[科普中國]-深海沉積

簡(jiǎn)介

深海沉積是指水深大于2000米的深海底部的松散沉積物。主要分布在大陸邊緣以外的大洋盆地內(nèi)。2深海沉積物主要是生物作用和化學(xué)作用的產(chǎn)物，還包括陸源的、火山的與來自宇宙的物質(zhì)。其中濁流、冰載、風(fēng)成和火山物質(zhì)在某些洋底也可以成為主要來源。由于海底自生礦產(chǎn)資源主要產(chǎn)于深海，而且古海洋學(xué)、古氣候?qū)W的發(fā)展也有賴于深海沉積物的研究。因此，深海沉積的研究日益受到重視。

分類原則以沉積物的粒度類型為基礎(chǔ)，結(jié)合沉積物的生物、礦物、化學(xué)特征，從沉積物的成因觀點(diǎn)綜合分析。1

類型生源沉積物

統(tǒng)稱生物軟泥，指含生物遺體超過30%的沉積物。2主要有兩種：

①鈣質(zhì)軟泥，為鈣質(zhì)生物組分大于30%的軟泥（生物組分以碳酸鈣為主），包括有孔蟲軟泥（抱球蟲軟泥）、白堊軟泥（顆石藻軟泥）和翼足類軟泥。

②硅質(zhì)軟泥，為硅質(zhì)生物組分大于30%的軟泥（生物組分以非晶質(zhì)二氧化硅為主），包括硅藻軟泥和放射蟲軟泥。

非生源沉積物

主要有：①褐粘土，②自生沉積物，③火山沉積物，④濁流沉積物，⑤滑坡沉積物，⑥冰川沉積物，⑦風(fēng)成沉積物。有些學(xué)者常把深海的各種生物軟泥和褐粘土稱為遠(yuǎn)洋沉積物。2

組成深海沉積物主要由海洋生物遺骸、自生沉積、風(fēng)成塵、火山灰、宇宙塵、陸源粘土膠體和冰筏碎屑組成。3

特征現(xiàn)代大洋底部主要深海沉積物類型

深海沉積物在性質(zhì)上不均勻，是通過不同的沉積作用形成的。現(xiàn)代大洋沉積物的組成是多種多樣的。主要沉積物有：陸源碎屑沉積物、硅質(zhì)沉積物、鈣質(zhì)沉積物、深海粘土，深海軟泥，與冰川有關(guān)的沉積物和大陸邊緣沉積物等。

水動(dòng)力等條件

洋流流動(dòng)緩幔，海底溫度低，物理風(fēng)化作用微弱，化學(xué)作用也很緩慢，沉積速率很低。沉積構(gòu)造：水平層理、韻律層理、塊狀層理。沉積物：主要有深海軟泥和深海粘土組成。

軟泥或深海軟泥

含量>30%的微體生物殘骸組成，如抱球蟲軟泥和放射蟲軟泥（放射蟲殘骸50%以上）。碳酸鹽含量平均65%，也可稱為鈣質(zhì)軟泥。碳酸鹽少于30%，可稱為硅質(zhì)軟泥。深海黏土：少于30%的微體生物殘骸組成稱為。深海粘土中，褐色粘土是深海遠(yuǎn)洋中最主要的一種沉積物類型，主要由粘土礦物及陸源穩(wěn)定礦物殘余物組成，尚有火山灰和宇宙微粒。碳酸鹽含量少于30%。在局部地區(qū)，各種礦物的化學(xué)和生物化學(xué)沉淀作用也是形成深海沉積的一個(gè)重要因素，如錳結(jié)核、鈣十字沸石等，可導(dǎo)致Fe、Mn、P等礦產(chǎn)的形成。另外，海底火山、火山噴發(fā)、風(fēng)以及宇宙物質(zhì)也為深海環(huán)境提供了一定數(shù)量的物質(zhì)來源。

古生物特征

濁流作用停息時(shí)，深海沉積中含典型的遠(yuǎn)洋浮游生物，如有孔蟲、放射蟲等，在層面上有復(fù)雜的遺跡化石，如彎曲狀、螺旋狀、網(wǎng)格狀等。在濁積巖中則有異地帶來的淺水化石，如淺水底棲有孔蟲、鈣藻和大型介殼化石等。海底扇及其沉積模式

巖礦特征

深海濁積砂巖的成熟度低，其礦物成分為陸源碎屑，且多為不穩(wěn)定成分。除石英之外，還有相當(dāng)多的巖屑、長(zhǎng)石、云母和泥質(zhì)，多為硬砂巖或巖屑砂巖及長(zhǎng)石砂巖類。有時(shí)含淺水生物碎屑。分選和磨圓均較差，基質(zhì)含量一般大于15%(基質(zhì)支撐結(jié)構(gòu))。

