海洋过度层(海洋沉积层)

1. 海洋沉积层

沉积特征多取决于物质来源和动力环境。通常分为：

①海滩沉积，在高潮线以上沿海分布的大片砂体，常与海岸平行呈带状分布。由击岸浪形成，以砂、砾石和生物介壳为主，并含有重矿物；

②潮间带沉积，以潮汐作用为主。在砂质海岸，沉积物主要由砂、砾石组成；在淤泥质海岸，多由淤泥和粉砂质淤泥组成；在热带及副热带海区及某些岛屿上，为软体动物的介壳、珊瑚碎屑、有孔虫等壳体组成的钙质沉积物；

③泻湖沉积，由沙坝阻挡，位于滨岸坝之内伸展的水体，通过潮流与外海联系，以潮汐与河流的沉积作用为主。在温湿地区以陆源碎屑为主；在气候干旱地区以沙为主；在热带潮湿地区，以钙质沉积物占优势；

④三角洲沉积，为河流在滨岸地带形成的、大致呈三角形的堆积体，河流及海流综合作用的产物。沉积物以粉砂和泥或砂与粉砂为主，通常靠近河口处含沙量较大，远离河口处以粘土为主，沉积物水平层理发育。滨海沉积一般速率大，沉积物粒度比河流的细，比浅海的粗，具有良好的分选与磨圆度，沉积物粒度通常自岸向海方向变细。沉积物构造多样。

2. 海洋环境沉积相类型

陆相地层是由陆相环境下所形成的地层，如河流、湖泊、冲积扇等等，岩性上以碎屑岩最为多见（砂岩、砾岩、泥岩等）。

3. 海底沉积层

     冷泉跟热液的形态类似，最大的区别是温度，冷泉流体温度3℃到5℃，和周围的海水温度几乎一致。

      冷泉和热液是海底生命极度活跃的特殊生境，通常认为化能自养型微生物是热液和冷泉生态系统的主要初级生产者，可以高效的利用热液和冷泉流体中的化学能。热液生态系统的初级生产者嗜热细菌和古细菌，其初级能量来源于地球深部上升喷出流体提供的化学能，它们氧化热液中硫化物(如H2S,FeS)和甲烷获得能量,还原二氧化碳制造有机物，而不依赖光合作用。

        深海热液又称为“黑烟囱”，主要是海底深处喷出的高温流体遇到海水时混合形成的“黑烟”，这些黑烟富含硫化物颗粒，流体成分主要是甲烷、二氧化碳和硫化氢，温度可以高达400摄氏度。冷泉跟热液的形态类似，最大的区别是温度，冷泉流体温度3℃到5℃，和周围的海水温度几乎一致。

     在几千米的深海中，没有阳光，但却存在生命。深海中的热液和冷泉，孕育了极端的生命现象，颠覆了“万物生长靠太阳”的基本理论。

      近几十年来，随着各种海洋勘探工具的快速发展，人类对海洋的认识也迅速从二维进展到三维、四维，获取了不同深度、时间上不同类型的大量数据资料，逐步揭开了其神秘面纱，海洋也在不断地惊艳着我们。从变幻多彩的海平面、到美丽繁华的热带浅海生物，再到漆黑荒凉的深海海底，又到奇形怪状的深渊生物，我们的海洋观不断地被刷新。今天，就给大家介绍下深海里的两种神秘的特殊环境——热泉和冷泉。

       海底热泉（又称海底热液）系统的发现是以1948年瑞典科学家利用“信天翁号”(Albatross)考察船在红海发现高温高盐溶液为标志。1963-1965年国际印度洋调查期间，在红海的轴部及中央盆地中识别出层化的高温高盐溶液，发现了热液多金属软泥,从而揭开了海底热液活动研究的序幕。在随后的调研中，在大洋中脊多处发现了黑烟囱、块状硫化物及喷口生物，海底热液活动也成了科学家了解地球深部构造及地球生命起源的一个重要窗口。

