自上一个冰川最大期以来，火山事件对北冲绳海槽陆源沉积作用的影响

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Impacts of volcanic events on the terrigenous sedimentation in the northern Okinawa Trough since the last glacial maximum

沉积物源分析|火山事件影响|Holocene时期演变|东 Asian季风|稀土元素示踪

　　

桥鹏宇|王中博|郭永龙|欧阳|王峰|梅曦|卢凯|张勇|杨守业

中国汕头大学海洋科学研究所，广东省海洋灾害预测与防治重点实验室，汕头515063

摘要

边缘海的沉积物作为研究沉积物从源区到沉积区的过程以及古环境演变的重要历史档案。冲绳海槽（OT）是一个初期的后弧盆地，接收来自长江、黄河以及东海周边小河流的大量陆源沉积物。然而，自末次冰盛期（LGM）以来，火山活动对北部OT的影响比中部和南部OT更为显著，这导致了对碎屑物来源及其影响因素的不确定性。为了确定北部OT的来源和古环境变化，我们对大陆坡上的GHN007岩芯沉积物进行了全面分析，使用了AMS ^{14}C年代测定、粒径和基于先前研究的地球化学成分指标。结果表明，自LGM以来，GHN007中识别出三个沉积单元（单元3-单元1），其间存在一个沉积间断期。这些单元对应三个不同的时期：末次冰盛期及末次冰消期（22.2–16.1千年前）、全新世早期（12.8–7.3千年前）和全新世晚期（7.3–2.3千年前）。16.1千年前至12.8千年前之间的沉积间断期是由于Sz-S火山事件引起的滑塌造成的。在末次冰盛期期间，单元3中的碎屑物主要来源于黄河，形成了西部坡上的三角洲沉积物。在12.8千年前至7.3千年前期间，海平面的迅速上升导致古黄河河口的逐渐后退，从而减少了北部OT岩芯中沉积物的积累速率。尽管来自九州近岸河流的沉积物贡献相对增加，但黄河仍然是单元2的主要陆源。7.3千年前之后，台湾东部的河流沉积物成为单元1的主要来源，这归因于黑潮的增强。特别是，我们发现Kikai-Akahoya（K-Ah）和Sakurajima-Satsuma（Sz-S）火山灰层中的地球化学成分发生了突然变化，其上覆地层也发生了渐变。这一观察表明，来自九州的火山物质可以通过河流和洋流系统多次循环输送到北部OT，形成了持续3–4千年的地球化学影响。此外，考虑到北部OT GHN007中的沉积间断期以及中部和南部OT岩芯中与火山灰层相关的浊积岩沉积，火山事件显著影响了沉积序列的发展。本研究强调了火山相关事件对大陆边缘连续沉积过程的干扰，这值得未来高分辨率古海洋学和古环境变化研究更多的关注。

引言

冲绳海槽（OT）是琉球弧-海沟后面的一个初期后弧盆地，由菲律宾板块和欧亚板块的碰撞形成（Letouzey和Kimura，1986；Miki，1995）。其深度从北向南逐渐增加，从900米增加到2700米，在东海东南部呈新月形，与太平洋相连，是世界上最宽的陆架之一（图1）。在第四纪晚期，由黄河、长江以及台湾岛上的小河流输送的大量陆源沉积物通过广阔的东海陆架沉积在OT中（Diekmann等人，2008；Jiang等人，2008；Dou等人，2010，2012，2015；Xu等人，2014；Li等人，2015；Zheng等人，2016；Zhao等人，2017，2018；Zhao等人，2018）。在末次冰盛期和间冰期，东亚季风气候、海平面波动和海洋环流是控制这些碎屑物通量和命运的主要因素（Saito等人，1998；Diekmann等人，2008；Li等人，2014；Yang等人，2014；Zhao等人，2018）。因此，这些沉积物为研究自末次冰盛期以来的OT古环境演变提供了合适的档案。

对OT不同区域的来源研究表明，自LGM以来存在显著变化，主要受海平面波动、黑潮强度和河流河口迁移（如古黄河、古长江及周围大陆的一些小河流）的影响。在中部和南部OT，主要的碎屑物来源在LGM至全新世早期被确定为长江和/或黄河。随后，在全新世中期至晚期，这些来源转向了台湾河流的沉积物（Diekmann等人，2008；Wang等人，2015；Jiang等人，2019；Li等人，2019，2023；Xu等人，2019；Hu等人，2020）。相比之下，自LGM以来，北部OT受到九州岛火山活动和古黄河河口后退的显著影响（Moriwaki等人，2011；Dou等人，2015；Zhao等人，2017；Zhao等人，2018；Jiang等人，2019；Hu等人，2020）。这给火山物质、陆源物质和生物源碎屑物的来源研究带来了不确定性，以及它们对海平面和气候变化的响应。

对北部OT岩芯U1429和PC-1的地球化学和粘土矿物研究表明，这些沉积物在LGM至全新世早期主要来自古黄河。随着海平面的上升，河口自全新世中期开始后退，导致来源从黄河转变为九州岛和台湾/东海陆架（Xu等人，2014；Li等人，2015；Zhao等人，2017，2018）。然而，附近岩芯CSH1的稀土元素（REE）分析表明，在LGM至全新世早期，长江和黄河是主要的沉积物贡献者（Xu等人，2012c）。此外，Jiang等人（2008，2019）在Y127岩芯的末次冰消期沉积物中发现了长江物质。

