湖南省国土资源厅网站长沙市政府网站 简体繁體
当前位置:首页 > 国土业务 > 科学普及

沉积作用

沉积作用是被运动介质搬运的物质到达适宜的场所后,由于条件发生改变而发生沉淀、堆积的过程。按沉积环境可分为大陆沉积与海洋沉积两类;按沉积作用方式可分为机械沉积、化学沉积和生物沉积三类。

简介

沉积作用(sendimentation)是被运动介质搬运的物质到达适宜的场所后,由于条件发生改变而发生沉淀、堆积的过程。

经过沉积作用形成的松散物质叫沉积物。陆地和海洋是地球表面最大的沉积单元,前者包括河流、湖泊、冰川等沉积环境,后者可分为滨海、浅海、半深海和深海等环境。尽管沉积场所十分复杂,但沉积方式基本可以分为3种类型,即机械沉积、化学沉积和生物沉积。

机械沉积作用是指被搬运的碎屑物质,因为介质物理条件的改变,而发生堆积的过程。这种介质物理条件的改变,包括流速、风速的降低和冰川的消融等。

水介质中以胶体溶液和真溶液形式搬运的物质,当物理、化学条件发生变化时,产生沉淀的过程称化学沉积作用。

与生物生命活动及生物遗体紧密相关的沉积作用称为生物沉积作用。生物的沉积作用可表现为生物遗体直接堆积;另外还表现为间接的方式,即在生物的生命活动过程中或生物遗体的分解过程中,引起介质的物理、化学环境发生变化,从而使某些物质沉淀或沉积。

定义

广义指造岩沉积物质进行堆积和形成岩石的作用。包括母岩的解离(提供沉积物质)、解离物质的搬运和在适当场所的沉积、堆积,以及经物理的、化学的和生物的(成岩的)变化,固结为坚硬岩石的作用。狭义的指沉积物进行沉积的作用。

更为狭义的指介质(如水)中悬浮状物质的机械沉淀作用。在沉积学中,常使用比较狭义的概念,把沉积作用定义为沉积物质在地表温度及大气压力下以成层方式进行堆积或形成的作用及过程,包括沉积物埋藏以前(即成岩作用开始以前)自风化、搬运以至堆积的全过程。

很多人使用广义的沉积作用的概念,如矿床学中常把沉积演化过程中形成的矿床统称为沉积矿床,这是相对岩浆作用或变质作用等与内动力有关的作用而言的。在流水的的搬运途中,由于水的流速、流量的变化以及碎屑物本身大小、形状、比重等的差异,沉积顺序有先后之分。一般颗粒大、比重大的物质先沉积,颗粒小、比重小的物质后沉积。因此,在不同的沉积条件下形成砾石、沙、粉沙、粘土等颗粒大小不同的沉积层。当河流携带大量泥沙流动时,由于流速降低、泥沙逐渐沉积,在河流的中下游常常造成宽广平坦的冲积平原和三角洲,如中国的长江中下游平原和长江三角洲、埃及的尼罗河沿岸平原和尼罗河三角洲等。中国的黄土高原就是风力沉积的杰作。强劲的西北风从遥远的蒙古高原搬来粒粒沙尘,经过上百万年形成深厚的黄土分布区。

分类

按沉积环境可分为大陆沉积与海洋沉积两类;沉积作用按搬运介质的不同可分为风的、地面流水的、地下水的、冰川的 、湖沼的和海洋的沉 积作用等6种类型;按沉积作用的方式可分为机械的、化学的和生物的沉积作用3种类型。

机械的搬运和沉积作用

陆源碎屑及火山碎屑物质,均以机械的方式进行搬运和沉积,并受流体力学定律的支配 。按搬运介质流体的性质,可分为牵引流和重力流两类。①牵引流的机械搬运和沉积作用。这是最为常见的沉积作用,如雨水、河流、湖流、洋流、波浪流、潮汐流、等深流和风的机械搬运和沉积作用等。当牵引流体的动力大于碎屑物质的重力,并克服了粘结力和摩擦力时,物体就被搬运走,相反则将被沉积下来。沉积物通常具有明显的机械沉积分选作用,即随搬运距离的加长,碎屑物依大小、比重、形态、成分不同而分别沉积。由于波浪流、潮汐流和洋流对碎屑物质的改造能比河流大100倍 ,所以海洋沉积物具有分选好 、磨圆度高、结构成熟度和成分成熟度高的特点。冰川的机械搬运沉积作用比较复杂,一般固体搬运属重力流,在雪线以下冰川消融时可产生牵引流。冰川沉积物以分选差、磨圆度低、有擦痕、层理很差为特征。有时重达数千吨的漂砾可与细小的砾石、砂、粉砂混合堆积在一起。②重力流的机械搬运和沉积作用。重力流是一种高密度的碎屑和水或气的混合流体 ,包括泥石流、颗粒流、液化沉积物流、浊流、岩块崩塌流和热灰云流等。重力流沉积物分选性很差、无大型交错层理 、常呈块状及粒序构造。常见于大陆的冲积扇、深湖或深海环境中。

