第九章海洋地质作用

地质学基础昆明理工大学第九章海洋地质作用本章主要讲述的内容：一、海洋概述二、海水及其运动三、海洋环境的分带四、海洋的地质作用第一节海洋概述本节主要讲述的内容：一、海洋及其分布二、海水的化学性质三、海水的物理性质四、海洋生物

海洋是一个巨大的宝库，它拥有人类所必需的大量食物和丰富的矿产资源。海水具有强大的动力，不断雕塑着不同的海岸，对沿岸进行破坏。海洋是沉积作用的最主要场所，大量来自大陆的碎屑物质被搬运到海洋沉积。这些沉积物中保存着人类用来认识地球演变历史的丰富资料。一、海洋及其分布世界大洋概况

海洋是海和洋的统称，近陆为海，远陆为洋，占整个地球面积的70.8％。洋是指地球表面连续的广阔水体，根据世界大洋相对隔离的状况分为四大部分：即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。

海与洋的区别：

1、洋盆相对稳定和古老；2、洋底地壳具洋壳性质，而多数海底为陆壳性质；3、大洋海水深，面积广阔，其形态不受大陆直接影响。海域水浅（一般在3000米以内），范围局限，形态受控于大陆轮廓；4、洋与海在水体含盐度、温度及运动特征方面存在显著差异。二、海水的化学性质

海水是一种包含着无机物、有机物和多种化学成分的复杂水溶液。其中水约占96.5％，其它物质占3.5%。由于海水在不断的运动，不同区域海水中的化学成分含量的差别较小，相对的稳定。1、海水中的元素海水成分中最主要的元素为氢和氧.在海水中已发现80多种天然元素，40余种为微量元素，含量差别很大。元素浓度（mg/L）元素浓度（mg/L）元素浓度（mg/L）Cl18980Br65LiNa10561C28IMg1272Sr8Mo0.01S884B4.6U0.003Ca400Si3Ag0.00004K380F1.3Au0.000004２、海水中的盐类物质海水中溶解了多种盐物质，在一公斤的海水中，平均含有965克的纯水以及35克溶解盐类和其他非溶解物质。其中：NaCl约23.0%、MgCl2约5.0%、Na2SO4约4.0%、CaCl2约1.0%、KCl约0.7%。3、海水的盐度与pH值与主要气体成分

海洋水盐度是指海水中全部溶解固体物质与水重量之比。平均为34.6‰，变化范围33‰—≥40‰，主要与水域水分循环有关，即随着水域的降水、蒸发，入海径流等因素的影响而发生变化。以蒸发为主要水分输出的海洋水域，海水的盐度就会偏高，如红海。

海水的pH值在7.6-8.4之间。

海水中的气体主要有氧、二氧化碳和硫化氢。三、海水的物理性质1、海水的温度

海水的温度是海洋热能的一种表现形式，它决定于海水热量收支状况。太阳辐射是其最主要的热量来源，而消耗则以海面蒸发为主。海水的温度有明显的季变化和日变化，季变化取决于太阳辐射、季风和洋流的季变化；日变化则主要受太阳辐射日变化的控制。海洋表层的温度较高，并且随着纬度的增加而降低。海水温度差是大洋环流的主要驱动力。海水温度随深度变化示意图海水温度纬向变化图2、海水的密度

海水的密度是指单位体积中海水的质量。海水的密度与盐度有关。盐度大，其密度也大。海水的的密度随着纬度和深度的增加而增加。海水密度差也是大洋环流的主要驱动力。海水的密度、温度和盐度曲线图对比海水温度和盐度与海水密度关系图3、海水的颜色、透明度马尾藻

海洋水体的颜色，因蓝光的透射而显蓝色。海洋水体的透明度则受多种因素的影响。如大西洋中部的马尾藻海域，表层海水下沉。由于表层水中缺乏上涌海水带来的营养盐分，浮游生物极少，所以该地海水颜色最蓝，透明度达66.5m。黄海的透明度只有3-15m。四、海洋生物

