利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，包括以下几个步骤：在泥沙的潜在源区采集多个表层沉积物样品；在目标区域的沿海滩涂泥沙中，采集多个表层沉积物样品；去除样品中的盐分；去除样品中的有机质；去样品中的次生碳酸盐；将样品经烘干后，磨细；取处理好的样品，进行同位素分析实验。本发明提供确定沿海滩涂泥沙来源的方法，比传统的“粒度特征分析法”和“磁性特征分析”更可靠，比“地球化学特征分析法”及“遥感分析法”更简单。示踪物源采用Nd-Sr同位素，具有明显的示踪优势。
【专利说明】利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于沿海滩涂围垦【技术领域】，具体涉及为帮助沿海滩涂围垦确定沿海滩涂泥沙来源的方法。
【背景技术】
[0002]随着人口持续增长和社会经济快速发展，我国土地资源日益匮乏，沿海岸滩围垦、拓展陆域是缓解我国土地资源不足的主要途径。江苏省沿海滩涂面积居全国首位，对其进行匡围与开发，可为全省经济发展提供充足的后备土地资源。正由于此，江苏省沿海滩涂围垦开发规划应运而生。
[0003]显然，合理规划与开发滩涂不仅有明显的紧迫性而且有重要的经济意义。岸滩泥沙的地球化学特征及其物质来源是江苏沿海滩涂合理规划与开发中最基本的科学问题。
[0004]江苏大陆海岸线长约1000km，绝大部分为粉沙淤泥质海岸线。由于沿途地质、水文气象等条件有较大的差异，海岸泥沙的地球化学特征可能有明显的不同，因而其来源也不尽一致。通过查明江苏沿海滩涂与沙脊泥沙及其临近的黄河、长江与远洋沉积物的地球化学特征，提取特征的地球化学指标，对比江苏沿海滩涂、沙脊泥沙与潜在源区的特征指标，确定泥沙来源区及其变动规律，计算各来源的贡献份额，进一步结合水文与水动力及地貌特征，揭示泥沙来源机制，可为江苏沿海滩涂围垦规划与开发提供详细的、基础性的地球化学资料，同时为围垦种植提出合理的建议。
[0005]关于江苏省沿海地区海岸泥沙的物质来源，也有一些调查研究，这些研究采用的方法有很多。例如，Wang and Ke (1997)对江苏沿海泥沙的粒度特征进行了详细分析，并认为从近岸到离岸粒径逐渐变小，而且南部与北部有不同的来源；Yang and Youn(2007)通过分析黄海中南部沉积物的地球化学特征认为全新世泥质沉积物来自中国河流，特别是黄河而砂质沉积物则来自韩国河流。吴传庆等(2007)对长江口及南北海域泥沙进行了遥感分析，了解了泥沙分布特征及迁移状况；Zhang et al.(2012)通过磁性特征分析得出古黄河对洋口港北部沉积物有重要贡献，长江对蒿子港南部有显著影响；总体上，已有的研究多数应用沉积学、地貌学、矿物学、元素地球化学、遥感及模型等手段和方法。
[0006]这些研究只能给出定性的、较大尺度的结果。这些调查研究表明沙脊的物质主要来自于古长江、黄河三角洲沉积物，来自东南方的东海前进波与来自东北方的南黄海旋转波在此相遇形成的水动力场是沙脊群形成与演化的动力条件。但是，对于泥沙究竟从何而来，长江和黄河贡献了多少，贡献量是否持续，远洋泥沙有没有输入，物源的变动特征如何，等等问题的研究目前还较薄弱。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种可确定沿海滩涂泥沙来源的方法，可服务于沿海滩涂围垦规划与开发以及围垦种植。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，包括以下几个步骤:
[0009]步骤一，在泥沙的潜在源区，采集多个表层沉积物样品；
[0010]步骤二，在目标区域的沿海滩涂泥沙中，采集多个表层沉积物样品；
[0011]步骤三，将样品置入烧杯中，加入去离子水，搅拌、水浴超声10分钟后离心，倾倒上层清液，以去除盐分；
[0012]步骤四，去除样品中的有机质；
[0013]步骤五，进一步去除样品中的次生碳酸盐；
[0014]步骤六，处理后的样品经烘干后，研磨至200目以下；
[0015]步骤七，取样品，进行同位素分析实验；
