海洋与海岸带
深海沉积

全球海洋每年接受相邻陆地输入的剥蚀产物超过200亿吨，主要通过河流、冰川、风和海流等输入至海洋底部。另外，大洋通过海洋生物和化学作用在洋底堆积了各类生物软泥和各种自生矿物。此外，深海沉积物还有来自地球外部宇宙物质和地球内部的火山物质等。

一、海底沉积物来源

1．陆源物质

　　 包括从大陆搬运入海以及海岸基岩遭受侵蚀和风化作用的物质，主要依靠浊流等深流的搬运而沉积在大陆坡脚下。按其性质可分为陆源碎屑物与陆源化学物。前者是机械搬运的砂、粉砂及泥质物，主要矿物如石英、长石、云母、角闪石、辉石、磁铁矿等。后者是以真溶液或胶体溶液形式搬运的元素和化合物。

2．海洋物质

　　主要是指海水中由生物作用和化学作用形成的各种物质。海洋中的生物如有孔虫等提供碳酸钙，放射虫和硅藻等生物提供二氧化硅等，它们呈溶解状态或以介壳和骨骼的碎屑形式出现。此外，还包括沉积成因的自生矿物如方解石、文石、针铁矿、锰矿等，还有成岩作用的新生矿物如铁锰氢氧化物、碳酸盐类、绿泥石及部分粘土等。

3．火山物质

　　由洋底、大洋岛屿或大陆近海附近的火山喷发所提供的物质。包括固体碎屑物、气液物质、海底熔岩及其在海水中分解而成的产物。海水中部分化学沉积物如二氧化硅、铁的氧化物、磷酸盐类、金属硫化物等常与火山物质有成因关系。

4．宇宙物质

　　类似于各种陨石的细小颗粒，例如陨石爆炸后的残留物或漂浮在宇宙中的尘埃质点。这些物质数量很少，但它对了解天体的起源具有重要意义。

二、深海主要沉积类型与矿产

1. 深海沉积类型

　　钙质软泥（Calcareous oozes）。由钙质贝壳组成，主要生物类型为有孔虫（foraminifera）、颗石藻（coccolithophore）、翼足类（pteropod）等。钙质软泥覆盖大洋面积约45.6％。主要分布在大西洋、西印度洋与南太平洋。平均水深约为3600m。以有孔虫软泥分布最广，颗石藻软泥次之，而翼足类软泥由于主要由文石组成，易被溶解，分布很窄，主要存在于大西洋热带区水深小于2500～3000m处。

　　海洋中碳酸钙（生物钙质壳的主要组分）输入海底的补给速率与溶解速率相等的深度面称碳酸钙补偿深度（CCD），它是海洋中的一个重要物理化学界面。海水表层碳酸钙是饱和的，随着水深增大，由于温度降低，CO2含量增加，碳酸钙溶解度增大，至某一临界深度，溶解量与补给量相抵平衡，这一临界深度就是碳酸钙补偿深度（calcium carbonate compensation depth）。

　　硅质软泥。由含有二氧化硅的浮游生物残骸组成，如硅藻类（diatom）及放射虫类（radiolaria）。硅质软泥主要分布于高生产力的海区，如两极海域及近赤道（北太平洋）的上升流（upwelling）海域，其沉积速率约为0.2-1cm/ka，明显低于钙质软泥，覆盖大洋面积约10.9％。硅藻软泥分布的平均水深约3900m，而放射虫软泥主要分布在赤道附近海域，平均水深为5300m。

 　　褐粘土。也称红粘土（Red clays）或深海粘土（pelagic clay），平均分布水深达到5400m，为生源物质含量小于30％的粘土物质。因含铁矿物遭受氧化而呈现褐色至红色。在大洋中所占面积约为30.9％，主要分布在北太平洋、印度洋中部与大西洋深水部位。由于分布水深较大，生源物质大部分被溶解，所以非生源组分占优势。主要成分是陆源粘土矿物，此外还有自生沉积物（如氟石、锰结核等）、风成沉积物、火山碎屑、部分未被溶解的生物残体及宇宙尘等。

　　火山沉积物。来自火山作用的产物。主要分布在太平洋、印度洋东北部、墨西哥湾与地中海等地。
　　浊流沉积物。由浊流作用形成的沉积物，通常为陆源砂和粉砂层夹于细粒深海沉积物中。主要分布在大陆坡麓附近，在太平洋北部和印度洋周围较发育。

