《海洋沉积和矿物》PPT课件.ppt

1,第二章 海底科学,2.3 海洋沉积（非重点）,海滨沉积 大陆架沉积 大陆坡-陆隆沉积 大洋沉积,2,2.3 海洋沉积,海滨沉积,滨海：或称近岸带环境，是指从特大高潮线至深度为浅水波半波长的区域，是海洋和非海洋过程相互作用的地带。,海滨沉积包括海滩沉积、潮坪沉积、砂坝-泻湖沉积、河口湾沉积、三角洲沉积。,由于这些参数具有多变性，故近岸滨海不同环境的沉积机理和沉积产物就有所不同。,海洋过程受波浪、潮汐、海流等因素控制，非海洋过程受河流径流量、流速及固体载荷的性质和数量等因素的制约。,3,2.3 海洋沉积,海滨沉积,海滩是沿岸分布的疏松沉积物堆积体，在近岸沉积环境中分布广泛。海滩发育主要受波浪控制，波浪破碎产生的冲流及回流塑造了海滩剖面。, 海滩沉积,海滩的组成物质多来自邻近陆地，主要是河流自流域内搬运来的风化产物，海岸侵蚀是海滩物质的最直接来源，另外还有自内陆架向岸搬运的沉积物。海滩沉积物的粒径变化较大，从粉砂到巨砾，大部分为砂、砾。,4,2.3 海洋沉积,海滨沉积,潮坪沉积：以潮汐为主要动力，坡度极平缓(317)，由细碎屑物质(粘土、粉砂)组成的近岸带。 潮坪多呈带状延伸，在开阔海的边缘规模较大。 潮坪发育条件除地形、潮差外，还须有丰富的细粒沉积物质和微弱波浪作用。 我国沿岸现代潮坪发育广泛，约占大陆岸线总长的25%，沉积物主要来自黄河、长江和珠江等，大多由粉砂组成的泥质潮坪，其中以江苏沿岸的潮坪最长(600km)、最宽(10km)。, 潮坪沉积,5,2.3 海洋沉积,海滨沉积,砂坝-泻湖沉积体系，砂坝泛指近海与海岸线延伸方向平行分布的一系列砂坝和砂岛，被砂坝从毗邻海域隔离出来、仍与海洋沟通或有限沟通的浅水域称为泻湖。,三角洲沉积作用三角洲是河流携带的泥沙等物质在海滨(湖)地带形成的堆积体。决定三角洲发育和沉积物分布的主导因素是河口水流(径流量和输沙量)、潮汐、潮流、波浪。径流量和输沙量是三角洲形成的物质基础。,河口湾沉积河口湾内碎屑物质的搬运及沉积过程以及底质的特征受径流、潮汐、波浪及河口环流系统等水动力要素的控制。,6,7,2.3 海洋沉积,大陆架沉积,大陆架为浅海环境，其沉积作用和沉积相受各种物理、化学、生物及地质作用等过程的影响。如泥沙搬运，海解、逆风化、沉淀，摄食、掘穴，海面变化等。,现代陆架上三种主要沉积物：残留沉积、现代沉积、准残留沉积。,8,2.3 海洋沉积,大陆坡-陆隆沉积,与大陆架不同，大陆坡陆隆沉积除受地质构造环境、海面变化、物质来源及生物活动影响外，主要受块体运动、大洋深层热盐环流及水柱中的沉降等过程的控制。陆坡陆隆堆积了大量的以陆源成分为主得沉积物，厚度达40005000m。,陆坡-陆隆的搬运沉积过程有连续和不连续之分。连续过程包括水柱中的沉降作用、浑水羽状流和底层流作用，参与该过程的流体体积虽大，但碎屑浓度很低，故沉降速率也很低。不连续过程包括浊流、碎屑流、滑动等方式，参与该过程的流体体积虽小，但因浓度很高，故沉积速率也很大。,9,2.3 海洋沉积,大洋沉积,大洋沉积物由生物组分(钙质和硅质)及非生物组分(陆源、自生、火山和宇宙尘埃)组成。,按其成因可分为5类：远洋粘土、钙质生物、硅质生物、陆源碎屑、火山碎屑。,10,第二章 海底科学,2.4 海底矿物资源,滨海矿砂 海底石油和天然气 磷钙石和海绿石 锰结核和富钴结壳 海底热液硫化物 天然气水合物,11,2.4 海底矿物资源,滨海砂矿,形成：陆上碎屑物质被径流搬运至河口、海滨地带，或者原地残存的物质和海底产物经波浪、潮流、沿岸流反复分选，其中一些化学性能稳定和密度较大的有用矿物，在特定地貌部位富集到具有经济意义时便成为滨海砂矿。 