混合沉积研究论文

混合沉积是一种沉积机理特殊而又有重要意义的沉积现象，但迄今并未得到应有的重视（张锦泉等，1989；杨朝青等，1990；张雄华，2000；沙庆安，2001 a；王国忠，2001）。不过，从典型的端元组分开始研究，然后才逐渐深入到过渡区或边缘地带，这是人类认识客观事物的一般规律。从这个角度来看，就不难理解为什么陆源碎屑岩和碳酸盐岩两大学派各自向纵深发展，而长期以来忽视了由这两大端员组分共同组成的“混合沉积”；也可以领悟到，当碎屑岩和碳酸盐岩的研究与应用已很成熟的今天，对广泛分布的混合沉积应该给予足够的重视了，它无疑将会对沉积动力学、古地理环境、地壳演变状态及相关成矿作用的研究提供新的思路和依据。

最近20多年来，已有一些学者对混合沉积作过不同程度的研究（张锦泉等，1989，1994；朝青等，1990；张雄华，2000；沙庆安，2001a；2001b；王国忠，2001；Zuff，1980；关士聪等，1980；刘宝珺等，1983；Mount，1984；Mount，1985；王国忠等，1987；郭福生，1993；江茂生等，1996；殷勇等，2000；王冠民，2000；蒋凌志等，2002；徐德斌等，2002）。在现代碳酸盐与陆源碎屑的混合沉积作用和古代混合沉积的特征及其控制因素等诸多方面的研究，都取得了一定进展。Mount（1984）曾根据浅水陆棚环境中混合沉积的特征分出了4种沉积作用类型：①间断混合（punctuated mixing），由突发性的风暴或其他周期性极强的事件，把沉积物从一个环境搬运到另一个环境中去造成的混合；②相混合（facies mixing），沉积物沿不同相之间的扩散边界发生侧向迁移（受水动力影响）而进行的混合，也包括相过渡带造成的碳酸盐与碎屑岩互层；③原地混合（insitu mixing），在陆源碎屑沉积区由于碳酸盐物质原地生长形成的混合；④蚀源混合（source mixing），隆起的陆源区中有已石化的碳酸盐岩，因冲蚀形成碳酸盐岩碎屑物，它们被搬运到以陆源碎屑沉积为主的环境中造成的混合沉积。张锦泉等（1989）对混合沉积的环境和控制因素作过详细介绍，Mount（1985）、沙庆安（2001a，2001b）等还专门讨论了混积岩（狭义的混合沉积）的分类和成因。刘宝珺等（2002）在总结当代沉积学研究新进展与发展趋势时指出，混合沉积研究近年来取得了两个方面的突破：①发现海平面变化对混合沉积环境有很大影响，尤其是在潮坪、潮缘和浅海滨岸带，海平面变化可以形成广泛的混合沉积体系；②构造升降可以通过控制盆地类型、物源区、沉积区的分布形态及物源供给量来控制混合沉积，对活动大陆边缘混合沉积体系的影响尤为明显。

江山藕塘底组发育陆源碎屑岩与碳酸盐岩的混合沉积，属典型的相混合沉积，因海陆相交替频繁而引人注目（郭福生，1990，1993；郭福生等，2003a，2004）。本节将阐述这套混合沉积的岩石学和剖面结构特征，并对混合沉积的分类和命名进行讨论，在节中还将结合这套混合沉积的区域分布讨论其形成的构造背景。

关于混合沉积分类与命名的讨论

混合沉积是指在同一沉积环境背景中，陆源碎屑与碳酸盐相互混杂和相互交替（张锦泉等，1989；杨朝青等，1990；沙庆安，2001a）。同一岩层内陆源碎屑与碳酸盐组分的相互混杂形成混积岩，陆源碎屑与碳酸盐层相互交替则构成互层和夹层现象。

混积岩是混合沉积的典型产物，也称狭义的混合沉积。杨朝青和沙庆安（1990）在统计研究的基础上，提出了由陆源碎屑、碳酸盐（颗粒或灰泥，不包括胶结物）、粘土三端员组成的混合组分岩石分类图，将组分落在碳酸盐大于25%、陆源碎屑大于10%范围内的岩石称作混积岩。根据岩石中各组分的含量及结构，按习惯方案在“混积岩”前加前缀作进一步描述，如石英细砂-灰泥混积岩。张雄华（2000）将混积岩分为4 类：含陆源碎屑-碳酸盐混积岩、陆源碎屑质-碳酸盐混积岩、含碳酸盐-陆源碎屑混积岩和碳酸盐质-陆源碎屑混积岩。考虑陆源碎屑的粒级、成分和碳酸盐成分，可进一步加前缀，如含石英细砂-鲕粒生物碎屑混积岩、含岩屑细砾-生物碎屑灰泥混积岩等。

笔者认为，作为一种特殊的沉积现象，有必要提出“混积岩”（hunji rock）的概念以强调其特别的成因意义，杨朝青和沙庆安（1990）圈出的混积岩类的组分含量范围也是恰当的。但笔者建议，将“混积岩”一词作为一个反映特殊沉积现象的范畴，而不是具体的岩石名称，对其中具体岩石命名还是采用常用的组分-结构命名，而不必将“混积岩”一词用作中心词。这样做可能更能体现该词的地质意义，也更符合人们习惯而方便使用。理由有三：①人们所熟知的“浊积岩”、“风暴岩”等名词是反映一种沉积事件，不参与到具体岩石命名中，它通常代表一定的岩石组合。沙庆安（2001a）在论证“混积岩”新名词的必要性时，也曾以上述几个名词为据。②笔者在统计江山藕塘底组混积岩中的陆源碎屑含量时发现，陆源碎屑在纵向和横向上变化都很大，白云岩在同一层内可逐渐过渡为白云质砂岩，甚至白云岩中夹砂岩条带。这种逐渐过渡的现象很具有代表性。可见，从组分-结构的角度来看，混积岩常常是一种岩石组合，它由多种岩石按照一定的规律组合而成，而不是某种单一的岩石类型。寻找这种组合规律性，探讨其沉积背景、动力学条件和形成过程，正是研究混积岩之目的所在。③陆源碎屑-碳酸盐-粘土三端员分类中，未能区分碳酸盐中的颗粒/灰泥和灰质/白云质，前者是通过前缀来体现，但如果后者也在前缀中反映，就会使岩石名称过长而使用起来很不方便。如江山地区的混积岩，碳酸盐组分有石灰质和白云质两种，岩石分别隶属于颗粒灰岩和晶粒白云岩大类。如果将组分-结构命名作为“混积岩”之前缀，名称就太复杂了。分类命名方案应该考虑岩石名称的简明扼要和使用方便，其他许多信息可以放到文字描述中去。

