海洋的沉积作用

浅海的沉积作用~

(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。

海洋是巨大的汇水盆地和最终的沉积场所，海洋沉积物主要来源于大陆。河流、冰川和风等营力，每年将数百亿吨的物质搬运到海洋沉积下来。另外，海洋侵蚀作用的产物、火山物质、宇宙物质等也是海洋沉积的重要组成部分。海洋的沉积作用可进一步划分为滨海、浅海、半深海和深海几个环境分区。

（一）滨海的沉积作用

滨海是海陆交互地带，其范围是最低的低潮线与最高的高潮线之间的海岸地带。滨海地区还可进一步划分为潮上带和潮间带。潮上带是指平均高潮线至最大高潮线之间的地带（又称后滨带），该带多数时间出露地表，只有特大潮时才被淹没，所以一般生长有一些低矮的耐盐碱植物；潮间带是指平均高潮线与低潮线之间的地带（又称前滨带），该带随着潮汐的涨落时而淹没、时而露出水面，它是滨海地区的主体。有人还划分出潮下带（又称外滨带），即低潮线以下的地带，它实际上属于浅海区。

在滨海地区，当潮汐、波浪和沿岸流的搬运动力变小时，就产生碎屑物质的机械沉积；在滨海发育潟湖时，也可形成一定的化学沉积；滨海区由于潮汐、波浪的作用还可带来较多的生物碎屑，或者在滨海沼泽发育时，均可形成一定的生物沉积（图6-20）。

图6-20 滨海地区沉积地貌示意图

（据李叔达，1983）

①砂嘴；②砂坝；③潟湖；④三角洲；⑤潮坪；⑥海滩和波筑台；⑦泥炭堆积

海滩沉积 海滩是在海岸地带由碎屑沉积物堆积而成的平坦地形。在山区河流的入海口或基岩海岸附近，沉积物主要由砾石组成，这种海滩称为砾滩。砾石具有较高的磨圆度，扁圆形砾石常具定向性排列，砾石长轴基本与海岸平行，最大扁平面倾向海洋。主要由砂组成的海滩称为砂滩。在波浪的长期作用下，砂粒具有良好的分选性和磨圆度，成分单一，不稳定矿物少，以石英砂最为常见。砂滩表面具有不对称波痕，内部具有交错层理。由于砂滩经受了波浪的长期筛选，独居石、锆石、钛铁矿、金等重矿物，易富集形成滨海砂矿。

潮坪沉积 在宽阔平缓的海岸地带，波浪波及不到这里，只有高潮时海水才能到达，因而这里以潮汐作用为主，此地带称为潮坪（图6-20）。潮流动能小于波浪，仅能把细砂、粉砂和黏土搬运到潮坪上沉积。由于潮水周期性的往复运动，潮坪沉积具有双向斜层理，沉积物表面发育波痕、泥裂、虫迹等。

砂坝及砂嘴沉积 当海浪从砂质海底的浅水区向岸推进时，在水深约等于两个波高处，进浪与底流相遇。波浪的破碎使动能减小，所携带的泥沙便堆积下来，开始形成水下砂埂，砂埂进一步增高加宽，形成平行于海岸的长条形垅岗，称为砂坝（图6-20）。砂嘴也是由砂粒堆积而成的长条形垅岗，它一端与海岸相连，另一端伸入海中。它的形成过程与沿岸流有关。由于海岸曲折，每一股沿岸流并不随之曲折，当沿岸流推动砂粒前进时，因惯性使砂粒进入海湾区，然后减速发生沉积。另外，两股反向沿岸流相遇时，能量相互抵消，也能使砂粒沉积形成砂嘴。

连岛沙洲沉积 当滨海区的岸外分布有基岩岛屿时，波浪向岸运动会受到岛屿的阻隔作用，在岛屿与大陆之间形成波浪能量变弱的波影区，于是波浪所携带的碎屑物质便逐渐沉积起来。开始是形成砂嘴，然后砂嘴不断延伸扩大，并最终使岛、陆相连，即为连岛沙洲。如北戴河老虎石的小型连岛沙洲长约100余米（图6-21）；山东烟台芝罘岛的大型连岛沙洲长达7.5 km。

图6-21 潟湖和连岛沙洲的形成过程

（据田明中等，2009）

a—潟湖的形成过程；b—连岛沙洲的形成过程（北戴河老虎石）

潟湖沉积 滨海地区水下砂坝、砂嘴的不断增长而达到海面以上，可以使砂坝、砂嘴内侧的滨海边缘或海湾逐渐形成一个与外海半隔绝的水域，称为潟湖（图6-21）。潟湖一般有一个狭窄的通道与外海相连，涨潮时海水越过通道流入潟湖，退潮时则与外海隔绝。在干旱气候区，海水不断补充潟湖，又不断被蒸发咸化，因而除发育有一部分碎屑沉积外，可形成许多盐类的化学沉积；其化学沉积的顺序类似于干旱气候区的湖泊，即碳酸盐→硫酸盐→氯化物沉积。在潮湿气候区，潟湖常因地面流水的注入而被淡化，其沉积特征类似于潮湿气候区的湖泊，即以碎屑沉积为主，并夹有部分碳酸盐、铁矿等的化学沉积及少量的生物沉积。

