[科普中國(guó)]-海洋沉積

簡(jiǎn)介

海洋沉積marine sediment

海底沉積物的總稱 。沉積包含物理、化學(xué)和生物等過(guò)程，且往往都是綜合進(jìn)行的。

①物質(zhì)來(lái)源。包括陸地巖石風(fēng)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(xué)作用生成的固體物質(zhì)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(zhì)、宇宙塵等。

②陸源物質(zhì)的搬運(yùn)。主要靠徑流，其次靠浮冰和風(fēng)力帶入海洋，主要沉積于河口和大陸架；浮冰搬運(yùn)物沉積于高緯度海域。

③沉積。比重大于海水的懸浮物質(zhì)或顆粒的狀態(tài)和沉降的速度，主要受潮流、密度流、風(fēng)海流和風(fēng)浪等作用所控制，在不同海區(qū)的沉積速率不同：大型三角洲和河口區(qū)最高可達(dá)50000厘米/千年左右 ；在大陸坡和大陸隆最高可達(dá)100厘米/千年；深海區(qū)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(guò)0.5千米。

沉積于海底的物質(zhì)。包括陸源物質(zhì)（來(lái)源于陸地，為流水、風(fēng)、冰川及海岸帶的剝蝕產(chǎn)物）、生物物質(zhì)（海洋生物骨骼和遺殼）、宇宙物質(zhì)（宇宙塵埃）、火山物質(zhì)（火山灰、火山泥與火山巖的碎屑）、化學(xué)物質(zhì)（經(jīng)復(fù)雜的物理化學(xué)作用后沉淀的物質(zhì)，如碳酸鹽、鮞狀或細(xì)粒石灰質(zhì)軟泥）等。由于所處的環(huán)境不同，其粒度、礦物成分、生物和化學(xué)組成各不相同。

按成因分為機(jī)械沉積（因海浪、潮流、洋流、濁流的搬運(yùn)作用而成）、生物沉積和化學(xué)沉積（包括有機(jī)質(zhì)沉積物和無(wú)機(jī)沉積物）；按巖性分為礫巖、砂巖、粉砂巖及石灰?guī)r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(xì)砂、極細(xì)砂、粉砂和粘土11級(jí)；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于0～2000米間，一般在大陸邊緣較厚，洋中脊較薄。

沉積物的分布特點(diǎn)，從垂直方向看，一般底部粗而上部細(xì)；從水平方向看，近岸粗而遠(yuǎn)岸細(xì)?，F(xiàn)代海洋沉積物一般為未固結(jié)的疏松物質(zhì)，在海水運(yùn)動(dòng)、化學(xué)和生物作用下，沉積物發(fā)生破碎、運(yùn)移，并引起成分和性質(zhì)的變化。在一定條件下，受長(zhǎng)期地質(zhì)作用，疏松物質(zhì)將轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍探Y(jié)或固結(jié)的沉積巖。

沉積分帶海洋沉積物的分布受氣候、距陸地遠(yuǎn)近和深度等的控制，從而呈現(xiàn)出緯度分帶、環(huán)陸分帶等分帶現(xiàn)象。海洋沉積物的分帶性是一種具全球規(guī)模的宏觀現(xiàn)象。各種分帶同時(shí)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(dòng)等區(qū)域性現(xiàn)象，致使海洋沉積物呈現(xiàn)出十分復(fù)雜的分布格局。

緯度分帶 在極地冰帶，廣泛出現(xiàn)冰川海洋沉積。在干燥亞熱帶，褐粘土十分發(fā)育。在濕潤(rùn)的溫帶和赤道帶，生物沉積作用極其旺盛，除有鈣質(zhì)軟泥外，硅藻軟泥主要見(jiàn)于緯度較高的溫帶海域，放射蟲(chóng)軟泥富集于赤道帶。在兩極高緯度地帶，沉積物富含長(zhǎng)石、巖屑等易風(fēng)化物質(zhì)，粘土礦物以綠泥石和伊利石為主。在化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)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(qū)最低的沉積速率(小于1毫米/千年)和最小的沉積厚度見(jiàn)于亞熱帶，最高的沉積速率(1～10厘米/千年)和最大的沉積厚度則出現(xiàn)于赤道帶和北溫帶、南溫帶。