海洋生物按其生活方式分为：底栖生物、游泳生物和浮游生物三大类。这些生物在生命活动中，需不断地进行光合作用、新陈代谢和呼吸作用。因此，海洋生物一方面改造环境，另一方面许多动物壳CaCO3、SiO2成为沉积物来源（形成礁体、生物灰岩、硅藻土等）。氧和阳光主要集中分布在浅海区和深海区的表层水域，所以在水深小于200米的海区，生物十分繁盛。1、底栖生物珊瑚三叶虫双壳类珊瑚2、游泳生物各种鱼类3、浮游生物马尾藻笔石藻类藻类硅藻有孔虫冲浪高手第二节海水的运动

海水总是永无休止地运动着。一方面除了随地球自转等的恒定运动之外，另一方面还有部分水体相对于其它水体的运动。本节重点讲述后者。冲浪运动海水运动1、海水运动的原因造成海水运动的原因（动力）主要有风、海水的密度差、温度差、地月引力和地震等。风密度差地月系统地震温度差2、海水的运动方式

海洋水体水质点的运动状态，大体分为两类，一类是水质点定向运动，另一类是水质点做短距离的圆周运动或往复运动。根据海水运动形式分为：波浪、潮汐、洋流和浊流。（1）波浪1）波浪及其形成

波浪是海水的波状运动。风吹过海面时，通过压力和摩擦作用将能量传递给海水，使海水质点离开平衡位置作圆周运动，海面随之发生周期性的起伏。2）波浪的要素

波浪的要素：波峰、波谷、波长（L）、波高（H）、波浪周期（T）、波速（C）。

波浪周期是相邻波峰(或波谷或波形上某个位相点)相继通过同一点所经历的时间间隔，相当于水质点完成一次圆形轨迹运动所需的时间。

波高为波形的波峰制高点与波谷最低点之间的垂线距离，相当于水质点运动圆迹的直径。

波长为相邻波峰或相邻波谷或相邻同位相水质点之间的水平距离。波速为波形传播递进的快慢，相当于波峰(或波形上任何一点)在单位时间内递进的距离。3）波浪在深水区的运动

波浪是一种振荡波。在深水区，水质点在原地做来回往返运动，其运动轨迹为园形。我们把在水深大于二分之一波浪波长的水域传播的波浪称为深水波。由于水深较大，海水质点的运动不受海底地形的影响。dbaca:深水波的波形b:深水波的传播

c:深水波的水质点运动d:深水波的水质点运动

4）波浪在浅水区的运动

当水深较浅时，即海水深度小于波浪的影响深度（小于波浪波长二分之一）时，由于海底摩擦阻力的影响，水质点的运动轨迹变成椭圆形。从水面往下，深度越大，椭圆的扁度则越高，至海底，扁度达到极限，椭圆的垂直轴等于零。水质点平行于海底做直线形的往复运动。这种性质发生了变化的波浪称为浅水波。

5）波浪的破碎及其派生的离岸流

当海浪向海岸方向传播，从深水区进入浅水区后，除了水质点的运动轨迹由圆变成椭圆，由于海底摩擦，波速减小，每个波浪的前进速度都较后继的波浪慢一些，因此波浪的间距小了，多余的能量使波高加大，波峰也开始前倾。当波峰的水质点运动的速度接近并超过波速时，波峰发生反卷形成卷浪。进而卷浪前端由于没有海水填充，终于使海浪向前倾倒，形成破浪。

波浪破碎后，不再作圆周运动，迅速涌向海岸，形成拍岸浪。之后由于动能消耗殆尽，海水便在重力的作用下，顺海底斜坡沿垂直海岸线的方向形成底流。6）波浪的折射

当波浪的前进方向不垂直海岸时，则波浪进入浅水区后，与海底摩擦发生折射。假设海滨地形坡度均一，波浪先到达较浅的地段，因与海底摩擦使波浪加密、加高和减速。，从而改变了波浪前进的方向，即波浪发生了折射。7）沿岸流

波浪折射后沿海岸流动，形成沿岸流。由于岬角的阻挡，能量在此集中，使其遭受较强的侵蚀。在海湾里，波浪的能量分散，剥蚀能力减弱，沉积作用较强。岬角遭受剥蚀，海湾接受沉积，结果使海岸趋于平直。8）海啸海啸（据RagingPlanet-TidalWave）

