海洋的地质作用

第十章海洋的地质作用目的要求海洋是地表最大的水体，对地球的演变、生命的形成和人类活动都有极其深 刻的意义。大陆在各种自然力的作用下，遭受风化剥蚀，具破坏产物源源不断地 输送到海洋中沉积，这些沉积物中保存着人类用来认识地球演变历史的丰富记录 和赖以生存的矿产资源。要求学生了解海水的运动方式特点和海洋的化学与生物 形特征，了解海洋的剥蚀与搬作用特点，重点掌握滨海、浅海、半深海及深海的 沉积作用，以及它们的产物特征。课时：6学时 授课内容一、海水的动力二、海岸带与浅海带地质作用三、半深海和深海带地质作用 重点海洋的搬运作用与沉积作用的特点与产物 难点半深海和深海带地质作用学生难以理解。可借助一些典型的实例，并通过多 媒体教学手段进行讲解。教学方法利用多媒体等以讲授为主，结合部分实地照片进行说明 讲授重点内容提要一、海水的动力1、海水的动力方式(1)海浪 海水有规律的波状运动。具大小与风力、风的持续时间、海面的 开阔程度有关。(2)潮汐 受日、月引力作用而引起的海水周期性涨落的现象。(3)洋流 海洋沿固定方向流动的水体。它与信风、地形、气候、海水的盐 度和温度等因素有关。2、海水的化学性质海水中有多种(79种)元素的存在，受气候、地形、等因素的影响，造成各 地海水化学成份的重在差异。(1)盐度：海水中溶解的矿物质的总量。海水中平均盐度为35%,一股在33% 37%之间变化。高于此范围的称为咸化海，而低于此范围的称为淡化海。(2)pH值：海水中的pH值在7.58.4之间。pH值的大小控制着许多矿物的 形成。(3)Eh值：与海洋的深度和不同的地区有所不同。一般在深度100200米,由于生物呼吸有机氧化物消耗，使其含量降到最低值。Eh值对铁、钮矿物的形成和存在形式影响特别显著。铁在还原条件下形成低价铁矿物，在氧化条件下形 成高价铁矿物。(4)二氧化碳与碳酸根：控制着碳酸盐岩矿物的沉淀和溶解。3、海洋生物生命的发展与进化源于海洋。生物主要发育在 0200米水深的范围。从地 质的眼光来看，生物在其生长至死亡的整个过程中都在进行一种特殊的地质作 用。二、海岸带与浅海带地质作用(一)、海岸带与浅海带概念1、海岸带：海浪和潮汐所拍打的范围。(1)无障壁海岸包括：后滨带一高潮线以上的一定范围。前滨带一高潮线和低潮线之间。近滨带一低潮线以下的范围。(2)有障壁海岸包括：潮上带一高水位以上，特大潮水影响地带。潮间带一低水位和高水位之间地带。潮下带一低水位线以下地带。实际上还有泻湖、潮坪等等。2、浅海：30-200米水深范围，巨大海浪能拍打的范围。该带生物繁盛， 具有特殊的地质作用。(二)、海浪的剥蚀作用海浪的剥蚀作用有化学溶蚀和机械剥蚀两种，但主要是对海岸拍打的机械作 用。首先，激浪对由基岩组成的海岸造成强烈的侵蚀破坏。激浪施加于海岸岩石的压力，每平方米可达几千公斤以上。海水挤进岩石的裂缝以后，压迫裂缝中的 空气，促进岩石崩裂瓦解。强大的激浪还可以抛掷岩屑，甚至巨大的石块以撞击 海岸，加速海岸基岩的破坏过程。止匕外，海水有溶解能力，如海岸为可溶性岩石 组成，更易于受到溶蚀。在机械破坏与化学溶蚀的双重作用下， 以及断裂不发育的岩石抵抗海蚀的能力较强, 的能力较弱，前者常突出成为海岬(strait 入海中的岩石和侵蚀成海蚀似桥状的拱桥(海岸的破坏就更为快速。其中坚硬的软弱的或断裂发育的岩石抵抗海蚀),后者常凹入成海湾(gulf )。伸marine bridge )、直立水面的海蚀柱(marine stack )。坚硬岩石组成的海岸因受海蚀而崩塌，可形成陡峭的海蚀 崖(marine cliff )。海蚀崖的下部因受激浪及其携带的石块撞击可以形成海蚀 洞穴(marine cave )。海蚀洞穴可以发展为平行海崖的凹槽，称为海蚀凹槽(marine trough )。当海蚀凹槽的上部岩石发生崩塌时，海蚀崖便后退。海蚀 作用沿基岩裂隙带发展可形成海蚀沟谷(warine canyon )。如此反复，海蚀崖 不断向陆地方向节节后退，在海岸带形成一个向上微凸起并向海洋方向微倾斜的 平台，称坡切台。而被破坏下来的碎屑物质搬运至水面以下沉积下来形成坡筑台(图 516)。