瀕臨中國(guó)的各個(gè)海域，沉積物的緯度分帶亦有其特點(diǎn)。例如，渤海沉積物中的重礦物組合以不穩(wěn)定礦物占優(yōu)勢(shì)，如角閃石、綠簾石等。隨著緯度的降低，穩(wěn)定礦物大量出現(xiàn)(與物源也有一定聯(lián)系)。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(xiàn)了自生文石等。

環(huán)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(zhì)，也有生物和化學(xué)作用形成的沉積；至深海區(qū)，則主要是生物和化學(xué)作用形成的深海沉積。自陸緣向遠(yuǎn)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(guò)渡為紅褐色。

研究簡(jiǎn)史1872～1876年英國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)考察，揭開(kāi)了海洋沉積物調(diào)查研究的序幕，特別是有關(guān)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(hào)進(jìn)行的調(diào)查在沉積物的分布及組成等方面也取得重要成果。

第二次世界大戰(zhàn)后，隨著軍事的需求和海底石油等礦產(chǎn)資源的勘探開(kāi)發(fā)，海洋沉積物的研究獲得長(zhǎng)足進(jìn)展。人們開(kāi)始對(duì)特定海域和重大理論課題開(kāi)展專題調(diào)查研究。40年代末期，F(xiàn).P.謝潑德和M.B.克列諾娃的海洋地質(zhì)學(xué)專著相繼問(wèn)世，系統(tǒng)地總結(jié)了當(dāng)時(shí)對(duì)海洋沉積的認(rèn)識(shí)。50年代末和60年代初期，由于大規(guī)模的國(guó)際合作和新技術(shù)、新方法的運(yùn)用，使海洋沉積物的研究提高到一個(gè)新水平。尤其是海底沉積礦產(chǎn)、濁流沉積、現(xiàn)代碳酸鹽沉積和陸架沉積模式的研究取得了不少新認(rèn)識(shí)。

60年代末期開(kāi)始實(shí)施的深海鉆探計(jì)劃，使海底沉積的研究進(jìn)入新的階段，特別是在深海沉積物的類型與分布以及成巖作用的研究方面獲得了大量重要資料。

70年代以來(lái)，海洋沉積的研究更加深入全面，并派生出一些新的研究方向。如沉積動(dòng)力學(xué)的研究已為很多國(guó)家所重視，它的主要目的是解決碎屑物質(zhì)在不同水動(dòng)力條件下的搬運(yùn)過(guò)程，以及海底的沉積和侵蝕機(jī)制，強(qiáng)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，在海上使用沉積動(dòng)力球，可同時(shí)測(cè)定含砂量、底層流速、流向等多種參數(shù)，使研究由靜態(tài)階段向動(dòng)態(tài)方向發(fā)展。

中國(guó)在20世紀(jì)50年代末開(kāi)展了大規(guī)模的海洋調(diào)查，這是中國(guó)海洋沉積研究的開(kāi)端。60年代以來(lái)，又先后對(duì)渤海、黃海、東海、南海的沉積類型，物質(zhì)組成，沉積速率以及陸架沉積模式和沉積發(fā)育歷史進(jìn)行了深入的專題調(diào)查。在海岸和海底沉積物的搬運(yùn)及其動(dòng)力過(guò)程的研究方面也有很大進(jìn)展，同時(shí)還開(kāi)展了深海遠(yuǎn)洋沉積的調(diào)查研究。

