第3章海洋沉积

第三章海洋沉积海洋沉积海洋沉积物：指一些岩石侵蚀下来的碎屑颗粒以及灰尘及其它来源的碎屑通过各种途径最终在海底沉积下来的堆积体。定义及意义海洋的记忆库：可以包含着沉积时的环境信息即地质时期海洋和地球的环境变化的信息，如古气候、古洋流、大洋地理位置、古海洋生态系统、海底扩张信息等一、海底沉积物获取方式获取沉积物样品深海钻探重力挖泥器“抓斗”取样底部拖网取表层沉积物样采取颗粒比较大的沉积物物取得表层沉积物以下浅层的样品1983~2003年，深海钻探项目开始变成了有20多个国家参加的‘大洋钻探项目’（ODP）1964年5月，海洋学地球深部取样联合机构成立。1968年，专门设计的用于深海钻探的钻探船‘Glomar挑战者号’下水，可以将钻头放到6000m的深水海底进行钻探。由美国和日本主导的IODP（联合大洋钻探）（/）深海钻探

（/）JOIDESODP计划IODP目前约有2000个钻孔JOIDESResolution钻探船钻孔管的剖面直径有9.5m，长度达8200m，钻探到海底下面2100m深海钻探成果与目标证实了大洋海底的扩张深海海底的微观生物地球演化与气候变化海底岩石中记录了地球磁极的倒转从大洋中脊向两侧，海底岩石的年龄越来越老从大洋中脊向两侧，沉积物的厚度越来越厚研究古地球提供了最宝贵的资料地震形成机制二、海洋沉积物分类海洋沉积可根据其来源划分为四大类：陆源沉积、生物源沉积、自生沉积、宇宙源沉积。每一类都有其特殊的化学组成、来源及主要分布区域。海洋沉积物可根据其沉积的海底地形及位置划分：海滩沉积（近岸沉积）、大陆架沉积、大陆坡沉积、洋盆沉积等根据水深深浅和距离远近分为深海沉积和浅海沉积三陆源沉积物的主要特征问题：陆源沉积物是什么？（what）出现在什么地方？（where）怎么沉积在海底？（How?)Why?陆源沉积物——来源来源：主要来自早已存在的岩石物质，其次则是大洋当中的火山岛屿。风化作用后岩石破碎成颗粒陆源沉积物——组成岩石碎屑颗粒（大部分都是石英颗粒）陆地或岛屿岩石——风化作用（机械风化或化学风化）——碎屑颗粒——覆盖在原来岩石上。怎样从原来陆地位置搬运到海洋？搬运过程沉积物特性发生怎样变化？陆源沉积物——搬运方式（作用力）大量陆地沉积物通过河流、风、冰川甚至重力搬运到海洋中。在远离大陆的深海盆地中也可以发现大量的陆源颗粒，这主要是由盛行风从亚热带沙漠地区带来的。（a）河流搬运（b）风力搬运（c）冰川搬运（d）重力搬运颗粒可从大到小划分成：漂石（粒径最大>256mm）、鹅卵石、小鹅卵石、砾石(>2mm)、沙(0.0039-2mm)、泥或者黏土（<0.0039mm粒径最小）。陆源沉积物——颗粒大小分类陆源沉积物——搬运过程起动——搬运——力——沉积环境颗粒越大，所需要的力越大，搬运的动力减弱，不再能搬运得起一定大小沉积物时，该沉积物沉积下来。动力强，能量大的海域，只能沉积粗颗粒的沉积物沉积物的大小与海洋沉积环境的能量大小成正比。在波浪作用强烈的地方，主要沉积一些粒径很大的颗粒如漂石、鹅卵石。而细颗粒的物质主要沉积在能量很低、流速很小的地方。动力分选作用，粗—中砂—细沙——泥陆源沉积物——搬运过程沉积物的分选性随搬运距离越来越好分选性是衡量堆积在一起的沉积物大小的均匀程度沉积物（泥沙）所组成的颗粒大小都一致的话，其分选性就非常好。分选性差的沉积物，是指其组成颗粒大小非常不均匀，也指示当初沉积前的搬运过程是将漂石、黏土等大小颗粒一起搬运，比如冰川搬运，其消融后残留下来的就是分选性很差的沉积物。动力分选——沉积物的选择性搬运过程。陆源沉积物——搬运过程-磨圆度从左到右，随着搬运距离的增加，沉积物颗粒磨圆度越好，分选性越好，成熟度越高根据其搬运动力和来源，陆源沉积物应分布在什么位置？海岸——浅海陆架——陆坡——陆麓——洋盆在海洋中陆源沉积无处不在：几乎在所有的洋底，都发现了小部分的陆源沉积物。陆源沉积物又可分为浅海陆源沉积和远洋陆源沉积（深海陆源沉积）。浅海沉积一般是指大陆架及岛屿附近的沉积，而深海沉积一般是指深海盆地的沉积。陆源沉积物——空间分布

