海洋的沉积作用

(一)浅海环境
浅海位于大陆架之上，是低潮线以下至200m水深的海区。在此范围内的沉积称为浅海沉积，又称大陆架沉积。
各地浅海带的宽度不等，从几千米至上千千米，位于被动大陆边缘者宽，如北冰洋的欧亚沿岸、北美的白令海等，浅海带宽达千余千米。位于活动大陆边缘者窄，如太平洋东岸的中南美洲浅海带极窄，甚至缺失。我国东部诸海浅海岸宽度由100km至500km不等。
浅海带阳光充足，海水温暖，常有海流作用，波浪有时可波及海底，因此水体较动荡，具有良好的通气条件及稳定的盐度，加之离陆地较近，接纳着由陆地带来的大量物质，富含营养，故海洋生物极为丰富，90%以上的海洋生物在浅海中大量繁殖。浅海是海洋生物的乐园。
(二)浅海的沉积特征
浅海区是海洋沉积作用最主要的沉积场所，它接纳由陆地带来的大量碎屑和溶解物质，常形成巨厚的各类型沉积物，绝大多数沉积岩属于浅海沉积形成的。按其沉积方式分为机械沉积、化学沉积和生物沉积三种类型。
1.浅海机械沉积特征
浅海机械沉积的碎屑物质主要来源于陆地，部分来自海蚀作用产物；沉积物颗粒比滨海为细，砾石极少见。由近岸到浅海深处，沉积物由粗到细：粗砂—中砂—细砂—粉砂(粉砂质粘土)；沉积物具有极好的水平层理，常含有较完整的动物遗体、贝壳等。
2.浅海化学沉积特征
浅海化学沉积物是来自海水溶蚀和河流、地下水从陆地上溶运来的溶解物质和胶体物质，化学成分主要有：NaCl、KCl、MgCl2、CaSO4、MgSO4、CaCO3、MgCO3、FeCO3、Al2O3、MnO2及SiO2等。这些物质按一定的顺序和分异作用在不同的环境下沉积下来，形成化学沉积物。

图8-9 海洋化学沉积和分异作用

浅海常见的化学沉积物，按其溶解度由小到大，顺序是：Fe→Al→Mn→SiO2→P2O5→CaCO3→NaCl→MnO2，前几种是胶体，后几种为真溶液。呈胶体状态的铁、铝、锰以氧化物或氢氧化物首先沉积下来(图8-9)，有的可形成鲕状、豆状和肾状结构。我国华北诸省就有这种类型的铝土矿和赤铁矿，工业价值很大。接着是低价铁的硅酸盐和铁的碳酸盐沉积，形成海绿石与菱铁矿。然后是碳酸盐类沉积，形成分布广泛的石灰岩和白云岩。溶解度最大的碱金属硫酸盐和卤盐，只有在潟湖中才能沉积。
3.浅海生物沉积特征
浅海生物大量死亡后，其骨骼或外壳在原地或被波浪等搬运到适当环境沉积下来，形成由生物遗骸组成的沉积物，经成岩作用形成生物沉积岩。如贝壳灰岩、珊瑚礁灰岩、有孔虫灰岩及硅藻岩等。
珊瑚是浅海固着底栖生物，珊瑚礁是由群体生活的珊瑚动物形成的。群体珊瑚的生活条件要求较高。一般在水深＜50m、氧和阳光充足、水温在20℃左右、水质清洁不含泥砂、含盐度正常的环境中生活。其躯体呈树枝状，由许多CaCO3小管构成，珊瑚虫就生活于管中。珊瑚不断繁殖、长大，形成巨大的珊瑚礁，构成海中岛屿，如我国的南沙、西沙群岛等。
浅海中有大量的生物，特别是微生物。它们死亡后埋藏在泥沙中，在缺氧的环境下，受到一定的温度、压力和细菌的分解作用，有机质就转化成石油、天然气。我国大陆架海域辽阔，蕴藏着丰富的石油和天然气资源。