陆源碎屑岩与碳酸盐岩岩层之间频繁交替形成了地层剖面上的互层和夹层现象，这也属于广义的混合沉积的范畴。这种互层和夹层组合可以称之为“混积层系”。研究混积层系的类型和形成机理，可以为浅海滨岸沉积环境演变、海平面变化和区域地壳升降分析提供重要依据。

混积岩

江山藕塘底组混合沉积包括两种形式，可以由陆源碎屑和碳酸盐两种组分相互混杂形成混积岩，也可表现为混积岩、“纯”碳酸盐岩与碎屑岩交互成层及横向相变，构成混积层系。混积岩产于该组下段下部，根据组分-结构特征可具体划分为2大类4种岩石类型。

（1）亮晶含石英骨屑灰岩、亮晶骨屑石英砂岩（照片3-9，3-10）

照片3-9 亮晶含外碎屑骨屑灰岩

含大量石英砂；江山藕塘底，藕塘底组；单偏光×

照片3-10 亮晶含外碎屑骨屑灰岩

外碎屑增多时过渡为钙质砂岩；江山藕塘底，藕塘底组；单偏光×33

亮晶含石英骨屑灰岩呈灰、灰红色。颗粒含量70%～75%。生物碎屑（有孔虫、 、腕足类、棘皮动物隔板、海百合茎等）占颗粒的4/5，堆积杂乱。外碎屑为中细粒石英砂，个别可接近砾级，风化面上呈明显突起。石英呈次棱角-次圆状，常平行层面排列，分布不稳定。颗粒间充填物主要为亮晶方解石，部分为微晶，亮晶方解石有两个世代。详细定名为亮晶含石英中砂 屑虫屑灰岩。石英碎屑增多时，可过渡为亮晶胶结的骨屑石英砂岩。在该类岩石中，完整生物骨壳与碎片共存，反映为岸边海滩就地供给条件。露头上可见大个体网格长身贝，这是能在滨岸带抵挡水浪作用并能适应混浊海水环境的动物，说明沉积物形成于滨岸浅滩环境。灰岩δ13CPDB（‰）、Z值（）偏低，可能代表了循环良好，盐度正常环境的特点（郭福生，1993）。

（2）含石英细晶白云岩、石英质白云岩

细晶白云岩呈灰色，厚层状，风化面见刀砍状沟痕。裂隙面常铁染成红色。白云石多为半自形细晶。石英碎屑常见，中细粒砂为主，可集中成条带平行层面分布。石英碎屑增多时可过渡为石英质白云岩（图3-1）。

图3-1 混积岩野外特征示意图

A—白云质砂岩与白云岩过渡；B—白云岩夹砂岩条带

外碎屑集中成层可能是沉积时水体通畅或受风暴影响所致。碳氧同位素特征表明岩石形成过程中受过淡水影响，这为白云岩交代成因提供了佐证。本区海水与淡水环境经常交替出现，盐度常变化。成岩期淡水易与高Mg2＋/Ca2＋比值的海水混合，发生混合水白云化作用。白云岩δ13CPDB（‰）和Z值（）在该组中属最小，这为在成岩过程中受过淡水影响即属混合水成因提供了佐证。

上述混积岩呈中厚层状，横向延伸不稳定。其中的外碎屑都为石英砂，与下伏和上覆陆源碎屑岩中的颗粒成分相同，岩层也呈渐变过渡并有横向相变关系。岩石中所含化石全为浅海动物化石，计有有孔虫、 、腕足类、海百合茎等碎片和生物个体。该区藕塘底组是海陆交互环境的沉积产物，下段下部的环境背景总体上处于浅海滨岸带，发育滨岸浅滩和潮坪相。推测为沿岸流和回流将河口或滨岸海滩的石英砂带到碳酸盐沉积区，造成碳酸盐岩中含有石英砂颗粒，混杂作用强时可形成石英砂夹层。这种混合作用相当于Mount（1984）划分的“相混合”类型，即沉积物沿不同相之间的扩散边界进行混合，使藕塘底组沉积物发生侧向迁移的水流作用主要是沿岸流或回流。

混积层系

江山藕塘底组是一个规模较大的混积层系组合，并以此与下伏叶家塘组、上覆船山组具明显的区别。根据剖面沉积相序分析，藕塘底组由8个次级混积层系组成（表3-1），其中混积岩在横向上可相变为砂砾岩、泥质砂岩等。灰岩、硅质岩中含大量近岸底栖生物化石，泥岩微量元素表明盐度多变，从淡水、半咸水到海水都有，砂砾岩发育快速堆积的块状构造、交错层理，粒度分布具海滩砂、河流砂、河流改造砂特点。总体上为海陆交互环境，存在多个海侵海退旋回（郭福生，1993 b；浙江省地质矿产局，1989），构成本区混积层系的基本特征。海陆交互环境下进积层序的碎屑岩与退积层序的碳酸盐岩成互层产出，相当于Mount（1984）划分的“相混合”类型，即相过渡带造成的碳酸盐岩与碎屑岩互层（刘宝珺等，1983；张锦泉等，1989）。根据沉积相序特征，该区混积层系可划分为两种类型：浅海滨岸环境中砂岩与碳酸盐岩互层（A型）；陆相碎屑岩与海相碳酸盐岩交互沉积（B型）。