[0016]步骤八，利用同位素组成圈定沿海泥沙的物质来源区，即是利用εΜ(0)和87Sr/86Sr比值相似性确定沿海泥沙的物质来源，某一"泥沙的潜在源区"与"目标区域"的εΜ(0)和87Sr/86Sr比值越接近，则说明"目标区域"海滩涂泥沙来源于该"泥沙的潜在源区"的可能性越大。
[0017]其中，步骤一中的采样时间和步骤二中的采样时间相同；步骤一和步骤二采集的样品用塑料盒盛装并及时运回实验室。
[0018]其中，步骤三重复进行两次，以充分去除盐分。
[0019]其中，所述步骤四具体为:在样品中加一定量的10%浓度H2O2，待烧杯内产生气泡后，把烧杯放在加热板上加热至180°C左右，以去除有机质。
[0020]其中，所述步骤五具体为:在去除有机质后的样品的烧杯中加入10%浓度稀盐酸，再把烧杯放在加热板上加热至180°C左右，以去次生碳酸盐。
[0021]其中，所述步骤六具体为:处理后的样品经烘干后，在玛瑙研钵中磨细至200目以下。
[0022]其中，所述步骤七具体为:称一定量的样品，用HN03+HF溶液消煮；第二步，用标准离子交换柱分离Sr和Nd，用Finnigan型同位素质谱仪测定87Sr/86Sr和143Nd/144Nd，用86Sr/88Sr = 0.1194 和 146Nd/144Nd = 0.7219 标准化 Sr 和 Nd 同位素比值。
[0023]其中，在步骤一中，在山东黄河入海口、江苏老黄河口区域、长江口附近采集样品；在步骤二中，在条子泥区域、东沙沙脊采集多个表层沉积物样品；把目标区域即条子泥和东沙沙脊群与潜在源区即黄河入海口、老黄河口和长江口的泥沙Nd-Sr同位素组成进行详细对比，辨别其来源区。
[0024]相较于现有技术，本发明提供的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，比传统的"粒度特征分析法"和"磁性特征分析"更可靠，比"地球化学特征分析法"及"遥感分析法"更简单。示踪物源采用Nd-Sr同位素，具有明显的示踪优势，因为Nd-Sr同位素有不同年龄、Rb/Sr与Sm/Nd比值的不同类型矿物或岩石有不同的143Nd/144Nd和87Sr/86Sr比值；87Rb和147Sm半衰期都很长对现代泥沙而言，放射性衰变对143Nd/144Nd和87Sr/86Sr比值的影响可以不需考虑；这些同位素比值相对于诸如粒度、矿物、元素等其它指标在地表过程中不受风化、迁移、成岩作用的影响因而比较稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源方法的流程图；
[0026]图2为本发明得到的江苏沿海岸滩及近岸泥沙同位素空间分布示意图；
[0027]图3为本发明得到的江苏沿海泥沙87Sr/86Sr- ε Nd(0)示意图；
[0028]图4为本发明得到的江苏沿海泥沙同位素组成与潜在源区的比较示意图。
【具体实施方式】
[0029]为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0030]请参阅图1，本发明提供的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，包括以下几个步骤:
[0031]步骤一，在泥沙的潜在源区，采集多个表层沉积物样品；
[0032]步骤二，在目标区域的沿海滩涂泥沙中，采集多个表层沉积物样品；
[0033]步骤三，将样品置入烧杯中，加入去离子水，搅拌、水浴超声10分钟后离心，倾倒上层清液，以去除盐分；
[0034]步骤四，去除样品中的有机质；
[0035]步骤五，进一步去除样品中的次生碳酸盐；
[0036]步骤六，处理后的样品经烘干后，研磨至200目以下；
[0037]步骤七，取样品，进行同位素分析实验；
[0038]步骤八，利用同位素组成圈定沿海泥沙的物质来源区，即是利用εΜ(0)和87Sr/86Sr比值相似性确定沿海泥沙的物质来源，某一"泥沙的潜在源区"与"目标区域"的εΜ(0)和87Sr/86Sr比值越接近，则说明"目标区域"海滩涂泥沙来源于该"泥沙的潜在源区"的可能性越大。
