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在平坦的陆架海底存在着一种特殊的堆积地貌—潮流沙脊，它们广泛的分布在河口、沿海海湾和海峡两端，例如我国渤海辽东岸外和南海琼州海峡的指状沙脊、鸭绿江河口和西朝鲜湾的平行沙脊[1⁃4]。这种呈细长状、由强烈潮流作用形成的，并且脊槽相间规律排列的大型沙体就被称为潮流沙脊[5]。沉积物的供给决定了潮流沙脊的平面形态、内部结构以及沉积物的特征[6]，对其沉积物来源进行分析，有助于我们了解其沉积环境、形成过程以及未来演化趋势等，尤其对理解现代地表过程、恢复古地貌、资源开发等都具有重要意义[7]。
我国东部江苏沿岸的辐射沙脊分布在南黄海浅海内陆架上，由大型的细长沙体和水道相间组成，形成特殊的辐射状地貌。长江在晚更新世末期曾从江苏如东县的洋口港外入海[8]，因此该辐射沙脊被认为是潮流改造古长江口沉积物形成的[4,9]。黄河也曾从江苏北部入海，并在几个时期内提供了丰富的沉积物（最近的时期是公元1127—1855年，称为古黄河）[10]，因此黄河被认为间歇性地促进了辐射沙脊的生长[4]。
针对辐射沙脊物质来源这一问题，学者们通过卫星观测资料、海流监测、沉积特征、地球化学、年代学等手段对其物源研究都做出了一定的贡献。一般认为长江和黄河为辐射沙脊提供了主要的物质[11⁃15]，古黄河三角洲侵蚀再悬浮的细粒沉积物也为其提供了一定的物质[15⁃18]。另外也有学者提出朝鲜半岛河流和中国相对较小河流的供应也不可忽略[14]。然而，目前对于辐射沙脊的物源以及来源的空间分布仍然不清楚。
碎屑重矿物中包含着丰富的沉积物物源信息[19]，更重要的是重矿物在现代沉积物中广泛分布，也是砂级碎屑（有时用于粉砂级）物源分析的主要对象[20]。Garzanti et al.[21⁃22]在各种不同的地球动力学背景下建立了重矿物组合和陆源沉积物之间的重要联系，进一步证明了重矿物分析是物源研究中极其有力的工具，尤其是在没有发生成岩作用的现代环境下。本研究将采用原位微区X射线荧光光谱分析、重矿物统计分析以及碎屑锆石U-Pb年代学的方法对辐射沙脊的沉积物进行研究，并与长江、古黄河三角洲和现代黄河进行对比，从而分析辐射沙脊的可能源区。
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研究区域位于苏北—南黄海构造沉降带中，该区域有着数百米的第四纪沉积地层[23]。黄海是个典型的半封闭式陆缘海，被中国和朝鲜半岛包围着，是研究海陆相互作用的热点区域。胶东半岛成山角到朝鲜长串山之间的海面是最窄的，习惯上用这段距离把黄海分为南北两部分，自3.5 Ma以来南黄海的沉积环境就以河流和湖泊沉积为主[24]（图1a）。季风气候的变化控制着周缘河流的输沙能力，促使了南黄海陆架上沉积物补给体系的发展[25⁃26]。各流域不同的地质背景和岩性决定了不同河流所提供的沉积物具有差异性[27]。
辐射沙脊分布范围十分广泛，从射阳河口直至长江河口北部的启东蒿枝港，南北范围介于32°00′~33°48′ N，长约199.6 km，东西范围介于120°40′~122°10′ E，宽约140.0 km。其规模巨大，覆盖面积~22 470 km2，水深范围一般为0~25 m，某些潮流通道水深可达50 m[4]。沙脊长3~11 km，高2~7 m，相邻脊峰间隔0.4~2 km不等[28]。总计由70多条沙脊和20多条沙脊间的潮流通道共同组成，基本以弶港为顶点呈150°左右的扇面角向海延伸[4,29⁃30]（图1b）。
潮流在南黄海区域较为发育，山东半岛南岸的旋转潮波，与南黄海后继的前进潮波在江苏北部岸外汇合成了一支移动性驻波潮，并形成了在涨潮时辐聚，落潮时辐散的辐射状流场[31⁃32]。这种特殊的潮流模式于7 000年前就已存在，对辐射状沙脊地形的形成和发展起着关键的作用[33⁃35]。更重要的是该区域还存在着主要由黄海沿岸流（YSCC）、黄海暖流（YSWC）和长江稀释淡水（CDFW）组成的环流系统（图1a）[11]，它们在辐射沙脊沉积物的运输中可能发挥重要作用。
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运用抓取式采样器和采样铲分别从辐射沙脊、现代黄河口、古黄河三角洲以及长江口采集了滩涂沙、河沙、海沙等表层泥沙样。其中SJQ01-SJQ06分别采集于江苏沿岸的大丰港、梁垛河口、条子泥、洋口港及吕四港区域；SJQ07采集于辐射沙脊水下区域；HH01-HH03采集于现代黄河口；GHH01-GHH08采集于古黄河三角洲；CJ01-CJ06采集于长江入海口处（图1、表1）。
表 1 研究样品位置信息
Table 1.
