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海洋沉積是各種海洋沉積作用所形成的海底沉積物的總稱。沉積作用一般可分為物理的、化學的和生物的 3種不同過程,由於這些過程往往不是孤立地進行,所以沉積物可視為綜合作用產生的地質體。

1簡介

海洋沉積marine sediment
海洋沉積形成

  海洋沉積形成

海底沉積物的總稱 。沉積包含物理、化學和生物等過程,且往往都是綜合進行的。
①物質來源。包括陸地岩石風化剝蝕而成的礫石、砂、粉砂和粘土等,海水中由生物作用和化學作用生成的固體物質如生物遺體、海綠石、磷酸鹽、二氧化錳以及粘土等,火山碎屑、溢出地幔的物質、宇宙塵等。
②陸源物質的搬運。主要靠徑流,其次靠浮冰和風力帶入海洋,主要沉積於河口和大陸架;浮冰搬運物沉積於高緯度海域。
③沉積。比重大於海水的懸浮物質或顆粒的狀態和沉降的速度,主要受潮流、密度流、風海流和風浪等作用所控制,在不同海區的沉積速率不同:大型三角洲和河口區最高可達50000厘米/千年左右 ;在大陸坡和大陸隆最高可達100厘米/千年;深海區一般只有0.1~10厘米/千年,因而深海洋底沉積物的厚度平均不過0.5千米。
沉積於海底的物質。包括陸源物質(來源於陸地,為流水、風、冰川及海岸帶的剝蝕產物)、生物物質(海洋生物骨骼和遺殼)、宇宙物質(宇宙塵埃)、火山物質(火山灰、火山泥與火山岩的碎屑)、化學物質(經複雜的物理化學作用后沉澱的物質,如碳酸鹽、鮞狀或細粒石灰質軟泥)等。由於所處的環境不同,其粒度、礦物成分、生物和化學組成各不相同。按成因分為機械沉積(因海浪、潮流、洋流、濁流的搬運作用而成)、生物沉積和化學沉積(包括有機質沉積物和無機沉積物);按岩性分為礫岩、砂岩、粉砂岩及石灰岩等;按沉積物的粒度分為巨礫、中礫、礫、砂礫、極粗砂、粗砂、中砂、細砂、極細砂、粉砂和粘土11級;按沉積深度分為濱海沉積(水深0~20米)、淺海沉積(水深20~200米)、半深海沉積(水深200~2000米)和深海沉積(水深>2000米)。海底表層沉積厚度變化於0~2000米間,一般在大陸邊緣較厚,洋中脊較薄。沉積物的分佈特點,從垂直方向看,一般底部粗而上部細;從水平方向看,近岸粗而遠岸細。現代海洋沉積物一般為未固結的疏鬆物質,在海水運動、化學和生物作用下,沉積物發生破碎、運移,並引起成分和性質的變化。在一定條件下,受長期地質作用,疏鬆物質將轉變為半固結或固結的沉積岩。

2沉積分帶

海洋沉積物的分佈受氣候、距陸地遠近和深度等的控制,從而呈現出緯度分帶、環陸分帶等分帶現象。海洋沉積物的分帶性是一種具全球規模的宏觀現象。各種分帶同時存在,相互交織在一起,加以存在有濁流、上升流以及火山活動等區域性現象,致使海洋沉積物呈現出十分複雜的分佈格局。
緯度分帶  在極地冰帶,廣泛出現冰川海洋沉積。在乾燥亞熱帶,褐粘土十分發育。在濕潤的溫帶和赤道帶,生物沉積作用極其旺盛,除有鈣質軟泥外,硅藻軟泥主要見於緯度較高的溫帶海域,放射蟲軟泥富集於赤道帶。在兩極高緯度地帶,沉積物富含長石、岩屑等易風化物質,粘土礦物以綠泥石和伊利石為主。在化學風化強盛的赤道帶,石英含量升高,粘土礦物以高嶺石和蒙脫石為主。深海區最低的沉積速率(小於1毫米/千年)和最小的沉積厚度見於亞熱帶,最高的沉積速率(1~10厘米/千年)和最大的沉積厚度則出現於赤道帶和北溫帶、南溫帶。
瀕臨中國的各個海域,沉積物的緯度分帶亦有其特點。例如,渤海沉積物中的重礦物組合以不穩定礦物佔優勢,如角閃石、綠簾石等。隨著緯度的降低,穩定礦物大量出現(與物源也有一定聯繫)。從北向南,沉積物的「石英化」程度和自生碳酸鹽沉積都有明顯增高,在南海出現了自生文石等。
環陸分帶  在陸緣淺海,以陸源碎屑沉積為主;在半深海海域,既有陸源物質,也有生物和化學作用形成的沉積;至深海區,則主要是生物和化學作用形成的深海沉積。自陸緣向遠洋方向,沉積速率和沉積厚度明顯降低;沉積物從偏灰綠色逐漸過渡為紅褐色。