海底扇主要是由濁流和部分滑塌作用在海底峽谷出口處的深海中形成的水下扇形堆積體。

主要巖相海底扇沉積中除了濁流沉積外，還包括下列主要巖相類型（按海底扇沉積體系表達(dá)，濁積巖和鮑馬序列只是其中一部分）：4

塊狀砂巖相

以塊狀砂巖為主，夾少量頁巖。砂巖底部具沖刷構(gòu)造，遞變層理不明顯。由液化流或顆粒流形成的。

海底扇沉積模式

具碟狀和管狀構(gòu)造的塊狀砂巖相

其特征與塊狀砂巖相類似，所不同的是發(fā)育有液化作用形成的碟狀構(gòu)造和管狀構(gòu)造。

遞變層理礫狀砂巖相

粒度比濁積巖的A、B段粗，頁巖和泥巖很少。底界沖刷面和底痕，遞變層理，平行層理。

顆粒支撐的礫巖相

分為塊狀混雜礫巖、雙向遞變礫巖、正遞變礫巖和遞變—層狀礫巖。

基質(zhì)支撐的塊狀混雜礫巖相

在礫石之間含有大量泥和砂的基質(zhì)，分選性差，無定向組構(gòu)，形成于水下碎屑流。

滑塌巖相

具有基質(zhì)支撐的混雜結(jié)構(gòu)，見有明顯的滑塌現(xiàn)象。扇根：是主水道發(fā)育區(qū)；主要是各種粗碎屑堆積（礫巖組成的非濁流塊體—重力搬運(yùn)沉積物）；塊狀混雜礫巖、雙向遞變礫巖、遞變—層狀礫巖。水道兩側(cè)天然堤上主要是粉砂和粘土組成的低密度濁積巖，相當(dāng)于鮑馬層序的C、D、E段。

扇中：網(wǎng)狀水道和扇前朵葉的分布區(qū)。網(wǎng)狀水道中主要發(fā)育遞變層理礫狀砂巖、塊狀砂巖、具碟狀構(gòu)造的塊狀砂巖；水道之外的漫堤沉積物，主要是細(xì)粒的低密度遠(yuǎn)洋濁積巖，相當(dāng)于C、D、E段。

扇端：平緩，無水道發(fā)育。主要是濁積巖。為末梢濁積巖或稱遠(yuǎn)源濁積巖：主要由C、D、E段組成。

分布沉積物不同的沉積類型，其分布不同。

鈣質(zhì)軟泥覆蓋大洋面積約45.6%。主要分布在大西洋、西印度洋與南太平洋。分布水深平均約為3600米。以有孔蟲軟泥分布最廣，顆石藻軟泥次之，翼足類軟泥主要由文石組成，易于溶解，分布很窄，主要存在于大西洋熱帶區(qū)水深小于2500～3000米的地方。

硅質(zhì)軟泥。覆蓋大洋面積約10.9%。硅藻軟泥主要分布在南、北高緯度海區(qū)（南極海域與北太平洋），平均水深約3900米。放射蟲軟泥主要分布在赤道附近海域，平均水深約為5300米。

褐粘土也稱紅粘土或深海粘土，為生源物質(zhì)含量小于30%的粘土物質(zhì)。因含鐵礦物遭受氧化而呈現(xiàn)褐色至紅色。在大洋中所占面積約為30.9%，主要分布在北太平洋、印度洋中部與大西洋深水部位。平均分布水深為5400米。由于分布水深較大，生源物質(zhì)大部分被溶解，所以非生源組分占優(yōu)勢(shì)。主要成分是陸源粘土礦物，此外還有自生沉積物（如深海沉積氟石、錳結(jié)核等）、風(fēng)成沉積物、火山碎屑、部分未被溶解的生物殘?bào)w及宇宙塵等。

自生沉積物海水中由化學(xué)作用形成的各種物質(zhì)。主要有錳結(jié)核、蒙脫石和氟石等。錳結(jié)核的分布十分廣泛，但其成分隨地而異（見深海錳結(jié)核）。蒙脫石與氟石在太平洋與印度洋比較豐富，大西洋稀少。

火山沉積物來自火山作用的產(chǎn)物。主要分布在太平洋、印度洋東北部、墨西哥灣與地中海等地。

濁流沉積物由濁流作用形成的沉積物，常呈陸源砂和粉砂層夾于細(xì)粒深海沉積物中。主要分布在大陸坡麓附近，在太平洋北部和印度洋周圍較發(fā)育。

滑坡沉積物由海底滑移或崩塌形成的物質(zhì)。主要分布在大洋盆地的邊緣及一些地形較陡的海域。

冰川沉積物大陸冰川前端斷落于海中形成的浮冰挾帶著來自陸地和淺水區(qū)的碎屑物質(zhì)，可達(dá)遠(yuǎn)離大陸的深海地區(qū)。當(dāng)浮冰融化，碎屑物質(zhì)沉落海底，便形成冰川沉積物。主要分布在南極大陸周圍和北極附近海域。