同时，岩芯A7、DGKS9604和S01–10的来源识别一致表明，在末次冰消期，中部OT出现了台湾来源的物质（Dou等人，2012；Zheng等人，2016；Li等人，2023）。然而，Y127、PC-1和U1429岩芯的结果相反，Y127岩芯在全新世早期发现了台湾来源的物质（Jiang等人，2019），而PC-1岩芯在全新世中期发现了台湾来源的物质（Xu等人，2014），而U1429岩芯中未发现台湾来源的物质（Zhao等人，2017，2018）。

此外，大多数来源研究主要关注陆源沉积物，特别是它们与海平面波动和陆源物质输入海盆地的变化之间的关系（Jiang等人，2008，2019；Xu等人，2012a，2012c，2014；Zhao等人，2017，2018，2018，2020）。然而，关于OT中常见的火山物质的组成和演变的研究相对较少。现有研究表明，北部OT中的火山物质主要来自九州岛，并主要存在于火山灰层中的沉积记录中（Machida，1999；Zhao等人，2018，2020）。这些层之前已被识别为用于重建年代地层的火山事件（Liu等人，2007；Xu等人，2012c；Li等人，2015；Zhao等人，2018）。例如，K-Ah和Sz-S火山事件是自LGM以来九州岛最大的两次火山喷发。它们的火山灰是流纹岩质，在玻璃主要元素组成方面是均匀的（Moriwaki等人，2011）。K-Ah事件的体积在332至457立方公里之间，火山爆发指数（VEI）为7（Shimizu等人，2024），而Sz-S事件的体积约为11立方公里，VEI为6（Moriwaki等人，2011）。目前仍缺乏对火山物质对沉积物来源和过程影响的全面研究（Kataoka，2005；Kataoka等人，2009，2016；Pierson和Major，2014；Satow等人，2020；Major，2023）。

因此，为了阐明自LGM以来北部OT沉积物的成分及其来源，以及它们对海平面、气候和沉积过程变化的响应，我们对北部OT岩芯GHN007的放射性碳测年、火山灰层、粒径分布、主要和微量元素组成进行了比较分析。特别是，我们根据沉积物的地球化学成分发现了火山物质的持续影响，并讨论了它们在沉积演变中的影响。

样本

活塞岩芯GHN007由青岛海洋地质研究所于2014年在北部OT的水深575米处采集（图1）。该岩芯长550厘米，位于西部大陆坡（30°52.32′N，128°23.70′E）。在实验室中，岩芯被分割、描述、拍照并取样。

AMS ^{14}C年代测定和贝叶斯年龄-深度模型

在美国Beta Analytic Inc.分析了15个浮游有孔虫Neogloboquadrina dutertrei的AMS ^{14}C年代样本（表1）。原始AMS ^{14}C数据被转换成

GHN007的贝叶斯年龄-深度模型

Bacon的输出结果表明，年龄-深度序列一致，从550厘米深度的22,245千年前到0厘米深度的2354千年前（图2）。

在GHN007岩芯中，122–134厘米深度发现了一层12厘米厚的棕黄色沉积物。该层与下伏地层有明显的侵蚀面。根据透明气泡壁和浮石玻璃碎片的丰富程度（补充图A1），该层被识别为

自LGM以来GHN007岩芯的陆源沉积物来源

稀土元素（REE）已被广泛用于东亚边缘海的来源识别（Yang等人，2002；Song和Choi，2009；Dou等人，2010，2015；Xu等人，2012c；Zhao等人，2018）。它们的组成受到源岩、水文分选、化学风化和成岩过程的广泛影响（Dou等人，2015；Zhao等人，2018）。先前的研究表明，来源在控制和影响REE组成方面起着重要作用

结论

• (1)
  基于15个AMS ^{14}C年代测定和2个火山灰年代数据，建立了北部冲绳海槽GHN007岩芯的年龄模型。从底部到顶部识别出三个不同的沉积单元（单元3-单元1），分别对应末次冰盛期及末次冰消期（22.2–16.1千年前）、全新世早期（12.8–7.3千年前）和全新世晚期（7.3–2.3千年前）。16.1千年前至12.8千年前之间的沉积间断期是由于Sz-S火山事件引起的滑塌造成的

CRediT作者贡献声明

桥鹏宇：撰写——初稿，可视化，软件，方法学，调查，数据管理。王中博：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，监督，资源，项目管理，调查，概念化。郭永龙：可视化，调查，形式分析。欧阳：方法学。王峰：方法学。梅曦：资源。卢凯：资源。张勇：资源。杨守业：撰写——审稿与编辑，监督。

未引用的参考文献

Crann等人，2015

Guo，2001

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515012628）、国家自然科学基金（41876059、42402190和42372213）、中国地质调查局项目（DD20221710、DD20160137和GZH201400201）以及中国-东盟海洋合作基金项目（12120100500017001）的支持。