3研究簡史

1872~1876年英國「挑戰者」號考察,揭開了海洋沉積物調查研究的序幕,特別是有關深海沉積物的分類至今仍有重要意義。1899~1900年,荷蘭船「西博加」號進行的調查在沉積物的分佈及組成等方面也取得重要成果。
第二次世界大戰後,隨著軍事的需求和海底石油等礦產資源的勘探開發,海洋沉積物的研究獲得長足進展。人們開始對特定海域和重大理論課題開展專題調查研究。40年代末期,F.P.謝潑德和M.B.克列諾娃的海洋地質學專著相繼問世,系統地總結了當時對海洋沉積的認識。50年代末和60年代初期,由於大規模的國際合作和新技術、新方法的運用,使海洋沉積物的研究提高到一個新水平。尤其是海底沉積礦產、濁流沉積、現代碳酸鹽沉積和陸架沉積模式的研究取得了不少新認識。
60年代末期開始實施的深海鑽探計劃,使海底沉積的研究進入新的階段,特別是在深海沉積物的類型與分佈以及成岩作用的研究方面獲得了大量重要資料。
70年代以來,海洋沉積的研究更加深入全面,並派生出一些新的研究方向。如沉積動力學的研究已為很多國家所重視,它的主要目的是解決碎屑物質在不同水動力條件下的搬運過程,以及海底的沉積和侵蝕機制,強調現場觀測,在海上使用沉積動力球,可同時測定含砂量、底層流速、流向等多種參數,使研究由靜態階段向動態方向發展。
中國在20世紀50年代末開展了大規模的海洋調查,這是中國海洋沉積研究的開端。60年代以來,又先後對渤海、黃海、東海、南海的沉積類型,物質組成,沉積速率以及陸架沉積模式和沉積發育歷史進行了深入的專題調查。在海岸和海底沉積物的搬運及其動力過程的研究方面也有很大進展,同時還開展了深海遠洋沉積的調查研究。

4沉積類型

傳統上,按深度將沉積物劃分為:近岸沉積(0~20米),淺海沉積(20~200米),半深海沉積(200~2000米),深海沉積(大於 2000米)。概括地說,可以將海洋沉積劃分為大陸邊緣沉積和深海沉積。陸隆沉積則介於兩者之間。在大陸隆處常見到具有交錯紋層的粉砂沉積物,呈透鏡體分佈,可能由等深線流形成,所以稱為「等深線流沉積」。這是近年在陸隆處發現的一種新的沉積類型。
大陸邊緣的沉積物主要來自陸源碎屑,可根據沉積物的粒度大小及級配狀況劃分出礫石、砂、粉砂和泥等沉積類型。生物作用在深海沉積物中居重要地位,因此,可根據生物種類及其含量將深海沉積物劃分為有孔蟲軟泥、顆石軟泥、硅藻軟泥、放射蟲軟泥等類型。此外尚有濁流沉積物、火山沉積物、褐粘土以及自生沉積物等非生源沉積物。

