马来半岛彭亨河和吉兰丹河沉积物稀土元素特征及其物源示踪

吴凯凯，刘升发，金爱民，等. 马来半岛彭亨河和吉兰丹河沉积物稀土元素特征及其物源示踪[J]. 海洋学报，2019，41(7)：77–91，doi:10.3969/j.issn.0253−4193.2019.07.007Wu Kaikai ，Liu Shengfa ，Jin Aimin, et al. Rare earth element characteristics of Pahang River and Kelantan River sediments and their tracing im-plication[J]. Haiyang Xuebao ，2019, 41(7)：77–91，doi:10.3969/j.issn.0253−4193.2019.07.007马来半岛彭亨河和吉兰丹河沉积物稀土元素特征及其物源示踪吴凯凯1,2，刘升发2,3，金爱民1，楼章华1，吴斌2,3，李景瑞2,3，张辉2，方习生2,3，Che Abd.Rahim Bin Mohamed 4，石学法2,3*( 1. 浙江大学 海洋学院 海洋地质与资源研究所，浙江 舟山 316021；2. 自然资源部第一海洋研究所，山东 青岛 266061；3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室 海洋地质过程与环境功能实验室，山东 青岛 266061；4. 马来西亚国民大学 环境科学与自然资源学院，雪兰莪 万宜新 43600)摘要：通过对马来半岛东部彭亨河28个站位和吉兰丹河22个站位表层沉积物进行稀土元素（REE ）测试，对比分析了稀土元素的组成特征和分布规律，探讨了稀土元素组成的控制因素和物源示踪意义。

结果表明，彭亨河沉积物稀土元素含量介于24.88～304.29 μg/g 之间，平均含量为165.22 μg/g ，吉兰丹河沉积物中稀土元素含量介于126.02～281.40 μg/g 之间，平均值为181.15 μg/g 。

彭亨河大部分沉积物上陆壳(UCC)标准化模式为重稀土相对轻稀土富集，吉兰丹河沉积物轻重稀土无明显分异。

沉积物源岩和矿物组成对两条河流的REE 组成起到了重要的控制作用，化学风化对彭亨河REE 组成的影响大于吉兰丹河，而彭亨河沉积物粒度组成显著差异也导致了其REE 含量变化范围更大。

δEu UCC -(Gd/Yb)UCC 关系图中彭亨河和吉兰丹河沉积物分区明显，表明其可作为定性判别两条河流来源的有效指标，并可用于海区沉积物来源的示踪和定量识别。

关键词：沉积物；稀土元素；控制因素；物源示踪；彭亨河；吉兰丹河；马来半岛中图分类号：P736.21 文献标志码：A 文章编号：0253−4193(2019)07−0077−151　引言“从源到汇”的系统研究是现代海洋沉积学的重要命题[1]，典型大陆边缘地区沉积物的产生、输运和沉积过程，陆架系统的形成及主要控制因素，陆海相互作用过程对气候和环境的响应机制是其关注的核心科学问题[2–3]。

“源–汇”系统中，河流在沉积物输运过程、陆海物质和能量平衡、生物地球化学循环等方面扮演着重要的角色[4–7]，了解主要河流入海物质的组成特征及其在陆架区的堆积过程不仅对于判别沉积物来源、划分沉积环境和沉积相、认识陆海相互作用以及物质收支平衡具有重要的科学意义，而且也可为古环境、古海洋演化历史重建提供依据。

东南亚大陆和岛屿是全球剥蚀速率最大的地区[8–9]，其中马来半岛每年有约35 Mt 的沉积物进入南海[10]，彭亨河（Pahang River ）和吉兰丹河（Kelantan River ）作为马来半岛东部两条最大的入海河流，是南海南部陆源入海物质的主要贡献者，每年的输沙量可达34 Mt [11]，强烈的季风降雨、陆源风化、搬运沉积过程使其成为研究热带海域陆海相互作用的理想区域。

有效替代性指收稿日期: 2018−05−22；修订日期: 2018−07−19。

基金项目: 全球变化与海气相互作用专项（GASI-GEOGE-03，GASI-02-SCS-CJB01）；山东省–国家自然科学基金委联合资助项目（U1606401）；鳌山创新计划项目（2015ASKJ03）。