　　冰川沉积物。大陆冰川前端断落于海中形成的浮冰挟带着来自陆地和浅水区的碎屑物质，可达远离大陆的深海地区。当浮冰融化，碎屑物质沉落海底，便形成冰川沉积物。主要分布在南极大陆周围和北极附近海域。
 
　　综上所述，深海沉积物分布以钙质软泥和深海粘土为主，钙质软泥主要分布在海岭和高地上，深海粘土则见于深海盆地；硅质软泥和冰川沉积物主要分布在南、北极附近海域；放射虫软泥主要分布在太平洋赤道附近；自生沉积物分布在太平洋中部和南部以及印度洋东部；浊流沉积物分布在洋盆周围；火山沉积物散布在各地并在火山带附近富集（图14-23）。

http://ch.sysu.edu.cn/hope/sites/geoscience/content/UploadFiles_9724/201003/20100304090813833.gif
 图14-23 现代大洋的主要沉积类型

2. 深海的矿产资源

　　多金属结核。是一种铁、锰等氧化物的集合体，以锰结核最为常见，颜色常为黑色和褐黑色，不规则球状或块状，含有30多种金属元素，其中最有价值的是锰、铜、钴、镍等。多金属结核广泛分布于世界海洋2000-6000m水深海底表层。多金属结核总储量大，其中北太平洋的储量占一半以上，约为17000亿吨。＂

　　多金属硫化物。海底多金属硫化物矿床是指海底热液作用下形成的富含铜、锰、锌等金属的火山沉积矿床。按产状可分为两类：一类是呈土状产出的松散含金属沉积物，如红海的含金属沉积物（金属软泥）；另一类是固结的坚硬块状硫化物，与洋脊“黑烟筒”热液喷溢沉积作用有关，如东太平洋洋脊的块状硫化物。海底多金属硫化物主要产于海底扩张中心地带，即大洋中脊、弧后盆地和岛弧地区。富含金属的高温热水从海底喷出，在喷口四周沉淀下多金属氧化物和硫化物，堆砌成平台、小丘或烟囱状沉积柱。世界已有70多处发现有热液多金属硫化物产出，在东海冲绳海槽已发现多处热液多金属硫化物喷出场所。据初步估算，仅红海中的热液硫化物中就有铁2400万吨、铜106万吨、锌以及伴生的铅、银和金290万吨。

　　富钴结壳矿。富钴结壳矿是生长在海底岩石或岩屑表面的一种结壳状自生沉积物，主要由铁锰氧化物组成，富含锰、铜、铅、锌、镍、钴、铂及稀土元素，平均含钴达0.8％～1.0％，是大洋锰结核中钴含量的4倍。金属壳厚1—6cm，平均2cm，最厚20cm。结壳主要分布在水深800—3000m的海山、海台及海岭的顶部或上部斜坡上。

二、海底的能源资源

1.海底石油与天然气

　　在海底的碎屑物或碳酸盐沉积物中可以形成并聚积有重大意义的石油和天然气资源。海底沉积物内富含有机残余物，其主要来源为浮游生物（如藻类）和细菌。这些有机碎屑物随同泥沙沉到海底后，在缺氧的条件下开始有机物化学性质的转变。微生物活动是这种转变的主要因素之一。细菌作用产生的甲烷气体可在沉积浅部储层中出现或形成气体水合物。石油生成需要50～60°C以上的温度、一定的压力和一定的地质年代。这样的条件在埋藏深度大于1000m时才能达到。原始有机物质的类型在生成油或气的相对丰度方面起着重要作用。富含浮游生物、细菌等有机质的沉积物与湖泊、泻湖或海洋沉积环境有关，这类有机质被认为是生成石油的主要母质。植物表皮、孢子、花粉、树脂质和木质素等有机质的沉积物与近岸环境和河流相沉积环境有关，树脂质和木质素等被认为是生成天然气的主要母质。残余有机碳达 0.5％以上的泥岩和页岩被认为是有利的生油岩。残余有机碳超过 0.1％的碳酸盐岩也可以是好的生油岩。此外，油气藏的形成还包括油气的生成、运移和储集等一系列复杂过程。