5 來源 搬運和沉積

是影響沉積作用和沉積類型的重要因素。
物質搬運
在不同海域,物質搬運的動力條件不同。
陸源物質入海主要是河流的搬運,其次是浮冰和風力等地質作用的搬運(見表)。
由河流搬運入海的陸源碎屑很少達到深海,主要是在近岸河口區和內陸架沉積下來,只有少量細粒物質被帶到外陸架及更遠處。在高緯度海域,由於冰川作用和浮冰搬運,形成了大量粗碎屑沉積。
在大陸邊緣,特別是陸架海的物質搬運主要受潮流、密度流、風海流和風浪等作用控制。如歐洲北海,潮差達3米以上,潮流的表面流速可超過 2米/秒。沉積物的搬運受潮流作用控制。有的陸架沉積作用主要受風海流與暴風浪控制,天氣好時風海流懸移細粒物質散布到陸架各地,風季時暴風浪對粗粒物質進行搬運。但是,陸架水流往往是由綜合因素形成的,在同一陸架的不同部位其流場也不相同。在近岸帶一般以波浪和潮流的作用為主。在內陸架往往是由溫、鹽、密度差與風形成的海流所控制,它們常沿海岸或向外海流動,致使某些大河搬運入海的細粒物質沿海岸擴展或被搬運至遠海區,這種模式在中國東海和南海較為典型。外陸架及大陸坡處往往是由與海岸平行的洋流所控制,如黑潮暖流。上升流對物質搬運所起的作用雖屬局部性的,但具有特色,一些磷酸鹽沉積往往與上升流活動有關。
大陸坡沉積物可因滑坡作用向深海運動;或由於碎屑物質與水混合形成高密度水流即濁流,濁流是將沉積物從陸緣搬運到深海區的主要機制,特別是在冰期低海位時,由河流輸送到陸架外緣的沉積物隨即以濁流形式進入深海。切割陸架外緣和陸坡的海底峽谷就是輸送沉積物的重要通道。另外,底層流(包括等深線流)在深海區沉積物的搬運中起著重要作用。它可以搬運粘土、粉砂甚至細砂,在海脊、海山和深海平原上造成侵蝕。
在高緯度地區,浮冰是搬運沉積物的重要方式。它們目前主要分佈在極地至南、北緯 55°左右;在更新世冰期曾遠達南、北緯 35°左右。正是由於物質搬運營力的特殊性而使高緯度地區的沉積類型別具一格。
風對海洋沉積物的搬運也有一定作用,如沿大西洋東岸的撒哈拉大沙漠一帶,熱帶風可搬運大量微塵入海。某些深海和淺海沉積物中的粘土和火山灰等也與風的搬運作用有關。
搬運海洋沉積物的營力雖然複雜多變,但就整體來說,起主導作用的仍然是海水的動力條件。

沉積速率

海洋沉積物的沉積速率在海底不同的部位相差甚大。沉積速率的不均一性反映了沉積環境的差異性,從而在沉積類型和沉積厚度上表現出很大的差別。影響沉積速率的主要因素有物質來源狀況、氣候、構造作用等。在物質來源充足,海洋生物作用產物十分豐富的海域,沉積速率很高,反之則低。由於快速沉積期常與慢速沉積、無沉積或侵蝕期相互交替,故通常使用平均值來表達不同環境中沉積速率的大小。
世界大型三角洲和河口區的沉積速率,最高可達到50000 厘米/千年左右。 在陸坡和陸隆最高可達 100厘米/千年。而深海區一般只有 0.1~10厘米/千年左右。由於深海沉積速率低,加之洋底年齡不老於侏羅紀,故深海洋底的沉積厚度小,平均不過 0.5公里。各大洋的沉積速率也有所不同。大西洋沉積速率較高。太平洋不少海域距陸甚遠,大洋周緣被海溝環繞,陸源物質難以越過海溝到達大洋區,故沉積速率較低。北冰洋由於覆冰沉積速率也低。
現代淺海環境中有時會出現無沉積區,可看作是短期的沉積間斷;深海鑽探揭示,深海沉積中沉積間斷也十分常見。這就為某些海洋組分,如自生礦物的大量形成提供了有利條件。

6研究意義

研究海底沉積物的類型、組成、分佈規律、形成過程和它的發育歷史,是海洋沉積學的主要內容,也是海洋地質學的重要組成部分。
海洋沉積物及其土力學性質的研究可為海底電纜和輸油管道的鋪設、石油鑽井平台的設計和施工等海洋開發前期工程提供重要科學依據。海底沉積物的形成環境的研究,可為石油等海底沉積礦產的生成和儲集條件提供重要資料,有關現代三角洲和碳酸鹽沉積相的研究,日益受到重視。海底沉積物是地質歷史的良好記錄,運用「將今論古」原則對它加以研究,對認識海洋的形成和演變具有重要意義。
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