化学的搬运和沉积作用

溶解在水体中的物质通常呈胶体或真溶液两种状态。胶体凝聚可沉积形成粘土矿物、磷酸盐类、铝土矿、铁矿和锰矿等。氯、硫、钙、钠、钾、镁等呈离子状态存在于水溶液中,呈真溶液被搬运并通过化学作用而沉淀,形成各种盐类及石灰岩、白云岩、多水高岭石等。

生物的搬运和沉积作用

生物通过生命活动直接或间接地促使化学元素、有机或无机物质进行分解、化合、迁移和聚集或将遗体直接堆积下来,造成生物沉积岩石。如礁灰岩、硅藻土、石油、油页岩、煤及某些磷矿、锰矿、铁矿等。

意义

地壳中的各种沉积岩层和沉积矿产都是沉积作用的产物,保存在沉积岩层中的各种沉积现象反映着各个地质时期的地质环境,是研究全球变化的重要物证,研究沉积作用对于人类的生存和发展有重要意义。

遗迹化石

任何沉积物的性质都决定于以下三大基本作用:沉积物堆积(沉积)作用,生物扰动作用和生物侵蚀作用。当沉积作用超过生物扰动作用时原始层理和物理沉积构造将占主要地位;当生物扰动作用超过沉积作用时原始层理及物理构造将被破坏,生物成因构造将占主要地位。

一般情况下可以分出两种沉积体系:缓慢的低能环境沉积体系和快速的事件沉积。在缓慢的加积时,正常情况下生物扰动超过沉积作用,形成完全彻底的生物扰动,内生底栖群落变为成熟,形成平衡群落,遗迹组构中的遗迹梯度发育很好,在遗迹组构内最深梯度占主要。保存的遗迹也很精致。在低能环境中,当沉积速度加快,成为生态限制因素,这种压力下的群落生物扰动不完整,将会失去最深的梯度。

事件沉积从每天发生的潮汐作用,到数千年一次的浊流事件,经常是突然沉积的沉积物,有时伴有侵蚀作用,无论是增加的沉积厚度还是沉积颗粒度都会在遗迹学上产生重大影响。在不大的事件沉积中,某些内生生物可以移动到全新沉积物的表面上,受到深埋时会产生平衡迹和逃逸构造,甚至深埋底栖群落会窒息而死亡,新的基底会重新繁殖,可以是从漂游的变态幼虫重新固着下来,也可以是少数原来群落的成年个体从侧部迁移而来,也可以是从事件沉积中带来的生活的内生底栖动物形成机会性质的新生群落。

连续缓慢的沉积(如在陆架远滨,深海区)经常伴生着完全彻底的生物扰动,潜穴分异度高,包括有各种居住迹,觅食迹和牧食迹,在连续快速沉积中(如在海滨和沙)。

地面流水的沉积作用

地面流水的沉积作用以机械沉积作用为主,由于地面流水总是处于较快的运动与循环状态,其中的溶运物在搬运过程中一般不具备沉积条件,故化学沉积作用微弱。

河流的沉积作用

河流的沉积作用,自上游至下游普遍存在。发生沉积作用的原因,归纳起来有三点:一是流速减小,二是流量减小,这二者都会使河流活力降低而发生沉积;三是进入河流的碎屑过多,超出河流的搬运能力而发生沉积。据此分析,河流发生沉积作用有三个主要场所:一是河流汇入其它相对静止的水体处,如河流入海、入湖以及支流入主流处;二是河床纵剖面坡度由陡变缓处,一般来说河流中、下游地势较平坦,沉积作用明显;三是河流的凸岸,由单向环流侵蚀凹岸,其产生的碎屑在凸岸沉积。滞留砾石沉积在河流上游,由于坡降大,河流具有较大的动能。细粒物质被冲走,粗粒物质留下来成为滞留沉积。其沉积物以河床砾石为主,成分复杂,砾石呈叠瓦状排列,一般厚度不大,常呈透镜体分布于河道之中。