层系1～4由石英砂岩、长石石英砂岩、含砾粗砂岩与亮晶生物碎屑灰岩、细晶白云岩组成。其中灰岩中产大个体腕足类、珊瑚及海百合茎等化石，完整生物骨壳与碎片共存，反映了岸边海滩就地供给条件。露头上可见大个体网格长身贝（Dictyoclostus），这是能在滨岸带抵挡水浪作用并能适应混浊海水环境的动物。泥岩相当硼含量×10-6～333×10-6，Sr/Ba ～，反映出上部盐度较低。砂岩粒度分析为海滩沙，分选性好，但成分成熟度不高，以长石石英砂岩为主，含少量岩屑。上述特征反映了近岸浅滩环境，水动力强。陆源碎屑岩特征说明陆岸陡，河流短，这与本区位于古陆边缘，晚石炭世海侵迅速有关。

表3-1 江山藕塘底组混积层系特征

层系5由长石石英砂岩夹石英质砾岩、紫色粉砂质页岩过渡为微晶骨屑灰岩、微晶白云岩。砂岩粒度分布具急流河快速堆积特征。微晶含灰白云岩δ13CPDB为‰，Z 值，都较大，可能属同生咸化水交代成因，反映了潮上蒸发环境。灰岩中生物以碎片形式保存。与层系1～4相比，受海水影响较弱，往上硅质、炭质增高，局部发育炭质薄层。由滨岸河流演化为碳酸盐潮汐坪。

层系6～8为长石石英砂岩、砾岩、紫红色（少量灰绿色）粉砂质页岩与硅质岩组成三个海侵旋回。砂岩成因为河流型和河流改造型，后者反映了以河流为主、与波浪共同作用的河口相沉积特征。泥岩盐度分析为淡水成因，Sr/Ba为，泥岩相当硼含量175×10-6。三层层状燧石岩中，下面两层为白色、浅黄白色，生物化石丰富，顶部一层呈灰黑色，化石稀少。白色层状燧石岩具残余生物碎屑结构，质地疏松。基质为微晶石英，生物碎屑占全岩40%～60%，主要为密集堆积的腕足类和海百合茎，个体较少，多为毫米级。生物已完全硅化，但内部组构清晰可辨。常见被多个微晶石英交代的自形细晶白云石假象以及碳酸盐交代残余，横向可相变为微晶灰岩。上述特征表明，这种岩石属次生交代成因，原始沉积成分为微晶（或亮晶）生物碎屑灰岩，推测为潮下浅滩沉积产物。鉴于这种岩石少见而特殊，其主要特征是含有大量的钙质骨屑假象，笔者称之为骨屑假象燧石岩。生物碎屑灰岩和黑色燧石岩层代表了本区晚石炭世早期最大海侵期。从此，海侵持续稳定并继续向东超覆，开始了本区碳酸盐台地稳定发展阶段。层系6底部粒度突然变粗，为厚层状石英质砾岩、复成分砾岩、长石石英砂岩。砾石成分较复杂，砂岩成熟度低，概率曲线表明砂岩为急流河沙滩沉积产物。此河流冲积相的出现，反映了陆源区抬升、河流下切并向海岸延伸，由于陆源物供给充足，粗碎屑快速堆积造成岸进序列。