由海底地震、火山爆发和大风暴等所形成具有强烈破坏的性质的巨浪，称为海啸。1883年8月印度尼西亚喀拉喀托(火山岛)火山爆发，激起高约36.6m的巨浪席卷爪哇岛沿海城镇，损失惨重。（2）潮汐1）潮汐及其类型

潮汐是指海水在月球和太阳引力作用下所发生的周期性运动。白天的称潮，晚上的称汐，合称潮汐。包括海面周期性的垂直升降和水平运动，分别称作潮汐和潮流。

潮汐类型可分为半日潮、全日潮和混合潮三种类型。半日潮：在一个太阳日内，两涨两落彼此大致相同的潮汐。全日潮：在一个太阳日内，只有一次涨落的潮汐。混合潮：可分为不规则的半日潮和不规则的全日潮。

涨潮落潮2）潮汐的要素在潮汐涨落的每一周期内，当水位涨到最高位置时，叫高潮或满潮；当水位下降到最低位置时，叫低潮或干潮。从低潮到高潮过程中，水位逐渐上升，叫涨潮；从高潮到低潮过程中，水位逐渐下降，叫落潮。当潮汐达到高潮或低潮的时候，海面在一段时间内既不上升也不下降，分别叫平潮和停潮。平潮的中间时刻叫高潮时；停潮的中间时刻，叫低潮时，相邻的高潮与低潮的水位差叫潮差。3）潮汐的成因

引起海洋潮汐的内因是海洋为一种具有自由表面、富于流动性的广大水体；而外因是天体的引潮力。也就是说，在天体引潮力的作用下，具有自由表面而富于流动性的广大水体，在海洋中产生相对运动而形成了潮汐现象。引潮力

天体的引力与地球绕地月公共质心旋转时所产生的惯性离心力组成的合力，叫做引潮力。它是引起潮汐的原动力。实线箭头表示月球对地球表面各点的引力；虚线箭头表示地-月系统惯性离心力；双线箭头表示引潮力。A点胃引力大于离心力而涨潮，B点因离心力大于引力而涨潮，C、D两点引潮力向地心而落潮。潮汐形成示意图太阳引潮力与月球引潮力

地表的潮汐现象都是以月球引力为主，但太阳的引潮力(为月球的46％)也起到一定的作用。4）潮汐的变化

地球自转一周，在地球表面任何一点每隔12小时25分都面向或背向月球一次，因此，同一地点每天有两次涨潮和落潮。每逢朔、望之日，日月在同一直线上，日月的引力相互叠加起来，形成高潮特高，低潮特低的大潮；上、下弦之时，日、月、地各位于直角三角形顶，日、月引潮力相互抵消，形成小潮，可见潮汐大小和月亮的圆缺关系密切。潮汐在中、低纬地区发育，向两极方向，涨、落潮高度逐渐降低。（3）洋流世界洋流格局

洋流是海洋中较大范围内的沿固定方向流动的海水。它是一种在一定的时间内流速、方向大致不变的水流。水平方向运动的叫表层洋流，垂直方向运动的叫洋底洋流（分为上升洋流与下降洋流），它们共同构成海水循环。洋流既分布于海洋的表层，构成大洋中的环流系统(即世界洋流和大西洋环流)，又分布于海洋的深层，构成深层海洋环流。1）洋流的分类

A：按水温分类可分为暖流和寒流

暖流：若洋流带来的海水温度比到达海区的水温高，这样的洋流叫暖流。如，由低纬流向高纬的洋流属于暖流。

寒流：与暖流相反，若洋流所带来的海水温度比到达海区的水温低，就叫寒流。如，由高纬流向低纬的洋流属于寒流。世界表层洋流的分布图洋流的分类

B：按成因分类可分为风海流、密度流和补偿流三类

风海流：是海水在风的摩擦力（切应力）作用下形成的水平运动。

密度流：密度流是由于海水密度差异而引起的海流。

补偿流：是由于某一种原因使海水从一个海区流出，而使另一部分海水流入进行补充，海水的这种流动叫补偿流。

2）洋流的成因

洋流的成因主要有：大气运动和行星风系、密度差异、流体的连续性形成的补偿作用、陆地的形状和地球自转产生的地转偏向力。其中，盛行风是形成洋流的主要动力(洋流成因).但是，在地球自转偏向力的作用下，洋流的流向并不与风向完全一致。3）厄尔尼诺—拉尼娜现象