绝大部分浅海沉积都是陆源沉积。主要沉积在陆架、陆坡、陆麓，沉积物厚度最厚。包括：海滩沉积，陆架沉积、浊流沉积和冰川沉积等。陆源沉积物——分布特征陆源沉积物—分布——海滩沉积海滩沉积物主要是由通过河流搬运过来的富石英沙组成，其大小变化大.如砾石滩、沙滩、泥滩等陆架沉积包括现代陆架沉积物和陆架残留沉积物陆源沉积物—分布——陆架沉积物陆架残留沉积：在末冰期（18000年以前），冰川消融，海平面上升。结果，世界上大部分河流携带其沉积物沉积在现代沉溺河口，而不再象之前那样沉积在陆架上。在现在大陆架的大部分区域，海平面未上升到该处时的陆地沉积物在海平面上升后依旧残留在该处，且未未曾被现代沉积所覆盖，这些沉积物称为陆架残留沉积。残留沉积占世界陆架沉积的70%以上。而在剩下的一些陆架区域，则是一些现代的沙脊、沙波、沙滩沉积。陆源沉积物—分布——陆架残留沉积陆源沉积物—分布——冰川沉积分布：高纬度的陆架地区，如南极洲和格林南岛的陆架区域广泛分布着这类沉积物。特征：冰川沉积物分选性很差，从漂石到黏土，各种粒径的颗粒混杂在一起。这些沉积物形成于冰后期的冰川完全消融后的残留物。分布：大陆麓浊流是指水底沿大陆坡周期性滑动的滑坡、塌方，并切割形成海底峡谷的高含沙水流。浊流带着大量的陆架沉积物向深海流动，形成大陆麓。特征：分选性差、成扇状沉积，其厚度从陆坡底向深海盆地逐渐减少，具有典型的层状结构。陆源沉积物—分布——浊流沉积陆源沉积物—分布——深海陆源沉积物深海陆源沉积物的来源有：火山爆发所形成的火山灰；风携带的灰尘以及深海洋流所带来的细颗粒物质。大陆麓上的浊流所带来的浅海沉积物也可以溢出到深海盆地。陆源沉积物—分布——深海黏土深海黏土至少由70%以上的陆源细颗粒物质组成这些陆源沉积物由风或者大洋环流经过长距离的搬运，然后沉积在深海盆地。特征：颗粒极细，深海黏土含有大量氧化铁，其颜色多呈红褐色或者浅黄色。深海盆地中深海黏土占主导地位的原因并不是因为有足够多的黏土沉积在海底，而是因为其它能沉积在深海海底的物质太少。四、生物源沉积来源：主要是有机生物体死亡后的固体残余部分。从微小的珊瑚虫到鱼、鲸鱼的尸体。当有机体死亡后，其固体部分沉积在海底，形成生物沉积。来源及分类按颗粒大小，生物沉积可划分为大型生物沉积和微型生物沉积——生物软泥硅质软泥——生物壳类物质为二氧化硅、含量超过30%的海底泥状物质生物软泥钙质软泥——生物壳类物质为碳酸钙组成、、含量超过30%的海底泥状物质生物软泥是指海底生物壳类物质的含量超过30%、粒径非常小的泥状物质。硅质软泥的生物来源微型海藻（即硅藻属）微型生物散线虫类（放射虫类）海藻（硅藻属）——死亡——聚集成泥——岩化（硅藻土）海藻通过光合作用释放出硅单细胞原生动物海藻（硅藻属）大部分海藻类都有连在一起的两部分外壳，这些小外壳上都有一些小洞,用来从外界吸取营养和排放自身的垃圾.这类浮游动物有着硅质的长穿刺，体形非常对称，经常被当作活着的海洋‘雪花’硅藻属外壳、放射虫类以及其它分泌硅质物的海洋生物的堆积体（含量超过30%）统称为硅质软泥钙质软泥的生物来源球形藻：单细胞海藻微型生物有孔虫类海藻（硅藻属）——死亡——聚集成泥——岩化（白垩）要进行光合作用单细胞原生动物20或30个海藻一起构成一个球形的形状球石软泥有孔虫软泥图a球形藻上图为英国南部的白色峭壁就是由这种在洋底形成的碳酸钙软泥岩石化后，白垩层随着地壳运动上升露出水面，并经过侵蚀切割形成的峭壁有孔虫类、球形藻类及其它分泌钙质的海洋生物的堆积体（含量超过30%）统称为钙质软泥钙质软泥和硅质软泥的分布生物生产力破坏程度稀释过程分布在生物生产力高的深海海盆你在海洋什么位置能发现钙质软泥或硅质软泥？？Where？WHY？硅质软泥的分布及成因在海洋中，所有深度上硅含量都是不饱和的，海水持续缓慢地溶解硅质生物。海底的硅质软泥又是如何形成的呢？硅质软泥主要形成于冷水区，特别是上升流海区，深海的冷水被带到海表，营养盐含量高，生物生产力极高。成因：一是海水中聚集硅的速度超过溶解硅的速度。例如在同一时间，大量的硅质外壳同时下沉，就会在海底形成硅质软泥堆积。二是这些硅质生命体沉积在海底上被其它硅质外壳或沉积物覆盖，就不再被海水溶解。所以，硅质软泥只会出现在富硅质有机体的生产力特别高的海域。如图所示，硅质软泥只会出现在富硅质有机体的生产力特别高的海域浅海沉积和深海沉积在世界海洋中的分布硅质软泥主要分布在南极海及赤道太平洋海域钙质软泥的分布及成因CCD溶解跃面海水中钙溶解的影响因素CCD深度下不会出现钙质软泥，如果在ccd深度下发现钙质软泥，原因何在？钙质软泥形成限制条件：CCD在大洋的一定深度，海水压力的增加以及海水中二氧化碳的含量的增加都达到一定值时，碳酸钙开始溶解，这个临界面就称为溶解跃面。海水温度、压力海水钙补偿深度（CCD）是指钙开始溶解的深度（溶解跃面）之下的某一深度，在这个深度，碳酸钙的溶解速度增加极大，钙类物质很快就被海水溶解掉，超过此深度的海底其沉积物中基本上不会含有钙质物。相对温暖的海水上层及浅海区域，海水的钙含量完全饱和，所以在该深度之上碳酸钙并不溶解。若海底未低于该深度（CCD)，钙质死亡有机体聚集沉积在海底形成钙质软泥。海底扩张而后被其它沉积物覆盖分布CCD深度及钙质软泥的空间分布大洋平均CCD深度约是海面下4500m在大西洋中，该深度达到6000m，而在太平洋中，CCD平均深度仅为3500m。TitleAddyourtext钙质软泥，则主要出现在温暖的大洋浅水区域（深度高于CCD的海域）。钙质软泥的高含量（甚至超过80%）区主要是在大洋中脊，而在深度超过CCD的海盆中很小发现现代钙质软泥的分布钙质软泥的分布范围最广，整个大洋中，钙质软泥的分布占主导地位，其覆盖面积约占世界大洋海底面积的48%，深海黏土占38%，而硅质软泥占14%。三、自生矿物沉积（HydrogenousSediment）来源是海水中的溶解物质。海水中含有很多的溶解物质。海水中的化学反应促使一部分矿物结晶、沉淀。当海域环境发生改变时，比如海水的温度或压力或者其它可导致化学反应的性质发生变化时，海水矿物析出沉淀就会发生。自生矿物只占海底沉积物的很小一部分，但它却具备不同的成分，能反应不同的沉积环境。五、自生矿物沉积锰结核磷酸盐碳酸盐金属硫化物蒸发盐自生矿物沉积物溶解物质析出、沉淀自生矿物只占海底沉积物的很小一部分以结核块状分布在陆架上以及水深小于1000m海底磷酸盐可用做肥料自生碳酸钙沉积物是直接由海水进行析出沉淀，在热带浅海环境中，结晶出2mm左右的文石晶体沉积在地热口及大洋中脊;包含有铁、镍、铜、锌、银及其它金属矿物。深海平原等出现的原因：海底扩张陆地出现的原因：构造抬升蒸发析出；岩盐（这类蒸发矿物比较咸）硬石膏和石膏（由硫酸钙类矿物组成）含30多种金属元素:锰25%,铁14%,镍1.9%，铜0.5%，钴0.4%大洋底的宝藏之一----锰结核结构:团块----以岩石碎屑，动、植物残骸的细小颗粒，鲨鱼牙齿等为核心，呈同心圆一层一层成的，像一块切开的葱头。由此被命名为“锰结核”，又称它为多金属团块。大小尺寸变化从几微米到几十厘米，重量最大的有几十公斤。生存:海洋2000-6000米水深海底的表层，4000-6000米水深海底的品质最佳。总储量:估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广，储量占一半以上，大约17000亿吨。锰结核密集的地方，每平方米面积上有100多公斤。生长速度:平均每千年长1毫米，每年增加1000万吨。

