陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積

1、1海洋沉積學(xué)Marine Sedimentology主講：魏金輝主講：魏金輝23 各論3.6 陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積3.6.1 半深海半深海-深海概述深海概述33.6.1 半深海-深海概述 半深海相當(dāng)于大陸斜坡（4-20度；水深200m） 深海相當(dāng)于深海平原，平均水深4000m半深海、深海環(huán)境的復(fù)雜性：大陸斜坡，海底峽谷，大洋中脊（有震海嶺）無(wú)震海嶺、洋島、海山、海底平頂山，海底高原和深海盆地45洋陸俯沖帶洋陸俯沖帶洋中脊附近洋中脊附近太平洋-印度洋-大西洋海底地形太平洋、印度洋海嶺太平洋、印度洋海嶺63 各論3.6 陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積陸坡、陸

2、隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積3.6.2 水動(dòng)力和物理水動(dòng)力和物理-化學(xué)化學(xué)-生物場(chǎng)生物場(chǎng)7一、概述： 表面洋流、底部洋流（）； 等深流； 濁流; 內(nèi)潮汐和內(nèi)波：半深海-深海水團(tuán)具復(fù)雜的溫度、鹽度、pH、Eh和肥力（含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多少）場(chǎng)及隨時(shí)間和空間變化的文石、方解石溶躍面和CCD面。此外尚有海底火山、地震、溫泉、熱鹵水和非光合作用海底生物界。他們是形成半深海和深海沉積的重要營(yíng)力。8表層洋流9水密度變化10底層洋流11溫鹽環(huán)流12：靜海條件下自由氧耗盡而被補(bǔ)償?shù)纳疃取?大洋的溶解氧來(lái)自大氣，因此氧只在表層海水中由于與大氣交換或在有光帶中植物的光合作用提供。 由于生物死亡后下沉并發(fā)生腐解而消耗氧氣，使氧

3、的含量逐漸變得減少?，F(xiàn)在大洋深水中氧的飽和度接近7.5ml/l，而實(shí)際上大洋深處僅有3-5ml/l，有時(shí)可達(dá)0.5ml/l，因此在中等深度（150-1000米）處有一數(shù)百米的缺氧層，該缺氧層之下為洋流作用充氧帶。 在上升流區(qū)，由于生物生產(chǎn)率高缺氧層更發(fā)育?，F(xiàn)代東太平洋赤道南北兩側(cè)和印度洋北部已發(fā)現(xiàn)是缺氧的，而且影響范圍很廣泛。自由氧含量趨于0的界面為無(wú)氧沉積界面，此界面自由氧的供給和消耗趨為零，即此界面自由氧的供給和消耗趨為零，即。在標(biāo)準(zhǔn)的靜海盆黑海，該深度在黑海周緣為250米，中心地帶為150米左右，印度洋缺氧層的頂界為250米左右。二、自由氧補(bǔ)償界面（OCD）13大洋中氧的分布 大洋表層中

4、的溶解氧來(lái)自大氣/水交換和植物的光合作用； 表層海水富氧。向下因生物死亡后的腐解作用消耗，氧氣含量下降，二氧化碳增加。 在水深約150-1000米處，含氧量比上覆和下伏海水低（最低含量）稱為缺氧層（oxygen minimum）。具有缺氧層是世界大洋的共同現(xiàn)象。 缺氧層之下，由于浮游生物的腐解作用已經(jīng)結(jié)束，深層水和底層水又是自高緯度區(qū)的表層水沉補(bǔ)而來(lái)，含氧量又回升。二、自由氧補(bǔ)償界面（OCD）14 CaCO3在海水中的溶解度和海水中的HCO3-的濃度（即CO2的溶解度）有關(guān)。當(dāng)溫度降低或壓力升高時(shí)，CaCO3的溶解度增高。 由于大洋溫躍層之下海水溫度變化不大，所以CaCO3的飽和度在深海區(qū)主要