(三)、海浪的搬运作用海水对物质的搬运方式有机械和化学(溶运)两种。海浪的搬运主要以机械的 方式搬运碎屑物质。对碎屑物的搬运仍有悬移、跃移、和推移三种。1、波浪的搬运作用波浪的作用能引起近岸带沉积物的搬运和沉积。当激浪进击海岸时，形成向陆地前进的水流，称为进流(ingression current )。如波浪前进方向与海岸垂 直，进流就将水下图基岩海岸海域地徭示老圉的砂、砾向岸上搬运。随着进流能量的耗散，部分砂砾留在岸上，部分砂砾随退 回外海方向的水流一回流(reflux )又搬回水下。在进流与回流的往返作用下， 砂、砾被磨圆而且得到分选。2、潮汐的搬运作用海平面发生周期性升降的现象称为潮汐(tide )。海水(含地球上的一切物 体)恒受月地引力及月地系统围绕其质量中心旋转而产生的离心力共同作用(日地引力较弱，也有影响)。在地球的向月端引力大于离心力，合力指向月球，海 水鼓起，发生涨潮(rising tide );在地球的背月端因离心力大于引力，合力 背向月球，海水也鼓起，也发生涨潮。与此同时，在距离向月点90的地面上，海水面相应降低，发生落潮(falling tide )。由潮汐引起的海面高度变化迫使海水做大规模水平运动，形成潮流( tidal current )。涨潮时，潮水涌向陆地；落潮时，潮水退向外海。在平坦海岸带， 潮水的涨落影响到相当宽阔的范围， 对于沉积物起着反复的侵蚀、搬运和再沉积 的作用，控制着沉积物的性质和特征。在狭窄的河口地带，潮流的侵蚀搬运作用 特别强烈。当潮水涌进狭窄的水道时，潮高可激增至数米、十余米，流速增快， 可达每秒数米；落潮时潮水又奔腾而下，因而河口被强烈冲刷，不形成三角洲， 相反河口向外海呈漏斗状展开，称为三角港(triangular harbour)。如钱塘江、 恒河、叶尼塞河、亚马逊河、泰晤士河、易比河等河口即为强潮形成的三角港。(四)、海岸带的沉积作用1、滨海的沉积作用滨海(shore)是波浪及潮汐运动强烈的近岸水域，其下界为浪基面。滨海 的宽度不一，在崖岸地区很宽，可达数公里以上。滨海带由于水体十分动荡，富含氧，阳光充足，生物以绿藻(green algae)、 蓝绿藻(blue green algae )类植物以及经得起波浪冲击的厚壳碎片为主。砂、砾的分选性与磨圆度良好，具有丰富的交错层与波浪。它们常常堆积成 砂滩、砾 滩以及砂咀、砂坝等形态。砂粒成分以石英最为常见。如海岸由石灰岩组成，则 出现石灰岩质砂、砾，如海岸由火成岩组成，常常有结石、独居石、锡石、金刚 石、金红石等重矿物富集，成为海滨砂矿。在干燥炎热地区，表层海水所含CaCO 易饱和而沉淀，围绕某些核心在海水处于不断搅动的条件下形成具酗状构造的沉 积物，最后转变成酗状石灰岩。在平坦的海岸地区常有宽阔的后滨带， 这里海水排泄不畅，终年潮湿，主要 堆积泥质物，如果植物大量生长，可形成泥炭( marl),最后转变成煤(coal)如果浅平的海岸带有凸起地貌(如砂坝、砂洲、砂咀、半岛、曲折的海湾) 发育，可以导致近岸部分水域与外海发生隔离或半隔离，其中海水处于局限性流 通状态，波浪作用弱，而潮汐作用盛行。其结果是这里分不出明显的后滨、前滨 等地带，却可以形成平坦而宽阔的坪地，称为潮坪。其主体位于高潮线与低潮线 之间，宽度可达数公里，往往同泻湖共生，并出现在泻湖的周围。潮坪沉积或以 砂质为主或以泥质为主，前者称为 砂坪，后者称为泥坪。2、浅海的沉积作用浅海位于大陆架主体之上，其水深自低潮线向下至200m之间。浅海带有海流作用，且较强的波浪也能影响海底。故本带的海水较为动荡， 富含氧，阳光一般能达到海水下层；盐度较为正常；生物较为丰富。其上半部有 藻类植物及绝大多数的底栖动物，其下半部生物数量及类型减少。浅海带沉积物类型多样，碎屑沉积物Al、Fe、Mn氧化物、碳酸钙、碳酸钙 镁以及磷酸钙等沉积物普遍发育。浅海的碎屑沉积从近岸到远岸，依次排列着砾石、粗砂、细砂、粉砂和粘土 等。砂与粉砂层多分布在浅海带的上部，具有交错层与波痕，泥质物多分布在较深部位，常具有水平层理。