六、宇宙源沉积此类沉积物仅占海洋沉积中很少很少的部分，主要由两部分构成：微型小球体以及大型的流星碎片。微型球体是很小的宇宙块状体。90%以上的微陨石在其进入地球大气圈时由于摩擦生热而被摧毁掉，估计每年仍有300000吨的太空灰尘（微陨石）到达地球表面。这类富铁的太空灰尘掉入到海洋中后常常被海水溶解掉。而未被溶解掉的微陨石就逐渐沉积在海底，成为海底沉积物中很少的一部分。大型的流星碎片在地球上很少发现，但可以发现很多大型的陨石坑。实际海洋的沉积物是多来源的混合沉积物需要说明的是海洋沉积物没有一种是单独存在的，而是相互混杂在一起，每一类沉积物中都包含着其它类沉积物。也即是说，海洋沉积物是多种类型沉积物的一个混合体。只是根据占主导地位的某一类型的沉积物，将海洋沉积物划分成以上四个类型。七人类可利用资源的其它海洋沉积物

海底沉积中包含大量的人类可利用的或潜在的矿物和有机资源。石油和天然气早期沉积在海底的微型有机体——在其被完全分解前就被后来的海底沉积物掩埋，即是现在石油沉积的来源。海洋非生命的资源中，超过95%的价值是海洋石油创造的开采量在近代迅增，1930年少量，2000年达30%主要的石油蕴藏区：