      海底热液活动在离散板块边界和汇聚板块边界均可出现，但都集中在拉张性构造带上，主要分布于洋中脊、弧后扩张中心等。其形成的机理是：海水沿裂谷张性断裂或裂隙渗入洋壳内部，受炽热的熔岩影响后与基底玄武岩发生反应，形成酸性、还原且富硫化物与成矿金属的热液，温度高达350～400℃。反应程度随温度和压力的增加而增加，直到岩石变得难以渗透，含矿热液就上升回到海底。当它们从喷口涌出时与冷海水相遇，导致黄铁矿、黄铜矿、纤锌矿、闪锌矿等硫化物及钙、镁硫酸盐的快速沉淀，最后不断堆积成一种烟囱状的地貌。烟囱高低粗细各不相同，高的可以达到一百多米，矮的也有几米到几十米。因温度和组分差异，形成白烟囱或黑烟囱：当热液温度为100～350℃时，形成主要由硫酸盐矿物(硬石膏、重晶石)、二氧化硅和白铁矿组成的白烟囱。当温度≥350℃时，形成由暗色硫化物如磁黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿等堆积而成的黑烟囱。

       热液生态系统与陆地-浅海光合作用为基础的生命体系有根本区别，它们形成以嗜热硫还原细菌为基础生产力的食物链，构成一个自养自给的共生系统，目前认为海底热液是其营养物质的初始来源。这一环境内的生物组成主要有细菌、双壳类、铠甲虾，与细菌共生的巨型管栖动物、管水母、腹足类和一些鱼类，这在压力巨大、一片漆黑的海底形成了一片繁华的生命奇景。这一群落随着“热液”的长消而出没，当“热液”停止喷发，这一群落也随着消失。当新的“热液”产生时，又能形成新的群落。

     多金属硫化物矿床是热液活动的产物，富含Cu、Zn、Fe、Mn、Pb、Ba、Ag、Au、Co、Mo等金属和稀有金属，赋存于2000～3000米水深的海底，是继大洋锰结核和结壳之后发现的又一具有巨大开发远景的海底矿产资源。它和深海热液喷口生物、大洋多金属结核、富钻结壳、天然气水合物等新型资源一起被誉为21世纪人类可持续发展的战略接替资源，具有很好的科研与商业应用前景。

     海底冷泉从发现到现在已经近40年，是继海底热液之后的又一重大发现，二者都反映了海底的极端环境。来自海底沉积界面之下的以水、碳氢化合物 （天然气和石油）、硫化氢、细粒沉积物为主要成分的流体以喷涌或渗漏方式从海底溢出，并产生系列的物理、化学及生物作用，这种作用及其产物称为冷泉。既然海底热泉是热的，那么冷泉也是冷的喽？其实，海底冷泉的温度与周围海水温度相近，约2～4℃。冷泉常呈线性群产出，主要集中在断层和裂隙较发育地区，经常伴随着大量自生碳酸盐岩、生物群落、泥火山、麻坑、泥底辟等较为宏观的地质现象。

导致冷泉形成的因素主要包括：

①海底沉积物埋藏或者沉积物滑动、运移及重新沉积；

②全球气候变冷或变暖引起海平面的升降，从而使海底压力和温度变化；

③构造抬升或海平面下降使压力降低；

④与地震有关的压力快速变化、火山喷发、地温梯度升降；

⑤海底底层水变暖或温盐环流变化，冬季变冷和夏季升温引起的海底环境变化｡

      冷泉的流体可能来自于下部地层中长期存在的油气系统，也可能是海底天然气水合物分解释放的烃类（CH4等）。因此，当上述因素出现时，流体会沿着泥火山､构造面或沉积物裂隙向上运移和排放，便会形成甲烷冷泉｡根据冷泉流体溢出速度的不同，将其分为快速冷泉和慢速冷泉。快速冷泉常产自泥火山，流体为富甲烷的流体携带大量细粒沉积物；慢速冷泉流体富油或气，在空间上快速和慢速冷泉常过渡伴生。冷泉流体的流量在时间和空间上也是不断变化的，控制因素主要有潮汐作用、构造作用、孔隙流体与海水的浓度差产生的对流、生物泵作用（海底生物活动改造流体的流动方式）等。