外来物种入侵的危害及其原因分析我国地域辽阔，生态类型多种多样，涉及的外来入侵物种数量多、范围广，造成的危害也比较严重。1 对生态环境的影响外来入侵种通过竞争或占据本地物种生态位，排挤本地种。例如从洱海、程海和抚仙湖引进太湖新银鱼后鱼产量的变化来看，浮游动物为食性的银鱼不仅与本地鱼类的幼鱼发生强烈的食物竞争，而且与程海红鮊、大眼鲤、春鲤、洱海鲤、鱇[鱼良]白鱼等浮游动物食性的本地鱼类之间也产生强烈的食物竞争，导致本地鱼类种群数量急剧下降。或与当地种竞争食物；或直接扼杀当地物种。外来鱼类通过与本地鱼竞争食物并吞噬本地鱼类鱼卵使本地鱼种类和数量减少的例子很多。以洱海为例，20世纪 60年代引进"四大家鱼"时带进的鰕虎鱼和麦穗鱼主要生活于湖泊的浅水区，嗜噬本地鱼类产于浅水区的授精卵，结果导致本地鱼类种群急剧减少。或分泌释放化学物质，抑制其它物种生长，使当地物种的种类和数量减少，甚至濒危或灭绝。例如豚草可释放酚酸类、聚乙炔、倍半萜内脂及甾醇等化感物质，对禾本科、菊科等一年生草本植物有明显的抑制、排斥作用。在云南各地，导致本地鱼类濒危的因素主要有四个：外来鱼类、围湖造田、水利工程、酷渔滥捕。滇西北主要的3个湖泊洱海、程海、泸沽湖，共有本地鱼类 34种。从鱼产量的历史资料来看，本地鱼类数量急剧下降均发生于引进新的鱼类种类之后。洱海在20世纪60年代初期引进"四大家鱼"时无意中夹带进鰕虎鱼和麦穗鱼等非经济性外来鱼类后，大理弓鱼等本地鱼类经历了第一次冲击，产量急剧下降，下降幅度在50~1000倍左右，同期鱼船的数量及捕捞强度的增加则仅为1倍左右；至80年代中期，鰕虎鱼和麦穗鱼等非经济性外来鱼类数量明显下降后，本地鱼类的产量又有所回升；80年代末期引进太湖新银鱼并在90年代初期形成产量后，土著鱼类又经历了第二次冲击，各种本地鱼类均陷于濒危状态。同期，泸沽湖有裂腹鱼遭受鰕虎鱼和麦穗鱼等排挤，程海有本地鱼遭受银鱼排挤的类似命运。这些资料表明，在外来鱼类、围湖造田、水利工程、酷渔滥捕等四大致危因素中，外来鱼类是导致土著鱼类种群数量急剧下降或濒危的最大因素。由于直接减少了当地物种的种类和数量，形成了单优群落，间接地使依赖于这些物种生存的当地其它物种的种类和数量减少，最后导致生态系统单一和退化，改变或破坏当地的自然景观。有的入侵种，特别是藤本植物，可以完全破坏发育良好、层次丰富的森林。禾草或灌木入侵种占据空间后，其它的乔木就无法生长。许多外来入侵种使植被遭到破坏，变成层次单一的低矮植被类型。这些植物群落（包括物种组成和空间结构等）的改变相应地引起生态过程的改变，这包括正常的火循环周期被改变，火发生的频率及水资源的消耗增加，加重土壤的贫瘠化等。外来入侵种对生态系统另外一个更不易察觉的影响是污染当地的遗传多样性。随着生境片段化，残存的次生植被常被入侵种分割、包围和渗透，使本土生物种群进一步破碎化，造成一些植被的近亲繁殖及遗传漂变。有些入侵种可与同属近缘种、甚至不同属的种（如加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）不但可与同属植物杂交，还可与假蓍紫菀（Aster ptarmicoides）杂交。入侵种与本地种的基因交流可能导致后者的遗传侵蚀。在植被恢复中将外来种与近缘本地种混植，如在华北和东北本地种落叶松（Larix）产区种植日本落叶松（），在海南本地的海桑属（Sonneratia）产区混植从孟加拉国引进的无瓣海桑（S. apetala），都存在相关问题，因为这些属已有一些种间杂交的报道[14]。从美国引进的红鲍（Haliotis rufescens）和绿鲍（H. fulgens），在一定条件下能和我国本地种皱纹盘鲍（H. dscus hannai）杂交，在实验室条件下已经获得了杂交后代，如果这样的杂交后代在自然条件下再成熟繁殖，与本地种更易杂交，结果必将对我国的遗传资源造成污染[3]。值得注意的是，与人类对环境的破坏不同，外来入侵物种对生态系统的破坏及威胁是长期的、持久的。当人类停止对某一环境的污染后，该环境会逐渐恢复，而当外来物种入侵后，即使停止继续引入，已传入的个体并不会自动消失，而会继续大肆繁殖和扩散，这时要控制或清除往往十分困难。而由于外来物种的排斥、竞争导致灭绝的本地特有物种则是不可恢复的。因而对外来物种威胁生物多样性的问题应引起足够的重视。2 对人类健康的影响全球经济一体化带来了许多新的医学问题，其中一些是外来物种入侵所带来的。病毒是个棘手的问题，尽管人类用疫苗成功地防治了天花、小儿麻痹、黄热病等病毒，但是对大量的病毒却束手无策。人类花费大量精力寻找爱滋病的疗法，却收效甚微。更糟糕的是，全球化会使那些对人类有害的病毒影响范围进一步扩大。传染性疾病是外来物种入侵的典型例证。大凡新型的传染病，一些是直接通过旅行者无意带进来的，还有一些则是间接地从人们有意或无意引进的动物体上传染的。[10]淋巴腺鼠疫（通常是由鼠疫杆菌Pasturella pestis引发的）由跳蚤携带，而跳蚤通过寄生于入侵物种--原产自印度的黑家鼠（Rattus rattus），从中亚传播到北非、欧洲和中国[10]。随着欧洲殖民地的建立，麻疹和天花从欧洲大陆席卷了西半球。当地居民对这些疾病的抵抗力很弱，这也促使了阿芝特克和印加帝国的衰落[10]。一些外来动物，如大瓶螺等，是人畜共患的寄生虫病的中间宿主。麝鼠可传播野兔热，极易威胁周围居民的健康。豚草花粉是人类变态反应症的主要病原之一，所引起的"枯草热"给全世界很多国家人们的健康带来了极大的危害。据调查，1983年沈阳市人群发病率达 ，每到豚草开花散粉季节，过敏体质者便发生哮喘、打喷嚏、流清水样鼻涕等症状，体质弱者甚至可发生其他合并症并死亡[1]。大型工程，比如修建水坝、灌溉、土地开垦、道路建设和移民工程等，都可能导致疾病入侵，比如疟疾、骨痛热、血吸虫病和锥形虫病。人类开垦热带雨林地区，为更多的病毒入侵提供了新的机会，其中包括以前只在野生动物寄主之间循环的出血性发烧病的病毒。3 对社会和文化的影响外来入侵物种通过改变侵入地的自然生态系统，降低物种多样性，从而严重危害当地的社会和文化。我国是一个多民族国家，各民族聚居地区周围都有其特殊的动植物资源和各具特色的生态系统，对当地特殊的民族文化和生活方式的形成具有重要作用，特别是傣族、苗族、布依族等民族地区。由于紫茎泽兰等外来入侵植物不断竞争，取代本地植物资源，生物入侵正在无声地削弱民族文化的根基。凤眼莲往往大面积覆盖河道、湖泊、水库和池塘等水体，影响周围居民和牲畜生活用水，人们难以从水路乘船外出。4 对经济发展的影响外来入侵物种对人类的经济活动也有许多不利影响。杂草使作物减产，增加控制成本；水源涵养区和淡水水源生态体系质量的下降会减少水的供应；旅游者无意中带入国家公园的外来物种，破坏了公园的生态体系，增加了管理成本；病菌传播范围的不断扩大，导致每年上百万人致死或致残。外来入侵种给人类带来的危害是巨大的，造成的损失也是显而易见的。美国已有5万多种外来种，虽然有害的入侵种只占其中一小部分，但它们造成的负面影响却是惊人的。美国每年有700 000 hm2 的野生生物栖息地被外来杂草侵占，每年由于入侵种造成的经济损失达1 230亿美元！在美国受威胁和濒危的958个本地种中，有约400种主要由于外来种的竞争或危害而造成的，这种损失是难以用货币来计算的。入侵种给中国造成的损害尚未做出全面的评估。由于中国的生态环境破坏得更为严重，入侵种更为猖獗，加上本土物种的基数较大，估计受损程度要大于美国。入侵种已成为我国经济发展、生物多样性及环境保护的一个重要制约因素。保守估计，外来种每年给我国的经济造成数千亿元的经济损失。表2部分地显示了外来入侵种相关的经济花费。表2：我国外来入侵种相关的经济损失和防治费用外来入侵动植物对农田、园艺、草坪、森林、畜牧、水产和建筑等都可能直接带来经济危害。比如，外来的白蚁是破坏建筑的重要因素。因此，在国际贸易活动中，外来种常常引起国与国之间的贸易摩擦，成为贸易制裁的重要借口或手段。外来有害生物还可以通过影响生态系统而给旅游业带来损失。在云南省昆明市，20世纪70-80年代建成了大观河篆塘处-滇池-西山的理想水上旅游线路，游人可以从市内乘船游滇池和西山。但自90年代初，大观河和滇池中的凤眼莲"疯长"成灾，覆盖了整个大观河以及部分滇池水面，致使这条旅游线路被迫取消，在大观河两侧建设的配套旅游设施只好废弃或改做他用，大观河也改建成地下河。这给昆明的旅游业造成了巨大的损失。松材线虫扩展速度惊人，现在正威胁着著名的黄山和张家界的风景名胜区。一旦入侵，给这些风景区带来的经济损失将是很难估量的[1]。与直接经济损失相比，间接损失的计算十分困难。外来生物通过改变生态系统所带来的一系列火灾、水土、气候等不良影响从而产生的间接经济损失是巨大的。比如，大量的凤眼莲植株死亡后与泥沙混合沉积水底，抬高河床，使很多河道、池塘、湖泊逐渐出现了沼泽化，甚至失去了其应有的生态作用，并对周围气候和自然景观产生不利影响，加剧了旱灾、水灾的危害程度。凤眼莲植株大量吸附重金属等有毒物质，死亡后沉入水底，对水体二次污染，又加剧了污染程度。尽管这些损失难以准确计算，但却不容忽视。

