现代海洋沉积学
海洋地球化学沉积学应用
海洋地球化学沉积学应用海洋地球化学是研究海洋中化学物质的含量、分布、形态、转移和通量的学科。
它是地球化学中以海洋为主体的一个分支，也是化学海洋学的主体。
海洋地球化学在六十年代就已经成熟起来。
它已经从少数海洋化学家仅为解决物理的或生物学的问题而进行海水的化学分析,改变为海洋化学家参与并领导世界范围的海洋考察。
七十年代以来，由于象地球化学海洋断面研究计划(GEOSECS)这样长期而大尺度的全面考察和CEPEX之类的受控试验研究，使得海洋地球化学得到迅速发展。
海洋沉积地球化学是海洋地球化学在海洋沉积学中的运用，是研究海洋沉积物的化学组成、化学作用和化学演化的学科。
主要研究内容是：元素的物质来源、含量、组合、分布及其存在形式；元素的迁移运动方式、沉积的物理化学环境以及控制发生沉积的各种化学机理；各类沉积物的化学特征和元素的分散与富集规律；沉积物与海水之间的物质交换与平衡；成岩成矿过程中元素的行为和再分配以及元素的演化史；研究与海洋沉积地球化学有关的各种分析方法、测试技术和模拟实验等。
海洋沉积地球化学的研究既是海洋沉积学的重要内容，也是的组成部分，它是海洋沉积学和海洋地球化学之间的一门边缘学科。
海洋沉积地球化学的研究对寻找和评价海洋沉积矿产有指导作用；海洋中有害元素沉积地球化学的研究可对海洋环境保护提供科学依据，由于现代海洋是古海洋“天然的模拟实验室”，故现代海洋沉积地球化学的研究可以“将今论古”；有机沉积地球化学的研究，又可以探索石油成因甚至生命起源问题。
研究简史1891年和A.F.勒纳尔对1872～1876年时所采集的沉积物及锰结核进行了若干化学成分的分析与研究，这标志着海洋沉积地球化学研究的开始。
至20世纪50年代，又有十多次重要的深海考察，也陆续发表了沉积物化学成分的资料，使海洋沉积地球化学的研究不断进展。
50年代以来，随着对开发海洋矿产资源的重视和科学技术的提高，海洋沉积地球化学获得了长足的发展，其表现为：①采用一系列新的测试技术（如原子吸收分光光度分析、能谱分析、质谱分析、色谱分析、电子探针分析、中子活化分析等）测定更多的元素，其中包括大量的微量元素和同位素；②从主要研究沉积物的化学成分，发展为研究化学作用和化学演化；③在开展深海大洋研究的同时，广泛开展了陆架浅海沉积地球化学的研究；④对具有经济价值的大洋锰结核的地球化学进行了大力研究。
现代海洋沉积作用与古海洋环境演化
现代海洋沉积作用与古海洋环境演化现代海洋沉积作用对古海洋环境演化起着重要的作用。
通过研究现代海洋沉积物的形成过程和特征，可以深入了解古海洋环境的变化和演化。
本文将从沉积物的来源、沉积作用的类型以及其影响因素三个方面，来探讨现代海洋沉积作用与古海洋环境演化的关系。
一、沉积物的来源现代海洋沉积物主要来源于陆源物质和海洋生物体的遗骸。
陆源物质包括各类悬浮物、溶解物和气溶胶物质等，其中包括来自河流、冰川以及大气降水中的物质。
海洋生物体的遗骸主要包括浮游生物和底栖生物的硬骨骼或外壳。
二、沉积作用的类型现代海洋沉积作用主要包括物理沉积作用、生物沉积作用和化学沉积作用。
物理沉积作用是指由水流、波浪和潮汐等力量引起的物质沉积过程。
生物沉积作用是指海洋生物体的活动所导致的沉积作用，如海洋生物的骨骼和壳体的沉积作用。
化学沉积作用是指由于物质溶解和化学反应引起的沉积作用，如海盐的结晶沉积。
三、影响因素现代海洋沉积作用受到许多因素的影响，包括地理环境、水动力学条件、生物活动、气候变化等。
地理环境因素包括海底地貌、水深、海洋环流等。
