1、半深海-深海沉積中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）杜遠(yuǎn)生半深海-深海沉積8.1 概述8.2 水動(dòng)力和物理-化學(xué)-生物場(chǎng)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(dāng)于大陸斜坡(4-20度；水深200m)深海相當(dāng)于深海平原，平均水深4000m半深海、深海環(huán)境的復(fù)雜性:大陸斜坡，海底峽谷，大洋中脊（有震海嶺）無(wú)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(dòng)力和物理-化學(xué)-生物場(chǎng)水動(dòng)力：表面洋流，底部洋流（溫鹽循環(huán)）；等深流；濁流; 內(nèi)潮汐和內(nèi)波物理-化學(xué)-生物

2、場(chǎng)：半深海-深海水團(tuán)具復(fù)雜的溫度、鹽度、pH、Eh和肥力（含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的多少）場(chǎng)及隨時(shí)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(yíng)力表層洋流水密度變化底層洋流1-自由氧補(bǔ)償界面（OCD）OCD為靜海條件下自由氧耗盡而被補(bǔ)償?shù)纳疃?。大洋的溶解氧?lái)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(fā)生腐解而消耗氧氣，使氧的含量逐漸變得減少?，F(xiàn)在大洋深水中氧的飽和度接近7.5ml/l，而實(shí)際上大洋深處僅有3-5 ml/l，有時(shí)可達(dá)0.5 ml/l，因此在中等深度（1

3、50-1000米）處有一數(shù)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(qū)，由于生物生產(chǎn)率高缺氧層更發(fā)育?，F(xiàn)代東太平洋赤道南北兩側(cè)和印度洋北部已發(fā)現(xiàn)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(wú)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)場(chǎng)大洋中氧的分布 大洋表層中的溶解氧來(lái)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(xiàn)象。 缺氧層之下，由于浮游生物的腐解作用已經(jīng)結(jié)束，深層水和底層水又是自高緯度區(qū)的表層水沉補(bǔ)而來(lái)，含氧量又回升。方解石補(bǔ)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(guān)。當(dāng)溫度降低或壓力升高時(shí)，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(qū)主要取決于壓力（水深）。水深越大，CaCO3在海水的飽和度就越小?，F(xiàn)代大洋除頂層水之外，CaCO3均不飽和，鈣質(zhì)生物殼體在從大洋表層向下降落的過(guò)程中就會(huì)發(fā)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(qū)，Berger(1968)稱之為溶躍層（Lysodine），溶躍層內(nèi)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(gè)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(qū)各界面的深度不同，如太平洋區(qū)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(dá)4000米，南大西洋不足3000米，CCD在大西洋局部達(dá)5500米。海洋物理化學(xué)場(chǎng)海水化學(xué)碳酸鹽海洋碳酸鈣來(lái)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(duì)碳酸鈣而言是不飽和的。主要依靠深海碳酸鹽溶解補(bǔ)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(jiàn)海底雪線CCDCCD界面之上，浮游有孔蟲(chóng)遭受強(qiáng)烈溶蝕，但仍有許多抗溶的殼體(以浮游有孔蟲(chóng)和顆石藻類(lèi)為主的鈣質(zhì)軟泥)，在此界面以下，浮游有孔蟲(chóng)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(dòng)力和物理-化學(xué)-生物場(chǎng)8.3 背景沉積8.4 事件沉積8.5 海底扇鈣質(zhì)軟泥（抱球蟲(chóng)軟泥）硅質(zhì)軟泥（放射蟲(chóng)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(yuǎn)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(yuǎn)洋生物除外）：A遠(yuǎn)洋粘土。CaCO3和硅質(zhì)化石30%（1）CaCO31-10%，（低）鈣質(zhì)粘土；（2）CaCO310-30%，高鈣質(zhì)（或泥灰質(zhì)）粘土（3）硅質(zhì)化石1-10%，（低）硅質(zhì)粘土；（4）硅質(zhì)化