(一)深海区环境
深海是位于大洋底(洋盆)上的水域，水深大于3000m，是海洋的主体部分，范围宽广，洋盆内地貌地势复杂，可发育平顶海山、深海平原、大洋中脊(参见图1-10)。高等生物极少，但在浅层海水中繁殖着大量的藻类、放射虫及有孔虫等低级生物。具有较特殊的浊流沉积，化学沉积作用较微弱，沉积速度十分缓慢。
(二)深海沉积物特征
深海主要是浊流沉积物以及浮游生物的遗体、海底火山口喷发的物质、宇宙尘埃等组成的各种软泥、金属泥和锰结核。
1.浊积物
沉积物主要来自大陆，依靠浊流的搬运，沿海底峡谷冲入深海盆地，在峡谷口处形成深海扇，填平了海底起伏的地形，形成巨大的海底平原。由于浊流的多次频繁运动，常表现为陆源碎屑沉积物与深海软泥互层，形成由粗到细的韵律性重复变化。
2.软泥
1)生物软泥。含有丰富的(常占50%以上)生物骨骼，主要是浮游生物骨骼，其余为泥质及粉砂物质。按其成分分为钙质软泥与硅质软泥两类。属于钙质的有抱球虫(有孔虫之一种)软泥及翼足虫(属于软体动物)软泥；属于硅质的有放射虫软泥及硅藻软泥(常含有硅质海绵骨针)。它们分别以其占主导的有关生物种属而命名。
2)深海粘土。主要为粘土构成，含大量火山碎屑(主要为火山灰)，生物很少，CaCO3含量微弱，颜色多为红色。
同成分软泥的分布与气候有明显关系。硅藻软泥主要分布在位于寒冷气候带的海洋，放射虫软泥主要分布于热带的海洋，钙质软泥与热带及温带气候有关。如太平洋洋底沉积物的分布表明这一特点(图8-10)。

图8-10 全球深海沉积物分布图

(据吴泰然，2003)
3.金属泥和锰结核
1)金属泥。富含重金属元素的泥状沉积物。自1965年科学家首次在红海海底约2000m深处发现金属泥后，现已在大西洋、太平洋、印度洋的洋脊上陆续发现了许多类似的金属泥，2005年我国海洋科考也在印度洋发现金属泥，跻身深海研究的世界前列。
金属泥产出部位具有海水温度高、含盐度高、重金属含量高的“三高”特点。如厄瓜多尔西部加拉帕戈斯附近的东太平洋洋隆上发现有厚约30～40m的金属泥，总体积达8×106m3，含有丰富的Cu、Ag、Cd、Mo、Pb、V、Zn等元素。
2)锰结核。是海底的一种多金属结核，具有工业价值的金属元素主要有锰、铁、镍、钴、铜等，其含量超出地壳正常丰度的100倍以上，主要分布在中太平洋和东北太平洋、大西洋、印度洋洋底沉积物的表层。估计太平洋中有锰结核7.5×1012t，而且每年以1.4×105t的速度在形成中。如夏威夷以西约1×107km2的范围内普遍发现有富含Co的锰结核，估计储量达5.7×1010t，其样品含Mn 31%、Co 2%、Ni 0.8%。
海底沉积物中Mn、Co、Ni、Cu金属的储量，远远超出大陆上同类金属的储量，是维系人类可持续发展的资源宝库。

海洋是地球表面最大的积水盆地，是最终的沉积场所。地壳中的沉积岩和沉积矿产绝大多数是由海洋沉积作用形成的。海洋沉积物主要来源于陆源物质，其中又以河流搬运、海蚀作用及风带来的物质最为主要；其次为海洋源物质，如海洋生物遗体、海洋化学物质等；再次为火山源物质和宇宙物质。

海洋沉积作用在不同的海洋环境中，其沉积作用的方式和沉积物成分各异。

（一）滨海的沉积作用

滨海区临近陆地，海水运动强烈，波浪和潮汐反复作用于滨海的碎屑物质，使其不停地来回滚动，从而使砂、砾石具有良好的磨圆度和分选性。滨海的生物以底栖生物为主，多具硬壳，所以滨海沉积物中常夹有贝壳碎片。因环境特殊，滨海区以碎屑机械沉积为主，动荡的海水不利于化学沉积（只有在潟湖环境中才有）和生物沉积。

