沉積作用

沉積作用

沉積作用是指被運動介質搬運的物質到達適宜的場所後,由於條件發生改變而發生沉澱、堆積的過程的作用。按沉積環境它可分為大陸沉積與海洋沉積兩類;按沉積作用方式又可分為機械沉積、化學沉積和生物沉積三類引。廣義指造岩沉積物質進行堆積和形成岩石的作用,狹義的指介質(如水)中懸浮狀物質的機械沉澱作用。

  • 中文名稱
    沉積作用
  • 外文名稱
    sendimentation
  • 意思
    被運動介質搬運的物質到達適宜的場所後,由於條件發生改變而發生沉澱、堆積的過程
  • 拼音
    chengjizuoyong

簡介

​沉積作用(sendimentation)是被運動介質搬運的物質到達適宜的場所後,由于條件發生改變而發生沉淀、堆積的過程。

經過沉積作用形成的松散物質叫沉積物。陸地和海洋是地球表面最大的沉積單元,前者包括河流湖泊冰川等沉積環境,後者可分為濱海、淺海、半深海和深海等環境。盡管沉積場所十分復雜,但沉積方式基本可以分為3種類型,即機械沉積、化學沉積和生物沉積。

機械沉積作用是指被搬運的碎屑物質,因為介質物理條件的改變,而發生堆積的過程。這種介質物理條件的改變,包括流速、風速的降低和冰川的消融等。

水介質中以膠體溶液和真溶液形式搬運的物質,當物理、化學條件發生變化時,產生沉淀的過程稱化學沉積作用。

與生物生命活動及生物遺體緊密相關的沉積作用稱為生物沉積作用。生物的沉積作用可表現為生物遺體直接堆積;另外還表現為間接的方式,即在生物的生命活動過程中或生物遺體的分解過程中,引起介質的物理、化學環境發生變化,從而使某些物質沉淀或沉積。

定義

廣義指造岩沉積物質進行堆積和形成岩石的作用。包括母岩的解離(提供沉積物質)、解離物質的搬運和在適當場所的沉積、堆積,以及經物理的、化學的和生物的(成岩的)變化,固結為堅硬岩石的作用。狹義的指沉積物進行沉積的作用。

更為狹義的指介質(如水)中懸浮狀物質的機械沉淀作用。在沉積學中,常使用比較狹義的概念,把沉積作用定義為沉積物質在地表溫度及大氣壓力下以成層方式進行堆積或形成的作用及過程,包括沉積物埋藏以前(即成岩作用開始以前)自風化、搬運以至堆積的全過程。

很多人使用廣義的沉積作用的概念,如礦床學中常把沉積演化過程中形成的礦床統稱為沉積礦床,這是相對岩漿作用或變質作用等與內動力有關的作用而言的。在流水的的搬運途中,由于水的流速、流量的變化以及碎屑物本身大小、形狀、比重等的差異,沉積順序有先後之分。一般顆粒大、比重大的物質先沉積,顆粒小、比重小的物質後沉積。因此,在不同的沉積條件下形成礫石、沙、粉沙、粘土等顆粒大小不同的沉積層。當河流攜帶大量泥沙流動時,由于流速降低、泥沙逐漸沉積,在河流的中下遊常常造成寬廣平坦的沖積平原和三角洲,如中國的長江中下遊平原和長江三角洲、埃及的尼羅河沿岸平原和尼羅河三角洲等。中國的黃土高原就是風力沉積的傑作。強勁的西北風從遙遠的蒙古高原搬來粒粒沙塵,經過上百萬年形成深厚的黃土分布區。

分類

按沉積環境可分為大陸沉積與海洋沉積兩類;沉積作用按搬運介質的不同可分為風的、地面流水的、地下水的、冰川的 、湖沼的和海洋的沉 積作用等6種類型;按沉積作用的方式可分為機械的、化學的和生物的沉積作用3種類型。