贝壳堤 在平缓而又坚实的海滨地带，牡蛎等软体动物可以大量繁殖，死亡后，其骨骼被波浪冲到海滩堆积形成贝壳堤或介壳滩，如果富集、规模大，可作为石灰原料。

滨海沼泽沉积 在潮湿气候区的滨海低洼、平坦地区，可形成淡化的滨海沼泽区，草本及部分木本植物繁盛，倒毙后形成泥炭堆积。

（二）浅海的沉积作用

浅海是海岸以外较平坦的浅水海域，其水深自低潮线以下至水深200 m之间。许多地区的大陆架水深在200 m以内，地势开阔平坦，所以浅海大致与大陆架相当。浅海距大陆较近，各种生物极其繁盛，是海洋中最主要的沉积区，无论沉积物数量及沉积作用的类型都比海洋中的其他环境分区要丰富得多。古代海相沉积岩中绝大部分也为浅海沉积。

1.浅海的碎屑沉积

浅海中90%以上的碎屑物来源于大陆。当不同粒级的碎屑进入浅海时，海水的运动使颗粒下沉速度减慢，一些较细的颗粒处于悬浮状态，海流将这些悬浮物搬运到离岸较远的地区；较粗的颗粒沉积在近岸地区。因此从近岸到远岸，依次排列着砾石、粗砂、细砂、粉砂和黏土等。浅海带沉积物的特点是：近岸带颗粒粗，以砂砾质为主，具交错层理和不对称波痕，含大量生物化石，有良好的磨圆度和分选性，成分较单一；远岸带颗粒细，以粉砂和泥质为主，具水平层理，波痕不发育，有时有对称波痕，分选性好但磨圆度不高，成分较复杂。

2.浅海的化学沉积

浅海是化学沉积的有利地区，形成了众多的化学沉积物，其中许多是重要的矿产。地质历史时期曾发育过大量浅海化学沉积，现代浅海化学沉积主要发生在中、低纬地区。浅海的化学沉积物主要有碳酸盐、硅质、铝、铁、锰氧化物和氢氧化物、胶磷石和海绿石等。

图6-22 鲕状灰岩

（薄片素描×10）

碳酸盐沉积 在浅海化学沉积物中，碳酸盐类所占比例最大，主要为石灰岩和白云岩。碳酸盐沉积的主要原因是在气温较高的浅海地区，由于海水浅层温度升高、蒸发作用较强、压力相对降低，加之生物的各种作用，便引起海水中CO₂ 含量局部减少，重碳酸钙过饱和形成CaCO₃ 沉淀。在海水动荡的条件下，碳酸钙以一定的质点（如岩屑、生物碎屑）为核心呈同心圆状生长，形成鲕粒状沉积物，成岩后形成鲕状灰岩（图6-22）。在海水强烈动荡（或发生风暴）的条件下，已固结或弱固结的碳酸钙被波浪冲碎并搓成扁长形团块，继后又被再沉积的灰泥充填、胶结，成岩后形成竹叶状灰岩（图6-23）。因此，有些学者将竹叶状灰岩与海洋中发生的风暴相联系，称之为风暴岩（还有一些学者认为某些类似的岩石可能与地质历史时期的强烈地震作用有关，称之为震积岩）。

图6-23 竹叶状灰岩

（河北唐山，岩石光面素描，宋姚生绘，×3）

硅质沉积 海水中的硅质一部分来自大陆，它们以溶解硅

和悬浮硅两种形式搬运；另一部分硅质来源于海底火山作用、海水的溶解作用及生物活动。当硅胶进入海洋后，在温度较低、偏碱性的环境中，逐步凝聚而沉积下来，形成蛋白石，进一步脱水形成燧石。硅质沉积（燧石）常呈结核状、透镜状或条带状（即薄层）产出，颜色多样（以灰、灰白、灰黑、灰绿色为常见，有些因含铁质而带红色），可夹于碳酸盐沉积层内、薄层泥质沉积层内，也可单独形成层状硅质岩。

铝、铁、锰及海绿石沉积 海水中的铝、铁、锰等主要来自大陆。湿热气候区强烈的化学风化作用，使 Al，Fe，Mn 以胶体状态随河流迁入海中，在近岸地带遇电解质而凝聚沉积，在近岸区，因海水动荡，易形成鲕状结构或豆状、肾状结构。海成铝土矿是由铝的氢氧化物组成，铁质沉积物主要为赤铁矿和褐铁矿，而锰质沉积物则以水锰矿、硬锰矿的形式出现。海绿石是一种绿色黏土矿物，是由海水中硅、铝、铁的胶体吸附钾离子而成。海绿石一般沉积在浅海中水深相对略大的区域。