边滩沉积与河漫滩:河流在迁移弯曲的过程中,所携带的碎屑物在凸岸一侧沉积下来。开始仅仅形成浅滩,随着河流不断侧向迁移,浅滩也不断增长,最后形成宽阔的边滩。边滩沉积物成分复杂,常含有植物碎片。粒度变化范围大,规模较大河流的边滩沉积,都是以砂为主,有少量的砾石和粉砂;较小河流的边滩沉积,粒度可粗至砾石级。边滩沉积中的层理以大型板状交错层理为主。

天然堤与决口扇沉积:洪水期河水漫越河岸,由于河水变浅、流速骤减,河水所携带的大量悬浮物质,很快在岸边沉积下来,形成天然堤。天然堤主要发育在蛇曲河流中,沉积物为粉砂和泥,两者常呈互层。决口扇是洪水冲决天然堤,在天然堤外侧斜坡上形成的扇状堆积物。它在剖面上呈透镜状,厚度自数十厘米到几米。沉积物的粒度比天然堤的粗,主要为细砂和粉砂。 河口沉积:河流入海、入湖的地方叫河口,它是河流重要的沉积场所。当河流进入河口时,水域骤然变宽,再加上海水或湖水对河流的阻挡作用,流速减小,机械搬运物便大量沉积下来。所形成的沉积体形态,从平面上看像三角形,故称为三角洲。三角洲内部从纵剖面上看常具有三层构造,即顶积层、前积层和底积层。

河流的沉积物统称为冲积物。对于正在形成的冲积物人们很容易认识,但在研究古河流沉积时,就有较大的困难。因为在漫长的地质历史中,这些冲积物经历了沧桑之变,因此,掌握冲积物一些最基本的鉴别标志显得尤为重要。冲积物的主要鉴别标志是:①砾石成分复杂,往往具叠瓦状排列。砂和粉砂的矿物成分中,不稳定组分较多。②碎屑物质的分选性较好。碎屑颗粒随水动力条件的改变,按大小、比重依次沉积。由于这种分选作用,一些比重大而稳定的矿物,如金、锡石、金刚石、钨砂等,便可富集形成冲积砂矿床。③碎屑颗粒的磨圆度较高。冲积物通常经过长距离和多次的再搬运,由于磨蚀和碰撞造成较高的磨圆度。④冲积物层理发育,类型丰富,层理一般倾向河流下游。⑤冲积物常呈透镜状或豆荚状,少数呈板片状。⑥冲积物往往具有二元结构,下部为河床沉积,上部为河漫滩沉积。

洪流及片流的沉积作用

洪流的沉积作用很普遍,特别是在干旱和半干旱地区,洪流是主要的地质营力。它不但具有强大的侵蚀能力,而且具有较强的搬运能力。当洪流携带大量碎屑物质,抵达冲沟口时,水流突然分散,碎屑物质便沉积下来。由洪流形成的沉积物叫洪积物。洪积物在冲沟口所形成的扇状堆积体叫洪积扇。大型的洪积扇中,洪积物具有明显的分带现象。在洪积扇顶部,堆积有粗大的砾石,这是由于水动力在此地带突然降低所致。在洪积扇边缘,地形较缓,水动力更弱,沉积物主要为砂、粘土,并具有层理。在扇顶与扇缘之间,沉积物既有砾石,又有砂及粘土。洪积物这种分带现象是粗略的,各带之间没有截然的界线。洪积物具有如下特点:①洪积物分布有明显的地域性,其物质成分较单一,不同冲沟中的洪积物岩性差别较大;②洪积物分选性差,往往砾石、砂、粘土混积在一起;③洪积物的磨圆度较低,一般介于次圆状和次棱角状之间;④洪积物的层理不发育,类型单一;⑤洪积物不具二元结构,在剖面上,砾石、砂、粘土的透镜体相互交叠,呈现出多元结构。