是海洋与大气相互作用的结果

厄尔尼诺（ElNino）现象是表示在南美秘鲁和厄瓜多尔附近尺度为几千公里的赤道东太洋上海面温度异常增温现象。它不仅引起该海域大量生物死亡、腐化，而且释放大量硫化氢进入大气，并影响正常的大气环流，直至世界许多地方出现异常天气和灾难。

拉尼娜（LaNina）现象是指厄尔尼诺现象之后赤道东太平洋上温度异常变冷的现象。正常环流厄尔尼诺(ElNino)（4）浊流1）浊流的概念浊流是一种载有大量悬浮物质而又十分浑浊的水下重力流。2）浊流的特点

1、多发生在大陆边缘的斜坡上；2、含的碎屑物质很多，密度大；

3、浊流流动速度比河流大（一般大于10米/秒），在重力作用下以很高的流速在水下呈束状或面状沿洋底向深处流动。

4、侵蚀、搬运能力较强，强烈地侵蚀着海底峡谷，直至深海平原，将泥沙沉积下来而消逝；

5、浊流沉积物以具递变层理为特征。3）浊流的成因

1、暴风浪的搅动；

2、海震

3、水下滑坡

4、入海河流带来超过海水密度的重负荷进入海洋而形成。

浊流体第三节海洋环境的分带

浩瀚的海洋，无论从纵向和横向来看，其动力地质条件都是不同的，由此可将海洋分为滨海带、浅海带、半深海带和深海带。各带的水动力条件、生物分布等方面都有所不同。1）滨海带

滨海带指低潮线和最大高潮线之间的地带，是海陆交互的地区，环境极为复杂。其范围从陆向海由三个部分组成：后滨带、前滨带（潮间带）和滨外带（近滨带）。这里是潮流、拍岸流、底流、沿岸流强烈作用的地带。滨海带海水中氧气充足，光照良好，除有大量藻类外，还有经得起浪击的钻孔生物和厚壳生物。后滨带前滨带滨外带后滨带：在高潮位之上，上界为最大波浪所能到达之处，又称为潮上带。前滨带：在高潮位与低潮位之间，高潮时被海水淹没，低潮时露出水面，又称为潮间带。滨外带：在低潮位之下，至波长1／2的水深之处，该处为波浪作用基面。

2）浅海带

浅海带指大陆周围较平坦的浅水海域，即大陆架。其平均宽度75km，深度从数十米到几百米不等，平均130m左右，总面积2700万km2,占海洋总面积的7.6%。浅海带始终处于海水面以下，水动力条件较弱。由于有大量经由河流等外动力搬运来的沉积物质和海蚀作用剥蚀下来的物质，浅海带沉积物来源十分丰富，加上浅海带生物丰富，浅海成了最重要的沉积场所。在温暖、清洁、盐度正常的浅水环境，发育有珊瑚礁.3）半深海带半深海是指200~2000米水深的海域，一般包括海底地形的大陆坡部分。半深海带主要水动力是洋流和浊流，这里剥蚀和沉积作用都较发育。在大陆坡上广泛发育有海底峡谷和海扇。4）深海带

深海带是指水深大于2000m的大洋盆地地区。这里水体安静，主要水动力为海底洋流和浊流。深海带是地质作用微弱的地区，以沉积作用为主。深海带是无光带，光合作用不能进行，植物不能生长，动物也因缺乏食物而非常稀少，主要为浮游生物沉积物的类型主要有浊积物、软泥（钙质软泥、硅质软泥和红色粘土等）和锰结核。深海带是海洋的主体，其地貌单元有：深海平原、大洋隆起、大洋中脊。软泥锰结核第四节海洋的地质作用本节主要讲述的内容：（一）海水的剥蚀作用（二）海水的搬运作用（二）海水的沉积作用

