第3章海洋沉积2013

第三章 海洋沉积 海洋沉积物：指一些岩石侵蚀下来的碎 屑颗粒以及灰尘（即泥沙）及其它来源 的碎屑通过各种途径最终在海底沉积下 来的堆积体。 “一颗泥沙的旅程” 我的诞生 我的基岩母亲 我的出生地： 山坡、平原？ 砰的一声 ，没有孙 猴子，只 有我和我 的兄弟姐 妹们 风化作用 人们把“我”和“他们 ”的诞生称为 出生时我们棱角鲜明 漂石（粒径最大256mm）、鹅卵石、小鹅 卵石、砾石(2mm)、沙(0.0039-2mm)、泥 或者黏土（0.0039mm粒径最小） 我的旅程 搬运过程 搬运方式 河流搬运 风力搬运 冰川搬运 重力搬运 重力分选 ， 依赖于搬 运动力（ 流速、风 速） 水流及风对泥沙的搬运过程 起动搬运力（流速、风速）沉积环境 动力分选作用 粗中砂细沙泥 强 中 弱 强 沿程长距离搬运： 分选好，磨圆度好 主要为石英矿物 我的沉积 动力变弱后，我就会“暂时”沉积下来，成为海 底主要组成部分 河流湖泊、 河口、海洋 深海 陆架、陆坡 大陆裙 河口 海岸（海滩） 巨量的细颗粒泥沙 粉砂淤泥沉积 沉积过程复杂、动力强现代沉积、残留沉积、浊流沉积 动力弱 ，泥质 沉积 深海粘 土 主要沉积区 主要沉积 区 蘇花公路 石块、砾石、沙等 混杂沉积 砂砾质海岸砂砾质海岸 细沙 砾石 砂砾石 礫灘 三仙台 砾石海滩、坡度 陡 粉砂淤粉砂淤泥质海岸泥质海岸 珊瑚礁海岸珊瑚礁海岸 冰雪海岸冰雪海岸 冰积物 陆架沉积包括现代陆架沉积物（粉砂、淤泥沉积） 和陆架残留沉积物（砂质沉积，70%的陆架上分布） 陆架沉积 深海沉积深海黏土 深海黏土至少由70%以上的陆源细颗粒物质 组成 这些陆源沉积物由风或者大洋环流经过长距离 的搬运，然后沉积在深海盆地。 特征：颗粒极细，深海黏土含有大量氧化 铁，其颜色多呈红褐色或者浅黄色。 深海盆地中深海黏土占主导地位的原因并不是 因为有足够多的黏土沉积在海底，而是因为其 它能沉积在深海海底的物质太少。 我最主要的“异类”伙伴 生物源沉积物 来源：主要是有机 生物体死亡后的固 体残余部分。从微 小的珊瑚虫到鱼、 鲸鱼的尸体。当有 机体死亡后，其固 体部分沉积在海底 ，形成生物沉积。 来源及分类 按颗粒大小，生 物沉积可划分为 大型生物沉积和 微型生物沉积 生物软泥 n硅质软泥 生物壳类物质 为二氧化硅、 含量超过30% 的海底泥状物 质 生物软泥 n钙质软泥 生物壳类物质 为碳酸钙组 成、含量超 过30%的海底 泥状物质 生物软泥是指海底生物壳类物质的含量超过30%、粒径非常 小的泥状物质。 硅质软泥的生物来源 微型海藻（即硅藻 属） 微型生物 散线虫类（放射虫 类） 海藻（硅藻属）死亡聚集成泥岩化（硅藻土） 海藻通过光合作 用释放出硅 单细胞原生动物 海藻（硅藻属） 大部分海藻类都有连在一起 的两部分外壳，这些小外壳 上都有一些小洞,用来从外界 吸取营养和排放自身的垃圾. 这类浮游动物有着硅质 的长穿刺，体形非常对 称，经常被当作活着的 海洋雪花 硅藻属外壳、放射虫类以及其它分泌 硅质物的海洋生物的堆积体（含量超 过30%）统称为硅质软泥 钙质软泥的生物来源 球形藻：单细胞海 藻 微型生物 有孔虫类 海藻（硅藻属）死亡聚集成泥岩化（白垩） 要进行光合作用 单细胞原生动物 20或30个海藻一 起构成一个球形 的形状 球石软泥 有孔虫软泥 图a 球形藻 上图为英国南部的白色峭壁就 是由这种在洋底形成的碳酸钙 软泥岩石化后，白垩层随着地 壳运动上升露出水面，并经过 侵蚀切割形成的峭壁 有孔虫类、球形藻 类及其它分泌钙质 的海洋生物的堆积 体（含量超过30% ）统称为钙质软泥 钙质软泥和硅质软泥的分布 生物生产力 破坏程度 稀释过程 分布在生物生产分布在生物生产 力高的深海海盆力高的深海海盆 你在海洋什么位置能发现钙质软泥或硅质软泥？ Where？WHY？ 硅质软泥的分布及成因 在海洋中，所有深度上硅含量都是不饱和的， 海水持续缓慢地溶解硅质生物。 