　　近40多年来海上石油勘探工作查明，海底蕴藏有丰富的石油和天然气资源。据1979年统计，世界近海海底已探明的石油可采储量为220亿吨，占当年世界石油探明总可采储量的24%；近海海底已探明的天然气储量为17万亿m3，占当年世界天然气探明总可采储量的23%。
我国大陆架属于陆缘的现代拗陷区，因受到太平洋板块和欧亚板块挤压的影响，在中、新生代发育了形成的一系列北东和东西向的断裂，造就了许多沉积盆地。根据我国勘探成果，在渤海、黄海、东海及南海北部大陆架海域，石油资源量可达到 275.3亿吨，天然气资源量达到10.6万亿m3。

2. 天然气水合物

　　天然气水合物（Gas Hydrate）是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃冰”、“固体瓦斯”之称，被誉为21世纪具有商业开发前景的战略资源。天然气水合物是一种新型高效能源，其成分与人们平时所使用的天然气成分相近，但更为纯净，开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。

　　天然气水合物由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99％的天然气水合物通常称为甲烷水合物。

　　天然气水合物在自然界广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，1个单位体积下的天然气水合物分解可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来资源。

本章小结

1. 根据海水深度，结合海底地形和海洋生物群特征，可将海洋分为滨海、浅海、半深海及深海等4个环境分区。

2. 海水指含有多种溶解固体和气体的水溶液，其中水约占96.5％，其他物质约占3.5％。世界海洋的平均盐度约为35‰，海水中主要含有磷酸盐、亚硝酸盐、铵盐和硅酸盐等，为弱碱性，天然海水的pH值介于7.9-8.4之间。

3. 全球大洋表层年平均水温为17.4℃，比全球陆地表面的年平均气温高3.1℃。大洋表面年平均温度一般在-2℃到30℃之间，从低纬到高纬总体逐渐降低，等温线的走向大致沿纬度分布。通常海洋上部1000m的水层内，水温从表层向下层降低，而在大约1000-2000m以下则水温变化很小。2000～6000m深度区，水温仅为2℃左右，故称恒温层。

4. 海水的密度随温度、盐度和压强而产生变化，大洋海水温度和盐度的差异可造成海水密度的明显不同。

5. 潮汐是海水在月球和太阳引潮力作用下所发生的周期性运动，按涨落周期划分为三种类型：正规半日潮、全日潮、混合潮。它包括海面周期性的垂直涨落和海水周期性的水平流动。习惯上将前者称为潮汐，后者称为潮流。潮流速度快，规模大，对海底沉积物起重要的改造、搬运和在沉积作用。在狭窄的河口带，潮流可将少量碎屑沉积冲刷带走。

6. 浊流是富含泥砂等悬浮物质，因比重大而在总理作用下自行向下快速流动的水体，具有很强的侵蚀力，能破坏海底电缆，塑造海底峡谷，将陆架浅水沉积物搬运到深海堆积。

7. 海岸带是海洋和陆地相互作用的地带，即海洋向陆地的过渡地带。海岸带由三个基本单元组成：海岸，潮间带，水下岸坡。

8. 海洋的剥蚀作用简称海蚀作用。由海蚀作用常形成的地貌主要有：海蚀拱桥或海穹、海蚀柱、海蚀崖、海蚀凹槽、海蚀穴或海蚀洞、海蚀沟谷、坡切台、坡筑台等。

9. 海岸带沉积地貌主要有砂坝与连岛砂坝、砂嘴、潟湖、潮坪沉积、障壁砂岛-潟湖体系等。

10. 海底沉积物来源主要有：陆源物质、海洋物质、火山物质、宇宙物质等。

11. 深海沉积类型主要有：钙质软泥、硅质软泥、褐粘土、火山沉积物、浊流沉积物、冰川沉积物等。其主要矿产资源有：多金属结核、多金属硫化物、富钴结壳矿。

重要术语

    滨海(littoral)，海岸带(coastal zone)，浪基面(wave base)，浅海带(neritic zone)，半深海(bathyal)，深海(abyssal)。海水营养盐（seawater nutrient salt）。潮汐（tide），引潮力（tide generating-force），潮流（tidal current）。三角港（triangular harbour），海流（ocean current）。海岬（strait），海湾（gulf）。海蚀作用(marine erosion)，海滩(beach)，砂坝(sand bar)，砂嘴(sand spit)，潟湖(lagoon)。

    埃克曼螺旋线(Ekman spiral)，温盐环流（thermohaline circulation），浊流（turbidity current）。

    珊瑚礁（coral reef），钙质软泥（calcareous oozes），碳酸钙补偿深度（CCD），红粘土（red clays），金属泥（metallic mud），锰结核（manganese module），天然气水合物（Gas Hydrate）。