1、半深海-深海沉積中國地質大學（武漢）杜遠生半深海-深海沉積8.1 概述8.2 水動力和物理-化學-生物場8.3 背景沉積8.4 事件沉積8.5 海底扇8.1 半深海深海概述半深海相當于大陸斜坡(4-20度；水深200m)深海相當于深海平原，平均水深4000m半深海、深海環境的復雜性:大陸斜坡，海底峽谷，大洋中脊（有震海嶺）無震海嶺、洋島、海山、海底平頂山，海底高原和深海盆地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8.2 水動力和物理-化學-生物場水動力：表面洋流，底部洋流（溫鹽循環）；等深流；濁流; 內潮汐和內波物理-化學-生物

2、場：半深海-深海水團具復雜的溫度、鹽度、pH、Eh和肥力（含營養物質的多少）場及隨時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力表層洋流水密度變化底層洋流1-自由氧補償界面（OCD）OCD為靜海條件下自由氧耗盡而被補償的深度。大洋的溶解氧來自大氣，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生腐解而消耗氧氣，使氧的含量逐漸變得減少。現在大洋深水中氧的飽和度接近7.5ml/l，而實際上大洋深處僅有3-5 ml/l，有時可達0.5 ml/l，因此在中等深度（1

3、50-1000米）處有一數百米的缺氧層，該缺氧層之下為洋流作用充氧帶。在上升流區，由于生物生產率高缺氧層更發育。現代東太平洋赤道南北兩側和印度洋北部已發現是缺氧的，而且影響范圍很廣泛。自由氧含量趨于0的界面為無氧沉積界面，此界面自由氧的供給和消耗趨為零，既OCD界面。在標準的靜海盆黑海，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。海洋物理化學場大洋中氧的分布 大洋表層中的溶解氧來自大氣/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）

4、稱為缺氧層（oxygen minimum）。缺氧層是世界大洋的共同現象。 缺氧層之下，由于浮游生物的腐解作用已經結束，深層水和底層水又是自高緯度區的表層水沉補而來，含氧量又回升。方解石補償界面（CCD）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。當溫度降低或壓力升高時，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的飽和度在深海區主要取決于壓力（水深）。水深越大，CaCO3在海水的飽和度就越小。現代大洋除頂層水之外，CaCO3均不飽和，鈣質生物殼體在從大洋表層向下降落的過程中就會發生溶解，在水深大約3500-4000米之間有一CaCO

5、3溶解度急劇增加的區，Berger(1968)稱之為溶躍層（Lysodine），溶躍層內CaCO3大量溶解，溶躍層之下即為CCD。因此在大洋海水柱狀上就有CaCO3飽和深度（CSD）、溶躍層（Lysocline）和CCD幾個面控制著大洋殼底CaCO3沉積物的分布。在不同大洋及不同海區各界面的深度不同，如太平洋區海水中含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4000米左右。而北大西洋CCD深達4000米，南大西洋不足3000米，CCD在大西洋局部達5500米。海洋物理化學場海水化學碳酸鹽海洋碳酸鈣來源：河流輸入和大洋中脊熱液作用，0.11 g/cm2

6、Ky；海洋碳酸鹽沉積：1.3 g/cm2Ky所以：1 大洋除頂部水層以外，對碳酸鈣而言是不飽和的。主要依靠深海碳酸鹽溶解補充海水碳酸鈣的不足，以維持平衡2 大洋碳酸鈣溶解和沉積間斷常見海底雪線CCDCCD界面之上，浮游有孔蟲遭受強烈溶蝕，但仍有許多抗溶的殼體(以浮游有孔蟲和顆石藻類為主的鈣質軟泥)，在此界面以下，浮游有孔蟲遭受全部溶蝕，沉積物中碳酸鹽含量63微米）未溶相Alytic10%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CaCO2

7、溶躍層溶躍層CCD第8章 半深海-深海沉積8.1 概述8.2 水動力和物理-化學-生物場8.3 背景沉積8.4 事件沉積8.5 海底扇鈣質軟泥（抱球蟲軟泥）硅質軟泥（放射蟲軟泥）深海粘土（紅色軟泥）半深海軟泥（青泥、綠泥、黃泥等）冰海沉積（含礫泥巖）等深積巖和非等深積巖半深海、深海背景沉積、遠洋沉積物（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（自生礦物和遠洋生物除外）：A遠洋粘土。CaCO3和硅質化石30%（1）CaCO31-10%，（低）鈣質粘土；（2）CaCO310-30%，高鈣質（或泥灰質）粘土（3）硅質化石1-10%，（低）硅質粘土；（4）硅質化