機械的搬運和沉積作用

陸源碎屑及火山碎屑物質,均以機械的方式進行搬運和沉積,並受流體力學定律的支配 。按搬運介質流體的性質,可分為牽引流和重力流兩類。①牽引流的機械搬運和沉積作用。這是最為常見的沉積作用,如雨水、河流、湖流、洋流、波浪流、潮汐流、等深流和風的機械搬運和沉積作用等。當牽引流體的動力大于碎屑物質的重力,並克服了粘結力和摩擦力時,物體就被搬運走,相反則將被沉積下來。沉積物通常具有明顯的機械沉積分選作用,即隨搬運距離的加長,碎屑物依大小、比重、形態、成分不同而分別沉積。由于波浪流、潮汐流和洋流對碎屑物質的改造能比河流大100倍 ,所以海洋沉積物具有分選好 、磨圓度高、結構成熟度和成分成熟度高的特點。冰川的機械搬運沉積作用比較復雜,一般固體搬運屬重力流,在雪線以下冰川消融時可產生牽引流。冰川沉積物以分選差、磨圓度低、有擦痕、層理很差為特征。有時重達數千噸的漂礫可與細小的礫石、砂、粉砂混合堆積在一起。②重力流的機械搬運和沉積作用。重力流是一種高密度的碎屑和水或氣的混合流體 ,包括土石流、顆粒流、液化沉積物流、濁流、岩塊崩塌流和熱灰雲流等。重力流沉積物分選性很差、無大型交錯層理 、常呈塊狀及粒序構造。常見于大陸的沖積扇、深湖或深海環境中。

化學的搬運和沉積作用

溶解在水體中的物質通常呈膠體或真溶液兩種狀態。膠體凝聚可沉積形成粘土礦物、磷酸鹽類、鋁土礦鐵礦和錳礦等。氯、硫、鈣、鈉、鉀、鎂等呈離子狀態存在于水溶液中,呈真溶液被搬運並通過化學作用而沉淀,形成各種鹽類及石灰岩、白雲岩、多水高嶺石等。

生物的搬運和沉積作用

生物通過生命活動直接或間接地促使化學元素、有機或無機物質進行分解、化合、遷移和聚集或將遺體直接堆積下來,造成生物沉積岩石。如礁灰岩、矽藻土、石油、油頁岩、煤及某些磷礦、錳礦、鐵礦等。

意義

地殼中的各種沉積岩層和沉積礦產都是沉積作用的產物,儲存在沉積岩層中的各種沉積現象反映著各個地質時期的地質環境,是研究全球變化的重要物證,研究沉積作用對于人類的生存和發展有重要意義。

和遺跡化石

任何沉積物的性質都決定于以下三大基本作用:沉積物堆積(沉積)作用,生物擾動作用和生物侵蝕作用。當沉積作用超過生物擾動作用時原始層理和物理沉積構造將佔主要地位;當生物擾動作用超過沉積作用時原始層理及物理構造將被破壞,生物成因構造將佔主要地位。

一般情況下可以分出兩種沉積體系:緩慢的低能環境沉積體系和快速的事件沉積。在緩慢的加積時,正常情況下生物擾動超過沉積作用,形成完全徹底的生物擾動,內生底棲群落變為成熟,形成平衡群落,遺跡組構中的遺跡梯度發育很好,在遺跡組構內最深梯度佔主要。儲存的遺跡也很精致。在低能環境中,當沉積速度加快,成為生態限製因素,這種壓力下的群落生物擾動不完整,將會失去最深的梯度。

事件沉積從每天發生的潮汐作用,到數千年一次的濁流事件,經常是突然沉積的沉積物,有時伴有侵蝕作用,無論是增加的沉積厚度還是沉積顆粒度都會在遺跡學上產生重大影響。在不大的事件沉積中,某些內生生物可以移動到全新沉積物的表面上,受到深埋時會產生平衡跡和逃逸構造,甚至深埋底棲群落會窒息而死亡,新的基底會重新繁殖,可以是從漂遊的變態幼蟲重新固著下來,也可以是少數原來群落的成年個體從側部遷移而來,也可以是從事件沉積中帶來的生活的內生底棲動物形成機會性質的新生群落。

連續緩慢的沉積(如在陸架遠濱,深海區)經常伴生著完全徹底的生物擾動,潛穴分異度高,包括有各種居住跡,覓食跡和牧食跡,在連續快速沉積中(如在海濱和沙)。

地面流水

地面流水的沉積作用以機械沉積作用為主,由于地面流水總是處于較快的運動與迴圈狀態,其中的溶運物在搬運過程中一般不具備沉積條件,故化學沉積作用微弱。

河流的沉積作用

河流的沉積作用,自上遊至下遊普遍存在。發生沉積作用的原因,歸納起來有三點:一是流速減小,二是流量減小,這二者都會使河流活力降低而發生沉積;三是進入河流的碎屑過多,超出河流的搬運能力而發生沉積。據此分析,河流發生沉積作用有三個主要場所:一是河流匯入其它相對靜止的水體處,如河流入海、入湖以及支流入主流處;二是河床縱剖面坡度由陡變緩處,一般來說河流中、下遊地勢較平坦,沉積作用明顯;三是河流的凸岸,由單向環流侵蝕凹岸,其產生的碎屑在凸岸沉積。滯留礫石沉積在河流上遊,由于坡降大,河流具有較大的動能。細粒物質被沖走,粗粒物質留下來成為滯留沉積。其沉積物以河床礫石為主,成分復雜,礫石呈疊瓦狀排列,一般厚度不大,常呈透鏡體分布于河道之中。