Sample location information 序号 样品 区域 经度（E） 纬度（N） 类型 重矿物实验 锆石U-Pb实验 1 SJQ01 沙脊区 120°49′21″ 33°13′37″ 泥沙 √ √ 2 SJQ02 沙脊区 120°58′13″ 32°50′45″ 泥沙 √ √ 3 SJQ03 沙脊区 120°57′19″ 32°44′27″ 泥沙 √ 4 SJQ04 沙脊区 120°57′49″ 32°45′32″ 泥沙 √ √ 5 SJQ05 沙脊区 121°18′55″ 32°27′08″ 砂 √ √ 6 SJQ06 沙脊区 121°32'56" 32°8'17" 砂 √ √ 7 SJQ07 沙脊区 121°30'24" 33°29'55" 泥沙 √ 8 HH01 黄河 119°02′57″ 37°56′36″ 泥沙 √ √ 9 HH02 黄河 118°45′53″ 37°44′17″ 泥沙 √ 10 HH03 黄河 119°15′24″ 37°44′11″ 砂 √ 11 GHH01 古黄河 119°27′34″ 34°46′01″ 砂 √ 12 GHH02 古黄河 119°48′18″ 34°23′14″ 泥沙 √ 13 GHH03 古黄河 120°18′24″ 34°10′34″ 泥沙 √ 14 GHH04 古黄河 120°17′15″ 34°15′27″ 泥沙 √ 15 GHH05 古黄河 120°17′32″ 34°13′46″ 泥沙 √ 16 GHH06 古黄河 120°18′24″ 34°10′34″ 泥沙 √ 17 GHH07 古黄河 120°09′20″ 34°21′09″ 泥沙 √ 18 GHH08 古黄河 119°47′34″ 34°28′38″ 砂 √ 19 CJ01 长江 121°24′02″ 31°36′57″ 泥沙 √ 20 CJ02 长江 121°53′04″ 31°41′25″ 泥沙 √ 21 CJ03 长江 121°47′28″ 31°19′23″ 泥沙 √ 22 CJ04 长江 121°47′54″ 31°11′47″ 泥沙 √ 23 CJ05 长江 121°25′03″ 31°50′16″ 砂 √ 24 CJ06 长江 120°57′40″ 31°48′32″ 砂 √ 样品粒度范围均介于0.004~0.5 mm，为粉砂—中砂粒度区间，用重液对其进行轻重矿物的分离，将得到的重矿物制作成未盖片的薄片。对薄片样品进行原位微区X射线荧光光谱成分分析，通过得到的成分对重矿物进行鉴定，从而统计出不同重矿物所占百分比。同时也在显微镜下对每件样品随机统计300颗以上的重矿物颗粒，对原位微区X射线荧光光谱成分分析的统计结果进行补充和验证。
锆石是物源分析的有效矿物之一，本研究使用常规的重液和磁性技术从上文同样粒度范围的砂中分离出了大量的碎屑锆石，详细的样品制作方法可参见王子桓[36]。对锆石样品采用激光剥蚀等离子体质谱法（LA-ICP-MS）在锆石边部选点进行测年，测试过程中使用国际标样91500（1 062±4 Ma）作为外标，“清湖”（159.5±0.2 Ma）作为监控标准[37]。锆石的U-Pb年龄数据使用Isoplot4.5版本处理，年龄谱用概率密度图（PDP）来体现，不协和度阈值根据样品数量采用5%或10%（通过比较206Pb/238U和206Pb/207Pb年龄）[38]，对于年龄在1 000 Ma以上的锆石使用207Pb/206Pb年龄，小于1 000 Ma的锆石使用206Pb/238U年龄[39]。
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重矿物原位微区X射线荧光光谱成分分析的结果表明辐射沙脊和各潜在源区具有相似的优势重矿物，但相对含量差别很大（表2）。结合镜下的重矿物特征，辐射沙脊6件样品（样品号SJQ01-SJQ06）中的优势重矿物为角闪石和绿帘石（图2、表2），平均含量分别为55.06%和20.71%。角闪石族矿物主要为蓝绿色的钙质角闪石，常以碎粒或者薄柱状出现，有磨蚀，含量变化范围为46.38%~62.93%。绿帘石族矿物基本为黄绿色的绿帘石，多呈颗粒状，半蚀变到蚀变，含量变化范围为16.92%~28.00%。此外，可见较多的铁氧化物（平均含量7.85%），如棕色粒状的褐铁矿和铁黑色、表面铁染较重、半棱角状的磁铁矿。
表 2 原位微区X射线荧光光谱分析的重矿物统计结果（%）
Table 2.
Heavy mineral results from in⁃situ micro⁃area X⁃ray fluorescence spectroscopy (%) 样品 角闪石族 辉石族 绿帘石族 锆石 榍石 磷灰石 石榴石 电气石 金红石 硬绿泥石 夕线石 铁氧化物 钛氧化物 蚀变矿物 辐射沙脊 SJQ01 53.08 1.90 17.06 2.84 0.47 5.21 1.42 0.00 0.00 0.00 0.00 9.00 3.79 5.21 SJQ02 57.43 1.71 28.00 0.57 2.00 3.71 1.71 0.29 0.00 0.29 0.00 2.00 0.00 2.29 SJQ03 62.93 8.29 20.49 0.00 0.98 2.93 0.49 0.00 0.00 0.00 0.00 1.46 0.00 2.44 SJQ04 49.75 3.48 16.92 6.97 3.98 3.48 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.44 1.49 0.50 SJQ05 60.80 1.33 19.60 0.00 0.66 1.99 1.99 0.33 0.00 0.66 1.00 8.64 1.00 1.99 SJQ06 46.38 3.38 22.22 1.93 0.97 3.38 2.42 0.00 0.00 0.00 