滨海区常见的沉积类型有以下几种：

1.海滩沉积

海滩是由沉积物堆积而成的平坦的滨海地带。根据沉积物不同又分为砾滩、沙滩和泥滩。砾滩是由砾石堆积组成的海滩，多分布于山区河流的入海口或基岩海岸附近。砾石的分选性及磨圆度均较好；砾石常定向排列，长轴方向平行海岸，最大扁平面倾向海洋。沙滩是由砂组成的海滩（图4-21①），分布最广。砂粒的分选和磨圆均较好；矿物成分以石英为主，常见锆石、锡石、磁铁矿、金等，并伴有生物贝壳碎片；沙滩表面常具不对称波痕，内部具交错层理。泥滩（又称潮坪）是由粉砂和粘土组成的海滩，多由潮流作用形成。潮坪上的沉积物粒度具有自陆向海由细变粗的趋势；沉积物表面常具有泥裂、波痕、爬痕等现象。

2.沿岸沙堤、沙坝和沙嘴沉积

沿岸沙堤是位于高潮线附近、大致平行海岸的堤状地形。沙堤的形成是波浪横向搬运作用的结果。沙堤一般由砾石、粗砂和贝壳组成，具交错层理。沙坝是离岸有一定距离、大致平行海岸的长条形海底垄岗地形。沙坝的形成与底流的搬运与沉积作用有关。沙坝主要由分选和磨圆均较好的砂所组成；沙坝生长到一定高度后，可以露出水面，称离岸坝（图4-21③）。沙嘴是一端与陆地相连，一端伸入海中的垄岗状地形。它常发育在岸线弯曲的地带或海岛侧方后，主要由沿岸流搬运的砂粒沉积形成。

图4-21 滨海沉积形成的地形示意图

①-沙滩；②-沿岸沙堤；③-离岸坝；④-沙嘴；⑤-连岛沙嘴；⑥-潟湖

3.潟湖沉积

潟湖是因沙坝或沙嘴扩大相连，使之与大海隔离的海湾。海水可以通过涨潮漫过沙嘴进入潟湖，也可由沙嘴的缺口进入。

干旱气候条件下，因陆地淡水注入较少而蒸发量大，潟湖水咸化，且湖水面低于海水面，只有当高潮来临时，海水才能补给潟湖。过量的蒸发使潟湖水的盐度升高，最后导致各种盐类矿物按溶解度大小结晶沉淀。因此，咸化潟湖的沉积物主要有盐类物质和碎屑物质两种类型。

潮湿气候条件下，淡水补给量大于蒸发量，潟湖水淡化，且湖水面高于海水面，湖水出现分层现象，即下层为密度大的咸水，上层为密度小的淡水。因此淡化潟湖仍以碎屑沉积为主，也可形成黄铁矿、菱铁矿等典型的还原矿物。

（二）浅海的沉积作用

浅海地带波浪和潮汐运动比较强烈，能直接影响海底，使海水具有良好的通气条件及稳定的盐度；浅海水较浅，阳光充足，海水温暖，又是大量海洋生物繁殖的地区；浅海接近陆地，可接纳从陆上搬运来的大量碎屑物和溶运物质。因此，浅海是海洋中最主要的沉积区。浅海沉积按沉积作用方式的不同分为机械（碎屑）沉积、化学沉积和生物沉积。

1.浅海的机械沉积

浅海机械沉积的碎屑物主要来源于大陆，部分来自海岸地带。浅海沉积物颗粒比滨海带要细，以沙泥为主，砾石较少。浅海区的机械沉积分异现象明显，由近岸到远岸，依次沉积粗砂-中砂-细砂-粉砂-粘土，表现出平行海岸呈带状分布。近岸带的沉积物以砂为主，具良好的分选性和磨圆度，交错层理和不对称波痕发育，含大量底栖生物化石；远岸带的沉积物以粉砂和粘土为主，分选性好但磨圆度差，具水平层理，波痕不常见，含底栖和浮游生物化石。

