第十二章海洋沉积-(2)分析

第十二章大洋沉积作用和沉积物性质主要内容1、深海沉积物的来源、分类和分布2、深海陆源碎屑沉积3、深海生物源沉积4、深海粘土和火山碎屑沉积5、深海沉积速率与沉积分布规律大洋沉积物来源•全世界海洋每年接受相邻陆地输入的剥蚀产物超过200亿吨(包括悬浮和溶解物质)，这些陆源碎屑物质主要通过河流、冰川、风和海流等搬运至海洋底部，成为深海陆源沉积物。•另外，大洋本身通过海洋生物和化学作用积累了各类生物软泥和各种自生矿物，还有来自地球外部的宇宙物质和地球内部的火山物质等。•因此，深海沉积物的来源有陆源物质、海洋源物质、火山物质和宇宙物质深海沉积的概念•水深200m的海域，泛指深海环境。包括半深海（水深200~2000m）和深海（水深2000m）。在深海环境下形成的沉积物叫做深海沉积。•深海沉积物较难进行直接观察，19世纪70年代之前，人们对深海沉积知之甚少。自从1968年“格罗玛•挑战者”号执行深海钻探计划（DSDP-JOIDES）以来，迄今已在世界大洋钻取了千余孔的岩芯，提供了丰富的深海沉积资料，才使得人们对深海沉积物的来源、性质、组成、沉积作用等方面有了较为深入的了解。深海沉积物的分类•自从1891年“挑战者”号调查时首次对深海沉积物进行分类以来，至今有很多种分类。可以将这些分类归纳为三种型式。•Ⅰ.以水深为主要依据的分类•Ⅱ.以成分、粒度为主要依据的分类•Ⅲ.以成因为主要依据的分类•默莱等人提出了第一个海洋沉积物的分类。此后，克伦麦、安德烈、克莲诺娃、谢帕德等在此基础上作了多次修改和补充。•沈锡昌(1992)进一步修改完善，将深海沉积物划分为五大成因类型：陆源碎屑沉积、生物源沉积、火山碎屑沉积、深海粘土沉积和自生成因沉积，各大类又分若干亚类。（1）以水深为主要依据的分类•默莱等（1981）、奈须纪幸（1976）、沈锡昌（1988）的分类属于这种型式。谢帕德（1973）的分类也基本上属于这种型式。该分类型式的共同特点是，首先将沉积物分为半深海沉积和深海沉积两大类，然后再细分(2)以成分、粒度为主要依据的分类•安德烈（1981）、帕克（1974）的分类属于这种型式。该分类型式的共同特点是以沉积物颗粒成分、粒度及其百分含量为依据，不涉及沉积物的水深。这种型式的分类对大洋钻探样品进行自动化鉴定很适合，因此近年来在深海钻探及近海调查中被广泛采用。(3)以成因为主要依据的分类•斯特拉勒（1981）、沈锡昌（1992）的分类属于这种分类型式。沈锡昌将深海沉积物划分为五大成因类型：陆源碎屑沉积、生物源沉积、火山碎屑沉积、深海粘土沉积和自生成因沉积，各大类又分若干亚类。1、深海沉积物的来源、分类和分布（1）、深海沉积物的来源全世界海洋每年接受相邻陆地输入的剥蚀产物超过200亿吨(包括悬浮和溶解物质)，这些陆源碎屑物质主要通过河流、冰川、风和海流等搬运至海洋底部，成为深海陆源沉积物。另外，大洋本身通过海洋生物和化学作用积累了各类生物软泥和各种自生矿物，还有来自地球外部的宇宙物质和地球内部的火山物质等。因此，深海沉积物的来源有陆源物质、海洋源物质、火山物质和宇宙物质。（1）、深海沉积物的来源谢帕德归纳的深海沉积物来源（2）、深海沉积物的分类自从1891年“挑战者”号调查时首次对深海沉积物进行分类以来，至今有很多种分类。可以将这些分类归纳为三种型式。Ⅰ.以水深为主要依据的分类Ⅱ.以成分、粒度为主要依据的分类Ⅲ.以成因为主要依据的分类默莱等人提出了第一个海洋沉积物的分类。此后，克伦麦、安德烈、克莲诺娃、谢帕德等在此基础上作了多次修改和补充。沈锡昌(1992)进一步修改完善，将深海沉积物划分为五大成因类型：陆源碎屑沉积、生物源沉积、火山碎屑沉积、深海粘土沉积和自生成因沉积，各大类又分若干亚类。（2）、深海沉积物的分类以水深为主要依据的分类默莱等（1981）、奈须纪幸（1976）、沈锡昌（1988）的分类属于这种型式。谢帕德（1973）的分类也基本上属于这种型式。