8、石10-30%，高硅質粘土B軟泥。CaCO3或硅質化石30%（1）CaCO330%。CaCO330%：泥灰質軟泥。CaCO32/3：白堊軟泥；（2）CaCO330%。硅質化石30%：硅藻或放射蟲軟泥、半遠洋沉積（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（自生礦物和遠洋生物除外）：A 鈣質泥，CaCO330%。（1）CaCO32/3：泥灰質泥，CaCO32/3：白堊泥；（2）骸骨CaCO330%：有孔蟲軟泥、貝殼軟泥等。B陸源泥，CaCO330%。石英、長石、云母為主。陸源為：石英質、長石質、云母質C火山泥，CaCO330%、火山灰、火山玻璃等為主。半深海、深海背景沉積

9、印度洋軟泥中的生物大洋中的等深積巖等深流和等深積巖是1966年由Heezen等引入沉積地質學的兩個概念。等深流是在科里奧利力和水體密度梯度力的綜合作用下，沿盆地等深線流動的流體，是一種低速（2-20cm/sec)、持續的牽引流，在被動大陸邊緣最發育。大洋中的等深積巖等深積巖與濁積巖的區別 濁積巖濁積巖等深巖等深巖結結 論論顆粒分選性顆粒分選性中等至分選差中等至分選差t1.5t1.5（福（福克）克）好至極好好至極好t0.75t0.75（福克）（福克）等深巖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10-10010-100厘米厘米通常小于通常小于55厘米厘米等深流有較薄的層等深流有較薄的層

10、原生沉積構原生沉積構造造粒序粒序普遍存普遍存 正粒序，底部接觸正粒序，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，頂底接觸正粒序及逆粒序，頂底接觸都清楚都清楚等深巖的遞變性規律較差，等深巖的遞變性規律較差，而頂部接觸明顯而頂部接觸明顯交錯紋層交錯紋層普遍，由細屑巖集中而顯示普遍，由細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別等深巖與濁積巖明顯的區別是紋層是紋層水平紋層水平紋層僅見于上部，由細屑巖集中僅見于上部，由細屑巖集中所顯示出所顯示出整個層中都有，由重礦物或整個層中都有，由重礦物或有孔蟲介殼集中所顯示出有孔蟲介殼集中所

11、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，常見特別在巖層的底部，常見缺乏缺乏等深巖普遍是紋層等深巖普遍是紋層顆粒組構顆粒組構在塊狀遞變層中少或沒有優在塊狀遞變層中少或沒有優選方向選方向整個層中普遍地顆粒優選平整個層中普遍地顆粒優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（22微米）微米）10-20%10-20%0-5%0-5%等深巖的雜基少等深巖的雜基少微體化石微體化石巖層中普遍常見，保存完好巖層中普遍常見，保存完好有分選有分選稀少，磨損或破碎，重礦物稀少，磨損或破碎，重礦物砂有分選砂有分選等深巖顯示更多再改造的證等深

12、巖顯示更多再改造的證據據 植物及骨骼植物及骨骼殘屑殘屑巖層中普遍常見，保存完好巖層中普遍常見，保存完好有分選有分選稀少，磨損或破碎稀少，磨損或破碎巖石類型巖石類型雜砂巖，巖屑雜砂巖雜砂巖，巖屑雜砂巖巖屑雜砂巖、長石砂巖、石巖屑雜砂巖、長石砂巖、石英砂巖英砂巖等深巖成熟度更高一些等深巖成熟度更高一些細粒等深積巖的序列均質泥相斑雜狀粉砂和泥相具粉砂層的斑雜相粉砂-砂相含粉砂層的斑雜相斑雜的粉砂和泥相均質泥相大洋中的等深積巖大洋中的等深積巖第8章 半深海-深海沉積8.1 概述8.2 水動力和物理-化學-生物場8.3 背景沉積8.4 事件沉積8.5 海底扇巖 崩滑移和滑塌沉積物重力流碎屑流（水下泥石流