水动力学条件主要包括水流速度、波浪和潮汐等。
生物活动对沉积作用的影响主要体现在生物骨骼和壳体的沉积、生物作用下的溶解和分解以及生物胞体的沉积等。
气候变化对现代海洋沉积作用也有重要影响。
例如，气候变暖导致了海洋生物分布的变化，从而影响了生物骨骼和壳体的沉积过程。
通过对现代海洋沉积作用的研究，可以揭示古海洋环境的变化和演化。
通过分析不同类型的沉积物，可以了解古代海洋的潮汐和波浪条件，以及古代地形地貌的特征。
通过研究沉积物的粒度、组成、结构和化学成分等特征，可以解读古代海洋环境的酸碱度、氧化还原条件、生物活动水平等信息。
通过对古代生物骨骼和壳体的研究，可以了解古代生物的分布和演化，推测古代气候和环境变化。
另外，通过研究化学沉积物的结构和成分，可以了解古代盐度和温度的变化，进而推测古代气候和环境的变化。
沉积学与现代沉积_第1部分
从上超法的角度 • 对建立海平面变化周期的主要方法之一 ------ 从反射地 震剖面上认识上超（onlap）结构提出了尖锐的质疑。 • Uderhill（1991）等人在北海的研究表明，伸展构造运动 同样可以引起半地堑稳定边缘的海岸上超。 • W.Driscoll（1992）在纽芬兰滨外的工作也得出了类似的 结论。
曹伯勋主编 中国地质大学出版社
1995
第一部分：能源盆地沉积学研究现状、思路 与方法
第一节：研究现状与内容简述
第二节：研究的基本思路和方法 第三节：有关术语及概念体系
第一节 研究现状与内容简述
--沉积学发展过程:50、60年代开始,沉积学进入了重要的发 展阶段! • 1950‘S • 1960‘S • 1970‘S • 1980‘S 相模式阶段 沉积体系阶段 地震层序地层学阶段 层序地层学的形成阶段
• 然而，在其它类型的盆地却有不同的地质背景。因此，近几年层序地 层的进展主要体现在对不同类型盆地层序地层模式的重建或改进上。 如李思田等、解习农等提出了包括构型、术语在内的与经典层序地层 模式完全不同的陆相断陷、坳陷盆地的层序模式。
• 与此同时，高分辨层序地层学、高频层序地层学、露头层序地层学等 层序地层学分支也正向更深入、更成熟的方向发展。
提出的理论与起到的作用
• Haq 和 Vail等（1988）、Vail（1977，1990）经过多年 努力建立了中生代海平面变化的年表，并大胆地提出由于 海平面变化的全球性（eustasy），层序地层学可以成为 建立全球性地层对比的手段，并将重新建立全球地层对比 系统！ • Vail 和Haq 曲线汇总了许多区域相对海平面变化的大量 资料以及相应的古生物和古地磁资料，它对海平面变化研 究起了推动作用。
08海洋沉积之大陆边缘沉积及大洋沉积_海洋地质学系列
二、大陆边缘沉积 （一）陆架硅质碎屑沉积
►1.陆架环境的动力因素——地质作用过程
海面变化—塑造了现代陆架地形（多级阶地）及平均深度为130m的陆 架坡折带。低海面时，陆架大部分出露，河流的侵蚀、沉积作用使陆 架变平坦，在陆架外缘堆积三角洲体系；间冰期海面上升，岸线快速 向岸推进。
构造作用—决定着大陆的抬升速率、汇水盆地格局、河流载荷量及性 质，也影响着海岸平原和陆架的宽度、坡度。
东南非洲陆架沉积相立体图： A-浪控内陆架砂席相；B-海流控中陆架沙束相；C-外陆架残余砾石相
二、大陆边缘沉积 （一）陆架硅质碎屑沉积
►2.陆架类型及其沉积作用
3）潮控陆架浅海碎屑沉积——沉积环境和发育机制