8、石10-30%，高硅質(zhì)粘土B軟泥。CaCO3或硅質(zhì)化石30%（1）CaCO330%。CaCO330%：泥灰質(zhì)軟泥。CaCO32/3：白堊軟泥；（2）CaCO330%。硅質(zhì)化石30%：硅藻或放射蟲(chóng)軟泥、半遠(yuǎn)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(yuǎn)洋生物除外）：A 鈣質(zhì)泥，CaCO330%。（1）CaCO32/3：泥灰質(zhì)泥，CaCO32/3：白堊泥；（2）骸骨CaCO330%：有孔蟲(chóng)軟泥、貝殼軟泥等。B陸源泥，CaCO330%。石英、長(zhǎng)石、云母為主。陸源為：石英質(zhì)、長(zhǎng)石質(zhì)、云母質(zhì)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(zhì)學(xué)的兩個(gè)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(dòng)的流體，是一種低速（2-20cm/sec)、持續(xù)的牽引流，在被動(dòng)大陸邊緣最發(fā)育。大洋中的等深積巖等深積巖與濁積巖的區(qū)別 濁積巖濁積巖等深巖等深巖結(jié)結(jié) 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（?？耍┛耍┖弥翗O好好至極好t0.75t0.75（福克）（?？耍┑壬顜r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(gòu)原生沉積構(gòu)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?shù)捉佑|正粒序及逆粒序，頂?shù)捉佑|都清楚都清楚等深巖的遞變性規(guī)律較差，等深巖的遞變性規(guī)律較差，而頂部接觸明顯而頂部接觸明顯交錯(cuò)紋層交錯(cuò)紋層普遍，由細(xì)屑巖集中而顯示普遍，由細(xì)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(qū)別等深巖與濁積巖明顯的區(qū)別是紋層是紋層水平紋層水平紋層僅見(jiàn)于上部，由細(xì)屑巖集中僅見(jiàn)于上部，由細(xì)屑巖集中所顯示出所顯示出整個(gè)層中都有，由重礦物或整個(gè)層中都有，由重礦物或有孔蟲(chóng)介殼集中所顯示出有孔蟲(chóng)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(jiàn)特別在巖層的底部，常見(jiàn)缺乏缺乏等深巖普遍是紋層等深巖普遍是紋層顆粒組構(gòu)顆粒組構(gòu)在塊狀遞變層中少或沒(méi)有優(yōu)在塊狀遞變層中少或沒(méi)有優(yōu)選方向選方向整個(gè)層中普遍地顆粒優(yōu)選平整個(gè)層中普遍地顆粒優(yōu)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(jiàn)，保存完好巖層中普遍常見(jiàn)，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(jù)據(jù) 植物及骨骼植物及骨骼殘屑?xì)埿紟r層中普遍常見(jiàn)，保存完好巖層中普遍常見(jiàn)，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(lèi)型巖石類(lèi)型雜砂巖，巖屑雜砂巖雜砂巖，巖屑雜砂巖巖屑雜砂巖、長(zhǎng)石砂巖、石巖屑雜砂巖、長(zhǎng)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(xì)粒等深積巖的序列均質(zhì)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(zhì)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(dòng)力和物理-化學(xué)-生物場(chǎng)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(tái)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(dòng)，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(jié)的沉積物塊體受重力作用沿破裂的底面順坡向下的滑動(dòng)，其內(nèi)部保持一定的粘連性?；茝?qiáng)調(diào)沉積物塊體的整體移動(dòng)，而滑塌沉積物內(nèi)部產(chǎn)生變形、位移和破碎?；坪突?jīng)常緊密共生，有人將二者作

14、同義語(yǔ)使用。滑坡和滑塌在坡度大于0.5的斜坡上均可產(chǎn)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(dòng)距離幾百米到數(shù)公里。滑坡滑塌體后部具拉張構(gòu)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(dòng)層之間，變形層中普通形復(fù)雜，常見(jiàn)寬背斜 、窄向斜的褶皺，后為張性斷裂，前部為逆斷層，變形構(gòu)造及斷裂構(gòu)造均指示滑動(dòng)方向，與區(qū)域構(gòu)造無(wú)關(guān)，褶皺軸面和逆掩斷層面的傾向背向滑動(dòng)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(yùn)動(dòng)形成的流動(dòng)。這種流動(dòng)在

15、陸和水下均可發(fā)生，但洋底沉積物重力流沉積經(jīng)常保存在地質(zhì)記錄中。沉積物重力流是重力驅(qū)使沉積物運(yùn)動(dòng)而帶動(dòng)隙間流體運(yùn)動(dòng)，其層內(nèi)顆粒的粘連性被破壞，單個(gè)顆粒在液體介質(zhì)中移動(dòng)并推進(jìn)液體介質(zhì)。沉積物重力流按支撐沉積物顆粒的機(jī)理差異可分為四種類(lèi)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(lèi)Vertical sequence of the indicators-facies modelBouma sequenceUpper Devonian Turbidite from Rheinisches Schiefergebirge Becke-Oese, Germany. Complete B

16、ouma SequenceABCDE深水細(xì)粒濁積巖粉砂質(zhì)濁積巖泥質(zhì)濁積巖微生物濁積巖無(wú)組構(gòu)濁積巖海洋重力流沉積粉砂質(zhì)濁積巖序列F：半遠(yuǎn)洋或遠(yuǎn)洋粘土質(zhì)沉積，內(nèi)生物擾動(dòng)構(gòu)造發(fā)育。E：粘土質(zhì)沉積，具或不具遞變，有時(shí)可見(jiàn)水平紋層，常有生物擾動(dòng)。D：細(xì)粉砂質(zhì)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(gòu)造。 C：中粒粉砂為主，具遞變性和中等交錯(cuò)紋理及卷曲層理B：中粒粉砂，具或不具遞變性，平行紋理發(fā)育。A：中粗粒粉砂或砂質(zhì)粉砂，塊狀層理，遞變性不好或無(wú)，分選差或無(wú)分選，具漂浮碎屑、底部為突變的沖刷面。深水細(xì)粒濁積巖粉砂質(zhì)濁積巖序列泥質(zhì)濁積巖序列P：遠(yuǎn)洋半遠(yuǎn)洋沉積，常具生物擾動(dòng)構(gòu)造。T8：濁