0.00 13.53 2.42 3.38 平均值 55.06 3.35 20.71 2.05 1.51 3.45 1.50 0.10 0.00 0.16 0.17 7.85 1.45 2.64 长江 CJ01 49.46 2.89 28.52 1.44 0.36 1.81 2.89 1.81 0.00 1.81 0.72 1.81 0.72 5.78 CJ02 50.00 3.27 28.10 1.63 1.31 2.94 3.27 0.65 0.00 0.00 0.00 0.33 2.29 6.21 CJ03 64.29 3.17 17.46 4.37 1.19 3.97 1.19 0.00 0.00 0.00 0.00 1.98 0.40 1.98 CJ04 43.51 13.68 19.65 2.81 0.70 3.51 7.02 0.00 0.00 0.00 0.00 7.72 0.00 1.40 CJ05 33.33 11.11 29.06 4.27 0.00 5.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.82 0.00 4.27 CJ06 35.71 4.55 25.32 1.95 0.00 5.84 5.84 0.00 0.00 0.00 0.00 12.34 1.30 7.14 平均值 46.05 6.45 24.69 2.75 0.59 3.87 3.37 0.41 0.00 0.30 0.12 6.17 0.78 4.46 古黄河三角洲 GHH02 48.73 0.95 33.54 0.63 1.27 4.75 4.11 1.27 0.00 1.27 0.00 0.63 0.32 2.53 GHH03 47.57 1.04 33.33 0.00 0.69 4.17 2.78 0.00 0.69 0.00 0.00 6.94 0.69 2.08 GHH04 46.38 0.48 28.99 5.31 1.45 3.38 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.21 2.90 2.90 GHH05 46.31 5.91 26.60 4.93 0.00 3.94 1.97 0.00 0.00 0.00 0.00 6.90 0.99 2.46 GHH06 43.36 20.63 24.83 9.79 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.70 0.00 0.70 GHH07 40.91 3.25 27.92 9.74 0.00 1.95 1.30 0.00 0.00 0.00 0.00 11.69 0.00 3.25 GHH08 30.82 4.40 32.08 3.77 0.00 7.55 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 18.87 0.63 1.89 平均值 43.44 5.24 29.61 4.88 0.49 3.68 1.45 0.18 0.10 0.18 0.00 7.71 0.79 2.26 现代黄河 HH01 41.70 0.71 37.46 0.71 0.71 4.24 5.30 2.12 0.00 0.00 0.00 3.53 1.06 2.47 HH02 54.05 0.00 30.07 0.00 1.01 4.05 3.38 0.34 0.00 0.00 0.00 3.38 0.00 3.72 HH03 42.06 0.79 26.98 7.14 1.59 4.76 10.32 0.00 0.00 0.00 0.00 3.97 0.00 2.38 平均值 45.94 0.50 31.50 2.62 1.10 4.35 6.33 0.82 0.00 0.00 0.00 3.63 0.35 2.86 
图 2 辐射沙脊重矿物显微照片
Figure 2. Heavy mineral photographs of the RSRs
其他少数重矿物为磷灰石、辉石、锆石、榍石、石榴石、钛氧化物、硬绿泥石、电气石、夕线石。磷灰石含量和辉石族矿物含量相当（平均含量3.4%）。辉石族矿物基本为无色—浅绿色的单斜辉石，含量变化范围为1.33%~8.29%（平均含量3.35%）。极稳定矿物中以锆石为主（平均含量2.05%），常为被磨蚀的透明柱状，但电气石（平均含量0.10%）和金红石含量极少。也偶见无色—浅粉色碎粒状的石榴石（平均含量1.50%）和无色—浅褐色碎粒状的榍石（均含量1.51%）。钛氧化物含量不高，平均含量1.45%。
6件长江样品（样品号CJ01-CJ06）中的优势重矿物也为角闪石和绿帘石（表2）。角闪石族矿物含量（33.33%~64.29%，平均含量46.05%）远大于绿帘石族矿物含量（17.46%~29.06%，平均含量24.69%）。其他重矿物为辉石族矿物、铁氧化物、磷灰石、蚀变矿物、石榴石、锆石、钛氧化物、榍石、极少量的电气石和硬绿泥石。
7件古黄河三角洲的样品（样品号GHH02-GHH08）中角闪石族矿物含量变化范围为30.82%~48.73%（平均含量43.44%），而绿帘石族矿物含量变化范围为24.83%~33.54%（平均含量29.61%）（表2）。其他重矿物为铁氧化物、辉石族矿物、锆石、磷灰石、蚀变矿物、石榴石、钛氧化物、榍石，以及少量的电气石、硬绿泥石及金红石。与之相似的，3件现代黄河样品中（HH01-03）角闪石族矿物含量变化范围为41.70%~54.05%（平均含量45.94%），绿帘石族矿物含量变化范围为26.98%~37.46%（平均含量31.50%）。