潮控大陆架通常是一些开敞性差的大陆架和地形束狭、流道窄 小的海峡，以及某些潮差＞3m，潮流速度＞60-100cm/s(l-2节) 的开敞大陆架。潮流能够搬运大陆架上的泥砂，形成大型、中 小型沉积地形。
风暴浪可造成沉积物液化产生重力流，因而陆架上常见分选差、具变形层理的 沉积物与具大型丘状交错层理的沉积物共生的现象。
二、大陆边缘沉积 （一）陆架硅质碎屑沉积
►1.陆架环境的动力因素——物理作用过程
2）波浪
气压效应 风效应 波浪效应
二、大陆边缘沉积 （一）陆架硅质碎屑沉积
►1.陆架环境的动力因素——物理作用过程
➢ 呈巨大的平行等深线的脊堆状，稍高于周围洋底，横断面呈弧形 ➢ 在垂向上沉积层序变化无明显规律，正粒序和逆粒序常共生 ➢ 生物扰动作用十分发育，但又存在模糊的流成构造 ➢ 成分上是原地(深海生物骨屑)和它生(陆源碎屑)的混合物 ➢ 还存在一些辅助标志，如等深流的存在及底流成地貌等
3）潮控陆架浅海碎屑沉积——沉积物分布特征
现代海洋沉积学
第一章 绪论
• 定义
• 研究现代海洋环境中形成的沉积物和沉积体系及相关的作用、过程和机制；沉积物和 沉积体系的变化、埋藏及其过程和机制。
• 广义地讲，海洋中所有被埋藏的非固结的海洋沉积物和非固结沉积体系也是研究对象， 但不包含沉积岩。
• 1.1 简史
• ● 以1872～1876年《Challenger》号考察资料为基础，Murray和Renard (1891)发 表的《Deep-sea Deposits》一书为开端。
• ● 《海洋－The Sea》已出版13卷，1/3篇幅与海洋沉积学有关。
• 海洋沉积学是海洋地质学的基础学科。 •
主要分两部分讲述
1． 大陆架边缘海洋沉积学
大陆边缘（continental margin）：河口－海岸带、陆架、陆坡、 陆隆、边缘海盆和海沟，堆积了70％以上的沉积物
流域
河口
陆架
陆坡
• 河口盐水楔的变化，混合类型转化时的动力现象（如界面内波等） 都有不少的定量研究。
三、潮汐河口区的水动力过程
河口区的分段 • 河流和海洋动力在河口会聚，相互混合，相互消长，
形成了动力及相关特征不同的河段。一般情况下，将 河口分为潮波段（河流近口段）、潮流段（河流河口 段）和口外段（口外海滨）（图3）。 • 潮波段位于潮区界和潮流界之间。 • 潮区界是指潮水位影响最远的地点。 • 潮流界是指潮流在河道中上溯最远的地点。 • 潮流段位于潮流界与口外段之间，口外段的上界是指 河口平均水位与外海平均水位的交汇点。各段的位置 是动态的。
2、不同动力与物源供应条件下三角 洲的形态不同
后现象 • 最大浑浊带的存在和沉积物的过滤器效应,沉积
物的絮凝问题
1.河口物质输送的周期性变化
第3章 海洋沉积
陆源沉积物——搬运过程
沉积物的分选性随搬运距离越来越好
分选性是衡量堆积在一起的沉积物大小的均匀程度
沉积物（泥沙）所组成的颗粒大小都一致的话，其分选性就非 常好。分选性差的沉积物，是指其组成颗粒大小非常不均匀， 也指示当初沉积前的搬运过程是将漂石、黏土等大小颗粒一起 搬运，比如冰川搬运，其消融后残留下来的就是分选性很差的 沉积物。
残留沉积占世界陆架沉积的70%以上。而在剩下的一 些陆架区域，则是一些现代的沙脊、沙波、沙滩沉积。
陆源沉积物—分布——冰川沉积
分布：高纬度的陆架地区，如南极洲和格 林南岛的陆架区域广泛分布着这类沉积物。
特征：冰川沉积物分选性很差，从漂石到 黏土，各种粒径的颗粒混杂在一起。
这些沉积物形成于冰后期的冰川完全消融后的 残留物。
硅藻属外壳、放射虫类以及其它分泌 硅质物的海洋生物的堆积体（含量超 过30%）统称为硅质软泥
