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海洋沉积是各种海洋沉积作用所形成的海底沉积物的总称。沉积作用一般可分为物理的、化学的和生物的 3种不同过程,由于这些过程往往不是孤立地进行,所以沉积物可视为综合作用产般可分为物理的、化学的和生物的 3种不同过程,由于这些过程往往不是孤立地进行,所以沉积物可视为综合作用产生的地质体。生的地质体。

简介

海洋沉积marine sediment
海洋沉积形成 海洋沉积形成
海底沉积物的总称 。沉积包含物理、化学和生物等过程,且往往都是综合进行的。
①物质来源。包括陆地岩石风化剥蚀而成的砾石、砂、粉砂和粘土等,海水中由生物作用和化学作用生成的固体物质如生物遗体、海绿石、磷酸盐、二氧化锰以及粘土等,火山碎屑、溢出地幔的物质、宇宙尘等。
②陆源物质的搬运。主要靠径流,其次靠浮冰和风力带入海洋,主要沉积于河口和大陆架;浮冰搬运物沉积于高纬度海域。
③沉积。比重大于海水的悬浮物质或颗粒的状态和沉降的速度,主要受潮流、密度流、风海流和风浪等作用所控制,在不同海区的沉积速率不同:大型三角洲和河口区最高可达50000厘米/千年左右 ;在大陆坡和大陆隆最高可达100厘米/千年;深海区一般只有0.1~10厘米/千年,因而深海洋底沉积物的厚度平均不过0.5千米。
沉积于海底的物质。包括陆源物质(来源于陆地,为流水、风、冰川及海岸带的剥蚀产物)、生物物质(海洋生物骨骼和遗壳)、宇宙物质(宇宙尘埃)、火山物质(火山灰、火山泥与火山岩的碎屑)、化学物质(经复杂的物理化学作用后沉淀的物质,如碳酸盐、鲕状或细粒石灰质软泥)等。由于所处的环境不同,其粒度、矿物成分、生物和化学组成各不相同。按成因分为机械沉积(因海浪、潮流、洋流、浊流的搬运作用而成)、生物沉积和化学沉积(包括有机质沉积物和无机沉积物);按岩性分为砾岩、砂岩、粉砂岩及石灰岩等;按沉积物的粒度分为巨砾、中砾、砾、砂砾、极粗砂、粗砂、中砂、细砂、极细砂、粉砂和粘土11级;按沉积深度分为滨海沉积(水深0~20米)、浅海沉积(水深20~200米)、半深海沉积(水深200~2000米)和深海沉积(水深>2000米)。海底表层沉积厚度变化于0~2000米间,一般在大陆边缘较厚,洋中脊较薄。沉积物的分布特点,从垂直方向看,一般底部粗而上部细;从水平方向看,近岸粗而远岸细。现代海洋沉积物一般为未固结的疏松物质,在海水运动、化学和生物作用下,沉积物发生破碎、运移,并引起成分和性质的变化。在一定条件下,受长期地质作用,疏松物质将转变为半固结或固结的沉积岩。

沉积分带

海洋沉积物的分布受气候、距陆地远近和深度等的控制,从而呈现出纬度分带、环陆分带等分带现象。海洋沉积物的分带性是一种具全球规模的宏观现象。各种分带同时存在,相互交织在一起,加以存在有浊流、上升流以及火山活动等区域性现象,致使海洋沉积物呈现出十分复杂的分布格局。
纬度分带  在极地冰带,广泛出现冰川海洋沉积。在干燥亚热带,褐粘土十分发育。在湿润的温带和赤道带,生物沉积作用极其旺盛,除有钙质软泥外,硅藻软泥主要见于纬度较高的温带海域,放射虫软泥富集于赤道带。在两极高纬度地带,沉积物富含长石、岩屑等易风化物质,粘土矿物以绿泥石和伊利石为主。在化学风化强盛的赤道带,石英含量升高,粘土矿物以高岭石和蒙脱石为主。深海区最低的沉积速率(小于1毫米/千年)和最小的沉积厚度见于亚热带,最高的沉积速率(1~10厘米/千年)和最大的沉积厚度则出现于赤道带和北温带、南温带。
濒临中国的各个海域,沉积物的纬度分带亦有其特点。例如,渤海沉积物中的重矿物组合以不稳定矿物占优势,如角闪石、绿帘石等。随着纬度的降低,稳定矿物大量出现(与物源也有一定联系)。从北向南,沉积物的“石英化”程度和自生碳酸盐沉积都有明显增高,在南海出现了自生文石等。
环陆分带  在陆缘浅海,以陆源碎屑沉积为主;在半深海海域,既有陆源物质,也有生物和化学作用形成的沉积;至深海区,则主要是生物和化学作用形成的深海沉积。自陆缘向远洋方向,沉积速率和沉积厚度明显降低;沉积物从偏灰绿色逐渐过渡为红褐色。