5、取決于壓力（水深）。水深越大，CaCO3在海水的飽和度就越小。 現(xiàn)代大洋除頂層水之外，CaCO3均不飽和，鈣質(zhì)生物殼體在從大洋表層向下降落的過(guò)程中就會(huì)發(fā)生溶解，在水深大約3500-4000米之間有一CaCO3溶解度急劇增加的區(qū)，Berger（1968）稱之為溶躍層（Lysodine），溶躍層內(nèi)CaCO3大量溶解，溶躍層之下即為。 在大洋海水柱狀上，CaCO3飽和深度（CSD）、溶躍層（Lysocline）和CCD幾個(gè)面控制著大洋殼底CaCO3沉積物的分布。 在不同大洋及不同海區(qū)各界面的深度不同。太平洋區(qū)海水中含CO2較多，CSD在北太平洋為1000米，南太平洋為2000米，CCD面在太平洋平均

6、4000米左右。而北大西洋CCD深達(dá)4000米，南大西洋不足3000米，CCD在大西洋局部達(dá)5500米。二、方解石補(bǔ)償界面（CCD）15 海洋碳酸鈣來(lái)源： 河流輸入和大洋中脊熱液作用，0.11 g/cm2ky 海洋碳酸鹽沉積：1.3 g/cm2ky 所以： 大洋除頂部水層以外，對(duì)碳酸鈣而言是不飽和的。主要依靠深海碳酸鹽溶解補(bǔ)充海水碳酸鈣的不足，以維持平衡 大洋碳酸鈣溶解和沉積間斷常見(jiàn)二、方解石補(bǔ)償界面（CCD）16 CCD界面之上，浮游有孔蟲(chóng)遭受強(qiáng)烈溶蝕，但仍有許多抗溶的殼體（以浮游有孔蟲(chóng)和顆石藻類為主的鈣質(zhì)軟泥）；在CCD界面以下，浮游有孔蟲(chóng)遭受全部溶蝕，沉積物中碳酸鹽含量63微米）未溶相A

7、lytic10%高（理想化的沉積物）始溶相Eolytic10%10%6%漸溶相Oligolytic10-30%10%30%6%中溶相Mesolytic30-70%3%30-70%通常70%通常70%0深海粘土，不含CaCO221溶躍層溶躍層22CCD233 各論3.6 陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積3.6.3 深海深海-半深海背景沉積半深海背景沉積241.鈣質(zhì)軟泥（抱球蟲(chóng)軟泥）2.硅質(zhì)軟泥（放射蟲(chóng)軟泥）3.深海粘土（紅色軟泥）4.半深海軟泥（青泥、綠泥、黃泥等）5.冰海沉積（含礫泥巖）6.等深積巖和非等深積巖25大洋中深遠(yuǎn)海沉積物的分布26半遠(yuǎn)洋沉積（泥）半遠(yuǎn)洋沉

8、積（泥）大于5微米的陸源、火山成因和淺海成因的碎屑25%；中值粒徑5微米（自生礦物和遠(yuǎn)洋生物除外）鈣質(zhì)泥鈣質(zhì)泥：CaCO330%。CaCO32/3：泥灰質(zhì)泥，CaCO32/3：白堊泥骸骨CaCO330%：有孔蟲(chóng)軟泥、貝殼軟泥等。陸源泥陸源泥：CaCO330%。石英、長(zhǎng)石、云母為主。陸源為：石英質(zhì)、長(zhǎng)石質(zhì)、云母質(zhì)火山泥火山泥：CaCO330%、火山灰、火山玻璃等為主。27遠(yuǎn)洋沉積物（軟泥和粘土）遠(yuǎn)洋沉積物（軟泥和粘土）大于5微米的陸源、火山成因和（或）淺海成因的碎屑25%；中值粒徑5微米（自生礦物和遠(yuǎn)洋生物除外）：遠(yuǎn)洋粘土遠(yuǎn)洋粘土：CaCO3和硅質(zhì)化石30%CaCO31-10%，（低）鈣質(zhì)粘土；

9、CaCO310-30%，高鈣質(zhì)（或泥灰質(zhì)）粘土硅質(zhì)化石1-10%，（低）硅質(zhì)粘土；硅質(zhì)化石10-30%，高硅質(zhì)粘土軟泥軟泥：CaCO3或硅質(zhì)化石30%CaCO330%。CaCO330%：泥灰質(zhì)軟泥。CaCO32/3：白堊軟泥；CaCO330%。硅質(zhì)化石30%：硅藻或放射蟲(chóng)軟泥28半深海、深海背景沉積29深水薄層沉積30印度洋軟泥中的生物殘?bào)w31深海環(huán)境中的薄層燧石32大洋中的等深積巖和是1966年由Heezen等引入沉積地質(zhì)學(xué)的兩個(gè)概念。33 等深流沉積等深流的沉積環(huán)境和發(fā)育機(jī)制等深流的沉積環(huán)境和發(fā)育機(jī)制等深流的沉積環(huán)境 等深流：又稱等高流、水平流、平流，發(fā)育在深水環(huán)境，是在科里奧利力和水體密