钙质软泥的生物来源
微型生物
球形藻：单细胞海 藻
球石软泥 要进行光合作用
20或30个海藻一 起构成一个球形 的形状
有孔虫类 单细胞原生动物 有孔虫软泥
海藻（硅藻属）——死亡——聚集成泥——岩化（白垩）
图a 球形藻
按颗粒大小，生物 沉积可划分为大型 生物沉积和微型生 物沉积——生物软 泥
生物软泥
生物软泥是指海底生物壳 类物质的含量超过30%、 粒径非常小的泥状物质。
硅质软泥——生 物壳类物质为二氧 化硅、含量超过 30%的海底泥状物 质
钙质软泥——生 物壳类物质为碳酸 钙组成、、含量超 过30%的海底泥状 物质
在热带浅海环境 中，结晶出2mm 左右的文石晶体
硫化物
蒸发盐
沉积在地热口及大洋中脊; 包含有铁、
07海洋沉积之近岸沉积_海洋地质学系列
Classification of deltas （Galloway, 1976）
一、近岸沉积
（二）三角洲沉积
►4.三角洲的类型
一、近岸沉积
（二）三角洲沉积
►4.三角洲的类型——河控三角洲
现代密西西比河鸟足状三角洲(据Fisher，1961)
一、近岸沉积
（二）三角洲沉积
►4.三角洲的类型——河控三角洲
讲课提纲
一、近岸沉积
1.海岸带概述
2.三角洲沉积 3.河口湾沉积 4.海滩沉积 5.潮坪沉积
6.障壁岛-泻湖沉积
二、大陆边缘沉积
三、大洋沉积
海洋的三个地形单元。。。。。。
一、近岸沉积
（二）三角洲沉积
1. 概述 三角洲（ Delta ）是指河流流入海洋或湖泊时，在河口附近 的陆上和浅水环境中形成的碎屑沉积体。其平面形态为尖顶 朝向陆地的三角形，或者呈朵状，故名曰三角洲。
河水与蓄水体水发生三度空间的混合作用。
2. 平面喷流
河水与蓄水体水的混合作用发生在二度空间。
一、近岸沉积
（二）三角洲沉积
►2.三角洲形成的流体动力学——等密度流沉积作用
一、近岸沉积
（二）三角洲沉积
►2.三角洲形成的流体动力学——高密度流沉积作用
一、近岸沉积
（二）三角洲沉积
►2.三角洲形成的流体动力学——低密度流沉积作用
一、近岸沉积
（一）海岸带概述
钱塘江潮被誉为“天下 第一潮”，是世界一大自 然奇观，它是天体引力和 地球自转的离心作用，加 上杭州湾喇叭口的特殊地 形所造成的特大涌潮。
2. 地貌特征－溺谷型河口
一、近岸沉积
（一）海岸带概述
2. 地貌特征－三角洲型河口
海洋沉积知识点
4.1近岸带按动力作用分(1)与大河流有关的河口湾,三角洲(2)以海洋过程为主，不受河流直接影响的海滩、障蔽岛〔波浪作用为主〕；潮坪、砂坝-泻湖〔潮汐作用为主〕。
二、河口湾的水动力特征2、潮汐潮汐对河口湾作用最重要，其作用是混合淡、咸水，向海或向陆搬运悬浮体。
按潮差大小可将河口湾划分为弱潮型〔潮差<2米〕中潮型〔2-4米〕强潮型〔>4米〕三、河口环流1、河口环流成因淡水径流流入河口湾后，向来自外海的咸水休扩散，这两种具有不同盐度、不同密度的水体的混合，导致了河口湾特有的环流系统，主要包括三种类型：(1)盐水楔型位于弱潮河口，淡水在密度较大的咸水之上向海扩散：咸水呈楔状体位于下层，尖端朝向陆。
淡、咸水之间存在盐跃面。
径流驱动为主，盐水楔顶端形成砂坝。
(2)局部混合型位于中等潮差河口，淡、咸水在界面附近上下扩散，无明显界面。
但整个河口区仍存在垂向和纵向的盐度梯度。
(3)强混合型潮差大、流速大，破坏了垂向盐度梯度，存在纵向盐度梯度，科氏力使得面向陆右侧盐度高，产生横向混合，悬移质浓度口门附近最大。
