筏中進(jìn)入南極海區(qū)。普里茲灣海底表層沉積物屬于殘積冰磧物類型，大多為含礫粉砂和黏土質(zhì)粉砂。碎屑物質(zhì)多來自普里茲灣沿岸地區(qū)，小部分來自距離較遠(yuǎn)的格羅夫山地區(qū)，它們主要受蘭伯特冰川作用影響，可能以冰筏漂流的方式搬運(yùn)，在極少數(shù)情況下出現(xiàn)的深層流匯集，也會(huì)使細(xì)粒碎屑物質(zhì)沉積。由于研究區(qū)位于埃默里冰架外緣地區(qū)，豐富的陸源物質(zhì)通過冰川作用被帶入普里茲灣，而近岸的冰筏運(yùn)動(dòng)對(duì)礦物的分選作用較差，以致重礦物在此混雜堆積。同時(shí)，67°S以北相對(duì)遠(yuǎn)離大陸的深海水區(qū)，沉積物粒度變細(xì)以黏土質(zhì)粉砂為主，屬于混合副冰磧物。其沉積物組成特征往往受麥克羅伯森地和拉斯曼丘陵—西福爾丘陵地區(qū)兩個(gè)物源區(qū)的共同影響，在兩個(gè)物源的交匯處往往形成混合型礦物組合區(qū)。冰筏是外海砂石輸送最重要機(jī)制，而大量的淤泥和黏土細(xì)粒沉積物主要由永久性或暫時(shí)性的底部環(huán)流搬運(yùn)。該區(qū)沉積物樣品受風(fēng)化磨蝕作用極弱，卻在大塊碎屑物中出現(xiàn)破碎、磨損的跡象，表明可能是由冰筏作用攜帶礫石搬運(yùn)到相應(yīng)位置，而細(xì)粒泥質(zhì)、黏土成分則可能是由海流作用搬運(yùn)。

5.2.2海流系統(tǒng)

前人研究結(jié)果［47］表明，普里茲灣附近海域的主要水團(tuán)包括，即南極表層水（A AS W）、普里茲灣陸架水（S W）、繞極深層水（CD W）和南極底層水（A A B W）。CD W主要形成于64°S以北海域，對(duì)研究區(qū)表層沉積物影響較小。普里茲灣海域海流系統(tǒng)整體上呈現(xiàn)自東向西方向運(yùn)動(dòng)，但是在普里茲灣內(nèi)的上層和中層海水中還存在逆時(shí)針和順時(shí)針方向的渦旋，普里茲灣東側(cè)沿岸的西向流在西福爾丘陵沿岸海域形成逆時(shí)針渦旋［23—24］，因此大量的紫蘇輝石和赤鐵礦并未被向西攜帶，而是沉積在西福爾丘陵沿岸海域。此外在普里茲灣內(nèi)有一個(gè)明顯的氣旋渦，中心在67.5°S，73°E附近（圖8），通過該氣旋渦和陸架水將陸源物質(zhì)中細(xì)粒泥質(zhì)、黏土成分?jǐn)y帶到深海水區(qū)，而粒度較粗的物質(zhì)則沉積在近岸淺水區(qū)中。強(qiáng)烈的底部環(huán)流對(duì)物質(zhì)分配有顯著作用，底層水自東向西將大量碎屑重礦物帶入普里茲灣西部弗拉姆淺灘礦物區(qū)并此沉積，可能是Ⅰ區(qū)重礦物含量高的主要原因。灣內(nèi)兩側(cè)水深較淺，均小于500 m，沉積物近岸混雜沉積，形成弗拉姆淺灘區(qū)和四女士淺灘區(qū)。兩個(gè)淺灘中間為普里茲水道，水深500～1 000 m，通過普里茲水道向北輸送的陸架水與南極表層水、繞極深層水和變形繞極深層水混合，形成南極底層水［48］，水團(tuán)交換加強(qiáng)，因此此處沉積物混合相對(duì)較好；受普里茲水道近岸流影響67°S以北的陸架外緣深水區(qū)礦物以角閃石為主，石榴子石、紫蘇輝石等礦物含量呈遞減趨勢(shì)。