作者简介: 吴凯凯（1992—），男，河南省沁阳市人，主要从事海洋沉积学研究。

E-mail ：wukaikai@ * 通信作者: 石学法（1965—），男，研究员，主要从事海洋沉积学和海底成矿作用研究。

E-mail ：xfshi@ 第 41 卷 第 7 期海 洋 学 报Vol. 41 No. 72019 年 7 月Haiyang XuebaoJuly 2019标的选取是开展沉积物“源–汇”过程研究的重要环节。

稀土元素在表生环境中非常稳定，在河流中主要以碎屑态搬运，沉积物中稀土元素组成及分布模式主要受控于源岩特征，而受风化剥蚀、搬运、沉积、成岩及变质作用影响较小[12–14]，被广泛应用于古环境重建、沉积物来源判别、流域化学风化演化和构造环境变化等方面的研究[15–16]。

但也有一些研究指出，沉积物中REE组成不仅受沉积物的源岩控制，也受到粒度、矿物组成、化学风化和成土作用强弱以及人类活动等控制[15–17]。

因此，研究马来半岛东部河流沉积物稀土元素组成及控制因素，建立有效的物源判别端元值，对于深入探讨南海南部海域沉积物“源–汇”过程及其输运模式具有重要的科学意义。

目前有关马来半岛东部区域稀土元素的研究开展的较少，仅限于局部海域沉积物及部分小河流沉积物。

Khadijeh等[18]研究了马来半岛东海岸柱状样沉积物稀土元素，分析发现沉积物中轻稀土含量高，每个站位稀土含量有所差异，但是总体分布特征相似，表明其可能有相似的来源；Sultan和Shazili[16]通过分析马来半岛东部的登嘉楼河（Terengganu River）流域水、土壤和沉积物稀土元素特征，发现河流沉积物中稀土元素特征为轻稀土（LREE：La-Nd）>>中稀土（MREE：Sm-Ho）>重稀土（HREE：Er-Lu），且Ce弱（无）正异常。

不同河流在地质背景、气候带、生物面貌、人类活动等方面的差异，可导致其输运入海的陆源物质稀土元素组成不同，这就使得从复杂的多物源沉积物中判别不同源区物质成为可能[19–21]。

本文旨在通过对比分析彭亨河和吉兰丹河河流沉积物的稀土元素组成和分布特征，探讨其主要控制因素，揭示两条河流沉积物稀土元素特征对南海南部沉积物来源的示踪作用。

2　研究区概况马来半岛位于南海和印度洋交汇处，东侧毗邻南海南部，西侧及南侧为马六甲海峡，北部与泰国南部相邻（图1）。

马来半岛从构造上可分为3个南北向延伸的地质带：东带、中带和西带，东带和中带被认为是一个单独的构造板块（东马板块），西带是滇缅泰马板块的一部分，两个板块在晚三叠纪沿文冬–劳勿缝合带发生碰撞[22]，自中生代以来构造一直比较稳定[23]。

基岩主要由古生代–中生代的花岗岩和花岗闪长岩、古生代沉积岩组成，并以三叠纪花岗岩和花岗闪长岩，以及中晚三叠世或晚古生代沉积岩占主体岩性[24]，晚古生代沉积岩以泥岩、砂岩和灰岩为主，并夹有安山–流纹质火山岩[23, 25]。

马来半岛的北部及其他局部地区还发育少量中生代（以侏罗–白垩纪为主）沉积岩和极少量基性火山岩，在马来半岛周围近岸平原地区发育以砂质为主的第四纪松散沉积[24]。

研究区气候类型主要以季风控制下的热带湿热环境为特征[26]，全年气温无四季之分，仅有湿季和干季的明显区别[27]。

东北季风期间（11月至翌年3月）为湿季，降水丰富，河流搬运大量沉积物入海的同时也常引发洪水等自然灾害[28–29]；西南季风期间（5–9月）为干季，降水减少。

彭亨河和吉兰丹河位于马来半岛东部，是马来西亚境内汇入南海的两条主要河流（图1，表1）。

彭亨河位于马来半岛东部的彭亨州，是马来半岛最长的河流[35–36]，河流发源于蒂蒂旺莎（Titiwangsa）主山脉，上游两条支流哲莱（Jelai）河和贝林（Tembeling）河在淡比灵（Kuala Tembeling）处汇合后[36]（距离河口300 km），向南流经淡马鲁，与中央山脉平行抵达孟卡拉克后东折，在北干注入南海。

