纽芬兰东南大滩斜坡冰筏碎屑的岩石学与丰度研究：揭示海因里希事件1至5a期间劳伦泰德冰盖的崩塌历史

本综述通过高分辨率岩石学与统计方法，系统分析了东南大滩斜坡岩芯GeoB18530-1中>1 mm冰筏碎屑（IRD）的组成与分布，揭示了海因里希事件（HEs）期间劳伦泰德冰盖（LIS）崩塌的沉积记录。研究识别出22种可辨IRD岩性，发现含鲕粒白云岩（ooid-bearing dolomite）主导HEs主阶段，而白云母-黑云母花岗岩（muscovite-biotite granite）富集于事件层顶底。该工作为北大西洋冰盖-海洋-气候相互作用提供了关键沉积学证据。

　　

1 引言

晚更新世北大西洋冰盖-海洋相互作用是古气候研究的重要议题。劳伦泰德冰盖（LIS）周期性崩塌释放的沉积物负载冰山在北大西洋形成了独特的冰海沉积层——海因里希层（HLs），这些事件被称为海因里希事件（HEs）。HLs通常以粗粒、分选差的冰筏碎屑（IRD）富集层为特征，尤其富含碳酸盐碎屑，并伴随极区有孔虫Neogloboquarina pachyderma sinistral的优势。本研究聚焦东南大滩斜坡岩芯GeoB18530-1，通过高分辨率岩石学分析，旨在揭示HLs H1-H5a的IRD组成与分布规律，为LIS崩塌动力学提供沉积学证据。

2 地质背景

2.1 IRD物源区与传输路径

晚威斯康星期（~50-11 ka），北美冰盖复合体覆盖了加拿大大部分地区。哈德逊海峡和劳伦森通道是冰山与冰下融水进入北大西洋的主要通道。拉布拉多洋流将冰山向南输送，并在北大西洋深层水形成区融化，通过淡水帽效应削弱大西洋经向翻转环流（AMOC）。

2.2 东南大滩斜坡

纽芬兰大滩是阿瓦隆和梅古马地体复合体的海底延伸，由白垩纪非火山裂谷作用形成。东南大滩斜坡位于“冰山走廊”上，接近LIS相关IRD源区，但该区域在晚更新世可能未被冰盖覆盖，其厚层沉积物主要来自拉布拉多洋流的再搬运作用。

3 材料与方法

3.1 材料

重力岩芯GeoB18530-1（42°50.37′N, 49°14.09′W，水深1888 m）取自东南大滩斜坡脚部，包含HLs H1-H5a的完整序列。研究分析了550-1050 cm段216个样品，分辨率2.3 cm。

3.2 方法

采用船载多传感器岩芯扫描（MSCL）获取磁化率（MS）、电导率和颜色扫描数据。样品经冷冻干燥、超声分散和湿筛（125 μm和1 mm筛网）分离，>1 mm颗粒在双目显微镜下进行岩石学鉴定和计数。代表性颗粒制作薄片，通过偏振光显微镜和数字显微镜进行岩相学验证。氧同位素（δ¹⁸O）分析使用Neogloboquarina pachyderma sinistral壳体，X射线荧光（XRF）扫描获取Ca/Sr等元素比值。

4 岩石地层与年代地层

岩芯显示HLs为浅色碳酸盐富集层，与暗色橄榄灰粘土质夹层（ILs）交替。Ca/Sr比值峰值和δ¹⁸O低值作为HLs识别标志。基于¹⁴C测年与NGRIP冰芯对比，建立了H1（15.3-17.3 ka）、H2（23.3-25.3 ka）、H3（28.5-30.5 ka）、H4（38.3-39.8 ka）、H5（47.2-49.0 ka）和H5a（55.0-56.2 ka）的年代框架。HLs沉积速率（10-30 cm/kyr）显著高于ILs（6-9 cm/kyr）。

