第十章 深海沉积.ppt

第十章 深海沉积n深海沉积物的来源n深海沉积物的分类n深海陆源沉积n深海生物源沉积n深海粘土和火山沉积n深海沉积中的矿物n深海沉积物的化学成分n深海沉积层和沉积速率n大洋沉积的分布规律一、深海沉积物的来源n陆源物质：河流、海岸侵蚀、风、冰川 、海流n海洋源物质：生物沉积、海底风化、自 生矿物n其他来源物质：火山、宇宙物质1.陆源物质河流把陆源剥蚀产物输入海洋，它要先通过陆架，如陆 架狭窄时可以快速输入深海，但是当通过宽缓的陆架时， 所携带的大部分物质堆积在陆架上，当堆积到足够厚度时 ，在边缘容易产生液化、蠕动、滑塌或因地震引起的崩塌 而形成浊流，再次搬运到深海一部分悬浮物通过海流带 到大洋各处，每年进入深海的悬浮物约有13亿吨围绕大洋长44万公里的海岸线上，波浪和潮汐的侵蚀作 用产物每年不足5亿吨，主要堆积于浅海，少量输入深海风从陆上，主要从沙漠或半沙漠地区卷起的尘沙，随信 风或季风飘向大洋风尘物遍布于大洋沉积物中，每年约 有16亿吨，远多于海岸侵蚀产物大西洋和印度洋上空信风中尘沙的含量为0.68—7.7微克/立方米，邻近撒哈拉大沙漠的大西 洋海区有“昏暗海”之称太平洋信风带中的尘沙要少得多。

中国海上空的尘沙微0.21微克/ 立方米，在西北太平洋深海沉积物中可以检出我国黄土高原的泥和蒙古戈壁的砂粒2.海洋源物质海洋生物的遗骸，下沉到海底堆积而成为深海沉积 物的一种主要来源海洋生物主要有钙质（有孔虫、 颗石等）和硅质（硅藻和放射虫等）的浮游生物，通 常生活在水深500米以上水体内底栖生物相对甚少 浮游生物的生长和繁殖依赖于陆地供应的营养盐（主 要由河流输入），浮游动物吞食浮游植物和细粒悬浮 物及吸取海水中的各种营养盐类，组成有机体、骨骼 和壳体浮游植物因为还要依赖阳光进行光合作用，所以 通常生活在水深100米以内的表层海水中，作为海洋第 一食物链，他的生产力影响着浮游动物的生长和繁殖 据估计，表层海水中浮游植物的生产力（初级生产力）每年约 150亿吨碳，所消耗的营养盐大大超过了河流的供应量（约7亿 吨有机质），所不足的营养盐是由浮游生物死亡之后，在下沉 的过程中大部分（90％以上）被分解而使营养物质再进入海水 来补充的浮游生物的世代交替需要水体充分的对流和循环， 并需要适于生物生长的温度和阳光的环境在赤道带，尤其上升流幅散带，具有这样良好的条件，所以成 为生物繁盛带（即高生产带），这是由于温暖的表层海水在地 球自转和大气环境影响下，以暖性洋流运移方式向南北两极流 去，而南北两极的海水由于温度低，密度高而下降，潜入海底 ，以冷性洋流运动的方式向赤道方向流去，所以洋流和气候带 不但控制了浮游生物的生产力而且也控制了洋底生物源沉积的 特点和分布。

海底的基岩经过海解作用（海底的风化作用）形成 的物质，也成为深海沉积的一部分海底的海解速 率远远低于陆上的风化在大洋底流流经处，非但 促使海解作用的加速进行，而且还把海解产物搬至 较远处，碎屑颗粒的分选性和磨圆度也随之变好在海水中，尤其在海水和沉积物之间的界面上，由 于海解而溶于海水中的物质和陆源输入的溶解物质 （包括海底火山喷出的）通过化学沉淀而析出各种 水成矿物—海洋自生矿物，其中部分是固体物质水 化蚀变而成3.其它来源物质大洋周围和大洋内部（火山岛屿和海底火山）、火山喷 发物每年约有30亿吨抛向海洋枕状熔岩分布在海底火 山附近；火山弹散落在火山周围数十公里的海域内；浮 石在海面上可以漂浮很远；火山灰在大气中可以飘扬几 千公里，甚至绕地球几圈后才慢慢散落入大洋宇宙物质（陨石和尘埃），每年约有几千吨（每日约有 1—2千万颗）落到地球表面其中约有3/4落入海洋， 主要见于沉积速率非常低的褐色粘土中它们常呈直径 0.1—0.5毫米的黑色强磁性小球，多者在每平方米内可 发现20—30颗，甚至几千颗，从表层向下迅速减少，5 米以下便难以查出，可能因石陨石不易和其它沉积物相 区别，而铁陨石容易分解。