上游地势陡峻，中下游河水含沙量大。

吉兰丹河位于马来半岛东北部的吉兰丹州，是马来半岛第二大河[30]，两条主要支流勒比（Lebir）河和加腊士（Galas）河在上游的瓜拉吉来（Kuala krai）汇合[31–32]（距离河口约100 km），流经吉兰丹州首府哥打巴鲁（Kota Bharu），向北注入南海，吉兰丹河流域内最高海拔2 135 m，约95%的流域是陡峭的山脉，只有5%是低洼的平原[30]。

3　材料与方法2016年10月，自然资源部第一海洋研究所与马来西亚国民大学合作在彭亨河和吉兰丹河开展了河流沉积物样品取样，完成彭亨河取样28站，吉兰丹河取样22站。

同时还选取了双方于2017年9–10月中马合作航次采集的马来半岛东部河口及陆架7个站位的表层沉积物开展研究。

样品预处理和测试分析均在自然资源部第一海洋研究所测试中心完成。

粒度分析：称取少量未处理沉积物样品于试管中，加入约15 mL 30%H2O2去除有机质，放置24 h待完全反应后，加入约5 mL 3 mol/L的稀盐酸去除碳酸盐，充分反应后，离心洗盐至中性，经超声振荡使颗粒充分分散上机测试，上机测试前样品过2 mm的筛子。

测试仪器为英国产马尔文Mastersizer 2000型激光粒度仪，分析范围为0.02～2 000 μm，样品重复测量相对误差小于3%，粒度参数使用McManus矩法公式计算[37]。

78海洋学报 41 卷元素分析：沉积物样品经冷冻干燥后，研磨至200目，用烘箱烘干，称取0.05 g 样品置于聚四氟乙烯溶样罐中，加几滴高纯水润湿样品，同时作流程空白，每个溶样罐中加入1.50 mL 高纯HNO 3、1.50 mL 高纯HF ，放入烘箱中在195℃保持48 h 以上，冷却后置于电热板上蒸至湿盐状，再加入1 mL HNO 3蒸干以除去残余的HF ，后加入3 mL 50%的HNO 3，0.5 mL 内标溶液，置于烘箱150℃下继续溶样8 h 以上，以保证对样品的完全提取。

移液后定容待测。

使用电感耦合等离子质谱（ICP-MS ）测定稀土元素含量，用等离子体发射光谱法（ICP-OES ）测定常量元素含量。

为了监控测试精度和准确度，分别进行了若干样品的重复分析与标样分析，结果表明稀土元素和常量元素的相对误差均小于5%。

全样矿物分析：将全岩沉积物样品低温烘干后研磨成小于200目的粉末，用压片法制成非定向片，备测。

测试分析仪器为日本理学Dma × 2 500衍射仪，仪器的工作条件为：CuKa 辐射，工作电压为40 kV ，工表 1 彭亨河和吉兰丹河基本信息[30–34]Tab. 1 Basic information of the Pahang River and KelantanRiver[30–34]长度/km降水/mm 流域面积/km2径流量/m 3·s–1载荷量/t·a–1彭亨河459 2 000～3 00029 13759620.4 × 106吉兰丹河2480～1 75013 10050013.9 × 10620°8°N 7°6°5°4°3°2°1°15°10°5°N 0°S5°95°102°40′6°20′4°30′4°00′3°30′3°00′2°30′6°00′5°40′5°20′5°00′5°00′NN102°30′102°00′102°30′103°00′103°30′104°00′ E 102°00′102°20′102°40′103°40′ E 100°99°100°101°102°103°104°105°106° E105°110°115°120° E湄公岛岛中南半半河泰国湾他马来陆架苏门达腊岛南海南海婆罗洲哥打巴鲁马来西亚A B关丹南海关丹吉隆坡新加坡泰国南海哥打巴鲁马来西亚泰国印度尼西亚巽ab dc图 1 彭亨河和吉兰丹河位置及取样站位Fig. 1 Location and sampling stations of the Pahang River and Kelantan Rivera.马来半岛位置图；b.彭亨河和吉兰丹河位置；c.吉兰丹河取样站位图；d.彭亨河取样站位图a.Location of the Malay Peninsula;b.location of the Pahang River and Kelantan River;c. sampling stations of the Kelantan River;d.sampling stations of the Pahang River7 期 吴凯凯等：马来半岛彭亨河和吉兰丹河沉积物稀土元素特征及其物源示踪79作电流为100 mA，防发散狭缝（Ds）和防散射狭缝（SS）均为1°，接受狭缝（Rs）为0.3 mm，步长0.02°（2θ），扫描范围为3°～65°，扫描速率为2°/min，获得衍射图谱。