2.浅海的化学沉积

浅海化学沉积物主要来自海水溶蚀，河流、地下水从陆地上溶运来的溶解物质和胶体物质。发生沉积的原因是海水的盐度、温度、pH值、Eh值等因素发生变化。化学物质通过过饱和沉淀、胶体电性中和产生凝聚、颗粒吸附和生物浓集等方式发生沉积。

海水中的化学沉积作用是有一定顺序和规律的，表现在溶解物质按溶解度的不同，并受溶液成分、温度、酸碱度等因素的影响而依次沉积，这种现象称为化学沉积分异作用（图4-22）。浅海中常见的化学沉积物，按其溶解度由小到大，其沉积顺序是Fe-Al-Mn-SiO₂-P₂O₅-CaCO₃-CaSO₄-NaCl-MgCl₂。前几种是胶体沉积，后几种为真溶液沉积。呈胶体状态的铁、铝、锰以氧化物或氢氧化物首先沉积下来，可形成鲕状、豆状和肾状结构。我国华北就有这种类型的铝土矿和赤铁矿。按着沉积的是低价铁硅酸盐和铁的碳酸盐，可形成海绿石和菱铁矿等。然后是碳酸盐类沉积，形成分布广泛的石灰岩和白云岩。溶解度最大的碱金属、硫酸盐和卤盐最难沉积，只有在潟湖中才能沉积。

图4-22 化学沉积分异作用模式

3.生物沉积作用

浅海是海洋生物竞相生存的主要场所，生物沉积作用非常显著。生物在其生长过程中不断产生气体、分泌有机质等，可以影响化学沉积作用，其遗体本身也可以构成沉积物。浅海中形成的以生物沉积作用为主的沉积物有：

（1）生物碎屑岩 生物死亡后，它们的骨骼和外壳会在原地集中堆积，也可与沉积物混杂堆积，经成岩作用后形成生物碎屑岩和介壳灰岩。

（2）生物礁 珊瑚、海藻等群体造礁生物在其自身的新陈代谢过程中，分泌的物质可堆积起来，构成形态多姿的礁体，称为生物礁。生物礁中以珊瑚礁最为常见。珊瑚生活在浅海区，现代珊瑚生长条件是：①在温暖的热带海区，水温25℃左右；②水质要清，不能含大量泥沙；③阳光充足，水深小于50m；④盐度正常。在这种环境中，珊瑚虫不断繁殖、生长，形成巨大的珊瑚礁，并可构成海中岛屿。我国西沙、南沙海域就广泛分布着珊瑚礁和珊瑚岛。

（3）有机质沉积 生物软体被分解形成的有机质多分散在其他沉积物中，若被随后沉积物迅速掩埋后，在特定的物理、化学作用下可转化为石油。

（三）半深海及深海的沉积作用

半深海和深海区远离陆地，陆源物质大部分已沉积于滨海和浅海区，只有极少数粒径小于0.005mm的悬浮物进入半深海区，进入深海区的粒径小于0.002mm。半深海和深海区的生物远不及浅海繁盛，但在浅层海水中的藻类、放射虫等低等生物较多。此外，还可有少量的火山喷发物质及浮冰带来的碎屑物质。它们形成的沉积物类型主要有：

1.软泥沉积

软泥是指粒径小于0.005mm、主要由粘土组成的沉积物。按其成分和其中生物碎屑的不同，可进一步分为生物软泥（如抱球虫软泥、硅藻软泥、放射虫软泥等）、红色粘土等。

2.锰结核沉积

锰结核是一种黑褐色、外表呈球形或椭圆形、内部具同心圈层结构的锰、铁氧化物团块。结核大小不一，其直径一般为0.5～25cm，个别达到1m。锰结核中MnO₂和Fe₂O₃的含量分别达到31.7%和24.3%（质量百分比），还含有Cu、Pb、Zn、Co、Ni等30多种元素，其中Mn、Cu、Co、Ni的含量已达到工业品位，其储量可观，具有重要的经济意义。

3.浊流沉积

浊流是典型的重力流。浊流沉积物称为浊积物。浊积物平面上呈扇状分布，成分主要由砂和粘土组成，也有砾石、生物碎屑等，具有递变层理，即由下至上，沉积物粒度由粗变细。