越南中部热带季风气候下的化学风化作用与南海莺歌海—红河盆地沉积物的物质来源

《Marine Geology》：Chemical weathering in the tropical monsoonal climate of central Vietnam and provenance of Yinggehai-Song Hong Basin sediments (South China Sea)

　　

摘要 热带季风气候对大陆风化和陆地径流成分有着深远的控制作用，然而小尺度热带山区河流的地球化学特征在全球源 - 汇研究中仍代表性不足。本研究提供了越南中部山区河流现代砂和泥的综合岩屑学、矿物学、地球化学及锶 - 钕同位素数据集，并评估了它们对南海莺歌海 - 松香盆地（YSHB）上中新世至下上新世沉积物的贡献。砂的成分从北部的岩屑 - 长石 - 石英质过渡到南部的石英质和长石 - 石英质。黏土矿物组合从北部的伊利石 - 绿泥石为主过渡到南部的高岭石为主，大致跟踪了季风降雨向南增加的趋势，尽管当地基岩和再循环也施加了显著控制。所有河流砂均显示出较高的 SiO2 含量，因此与上地壳标准相比，大多数其他化学元素含量均贫化。由 αAlE 值揭示的元素活动性序列为 Ca ≥ Na> Sr > Mg > K ≈ Ba≥ Rb。基于泥级组分的 87Sr/86Sr 和 εNd 指纹，估计红河、越南中部河流和海南岛西部河流分别对 YSHB 沉积物的贡献约为 37%、33% 和 30%。这一泥质来源预算与基于锆石的估算形成对比，后者倾向于红河和海南岛的主导输入，但这受到了富含锆石侵入岩源的影响。尽管受样本量限制，我们多代用指标数据集的内部一致性突显了整合泥质地球化学以完善复杂沉积体系中物源模型的价值。

引言 大陆景观不断被表面剥蚀和土壤形成所重塑，这些过程由化学风化和陆地侵蚀驱动（Heimsath et al., 1997）。在地质时间尺度上，这些地表过程通过负反馈机制调节全球气候（Walker et al., 1981; Gaillardet et al., 1999; Willenbring and von Blanckenburg, 2010），并作为海水化学组成的主要缓冲器（Hodell et al., 1990; Bi et al., 2015）。迄今为止，已提出众多参数来评估风化强度（Basu, 1985; Fu et al., 2023），如化学蚀变指数（CIA, Nesbitt and Young, 1982）、帕克风化指数（WIP, Parker, 1970）、αAlE 值（Garzanti et al., 2013a）和黏土矿物组合（Velde, 1995a, Velde, 1995b）。其中，地球化学特征和黏土矿物学被证明在评估风化环境以及调查大陆地区气候条件的时空模式方面最为有效（Basu, 1985; Gaillardet et al., 1999; Borges et al., 2008; von Eynatten et al., 2016; Deng et al., 2022; Fu et al., 2023）。然而，沉积物矿物学和地球化学受母岩岩性以及化学和物理过程控制，包括多步运输和沉积过程中的风化、水动力分选和再循环（e.g., Martin and Meybeck, 1979; Fedo et al., 1995; von Eynatten et al., 2003; Garzanti et al., 2010, Garzanti et al., 2011; Guo et al., 2017）。

河流将数十亿吨碎屑物质和大量溶解物质输送至海洋，年溶解和固体通量达到 20×10^9t/a，淡水排泄量约为 35,000 立方公里（Milliman and Syvitski, 1992），其中净人为贡献为 0.23×10^9t/a（Syvitski et al., 2005）。东南亚的河流系统表现出异常高的侵蚀率，共同为海洋贡献了全球沉积物通量的约 70%（Milliman and Farnsworth, 2013），从而提供了一个优越的天然实验室，用于研究源 - 汇过程，特别是风化和侵蚀（S?mme et al., 2009; He et al., 2022; Clift et al., 2024; Ling et al., 2024）。针对东南亚大河流的化学风化已进行了广泛的黏土矿物和地球化学研究（Yang et al., 2004; Borges and Huh, 2007; Lupker et al., 2013; Singh et al., 2016; He et al., 2020; Deng et al., 2022），类似于台湾地区的小山区河流（SMRs），相比之下，尽管中南半岛沿岸的小流域具有陡峭的梯度和高的侵蚀率，但仍较少受到关注（Su et al., 2017; Jian et al., 2020a; Li et al., 2023）。缺乏宽阔河口用于沉积物储存的小山区河流，最近被认为对海洋颗粒有机碳和沉积物的贡献比以往认为的要大得多（Milliman and Syvitski, 1992; Carey et al., 2005; Kao and Milliman, 2008; Leithold et al., 2016; Jian et al., 2020a）。