吴能友段威武蔡秋蓉

摘要南极布兰斯菲尔德海峡晚更新世以来沉积物具有明显的冰川－海洋环境标志，为典型的冰海沉积物。本文通过43个站位表层和柱状沉积物的粒度、成分、结构构造、微体古生物、石英颗粒表面结构等特征综合分析，对研究区的冰海沉积物类型及其分区和沉积环境进行初步研究，并讨论间冰期/高水位和冰期/低水位的沉积模式。冰海沉积物可分为残副冰碛物和混合副冰碛物两类；不同类型的冰海沉积物有着不同的介质条件和相应的生物组合，反映一定的沉积环境，研究区现代冰海沉积物类型可分为7个特征明显不同的区域；间冰期/高水位和冰期/低水位的沉积模式具有明显不同的特征，受控于全球气候演变和岸线轮廓、海底地形及水文条件等环境因素的制约。

关键词冰海沉积环境沉积模式布兰斯菲尔德海峡南极

1前言

南极大陆边缘沉积的最主要特征之一是受冰川影响十分强烈，冰川作用不仅直接塑造了沉积特性，而且通过海流作用对海底沉积物进行不断地改造。冰海沉积物是由冰川筏运入海的冰碛物经消融而下沉，与海洋沉积物相混合，再经同生或后生海洋营力不同程度改造后的产物。Anderson等（1980）综合不同学者意见将冰海沉积物定义为：由冰川和海洋作用叠加堆积于海底，经历冰川、冰架或有关水流搬运的沉积物，其中含有冰川、冰筏带来的未经分选、粒径大小各异的岩石物质。因此，冰海沉积物是一种混杂沉积物，在粒度、成分、结构、构造等方面兼备冰川与海洋的双重成因特征。

布兰斯菲尔德海峡位于南极南设得兰群岛与南极半岛之间，地理位置为61°30′～64°00′S、62°00′～54°30′W，属于高纬度亚南极区，临近南极大陆，是一种典型的冰海沉积环境（Jeffers,1988;Jeffers等，1991），为研究构造活动盆地冰海沉积作用和冰期、间冰期沉积模式的理想场所之一。

1990～1991年南大洋夏季，中国第七次南极考察队原地质矿产部“海洋四号”船在南极布兰斯菲尔德海峡进行地质、地球物理调查，在海峡不同地貌单元——岛架、岛坡、海槽、陆坡、陆架采集了43个站位的表层和柱状沉积物样品。本文根据表层和柱状沉积物的粒度类型、成分、结构构造、微体古生物、石英颗粒表面结构等特征综合分析，初步研究布兰斯菲尔德海峡的冰海沉积物类型、沉积环境及其分区，并探讨高水位/间冰期和低水位/冰期的沉积模式。

2现代沉积学背景

布兰斯菲尔德海峡每年有6个月（6～11月，南极冬季）被冰雪覆盖，另外6个月（12月至次年5月，南极夏季）为冰雪融化季节，是沉积物搬运和沉积的活跃时期。实际上，研究区是南极半岛西北部海域中受不同水团控制、地形多样的复杂海区。

因受岛屿和地形的影响，布兰斯菲尔德海峡的夏季水团和环流分布异常复杂。海峡中除局地效应外，还有三种不同性质的水侵入，影响海峡的水文状况。它们是低温、盐度稍高的威德尔海表层水、来自别林斯高晋海的夏季表层水和靠近南极半岛的低温别林斯高晋海夏季表层水（羊天柱等，1989）。其中前两种水团是影响海峡内水文状况的主要成分。海峡内的水体流动主要以北东向为主。南极绕极深层水可部分地到达海峡的西部，进入海峡后呈变性深层暖水，温度要高、盐度稍大，但水平环流分析表明，这种文化似乎不会改变海峡内流动的总趋势，而只会改变局部区域流的大小。海峡内按海域主要可分为：海峡北部、海峡南部和海峡中央，三者的温盐特性有较大差异。海峡北部是以别林斯高晋海表层水为主要成分，呈高温、低盐特性；海峡南部以威德尔海水为主体，呈低温、高盐特性；而海峡中央的底层水，为一盐度稍高的冷水团。