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测试获得了747颗来自辐射沙脊的协和碎屑锆石U-Pb年龄。概率密度图显示U-Pb年龄在0~3 500 Ma的广泛分布，其中包含了多个年龄区间（图3a~e）。新生代锆石仅占0.67%，出现在样品SJQ01，SJQ04和SJQ05中，最年轻的年龄为18±0.4 Ma（中新世）；太古宙锆石占4.42%，出现在样品SJQ01，SJQ05和SJQ06中，最老的年龄为3 385±13.0 Ma（古太古代）。总体上辐射沙脊碎屑锆石的U-Pb年龄显示出了5个主要的年龄区间：依次为160~330 Ma（22.89%，峰值为~200 Ma）、350~550 Ma（18.61%，峰值为~430 Ma）、650~1 200 Ma（29.32%，峰值为~750 Ma）、1 700~2 000 Ma（10.58%，峰值为~1 850 Ma）和2 400~2 600 Ma（5.09%，峰值为~2 500 Ma）。
图 3 辐射沙脊碎屑锆石年龄分布
Figure 3. Detrital zircon uranium⁃lead (U⁃Pb) age distributions
241颗来自现代黄河口（HH01）的协和碎屑锆石年龄显示出它们均小于3 500 Ma，但没有新生代的锆石（图3f）。显示出了5个主要的年龄区间：依次为200~320 Ma（26.56%，峰值为~250 Ma）、340~510 Ma（24.90%，峰值为~450 Ma）、700~1 100 Ma（16.18%，峰值为~950 Ma）、1 600~2 000 Ma（14.52%，峰值为~1 825 Ma）和2 250~2 600 Ma（7.88%，峰值为~2 500 Ma）。
79颗古黄河三角洲样品（GHH01）的协和碎屑锆石U-Pb年龄与现代黄河类似，同样没有出现新生代锆石年龄，总体上表现出了4个主要的年龄区间：依次为90~140 Ma（20.25%，峰值为~125 Ma）、200~300 Ma（13.92%）、550~900 Ma（53.16%，峰值为~780 Ma）以及>2 000 Ma（6.33%）（图3g）。
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源岩的岩性对河流沉积物中重矿物的组合特征有着极大的影响。长江流经松潘—甘孜陆块、昌都陆块、秦岭—大别造山带以及华南陆块（扬子克拉通和华夏陆块）等。其流域化学风化强且岩性复杂，上游流域主要为变质岩、碳酸盐岩、碎屑岩和火成岩，而中下游主要由古生代海相和第四纪河流相沉积岩、中性—长英质火成岩和较老的变质岩组成[40⁃41]。因此，长江流域重矿物组合主要为普通角闪石—绿帘石—磁性矿物—褐铁矿和石榴石[27,42]，并且普通角闪石为绝对优势矿物，其含量远高于绿帘石的含量[43⁃44]，这与本研究对长江口样品重矿物的统计结果相吻合。此外，由于强烈的化学风化，可以发现长江中出现更多的蚀变矿物。与之不同的是，现代黄河流经区域岩性主要包括上游的变质岩和花岗岩，中下游的黄土和砂质碎屑岩[10,40]。黄河入海沉积物主要来源于黄土和沉积岩，以风化碎屑（蚀变矿物）和云母类矿物为主[45]。入海后由于水动力的影响，重矿物含量和组成发生一定的改变，河口湾处含有丰富的云母类矿物，并出现褐铁矿、自生黄铁矿和胶磷矿等[46]。现代黄河口样品重矿物的统计结果也表现出了主要重矿物为角闪石、绿帘石和石榴石，并且绿帘石含量（平均含量31.50%）与角闪石含量（平均含量45.94%）较为接近的特征。古黄河三角洲与现代黄河的重矿物特征较为相似，都表现出几乎相同的角闪石和绿帘石含量，且部分样品出现了绿帘石含量大于角闪石的特征（如样品GHH08）。
辐射沙脊中的重矿物组合为角闪石—绿帘石—铁氧化物，角闪石族矿物（主要为蓝绿色和棕色的钙质角闪石）为绝对优势矿物，其平均含量超过了55%，远高于（大部分样品大于3倍）绿帘石的含量（平均含量20.71%）。同时辐射沙脊也富含铁氧化物，表明该区域水动力强且为氧化的沉积环境，因此常见半蚀变—蚀变的绿帘石和其他一些蚀变矿物。虽然辐射沙脊、长江、现代黄河和古黄河三角洲都以角闪石和绿帘石为优势重矿物，但相对含量差别很大，因而可以进行物源对比。结合已发表的和本研究的数据，在角闪石—绿帘石—其他透明重矿物的三端元图中（图4），辐射沙脊沉积物样品均落在了长江口区域，而明显区别于现代黄河口，部分样品与古黄河三角洲发生了重叠，反应出古黄河三角洲与之出现了一定沉积物质的混合。根据重矿物成分和组合特征，表明辐射沙脊的重矿物组成主要受长江河口沉积物的影响，古黄河三角洲可能提供了少量的沉积物质，而现代黄河对辐射沙脊的重矿物影响较小。
图 4 角闪石—绿帘石—其他透明重矿物三端元图
Figure 4. Ternary diagram of Amphibole⁃Epidote⁃other transparent heavy minerals
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本研究共统计了1 328颗来自长江下游的碎屑锆石U-Pb年龄[48⁃50]。这些数据显示出了5个主要的年龄区间：依次为200~300 Ma（16.27%，峰值为~200 Ma）、400~600 Ma（9.86%，峰值为~425 Ma）、700~1 000 Ma（25.68%，峰值为~780 Ma）、1 800~2 000 Ma（12.83%，峰值为~1 850 Ma）和2 400~2 600 Ma（5.20%，峰值为~2 550 Ma）（表3），与流经区域发生的200~300 Ma、400~550 Ma、700~850 Ma、1 800~2 000 Ma以及2 400~2 600 Ma这5期岩浆事件相对应[41,50]。新生代锆石仅占0.53%，最年轻的为15±0.2 Ma，是来源于中新世火成岩中的锆石，另有4.51%的太古宙锆石，最老的年龄为4 371±17.8 Ma，来自扬子克拉通[51]（图5、表3）。
表 3 碎屑锆石U⁃Pb年龄对比
Table 3.