由片流在坡坳、坡麓地带形成的碎屑堆积物叫坡积物。坡积物围绕山麓连续分布所形成的裙裾状地形为坡积裾。片流是一种面状水流,水动力本来就较弱,当它到达坡坳、坡麓时,水动力几乎消失,所携带的碎屑物质便堆积下来,故坡积物一般为细碎屑物,如亚砂土、亚粘土等。片流又可看作是由无数股很细小的水流组成,它局部水动力较大,因此在坡积物中会经常见到小的砾石透镜体。坡积物分布广,但其厚度小。当山坡岩石风化强烈、碎屑物质丰富、又无植被覆盖时,坡积物就很发育。坡积物与洪积物经常共存,在野外工作时,应注意二者的区别:①由于坡积物来自附近山坡,所以坡积物一般比洪积物成分更单纯,另外坡积物中砾石含量少,洪积物砾石丰富;②片流动力弱而不稳定,故坡积物的分选性比洪积物差;③坡积物比洪积物的磨圆度低,砾石的棱角较明显;④坡积物略显层状,不具洪积物的分带现象;⑤坡积物多分布于坡麓,构成坡积裾地形,而洪积物分布于沟口形成洪积扇地貌。

地下水、冰川及风的沉积作用

地下水的沉积作用

地下水的沉积作用以化学沉积作用为主,一般只在地下河、地下湖才发育一定数量的碎屑沉积,另外还可形成一些洞穴崩塌碎屑堆积。地下水溶运的各种物质,在渗流过程中,由于水温及压力等条件改变,便可发生沉积,有利于化学沉积的场所主要是洞穴和泉口。溶洞沉积物在灰岩区,当溶有重碳酸钙的地下水渗入溶洞时,压力突然降低,水中溶解的二氧化碳逸出,形成碳酸钙沉淀。地下水在洞顶渗出,天长日久便可在洞顶形成悬挂的锥状沉积物称石钟乳;地下水滴至洞底形成向上增长的笋状沉积物称石笋;当石钟乳和石笋连接在一起时称为石柱;它们统称为钟乳石,其沉积物多呈同心柱状或同心圆状结构。若地下水沿洞壁渗出,可形成帷幕状的沉积物,称为石幔。泉华沉积物;当泉水流出地表时,因压力降低、温度升高,地下水中的矿物质发生沉淀,沉淀在泉口的疏松多孔物质叫泉华。泉华的成分为碳酸钙时,称为钙华或石灰华;以二氧化硅为主时称为硅华。由于泉华物质成分、沉淀数量及泉口地形的差异,泉华可堆积成锥状、台阶状或扇状地貌。

冰川的沉积作用

冰川向雪线以下流动,并不是无休止的。随着气温的逐渐升高,冰川逐渐消融,冰运物也就随之堆积,所以冰川消融是冰川堆积的主要原因。此外,冰川前进时若底部碎屑物过多或受基岩的阻挡,也会发生中途停积。由此可见,冰川的沉积是纯机械沉积。由冰川形成的沉积物统称为冰碛物。当气候条件稳定时,冰川的前端(冰前)稳定于一定地点,那里冰川的消融量等于供给量,整个冰川虽在流动,但冰前的位置不变。因此,冰川将冰运物源源输送到冰前堆积,形成弧形的垅岗,称为终碛堤或终碛垅。其外侧较陡,内侧较缓,不同类型及规模的冰川所形成的终碛堤规模差异甚大。当全球气候变冷,冰川扩展时,即冰进时期,冰川供给量大于消融量,终碛堤被推进,可形成宽缓的终碛堤。在大陆冰川终碛堤的内侧,冰川流动时,因碎屑物过多并受基岩阻挡,冰运物堆积,形成一系列长轴平行于流向的丘状地形,称为鼓丘。当气候转暖,冰川萎缩时,即冰退时期,冰运物不再运往固定的地点堆积,而是随着冰前的后退广泛堆积在冰床上,这部分冰碛称为底碛。山谷冰川的两侧在冰川退缩时,可堆积成侧碛堤。在复式冰川中,两冰川侧面的复合部位可堆积成中碛堤。

冰碛物常具有如下特征:①山岳冰川碎屑成分与冰川发育区的基岩成分基本一致,大陆冰川的冰碛物成分复杂,并且细粒碎屑中不稳定的成分较多。②由于冰川为固体,无分选作用,故冰碛物分选性极差,大至漂砾,小至粘土,混杂堆积在一起,形成“泥包砾”的现象。③冰川中的碎屑颗粒彼此不相摩擦、碰撞,故冰碛物磨圆度极差。④岩块和砾石无定向排列,杂乱无章,亦无层理。⑤冰碛物表面常有磨光面或交错的钉头形擦痕,还可出现凹坑和裂隙。具冰川擦痕的砾石称为条痕石。⑥冰碛物内部化石稀少,常保存寒冷型的孢子花粉。