布兰斯菲尔德海峡是一个狭长的大型水下槽地，总体为北北东向延伸，其东北端转为北东东向，长约400km，最大宽度（麦克斯韦尔湾至南极半岛）为100km。南侧南极半岛是南极大陆往北伸长的呈S型的半岛；北侧南设得兰群岛由史密斯岛、洛岛、斯诺岛、欺岛、利文斯顿岛、格林威治岛、罗伯特岛、纳尔逊岛、乔治王岛等北东向链状排列的岛屿组成.在海峡中形成多个天然峡湾，如利文斯顿湾、马克斯韦尔湾等。海底从东北、西南两侧向中间倾斜。北侧分布着狭窄的岛架和岛坡，南侧分布着较为宽阔的陆架和陆坡，中部为海槽。南北两侧和东西两端的海底地形相差悬殊，呈不对称状，北陡南缓，西高东低。北部1000m等深线接近岸边，岛架的宽度不足5km，南部相对较平缓，水深较浅，南极半岛陆架宽达45km。大致以60°W经线为界，研究区分为东北和西南两部分。东北段地形走向为北东东—南西西，长约360km，最大水深2784m，它是海槽的主体部分，海底从东北、西南两侧向中部呈阶梯状下降，南北两侧地形明显不对称，北陡而南缓。西北坡平均坡降为（84～192）×10-3（4°50′～10°54′）；东南坡平均坡降为（38～81）×10-3（2°10′～4°40′）。该段次级地形则呈北北西—南南东向排列，诸如两侧槽坡上各岛屿之间的小海峡及海底谷等。西南段水深较浅，绝大部分水深小于1000m，地形变化较复杂。地形走向仍以北东—南西向为主，北西—南东向次之。岛架和陆架、岛坡和陆坡，乃至底部沟槽呈网格状相交。总体来看，该区地形从浅至深呈阶梯状下降，即由宽窄不一的陆架和岛坡到较为宽阔的台地，到台地边缘地形又变陡，直到最深初又转为平缓的洼地。从地形地貌特征来看，布兰斯菲尔德海峡实际上为一海槽，并可划分为三个次海槽：北部次海槽、中部次海槽和南部次海槽。北部海槽的水最深，最深处达2784m。南部次海槽的水深最浅，小于1000m。

3冰海沉积物类型

根据表层和柱状沉积物特征研究，结合区域地质背景资料，布兰斯菲尔德海峡沉积物的陆源碎屑和火山物质绝大部分来自无地表径流的南极半岛和南设得兰群岛（王光宇等，1996）。南极半岛和南设得兰群岛基岩岩性复杂，主要由中、新生代的火山岩和变质岩组成，基岩不断遭受冰川的冻融、刻蚀和研磨，冰筏携带大量碎屑物质入海，在布兰斯菲尔德海峡形成冰海沉积物。根据表层和柱状沉积物的类型、粒度、成分、微体古生物、石英颗粒表面结构等特征综合分析，布兰斯菲尔德海峡晚更新世以来沉积物具有明显的冰川－海洋环境标志，为典型的冰海沉积产物。

由于环境要素的差别，不同区域可以出现特征各异的冰海沉积物类型。Harland（1966）通过南大洋冰海沉积物的系统研究，将冰海沉积物分为正冰碛物（orthotill）和副冰碛物（paratill）。前者系搁浅冰架融化后沉积的产物，特点是缺乏分选、无层理、不含海洋生物化石以及几乎未受底流的改造；而后者则指冰架或冰山、浮冰融化后所形成的沉积物，主要特点是沉积颗粒经受过不同程度的海流改造，并含丰富的海洋生物化石。Anderson等（1977,1980）通过威德尔海和罗斯海冰海沉积物的研究，以及根据砾、砂和泥的含量变化、沉积物粒度参数、层理、有孔虫相对丰度，将副冰碛物进一步划分为以细粒泥、粉砂组分为主的混合副冰碛物（compound paratill）和以砂砾为主的残副冰碛物（residual paratill）。

根据表层沉积物和柱状沉积物特征，参考Harland（1966）、Anderson等（1977,1980）提出的标准，布兰斯菲尔德海峡的冰海沉积物可分为残副冰碛物和混合副冰碛物两类。表1为研究区冰海沉积物的分类特征。残副冰碛物以砂砾为主，粉砂次之，泥含量很低，粗细分一般分选好，细组分分选差，主要分布于南部陆架－上陆坡、东部陆架、北部岛架－岛坡区，硅藻含量相对丰富，有孔虫和放射虫含量较低，有孔虫以硅质壳为主；混合冰碛物以粉砂和泥为主，砂砾含量很低，细组分分选好，粗组分反之，主要分布在中央海槽－南部下陆坡、南设得兰群岛海湾和海峡西南部陆架区，硅藻含量相对丰富。由表1可见，布兰斯菲尔德海峡的残副冰碛物、混合副冰碛物的粒度组成和特征与Anderson等（1980）所论述的稍有差异。根据研究区表层和柱状沉积物的粒度组成特征，残副冰碛物可进一步划分为基本缺乏粉砂、泥和含粉砂、泥两类；混合副冰碛物又可分为含砂砾与基本缺乏砂砾两种。

表1布兰斯菲尔德海峡冰海沉积物分类特征

4现代冰海沉积物类型分区和沉积环境

冰海沉积物的类型分区主要受岸线轮廓、海底地形及水文条件等环境因素的制约。不同类型的冰海沉积物有着不同的介质条件和相应的生物组合，反映特定的沉积环境。图1展示了布兰斯菲尔德海峡现代冰海沉积物类型的分布情况。