二、深海沉积物的分类深海沉积物是指沉积在大于500米左右水深的沉积 物，这些沉积物以生物成分和远洋粘土为主按描述—成因综合方法分为如下类型：1.远洋沉积物：红粘土、放射虫软泥、硅藻软泥 、 抱球虫软泥2.陆源沉积物：青泥、红泥、绿泥、火山泥、珊 瑚泥• 红粘土、硅质软泥和钙质软泥是分布最广的沉积物 • 红粘土因为含有铁质矿物的氧化物而具有暗褐至红 色，并由各种粘土矿物组成其次要成分包括火山 灰、宇宙球粒、鱼齿及鱼骨，有时也有痕量碳酸盐 和二氧化硅 • 硅质软泥是放射虫软泥（放射虫壳含量大于或等于 30％）或硅藻软泥（硅藻细胞含量大于或等于30％ ） • 钙质软泥是指超微化石软泥（超微化石含量大于或 等于30％），有孔虫软泥（有孔虫壳含量大于或等 于30％）或翼足虫软泥（翼足虫壳含量大于或等于 30％）研究表明钙质沉积物覆盖于洋隆或浅台之上，而红粘土则遍布于整个深海盆地硅质沉积是生物 高繁殖力地区，特别是大洋边缘，赤道幅散带，南极辐合带以南的特征产物陆源沉积物是经过 几种过程被搬运到海底去的，有些离来源区很远这个图表明钙质软泥和粘土在整个洋盆内的分布主要受地形的控制硅质软泥富集在高纬度区和 赤道太平洋和印度洋以及诸如南美洲西部岸外等海岸上升流地区。

冰川—海洋沉积物主要分布在 高纬度地区深海沉积作用有4种主要机制，即从水柱中沉降； 重力流的底部搬运作用，包括浊流、碎屑流、颗粒 流及滑坡；地转流的搬运作用，包括等深流；或洋 底上的化学和生物沉淀作用陆源沉积物是来源于陆地的沉积物，其中包括纵多 的近岸沉积物，浊积物、水道沉积物以及风成和冰 川海洋沉积物生物沉积物是生物成因的近岸生物沉积类型包括 钙质砂和珊瑚、苔藓或软体动物的生物灰岩，而深 海生物沉积类型则包括碳酸盐和硅质沉积物以及富 有有机质沉积物• 远洋沉积物是通过水柱沉积的，并包括尘物物质 、陆源粘土和粉砂，通过大气飞入大洋的火山碎 屑物质，冰载碎屑物质以及宇宙物资 • 半远洋沉积物是陆源和生物成因的物质的混合物 • 火山成因沉积物包括风运火山灰，海底火山碎屑 流，由喷发于海底的火山碎屑所构成的玻质碎屑 以及改造过的火山碎屑物质 • 多种物质是经过改造再沉积于洋底之上的，包括 由重力流向陆坡下搬运的（主要由河流）陆源物 质和由于海底火山活动和改造产生的火山物质以 及由底层流改造再沉积的深海沉积物大多数沉积物是用粒度，成分描述以及形成过程， 或者上述三者的某种综合来进行分类但是，最成 功的分类是成分描述和形成过程的综合分类。

描述 性分类和成因分类两者之间并不是排斥的，存在大 量的部分一致沉积物的分类的最终目的是要了解各种沉积作用及 其相互关系因此，沉积学的一个目标是要发展一 种既能反映沉积物成因又能反映其历史的分类系统 遗憾的是，基于沉积物成因的分类导致了一系列 的争论，因为至今对很多沉积过程了解得还很不够 ，而很难从一系列交替的沉积过程中选择出单一的 形成过程因此，描述性分类目前仍然最有用并最 广泛地得到利用分类方法粒级分类在海洋地质研究中一直广泛利用着基于颗粒大小的 粒级分类法这种方法将连续分布着的不同大小的 颗粒，系统地划分成几个等级或级别，并可用算术 的或几何的方式表示相对而言，几何粒级分类法 比较优越目前最常用的是Krumbein（1936）的粒 级，他根据Wentworth(1922)和Udden(1914)系统制 订了他的分类分类方法粒级分类Krumbein的粒级尺度从1毫米开始，以幂数2增大或减小；每一 粒级的极限值是邻近小粒级极限值的2倍；颗粒粒级的大小通 常用Φ单位表示 Φ值等于粒径以毫米为单位时2为底数的负 对数值，这样表示粒级比较方便这种分级如下：通常利用较细沉积物的宽范围分级是：砂为2000—62微 米；粉砂为62—4微米；泥为小于4微米。