10、度梯度力的綜合作用下，沿盆地等深線流動(dòng)的流體，是一種低速（2-20cm/sec）、持續(xù)的牽引流，在被動(dòng)大陸邊緣最發(fā)育。主要分布在20005000m深的海底，某些海灣的外陸架也有分布；密度梯度力是等深流的驅(qū)動(dòng)力，它基本上在同一地形單元內(nèi)流動(dòng)，流動(dòng)方向受柯氏力的影響，屬全球溫鹽密度環(huán)流。 等深流沉積主要分布在大洋盆地的西緣，海峽口外也有分布。 34等深流沉積的發(fā)育機(jī)制等深流是一種流速緩慢、流動(dòng)持久、流程很遠(yuǎn)的底層流，其流速一般為220 cm/s(龔一鳴，1986)，或525 cms(王琦等，l989)，最快時(shí)可達(dá)55.55 cms(NARnpke，1978)。 35等深流的沉積和侵蝕地形等深流的沉

11、積和侵蝕地形等深流沉積地形 有中、小底形(沙丘、底流波痕)和大型地形。沉積脊堆是洋底最壯觀的沉積地貌景觀之一，沿某一等深線分布，大型者可長(zhǎng)數(shù)百公里、寬數(shù)十公里、厚數(shù)公里。 等深流侵蝕地形 可分為深水海渠和環(huán)形小海壕兩種地形。 (1)深水海渠；它是深海底最重要的一種侵蝕痕，長(zhǎng)數(shù)千米、寬數(shù)米乃至數(shù)十米、深度50)，砂含量40，粘土含量50)，分選良好，可見(jiàn)水平紋層和交錯(cuò)層理。現(xiàn)代沉積中的粉砂一砂質(zhì)等積物常以厚l20 cm的不規(guī)則夾層出現(xiàn)于泥質(zhì)等積物的層間，兩者的關(guān)系以過(guò)渡為主(正粒序或逆粒序)，也可見(jiàn)侵蝕面接觸。 383滯留礫石等積物 滯留礫石質(zhì)等積物又稱簸選滯留等積物，它是流速高的等深流將細(xì)顆粒

12、簸選搬走后滯留下來(lái)的粗碎屑物質(zhì)。 等積物與濁積物常共生，通常是等深流改造濁積物而形成等積物。將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)很重要，區(qū)分的方法是運(yùn)用希曾的等積物標(biāo)志和鮑馬的濁積物標(biāo)志，并且加以對(duì)比(DAVStow，1979)。39大洋中的等深積巖4041等深積巖與濁積巖的區(qū)別 濁積巖濁積巖等深巖等深巖結(jié)結(jié) 論論顆粒分選性顆粒分選性中等至分選差中等至分選差t1.5（?？耍ǜ？耍┖弥翗O好好至極好t0.75（?？耍ǜ？耍┑壬顜r有較好的分選性等深巖有較好的分選性層厚層厚通常通常10-100厘米厘米通常小于通常小于5厘米厘米等深流有較薄的層等深流有較薄的層原生沉積構(gòu)原生沉積構(gòu)造造粒序粒序普遍存普遍存 正粒序，底部接觸

13、正粒序，底部接觸清楚，向上接觸不清楚清楚，向上接觸不清楚正粒序及逆粒序，頂?shù)捉佑|正粒序及逆粒序，頂?shù)捉佑|都清楚都清楚等深巖的遞變性規(guī)律較差，等深巖的遞變性規(guī)律較差，而頂部接觸明顯而頂部接觸明顯交錯(cuò)紋層交錯(cuò)紋層普遍，由細(xì)屑巖集中而顯示普遍，由細(xì)屑巖集中而顯示出出普遍，由重礦物集中而顯示普遍，由重礦物集中而顯示出出等深巖與濁積巖明顯的區(qū)別等深巖與濁積巖明顯的區(qū)別是紋層是紋層水平紋層水平紋層僅見(jiàn)于上部，由細(xì)屑巖集中僅見(jiàn)于上部，由細(xì)屑巖集中所顯示出所顯示出整個(gè)層中都有，由重礦物或整個(gè)層中都有，由重礦物或有孔蟲(chóng)介殼集中所顯示出有孔蟲(chóng)介殼集中所顯示出層中有重礦物層中有重礦物塊狀層理塊狀層理特別在巖層的底部