海水不断运动，造成海岸和海底环境的破坏、破坏产物和外来物质发生搬运和沉积，称之为海洋的地质作用。海洋地质作用包括剥蚀、搬运和沉积作用，其主要动力有波浪、潮汐、浊流与洋流。（一）海水的剥蚀作用

海水的剥蚀作用：海水通过自身的动力和所携带的碎屑对海岸和海底的破坏作用。海蚀作用主要发生在滨海带，按其性质可分为机械剥蚀、化学溶蚀和生物剥蚀作用。它们共同对海岸地带进行改造，但以机械剥蚀作用为主（激浪施加给海岸岩石的压力，每平方米可达几千公斤以上。海水挤进岩石裂缝后，压迫裂缝中的空气，促进岩石崩裂瓦解）。海蚀作用的主要动力是海浪和潮汐。在海蚀的作用下，使海岸线不断向陆地方向后退，形成海蚀崖、海蚀凹槽、海蚀洞、波切台、海穹、海蚀柱、海蚀窝穴、海蚀阶地等海岸地貌。而且海岸线逐渐变得平直，海湾和海岬消失。海蚀崖、海蚀凹槽、波切台波切台海蚀崖海穹、海蚀柱海穹海穹海蚀柱海蚀柱海蚀柱海蚀柱海蚀崖海蚀柱海蚀阶地海蚀阶地

在地壳稳定的条件下，海蚀平台发展到一定宽度后，波浪的能量全部消耗在沿宽阔平坦海底的摩擦之下而不再引起侵蚀。如果地壳下沉，则形成水下海蚀阶地。海湾、海岬海蚀柱海蚀阶地海湾海岬海湾（二）海水的搬运作用

海水的搬运作用是指海水在运动过程中，将携带的物质移至它处的作用。海水搬运作用的类型有机械搬运和化学搬运(溶运)两种。机械搬运物质呈推运、跃运和悬运三种形式，它们受水动力条件的支配而不断地转换。海水中的化学搬运受多种因素(浓度、温度、导电性、PH值)支配，进行着复杂的化学过程，与海水的化学动力关系密切。海水的搬运作用以机械搬运为主，搬运的动力有：海浪、潮汐、洋流和浊流。1、海浪的搬运作用

海浪的搬运作用主要发生在滨海带和浅海带。在这两带中海浪的动力巨大，具有强大的搬运力。被海浪剥蚀下来的海岸物质和河流带到海洋中的物质在海浪的作用下大部分向海水深处搬运。在海浪垂直于海岸作用时，搬运物被海浪推向海滩或移向海里称为横向搬运。当海浪斜着冲向海滩后，产生沿岸流，带着碎屑物质沿岸移动称为纵向搬运。海水的纵向搬运2、潮汐的搬运作用

潮流的搬运作用仅在近岸和海湾区较显著。大潮时，海峡中潮流流速可达6-7m／s，动力几乎与山区河流相当，具有巨大的搬运力。对某一个地区来说，潮流是固定的、周期性的水平流动的海水，具有较大动能，因而具有很强的搬运能力。潮流引起的紊流可使大量的碎屑物处于悬浮状态，在退潮时的急流把它们搬向海中。3、洋流的搬运作用

洋流流速较小，搬运能力弱，仅能搬运细小的悬浮状态的碎屑。但是，由于洋流的流程远，被搬运的碎屑能达到深海区，甚至进行越洋搬运(世界洋流分布)

、（大西洋洋流）4、浊流的搬运作用

浊流的密度大，在流动过程中，紊流强烈，具有极强的搬运力，可以将其大量的砾石和沙级碎屑搬到半深海、深海区产生沉积。（三）海水的沉积作用

海洋是一个巨大的储水盆地，是地球上最大的沉积场所，其沉积物来源有陆源、生物成因、火山、宇宙物质等类型。陆地上的河流、地下水所携带的剥蚀产物源源不断地汇集到大海。海洋本身除在滨海带巨有强烈的动力条件外，绝大部分海域动力条件均较弱，而且机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用均较发育。影响海底沉积的主要因素有海水的深度、气候、陆地地形及其物质组成、海盆的隔离等。海洋的环境差异很大，因而不同的海洋的环境其沉积类型也有差异。以下分滨海带的沉积作用、浅海带的沉积作用、半深海和深海带的沉积作用来说明海水的沉积作用。1、滨海带的沉积作用