基于构造活动，在东南亚亚热带季风区内可区分两种小山区河流（Li et al., 2023）：流经相对稳定构造背景的中国东南部河流（e.g., 九龙江、韩江和闽江 -“江”在中文中意为河流；Bi et al., 2015; Su et al., 2017; Guo et al., 2018; Jian et al., 2020a, Jian et al., 2020b）与构造活动极端的台湾河流（Deng et al., 2017; Garzanti et al., 2023）。本文聚焦于东南亚潜在的第三类山区河流，即越南中部的马江、蓝江、广义江、广安江、香江和秋盆江，它们为东南亚河流系统对比框架提供了关键缺失的一环。虽然与中国东南部河流共享相似的稳定构造背景，但越南中部的热带季风气候——以更高温度、更强烈降水和独特热带植被为特征——引发了显著更强烈的化学风化和独特的有机碳循环。研究这些热带系统使我们能够将气候驱动与构造影响分离，从而更细致地理解高强度热带风化如何调节陆地养分输送以及南海富有机碳储层的构型，这些储层与中国东南部和台湾建立的亚热带模型存在根本差异。这些河流在陆 - 海交换中起着至关重要的作用，贡献了显著的陆地有机质和碎屑沉积物，这对于莺歌海 - 松香盆地（YSHB）石油系统中的烃源岩发育和储层构型至关重要（Liu et al., 2016; Jonell et al., 2017; Nguyen et al., 2018; Fyhn et al., 2019; Wang et al., 2019, Wang et al., 2024; Van et al., 2021; Yao et al., 2025）。

迄今为止，已基于沉积物矿物学和地球化学在 YSHB 进行了众多物源研究（Wang et al., 2014, Wang et al., 2019, Wang et al., 2024; Jiang et al., 2015; Fyhn et al., 2019; Meng et al., 2023）。然而，利用不同分析方法计算出的红河、越南中部河流和海南岛东部河流的相对沉积物贡献仍存在显著差异。以往的研究通过根据盆地结构将其划分为四个主要省区来刻画 YSHB 的沉积格局：北部盆地受陵高隆起边界限制，西部盆地受英西斜坡限制，东部由英东斜坡组成，以及中央坳陷（图 1）。Meng et al. (2023) 提出 YSHB 中央乐东地区上中新世河道化沉积物主要来自海南岛西部，而上新世沉积物主要由红河供给，次要来自海南岛西部河流。其他研究者建议砂主要供应自西部盆地的越南中部河流，北部盆地的红河，以及东部盆地的海南岛（Wang et al., 2014, Wang et al., 2019, Wang et al., 2024; Jiang et al., 2015; Fyhn et al., 2019）。YSHB 中央海底水道的沉积物物源尤其存在争议。一些研究表明主要供应自红河（Wang et al., 2014, Wang et al., 2019; Jiang et al., 2015; Fyhn et al., 2019），而另一些研究表明越南中部和海南岛分别贡献了 17-21% 和 10%-30% 的沉积物预算（Wang et al., 2014; Cao et al., 2015; Jonell et al., 2017）。这些差异值得调查其潜在的方法学原因。此外，以往研究主要关注砂，对泥质物源的理解存在显著空白。虽然关于部分越南河流沉积物岩屑学或同位素特征的碎片化数据存在，但目前缺乏系统综合的地球化学数据集——这对于量化对 YSHB 的沉积物贡献至关重要。