圖8　普里茲灣及鄰近海域海流圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［49］修改）Fig.8 Current figure of the Prydz Bay and adjoining areas （modified from reference［49］）

6　結(jié)論

研究海區(qū)共鑒定出碎屑重礦物17種，石榴子石、普通角閃石和磁鐵礦為優(yōu)勢(shì)礦物，紫蘇輝石和赤鐵礦為特征礦物。依據(jù)表層沉積物碎屑礦物組合及分布特征，將研究區(qū)劃分為4個(gè)礦物區(qū)：Ⅰ區(qū)為石榴子石含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)、重礦物含量較高的弗拉姆淺灘礦物區(qū)；Ⅱ區(qū)為石榴子石、普通角閃石含量較高，磁鐵礦為特征礦物的普里茲水道礦物區(qū)；Ⅲ區(qū)為紫蘇輝石含量較突出的四女士淺灘礦物區(qū)；Ⅳ區(qū)為普通角閃石含量明顯突出，石榴子石顯著減少的深水陸坡礦物區(qū)。

研究海區(qū)石榴子石含有較高的Fe、M g和較低的Ca、M n，屬主要來源于高級(jí)麻粒巖相副變質(zhì)巖的A型石榴子石。由此可以推斷普里茲灣沿岸麥克羅伯森地、拉斯曼丘陵—西福爾丘陵地區(qū)與離岸較遠(yuǎn)的格羅夫山是研究區(qū)的主要物源區(qū)。物質(zhì)來源、冰川作用和海流系統(tǒng)的共同影響是形成普里茲灣碎屑礦物分布特征的主要原因。

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Characteristics and provenance of main detrital minerals in the Prydz Bay，Antarctic

Liu Yiying1，Jin Bingfu1，Chen Zhihua2，W ang Kunshan2
（1.Instituteof Coast，Ludong University，Yantai 264025，China；2.The First Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China）

Abstract：The depositionalenviron ment and sedimentary provenance were studied in the Prydz Bay based on mineralogical analysis of 33 surface sediment samples.Seventeen types of heavy minerals were recognized in this study.Garnet，hornblende and magnetite are the dominant heavy minerals，hypersthene and hematite are the characteristic minerals.From the distribution ofthe mineral assemblages，four mineral provinces can beidentified.In Fram Bank mineral province（Province I），the garnetis treated as the main mineral and has the highest content of heavy mineral.In Prydz channel mineral province（Province II），the magnetite is treated as the diagnostic mineral，garnet and epidote take a dominant position of the minerals.In Four Ladies Bank province（ProvinceⅢ）has significant content of hypersthene.In deep slope mineral province（ProvinceⅣ），the main mineralis hornblende and the garnetis less than other provinces.The mineralogical characteristics of garnets from the study area shows that，the clastic garnet contains higher Fe，M g element and lower Ca，M n element，and mainly comes from senior granulite facies.Detrital mineral distribution characteristics is controlled by provenance，the current system and glacier activities such as a product of the combined action of multiple factors.

Key words：detrital minerals；garnet；sediments；Prydz Bay

*通信作者：金秉福，教授，主要從事海洋地質(zhì)研究。E-mail：bfjin＠126.com

作者簡介：劉軼瑩（1990—），女，吉林省延吉市人，主要從事海洋地質(zhì)研究。E-mail：liuyiying666＠126.com

基金項(xiàng)目：南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估專項(xiàng)（C HIN A R E2013-01-02）。

收稿日期：2015-06-10；

修訂日期：2015-09-29。

中圖分類號(hào)：P736.3；P728.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0253-4193（2016）05-0096-12