图1布兰斯菲尔德海峡冰海沉积物类型分布图

distribution of glacial-marine deposits in the Bransfield Strait,Antarctica

根据表层沉积物特征，将布兰斯菲尔德海峡现代冰海沉积物类型分区、沉积物基本特征和所反映的沉积环境简述如下。

残副冰碛物沉积区（Ⅰ）

ⅠA区：位于南部陆架－上陆坡环境。沉积物以砂砾为主，含少量泥和粉砂，分选差。组分中玄武岩岩屑含量高，火山玻璃含量较低，重矿物以橄榄石、辉石、角闪石和磁铁矿为主，粘土矿物以伊利石含量高于其他区域、蒙脱石含量低于其他区域为特征，表明陆源碎屑物质主要来自南极半岛西部。石英颗粒表面擦痕、撞击坑发育，部分已明显磨损圆化。硅藻和硅质壳有孔虫发育。本区临近南极半岛，搬运介质显然以冰川和冰筏为主，同时受到威德尔海冷水支流的强烈影响，水动力条件相对较强。

ⅠB区：位于海峡西北岛架－岛坡带和纳尔逊岛与罗伯特岛之间区域，北侧发育开放性海湾，为一种无或弱屏障环境。沉积物以砂砾为主，基本缺乏泥和粉砂，分选差。组分岩屑和火山玻璃含量高，重矿物以橄榄石、辉石、角闪石和磁铁矿为主，粘土矿物蒙脱石含量高，硅藻以深水组合为主，有孔虫以硅质壳、钙质壳和胶结壳混合组合为特征，石英颗粒机械作用结构特征清晰，表明陆源碎屑物质主要来自其北侧岛屿，水动力能量较高，后期海流改造作用较强。

ⅠC区：位于海峡东部，为一种无屏障开放性海洋环境。沉积物以砂砾为主，基本缺乏泥和粉砂，表层沉积物薄或缺失，分选性差，岩屑含量高且成分复杂，重矿物成分复杂，除常见的不稳定矿物外，还含较多的石榴子石、金红石和锆石，说明物源复杂，海流改造作用强烈，与本区可能是南极底层水流和威德尔海水流流经处，或者是一个高密度寒冷水团有关。

混合副冰碛物沉积区（Ⅱ）

ⅡA区：位于海峡中央海槽和南部下陆坡环境。沉积物以硅藻软泥或硅质泥粉砂为主，无砾石，主要由硅藻为主的生物硅质组分、陆源石英粉砂和火山物质三种成分组成，硅藻质量分数＞30%，最高达70%，说明海流冲刷作用相对较弱，沉积环境较为稳定，少量陆源物质来自南极半岛和南设得兰群岛。

ⅡB区：位于乔治王岛—纳尔逊岛格林威治岛一线以南岛架－岛坡带，北侧发育半封闭海湾与峡湾。沉积物以泥和粉砂为主，含少量砂砾。重矿物以橄榄石、辉石、角闪石和磁铁矿为主，硅藻以深水组合为主，钙质壳有孔虫有一定的地位，见低等植物根茎，说明控制沉积作用的主要因素是冰川，海流为次。据Kin等（1991）研究，马克斯韦尔湾为典型的冰川U型谷，谷底中部深500m，其中全新世沉积具有季节性纹泥层，为典型的冰海沉积。

ⅡC区：位于海峡西南部陆架－陆坡区。据黄惠玉等（1989）、林澄清等（1989）研究，该区沉积物为以泥和粉砂为主的混合副冰碛物。

火山喷出物沉积区（Ⅲ）

位于海峡西侧欺岛附近，为岛架环境。沉积物以火山碎屑物质（包括砾、砂和粉砂粒级）为主，火山玻璃质量分数高达72%～80%，物源显然与1969～1971年欺岛海底火山活动有关，当然也不能排除南设得兰群岛的火山碎屑物质来源，并受到冰筏和海流的改造作用。

布兰斯菲尔德海峡残副冰碛物和混合副冰碛物的分界，在海峡南部大致相当于上、下陆坡的分界，水深为700～800m；而其北界变化较大，在无开放性海湾地带，分界线相当于海冰带的前滨至滨外区，在有开放性海湾岛架－岛坡带，分界线接近岛坡下缘。

5沉积模式探讨

高水位/间冰期的沉积模式

根据布兰斯菲尔德海峡现代冰海沉积物类型分区和沉积环境，综合高水位/间冰期的沉积模式如表2，并阐述如下：

间冰期，海流侵蚀冲刷了水深小于约250m的陆架－上陆坡区（浅滩和台地），产生主要由冰筏粗碎屑和火山砾组成的残副冰碛物沉积作用；在水深更大区域，海流对沉积作用的影响明显减弱，主要发生源自浅滩和台地上侵蚀作用的砂、粉砂沉积作用，沉积物往往是泥质砂和砂质泥，且随着水深的增大而逐渐变细（图1，表2）。在深水区沉积物中，冰筏产生的细－中砾仍然存在，但组成比例比浅水区低得多。在较陡的陆坡、岛坡上，沉积物重力流沉积作用普遍存在，产生近源沉积相；粗碎屑颗粒再沉积重新组合为砾石和粗砂（Jeffers,1988;Jeffers等，1991）。

表2布兰斯菲尔德海峡高水位/间冰期沉积模式

在中央海槽和南部下陆坡区（通常称为布兰斯菲尔德盆地的底部），沉积物主要由三种组分构成：最主要的为硅质生物组分，通常为硅藻；陆源碎屑组分，主要为石英质粉砂.在陆坡底部最为丰富；火山碎屑组分（包括火山灰），往往来源于邻近海底和陆地火山喷发，以沉积物中的浸染层和独立的火山灰层（有时达数厘米厚）出现。典型的盆底沉积物为含火山灰的硅质泥和软泥。火山岛屿、海山和轴向火山脊（可能为弧后扩张中心）产生沉积物的次级坡向迁移作用，堆积了火山碎屑沉积物（如欺岛附近的火山喷出物沉积区Ⅲ）。盆底轴向火山脊可作为盆地内沉积物横向迁移的屏障（Jeffers等，1991），因此，来自南设得兰群岛的火山碎屑组分往往与盆底的火山碎屑、硅质碎屑组分相分隔。