种类：非金属砂矿、重金属砂矿、宝石及稀有金属砂矿三大类。 中国是世界上滨海砂矿种类较多的国家之一，矿种多达60 多种，总探明储量达数亿吨。具有工业开采价值的主要有钛铁矿、锆石、金红石、磷钇矿、铌铁矿、钽铁矿及石英砂等。,12,2.4 海底矿物资源,海底石油和天然气,海底石油和天然气是最重要的海底矿产资源。世界油气勘探和开采工作由陆地逐渐转向海洋，1995 年海洋石油年产量已占世界石油总产量的31，预计到2000 年世界海洋石油产量可达12 亿吨，将占世界石油总产量的35。,石油是一种成分复杂的碳氢化合物的混合物，在自然界中以液体存在称为石油，以气体存在称为天然气。,13,2.4 海底矿物资源,石油是由碳氢化合物由生物遗体演变而来有机生油说：江河带来的大量泥沙不断堆积在海盆、湖沼底部，一些动植物遗体也随之一起被埋葬，生物遗体的分解使泥沙富含有机质而成为有机腐泥，由于沉积物的不断加厚，使温度和压力逐渐增高，再加上细菌、催化剂、放射性物质的作用，这些有机质就可逐渐转变成各种碳氢化合物的混合物，即原始油气。,原始油气呈分散状态，由于它是流体，会向孔隙和裂缝多的岩层中迁移。只要油气来源充足，又具备孔隙度良好的储油岩层以及阻挡油气不致散失掉的盖层或圈闭条件，经过一段漫长的时间就能够形成有经济价值的油气藏。,14,2.4 海底矿物资源,海底石油和天然气,世界海底油气藏主要分布在被动大陆边缘的沉积盆地中，而主动大陆边缘较少。大洋盆地一般沉积较薄，沉积物细，有机质含量低，不利油气的生成和储藏。,中国沿海大陆架广阔，分布许多中-新生代沉积盆地，沉积层厚达数千米，估计油气储藏量可达数百亿吨，很有希望成为未来的“石油之海”。目前中国近海已发现的大型含油气盆地有七个，别是渤海盆地、南黄海盆地、东海盆地、台湾浅滩盆地、南海珠江口盆地、南海北部湾盆地和南海的莺歌海盆地。,15,2.4 海底矿物资源,磷钙石和海绿石,磷钙石又称磷钙土，是一种富含磷的海洋自生磷酸盐矿物，是制造磷肥、生产纯磷和磷酸的重要原料。海底磷钙石估计达数千亿吨，如利用其中的10，则可供用全世界几百年。 海底磷钙石的形态有磷钙石结核、磷钙石砂和磷钙石泥三种；磷钙石结核最重要，其大小、形状、颜色各异，直径一般几cm ;磷钙石砂呈颗粒状，大小0.10.3mm，颇似鱼卵。 磷钙石成因有生物成因说和化学沉淀说等，综合观点可视为形成之两个阶段。生物作用阶段：大量繁殖的生物把溶解和分散在海水中的磷酸盐富集到其机体内；化学作用阶段：大量生物死亡后，在分解过程中释放出磷，交代方解石和生物残体等化学作用而形成磷钙石。 磷钙石按产地分为大陆边缘磷钙石和大洋磷钙石，前者分布在水深十几数百米的陆架和陆坡上部，常与泥、砂和含有砾石的海绿石沉积物混合在一起；后者主要产于西太平洋海山区，往往与富钴结壳相伴生。,16,2.4 海底矿物资源,磷钙石和海绿石,海绿石：在海底生成的含水的钾、铁、铝硅酸盐自生矿物，呈浅绿、黄绿或深绿色，可以从中提取钾，也可用作净化剂、玻璃染色剂和绝热材料。 海绿石常常与有孔虫和其他钙质有机体在一起，成为多孔有机物的间隙物质或构成假象，也有的呈交代碳酸盐的形式存在。沉积物中的海绿石大多是一些粉砂大小的颗粒，镜下呈粒状、球状、裂片和其他复杂的形态。 海绿石的成因尚无定论，一般认为由无机矿物或有机物质转化而来。如黑云母矿物，在海水的长期浸泡下发生化学变化，最后失去云母矿特性而变成粒状海绿石。另外，生物排泄的粪团和粘土物质，也可在海洋环境的适宜条件下转变为海绿石。 海绿石的分布水深范围很大，从30m 到3000m 都有发现，但多集中在100500m 的大陆架和大陆坡上部。