Comparison of detrital zircon U⁃Pb ages 辐射沙脊 长江 现代黄河 古黄河三角洲 最小值 18 ± 0.4 Ma 15 ± 0.2 Ma 31 ± 0.4 Ma 115 ± 3.3 Ma 新生代锆石/％ 0.67% 0.53% 0.14% 0.00% 年龄峰值 ~200 Ma、~430 Ma、~750 Ma、 ~1 850 Ma、~2 500 Ma ~200 Ma、~425 Ma、~780 Ma、 ~1 850 Ma、~2 550 Ma ~270 Ma、~450 Ma、~950 Ma、 ~1 825 Ma、~2 500 Ma ~125 Ma、~475 Ma、 ~760 Ma、~2 500 Ma 年龄区间 （占比） 160~330 Ma（22.89%）、350~550 Ma（18.61%）、650~1 200 Ma（29.32%）、1 700~2 000 Ma（10.58%）、 2 400~2 600 Ma（5.09%） 150~300 Ma（20.96%）、400~600 Ma（9.86%）、700~1 000 Ma（25.68%）、 1 800~2 000 Ma（12.83%）、 2 400~2 600 Ma（5.20%） 200~350 Ma（23.43%）、350~550 Ma（20.73%）、700~1 100 Ma（10.86%）、1 600~2 000 Ma（20.05%）、 2 300~2 700 Ma（12.04%） 100~300 Ma（30.66%）、550~930 Ma（37.23%）、1 700~2 200 Ma（6.57%）、2 400~2 550 Ma（16.79%） 最大值 3 385±13.0 Ma 4 371±17.8 Ma 3 702±12.9 Ma 3 084±11.8 Ma 太古代锆石/% 4.42% 4.51% 4.27% 16.79% 
已发表的数据表明黄河流域上游与下游具有相似的年龄谱[52⁃53]。来自现代黄河的分析样品HH01显示出了与已发表数据相同的年龄范围[15,52⁃54]。综合2 802颗现代黄河的碎屑锆石，显示出5个年龄区间：依次为200~350 Ma（23.43%，峰值为~270 Ma）、350~550 Ma（20.73%，峰值为~450 Ma）、700~1 100 Ma（10.86%，峰值为~950 Ma）、1 600~2 000 Ma（20.05%，峰值为~1 825 Ma）和2 300~2 700 Ma（12.04%，峰值为~2 500 Ma）（图5、表3）。新生代锆石含量非常少，仅占0.14%，其中最年轻的为31±0.4 Ma（渐新世），太古宙的锆石占4.27%，其中最老的为3 702±12.9 Ma（始太古代）。对比发现，现代黄河与长江在锆石年龄谱上具有明显的差异（图5、表3）。现代黄河出现的特征性年龄区间为200~350 Ma（23.43%，峰值为~270 Ma），这与华北板块东部地块200~350 Ma的岩浆事件有关[54]，并且现代黄河还缺乏30 Ma以前的年轻锆石。长江下游主要流经华南地区，该地区广泛分布着740~1 000 Ma的新元古代火成岩[41]，因而从长江搬运入海的碎屑锆石，含有特征性的年龄区间为700~1 000 Ma（25.68%，峰值为~780 Ma）。此外，与长江和现代黄河相比，古黄河三角洲最显著的特征是不存在新生代锆石，但有较多的太古宙锆石（16.79%），具体以~125 Ma和~760 Ma的峰值为特征（图5、表3）。辐射沙脊碎屑锆石的样品中SJQ05和SJQ06具有与长江相似的~200 Ma、~425 Ma、~780 Ma、~1 850 Ma和~2 500 Ma的年龄峰值（图3a，b、图5），说明这两个样品物源可能来自长江。样品SJQ02、SJQ03和SJQ04（样品位置临近江苏北部海岸）同时具备长江源的特征峰（如~200 Ma、~425 Ma、~780 Ma、~1 850 Ma）和古黄河三角洲特征性~125 Ma的峰值（图3c、图5），说明这三个样品受到来自长江以及古黄河三角洲沉积物质的混合。沙脊北侧沿岸样品SJQ01存在特征性的~270 Ma和~950 Ma的峰值，这与现代黄河碎屑锆石年龄谱较为相似（图3d、图5），说明其可能来源于现代黄河。样品SJQ07位于沙脊外测最北部边缘，其碎屑锆石年龄谱同样显示出长江源的特征峰（如~200 Ma、~425 Ma、~780 Ma、~1 850 Ma），与样品SJQ01相似的是，其也包含现代黄河的~950 Ma的特征年龄峰值（图3e、图5），说明该区域可能受到来自北侧黄河口物质的影响。
综合所有碎屑锆石数据比对，辐射沙脊锆石年龄特征与长江最为接近，年龄分布以650~1 200 Ma为主以及含有中新世（18±0.4 Ma）的碎屑锆石。结合非矩阵多维标度[55]（MDS）判别图（图6），整体上，样品落点与长江的落点最接近，而相对远离古黄河三角洲和现代黄河，个别样品，如SJQ01偏向于现代黄河，SJQ05接近于古黄河三角洲。这样的物源亲缘性投图证实了上述锆石年龄峰的物源结果分析。
图 6 碎屑锆石U⁃Pb年龄非矩阵多维标度（MDS）物源分析
Figure 6. Multidimensional scaling (MDS) provenance analysis of detrital zircon U⁃Pb ages
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重矿物组成与碎屑锆石年龄数据均表明辐射沙脊的碎屑物质主要来源于原岩火成岩和变质岩，特别是在长江流域中常见的来源于低级变质岩的蓝绿色普通角闪石[50]。然而古黄河三角洲也具有一定的贡献（如样品SJQ02-04），来自辐射沙脊北部的样品（SJQ01和SJQ07）都显示出与现代黄河存在一定的相关性。考虑到这些样品的位置，长江可能为辐射沙脊全域提供了沉积物，甚至在沙脊东北最外缘也接收到长江的碎屑成分。古黄河三角洲相对影响范围较小，主要是给苏北沿岸的沙脊提供了一定的沉积物，而现代黄河可能只影响到辐射沙脊最北部边缘地区。
大部分从源地貌侵蚀下来的沉积物随河流迅速运输并堆积在河口及邻近陆架区，成为了重要的沉积库或沉积源[27,57⁃59]。长江从青藏高原唐古拉山一路携带着大量被侵蚀下来的沉积物（~1.4×108 t/y[60]）自西向东贯穿华中地区最终流入东海。尽管长江沉积物直接输入东海，但河口沉积物在海流的作用下是可以被运输至南黄海区域的。近几年的数值模拟和卫星观测资料表明，长江稀释淡水（CDFW）的北支在夏季或秋季会向北扩散[11,13,61]，同样苏北沿岸流（SCC）在夏季也会向北流动[11,61⁃62]。因此在CDFW北支和SCC的共同作用下，长江口的沉积物在夏季或秋季可以北上运输并堆积在江苏沿岸地区。这一现象与我们的物源分析一致，表明长江是辐射沙脊沉积物的主要供应源区。