海底的硅质软泥又是如何形成的呢？ n硅质软泥主要形 成于冷水区，特别 是上升流海区，深 海的冷水被带到海 表，营养盐含量高 ，生物生产力极 高。 n成因：一是海水中聚集硅的 速度超过溶解硅的速度。例如 在同一时间，大量的硅质外壳 同时下沉，就会在海底形成硅 质软泥堆积。二是这些硅质生 命体沉积在海底上被其它硅质 外壳或沉积物覆盖，就不再被 海水溶解。所以，硅质软泥只 会出现在富硅质有机体的生产 力特别高的海域。 如图所示，硅质软泥只会出现在富硅质有机体的生产力特别高的海域 浅海沉积和深海沉积在世界海洋中的分布 硅质软泥主要分布在南极海及赤道太平洋海域 钙质软泥的分布及成因 CCD 溶解 跃面 海水中钙溶解 的影响因素 CCD深度下不会出现钙质软泥， 如果在ccd深度下发现钙质软泥， 原因何在？ 钙质软泥形成 限制条件：CCD 在大洋的一定深度，海水压力的增加以及海水中 二氧化碳的含量的增加都达到一定值时，碳酸钙 开始溶解，这个临界面就称为溶解跃面。 海水温度、压力 海水钙补偿深 度（CCD）是 指钙开始溶解 的深度（溶解 跃面）之下的 某一深度，在 这个深度，碳 酸钙的溶解速 度增加极大， 钙类物质很快 就被海水溶解 掉，超过此深 度的海底其沉 积物中基本上 不会含有钙质 物。 相对温暖的海水上层 及浅海区域，海水的 钙含量完全饱和，所 以在该深度之上碳酸 钙并不溶解。若海底 未低于该深度（CCD) ，钙质死亡有机体聚 集沉积在海底形成钙 质软泥。 海底扩张而后被其它沉积物覆盖 分布 CCD深度及钙质软泥的空间分布 大洋平均CCD深度 约是海面下 4500m 在大西洋中，该深 度达到6000m， 而在太平洋中， CCD平均深度仅为 3500m。 Title Add your text 钙质软泥，则主要出 现在温暖的大洋浅水 区域（深度高于CCD 的海域）。 钙质软泥的高含量（ 甚至超过80%）区主 要是在大洋中脊，而 在深度超过CCD的海 盆中很小发现现代钙 质软泥的分布 钙质软泥的分布范围最广， 整个大洋中，钙质软泥的分布占主导地位，其 覆盖面积约占世界大洋海底面积的48%，深海 黏土占38%，而硅质软泥占14%。 我其它的“异类”伙伴 自生矿物、宇宙源沉积物（天外来客陨石） 锰结核 磷酸盐 碳酸盐 金属 硫化物 蒸发盐 自生矿物沉积物 溶解物质析出、沉淀 自生矿物只占海底沉 积物的很小一部分 以结核块状分布在陆架上以及水深小于1000m海底 磷酸盐（如磷钙石）可用做肥料， 自生碳酸钙沉积 物是直接由海水 进行析出沉淀， 在热带浅海环境 中，结晶出2mm 左右的文石晶体 沉积在地热口及大洋中脊; 包含有铁、 镍、铜、锌、银及其它金属矿物。黑 烟囱；深海平原等出现的原因：海底 扩张陆地出现的原因：构造抬升 蒸发析出；岩盐（这类蒸发矿物比较咸） 硬石膏和石膏（由硫酸钙类矿物组成） 我的归宿 千百万年后，我还是一个独立的“我”吗 ？ 积沙成堆，重压成 岩 经受亿万年的压缩、变化之后，胶结在一起 ，又变成一层一层的坚硬的岩石 沉积岩 占岩石圈的5%，但其分布面积却 占陆地的75%，大洋底部几乎全 部为沉积岩或沉积物所覆盖 各类沉积岩 我们的“聚宝盆” 矿产资源 全世界80%的矿产资源分布在沉积岩中 我们的“聚宝盆” 矿产资源 海底自生矿物 锰结核 滨海砂矿 海底石油、天然气、可燃冰 含30多种金属元素: 锰25%, 铁14%, 镍 1.9%，铜0.5% ，钴0.4% 大洋底的宝藏之一-锰结核 结构: 团块-以岩石碎屑，动、 植物残骸的细小颗粒，鲨鱼牙齿等为核心，呈同心圆一层一层 成的，像一块切开的葱头。由此被命名为“锰结核”，又称它为 多金属团块。大小尺寸变化从几微米到几十厘米，重量最大的 有几十公斤。 生存: 海洋2000-6000米水深海底的表层，4000-6000米 水深海底的品质最佳。 总储量: 估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最 广，储量占一半以上，大约17000亿吨。