风的沉积作用

风的沉积发生在大气介质中,是纯机械的沉积作用。风在搬运过程中,因风速减小或遇到各种障碍物,风运物便沉积下来形成风积物。高空的悬浮物,遇到冷湿气团时,粉砂、微尘可作为水滴的凝聚核心,并随雨滴降落到地面。风的沉积作用具有明显的分带性,干旱的风源地区以风成砂沉积为主,在风源外围的半干旱地区则发育风成黄土。

风成砂沉积:风沙流遇到障碍物时,砂粒打在障碍物的迎风面上,因能量消耗,沉积下来。如果障碍物是灌木、草丛,部分砂粒便会沉落于灌木或草丛中,最后把障碍物埋没,形成沙堆。沙堆的出现改变了近地面气流的动力结构,在沙堆的背风面,产生涡流,使风力减弱,发生沉积。涡流还可以将沙堆两侧的砂粒卷进背风区沉积,随着沉积作用的进行,背风坡逐渐变陡,最后形成沙丘。风将迎风坡上的砂粒带走,并在背风坡堆积下来,沙丘内部也随之形成顺风向的斜层理。在沙源稀少的地区,如沙漠的边缘,风沙流在开阔平坦的地面上,所形成的月状沙丘称为新月形沙丘。沙丘和沙堆可以孤立存在,也可以连接起来形成沙垅。当一个地区终年盛行两个方向相近的风,并且风力一大一小时,沙堆、沙丘则顺主风向伸延,形成纵向沙垅。如果两股相反方向的风交替作用,并以一个方向的作用占优势,则风沙可聚集成垂直风向的横向沙垅。在干旱区,风力和风向变化很复杂,因此形成的沙丘、沙垅形态各异,风积物中也具有不同倾向的斜层理,于是形成了风成交错层。在风力作用下,沙堆、沙丘和沙垅表面形成起伏的沙波纹,远远望去,就像浩瀚的海洋一样,这种地貌称为沙漠。

湖泊(及沼泽)的沉积作用

湖泊是陆地上的集水洼地,其沉积作用占主导地位。湖泊可分为淡水湖和咸水湖两类。前者多发育在潮湿气候区,不同季节水位有变化,一般为泄水湖;后者发育在干旱气候区,一般为不泄水湖。淡水湖以机械沉积为主,咸水湖则以化学沉积为主。

湖泊的机械沉积作用

湖水的机械沉积物主要来源于河流,其次为湖岸岩石的破碎产物。碎屑物质从浅水区进入深水区,由于动力逐渐减小,逐步发生沉积。从湖滨到湖心,沉积物粒度由粗变细,呈同心环带状分布。湖泊与海洋相似,粗碎屑物也可以堆积成湖滩、沙坝和沙嘴;细小的粘土级物质被湖流搬运到湖心,极缓慢地沉积到湖底,形成深色的、含有机质的湖泥。湖底较平静,沉积物不受波浪扰动,因此发育水平层理。一般来说,山区湖泊碎屑沉积物的粒度偏粗,平原区湖泊的沉积物粒度较细。

湖泊的化学沉积作用

湖水化学沉积作用受气候条件的控制极为明显,不同的气候区化学沉积物差别很大。

1、潮湿气候区湖泊化学沉积作用

潮湿气候区降水充沛,湖泊多为泄水湖。溶解度大的组分如K、Na、Mg、Ca等的卤化物、硫酸盐很少发生沉淀,河流及地下水带入的Fe、Mn、Al等的胶体物质或盐类物质易受水质变化的影响,成为潮湿气候区湖泊化学沉积的主要组成部分。这些物质沉积后,常形成湖相的铁、锰、铝矿床,其中最常见的是铁矿床,矿物成分以褐铁矿、菱铁矿及黄铁矿为主。湖水中的钙质可以CaCO3的形式沉淀出来,并与湖底淤泥混在一起,形成钙质泥,成岩后形成泥灰岩,有时钙质沉淀较少,则形成钙质结核。