17、積泥，部分為遠(yuǎn)洋沉積，具微生物擾動(dòng)。T7：無(wú)遞變泥，偶具粉砂質(zhì)假結(jié)構(gòu)。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(zhì)沉積。T4：具不清楚的斷續(xù)的粉砂紋層的泥質(zhì)沉積。T3：具連續(xù)規(guī)則的平行的薄粉砂層的泥質(zhì)沉積。T2：具不規(guī)則微細(xì)的薄粉砂層的泥質(zhì)沉積，內(nèi)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(nèi)部為微紋層。 底面為沖刷模和負(fù)荷模。深水細(xì)粒濁積巖泥質(zhì)濁積巖序列微生物濁積巖序列F：半遠(yuǎn)洋和遠(yuǎn)洋沉積，具生物擾動(dòng)構(gòu)造。F/E：生物成因濁積巖和遠(yuǎn)洋半遠(yuǎn)洋沉積的混合，具反遞變和生物擾動(dòng)構(gòu)造。E3：生物成因的泥，極細(xì)粒，均質(zhì)無(wú)遞

18、變性，具孤立潛穴，生物擾動(dòng)向上增多。E2：生物成因泥，具微弱的遞變，細(xì)到極細(xì)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(xì)的生物顆粒及灰泥互層，底部紋層為砂到粉砂級(jí)生物屑，底面為沖刷面，與下伏層呈突變接觸。深水細(xì)粒濁積巖微生物濁積巖序列無(wú)組構(gòu)濁積巖序列半深海深海沉積作用和相模式小結(jié)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(dòng)力和物理-化學(xué)-生物場(chǎng)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(huán)境類(lèi)型海底峽谷（物源供應(yīng)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(lèi)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(jīng)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(xì)礫、中粗礫和漂礫組成，其底面不規(guī)則，缺乏典型的工具痕和侵蝕痕。層內(nèi)部混亂，無(wú)一定的組構(gòu)，正反遞變及層理均不發(fā)育，局部可見(jiàn)疊瓦狀構(gòu)造，為碎屑流沉積而成?；鷰r相：也由基質(zhì)支撐砂礫巖組成，但內(nèi)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(dá)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(lèi)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(jù)其遞變性及內(nèi)部構(gòu)造可分為不同類(lèi)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(cè)向不穩(wěn)定，延伸不遠(yuǎn)。層間很少保存泥質(zhì)層。在正一反遞變礫巖中，反遞變段厚度小，一般不超過(guò)20-30厘米，向上逐漸過(guò)渡為正遞變或塊狀層。各類(lèi)中的疊瓦狀礫石指示古流向，即長(zhǎng)軸平行流向并向上游傾斜。紊亂層礫巖中礫石雜亂排列，無(wú)遞變、無(wú)層理并無(wú)疊瓦狀構(gòu)造。 海底扇沉積的巖相類(lèi)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(yè)巖夾層少或無(wú)。層底部具侵蝕?；蚬ぞ吣＃瑑?nèi)部均一，遞變層理一般不發(fā)育，典型的沉積構(gòu)造為泄

21、水管和碟狀構(gòu)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(méi)有頁(yè)巖夾層，其底部界面明顯突變，具大的底模（槽?？蛇_(dá)1米長(zhǎng)）。層內(nèi)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(xì)砂巖。內(nèi)部具粗糙的平行層理和良好的板或槽狀交錯(cuò)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(gè)單個(gè)遞變層在垂或側(cè)向上疊置聯(lián)結(jié)而成。 海底扇沉積的巖相類(lèi)型中扇朵狀體：近源濁積巖（缺頂鮑馬序列）下 扇：經(jīng)典濁積巖 (完整或缺底鮑馬序列)經(jīng)典濁積巖：以 Bouma層序?yàn)榇怼Ｈ表敐岱e巖：發(fā)育在海底扇的中扇部位，以粗粒的底部層序?yàn)橹?，主要由AE段組

22、成。缺底濁積巖：發(fā)育在外扇外部，底部層序發(fā)育不好，沉積粒度較細(xì)，厚度較小，缺乏A或B段。在外扇內(nèi)部具發(fā)育完整的Bouma序列。 海底扇沉積的巖相類(lèi)型海底扇進(jìn)積型沉積序列海底扇的進(jìn)積作用進(jìn)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(yīng)水道海洋重力流沉積海底扇進(jìn)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