本研究提供了新的综合岩屑学、矿物学、化学和锶 - 钕同位素数据，旨在评估源岩岩性、热带季风风化、再循环和水力分选对越南中部热带河流沉积物成分的相对影响。基于泥级组分锶 - 钕同位素特征计算的沉积物贡献，辅以砂级碎屑锆石的 U-Pb 年龄谱，以调查不同粒径组分中不同代用指标揭示的潜在物源差异。最后讨论了物源分析和样本代表性的含义与局限。

章节片段 越南中部山区河流
流入南海西部的小山区河流包括，从北到南依次为马江、蓝江（也称蓝江、黑江或三江）、广义江、广安江、香江和秋盆江，它们均汇入中南半岛东部地块（图 1）。马江、蓝江、广义江和广安江发源于长山山脉，香江和秋盆江发源于广义地块（Fyhn et al., 2019）。长约 400 公里的马江沿马江缝合带延伸，蓝江和广义江的流程分别为 300 公里和 400 公里。

材料与方法
从 2020 年 10 月至 2023 年 9 月采集了二十个样品：八个来自越南中部沿海六条河流活动沙洲的现代沉积物，以及十二个来自 YSHB 钻孔的样品（六个上中新世样品来自岩芯 2、3、4、7、8、10，六个下上新世样品来自岩芯 9），由中国海油（海口）获得（图 2A, B）。我们的结果与 Wang (2016) 在其他七个钻孔上获得的数据整合（上中新世样品 1、5、6 和 11，以及

骨架岩屑学和重矿物
在越南中部北部，马江砂（样品 6052）为岩屑 - 长石 - 石英质，斜长石 > 钾长石，主要为低品位变砂岩/变泥岩岩屑（MI* = MI = 235）和中等贫乏的角闪石 - 绿帘石重矿物组合（ZTR 5）（表 1）。蓝江砂（样品 6054 和 6058）为长石 - 岩屑 - 石英质，富含低品位变砂岩/变泥岩岩屑（MI* 156-180, MI 119-178）和极贫乏至贫乏的角闪石 - 绿帘石 - ZTR 重矿物组合（ZTR 27-37）。广义江砂（样品

讨论
河砂的矿物学及相应的地球化学成分受多种因素影响，不仅包括风化，还包括源岩岩性、粒度、水力分选以及再循环。因此，解构这些叠加效应具有挑战性，必须仔细关注这些复杂的物理和化学过程。

结论
河流沉积物的矿物学和地球化学特征提供了众多有用的代用指标，用于评估由流域气候条件控制的化学风化强度。本研究中最可靠的信息由黏土矿物学提供。在越南中部河流的泥质中，高岭石/(伊利石 + 绿泥石) 比值逐渐向南增加：北部以伊利石和绿泥石为主，而南部以高岭石为主，在达到最高比例在

CRediT 作者贡献声明
Jie He: 写作 - 原稿，可视化，验证，资源，项目管理，经费获取，形式分析，数据管理，概念化。Eduardo Garzanti: 写作 - 审阅与编辑，可视化，监督，经费获取，概念化。Tao Jiang: 写作 - 审阅与编辑，可视化，监督，项目管理，经费获取。Jin Liao: 软件，资源，调查。Guanzhong Shi: 软件，方法论，调查。Entao

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢
本研究由国家自然科学基金委员会（U25B6026, 42202119）、同济大学海洋地质国家重点实验室（编号 MGK202514）、意大利教育部卓越部门计划 2023-2027、米兰比可卡大学地球与环境科学学院、油气藏地质及开发工程国家重点实验室（编号 CDUT-PLC2024009）以及中国海南海南海油气能源院士工作站资助。

我们感谢来自该部门的Bui Dinh Cong。补充材料：与本文相关的补充数据可在在线版本中找到，包括采样点信息（附录表A1）以及完整的岩相学（附录表A2）、重矿物（附录表A3）、地球化学（附录表A4）、Sr-Nd同位素（附录表A5）和粘土矿物数据集（附录表A6）。贝叶斯混合模型计算红河、越南中部和海南西部相对沉积物贡献量时所使用的输入参数。Jie He|Eduardo Garzanti|Tao Jiang|Jin Liao|Guanzhong Shi|Entao Liu|Si Chen|Marta Barbarano|Alberto Resentini|Hua Wang 中国地质大学湖北海洋地质资源重点实验室，武汉，430074，中国