風(fēng)成沉積物為風(fēng)力搬運(yùn)入海的沉積物。主要分布在太平洋和大西洋南緯30°和北緯30°附近的干燥氣候帶及印度洋西北海區(qū)。風(fēng)成沉積物有時(shí)不單獨(dú)列為深海沉積的一個(gè)類型。

此外，在深海沉積物中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的宇宙塵，因其數(shù)量較少，一般也不單獨(dú)列為一種沉積類型。但是深海宇宙塵的研究具有重要的價(jià)值。

概括地說，深海沉積物分布的狀況是：各大洋中以鈣質(zhì)軟泥和褐粘土為主，鈣質(zhì)軟泥主要分布在海嶺和高地上，褐粘土則見于深海盆地；硅質(zhì)軟泥和冰川沉積物主要分布在南、北極附近海域；放射蟲軟泥主要分布在太平洋赤道附近；自生沉積物分布在太平洋中部和南部以及印度洋東部；濁流沉積物分布在洋盆周圍；火山沉積物散布在各地并在火山帶附近富集。53

影響因素影響和控制深海沉積的因素除物質(zhì)來源外，搬運(yùn)營(yíng)力和沉積作用也有重要影響。

在深海區(qū)，搬運(yùn)沉積物的營(yíng)力主要有大洋環(huán)流、濁流和深海底層流等。在局部海域風(fēng)與浮冰的搬運(yùn)也有重要作用。環(huán)流將細(xì)的陸源懸浮物與生源物帶至深海，在底層流活動(dòng)強(qiáng)烈的大洋邊緣，常順流向形成窄長(zhǎng)的沉積體。在底層流活動(dòng)弱的地區(qū)，沉積物均一地覆蓋于海底。

洋盆中由于生物、物理和化學(xué)條件的不同，導(dǎo)致各類沉積物的沉積因素也不同。影響鈣質(zhì)沉積物的主要因素有：生物的供應(yīng)、水深、深水循環(huán)狀況等。雖然鈣質(zhì)生物死亡后在下沉過程中大部分被溶解，但生產(chǎn)力越高，在海底堆積的生物殘?bào)w的絕對(duì)量就越多，所以鈣質(zhì)軟泥主要分布在熱帶和溫帶生產(chǎn)力高的海域。此外，碳酸鹽補(bǔ)償深度對(duì)鈣質(zhì)沉積物的分布也有重要影響。影響硅質(zhì)沉積物的主要因素有：硅質(zhì)生物的供應(yīng)量，硅質(zhì)骨骼的溶解程度等。例如，在南、北兩極附近海水中含有豐富的硅藻，因此，硅藻沉積物廣布于高緯度海域。

深海沉積物的沉積速率極其緩慢，一般約為 0.1～10厘米/千年。由于受陸源物質(zhì)的影響,從洋盆邊緣到中心，沉積速率由大變小，而且，不同的沉積類型，甚至不同的洋底部位上其沉積速率也有很大的差別。鈣質(zhì)沉積物的沉積速率約為1～4厘米/千年;硅質(zhì)沉積物的沉積速率約為0.1～2厘米/千年，深海粘土的沉積速率最低，小于0.1～0.4厘米/千年。2

深海沉積學(xué)的發(fā)展20世紀(jì)50年代以來深海沉積學(xué)的一系列突破性發(fā)展，打破了沉積學(xué)的長(zhǎng)期靜寂，也推動(dòng)了地球系統(tǒng)演變中一系列相關(guān)學(xué)科。從幾個(gè)方面回顧了國際深海沉積學(xué)的發(fā)展歷程：從濁流到等深流，從深海風(fēng)暴到沉積牽引體，從沉積捕集器到海底邊界層的定點(diǎn)觀測(cè)，從沉積過程的時(shí)間序列到海底聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)系統(tǒng)，以至連接現(xiàn)代沉積過程和層序地層學(xué)的“從源到匯”，和深海沉積過程在碳循環(huán)中作用的研究。由于這種種發(fā)展，深海沉積學(xué)成為地球系統(tǒng)科學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；仡櫚雮€(gè)多世紀(jì)來的深海沉積學(xué)，其重大進(jìn)展都是和海洋的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)緊密相連，都得益于與相關(guān)學(xué)科的結(jié)合，也都有大型國際計(jì)劃作為依托，可惜這些計(jì)劃幾乎全在歐美海區(qū)。我國當(dāng)前出現(xiàn)了發(fā)展深海沉積學(xué)的良機(jī)，建議除了增加投入和設(shè)備外，要盡快啟動(dòng)深海大型科研計(jì)劃的實(shí)施。6