沉積類型傳統(tǒng)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（大于 2000米）。概括地說(shuō)，可以將海洋沉積劃分為大陸邊緣沉積和深海沉積。陸隆沉積則介于兩者之間。在大陸隆處常見(jiàn)到具有交錯(cuò)紋層的粉砂沉積物，呈透鏡體分布，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(fā)現(xiàn)的一種新的沉積類型。

大陸邊緣的沉積物主要來(lái)自陸源碎屑，可根據(jù)沉積物的粒度大小及級(jí)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(jù)生物種類及其含量將深海沉積物劃分為有孔蟲(chóng)軟泥、顆石軟泥、硅藻軟泥、放射蟲(chóng)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。1

來(lái)源搬運(yùn)和沉積是影響沉積作用和沉積類型的重要因素。

物質(zhì)來(lái)源海洋沉積物的來(lái)源分為以下幾類：①陸源，主要是陸地巖石風(fēng)化剝蝕的產(chǎn)物，如礫石、砂、粉砂和粘土等,是典型的陸源沉積物。②海洋組分,主要是從海水中由生物作用和化學(xué)作用形成的各種沉積物，如海洋生物的遺體，海綠石、磷酸鹽、二氧化錳等自生礦物及某些粘土等。③火山作用形成的火山碎屑，大洋裂谷等處溢出的來(lái)自地幔的物質(zhì)，以及來(lái)自宇宙的宇宙塵等。

蝕源區(qū)的性質(zhì)決定了陸源物質(zhì)的原始特征，從而對(duì)沉積物的性質(zhì)產(chǎn)生深刻影響。如黃河徑流所攜帶的固體物質(zhì)有70%左右沉積在河口區(qū)。其特點(diǎn)是 CaCO3含量較高，含有角閃石、白云母、綠簾石等重礦物組合，粒徑以0.01～0.05毫米占優(yōu)勢(shì)。這些特點(diǎn)不同于長(zhǎng)江物質(zhì)形成的沉積。

在缺少陸源物質(zhì)的海域，來(lái)源于生物和化學(xué)作用的產(chǎn)物占有重要地位。在某些海域,特別是較深的海域,生物作用的產(chǎn)物和生物遺體可成為主要的物質(zhì)來(lái)源，如南海外陸架、東海沖繩海槽的有孔蟲(chóng)細(xì)砂以及大洋中的生物軟泥等。自生礦物也主要見(jiàn)于陸源沉積速率低的海域，如南太平洋中部的沸石沉積等。

物質(zhì)搬運(yùn)在不同海域，物質(zhì)搬運(yùn)的動(dòng)力條件不同。

陸源物質(zhì)入海主要是河流的搬運(yùn)，其次是浮冰和風(fēng)力等地質(zhì)作用的搬運(yùn)（見(jiàn)表）。

由河流搬運(yùn)入海的陸源碎屑很少達(dá)到深海，主要是在近岸河口區(qū)和內(nèi)陸架沉積下來(lái)，只有少量細(xì)粒物質(zhì)被帶到外陸架及更遠(yuǎn)處。在高緯度海域，由于冰川作用和浮冰搬運(yùn)，形成了大量粗碎屑沉積。

在大陸邊緣，特別是陸架海的物質(zhì)搬運(yùn)主要受潮流、密度流、風(fēng)海流和風(fēng)浪等作用控制。如歐洲北海，潮差達(dá)3米以上，潮流的表面流速可超過(guò) 2米/秒。沉積物的搬運(yùn)受潮流作用控制。有的陸架沉積作用主要受風(fēng)海流與暴風(fēng)浪控制，天氣好時(shí)風(fēng)海流懸移細(xì)粒物質(zhì)散布到陸架各地，風(fēng)季時(shí)暴風(fēng)浪對(duì)粗粒物質(zhì)進(jìn)行搬運(yùn)。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(chǎng)也不相同。在近岸帶一般以波浪和潮流的作用為主。在內(nèi)陸架往往是由溫、鹽、密度差與風(fēng)形成的海流所控制，它們常沿海岸或向外海流動(dòng)，致使某些大河搬運(yùn)入海的細(xì)粒物質(zhì)沿海岸擴(kuò)展或被搬運(yùn)至遠(yuǎn)海區(qū)，這種模式在中國(guó)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(duì)物質(zhì)搬運(yùn)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(dòng)有關(guān)。