2、干旱气候区湖泊化学沉积作用干旱气候区湖水很少外泄,主要消耗在蒸发上。蒸发作用使湖水的盐度逐渐增加,变成咸水湖甚至盐湖。在湖水逐渐咸化的过程中,溶解度小者首先沉淀,沉淀的顺序大致为碳酸盐、硫酸盐、氯化物,据此将盐湖沉积划分为四个阶段。碳酸盐阶段湖水在咸化过程中,溶解度较低的碳酸盐先达到饱和而结晶沉淀。钙的碳酸盐沉淀最早,镁、钠碳酸盐次之,形成CaCO3(方解石)、MgCa(CO3)2(白云石)、Na2CO3·10H2O(苏打),Na2CO3·NaHCO3·2H2O(天然碱)。若湖水中含硼酸盐,则可出现硼砂(Na2B4O7s·10H2sO),此类湖泊称碱湖或苏打湖。硫酸盐阶段湖水进一步咸化,深度变浅,溶解度较大的硫酸盐类沉淀下来,形成CaSO4·2H2O(石膏)、Na2SO4·10H2O(芒硝)、Na2SO4(无水芒硝)等矿物,这类盐湖又称为苦湖。氯化物阶段湖水进一步浓缩,残余湖水便能成为可供直接开采的、以氯化钠为主的天然卤水。湖水继续蒸发,食盐(NaCl)、光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)和钾盐(KCl)开始析出,此类湖泊称为盐湖。沙下湖阶段当湖泊全被固体盐类充满,全年都不存在天然卤水,盐层常被碎屑物覆盖成为埋藏的盐矿床,盐湖的发展结束。上述盐湖发展过程是个理想的过程,只有在气候长期不变,湖水化学成分多的情况下才能达到。另外,盐湖除化学沉积外还有机械沉积,因此盐层常与砂泥层交互出现。

沼泽的沉积作用

沼泽的沉积作用以生物沉积作用为主。沼泽是地表充分湿润或有浅层积水的地带,一般喜湿性植被发育。植物死亡后,堆积起来形成泥炭。泥炭沼泽可分为低位、中位和高位三种类型。低位沼泽低于地下水面,由地表水和地下水补给,植物能得到充足的养分;高位沼泽中部隆起,只能从大气降水得到补给,植物缺乏养分;中位沼泽介于上述两类型间。低位沼泽泥炭最为发育。泥炭是褐色或暗棕色、相对密度0.7-1.05的疏松有机物,可作为燃料,亦可用于化工原料和农业肥料。

海洋的沉积作用

海洋是巨大的汇水盆地,是最终的沉积场所。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。

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。滨海区当潮汐、波浪和沿岸流的搬运动力变小时,就产生机械沉积。滨海区由于潮汐、波浪的作用还可带来较多的生物碎屑,形成一定的生物沉积。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叫沙滩。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。沙滩表面具有不对称波痕,内部具有交错层理。由于沙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。潮流动能小于波浪,仅能把细砂、粉砂和粘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。沙坝及沙嘴沉积当海浪从沙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,开始形成水下沙埂,沙埂进一步增高加宽,形成平行于海岸的长条形垅岗,称为沙坝。沙嘴也是由沙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,能量相互抵销,也能使砂粒沉积形成沙嘴。贝壳堤。在平缓而又坚实的海滨带,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。

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200m之间。许多地区的大陆架水深在200m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,是海洋中的最主要沉积区,无论沉积物数量及沉积作用的类型都比海洋中的其它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、粉砂和粘土等。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。碳酸盐沉积在浅海化学沉积物中,碳酸盐类所占比重最大,主要为灰岩和白云岩。碳酸盐沉积的原因是温度升高或压力降低,这样引起海水中CO2含量减少,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)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。已固结或弱固结的碳酸钙被波浪冲碎并搓成扁长形团块,胶结成岩后,形成竹叶状灰岩。

硅质沉积。海水中的硅质一部分来自大陆,它们以溶解硅(H3SiO4-)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。燧石常呈结核状、透镜状或条带状产出,颜色多样。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。海绿石是一种绿色粘土矿物,是由海水中硅、铝、铁的胶体吸附钾离子而成。磷质沉积;磷主要以HPO42-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]。胶磷石和其它沉积物共同组成磷灰岩。当含磷量较高时形成磷矿床。

3、浅海的生物沉积

介壳石灰岩和生物碎屑岩浅海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它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20m,水流通畅而不激烈动荡。在这种环璋中,珊瑚虫不断繁生,其骨骼逐渐堆积成礁。如果珊瑚环绕岛的岸边生长,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。

 

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200~2000m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2000m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。浊积物主要由粘土和砂组成,还有砾石、岩块、生物碎屑等。具分选性和层理。陆源物质部分沉积于浅海带,粒径小于0.005mm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。

半深海中的沉积物具有世界共同的特点,即都是一些胶状软泥,其成分大体相似。这些软泥据颜色的差异有蓝色软泥、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0.5~25cm,个别大于1m。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4000~6000m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10-5~3×10-3mm/a。

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2000~3000m处,现在已出现的地区有红海、东太平洋海隆等。多金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。