南设得兰群岛的海湾和岬角及其南侧的海底峡谷向邻近盆底输送了大量南设得兰群岛上的火山碎屑沉积物，形成扇形沉积区：相反，南极半岛陆架上的沟槽似乎并没有为盆底输送大量的陆源碎屑沉积物（Jeffers,1988;Jeffers等，1991），南极半岛下陆坡上同样沉积了硅质泥和软泥。柱状沉积物中出现间冰期的粗碎屑组分，可能是由陆架－陆坡上的沟槽沉积物滑塌堆积作用产生。南部陆架－上陆坡的残副冰碛物说明，南极半岛上的冰川似乎未产生大量的细颗粒沉积物或冰融水，输送细颗粒组分至其北侧的海底沉积。

低水位/冰期的沉积模式

由于柱状沉积物取样数量和测试分析资料的限制，本文无法勾绘出冰期冰海沉积物的类型分区。现根据柱状沉积物特征和地震剖面资料，综合收集到的国外文献，将低水位/冰期的沉积模式归纳如表3，并简单探讨如下：

表3布兰斯菲尔德海峡低水位/冰期的沉积模式

冰盛期，南极半岛陆架和南设得兰群岛岛架（台地）为席地冰盖所覆盖。在南设得兰群岛岛架，冰盖席地线大致位于现代海平面以下200～375m水深之间（Anderson,1989）；而推测南极半岛陆架上可能存在更厚的冰盖，席地线大致可达陆架外缘，陆架上的沟槽也许为席地冰盖所覆盖。地震记录显示，南极半岛陆架沟槽前缘存在沉积物楔状体，并可能达到750m水深，形成一个水深更大的台地。假如南极半岛的陆架一直为冰盖所覆盖，那么这些沉积体系可能将继续接受沉积。由此可见，在陆架、岛架浅水台地区，主要发生冰川侵蚀作用和砂砾等粗碎屑的沉积作用，而南设得兰群岛的海湾、岬角区遭受冰川作用的强烈侵蚀，粗碎屑沉积物向海方向迁移；在陆坡区，以陆架区侵蚀而来的沉积物前积于缺乏沟、槽的区域为特征；在中央海槽和南部下陆坡区（盆底），深海生物沉积作用明显减弱，局部存在浊积层。地震资料显示，在盆底现代深海沉积地层之下具有一套超覆层序，解释为浊积层，是一种槽谷口的前积沉积，其成因可能始于滑塌、滑坡和碎屑流。

参考文献

1.王光宇，陈邦彦，张国祯，段威武，陈圣源等.南极布兰斯菲尔德海区地质——“海洋四号”船南极地质地球物理科学考察成果.北京：地质出版社，页.

2.羊天柱，赵金山，许建平.南设得兰群岛邻近海域夏季的水团与环流.国家南极考察委员会编，中国第一届南大洋考察学术讨论会论文专集（南极科学考察论文集，第六集）.上海：上海科学技术出版社，～13页.

3.林澄清，郑连福.南极半岛西北海域沉积物类型及沉积作用特点.国家南极考察委员会编，中国第一届南大洋考察学术讨论会论文集（南极科学考察论文集，第六集）.上海：上海科学技术出版社，～385页.

4.黄惠玉，王慧中，吴邦毓.吴振南，张兆祥，葛建平.南极南设得兰群岛周缘的海滨沉积特征.国家南极考察委员会编，中国第一届南大洋考察学术讨论会论文集（南极科学考察论文集，第六集）.上海：上海科学技术出版社，～377页.

J on the west Antarctic continental Geoscience,Symposium on Antarctic Geology and Wisconsin,USA,～1012.

J B,Kurtz D，Domack E K glacial marine Geology,～414.

J 's glacial Sedimentation（Short Course in Geology）,28th Anderson J B and Molnia B F.,AGU,Washington ～57.

W definition and identification of Tilis and ～256.

J and Sedimentary Evolution of the Bransfield Basin,Antarctica,MA University,Houston,.

J D，Anderson J B，Lawver L of the Bransfield Basin,Antarctic M R J A,Thomson J W,eds.，Geologjcal Evolution of Antarctica,C am bridge University Press,～485.

Won Hyung,Kim Mi-Ock,Park in the Holocene sediments of the Maxwell Bay,King George Island, Journal of Polar Research,（1）.159～177.

PRELIMINARY DISCUSSION ON THE SEDIMENTARY ENVIRONMENT AND SEDIMENTATION MODEL OF THE BRANSFIELD STRAIT,ANTARCTICA

Wu Nengyou,Duan Weiwu and Cai Qiurong

（Guangzhou Marine Geological Survey,Ministry of Land and Resources,Guangzhou 510760）

Abstract

Bransfield Strait,located in the high-latitudes of sub-Antarctica,is an actively-spreading back-arc basin and the ideal area for study of the marine-glacial sedimentation and sedimentary environments of the types of marine-glacial sediment and their distribution on Bransfiled Strait,Antarctica since Late Pleistocene were inferred based upon various data such as the lithology,composition,microbiological thanatocoenoses and surface texture of quartz gra in of 43-site samples of superficial and core sediments recovered during HY4-901 cruise,1990～ to the features above,the sedimentary environments and depositional models during the high-stand water（interglacial stage）and low-stand water（glacial stage）were preliminarily marine-glacial sediments may be divided into two types:residual paratill and compound different types of marine-glacial sediment that show the different environments are of the various medium conditions,lithology·composition and microbiological present marine-glacial sediments may be divided into 7 data h ave provided us with an opportunity to examine the marine-glacial sedimentation models for a tectonically active basin in glacial and interglacial addition to obvious tectonic and glacial influences,the sedimentation models emphasize the influence of eustatic changes on sedimentation.

Key words:marine-glacial sedimentary environment,sedimentation model,Bransfield Strait,Antarctica

注释