14、，常見(jiàn)特別在巖層的底部，常見(jiàn)缺乏缺乏等深巖普遍是紋層等深巖普遍是紋層顆粒組構(gòu)顆粒組構(gòu)在塊狀遞變層中少或沒(méi)有優(yōu)在塊狀遞變層中少或沒(méi)有優(yōu)選方向選方向整個(gè)層中普遍地顆粒優(yōu)選平整個(gè)層中普遍地顆粒優(yōu)選平行層面行層面等深巖有較好的顆粒定向等深巖有較好的顆粒定向砂和粉砂極砂和粉砂極組分組分雜基雜基（10mm。底面上有沖刷一充填構(gòu)造，具有多種印模構(gòu)造。砂巖中有充填了的生物潛穴，并可有撕裂碎屑。本段常較其它段厚度大，代表快速堆積。70濁積物層理 濁積物中常見(jiàn)的層理有遞變層理和交錯(cuò)層理。 71(1)遞變層理 又稱粒序?qū)永?，按粒?jí)遞變方向可將其分為正遞變層理和反(逆)遞變層理 正遞變層理中的粗尾遞變層理是礫質(zhì)高密度

15、濁流在近源陡坡上快速堆積的產(chǎn)物；分配粒級(jí)遞變層理是低密度濁流緩慢沉積時(shí)形成的；反(逆)遞變層理中的復(fù)合遞變層理是快速堆積形成的；牽引毯?jiǎn)螌雍穸纫话? cm，最厚可達(dá)30 cm，由顆粒流沉積而成，常見(jiàn)于砂質(zhì)高密度濁流的牽引毯階段，反復(fù)沉積形成若干單層(羅厄，1982)。 (2)交錯(cuò)層理 過(guò)去認(rèn)為濁積物為懸浮沉積，只形成遞變層理，“沒(méi)有大型交錯(cuò)層理”(劉寶珺，l980)，因此，將它作為濁流沉積與非濁流沉積的重要區(qū)別。但理論和實(shí)踐的研究都證明在濁流沉積中，牽引沉積作用和懸浮沉積作用將碎屑顆粒分別從底負(fù)荷和懸浮負(fù)荷中直接沉積下來(lái)(羅厄，1982)。海底調(diào)查表明，深海扇的上扇與中扇的水道中可有大型交錯(cuò)層

16、理(沃克，1978)；小型交錯(cuò)層理在牽引毯中十分普遍(JSanders，1965)。 72 濁積層底面構(gòu)造 濁積層的底面構(gòu)造記錄了濁流的水動(dòng)力狀況。經(jīng)典的濁積巖層，都發(fā)育有清晰的底痕，可分為兩類：侵蝕痕(沖刷痕)，其中槽模(槽形印模)是常見(jiàn)的一種侵蝕痕；工具痕(刻痕)，其中溝模(溝形印模)是最常見(jiàn)的一種工具痕，其它有跳模、刷模、椎模等(劉寶珺，1980；余素玉，1989)。 737475Vertical sequence of the indicators-facies modelBouma sequence76Upper Devonian Turbidite from Rheinisches

17、 Schiefergebirge Becke-Oese, Germany. Complete Bouma SequenceABCDE77787980深水細(xì)粒濁積巖粉砂質(zhì)濁積巖泥質(zhì)濁積巖微生物濁積巖無(wú)組構(gòu)濁積巖海洋重力流沉積81粉砂質(zhì)濁積巖序列 F：半遠(yuǎn)洋或遠(yuǎn)洋粘土質(zhì)沉積，內(nèi)生物擾動(dòng)構(gòu)造發(fā)育。 E：粘土質(zhì)沉積，具或不具遞變，有時(shí)可見(jiàn)水平紋層，常有生物擾動(dòng)。 D：細(xì)粉砂質(zhì)為主，粉砂和粘土互層形成平行的紋層，通常具遞變性和同沉積變形構(gòu)造。 C：中粒粉砂為主，具遞變性和中等交錯(cuò)紋理及卷曲層理 B：中粒粉砂，具或不具遞變性，平行紋理發(fā)育。 A：中粗粒粉砂或砂質(zhì)粉砂，塊狀層理，遞變性不好或無(wú)，分選差或無(wú)分