研究简史

1872~1876年英国“挑战者”号考察,揭开了海洋沉积物调查研究的序幕,特别是有关深海沉积物的分类至今仍有重要意义。1899~1900年,荷兰船“西博加”号进行的调查在沉积物的分布及组成等方面也取得重要成果。
第二次世界大战后,随着军事的需求和海底石油等矿产资源的勘探开发,海洋沉积物的研究获得长足进展。人们开始对特定海域和重大理论课题开展专题调查研究。40年代末期,F.P.谢泼德和M.B.克列诺娃的海洋地质学专著相继问世,系统地总结了当时对海洋沉积的认识。50年代末和60年代初期,由于大规模的国际合作和新技术、新方法的运用,使海洋沉积物的研究提高到一个新水平。尤其是海底沉积矿产、浊流沉积、现代碳酸盐沉积和陆架沉积模式的研究取得了不少新认识。
60年代末期开始实施的深海钻探计划,使海底沉积的研究进入新的阶段,特别是在深海沉积物的类型与分布以及成岩作用的研究方面获得了大量重要资料。
70年代以来,海洋沉积的研究更加深入全面,并派生出一些新的研究方向。如沉积动力学的研究已为很多国家所重视,它的主要目的是解决碎屑物质在不同水动力条件下的搬运过程,以及海底的沉积和侵蚀机制,强调现场观测,在海上使用沉积动力球,可同时测定含砂量、底层流速、流向等多种参数,使研究由静态阶段向动态方向发展。
中国在20世纪50年代末开展了大规模的海洋调查,这是中国海洋沉积研究的开端。60年代以来,又先后对渤海、黄海、东海、南海的沉积类型,物质组成,沉积速率以及陆架沉积模式和沉积发育历史进行了深入的专题调查。在海岸和海底沉积物的搬运及其动力过程的研究方面也有很大进展,同时还开展了深海远洋沉积的调查研究。

沉积类型

传统上,按深度将沉积物划分为:近岸沉积(0~20米),浅海沉积(20~200米),半深海沉积(200~2000米),深海沉积(大于 2000米)。概括地说,可以将海洋沉积划分为大陆边缘沉积和深海沉积。陆隆沉积则介于两者之间。在大陆隆处常见到具有交错纹层的粉砂沉积物,呈透镜体分布,可能由等深线流形成,所以称为“等深线流沉积”。这是近年在陆隆处发现的一种新的沉积类型。
大陆边缘的沉积物主要来自陆源碎屑,可根据沉积物的粒度大小及级配状况划分出砾石、砂、粉砂和泥等沉积类型。生物作用在深海沉积物中居重要地位,因此,可根据生物种类及其含量将深海沉积物划分为有孔虫软泥、颗石软泥、硅藻软泥、放射虫软泥等类型。此外尚有浊流沉积物、火山沉积物、褐粘土以及自生沉积物等非生源沉积物。

来源 搬运和沉积

是影响沉积作用和沉积类型的重要因素。

物质来源

海洋沉积物的来源分为以下几类:①陆源,主要是陆地岩石风化剥蚀的产物,如砾石、砂、粉砂和粘土等,是典型的陆源沉积物。②海洋组分,主要是从海水中由生物作用和化学作用形成的各种沉积物,如海洋生物的遗体,海绿石、磷酸盐、二氧化锰等自生矿物及某些粘土等。③火山作用形成的火山碎屑,大洋裂谷等处溢出的来自地幔的物质,以及来自宇宙的宇宙尘等。
蚀源区的性质决定了陆源物质的原始特征,从而对沉积物的性质产生深刻影响。如黄河径流所携带的固体物质有70%左右沉积在河口区。其特点是 CaCO3含量较高,含有角闪石、白云母、绿帘石等重矿物组合,粒径以0.01~0.05毫米占优势。这些特点不同于长江物质形成的沉积。
在缺少陆源物质的海域,来源于生物和化学作用的产物占有重要地位。在某些海域,特别是较深的海域,生物作用的产物和生物遗体可成为主要的物质来源,如南海外陆架、东海冲绳海槽的有孔虫细砂以及大洋中的生物软泥等。自生矿物也主要见于陆源沉积速率低的海域,如南太平洋中部的沸石沉积等。