,17,2.4 海底矿物资源,锰结核和富钴结壳,锰结核主要由铁锰的氧化物和氢氧化物组成，并富含铜、镍、钴、钼和多种微量元素，广泛分布于深海大洋盆底表层。,锰结核一般呈褐色、土黑色和绿黑色，由多孔的细粒结晶集合体、胶状颗粒和隐晶质物质组成，常为球形、椭圆形、圆盘状、葡萄状和多面状。结核的个体大小悬殊，小于1mm大于1m，一般为0.525cm。,估计世界深海底锰结核的总储量约为(1530)1011t，是最有开发远景的深海矿产资源。,18,2.4 海底矿物资源,锰结核,一般认为是沉降于海底的各种金属的氧化物，以带极性的分子形式，在电子引力作用下，以其他物体的细小颗粒为核，不断聚集而成。这个理论也有不能自圆其说之处，锰在海水中的含量并不算多，为什么却会在锰结核中独占鳖头呢？锰结核的成因有待继续研究。,锰结核的成因是个复杂的问题，至今仍未有公认的见解。,19,2.4 海底矿物资源,锰结核和富钴结壳,钴是战略物资，备受世界各国的重视。结壳往往产于水深不足2000m 的半深水区，开发技术和成本都比锰结核低，是具巨大经济潜力的深海金属矿产类型。,通过海底摄像系统拍摄的2000多米水深下的富钴,富钴结壳是一种生长在海底硬质基岩上的富含锰、钴、铂等金属元素的“壳状”沉积物，其中钴的含量特别高。,20,2.4 海底矿物资源,锰结核和富钴结壳,富钴锰结壳的形成过程和机理，目前研究尚不够深入，通常认为是水成因，即钴、铁、锰等金属元素源于海水，结壳沉积可能是纯粹的胶体化学过程。,富钴锰结壳产于海山、海岭和海底台地的顶部和上部斜坡区，通常以坡度不大、基岩长期裸露、缺乏沉积物或沉积层很薄的部位最富集。,21,2.4 海底矿物资源,海底热液硫化物,海底热液硫化物是富含铜、铅、锌、金、银、锰、铁等多种金属元素的新型海底矿产资源，常与海底扩张中心热液体系相伴生。,海底热液矿床类型：一是层状重金属泥，是海底热液沿缓慢扩张中心活动的产物，以红海最典型，称为“红海型”；二是块状多金属硫化物，生成于大洋中脊轴部的裂谷带，与扩张中心的热液活动密切相关，称“洋中脊型”。,软流圈中的地幔物质沿中脊的中央裂谷上升、涌出，冷疑成新的洋底岩石圈,22,2.4 海底矿物资源,海底热液硫化物,块状硫化物矿体一般呈小丘、烟囱和锥形体状成群出现，与活动热液喷口或古热液喷口相伴生。,23,2.4 海底矿物资源,海底热液硫化物,形成机理：海水沿裂谷带扩张性断裂或裂隙向下渗透，被新生洋壳加热，形成高温(可达350400)海水。高温海水从玄武岩中淋滤出大量多种金属元素，当它们重返海底时与冷海水相遇，导致黄铁矿、黄铜矿、纤锌矿、闪锌矿等硫化物及钙、镁硫酸盐快速沉淀。高温热液自喷口涌出，矿物快速结晶，堆积成烟囱状。,24,2.4 海底矿物资源,海底热液硫化物,深潜探测器“黑烟囱”附近进行探测,25,2.4 海底矿物资源,海底热液硫化物,“黑烟囱”成分主要是含黄铁矿、闪锌矿等硫化物；“白烟囱”成分主要是蛋白石、重晶石等浅色矿物，含有少量铁、锌等硫化矿物；若烟囱被硫化物充填则称死烟囱，烟囱倒塌成为“雪花宝”。,26,2.4 海底矿物资源,热液活动区往往发育有大量不靠太阳能而依赖热液营生的自养型深海底生物群落。,27,2.4 海底矿物资源,海底热液硫化物,沖縄南奄西海海丘熱水熱水噴出孔生物群集(680m),28,2.4 海底矿物资源,天然气水合物,天然气水合物：近20 年发现、新型海底矿产资源；由碳氢气体和水分子结合而成、冰晶状固体化合物。95以上的天然气水合物=甲烷(96.5)+水(3.5)、低温高压条件冻结成固相、故又称固态甲烷或甲烷水合物。,天然气水合物一般在温度小于4(指深海沉积层的温度)、有机质较丰富、压力较大的沉积物中形成。在温度10MPa 的条