锰结核密集的地方，每 平方米面积上有100多公斤。 生长速度: 可再生，平均每千年长1毫米，每年增加1000万 吨。 最具开发利用价值的海岸带砂和砾石： 来自陆地不同含矿区域、不同成分的矿物颗粒（如磁铁矿、 锆石、钻石等），密度、比重不同，粒径大小 不同，扁、圆形状也有差异。 这些特征各异的矿物碎屑， 在波浪、海流作用下，分别 聚集沉积在一起，就形成了 海滨砂矿床。 我国海滨砂矿资源分布 示意图 海滨砂矿大宗应用：建筑用砂和 砾石。70年代以来，世界每年开 采海滨建筑用砂和砾石的价值， 也在2亿美元以上。 较为稀少而价值甚高的海滨砂矿：金红石、钻石、 独居石、石榴石、钛铁砂、铌铁砂、钽铁砂、磁铁 砂、铬铁砂、锡砂、磷钇砂、金砂、铂砂、琥珀 砂、金刚砂、石英砂等等。 金红石 99个面的钻石 双面橘红色钙铝石榴石 大海就像一个粉碎机和分选机，日夜不停地加工制 造富含各种金属和非金属的细砂，并把它们按种类 聚集在一起，形成可供人类开发利用的矿体。 台湾蓝宝篮玉髓 海洋砂矿形成环境示意图 分布： 海底位置：大陆架，大陆坡，大陆隆 全球分布：波斯湾，墨西哥湾，北海， 马拉开波湖，东南亚及中国沿海地区 开发趋势： 近海 远海（水深4000m海底）浅海 深海 大陆架 大陆坡、大陆隆 海底石油资源 世界近海油气区 沉积盆地发育：中国大陆架都属陆缘的 现代拗陷区，受太平洋板块和欧亚板块 挤压的影响，在中、新生代发育了一系 列北东和东西向的断裂，形成许多沉积 盆地，共发现18个中新生代沉积盆地。 陆源物质供应充足：陆上许多河流（如 古黄河、古长江等）挟带大量有机质泥 沙流注入海，使这些盆地能形成几千米 厚的沉积物。 海底石油形成条件 储存条件良好：后期的构造运动使 沉积盆地岩石发生变形，形成许多 断块和背斜等圈闭构造，为油气的 保存创造良好的储存条件。 生油条件适宜：伴随构造运动而发 生岩浆活动，产生大量热能，加速 有机物质转化为石油，并在圈闭中 聚集和保存，成为现今的陆架油 田。 我国传统上将海洋沉积盆地划分 为六大主要含油气盆地：渤海、 南黄海、东海、珠江口、莺歌海 和北部湾海区 我国沿海大陆架和沉积盆地 石油形成 形成石油要具备三个条件：一是要有大 量的生物遗体；二是要有储集石油的地 层和保护石油不跑掉的盖层；三是还要 有有利于石油富集的地质构造。 第一步：生物埋藏： 大陆架与近海紧相连，近海有着大 量的藻类，鱼类以及其他浮游生物。当 这些生物迅速被河流带来的沉积物掩埋 后，这些被埋藏的生物遗体与空气隔绝 ，长期处在缺氧的环境里。 第二步：生油 被埋藏的生物在高压（上覆巨厚岩石的压 力），高温（地热或火山强烈活动区域） 及细菌作用开始分解。再经过长期的地质 时期，这些生物遗体逐渐变成了分散的石 油。 第三步：储存 在浅海，特别是在岛屿岬角阻隔的海湾 中，水域处于平静的半封闭状态，既有利 于有机物的堆积，随着大量泥沙的沉积， 又为石油的储集创造了良好的条件。 第四步：保护 石油储集在砂岩的孔隙中，就好像 水充满在海绵里一样，不致石油流失而长 期缓慢地沉降在大陆架浅海区。那些沉降 幅度大、沉降地层厚的盆地，往往是形成 石油最有利的地区。在这些大型沉积盆地 中，因受挤压而突出的一些构造，又往往 是储积石油最多的地方。因此在海上找石 油，就要找那些既有生油地层和储油地层 ，又有很好的盖层保护的储油构造地区。 我国油气开发的历程：_、_的过程。 油气生产过程：_ _、 _。 勘探：地震波 从近海到远海从浅海到深海 开采：海上钻井平台 输送：船舶、管道 1998年5月发现的番禺4-2油田在试油 海底沉积物获取方式 获取沉积物 样品 深海钻探 重力挖泥器 “抓斗”取样 底部拖网 取表层沉积物样 采取颗粒比较大的沉积物物取得表层沉积物以下浅层的样品 19832003年 ，深海钻探项 目开始变成了 有20多个国家 参加的大洋 钻探项目（