浅海带沉积物的特点是：近岸颗粒粗，以砂砾为主，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；远岸带粒度细，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 好，成分较复杂。Al、Fe、Mn的氧化物主要是以胶体形式(少部分为真溶液)从大陆搬运入 海的，遇到电解质后易于凝聚，有时富集成为矿体。它们经常具有酗状构造，成 为鱼而状铝质岩(oolitic aluminous rock)、鱼而状铁质岩(oolitic ferruginous rock )、鱼而状钮质岩(oolitic manganous rock )。由于 Al、Fe、Mn的胶体具 正电性，SiO2的胶体具有负电性，因而酗状岩石中常含有SiO2的成分。在Al-Fe-Mn系列中，Al的氧化物最不稳定，堆积的地方离岸最近；钮的氧化物 最稳定，堆积的地方离岸最远；铁的氧化物堆积在两者之间。此外常有磷酸钙的 生物化学沉积物，呈层状或结核状产出，与钻质沉积物共生。碳酸盐沉积主要包括生物石灰岩和碎屑石灰岩等。生物石灰岩中以生物礁(organic reef )为代表。生物礁是由生物生长所形 成的海底突起。造礁生物种类很多，最有代表意义的是珊瑚。造礁珊瑚( reef coral )的生长需要严格的条件，包括 20c左右的温暖海水，充足的阳光，水质 清澈不含泥砂，含盐度正常及水深一般不超过 60m等。因而它是沉积环境的指示 生物。古生代的生物礁就是具有生物骨架结构的石灰岩， 即礁灰岩。浅海沉积中碎 屑石灰岩甚为广泛。碎屑可以是由生物介壳及骨骼破碎而成， 也可以是海底碳酸 钙质沉积物经侵蚀而成。绝大部分浅海沉积物都含有生物化石， 有的还含有海绿 石(glauconite )。三、半深海及深海带地质作用半深海一?S指水深2004000米的深度（大陆斜坡一带）。深海一泛指水深4000米以下的深度（大陆斜坡至海盆地带）。（一）、半深海地质作用1、半深海的搬运作用洋流的搬运作用 海水做大规模的定向流动称为洋流或海流（ocean current ）。它即见于海水表层，也能形成于海水深部；即发生在近岸地带，也 分布于远海水域。表层洋流影响深度不超过 100m深部洋流可达深海底。洋流的运动方向可以是水平的，也可以是垂直的（上升或下降）。控制的因 素是盛行风的方向、科里奥利效应、大陆的轮廓、岛屿的存在和海底地形等。洋 流的速度一般不超过0.5 1.5m/s。洋流的地质作用主要在于搬运。洋流对海底轻微的侵蚀作用并能搬运细粒的 碎屑物质。2、半深海的沉积作用半深海（bathyal ）是位于大陆坡上的水域。半深海代表性的沉积物是由悬 浮物质缓慢沉淀而形成的 泥质与粉砂或细砂的混合物，以细粉砂占优势。它们大 部分是陆源的，少数为生物成因，并含有不等量的CaCO3有时含有火山物质。其中具有蓝灰色、灰绿色者称为蓝泥或青泥（blue mud ,系因沉积物中存在氧 化亚铁及有机质，是海底还原环境的标志。在热带的半深海带发育红泥（ red mud ,为砖红色、红棕色，这种颜色并不意味着海底为氧化环境，而是因陆缘 物本身为大陆的红土（laterite ）。在有利的条件下（如暖流与寒流交汇以及沉 积速度很慢时），本带沉积物中出现丰富的海绿石，使沉积物成为绿色，称为绿 泥（green mud。在火山作用强烈的地区，具沉积物中混入大量火山灰、浮石、 火山角砾，称为火山泥（volcanic mud。在珊瑚岛附近则发育珊瑚泥（coral mud , 它是由珊瑚礁的海蚀产物堆积而成的。（二）、深海地质作用1、深海的搬运作用浊流的搬运作用浊流（turbidity current ）是含有大量悬浮物质，因而比重大（最大可达1.52.0g/cm3 ）,并以较高速度向下流动的水体。浊流中的 悬浮物质是砂、粉砂、泥质物，有时还携带砾石。浊流发源在大陆架之上或大河流的河口前缘。那里堆积的厚度大而松散的沉积物在强大的波浪搅动、地震震动、河水的冲击以及海底滑坡等因素的作用下， 重新活动并扩散于海水之中便形成浊流。 其中尤以大规模的海底滑坡作用最为重 要，而地震与河口前缘松散物的过量堆积则是触发海底滑坡的因素。