邊灘沉積與河漫灘:河流在遷移彎曲的過程中,所攜帶的碎屑物在凸岸一側沉積下來。開始僅僅形成淺灘,隨著河流不斷側向遷移,淺灘也不斷成長,最後形成寬闊的邊灘。邊灘沉積物成分復雜,常含有植物碎片。粒度變化範圍大,規模較大河流的邊灘沉積,都是以砂為主,有少量的礫石和粉砂;較小河流的邊灘沉積,粒度可粗至礫石級。邊灘沉積中的層理以大型板狀交錯層理為主。

天然堤與決口扇沉積:洪水期河水漫越河岸,由于河水變淺、流速驟減,河水所攜帶的大量懸浮物質,很快在岸邊沉積下來,形成天然堤。天然堤主要發育在蛇曲河流中,沉積物為粉砂和,兩者常呈互層。決口扇是洪水沖決天然堤,在天然堤外側斜坡上形成的扇狀堆積物。它在剖面上呈透鏡狀,厚度自數十釐米到幾米。沉積物的粒度比天然堤的粗,主要為細砂和粉砂。 河口沉積:河流入海、入湖的地方叫河口,它是河流重要的沉積場所。當河流進入河口時,水域驟然變寬,再加上海水或湖水對河流的阻擋作用,流速減小,機械搬運物便大量沉積下來。所形成的沉積體形態,從平面上看像三角形,故稱為三角洲。三角洲內部從縱剖面上看常具有三層構造,即頂積層、前積層和底積層。

河流的沉積物統稱為沖積物。對于正在形成的沖積物人們很容易認識,但在研究古河流沉積時,就有較大的困難。因為在漫長的地質歷史中,這些沖積物經歷了滄桑之變,因此,掌握沖積物一些最基本的鑒別標志顯得尤為重要。沖積物的主要鑒別標志是:①礫石成分復雜,往往具疊瓦狀排列。砂和粉砂的礦物成分中,不穩定組分較多。②碎屑物質的分選性較好。碎屑顆粒隨水動力條件的改變,按大小、比重依次沉積。由于這種分選作用,一些比重大而穩定的礦物,如金、錫石、金剛石、鎢砂等,便可富集形成沖積砂礦床。③碎屑顆粒的磨圓度較高。沖積物通常經過長距離和多次的再搬運,由于磨蝕和碰撞造成較高的磨圓度。④沖積物層理發育,類型豐富,層理一般傾向河流下遊。⑤沖積物常呈透鏡狀或豆莢狀,少數呈板片狀。⑥沖積物往往具有二元結構,下部為河床沉積,上部為河漫灘沉積。

洪流及片流

洪流的沉積作用很普遍,特別是在幹旱和半幹旱地區,洪流是主要的地質營力。它不但具有強大的侵蝕能力,而且具有較強的搬運能力。當洪流攜帶大量碎屑物質,抵達沖溝口時,水流突然分散,碎屑物質便沉積下來。由洪流形成的沉積物叫洪積物。洪積物在沖溝口所形成的扇狀堆積體叫洪積扇。大型的洪積扇中,洪積物具有明顯的分帶現象。在洪積扇頂部,堆積有粗大的礫石,這是由于水動力在此地帶突然降低所致。在洪積扇邊緣,地形較緩,水動力更弱,沉積物主要為砂、粘土,並具有層理。在頂與扇緣之間,沉積物既有礫石,又有砂及粘土。洪積物這種分帶現象是粗略的,各帶之間沒有截然的界線。洪積物具有如下特點:①洪積物分布有明顯的地域性,其物質成分較單一,不同沖溝中的洪積物岩性差別較大;②洪積物分選性差,往往礫石、砂、粘土混積在一起;③洪積物的磨圓度較低,一般介于次圓狀和次棱角狀之間;④洪積物的層理不發育,類型單一;⑤洪積物不具二元結構,在剖面上,礫石、、粘土的透鏡體相互交疊,呈現出多元結構。