大陸坡沉積物可因滑坡作用向深海運(yùn)動(dòng)；或由于碎屑物質(zhì)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(yùn)到深海區(qū)的主要機(jī)制，特別是在冰期低海位時(shí)，由河流輸送到陸架外緣的沉積物隨即以濁流形式進(jìn)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(qū)沉積物的搬運(yùn)中起著重要作用。它可以搬運(yùn)粘土、粉砂甚至細(xì)砂，在海脊、海山和深海平原上造成侵蝕。

在高緯度地區(qū)，浮冰是搬運(yùn)沉積物的重要方式。它們目前主要分布在極地至南、北緯 55°左右；在更新世冰期曾遠(yuǎn)達(dá)南、北緯 35°左右。正是由于物質(zhì)搬運(yùn)營(yíng)力的特殊性而使高緯度地區(qū)的沉積類型別具一格。

風(fēng)對(duì)海洋沉積物的搬運(yùn)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(fēng)可搬運(yùn)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(fēng)的搬運(yùn)作用有關(guān)。

搬運(yùn)海洋沉積物的營(yíng)力雖然復(fù)雜多變，但就整體來(lái)說(shuō)，起主導(dǎo)作用的仍然是海水的動(dòng)力條件。2

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(huán)境的差異性，從而在沉積類型和沉積厚度上表現(xiàn)出很大的差別。影響沉積速率的主要因素有物質(zhì)來(lái)源狀況、氣候、構(gòu)造作用等。在物質(zhì)來(lái)源充足，海洋生物作用產(chǎn)物十分豐富的海域，沉積速率很高，反之則低。由于快速沉積期常與慢速沉積、無(wú)沉積或侵蝕期相互交替，故通常使用平均值來(lái)表達(dá)不同環(huán)境中沉積速率的大小。

世界大型三角洲和河口區(qū)的沉積速率，最高可達(dá)到50000 厘米/千年左右。 在陸坡和陸隆最高可達(dá) 100厘米/千年。而深海區(qū)一般只有 0.1～10厘米/千年左右。由于深海沉積速率低，加之洋底年齡不老于侏羅紀(jì)，故深海洋底的沉積厚度小，平均不過(guò) 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(yuǎn)，大洋周緣被海溝環(huán)繞，陸源物質(zhì)難以越過(guò)海溝到達(dá)大洋區(qū)，故沉積速率較低。北冰洋由于覆冰沉積速率也低。

現(xiàn)代淺海環(huán)境中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)無(wú)沉積區(qū)，可看作是短期的沉積間斷；深海鉆探揭示，深海沉積中沉積間斷也十分常見(jiàn)。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。

研究意義研究海底沉積物的類型、組成、分布規(guī)律、形成過(guò)程和它的發(fā)育歷史，是海洋沉積學(xué)的主要內(nèi)容，也是海洋地質(zhì)學(xué)的重要組成部分。

海洋沉積物及其土力學(xué)性質(zhì)的研究可為海底電纜和輸油管道的鋪設(shè)、石油鉆井平臺(tái)的設(shè)計(jì)和施工等海洋開(kāi)發(fā)前期工程提供重要科學(xué)依據(jù)。海底沉積物的形成環(huán)境的研究，可為石油等海底沉積礦產(chǎn)的生成和儲(chǔ)集條件提供重要資料,有關(guān)現(xiàn)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(zhì)歷史的良好記錄，運(yùn)用“將今論古”原則對(duì)它加以研究，對(duì)認(rèn)識(shí)海洋的形成和演變具有重要意義。3