基于东海北部陆架表层沉积物的泥温、粒度分析与重矿物鉴定数据,结合末次盛冰期(LGM)以来的东海海平面演化阶段分析,提取高海面期以来底层水团承载的沉积重矿物空间分布规律与信息记录。结果表明优势矿物种的迁移路径与区域环流系统密切相关,进而可示踪东海北部物质的大致输运方向。依据透明矿物(普通角闪石、帘石类、稳定矿物)、金属矿物(不透明矿物)、片状矿物及自生矿物等优势重矿物种迁移路径的判断和讨论,将研究区初步划分为5类矿物区,分别为冷涡矿物区(Ⅰ区)、黄海沿岸流与跨陆架流矿物区(Ⅱ区)、长江冲淡水矿物区(Ⅲ区)、暖流矿物区(Ⅳ区)和复合矿物区(Ⅴ区)。Ⅰ区受济州岛西南冷涡影响显著,高含量的自生黄铁矿指示了强还原的沉积环境;Ⅱ区是黄海沿岸流与跨陆架流(ECSC)南向输运老黄河三角洲物质的重要通道,帘石类矿物、金属矿物、片状矿物的含量变化可指示输运的路径;Ⅲ区是长江冲淡水东扩的重要通道,普通角闪石、片状矿物、石榴石为示踪的特征矿物;Ⅳ区是陆架水团混合了台湾暖流和对马暖流水体的区域,区内“洁净”的暖流水阻隔陆源物质向东输运,其西侧为物源供给侧,形成优势矿物低值区,东侧物质供给匮乏,海侵改造沉积出露,重矿物及优势矿物种呈高值;Ⅴ区是区域环流系统季节性变化与强度差异影响下的复合作用区,区内矿物学特征与邻区相比无明显优势。从矿物迁移路径的角度认识东海北部陆架的物质输运与聚集过程,可进一步理解优势矿物示踪意义与区域环流系统动力环境的响应机制。

为探究雅浦海沟北部深渊、超深渊沉积物的组成、来源和形成特征,以1 cm分层对采自该海域不同深度的五根柱状沉积物样品的0~8 cm沉积层进行了扫描电子显微镜(SEM)观察和X射线能谱(EDS)分析,并且分析了这些样品的含水率,锰结核含量, Al、Ca、Fe、Mn、Ti、Mg等6种常量金属和Ba、Co、Cr、Ni、Pb、Sr、V、Cu、Zn等9种微量金属元素含量,以及总有机碳(TOC)含量等参数。结果表明,研究区域沉积物主要为深海软泥沉积,是不同年代沉积物的复杂混合,包含以盘星石为代表的颗石藻、海绵骨针、放射虫和硅藻等多种微体古生物化石以及辉石、重晶石、钛铁矿、长石等多种矿物。沉积组分主要来自生物源、火山源、陆源和海底热液,其中陆源沉积出现于海沟东侧深渊区。海沟西侧崖壁的沉积物比东侧崖壁的沉积物更容易发育锰结核。研究区域沉积物含水率较高并且颗粒较大,其含水率随深度增加呈减少趋势。研究区域超深渊站位沉积物的TOC和微体古生物化石含量均高于深渊站位,存在明显的漏斗效应。整体上海沟西侧崖壁沉积物含水率和TOC含量低于东侧崖壁的沉积物。自更新世以来,雅浦海沟北部的碳酸钙补偿深度(CCD)线从4 568 m以深变为4 435 m至4 568 m之间。研究区域的沉积环境为氧化环境,其0~8 cm沉积层的古老沉积物与现代沉积物发生了混合和再沉积作用,形成年代跨度极大。研究区域沉积物的形成受到海沟坡度、水动力环境、重力滑塌、浊流沉积、火山活动、漏斗效应等多种因素的显著影响。

西太平洋暖池区是指位于热带西太平洋及印度洋东部海表温度常年在28 ℃以上的海域,是全球海表温度最高的深海区,构造环境与沉积环境复杂,沉积物中的生物组分含量差异较大,生物组分会对深海沉积物物理力学性质产生显著影响,但目前对沉积物中生物组分含量和沉积物物理力学性质之间的相关性关系尚不明确。本文对西太平洋暖池区核心部位的表层沉积物样品进行现场物理力学性质测试和室内涂片鉴定,研究深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分之间的关系。结果表明:研究区表层沉积物含水率范围为61.1%~435.1%,天然密度范围为1.04~1.76 g/cm³,贯入阻力范围为0~100 kPa,十字板剪切强度范围为0~8.6 kPa,整体具有高含水率、低密度、低强度等典型的深海沉积物物理力学性质特点。西加洛林海脊、海山等CCD以浅的区域为钙质生物组分>50%的钙质沉积区;西加洛林海槽西南部及其周边的深水沟槽地区一般为硅质生物组分>50%的硅质沉积;西加洛林海盆内部则主要为黏土沉积区。随钙质生物组分减少和硅质生物组分增多,表层沉积物类型分别为钙质沉积物、黏土沉积物和硅质沉积物,天然含水率变高,天然密度、贯入阻力和十字板剪切强度降低,表明深海表层沉积物的物理力学性质与生物组分含量密切相关:贯入阻力、十字板剪切强度、天然密度与钙质生物组分含量呈正相关,与硅质生物组分含量呈负相关;而天然含水率正好相反,与钙质生物组分含量呈负相关,与硅质生物组分含量呈正相关。本文建立了深海沉积物中生物组分与物理力学性质之间的相关关系,提出了沉积物生物组分含量与物理力学性质之间的拟合公式,可以为深海沉积物工程性质的评价提供参考。

东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。