黄河曾袭夺淮河进入黄海，在苏北形成了古黄河三角洲[63⁃65]。在海流作用的影响下（图1a，如苏北沿岸流—SCC和黄海沿岸流—YSCC），古黄河三角洲一直处于被侵蚀状态[47]，被侵蚀的沉积物主要向黄海西部输运[18]。同样，在CDFW北支和SCC的共同作用下，江苏沿岸沉积物的南向运输在夏季或秋季会受到阻碍[11,61]。因此结合我们的物源数据，来自古黄河三角洲的沉积物主要进入江苏北部海岸，对辐射沙脊的影响局限于苏北沿岸（20%~25%[18]）。
现代黄河携带着大量泥沙（~1.5×108 t/y[45]）从青海巴颜喀拉山北坡，流经青藏高原、黄土高原和华北平原后流入渤海。其沉积物快速大量地堆积在河口区域。由于长距离运输加之山东半岛的阻碍，大部分河口沉积物在YSCC的作用下多呈东南向的运输趋势[11]。夏季，南黄海区域也会受到黄海冷水团（YSCW）的控制，山东半岛沿岸水体与南黄海中部冷水团之间会形成温度、盐度和密度锋面，阻碍了沉积物的南向运输[66]。冬季，在偏北风的带动下，南下的山东半岛沿岸流与北上的逆风补偿流—黄海暖流（YSWC）之间会表现出强烈的切变[67]。因此，无论是夏季的YSCW还是冬季的YSWC，它们都阻碍了山东半岛沿岸流向辐射沙脊运输大量沉积物。大部分现代黄河的沉积物将沉积在北黄海西部[66]，这与山东半岛内陆架沉积物源研究结果相一致[68]。然而不可忽视的是，仍有少部分泥沙在YSCC的推进下能够一直南下进入江苏沿岸地区，这也印证了本研究结果中，辐射沙脊北侧以及外侧区域可以见到现代黄河的物质，但是这种南下的搬运体系相对较微弱，其影响力也是有限的。
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（1） 辐射沙脊重矿物成分主要为角闪石—绿帘石—铁氧化物组合。磷灰石、辉石、锆石、榍石、石榴石、钛氧化物、硬绿泥石、电气石、夕线石等所占比例较小。角闪石的含量占主导地位（平均含量>55%），远高于绿帘石含量，与长江口沉积物最相似。
（2） 辐射沙脊碎屑锆石U-Pb年龄总体上显示出5个显著的年龄区间：依次为160~330 Ma（22.89%，峰值为~200 Ma）、350~550 Ma（18.61%，峰值为~430 Ma）、650~1 200 Ma（29.32%，峰值为~750 Ma）、1 700~2 000 Ma（10.58%，峰值为~1 850 Ma）以及2 400~2 600 Ma（5.09%，峰值为~2 500 Ma），主要表现为以长江物源为主，其中样品SJQ02-04同时具有长江和古黄河三角洲混合的年龄峰（~125 Ma、~200 Ma、~425 Ma、~780 Ma、~1 850 Ma和~2 500 Ma），表明了古黄河三角洲也具有一定的贡献。辐射沙脊北部的样品SJQ01和SJQ07具有与现代黄河一致的~950 Ma的峰值，表明现代黄河也参与了一定的物质供应。
（3） 综合重矿物组合和锆石U-Pb年龄对比，长江是江苏沿岸辐射沙脊最重要的物质源区，古黄河三角洲和现代黄河对沙脊局部产生影响，这样的沉积物质搬运体系与南黄海的海流系统密切相关。
The Provenance Analysis of Radial Sand Ridges off the Jiangsu Coast, East China⁃Evidence from the heavy mineral compositions and zircon geochronology
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摘要:
辐射沙脊是分布在我国江苏沿岸南黄海浅海内陆架上的一种特殊地貌，其沉积物质来源一直广受关注。通过原位微区X荧光光谱分析、重矿物统计学以及碎屑锆石年代学等方法，对江苏沿岸辐射沙脊开展物源分析。结果表明辐射沙脊的重矿物组合为角闪石—绿帘石—铁氧化物，并且角闪石为绝对优势矿物（平均含量55.06%），其含量远大于绿帘石（平均含量20.71%）。这与长江中重矿物特征相似（角闪石平均含量46.05%，绿帘石平均含量24.69%）。碎屑锆石U-Pb年龄显示出了5个主要的年龄区间及峰值，依次为160~330 Ma（占22.89%，峰值为~200 Ma）；350~550 Ma（占18.61%，峰值为~430 Ma）；650~1 200 Ma（占29.32%，峰值为~750 Ma）；1 700~2 000 Ma（占10.58%，峰值为~1 850 Ma）和2 400~2 600 Ma（占5.09%，峰值为~2 500 Ma）。结合重矿物组分数据和锆石年龄谱分析，并与各潜在源区进行对比，认为辐射沙脊的碎屑重矿物特征以及锆石年龄与长江最为相近，指示长江作为辐射沙脊最主要的物质源区。此外，古黄河三角洲的沉积物显示出对江苏沿岸北部沙脊沉积具有一定的影响，而现代黄河可能对辐射沙脊最北缘提供了沉积物质，该物源分析结果反映了南黄海的海流系统在辐射沙脊搬运沉积体系中起到重要作用。 Abstract:A special landform⁃radial sand ridges （RSRs） is distributed on the inland shelf of the shallow sea of south Yellow Sea along the Jiangsu coast. Its sedimentary provenance is a scientific issue worthy of attention. In this study， the provenance of the RSRs was analyzed by in-situ micro-area X-ray fluorescence spectroscopy， heavy mineral analysis and detrital zircon uranium-lead （U-Pb） geochronology. The results show that the heavy mineral combination of the RSRs is amphibole-epidote-iron oxide minerals， and the content of amphibole （55.06% in average） is much higher than that of epidote （20.71% in average）， which is much similar to the Yangtze River （with the average content 46.05% of amphibole， and 24.69% of epidote）. The detrital zircon U-Pb ages yield five significant age ranges： 160⁃330 Ma （22.89%， peaking at ~200 Ma）， 350⁃550 Ma （18.61%， peaking at ~430 Ma）， 650⁃1 200 Ma （29.32%， peaking at ~750⁃800 Ma）， 1 700⁃2 000 Ma （10.58%， peaking at ~1 850 Ma）， and 2 400⁃2 600 Ma （5.09%， peaking at ~2 500 Ma）. Through comparison with the potential source area， we found a strong similarity of the heavy mineral combination and zircon U-Pb ages between the RSRs and Yangtze River， indicating the Yangtze River was their major source. In addition， the sediments of the ancient Yellow River delta could have limited impacts on the coast of northern Jiangsu， while the modern Yellow River possibly only influences the northern edge of the RSRs. The provenance result constraint from this study indicates the oceanic currents of south Yellow Sea has significant influence. -
Key words:
- south Yellow Sea /
- radial sand ridges /
- provenance analysis /
- heavy minerals /
- zircon U-Pb ages
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图 1 （a）研究区地图和样品位置（据文献[15,25]修改）；（b）辐射沙脊地貌图（据文献[29⁃30]修改）
图（a）中长箭头：海流（虚线箭头：YSCC夏季或秋季的流向）；YSWC：黄海暖流；YSCC：黄海沿岸流；BCC：渤海沿岸流；LDCC：辽东半岛沿岸流；CDFW：长江稀释淡水；YSCW：黄海冷水团；TC：对马岛海流；KCC：朝鲜半岛沿岸流
Figure 1. (a) Regional map and sample locations (modified from references[15,25]); (b) Geomorphic map of the radial sand ridges (RSRs) (modified from references [29⁃30])
图 2 辐射沙脊重矿物显微照片
Hbl：普通角闪石，Ep：绿帘石，Px：辉石，Lm：褐铁矿，Zrn：锆石，Mic：云母
Figure 2. Heavy mineral photographs of the RSRs
Hbl: hornblende, Ep: epidote, Px: pyroxene, Lm: limonite; Zrn: Zircon, Mic:mica
图 6 碎屑锆石U⁃Pb年龄非矩阵多维标度（MDS）物源分析
（a）综合对比；（b）各样品与源区的对比。我们基于K-S法检验；使用压力函数（S）作为损失函数来评估MDS的匹配质量；使用Kruskal[56]的应力-1（S）最终值来解释拟合优度（g.o.f.）：S=0.2极差，S=0.1差，S=0.05好，S=0.025极好，S=0完美。实线表示最近邻，虚线表示第二近邻
Figure 6. Multidimensional scaling (MDS) provenance analysis of detrital zircon U⁃Pb ages
(a) Comprehensive comparison with potential source areas; (b) Comparison of samples with potential source areas
表 1 研究样品位置信息
Table 1.
Sample location information 序号 样品 区域 经度（E） 纬度（N） 类型 重矿物实验 锆石U-Pb实验 1 SJQ01 沙脊区 120°49′21″ 33°13′37″ 泥沙 √ √ 2 SJQ02 沙脊区 120°58′13″ 32°50′45″ 泥沙 √ √ 3 SJQ03 沙脊区 120°57′19″ 32°44′27″ 泥沙 √ 4 SJQ04 沙脊区 120°57′49″ 32°45′32″ 泥沙 √ √ 5 SJQ05 沙脊区 121°18′55″ 32°27′08″ 砂 √ √ 6 SJQ06 沙脊区 121°32'56" 32°8'17" 砂 √ √ 7 SJQ07 沙脊区 121°30'24" 33°29'55" 泥沙 √ 8 HH01 黄河 119°02′57″ 37°56′36″ 泥沙 √ √ 9 HH02 黄河 118°45′53″ 37°44′17″ 泥沙 √ 10 HH03 黄河 119°15′24″ 37°44′11″ 砂 √ 11 GHH01 古黄河 119°27′34″ 34°46′01″ 砂 √ 12 GHH02 古黄河 119°48′18″ 34°23′14″ 泥沙 √ 13 GHH03 古黄河 120°18′24″ 34°10′34″ 泥沙 √ 14 GHH04 古黄河 120°17′15″ 34°15′27″ 泥沙 √ 15 GHH05 古黄河 120°17′32″ 34°13′46″ 泥沙 √ 16 GHH06 古黄河 120°18′24″ 34°10′34″ 泥沙 √ 17 GHH07 古黄河 120°09′20″ 34°21′09″ 泥沙 √ 18 GHH08 古黄河 119°47′34″ 34°28′38″ 砂 √ 19 CJ01 长江 121°24′02″ 31°36′57″ 泥沙 √ 20 CJ02 长江 121°53′04″ 31°41′25″ 泥沙 √ 21 CJ03 长江 121°47′28″ 31°19′23″ 泥沙 √ 22 CJ04 长江 121°47′54″ 31°11′47″ 泥沙 √ 23 CJ05 长江 121°25′03″ 31°50′16″ 砂 √ 24 CJ06 长江 120°57′40″ 31°48′32″ 砂 √ 
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表 2 原位微区X射线荧光光谱分析的重矿物统计结果（%）
Table 2.