由片流在坡坳、坡麓地帶形成的碎屑堆積物叫坡積物。坡積物圍繞山麓連續分布所形成的裙裾狀地形為坡積裾。片流是一種面狀水流,水動力本來就較弱,當它到達坡坳、坡麓時,水動力幾乎消失,所攜帶的碎屑物質便堆積下來,故坡積物一般為細碎屑物,如亞砂土、亞粘土等。片流又可看作是由無數股很細小的水流組成,它局部水動力較大,因此在坡積物中會經常見到小的礫石透鏡體。坡積物分布廣,但其厚度小。當山坡岩石風化強烈、碎屑物質豐富、又無植被覆蓋時,坡積物就很發育。坡積物與洪積物經常共存,在野外工作時,應註意二者的區別:①由于坡積物來自附近山坡,所以坡積物一般比洪積物成分更單純,另外坡積物中礫石含量少,洪積物礫石豐富;②片流動力弱而不穩定,故坡積物的分選性比洪積物差;③坡積物比洪積物的磨圓度低,礫石的棱角較明顯;④坡積物略顯層狀,不具洪積物的分帶現象;⑤坡積物多分布于坡麓,構成坡積裾地形,而洪積物分布于溝口形成洪積扇地貌

地下水、冰川及風

地下水的沉積作用

地下水的沉積作用以化學沉積作用為主,一般隻在地下河、地下湖才發育一定數量的碎屑沉積,另外還可形成一些洞穴崩塌碎屑堆積。地下水溶運的各種物質,在滲流過程中,由于水溫及壓力等條件改變,便可發生沉積,有利于化學沉積的場所主要是洞穴和泉口。溶洞沉積物在灰岩區,當溶有重碳酸鈣的地下水滲入溶洞時,壓力突然降低,水中溶解的二氧化碳逸出,形成碳酸鈣沉淀。地下水在洞頂滲出,天長日久便可在洞頂形成懸掛的錐狀沉積物稱石鍾乳;地下水滴至洞底形成向上成長的筍狀沉積物稱石筍;當石鍾乳和石筍連線在一起時稱為石柱;它們統稱為鍾乳石,其沉積物多呈同心柱狀或同心圓狀結構。若地下水沿洞壁滲出,可形成帷幕狀的沉積物,稱為石幔。泉華沉積物;當泉水流出地表時,因壓力降低、溫度升高,地下水中的礦物質發生沉淀,沉淀在泉口的疏松多孔物質叫泉華。泉華的成分為碳酸鈣時,稱為鈣華或石灰華;以二氧化矽為主時稱為矽華。由于泉華物質成分、沉淀數量及泉口地形的差異,泉華可堆積成錐狀、台階狀或扇狀地貌。

冰川的沉積作用

冰川向雪線以下流動,並不是無休止的。隨著氣溫的逐漸升高,冰川逐漸消融,冰運物也就隨之堆積,所以冰川消融是冰川堆積的主要原因。此外,冰川前進時若底部碎屑物過多或受基岩的阻擋,也會發生中途停積。由此可見,冰川的沉積是純機械沉積。由冰川形成的沉積物統稱為冰磧物。當氣候條件穩定時,冰川的前端(冰前)穩定于一定地點,那裏冰川的消融量等于供給量,整個冰川雖在流動,但冰前的位置不變。因此,冰川將冰運物源源輸送到冰前堆積,形成弧形的壠崗,稱為終磧堤或終磧壠。其外側較陡,內側較緩,不同類型及規模的冰川所形成的終磧堤規模差異甚大。當全球氣候變冷,冰川擴展時,即冰進時期,冰川供給量大于消融量,終磧堤被推進,可形成寬緩的終磧堤。在大陸冰川終磧堤的內側,冰川流動時,因碎屑物過多並受基岩阻擋,冰運物堆積,形成一系列長軸平行于流向的丘狀地形,稱為鼓丘。當氣候轉暖,冰川萎縮時,即冰退時期,冰運物不再運往固定的地點堆積,而是隨著冰前的後退廣泛堆積在冰床上,這部分冰磧稱為底磧。山谷冰川的兩側在冰川退縮時,可堆積成側磧堤。在復式冰川中,兩冰川側面的復合部位可堆積成中磧堤。

冰磧物常具有如下特征:①山岳冰川碎屑成分與冰川發育區的基岩成分基本一致,大陸冰川的冰磧物成分復雜,並且細粒碎屑中不穩定的成分較多。②由于冰川為固體,無分選作用,故冰磧物分選性極差,大至漂礫,小至粘土,混雜堆積在一起,形成“泥包礫”的現象。③冰川中的碎屑顆粒彼此不相摩擦、碰撞,故冰磧物磨圓度極差。④岩塊和礫石無定向排列,雜亂無章,亦無層理。⑤冰磧物表面常有磨光面或交錯的釘頭形擦痕,還可出現凹坑和裂隙。具冰川擦痕的礫石稱為條痕石。⑥冰磧物內部化石稀少,常儲存寒冷型的孢子花粉。