物质搬运

在不同海域,物质搬运的动力条件不同。
陆源物质入海主要是河流的搬运,其次是浮冰和风力等地质作用的搬运(见表)。
由河流搬运入海的陆源碎屑很少达到深海,主要是在近岸河口区和内陆架沉积下来,只有少量细粒物质被带到外陆架及更远处。在高纬度海域,由于冰川作用和浮冰搬运,形成了大量粗碎屑沉积。
在大陆边缘,特别是陆架海的物质搬运主要受潮流、密度流、风海流和风浪等作用控制。如欧洲北海,潮差达3米以上,潮流的表面流速可超过 2米/秒。沉积物的搬运受潮流作用控制。有的陆架沉积作用主要受风海流与暴风浪控制,天气好时风海流悬移细粒物质散布到陆架各地,风季时暴风浪对粗粒物质进行搬运。但是,陆架水流往往是由综合因素形成的,在同一陆架的不同部位其流场也不相同。在近岸带一般以波浪和潮流的作用为主。在内陆架往往是由温、盐、密度差与风形成的海流所控制,它们常沿海岸或向外海流动,致使某些大河搬运入海的细粒物质沿海岸扩展或被搬运至远海区,这种模式在中国东海和南海较为典型。外陆架及大陆坡处往往是由与海岸平行的洋流所控制,如黑潮暖流。上升流对物质搬运所起的作用虽属局部性的,但具有特色,一些磷酸盐沉积往往与上升流活动有关。
大陆坡沉积物可因滑坡作用向深海运动;或由于碎屑物质与水混合形成高密度水流即浊流,浊流是将沉积物从陆缘搬运到深海区的主要机制,特别是在冰期低海位时,由河流输送到陆架外缘的沉积物随即以浊流形式进入深海。切割陆架外缘和陆坡的海底峡谷就是输送沉积物的重要通道。另外,底层流(包括等深线流)在深海区沉积物的搬运中起着重要作用。它可以搬运粘土、粉砂甚至细砂,在海脊、海山和深海平原上造成侵蚀。
在高纬度地区,浮冰是搬运沉积物的重要方式。它们目前主要分布在极地至南、北纬 55°左右;在更新世冰期曾远达南、北纬 35°左右。正是由于物质搬运营力的特殊性而使高纬度地区的沉积类型别具一格。
风对海洋沉积物的搬运也有一定作用,如沿大西洋东岸的撒哈拉大沙漠一带,热带风可搬运大量微尘入海。某些深海和浅海沉积物中的粘土和火山灰等也与风的搬运作用有关。
搬运海洋沉积物的营力虽然复杂多变,但就整体来说,起主导作用的仍然是海水的动力条件。

沉积速率

海洋沉积物的沉积速率在海底不同的部位相差甚大。沉积速率的不均一性反映了沉积环境的差异性,从而在沉积类型和沉积厚度上表现出很大的差别。影响沉积速率的主要因素有物质来源状况、气候、构造作用等。在物质来源充足,海洋生物作用产物十分丰富的海域,沉积速率很高,反之则低。由于快速沉积期常与慢速沉积、无沉积或侵蚀期相互交替,故通常使用平均值来表达不同环境中沉积速率的大小。
世界大型三角洲和河口区的沉积速率,最高可达到50000 厘米/千年左右。 在陆坡和陆隆最高可达 100厘米/千年。而深海区一般只有 0.1~10厘米/千年左右。由于深海沉积速率低,加之洋底年龄不老于侏罗纪,故深海洋底的沉积厚度小,平均不过 0.5公里。各大洋的沉积速率也有所不同。大西洋沉积速率较高。太平洋不少海域距陆甚远,大洋周缘被海沟环绕,陆源物质难以越过海沟到达大洋区,故沉积速率较低。北冰洋由于覆冰沉积速率也低。
现代浅海环境中有时会出现无沉积区,可看作是短期的沉积间断;深海钻探揭示,深海沉积中沉积间断也十分常见。这就为某些海洋组分,如自生矿物的大量形成提供了有利条件。

研究意义

研究海底沉积物的类型、组成、分布规律、形成过程和它的发育历史,是海洋沉积学的主要内容,也是海洋地质学的重要组成部分。
海洋沉积物及其土力学性质的研究可为海底电缆和输油管道的铺设、石油钻井平台的设计和施工等海洋开发前期工程提供重要科学依据。海底沉积物的形成环境的研究,可为石油等海底沉积矿产的生成和储集条件提供重要资料,有关现代三角洲和碳酸盐沉积相的研究,日益受到重视。海底沉积物是地质历史的良好记录,运用“将今论古”原则对它加以研究,对认识海洋的形成和演变具有重要意义。