五、河口环流动力作用的分带性1〕河流作用区2〕河口环流作用区3〕海洋作用区七、沉积特征2、沉积相序列沿河口特长轴方向常出现岩相的依次更替，即河口湾河流相组—河口湾相组—河口湾海相组。
河口湾沉积判别标志1〕在剖面中常与陆相或海相地层相接，并常和障壁层序共生。
2〕单个旋回不厚，一般多由假设干个旋回组合在一起，分布范围仅为数十或数百小方公里。
3〕弱潮河口律层序具有向上变细的趋势，粉砂、泥是最主要的沉积类型。
中、强潮河口湾层序此趋势不明显，且砂质沉积占有一定比例。
4〕具有交织层理构造以及潮汐层理构造，以潮汐作用为主的河口湾常发有大型交织层理，交织层具有明显的双向性。
5〕丰富的半咸水至正常海相生物，但门类有限。
4.2三角洲形成的根本条件“三基〞浅平的口外海滨区丰富的泥沙来源较弱的海洋动力三角洲的发育过程〔l〕河口砂坝和河道分叉的形成河流入海的河口区，水流展宽和潮流的顶托作用使流速骤减，河流底负载下沉而堆积成水下浅滩。
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第一章 绪论
• 定义
• 研究现代海洋环境中形成的沉积物和沉积体系及相关的作用、过程和机制；沉积物和 沉积体系的变化、埋藏及其过程和机制。
• 广义地讲，海洋中所有被埋藏的非固结的海洋沉积物和非固结沉积体系也是研究对象， 但不包含沉积岩。
• 1.1 简史
• ● 以1872～1876年《Challenger》号考察资料为基础，Murray和Renard (1891)发 表的《Deep-sea Deposits》一书为开端。
• 有关海洋沉积学的一般性知识，学生应阅读指定的参考书 目。专题参考书目另行指定。
• 本课程对全体师生开放，欢迎所有感兴趣的广大师生踊跃 参加讲座和讨论会。
参考书目： 1． 王琦、朱而勤编著，1989，海洋沉积学，科学出版社 2． 李学伦编著，1999，海洋沉积学，海大出版社 3． 朱而勤主编，1991，近代海洋地质学，海大出版社 4． 赵澄林编著，2001，沉积学原理，石油工业出版社 5． 严钦高主编，1981，海洋地质学，地质出版社 6． 吕柄全、孙志国编著，1997，海洋环境与地质，同济大学出版社 7． 沈锡昌、郭步英编著，1993，海洋地质学，中国地质大学出版社 8、 高振中等，深水牵引流沉积，1996，科学出版社 9、 杨子赓著，2005，海洋地质学。地质出版社。 10、 IODP初始科学计划2003－2013：地球、海洋与生命。 IODP科学规划委 员会物的产生、搬运和堆积
12
沉积物的产生、搬运堆积的时空关系
13
大陆边缘区
2、深海大洋沉积部分
• 深海－大洋悬浮沉积物的研究（现代大洋沉积过 程、，生命和环境）；
• 深海－大洋浅表沉积物的研究（水－固界面和交 换，环境、浅表矿物资源和生命）；
• 深海－大洋埋藏沉积地层的研究（包括深部生物 圈和洋底下的海洋、全球环境变化、过程和影响 的沉积记录、固体地球循环和地球动力学在埋藏 沉积地层中的记录）；
根据河口的定义，一 些世界性的大河如世 界第一的亚马逊河就 没有河口 （ESTUARY），黄 河也只在某些情况下 才有河口，长江则有 河口。
图1a
影响河口的各种物理过程的时间 尺度（Dyer, 1995）
河口的概念
• 河口（estuary）又译为河口湾，与河口口门（River mouth）的概念不同。不 同领域的专家对河口有不同的定义，总体超过40个以上（Perillo, 1995）。通 常被认可的定义有：