1）沉积作用的方式：滨海带处于海浪和潮汐的作用地带，具有十分强烈的水动力条件。除在个别特殊的环境下，因水动力条件较弱，由化学作用引起化学沉积而外，滨海带几乎均为机械沉积作用。因而，滨海带的沉积作用则是以机械沉积作用为主。

2）沉积物特征：滨海带的沉积物中碎屑物很丰富，主要是砾石、砂、粉砂，常含有大量介壳碎片。砂、砾的分选性与磨圆度良好，具有丰富的交错层理与波痕。砂粒成分以石英最为常见。

3）滨海堆积地貌：常常堆积呈水下堆积阶地、海滩与滨岸堤、水下沙坝、离岸堤与泻湖以及砂咀、砂坝等形态。滨海堆积地貌-水下堆积阶地

滨海堆积地貌-海滩滨海堆积地貌-水下沙坝滨海堆积地貌-离岸堤与泻湖

沙坝、沙咀、泻湖、三角洲2、浅海带的沉积作用

浅海是最重要的沉积区，绝大多数沉积岩都属于浅海沉积。浅海带水深小于200m，海底平坦，水动力适中，海水中氧气丰富，盐度较稳定，加之阳光充足，从大陆或上升洋流带来的营养物质丰富，因而浅海带成为生物繁殖的理想地带，来自大陆和海水剥蚀海岸的物质绝大部分带到浅海带，所以浅海带的沉积方式有机械沉积作用、化学沉积作用及生物沉积作用。浅海带沉积物类型多样，有碎屑沉积物；AI、Fe、Mn氧化物；碳酸钙；碳酸钙镁以及磷酸钙等沉积物普遍发育。1）机械沉积作用

被带到浅海的碎屑物质，由于海水深度增大，动能减小，碎屑颗粒按大小、重轻先后依次沉积下来，浅海的机械沉积物主要以沙、粉沙和泥组成。沉积物显示出良好的分选性，碎屑颗粒磨圆好，具有明显的层理。2）化学沉积作用

浅海带的化学沉积作用极为发育。化学沉积物主要为碳酸钙沉积，硅质沉积，铝、铁、锰沉积。引起化学沉积作用的因素主要是化学组分的含量、溶解度，水中氧和二氧化碳所引起海水的PH值和Eh值的变化，海水电解质作用等。它们经常具有鲕状构造。

在古代的浅海沉积中见有大量白云岩，这可能是因当时气候干热，蒸发量大，海水咸度高，白云石以化学方式沉淀，或系石灰质沉积物受到富含Mg质的海水交代而形成。3）生物沉积作用

浅海是生物最繁盛的区域，生物的沉积作用十分明显。当浅海中大量的生物死亡后，尸体的硬质部分可直接堆积在海底，形成生物堆积，绝大多数浅海沉积物都含有生物化石。最常见的有珊瑚礁、生物碎屑灰岩。珊瑚礁3、半深海带的沉积作用半深海带宽度由数十公里到数百公里不等。波浪作用不能影响到沉积物。本带生物少，主要为浮游及游泳生物，上半部有底栖生物，但种属单调，下半部底栖生物极少。

半深海带代表性的沉积物是由浮游物质缓慢沉淀而形成的泥质与粉砂或细砂的混合物，以细粉砂占优势。它们大部分是陆源的，少数为生物成因，并含有不等量的CaCO3,有时含有火山物质。其中具有蓝灰色、灰绿色者称为蓝泥或青泥，系因沉积物中含有氧化亚铁及有机质，是海底为还原环境的标志。在热带的半深海带发育红泥，为砖红色、红棕色，这种颜色并不意味着海底为氧化环境，而是因陆源物本身为来自大陆的土。在火山作用强烈的地区，其沉积物中混入大量火山灰、浮石、火山角砾，称为火山泥。在珊瑚岛附近则发育有珊瑚泥，它是由珊瑚礁的