風的沉積作用

風的沉積發生在大氣介質中,是純機械的沉積作用。風在搬運過程中,因風速減小或遇到各種障礙物,風運物便沉積下來形成風積物。高空的懸浮物,遇到冷濕氣團時,粉砂、微塵可作為水滴的凝聚核心,並隨雨滴降落到地面。風的沉積作用具有明顯的分帶性,幹旱的風源地區以風成砂沉積為主,在風源外圍的半幹旱地區則發育風成黃土。

風成砂沉積:風沙流遇到障礙物時,砂粒打在障礙物的迎風面上,因能量消耗,沉積下來。如果障礙物是灌木、草叢,部分砂粒便會沉落于灌木或草叢中,最後把障礙物埋沒,形成沙堆。沙堆的出現改變了近地面氣流的動力結構,在沙堆的背風面,產生渦流,使風力減弱,發生沉積。渦流還可以將沙堆兩側的砂粒卷進背風區沉積,隨著沉積作用的進行,背風坡逐漸變陡,最後形成沙丘。風將迎風坡上的砂粒帶走,並在背風坡堆積下來,沙丘內部也隨之形成順風向的斜層理。在沙源稀少的地區,如沙漠的邊緣,風沙流在開闊平坦的地面上,所形成的月狀沙丘稱為新月形沙丘。沙丘和沙堆可以孤立存在,也可以連線起來形成沙壠。當一個地區終年盛行兩個方向相近的風,並且風力一大一小時,沙堆、沙丘則順主風向伸延,形成縱向沙壠。如果兩股相反方向的風交替作用,並以一個方向的作用佔優勢,則風沙可聚集成垂直風向的橫向沙壠。在幹旱區,風力和風向變化很復雜,因此形成的沙丘、沙壠形態各異,風積物中也具有不同傾向的斜層理,于是形成了風成交錯層。在風力作用下,沙堆、沙丘和沙壠表面形成起伏的沙波紋,遠遠望去,就像浩瀚的海洋一樣,這種地貌稱為沙漠

湖泊(及沼澤)

湖泊是陸地上的集水窪地,其沉積作用佔主導地位。湖泊可分為淡水湖和鹹水湖兩類。前者多發育在潮濕氣候區,不同季節水位有變化,一般為泄水湖;後者發育在幹旱氣候區,一般為不泄水湖。淡水湖以機械沉積為主,鹹水湖則以化學沉積為主。

湖泊的機械沉積作用

湖水的機械沉積物主要來源于河流,其次為湖岸岩石的破碎產物。碎屑物質從淺水區進入深水區,由于動力逐漸減小,逐步發生沉積。從湖濱到湖心,沉積物粒度由粗變細,呈同心環帶狀分布。湖泊與海洋相似,粗碎屑物也可以堆積成湖灘、沙壩和沙嘴;細小的粘土級物質被湖流搬運到湖心,極緩慢地沉積到湖底,形成深色的、含有機質的湖泥。湖底較平靜,沉積物不受波浪擾動,因此發育水準層理。一般來說,山區湖泊碎屑沉積物的粒度偏粗,平原區湖泊的沉積物粒度較細。

湖泊的化學沉積作用

湖水化學沉積作用受氣候條件的控製極為明顯,不同的氣候區化學沉積物差別很大。

1、潮濕氣候區湖泊化學沉積作用

潮濕氣候區降水充沛,湖泊多為泄水湖。溶解度大的組分如K、Na、Mg、Ca等的鹵化物、硫酸鹽很少發生沉淀,河流及地下水帶入的Fe、Mn、Al等的膠體物質或鹽類物質易受水質變化的影響,成為潮濕氣候區湖泊化學沉積的主要組成部分。這些物質沉積後,常形成湖相的、錳、鋁礦床,其中最常見的是鐵礦床,礦物成分以褐鐵礦、菱鐵礦黃鐵礦為主。湖水中的鈣質可以CaCO3的形式沉淀出來,並與湖底淤泥混在一起,形成鈣質泥,成岩後形成泥灰岩,有時鈣質沉淀較少,則形成鈣質結核。