该分类型式的共同特点是，首先将沉积物分为半深海沉积和深海沉积两大类，然后在细分。以水深为主要依据的分类半深海沉积物深海沉积物1.蓝色软泥2.红色软泥3.绿色软泥4.其它沉积物⑴珊瑚碎屑⑵火山碎屑⑶冰碛物⑷浊积物1.深海陆源沉积物⑴浊积物⑵冰川沉积物⑶风运物2.深海生物源沉积物⑴硅质软泥①硅藻软泥②放射虫软泥⑵钙质软泥①有孔虫软泥②翼足类软泥③颗石藻软泥3.深海粘土4.锰结核5.多金属软泥以成分、粒度为主要依据的分类安德烈（1981）、帕克（1974）的分类属于这种型式。该分类型式的共同特点是以沉积物颗粒成分、粒度及其百分含量为依据，不涉及沉积物的水深。这种型式的分类对大洋钻探样品进行自动化鉴定很适合，因此近年来在深海钻探及近海调查中被广泛采用。以成分、粒度为主要依据的分类远洋粘土（硅质壳30%，自生组分常见）非常见沉积物陆源碎屑沉积物远洋硅质沉积物（CaCO330%，粉砂、粘土30%，硅质壳30%）过渡性硅质沉积物（粉砂、粘土30%，硅藻10%，CaCO330%）火山碎屑沉积物（CaCO330%，硅藻10%，自生组分稀少）远洋钙质沉积物（粉砂、粘土30%，CaCO330%）过渡性钙质沉积物（粉砂、粘土30%，CaCO330%）以成因为主要依据的分类斯特拉勒（1981）、沈锡昌（1992）的分类属于这种分类型式。沈锡昌将深海沉积物划分为五大成因类型：陆源碎屑沉积、生物源沉积、火山碎屑沉积、深海粘土沉积和自生成因沉积，各大类又分若干亚类。大类亚类大类亚类陆源碎屑沉积1.浊流沉积2.等深流沉积3.海洋冰川沉积4.风运沉积火山碎屑沉积火山灰沉积深海粘土沉积深海粘土沉积生物源沉积1.钙质软泥沉积(1)有孔虫软泥(2)颗石软泥(3)翼足类软泥2.硅质软泥沉积(4)硅藻软泥(5)放射虫软泥3.珊瑚碎屑沉积4.有机沉积自生成因沉积1.锰结核和锰结壳2.金属硫化物3.磷块岩4.自生蒙脱石以成因为主要依据的分类（3）、深海沉积物的分布陆源碎屑沉积主要分布于大陆边缘，海洋冰川沉积主要分布在高纬度地区，而广大洋盆底部则分布着深海粘土、钙质软泥和硅质软泥三种沉积类型。深海沉积特征•陆源碎屑沉积主要分布于大陆边缘，海洋冰川沉积主要分布在高纬度地区，而广大洋盆底部则分布着深海粘土、钙质软泥和硅质软泥三种沉积类型(1)、深海沉积物的分布三大洋中深海沉积物主要成因类型的面积分布频率大洋成因类型大西洋太平洋印度洋全世界钙质软泥沉积钙质软泥翼足类软泥65.12.436.20.154.3----47.10.6硅质软泥沉积硅藻软泥放射虫软泥6.7---10.14.619.90.511.62.6深海粘土沉积25.849.025.338.0占大洋总面积的百分率23.053.423.6100.02、深海陆源碎屑沉积深海陆源碎屑沉积是指陆源碎屑物质占30％以上的深海沉积物，主要包括浊流沉积、冰川沉积、风运沉积和等深流沉积。陆源碎屑物质主要通过浊流、冰川、风和海流等搬运至海洋底部。陆源碎屑沉积主要分布在大陆坡、大陆裾，少量分布于深海盆地。（1）、浊流沉积什么是浊流？浊流是一种特殊的海流，是发生于浅海的一种水和泥砂混杂的高密度的底流，比重大于周围水体，它沿着陆坡向下流动，侵蚀形成海底峡谷，在陆坡下部和大陆裾上把挟带的泥砂沉积下来而消逝。浊流具有巨大的侵蚀、搬运和沉积作用能力，海底峡谷是其主要的侵蚀地形，深海扇是其沉积作用的主要堆积地貌。一、浊流沉积1.浊流的形成浊流主要有两种形成过程：(1)洪水期河流携带大量泥沙穿过狭窄的陆架，直接顺着口外的峡谷向深海流去而形成浊流。这种浊流一般规模较小，但发生的频率较高。(2)河流把携带的泥沙大部分堆积在宽缓的陆架上，形成巨厚的沉积，由于自身液化、蠕动、滑塌，以及触发作用可导致崩塌而形成浊流。地震、火山爆发、海啸等可触发沉积物崩塌而产生浊流。暴风浪把大量近岸水下的泥沙席卷起来，亦可形成浊流。这类浊流一般规模大，但频率低。（1）、浊流沉积浊流的流动浊流在流动过程中本身逐渐形成头、身、尾三部分。