     冷泉生物系统是指示海底冷泉非常直接的标志。甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌参与到冷泉流体中的甲烷与硫酸根离子的缺氧甲烷氧化反应中，为化能自养生物提供了碳源和能量，成为冷泉生态系的初级生产者。在其基础上又发育着菌席和深海双壳类（贻贝类和蛤类）及蠕虫（管状群蠕虫和冰蠕虫）多毛类动物以及海星、海胆、海虾等一级消费者，其中管状蠕虫只出现在冷泉流速较低的环境。二级消费者有鱼、螃蟹、扁形虫、冷水珊瑚等。所以冷泉活动区域一般都是海底生命极度活跃的地方，和热液生态系统并称为“深海绿洲”。

      全球海洋环境中可能发育有900多处海底冷泉活动区，每年释放大量 CO2 和 CH4等烃类气体到大气中，而 CH4的温室效应是相同质量 CO2的20倍以上，因此是全球变化的重要影响因子。我国近海冷泉区主要有 7个，其中南海海域分布6个，东海冲绳海槽1个。2015年“海马”号 ROV 在珠江口盆地西部海域发现了海底巨型活动性“冷泉”，被命名为“海马冷泉”。该冷泉浅表层富含天然气水合物、自生碳酸盐岩大量出露、冷泉生物群广泛发育，是非常典型冷泉系统。

      研究冷泉具有重要的科研意义。冷泉是探寻天然气水合物的重要标志之一；冷泉生态系统是研究地球深部生物圈的窗口；冷泉溢出的 CH4 和 CO2是可能造成全球气候变化的重要因素；同时，研究全球圈层相互作用和全球变化也是科学前沿之一。

4. 海洋沉积岩

形成钙化的岩石类型应该是三大类岩石的沉积岩，岩石中的钙质是在岩石沉积过程中几类生物体的钙

在温暖的浅海环境沉积物堆积的过程中埋藏了大量的海洋生物遗体并固结成岩，再由于地壳的抬升出露地表，经流水的溶蚀作用形成喀斯特地貌，又叫岩溶地貌

5. 海洋沉积相

三角洲基本特征

三角洲是在河流携带大量沉积物流入相对静止和稳定汇水盆地或区域(如：海洋、湖盆、半封闭海、湖等)处所形成的、不连续岸线的、突出似三角形砂体，它供应沉积物的速度比由当地盆地作用再分配的速度要快。

通常三角洲是由一个固定供水系统，并且该供水系统最终形成一条主干河流，将沉积物供应给岸线(海岸或湖岸)的局部地区入水体沉积造成突出几何形态的三角洲体，它不断向海或湖前积推进。三角洲是在河流作用与海洋作用共同影响和相互作用下所形成的沉积物堆积体系，这个体系可以从陆上一直延续到水下，所以它们属于大陆与海洋之间的过渡型沉积体。

三角洲平原的主要微相特征如下：

（1）分流河道或废弃分流河道

分流河道是三角洲平原的主要微相，形成三角洲的大量泥砂都是通过分流河道携带而来的。分流河道具有一般河道的特征，为单向水流，有周期性的水位变化，它可以是曲流河、辫状河、网状河或顺直河，上三角洲平原以辫状河为主，下三角洲平原以曲流河为主。其沉积物以砂质为主，每条分流河道的沉积都为周期性水位变化的单向水流所形成的向上

变细的正韵律层序，但比中、上游的河流沉积要细，且分选更好，底部多以中－细砂为主，向上逐渐变为粉砂或泥质粉砂及粉砂质泥，最上部为含有大量植物根系的粉砂和粘土层。其底界常具有冲刷面，砂层中有槽状、板状或波状交错层理，向上规模变小。

在三角洲发育过程中，分流河道可发生废弃作用，产生废弃分流河道，这一过程是非常复杂的，主要是由于某些突变因素造成，如自然物质的阻塞、坡度的变缓、或河道流量的变化等。一般情况下，废弃河道的下部层序为正常河道沉积，上部覆盖细粒物质，多为突变或快速渐变接触。随着时间推移和不断沉降，最后整个河道为细粒、分选差的含生物碎屑、碳屑和含水量极高的粘土充填。MacMillan(1974)将分流河道的充填分为活动河道、部分废弃河道及废弃河道三种充填类型。

（2）分流间湾

分流间湾为分流河道之间的沉积，前端常与海或湖相相连通。其岩性主要为泥岩、粉砂质泥、泥质粉砂岩，也可有细－粉砂岩透镜状砂体存在。当三角洲向海推进时，它们最终多被决口扇、次三角洲或泛滥洪水带来的沉积物充填。分流间湾泥岩在层序上往往向下渐变为前三角洲洲泥岩，向上渐变为富含有机质的沼泽沉积。沉积构造以水平层理、透镜状及波状层理为主，生物扰动作用强烈，偶见海相化石。