• 1）“河口是一个半封闭的与开阔海直接相通海岸水体，其中的海水被由陆域 流域盆地流入的淡水冲淡（diluted）”(Cameron & Pritchard, 1963)。在这一 定义中未考虑水动力的作用；
• 4)Perillo（1995）的定义是：“延伸到潮汐影响有效范围的半封闭海岸水体， 海水由开阔海通过一个或多个自由通道进入,或为来自陆域盆地淡水显著稀释 的任何其他的海岸盐水水体，并可维持半咸水的生物种在其生命的部分或全 部周期中生存。”这一定义中引入了生物概念。
不同类型河口的平面形态
大多数人接受的是 Pritchard的定义： “河口是一个与海自 由相通的半封闭海岸 水体，一直延伸到河 流中受潮流影响的范 围。在这一水体中海 水为来自陆域盆地的 淡水显著冲淡 （diluted）”。
• 3) Dalrymple等（1992）从沉积物（泥沙， sediment）的角度提出了河口的 定义：“一个下沉河谷系统的向海部分，从河流及海洋两个物源接受沉积物， 沉积物相中包括了潮、浪和径流过程。河口是感潮陆侧边界向其位于口门的 海岸相向海边界的延伸。”这一定义中引入了波浪因子，同时限制了要有来 自海洋的沉积物。
• ● 第一次世界大战到二战结束积累了大量资料。 • ● 1950～1980 • 浊流理论的提出，板块学说的提出，DSDP的实施，各种新的研究方法和手段的应用，
是一场海洋沉积学的革命。 • ● 1890～现在 • 学科交叉渗透：海洋沉积动力学、事件海洋沉积学等深流沉积，现代浅水碳酸盐、深
海成矿沉积学、热液沉积多金属、水合物成矿沉积等、生物地球化学沉积、古海洋沉 积学等的提出，ODP计划实施，大大扩展了领域。
• 思考题：
• 1． 现代海洋沉积学覆盖的时间区间有多大？
• 2． 什么是沉积体系？大洋与深海的定义是什么？
• 3。珊瑚礁是否属于海洋沉积学研究的对象 ？
第一讲 河口沉积过程
• 引言
– 河口的定义
• 河口沉积过程是十分复杂的问题，有不少专著， 本讲座只讲一些最基本的问题及黄河口实例。
• 河口形成于河流入海处，位于海洋与陆地交界 地带，从地质的时间尺度讲，其存在受到全球 海平面变化的控制性影响，因而其生存寿命是 不长的,河口在平面上的形态也是多变的（图 1）。。
• 2）Dionne（1963）的定义是：“深入河谷直抵潮高边界的海湾通道，一般 可分为三段：a）与海直接相通的海域段或下河口（lower estuary）；b）盐 淡水强烈混合的中河口（middle estuary）；c）全为淡水但受昼夜潮汐活动 作用的上河口或径流河口。”这一定义引入了潮流和潮汐的作用。
• 全球大洋中脊火山活动沉积作用及物（热泉场－ 热液沉积作用，沉积物及相关资源）。
大洋~ 70% 陆源悬移物来自东南亚
大洋物质传送带
传北大
至半洋
全球传
球高送
纬带
信 息
:
将
洋中脊热液活动示意图
课程讲授方式
• 本课程主要采用系统性专题讲座，结合专题讨论会的形式 进行。专题讲座后有讨论会，师生相互交流。在专题讨论 会后期，将穿插进行由研究生主讲的讨论会 （SEMINAR），每一学生须就讲授内容自行选择一个经 导师审查题目，写一份不少于3000字的报告，并在讨论会 上作20分钟的陈述，其评价将作为本课程成绩的重要参考。
• ● 《海洋－The Sea》已出版13卷，1/3篇幅与海洋沉积学有关。
• 海洋沉积学是海洋地质学的基础学科。 •
主要分两部分讲述
1． 大陆架边缘海洋沉积学
大陆边缘（continental margin）：河口－海岸带、陆架、陆坡、 陆隆、边缘海盆和海沟，堆积了70％以上的沉积物
流域
河口
陆架
陆坡