[0039]本实施例的目的，是确定江苏省沿海地区海岸泥沙的物质来源:
[0040]于每年的7月份，在山东黄河入海口、江苏老黄河口区域、长江口附近采集31个表层沉积物样品；同年的7月份在条子泥区域、东沙沙脊采集31个表层沉积物样品。样品采集点的选取主要依据两个原则:一、避免人为干扰；二、具有代表性。
[0041]同位素分析实验具体为:称一定量的样品，用HN03+HF溶液消煮；第二步，用标准离子交换柱分离Sr和Nd，用Finnigan型同位素质谱仪测定87Sr/86Sr和143Nd/144Nd，用86Sr/88Sr = 0.1194 和 146Nd/144Nd = 0.7219 标准化 Sr 和 Nd 同位素比值。
[0042]根据获取的同位素分析实验获取的数据，分析过程如下:
[0043]首先，要确定同一区域的岸滩泥沙与近岸泥沙的来源是否相同:
[0044]如图2所示岸滩泥沙87Sr/86Sr比值和ε Nd(0)值分别在0.7149?0.7185和-11.2?-12.5之间变化，而近岸沙脊群泥沙的8751'/8651'比值和eNd(0)值分别在0.7127?0.7181和-10.2?-14.3之间，比岸滩泥沙的同位素变化稍大。平均来讲岸滩泥沙(0.714984, -11.82)的87Sr/86Sr比值比近岸泥沙(0.716761, -11.93)的稍低而两者的εΜ(0)值相近。总体上，从岸滩向近岸乃至海的方向，87Sr/86Sr比值逐渐降低而eNd(0)比值似乎有增加的趋势。
[0045]如图3所示，近岸泥沙同位素区域可划分为三部分(I，II，III)。详细来讲，区域I的ε Nd(0)值小于-12.5，区域III的eNd(0)值大于-11.2，区域II的εω(0)值在区域I和III之间。岸滩泥沙的Nd同位素范围与近岸泥沙同位素区域II的相同而与区域I和III的差异很大。由于Sr同位素组成存在一定的粒度效应，因此，根据Nd同位素组成的比较可知岸滩泥沙由近岸泥沙区域II所提供，或者，岸滩泥沙也可由近岸泥沙区域I和III的混合所成。然而，根据同位素组成划分的近岸泥沙区域1、11和III实际上在空间分布上并不存在。
[0046]因此，岸滩泥沙是由近岸泥沙混合而成，岸滩泥沙与近岸泥沙的来源相同。
[0047]然后，再通过比较"江苏沿海"泥沙与各"潜在源区"泥沙的同位素数据，来判断江苏沿海泥沙的来源。
[0048]如图4所示，整理了长江口、黄河口及韩国河流、黄海各地泥沙及基岩的同位素数据，其中一些数据参照了在先研究人员的研究成果。并对比了江苏沿海泥沙与它们之间的异同。对比发现，江苏沿海泥沙与韩国玄武岩、河流沙及连云港连岛沙有明显不同的同位素特征，这说明济州岛、韩国河流及连云港连岛不是江苏沿海泥沙主要贡献者。
[0049]与韩国河流、济州岛岩石及连云港连岛沙不同，中国河流河口泥沙的同位素组成，特别是Nd同位素组成与江苏沿海的接近，因此，中国河流是江苏沿海泥沙的主要贡献者。
[0050]相较于现有技术，本发明提供了一种利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，比传统的"粒度特征分析法"和"磁性特征分析"更可靠，比"地球化学特征分析法"及"遥感分析法"更简单。示踪物源采用Nd-Sr同位素，具有明显的示踪优势，因为Nd-Sr同位素有不同年龄、Rb/Sr与Sm/Nd比值的不同类型矿物或岩石有不同的143NcV144Nd和87Sr/86Sr比值；87Rb和147Sm半衰期都很长，对现代泥沙而言，放射性衰变对143Nd/144Nd和87Sr/86Sr比值的影响可以不需考虑；这些同位素比值相对于诸如粒度、矿物、元素等其它指标在地表过程中不受风化、迁移、成岩作用的影响因而比较稳定。
[0051]具体来说，步骤四具体为:在样品中加一定量的10%浓度H2O2，待烧杯内产生气泡后，把烧杯放在加热板上加热至180°C左右，以去除有机质。
[0052]步骤五具体为:在去除有机质后的样品的烧杯中加入10%浓度稀盐酸，再把烧杯放在加热板上加热至180°C左右，以去次生碳酸盐。