18、選，具漂浮碎屑、底部為突變的沖刷面。深水細(xì)粒濁積巖82粉砂質(zhì)濁積巖序列83泥質(zhì)濁積巖序列P：遠(yuǎn)洋半遠(yuǎn)洋沉積，常具生物擾動(dòng)構(gòu)造。T8：濁積泥，部分為遠(yuǎn)洋沉積，具微生物擾動(dòng)。T7：無(wú)遞變泥，偶具粉砂質(zhì)假結(jié)構(gòu)。T6：遞變泥，常具分散的粉砂透鏡體。T5：具米狀卷曲的粉砂紋層的泥質(zhì)沉積。T4：具不清楚的斷續(xù)的粉砂紋層的泥質(zhì)沉積。T3：具連續(xù)規(guī)則的平行的薄粉砂層的泥質(zhì)沉積。T2：具不規(guī)則微細(xì)的薄粉砂層的泥質(zhì)沉積，內(nèi)具低振幅的爬升波痕T1：厚的泥層，常具薄的色卷粉砂紋層。T0：底部厚的透鏡狀粉砂紋層，頂部具衰減波痕，內(nèi)部為微紋層。 底面為沖刷模和負(fù)荷模。深水細(xì)粒濁積巖84泥質(zhì)濁積巖序列85微生物濁積巖序列F

19、：半遠(yuǎn)洋和遠(yuǎn)洋沉積，具生物擾動(dòng)構(gòu)造。F/E：生物成因濁積巖和遠(yuǎn)洋半遠(yuǎn)洋沉積的混合，具反遞變和生物擾動(dòng)構(gòu)造。E3：生物成因的泥，極細(xì)粒，均質(zhì)無(wú)遞變性，具孤立潛穴，生物擾動(dòng)向上增多。E2：生物成因泥，具微弱的遞變，細(xì)到極細(xì)粒，稀小的孤立潛穴。E1：生物成因的粉砂和泥，具遞變層，平行和彌散的紋層，粗的生物成因的顆粒和細(xì)的生物顆粒及灰泥互層，底部紋層為砂到粉砂級(jí)生物屑，底面為沖刷面，與下伏層呈突變接觸。深水細(xì)粒濁積巖86微生物濁積巖序列87無(wú)組構(gòu)濁積巖序列88半深海深海沉積作用和相模式小結(jié)事件相模式事件相模式背景相模式背景相模式893 各論3.6 陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)洋沉積陸坡、陸隆半深海和深海遠(yuǎn)

20、洋沉積3.6.5 海底扇海底扇903.6.5 海底扇海底扇環(huán)境類型1. 海底峽谷（物源供應(yīng)水道）2. 上扇（水道和天然堤）3. 中扇（辮狀水道和朵葉體）4. 下扇（席狀體和新朵葉體）5. 深海平原919293海底扇沉積的巖相類型 海底峽谷：碎屑流、雜礫巖、滑移和滑塌相 上扇主水道：遞變層礫巖、反向-正向遞變礫巖、塊狀礫巖，天然堤薄層濁積巖 中扇辮狀水道：含礫砂巖、塊狀砂巖 中扇朵狀體：近源濁積巖（缺頂序列） 下扇：經(jīng)典濁積巖（鮑馬序列）、缺底濁積巖海洋重力流沉積94海底峽谷 泥基支撐的礫巖相：由泥基支撐的砂、細(xì)礫、中粗礫和漂礫組成，其底面不規(guī)則，缺乏典型的工具痕和侵蝕痕。層內(nèi)部混亂，無(wú)一定的組構(gòu)，正反遞變及層理均不發(fā)育，局部可見(jiàn)疊瓦狀構(gòu)造，為碎屑流沉積而成。 滑塌巖相：也由基質(zhì)支撐砂礫巖組成，但內(nèi)部高度變形，形成大的揉皺、斷裂、或混合及角礫巖化