一般说来，浊流规模大且速度快，具有很强的侵蚀、搬运能力，因而它对海 底沉积物的沉积和海底地貌形态的塑造起着重要作用。横切大陆架和大陆坡并终 止在陆隆上的海底谷地，即海底峡谷（submarine canyon）,是浊流侵蚀的产物， 也是浊流运行的通道。它普遍见于大陆及大型岛屿的边缘，谷深数百米，谷宽数公里。其首部常起源于大河河口，其前端在陆隆上分散成许多支谷。 如中大西洋 北部格陵兰和布拉多之间有一条世界最长的海底峡谷，它由北向南延伸到深度为5000m的深海平原上。海底峡谷原先可能是河口的水下部分，后来因受到浊流影 响而扩大。2、深海的沉积作用深海（deep sea）是位于洋底上的水域。深海底水体平静，生物很难生存，只有极少的低等生物，沉积物供应量少，长期补偿不足（“饥饿盆地”），沉积速度一般十分缓慢。有三种沉积类型：(1)软泥(ooze)为粒度介于粉砂级与泥质级之间的沉积物。其分布最为广泛。生物软泥(ooze)含有丰富白5 (常占50%Z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(calcareous ooze)与硅质软泥(siliceous ooze)两类。属于钙质的有抱球虫(globigrina )(有孔虫之一种)软泥及翼足 虫(pteropod)(属于软体动物)软泥；属于硅质的有放射虫软泥 (radiolarian ooze)及硅藻软泥(diatom ooze)(常含有硅质海绵骨针 (sponge spicule )。 它们分别以其占主导的有关生物种属命名。红色粘土( red clay )主要为粘土构成，含大量火山碎屑，生物很少，CaCg量微弱，颜色为红色。金属泥(metallic mud )和钮结核(manganese module)金属泥和钻结核是在深海底堆积的具有经济意义的矿产资源。金属泥 富含重金属元素的泥状沉积物。自从 1965年在红海底约2000m 深处发现了金属泥后，已经在大西洋、太平洋、印度洋的洋脊上陆续发现了许多 类似的金属泥，其产出部位都具有海水温度高、含盐度高、重金属含量高的特点。钮结核钮结核呈浑圆状、不规则球状或土状，直径由小于1cm到20cm,平均约为8cm, 一般为淡褐色至土黑色，软而多孔，比重2.1到3.1。其内部通常围绕核心呈同心圈状构造，核心为生物骨骼、微陨石、红粘土、矿物或岩石碎 片等。有时钻呈皮壳状覆盖在海底岩石上，厚约数厘米。钮结核中经常含有Cu Cd、Co Ni、Mo等元素。采自太平洋的54个样品 分析的结果是:Mn 8%r41.01%, Fe 2.4%26.6%, Co 0.01% 2.3%, Ni 0.1% 2.0%, Ca0.03%1.6%,其中Mn Ca Ca Ni等元素已达工业开采含量， 其经济潜力极大，因而具有重要的经济价值。(2)浊流沉积及等深流沉积浊流沉积是由砂、粉砂等细碎屑物与泥质物组成韵律交互层，具有清楚的递 变层理及印模等构造。由它固结而成的岩石称为浊积岩(turbidite )。(其特征 见书Pi75)等深流沉积(contour deposit )是细砂、粉砂与泥质物的互层，砂质物分选 良好，普遍为水平层理，有时也有递变层理和内部侵蚀的痕迹。由它固结而成的岩石称为等深沉积(contourite )。等深沉积在大西洋陆隆上有广泛分布。本章小结海水也是重要的一种地质营力，对引起改变地壳表面是不可忽视的能力。了 解海水的运动、海水的化学性质等基本特征，有促于掌握海水地质作用的特点。 海水的地质作用以溶蚀作用、搬运作用、沉积作用为特点，以各种海洋地貌、沉 积物质为最终产物。以特殊沉积作用为特征，形成具有海洋沉积特点的沉积物。思考题(一)基本概念浅海、深海、海蚀作用、浊流沉积、(二)简述下列两组基本概念的主要区别1、前滨与近滨；2、泻湖与潮坪；3、波切台与波筑台 （三）回答问题1、研究海洋地质作用有何意义？2、浅海沉积环境有哪些主要特点？3、浅海碎屑沉积物有哪些特征？4、简述海洋及湖泊的剥蚀作用有什么区别？5、简述碳酸盐岩的成因及沉积环境、6、简述海洋的搬运作用。7、浊积物有哪些特征？