Heavy mineral results from in⁃situ micro⁃area X⁃ray fluorescence spectroscopy (%) 样品 角闪石族 辉石族 绿帘石族 锆石 榍石 磷灰石 石榴石 电气石 金红石 硬绿泥石 夕线石 铁氧化物 钛氧化物 蚀变矿物 辐射沙脊 SJQ01 53.08 1.90 17.06 2.84 0.47 5.21 1.42 0.00 0.00 0.00 0.00 9.00 3.79 5.21 SJQ02 57.43 1.71 28.00 0.57 2.00 3.71 1.71 0.29 0.00 0.29 0.00 2.00 0.00 2.29 SJQ03 62.93 8.29 20.49 0.00 0.98 2.93 0.49 0.00 0.00 0.00 0.00 1.46 0.00 2.44 SJQ04 49.75 3.48 16.92 6.97 3.98 3.48 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.44 1.49 0.50 SJQ05 60.80 1.33 19.60 0.00 0.66 1.99 1.99 0.33 0.00 0.66 1.00 8.64 1.00 1.99 SJQ06 46.38 3.38 22.22 1.93 0.97 3.38 2.42 0.00 0.00 0.00 0.00 13.53 2.42 3.38 平均值 55.06 3.35 20.71 2.05 1.51 3.45 1.50 0.10 0.00 0.16 0.17 7.85 1.45 2.64 长江 CJ01 49.46 2.89 28.52 1.44 0.36 1.81 2.89 1.81 0.00 1.81 0.72 1.81 0.72 5.78 CJ02 50.00 3.27 28.10 1.63 1.31 2.94 3.27 0.65 0.00 0.00 0.00 0.33 2.29 6.21 CJ03 64.29 3.17 17.46 4.37 1.19 3.97 1.19 0.00 0.00 0.00 0.00 1.98 0.40 1.98 CJ04 43.51 13.68 19.65 2.81 0.70 3.51 7.02 0.00 0.00 0.00 0.00 7.72 0.00 1.40 CJ05 33.33 11.11 29.06 4.27 0.00 5.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 12.82 0.00 4.27 CJ06 35.71 4.55 25.32 1.95 0.00 5.84 5.84 0.00 0.00 0.00 0.00 12.34 1.30 7.14 平均值 46.05 6.45 24.69 2.75 0.59 3.87 3.37 0.41 0.00 0.30 0.12 6.17 0.78 4.46 古黄河三角洲 GHH02 48.73 0.95 33.54 0.63 1.27 4.75 4.11 1.27 0.00 1.27 0.00 0.63 0.32 2.53 GHH03 47.57 1.04 33.33 0.00 0.69 4.17 2.78 0.00 0.69 0.00 0.00 6.94 0.69 2.08 GHH04 46.38 0.48 28.99 5.31 1.45 3.38 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8.21 2.90 2.90 GHH05 46.31 5.91 26.60 4.93 0.00 3.94 1.97 0.00 0.00 0.00 0.00 6.90 0.99 2.46 GHH06 43.36 20.63 24.83 9.79 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.70 0.00 0.70 GHH07 40.91 3.25 27.92 9.74 0.00 1.95 1.30 0.00 0.00 0.00 0.00 11.69 0.00 3.25 GHH08 30.82 4.40 32.08 3.77 0.00 7.55 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 18.87 0.63 1.89 平均值 43.44 5.24 29.61 4.88 0.49 3.68 1.45 0.18 0.10 0.18 0.00 7.71 0.79 2.26 现代黄河 HH01 41.70 0.71 37.46 0.71 0.71 4.24 5.30 2.12 0.00 0.00 0.00 3.53 1.06 2.47 HH02 54.05 0.00 30.07 0.00 1.01 4.05 3.38 0.34 0.00 0.00 0.00 3.38 0.00 3.72 HH03 42.06 0.79 26.98 7.14 1.59 4.76 10.32 0.00 0.00 0.00 0.00 3.97 0.00 2.38 平均值 45.94 0.50 31.50 2.62 1.10 4.35 6.33 0.82 0.00 0.00 0.00 3.63 0.35 2.86
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表 3 碎屑锆石U⁃Pb年龄对比
Table 3.
Comparison of detrital zircon U⁃Pb ages 辐射沙脊 长江 现代黄河 古黄河三角洲 最小值 18 ± 0.4 Ma 15 ± 0.2 Ma 31 ± 0.4 Ma 115 ± 3.3 Ma 新生代锆石/％ 0.67% 0.53% 0.14% 0.00% 年龄峰值 ~200 Ma、~430 Ma、~750 Ma、 ~1 850 Ma、~2 500 Ma ~200 Ma、~425 Ma、~780 Ma、 ~1 850 Ma、~2 550 Ma ~270 Ma、~450 Ma、~950 Ma、 ~1 825 Ma、~2 500 Ma ~125 Ma、~475 Ma、 ~760 Ma、~2 500 Ma 年龄区间 （占比） 160~330 Ma（22.89%）、350~550 Ma（18.61%）、650~1 200 Ma（29.32%）、1 700~2 000 Ma（10.58%）、 2 400~2 600 Ma（5.09%） 150~300 Ma（20.96%）、400~600 Ma（9.86%）、700~1 000 Ma（25.68%）、 1 800~2 000 Ma（12.83%）、 2 400~2 600 Ma（5.20%） 200~350 Ma（23.43%）、350~550 Ma（20.73%）、700~1 100 Ma（10.86%）、1 600~2 000 Ma（20.05%）、 2 300~2 700 Ma（12.04%） 100~300 Ma（30.66%）、550~930 Ma（37.23%）、1 700~2 200 Ma（6.57%）、2 400~2 550 Ma（16.79%） 最大值 3 385±13.0 Ma 4 371±17.8 Ma 3 702±12.9 Ma 3 084±11.8 Ma 太古代锆石/% 4.42% 4.51% 4.27% 16.79%
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