[0053]步骤六具体为:处理后的样品经烘干后，在玛瑙研钵中磨细至200目以下。
[0054]当然，这仅是本发明的一个具体实施例，本发明的去除有机质、去次生碳酸盐的工艺并不仅限于此，也可为其他能实现去除有机质和次生碳酸盐的工艺，而且研磨的容器以及最终样品的颗粒大小并不仅限于此。
[0055]在本实施例中，步骤一中的采样时间和步骤二中的采样时间相同；步骤一和步骤二采集的样品用塑料盒盛装并及时运回实验室。塑料盒盛装是为了保证样品的纯净，防止样品混入杂质。塑料盒也可采用其他具有良好密封性的容器。
[0056]在本实施例中，步骤三重复进行两次，是为了更充分的去除盐分。
[0057]以上仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，包括以下几个步骤: 步骤一，在泥沙的潜在源区，采集多个表层沉积物样品； 步骤二，在目标区域的沿海滩涂泥沙中，采集多个表层沉积物样品； 步骤三，将样品置入烧杯中，加入去离子水，搅拌、水浴超声10分钟后离心，倾倒上层清液，以去除盐分； 步骤四，去除样品中的有机质； 步骤五，进一步去除样品中的次生碳酸盐； 步骤六，处理后的样品经烘干后，研磨至200目以下； 步骤七，取样品，进行同位素分析实验； 步骤八，利用同位素组成圈定沿海泥沙的物质来源区，即是利用ε Nd(0)和87Sr/86Sr比值相似性确定沿海泥沙的物质来源，某一"泥沙的潜在源区"与"目标区域"的εΜ(0)和87Sr/86Sr比值越接近，则说明"目标区域"海滩涂泥沙来源于该"泥沙的潜在源区"的可能性越大。
2.根据权利要求1所述的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，步骤一中的采样时间和步骤二中的采样时间相同；步骤一和步骤二采集的样品用塑料盒盛装并及时运回实验室。
3.根据权利要求1所述的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，步骤三重复进行两次，以充分去除盐分。
4.根据权利要求1所述的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，所述步骤四具体为:在样品中加一定量的10%浓度H2O2，待烧杯内产生气泡后，把烧杯放在加热板上加热至180°C左右，以去除有机质。
5.根据权利要求1所述的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，所述步骤五具体为:在去除有机质后的样品的烧杯中加入10%浓度稀盐酸，再把烧杯放在加热板上加热至180°c左右，以去次生碳酸盐。
6.根据权利要求1所述的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，所述步骤六具体为:处理后的样品经烘干后，在玛瑙研钵中磨细至200目以下。
7.根据权利要求1所述的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，所述步骤七具体为:称一定量的样品，用hno3+hf溶液消煮；第二步，用标准离子交换柱分离Sr和Nd，用Finnigan型同位素质谱仪测定87Sr/86Sr和143Nd/144Nd，用86Sr/88Sr =0.1194和146Nd/144Nd = 0.7219标准化Sr和Nd同位素比值。
8.根据权利要求1所述的利用Nd-Sr同位素示踪确定沿海滩涂泥沙来源的方法，其特征在于，在步骤一中，在山东黄河入海口、江苏老黄河口区域、长江口附近采集样品；在步骤二中，在条子泥区域、东沙沙脊采集多个表层沉积物样品；把目标区域即条子泥和东沙沙脊群与潜在源区即黄河入海口、老黄河口和长江口的泥沙Nd-Sr同位素组成进行详细对比，辨别其来源区。
【文档编号】G01V9/00GK104237968SQ201410529593
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】饶文波, 王义刚, 谭红兵 申请人:河海大学, 饶文波