头部含泥沙量高、粒度粗、流速大，具有很强的侵蚀破坏能力。身部为泥沙的载体，涡动力把泥沙悬起，在流速加大时，沿途还会席卷底部的泥沙。尾部含泥沙量低，颗粒细，易受周围水体的影响。（1）、浊流沉积浊流的流动1929年9月28日20时23分，在纽芬兰大浅滩北坡水深约1800米处发生了7.5级地震，震中海底电缆当时被折断，使该处20km230m厚的松散沉积物崩塌而形成强大的浊流，沿坡向下流动，在坡度最大处的流速高达28.3m/s。然后随着坡度变缓，流速减慢，但仍依次折断电缆。当折断最后一根离震中480km的电缆时，坡度已降为1/1500，流速降至6m/s。此股浊流到达水深6000m的深海平原时，流速仍有4m/s，并在惯性作用下延续几千公里。浊流把携带的0.6km3的泥沙沉积在深海平原上，形成厚度40~130cm的具递变层理的浊积层。经取样分析，该浊积层颗粒较粗，并含有浅水微体生物和双子叶树枝。（1）、浊流沉积浊流沉积作用浊流在陆坡下部或陆裾上，由于坡度变小，流速减慢，所携带的泥沙在重力作用下发生沉积。浊流通常头、身、尾依次沉积，同时，其沉积物也先粗后细地依次沉积，细粒物往往超覆叠置在粗粒物之上，并且比粗粒物散布更远。每一浊流沉积体，在垂向上和横向上沉积物粒度都由粗到细递变。一次浊流形成的浊积层层序浊流沉积作用:浊流的堆积体常呈扇状，称“浊积扇”或“深海扇”，大小不等，其坡度一般小于2‰。浊积扇是由浊流多次加积而成的，它与深海沉积常呈过渡或相变关系。恒河和印度河三角洲外的深海扇体积达94万km3，沉积层厚度最大可达10km，一般为2.5~3km，几乎覆盖了整个印度洋洋底。(1)浊流沉积浊流沉积作用浊流沉积物（浊积物）的组成以砂和泥为主，基本上类似浅海沉积的陆源物质，不同于深海沉积物。它的矿物成分有石英、长石、云母、海绿石等。常含有浅水生物遗体、植物枝叶等。(1)、浊流沉积浊流沉积作用浊流沉积主要分布于大陆坡下部和大陆裾，特别在大河口外和海底峡谷口外，形成扇状地形（浊积扇），呈环大洋的带状分布。(1)、浊流沉积浊流沉积作用浊积层是世界许多大油田的良好的储集层。这是因为浊流把富含有机质的浅水沉积物大规模地搬运到深水区，在该处浊流快速堆积，有机质被很快埋藏而有利于石油的形成。浊积物的颗粒又较粗，本身可构成良好的储集层。2深海陆源碎屑沉积(2)、冰川沉积深海的冰川沉积是源自南北极大陆冰川的冰山在大洋中向低纬度漂移时，因逐渐融化而将其挟带的陆源碎屑物坠落海底而堆积形成的，简称冰海沉积物。冰川沉积物的特点是颗粒大小不一，从砾到泥都有；没有分选，混杂堆积在一起；磨圆度差，颗粒呈棱角状或次棱角状。深海冰川沉积物其颜色呈灰、浅灰绿色或浅棕褐色，以粉砂和泥组成的冰川泥为主，物质组成与冰源区的岩性有关，矿物以石英、长石、云母、角闪石和伊利石等为主，也保存易风化的橄榄石、钾长石、斜长石等矿物，有机质含量很低，除硅藻外其它生物少见。冰川沉积分布：深海的冰川沉积物通常围绕南北两极分布。南极区的冰山融化后的碎屑物在太平洋散布至南纬45º，而在大西洋和印度洋可达南纬25º，构成环绕南极大陆的300~1200km宽的几乎连续的海洋冰川沉积带。随着远离陆地，碎屑物逐渐减少，同时混入越来越多的硅藻残体，约于南纬60-65º以北，过渡到硅藻软泥的分布区。北极区的冰川沉积主要分布在大西洋格陵兰附近，少数在北太平洋的阿留申群岛以北。在太平洋北部缺失现代冰川沉积，但在岩芯中发现有第四纪冰川沉积层存在。在北冰洋钻探的岩芯中发现的冰川沉积层表明冰川发生于350万年前，而南极的罗斯海和德雷克海峡中钻取的岩芯中的冰川沉积层表明冰川始于2000万年前，说明南极冰川不仅大于北极，而且出现时代远早于北极。海洋冰川沉积对古海洋学和古气候学的研究是非常重要的。（3）、风运沉积邻近撒哈拉大沙漠的大西洋海区有“昏暗海”之称，西非几内亚佛德角外深海沉积物中可检出来自撒哈拉沙漠的覆有氧化铁薄膜的砂粒，甚至远至大西洋彼岸的特立尼达岛也有这种砂粒。（3）、风运沉积风成物质广