磷质沉积 磷主要以

的形式存在于海水中，表层海水含磷量低，难以沉积。海洋的下层由于有机物体的分解富含磷质，当富含磷质的海水随上升洋流到达浅海区后，因压力减小，温度升高，CO₂ 的含量降低，磷质发生沉积，形成胶磷石［Ca₃（PO₄）₂］。胶磷石和其他沉积物共同组成磷灰岩。当含磷量较高时形成磷矿床。

图6-24 生物礁的类型

（据W.K.汉布林，1980）

3.浅海的生物沉积

介壳石灰岩和生物碎屑岩 浅海地带生活着大量底栖生物，当它们死亡后，生物的壳体与灰泥混杂沉积，可形成介壳石灰岩；生物壳体或骨骼的碎片可以与其他沉积物混杂形成生物碎屑岩。

生物礁 生物礁是指在海底原地增殖、营群体生活的生物，如珊瑚、苔藓虫和层孔虫等的骨骼、外壳以及某些沉积物在海底形成的隆起状堆积体。珊瑚礁在浅海沉积中有特殊意义，珊瑚虫对生活环境有较严格的选择，只能生活在20 ℃左右的海水中，并且要求水质清澈、盐度正常，水深不超过20 m，水流通畅而不激烈动荡。在这种环境中，珊瑚虫不断繁殖，其骨骼逐渐堆积成礁。如果珊瑚环绕岛的岸边生长，就会形成岸礁；如果珊瑚礁平行海岸分布，与岸间有一个较宽的水道，则成为堡礁；珊瑚围绕海底隆起的边缘生长则形成环状的礁体，称为环礁（图6-24）。

（三）半深海及深海的沉积作用

半深海是从浅海向广阔深海的过渡地带，水深一般位于200～2000 m之间，在海底地形上相当于大陆坡的位置，通常地形坡度较陡。深海是水深大于2000 m的广大海域，其海底地形主要包括大陆基、大洋盆地及海沟等。

半深海及深海离大陆较远，一般来说，粗粒物质很难到达这里，只有浊流、冰川和风以及火山作用，能产生较粗的物质沉积。浊流所悬浮和挟带的大量物质，在进入大陆坡脚和深海盆地时，因搬运能力剧减发生堆积，所形成的沉积物叫浊积物。由浊积物构成的扇状地形叫深海扇。扇体的沉积厚度较大，向深海平原厚度减小。浊积物主要由黏土和砂组成，还有砾石、岩块、生物碎屑等。具分选性和层理。

陆源物质大部分沉积于浅海带，粒径小于0.005 mm的悬浮物质进入半深海和深海区。这些物质虽属陆源的悬浮物质，但它们几乎都是胶体性质，可长期悬浮于水中，只有在极安静的水动力条件下才能沉入海底。由于海洋中波浪和洋流的存在，极安静的环境几乎不存在，如果不是胶体物质的凝聚作用，它们可能不会发生沉积。

半深海中的沉积物在世界上的几大洋中具有共同的特点，即都是一些胶状软泥，其成分大体相似，以黏土、硅质沉积为主。这些软泥根据颜色的差异（因含有少量的其他胶体沉积成分所致）有蓝色软泥、绿色软泥、红色软泥等。

深海是海洋的主体，但沉积速度较低。化学沉积作用形成了锰结核、多金属软泥等。

锰结核 锰结核又称锰团块、锰矿球等，它由水针铁矿、钠水锰矿和钡镁锰矿等矿物组成。锰结核中含30多种元素，除Fe，Mn外，还有Cu，Co，Ni等，其品位均已达到工业品位，而且储量可观，所以锰结核的经济意义很高。锰结核主要为黑褐色，含铁多时呈红褐色。结核大小不一，一般为0.5～25 cm，个别大于1 m。锰结核都具有一个碎屑核心，铁、锰矿物以同心圆状包在核外，这些核心可以是火山玻璃、生物骨屑或浮冰岩屑等。锰结核主要分布于水深4000～6000 m的深海底，以太平洋深海底为最多。锰结核的形成条件为：有丰富的锰质来源，处于氧化环境，海流不断补充锰质和沉淀核心。尽管在这种条件下，锰结核的沉积速度仍很小，一般为10 ^-5～3×10 ^-3 mm/年。

多金属软泥 是一种富含 Fe，Mn，Al，Zn，Pb，Ag，Au 等金属的未固结沉积物。一般分布在水深2000～3000 m处，现在已出现的地区有红海、东太平洋海隆等。多金属软泥中各种金属主要以硫化物形式存在，金属含量已达到工业品位。由于它分布的深度比锰结核浅，是未来有前景的矿产。

半深海及深海的生物沉积主要是一些生物软泥，尤其是深海区分布较广，它是深海沉积的重要组成部分。大量的浮游生物死亡后堆积，与泥质沉积物混在一起形成生物组分超过50%的软泥。生物软泥根据其成分和生物碎屑的种类，分为以碳酸钙为主的钙质软泥和以硅质为主的硅质软泥。前者包括抱球虫软泥和翼足类软泥，后者包括硅藻软泥和放射虫软泥。

湖泊中的生物作用也可形成腐泥，成岩后称为油页岩。

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