（3）天然堤

三角洲分流河道两侧的天然堤与正常河流的天然堤相似，只是它们靠近海或湖。天然堤位于分流河道两侧，向河道方向变陡，向外侧变缓。天然堤在上三角洲平原发育较好，向下游方向其高度减小，宽度增大。其粒度比分流河道与决口扇细，以粉砂和粉砂质泥岩为主，水平层理和波状交错层理发育，也常见水流波痕、植屑、植茎、植根及潜穴等，生物扰动构造也很发育，有时可见雨痕和干裂等构造。由于洪水期与平水期的交替，天然堤的层序呈现出粉砂与粉砂质泥岩互层的特点。

（4）决口扇

由于河道弯曲度的加大、构造活动、洪水作用的影响使分流河道中的河水冲破天然堤，注入分流间湾地带，其沉积物堆积成扇状，形成决口扇，也叫次三角洲。这种决口扇与正常河流的决口扇沉积特征相似，它们在横向上和纵向上叠合形成三角洲复合体，典型的如现代密西西比河三角洲分流间湾的决口扇。

（5）沼泽和泥沼

沼泽沉积在三角平原上分布最广，通常占三角洲平原面积的90%以上，但其中砂体不发育，多为暗色泥岩、泥炭或褐煤沉积，可夹洪水携带的粉砂岩。常见的沉积构造有块状层理、水平层理、生物扰动，有时可见潜穴。常含有植屑、炭屑、植根、介形虫、复足类及菱铁矿等。

泥沼与沼泽相似，两者的主要区别是前者长有大树及灌木等高等植物，大面积的泥沼沉积常发育于沼泽后面的上三角洲平原地区。

6. 海洋沉积环境

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。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。

7. 海洋沉积物

海底沉积物的总称 。沉积包含物理、化学和生物等过程，且往往都是综合进行的。

①物质来源。包括陆地岩石风化剥蚀而成的砾石、砂、粉砂和粘土等，海水中由生物作用和化学作用生成的固体物质如生物遗体、海绿石、磷酸盐、二氧化锰以及粘土等，火山碎屑、溢出地幔的物质、宇宙尘等。

②陆源物质的搬运。主要靠径流，其次靠浮冰和风力带入海洋，主要沉积于河口和大陆架；浮冰搬运物沉积于高纬度海域。

③沉积。比重大于海水的悬浮物质或颗粒的状态和沉降的速度，主要受潮流、密度流、风海流和风浪等作用所控制，在不同海区的沉积速率不同：大型三角洲和河口区最高可达50000厘米/千年左右 ；在大陆坡和大陆隆最高可达100厘米/千年；深海区一般只有0.1～10厘米/千年，因而深海洋底沉积物的厚度平均不过0.5千米。

沉积于海底的物质。包括陆源物质（来源于陆地，为流水、风、冰川及海岸带的剥蚀产物）、生物物质（海洋生物骨骼和遗壳）、宇宙物质（宇宙尘埃）、火山物质（火山灰、火山泥与火山岩的碎屑）、化学物质（经复杂的物理化学作用后沉淀的物质，如碳酸盐、鲕状或细粒石灰质软泥）等。由于所处的环境不同，其粒度、矿物成分、生物和化学组成各不相同。

8. 海洋的主要沉积场所

海洋沉积物的分布受气候、距陆地远近和深度等的控制，从而呈现出纬度分带、环陆分带等分带现象。海洋沉积物的分带性是一种具全球规模的宏观现象。各种分带同时存在，相互交织在一起，加以存在有浊流、上升流以及火山活动等区域性现象，致使海洋沉积物呈现出十分复杂的分布格局。

　　环陆分带 在陆缘浅海，以陆源碎屑沉积为主；在半深海海域，既有陆源物质，也有生物和化学作用形成的沉积；至深海区，则主要是生物和化学作用形成的深海沉积。自陆缘向远洋方向，沉积速率和沉积厚度明显降低；沉积物从偏灰绿色逐渐过渡为红褐色。