2、幹旱氣候區湖泊化學沉積作用幹旱氣候區湖水很少外泄,主要消耗在蒸發上。蒸發作用使湖水的鹽度逐漸增加,變成鹹水湖甚至鹽湖。在湖水逐漸鹹化的過程中,溶解度小者首先沉淀,沉淀的順序大致為碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物,據此將鹽湖沉積劃分為四個階段。碳酸鹽階段湖水在鹹化過程中,溶解度較低的碳酸鹽先達到飽和而結晶沉淀。鈣的碳酸鹽沉淀最早,、鈉碳酸鹽次之,形成CaCO3(方解石)、MgCa(CO3)2(白雲石)、Na2CO3·10H2O(蘇打),Na2CO3·NaHCO3·2H2O(天然鹼)。若湖水中含硼酸鹽,則可出現硼砂(Na2B4O7s·10H2sO),此類湖泊稱鹼湖或蘇打湖。硫酸鹽階段湖水進一步鹹化,深度變淺,溶解度較大的硫酸鹽類沉淀下來,形成CaSO4·2H2O(石膏)、Na2SO4·10H2O(芒硝)、Na2SO4(無水芒硝)等礦物,這類鹽湖又稱為苦湖。氯化物階段湖水進一步濃縮,殘餘湖水便能成為可供直接開採的、以氯化鈉為主的天然鹵水。湖水繼續蒸發,食鹽(NaCl)、光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)和鉀鹽(KCl)開始析出,此類湖泊稱為鹽湖。沙下湖階段當湖泊全被固體鹽類充滿,全年都不存在天然鹵水,鹽層常被碎屑物覆蓋成為埋藏的鹽礦床,鹽湖的發展結束。上述鹽湖發展過程是個理想的過程,隻有在氣候長期不變,湖水化學成分多的情況下才能達到。另外,鹽湖除化學沉積外還有機械沉積,因此鹽層常與砂泥層互動出現。

沼澤的沉積作用

沼澤的沉積作用以生物沉積作用為主。沼澤是地表充分濕潤或有淺層積水的地帶,一般喜濕性植被發育。植物死亡後,堆積起來形成泥炭。泥炭沼澤可分為低位、中位和高位三種類型。低位沼澤低于地下水面,由地表水和地下水補給,植物能得到充足的養分;高位沼澤中部隆起,隻能從大氣降水得到補給,植物缺乏養分;中位沼澤介于上述兩類型間。低位沼澤泥炭最為發育。泥炭是褐色或暗棕色、相對密度0.7-1.05的疏松有機物,可作為燃料,亦可用于化工原料和農業肥料。

海洋

海洋是巨大的匯水盆地,是最終的沉積場所。海洋沉積物主要來源于大陸,河流、冰川和風等營力,每年將數百億噸的物質搬運到海洋沉積下來。另外,海洋侵蝕作用的產物、火山物質、宇宙物質等也是海洋沉積的重要組成部分。海洋的沉積作用可進一步劃分為濱海、淺海、半深海和深海幾個環境分區。

濱海的沉積作用

濱海是海陸互動地帶,其範圍是最低的低潮線與最高的高潮線之間的海岸地帶。濱海區當潮汐、波浪和沿岸流的搬運動力變小時,就產生機械沉積。濱海區由于潮汐、波浪的作用還可帶來較多的生物碎屑,形成一定的生物沉積。海灘沉積海灘是在海岸地帶由碎屑沉積物堆積而成的平坦地形。在山區河流的入海口或基岩海岸附近,沉積物主要由礫石組成,這種海灘稱為礫灘。礫石具有較高的磨圓度,扁圓形礫石常具定向性排列,礫石長軸基本與海岸平行,最大扁平面傾向海洋。主要由砂組成的海灘叫沙灘。在波浪的長期作用下,砂粒具有良好的分選性和磨圓度,成分單一,不穩定礦物少,以石英砂最為常見。沙灘表面具有不對稱波痕,內部具有交錯層理。由于沙灘經受了波浪的長期篩選,獨居石、鋯石、鈦鐵礦、金等重礦物,易富集形成濱海砂礦。

潮坪沉積;在寬闊平緩的海岸地帶,波浪波及不到這裏,隻有高潮時海水才能到達,因而這裏以潮汐作用為主,此地帶稱為潮坪。潮流動能小于波浪,僅能把細砂、粉砂和粘土搬運到潮坪上沉積。由于潮水周期性的往復運動,潮坪沉積具有雙向斜層理,沉積物表面發育波痕、泥裂、蟲跡等。沙壩及沙嘴沉積當海浪從沙質海底的淺水區向岸推進時,在水深約等于兩個波高處,進浪與底流相遇。波浪的破碎使動能減小,所攜帶的泥沙便堆積下來,開始形成水下沙埂,沙埂進一步增高加寬,形成平行于海岸的長條形壠崗,稱為沙壩。沙嘴也是由沙粒堆積而成的長條形壠崗,它一端與海岸相連,另一端伸入海中。它的形成過程與沿岸流有關。由于海岸曲折,每一股沿岸流並不隨之曲折,當沿岸流推動砂粒前進時,因慣性使砂粒進入海灣區,然後減速發生沉積。另外,兩股反向沿岸流相遇時,能量相互抵銷,也能使砂粒沉積形成沙嘴。貝殼堤。在平緩而又堅實的海濱帶,牡蠣軟體動物可以大量繁殖,死亡後,其骨骼被波浪沖到海灘堆積形成貝殼堤或介殼灘,如果富集、規模大,可作為石灰原料。