13、）顆粒流液化流濁 流海洋重力流沉積半深海深海事件沉積作用巖 崩巖崩：在陡崖或同沉積斷層陡斜坡或碳酸鹽臺地陡邊緣，已石化的沉積物碎塊突然迅速地自由掉落或滾動，這就是巖崩。巖崩一般分布比較局限，形成水下倒石堆積。倒石堆由大小懸殊、雜亂堆積的巖石碎塊組成，分選差，角礫呈棱角 或次棱角狀，顆粒支撐或泥基支撐，厚度變化大，呈窄相帶平行于陡壁分布。 海洋重力流沉積滑移和滑塌滑移（Sliding）和滑塌（slumping）：指半固結的沉積物塊體受重力作用沿破裂的底面順坡向下的滑動，其內部保持一定的粘連性。滑移強調沉積物塊體的整體移動，而滑塌沉積物內部產生變形、位移和破碎。滑移和滑塌經常緊密共生，有人將二者作

14、同義語使用。滑坡和滑塌在坡度大于0.5的斜坡上均可產生，滑塌塊體可從1立方米到100平方公里，厚度從幾厘米到幾百米，移動距離幾百米到數公里。滑坡滑塌體后部具拉張構造，底平滑或彎曲，前部具擠壓特征，具沉積層的逆掩和疊覆。滑塌變形層位于上下未擾動層之間，變形層中普通形復雜，常見寬背斜 、窄向斜的褶皺，后為張性斷裂，前部為逆斷層，變形構造及斷裂構造均指示滑動方向，與區域構造無關，褶皺軸面和逆掩斷層面的傾向背向滑動方向。此外，滑塌體下部可與下伏巖層漸變或吻合，而上部多呈“不整合”狀接觸。海洋重力流沉積沉積物重力流沉積物重力流：沉積重力流之沉積物與水的混合物在重力作用下順坡向下運動形成的流動。這種流動在

15、陸和水下均可發生，但洋底沉積物重力流沉積經常保存在地質記錄中。沉積物重力流是重力驅使沉積物運動而帶動隙間流體運動，其層內顆粒的粘連性被破壞，單個顆粒在液體介質中移動并推進液體介質。沉積物重力流按支撐沉積物顆粒的機理差異可分為四種類型：即碎屑流、顆粒流、液化流和濁流。 海洋重力流沉積沉積物重力流分類Vertical sequence of the indicators-facies modelBouma sequenceUpper Devonian Turbidite from Rheinisches Schiefergebirge Becke-Oese, Germany. Complete B

16、ouma SequenceABCDE深水細粒濁積巖粉砂質濁積巖泥質濁積巖微生物濁積巖無組構濁積巖海洋重力流沉積粉砂質濁積巖序列F：半遠洋或遠洋粘土質沉積，內生物擾動構造發育。E：粘土質沉積，具或不具遞變，有時可見水平紋層，常有生物擾動。D：細粉砂質為主，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造。 C：中粒粉砂為主，具遞變性和中等交錯紋理及卷曲層理B：中粒粉砂，具或不具遞變性，平行紋理發育。A：中粗粒粉砂或砂質粉砂，塊狀層理，遞變性不好或無，分選差或無分選，具漂浮碎屑、底部為突變的沖刷面。深水細粒濁積巖粉砂質濁積巖序列泥質濁積巖序列P：遠洋半遠洋沉積，常具生物擾動構造。T8：濁

17、積泥，部分為遠洋沉積，具微生物擾動。T7：無遞變泥，偶具粉砂質假結構。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沉積。T4：具不清楚的斷續的粉砂紋層的泥質沉積。T3：具連續規則的平行的薄粉砂層的泥質沉積。T2：具不規則微細的薄粉砂層的泥質沉積，內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，內部為微紋層。 底面為沖刷模和負荷模。深水細粒濁積巖泥質濁積巖序列微生物濁積巖序列F：半遠洋和遠洋沉積，具生物擾動構造。F/E：生物成因濁積巖和遠洋半遠洋沉積的混合，具反遞變和生物擾動構造。E3：生物成因的泥，極細粒，均質無遞

18、變性，具孤立潛穴，生物擾動向上增多。E2：生物成因泥，具微弱的遞變，細到極細粒，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的生物顆粒及灰泥互層，底部紋層為砂到粉砂級生物屑，底面為沖刷面，與下伏層呈突變接觸。深水細粒濁積巖微生物濁積巖序列無組構濁積巖序列半深海深海沉積作用和相模式小結事件相模式事件相模式背景相模式背景相模式第8章 半深海-深海沉積8.1 概述8.2 水動力和物理-化學-生物場8.3 背景沉積8.4 事件沉積8.5 海底扇8.5 海底扇海底扇環境類型海底峽谷（物源供應水道）上扇（水道和天然堤）中扇（辮狀水道和朵葉體）下扇（席狀體和新