5 IRD岩石学与丰度

5.1 火成岩岩性

鉴定出11种火成岩来源IRD，包括：

• •
  白云母-黑云母花岗岩：粗粒，含石英（15-35%）、斜长石（15-25%）、微斜长石（5-15%）、黑云母（10-15%）和白云母（5-10%），是第二丰富的IRD类型。
• •
  角闪花岗岩：以粉红色粗粒为特征，含高度蚀变矿物。
• •
  黑云母花岗岩：中粗粒，微斜长石颗粒>0.8 mm。
• •
  石榴石辉长岩：含斜长石（45-50%）、单斜辉石（20-25%）、石榴石（10-15%）和黑云母（6-7%），是最稀少的IRD。
• •
  此外还包括石英、微斜长石、英云闪长岩、粒玄岩、橄榄玄武岩、火山渣和黑曜岩。

5.2 沉积岩与变质岩岩性

鉴定出11种沉积和变质岩来源IRD：

• •
  含鲕粒白云岩：亚角状，白云石（75-80%）和方解石（3-5%）为主，含鲕粒（2-3%），是最丰富的IRD类型。
• •
  糖粒状白云岩：灰色中粒，白云石（75-80%）和方解石（5-10%）。
• •
  方解石：浅色粗晶，90-98%为亮晶方解石。
• •
  泥岩：粉色细粒，基质占75%。
• •
  石英杂砂岩：红色贫分选，石英颗粒20-25%。
• •
  灰瓦克岩：米色贫分选，基质70-75%。
• •
  赤铁矿涂层石英：石英颗粒表面覆盖赤铁矿。
• •
  页岩：暗色泥质，含有机质和石英。
• •
  “冲击”石英：圆状，具平面纹层结构。
• •
  黑云母片岩：中粒片状，黑云母80-85%。
• •
  角闪岩：结晶质，角闪石90-96%。

6 IRD组成与堆积的统计与地层分析

6.1 HL与IL单元中IRD岩性的比例与堆积

HLs中IRD以含鲕粒白云岩（37%）和白云母-黑云母花岗岩（17%）为主导。根据相对丰度，IRD岩性可分为三组：

• •
  HL富集型（蓝色）：含鲕粒白云岩、灰瓦克岩和石榴石辉长岩，在HLs中比例显著高于ILs。
• •
  均衡型（绿色）：白云母-黑云母花岗岩、赤铁矿涂层石英、“冲击”石英和微斜长石，在HLs和ILs中比例相近。
• •
  IL富集型（橙色）：糖粒状白云岩、页岩和黑云母花岗岩，在ILs中比例更高。

IRD堆积速率在MIS 3期（60-28 ka）的HLs（H3-H5a）中较高，支持哈德逊湾在MIS 3期仍被冰盖覆盖的观点。

6.2 IRD岩性方差的主要因素与趋势

主成分分析（PCA）显示PC1（27.3%方差）代表含鲕粒白云岩的稀释效应，PC2-PC4（40%方差）控制背景IRD组成变化，如白云母-黑云母花岗岩在早期ILs中比例高，页岩在中期MIS3富集，糖粒状白云岩在晚期剧增。次要岩性（如微斜长石）贡献25%方差，可能来自局部冰流。

6.3 IRD岩性的地层序列与沉积速率

三组IRD岩性的相对丰度在HLs和ILs中系统变化。含鲕粒白云岩在所有HLs中主导，但也在ILs（尤其I4）中出现。页岩和糖粒状白云岩在ILs中持续富集。白云母-黑云母花岗岩在HLs和ILs中均稳定存在。

6.4 对海因里希事件年代学的启示

主要IRD岩性的绝对计数显示每个HL（H1-H5）的顶底存在双峰结构，支持HEs期间冰山排放的两阶段模型（冻结并入与释放）。H5a仅显示单峰，表明其机制可能不同。

7 结论

本研究建立了北大西洋晚更新世粗粒IRD的详细岩石学分类方案，识别出22种岩性。含鲕粒白云岩主导HLs主阶段，白云母-黑云母花岗岩富集于事件层顶底。IRD组成变化揭示了LIS崩塌的阶段性特征与背景沉积的物源迁移。该工作为北大西洋冰盖-气候相互作用提供了高分辨率沉积学档案，未来需结合多岩芯研究与源区岩石比对以完善物源解读。