成分分类Lisitzin（1972）曾把深海沉积物划分为陆源的（ 碳酸钙和二氧化硅含量小于30％），生物的（生物 成因的碳酸钙和二氧化硅的含量大于30％），化学 的（来自海水的化学沉淀），火山的（主要由火山 碎屑物质组成）以及多成因的（红粘土）沉积物Berger（1976）提出了远洋和半远洋的成因分类（ 如表），此分类是对洋盆主要沉积物最适用的分类 之一，但是它并部包括其他各类沉积物关于分类，从一个不确切的，定性的和一般命名发展 到准确的，基于标准描述参数的沉积物名称和分类系 统（1981）此间，相继出现了3个主要分类，其中最 后一个是Van Andel（1981）所总括的，已被深海钻探 计划正式采纳，并从1974年实施的第38航次开始得到 应用这种分类主要是描述性的，尽管在成因和成分描述不 发生冲突时，或与承认各种流的搬运机制的特殊产物 不发生矛盾时，它也包含一些成因含意此分类并不 试图区分远洋和陆源沉积物，以便能认识到所有主要 和次要成分的重要性为此，利用岩石显微镜进行了 常规的沉积物玻片油浸鉴定利用常规的偏光显微镜 ，在油浸的沉积物玻片能进行粗砂以外的所有其他成 分的定量分析早期分类所采取的步骤在该分类中所采用的规则概括如下（ Weser,1973;Heyes,Frakes等，1975）：Ⅰ成分的顺序ⅰ主要成分1.采用较高含量（规定为含量大于25％者）的沉积 物来命名沉积物的名称2.当沉积物含有2个以上主要成分时，把最高含量的 沉积物名称列在最右边，而把其余主要成分依次向 左进行排列。

3.分级极限，当沉积物中有2个或更多种主要成分时 ，按25％间隔进行命名• ⅱ次要成分 • 1.含量10—25％的成分做为前缀用“富 ”字加到沉积物名称之前；50％超微化 石，30％放射虫，20%沸石的沉积物则命 名为富沸石放射虫超微化石软泥 • 2.含量2—10％的成分做为前缀，用“含 ”字加到沉积物名称之前 50％超微化 石，40％放射虫，10%沸石的沉积物，则 命名为含沸石放射虫超微化石软泥Ⅱ生物成分命名规则ⅰ超微化石一词只用于颗石藻和盘星石的钙质壳ⅱ在沉积物名称中可以用缩写词foram , rad , spicule来分别表示有孔虫、放射虫及海绵骨 针 ⅲ软泥是按照微体化石来反类命名的，无论何时 都以沉积物中为主的一种微体化石来命名 ⅳ白垩这一词是用来描述半石化的碳酸盐软泥和 石灰岩状碳酸盐软泥 ⅴ把半石化的硅藻和放射虫软泥分别叫做硅藻土 和放射虫岩石化的硅质软泥叫做燧石Ⅲ碎屑沉积物命名规则ⅰ碎屑成分，无论岩屑，火山成因的，生物成因的，或者 是自生的，都给予一结构名称当碎屑颗粒（这些颗粒来 自原来的岩石侵蚀作用）为某一种沉积物的单一碎屑成分 时，就用单一结构术语来命名沉积物适当的术语取自 Shepard(1961)的三角图（如图）ⅱ当生物成因的或自生成分与碎屑颗粒同时出现 时，不给生物成因的或自生物质以某一结构名称 。

通过重新计算碎屑物质的粒级成分至百分之百 ，对碎屑物质进行结构分类由于非碎屑部分存 在，对碎屑成分需要给以成分术语“碎屑”如，有孔虫40％，碎屑部分中的粘土粒级40％（ 重新计算到67％），粉砂粒级20％（重新计算到 33％）这种沉积物的合适的名称是有孔虫碎屑粉砂质粘 土，这就表明着各个主要成分并按其重要性作排 列1974年被正式采纳的JOIDES分类是为了简化沉积物 名称，促进统一用法和减少定量分界数目而设计的 因此减少了各种沉积物成分计算上的误差下图 综括了这种分类三、深海陆源沉积1.浊流沉积浊流是发生于浅海的一种水和泥沙 混杂的高密度的底流，它沿着陆坡 向下流动，侵蚀海底峡谷，直到深 海平原把泥沙沉积下来而消逝三、深海陆源沉积 1.浊流沉积1936年，戴利为解释海底峡谷的深海砂，提出了浊 流的概念1939年，约翰逊在讨论类似现象时，使用了“浊流 ”一词其后许多学者对它进行了大规模的调查和模拟试验 ，直到1950年奎年等人提出浊流可导致沉积深海砂 模拟试验还证实了它具有巨大的破坏、搬运、沉。