淺海的沉積作用

淺海是海岸以外較平坦的淺水海域,其水深自低潮線以下至水深200m之間。許多地區的大陸架水深在200m以內,地勢開闊平坦,所以淺海大致與大陸架相當。淺海距大陸較近、各種生物極其繁盛,是海洋中的最主要沉積區,無論沉積物數量及沉積作用的類型都比海洋中的其它環境分區要豐富得多,古代海相沉積岩中絕大部分也為淺海沉積。

1、淺海的碎屑沉積

淺海中90%以上的碎屑物來源于大陸。當不同粒級碎屑進入淺海時,海水的運動使顆粒下沉速度減慢,一些較細的顆粒處于懸浮狀態,海流將這些懸浮物搬運到離岸較遠的地區;較粗的顆粒沉積在近岸地區。因此從近岸到遠岸,依次排列著礫石、粗砂、細砂、粉砂和粘土等。淺海帶沉積物的特點是:近岸帶顆粒粗以砂礫質為主,具交錯層理和不對稱波痕,含大量生物化石,有良好的磨圓度和分選性,成分較單一;遠岸帶粒度細,以粉砂和泥質為主,具水準層理,波痕不發育,有時有對稱波痕,分選好但磨圓度不高,成分較復雜。

2、淺海的化學沉積

淺海是化學沉積的有利地區,形成了眾多的化學沉積物,其中許多是重要的礦產。地質歷史時期曾發育過大量淺海化學沉積,現代淺海化學沉積主要發生在中、低緯地區。淺海的化學沉積物主要有碳酸鹽、矽質、鋁、鐵、氧化物和氫氧化物、膠磷石和海綠石等。碳酸鹽沉積在淺海化學沉積物中,碳酸鹽類所佔比重最大,主要為灰岩和白雲岩。碳酸鹽沉積的原因是溫度升高或壓力降低,這樣引起海水中CO2含量減少,重碳酸鈣過飽和形成CaCO3沉淀。在海水動蕩的條件下,碳酸鈣以一定的質點(如岩屑)為核心呈同心圓狀生長,形成鮞粒狀沉積物,成岩後形成鮞狀灰岩。已固結或弱固結的碳酸鈣被波浪沖碎並搓成扁長形團塊,膠結成岩後,形成竹葉狀灰岩。

矽質沉積。海水中的矽質一部分來自大陸,它們以溶解矽(H3SiO4-)和懸浮矽兩種形式搬運;另一部分矽質來源于海底火山作用、海水的溶解作用及生物活動。當矽膠進入海洋後,在溫度較低、偏鹼性的環境中,逐步凝聚而沉積下來,形成蛋白石,進一步脫水形成燧石。燧石常呈結核狀、透鏡狀或條帶狀產出,顏色多樣。鋁、鐵、錳及海綠石沉積海水中的鋁、鐵、錳等主要來自大陸。濕熱氣候區強烈的化學風化作用,使Al、Fe、Mn以膠體狀態隨河流遷入海中,在近岸地帶遇電解質而凝聚沉積,在近岸區,因海水動蕩,易形成鮞狀結構或豆狀、腎狀結構。海成鋁土礦是由鋁的氫氧化物組成,鐵質沉積物主要為赤鐵礦和褐鐵礦,而錳質沉積物則以水錳礦、硬錳礦的形式出現。海綠石是一種綠色粘土礦物,是由海水中矽、鋁、鐵的膠體吸附鉀離子而成。磷質沉積;磷主要以HPO42-的形式存在于海水中,表層海水含磷量低,難以沉積。海洋的下層由于有機物體的分解富含磷質,當富含磷質的海水隨上升洋流到達淺海區後,因壓力減小,溫度升高,CO2的含量降低,磷質發生沉積,形成膠磷石[Ca3(PO4)2]。膠磷石和其它沉積物共同組成磷灰岩。當含磷量較高時形成磷礦床。