19、朵葉體）深海平原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：經典濁積巖(鮑馬序列)、缺底濁積巖海洋重力流沉積海底峽谷：泥基支撐的礫巖相：由泥基支撐的砂、細礫、中粗礫和漂礫組成，其底面不規則，缺乏典型的工具痕和侵蝕痕。層內部混亂，無一定的組構，正反遞變及層理均不發育，局部可見疊瓦狀構造，為碎屑流沉積而成。滑塌巖相：也由基質支撐砂礫巖組成，但內部高度變形，形成大的揉皺、斷裂、或混合及角礫巖化，滑塌層可達幾十米甚至幾百米厚。由海底滑移和滑塌作用形

20、成。 海底扇沉積的巖相類型上扇主水道：遞變層礫巖、反向-正向遞變礫巖、塊狀礫巖碎屑支撐的礫巖根據其遞變性及內部構造可分為不同類型。這些礫巖單層厚度可從1米到50米以上，底面清楚，常為水道底，側向不穩定，延伸不遠。層間很少保存泥質層。在正一反遞變礫巖中，反遞變段厚度小，一般不超過20-30厘米，向上逐漸過渡為正遞變或塊狀層。各類中的疊瓦狀礫石指示古流向，即長軸平行流向并向上游傾斜。紊亂層礫巖中礫石雜亂排列，無遞變、無層理并無疊瓦狀構造。 海底扇沉積的巖相類型中扇辮狀水道：塊狀砂巖相：由很厚的砂巖層組成，砂巖中頁巖夾層少或無。層底部具侵蝕模或工具模，內部均一，遞變層理一般不發育，典型的沉積構造為泄

21、水管和碟狀構造。為沉積物液化流沉積。含礫砂巖相：含礫砂巖不適用Bouma層序，沒有頁巖夾層，其底部界面明顯突變，具大的底模（槽模可達1米長）。層內部一般顯遞變性，從底部的含礫砂巖向上逐漸遞變到中或細砂巖。內部具粗糙的平行層理和良好的板或槽狀交錯層理，紋層平均厚5-10厘米，層系厚20-30厘米。露頭上許多含礫砂巖可形成幾十或幾百米厚的席狀砂，由許多個單個遞變層在垂或側向上疊置聯結而成。 海底扇沉積的巖相類型中扇朵狀體：近源濁積巖（缺頂鮑馬序列）下 扇：經典濁積巖 (完整或缺底鮑馬序列)經典濁積巖：以 Bouma層序為代表。缺頂濁積巖：發育在海底扇的中扇部位，以粗粒的底部層序為主，主要由AE段組

22、成。缺底濁積巖：發育在外扇外部，底部層序發育不好，沉積粒度較細，厚度較小，缺乏A或B段。在外扇內部具發育完整的Bouma序列。 海底扇沉積的巖相類型海底扇進積型沉積序列海底扇的進積作用進積作用序列向上變粗序列：深海平原下扇席狀體中扇朵葉體中扇辮狀水道上扇主水道和天然堤海底峽谷物源供應水道海洋重力流沉積海底扇進積型沉積序列Area of study:Cape Liptrap33Area of study:Cape LiptrapGeological setting:3Stratigraphy: Turbidite fan Sedimentology:7 Five facies associati

23、ons have been recognized from the Liptrap Formation: debris and slump deposits, conglomerates with massive bedding, massive sandstones with massive bedding, typical turbidites with complete or incomplete Bouma sequences, (1) fine-grained siltstone and mudstones Facies association 1: debris and slump

24、 depositsFacies association 1: debris and slump depositsFacies association 1: debris and slump depositsFacies association 1: debris and slump depositsFacies association 2: conglomerates with massive beddingFacies association 2: conglomerates with massive beddingFacies association 3: massive sandston

25、es with massive beddingFacies association 3: massive sandstones with massive beddingFacies association 4: typical turbidites with complete or incomplete Bouma sequencesFacies association 4: typical turbidites with complete or incomplete Bouma sequencesFacies association 4: typical turbidites with complete or incomp