3、淺海的生物沉積

介殼石灰岩和生物碎屑岩淺海帶生活著大量底棲生物,當它們死亡後,生物的殼體與灰泥混雜沉積,可形成介殼石灰岩;生物殼體或骨骼的碎片可以與其它沉積物混雜形成生物碎屑岩。生物礁;生物礁是指在海底原地增殖、營群體生活的生物,如珊瑚、苔蘚蟲和層孔蟲等的骨骼、外殼以及某些沉積物在海底形成的隆起狀堆積體。珊瑚礁在淺海沉積中有特殊意義珊瑚蟲對生活環境有較嚴格的選擇,隻能生活在20℃左右的海水中,並且要求水質清澈、鹽度正常,水深不超過20m,水流通暢而不激烈動蕩。在這種環璋中,珊瑚蟲不斷繁生,其骨骼逐漸堆積成礁。如果珊瑚環繞島的岸邊生長,形成岸礁;如果珊瑚礁平行海岸分布,與岸間有一個較寬的水道,則成為堡礁;珊瑚圍繞海底隆起的邊緣生長則形成環狀的礁體,稱為環礁。

半深海及深海的沉積作用

半深海是從淺海向廣闊深海的過渡地帶,水深一般位于200~2000m之間,在海底地形上相當于大陸坡的位置,通常地形坡度較陡。深海是水深大于2000m的廣大海域,其海底地形主要包括大陸基、大洋盆地及海溝等。半深海及深海離大陸較遠,一般來說,粗粒物質很難到達這裏,隻有濁流、冰川和風以及火山作用,能產生較粗的物質沉積。濁流所懸浮和挾帶的大量物質,在進入大陸坡腳和深海盆地時,因搬運能力劇減發生堆積,所形成的沉積物叫濁積物。由濁積物構成的扇狀地形叫深海扇。扇體的沉積厚度較大,向深海平原厚度減小。濁積物主要由粘和砂組成,還有礫石、岩塊、生物碎屑等。具分選性和層理。陸源物質部分沉積于淺海帶,粒徑小于0.005mm的懸浮物質進入半深海和深海區。這些物質雖屬陸源的懸浮物質,但它們幾乎都是膠體性質,可長期懸浮于水中,隻有在極安靜的水動力條件下才能沉入海底。由于海洋中波浪和洋流的存在,極安靜的環境幾乎不存在,如果不是膠體物質的凝聚作用,它們可能不會發生沉積。

半深海中的沉積物具有世界共同的特點,即都是一些膠狀軟泥,其成分大體相似。這些軟泥據顏色的差異有藍色軟泥、綠色軟泥、紅色軟泥等。深海是海洋的主體,但沉積速度較低。化學沉積作用形成了錳結核、多金屬軟泥等。錳結核錳結核又稱錳團塊、錳礦球等,它由水針鐵礦、鈉水錳礦和鋇鎂錳礦等礦物組成。錳結核中含30多種元素、除Fe、Mn外,還有Cu、Co、Ni等,其品位均已達到工業品位,而且儲量可觀,所以錳結核的經濟意義很高。錳結核主要為黑褐色,含鐵多時呈紅褐色。結核大小不一,一般為0.5~25cm,個別大于1m。錳結核都具有一個碎屑核心,鐵、錳礦物以同心圓狀包在核外,這些核心可以是火山玻璃、生物骨屑或浮冰岩屑等。錳結核主要分布于水深4000~6000m的深海底,以太平洋深海底為最多。錳結核的形成條件為:有豐富的錳質來源,處于氧化環境,海流不斷補充錳質和沉淀核心。盡管在這種條件下,錳結核的沉積速度仍很小,一般為10-5~3×10-3mm/a。

多金屬軟泥是一種富含Fe、Mn、Al、Zn、Pb、Ag、Au等金屬的未固結沉積物。一般分布在水深2000~3000m處,現在已出現的地區有紅海、東太平洋海隆等。多金金屬軟泥中各種金屬主要以硫化物形式存在,金屬含量已達到工業品位。由于它分布的深度比錳結核淺,是未來有前景的礦產。半深海及深海的生物沉積主要是一些生物軟泥,尤其是深海區分布較廣,它是深海沉積的重要部分。大量的浮遊生物死亡後堆積,與泥質沉積物混在一起形成生物組分超過50%的軟泥。生物軟泥據其成分和生物碎屑的種類,分為以碳酸鈣為主的鈣質軟泥和以矽質為主的矽質軟泥。前者包括抱球蟲軟泥和翼足類軟泥,後者包括矽藻軟泥和放射蟲軟泥。湖泊中的生物作用也可形成腐泥,成岩後稱為油頁岩。

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