賦存於現代陸殼海相層中的地下水和洋殼表層的殼層水的最初化學性狀應以初始形成的軟泥水化學性狀為標準,而初始形成的軟泥水化學應與其鄰接的底層海洋水化學性狀是同一的,但一旦脫離底層海洋水係統形成的軟泥水,由於其埋藏後處在新的物理化學介質環境條件下會發生化學成分的變化,它比固體對成岩成礦環境的變化更為敏感和迅速,因此,軟泥水化學組分的定量研究是海相層中地下水形成埋論研究的重要內容;軟泥水又是洋底成礦物質遷移的介質和載體,因此軟泥水化學組分的定羞拚究又是海洋底部成礦成岩作用理論研究的重要內容。
軟泥水物質成分的基本特性及其與施加載荷大小的關係,以及水化學分布規律是本節討論的議題,對這些問題的揭示,可為研討軟泥水化學的形成演變機理提供了依據和導向。
(一)軟泥水化學成分的基本特征
為了揭示南海北部海域海底軟泥水化學成分的基本特征,可將其與上覆的底層海水化學成分進行比較,從而可比較真實地概括和把握軟泥水化學成分的基本特征。南海北部海域表層沉積物軟泥水化學具有7個特征:
1.軟泥水的總礦化度比底層海水的要高,但兩者構成總礦化度的宏量組分濃度排列順序和水型均相同。
2.軟泥水的宏量組分濃度比底層海水的同湊組分濃度均要高,其中濃度增值幅度最大。
3.軟泥水的微量金屬組分濃度與底層海水的同名組分濃度相比,除5~4呈降值外,其它組分均呈增值。
4.軟泥水的痕量金屬組分濃度與底層海水的同名組分濃度相比,除呈降值外,其它組分均為增值,其中濃度增值幅度為最大。
5.軟泥水的生物成因組分濃度比底層海水的同名組分濃度均要高,其中以濃度的增值幅度最為顯著。
6.軟泥水的含量均比底層海水的含量要低。
7.軟泥水的離子比例係數值與底層海水的同名係數值相比,除係數值呈降值較大外,其它係數值的增值或降值幅度均很小。
為了定量地反映軟泥水的濃度和組分濃度與底層海水的同名化學參數濃度的相對增減程度,可用兩者濃度之比的增值係數和減值係數表示。
(二)壓出溶液化學與載荷的關係
為了探討軟泥水化學參數值與壓榨時施加載荷的大小有無關係,選擇了站位的軟泥柱樣進行實驗研究。所以擇其實驗,主要考慮到它與3站位的軟泥柱樣同處於內陸架,位置相距較近,且柱樣長度最長,假若實驗一旦失敗,可用3站位軟泥拄樣的軟泥水化學作為該地的代表。鑒於試樣裝在密封的塑料鐲柱筒中,事先也不知其岩性的結構狀況。下麵的描述僅是在開始壓榨實驗並分割樣品時才識別的。
1.試樣和載荷
軟泥柱樣長12000,從上往下0~1300,軟泥呈褐黃色,手感和肉眼觀察均感顆粒較粗;其下13~12000軟泥呈深褐色,塀粒較細。兩者界線分明,皮映了不同沉積環境的產物。鑒於厚度僅為0.5的褐黃色軟泥,若施加不同載荷分別壓取水量,顯然能壓取的水量很少,不足於以供化學測試之用。因此,擇取13~12000的深褐色軟泥進行實驗,並將其分為13~63和63~120兩段,前者謂之上段,後者謂之下段。這個劃分主要考慮了在不同壓力段內壓取的壓出溶液數量能確保化學測試之用。設計了三個施加壓力段。所以采用24為極限壓力值,主要依據是當壓力達到24時,軟泥已被壓實固結,此時出水量已相當緩慢,大約在1小時以上才能見到1滴水,若再增大壓力,壓力機已難以正常運行。
實驗證實,這樣的壓力段莊取的莊出溶液數量能滿足全分析測試內容的要求。該實驗來集了上段和下段的實驗水樣各3個。
2.壓出溶液化學參考值的變化特點
根據壓出溶液化學成分的測試資料表明:從上段和下段軟泥中壓榨出的壓出溶液化學參數值隨著施加載荷的增大,其值發生不同程度的變化。
(1)在施加不同載荷作用下,從沉積物中壓取的溶液,其大多數化學組分的濃度均發生了不同程度的增降變化,因此可以斷言,施加載荷的大小與壓出溶液的化學組分濃度存在著密切的關係。
(2)在不同載荷作用下,各種化學組分濃度的變化是不同的,基本上可將其分為四類:第類是增值組分,即隨著壓力的增大其濃度呈增值變化;第二類是降值組分,即隨著壓力的增大其濃度呈降值變化,第三類是恒定組分,即隨著壓力的增大其濃度基本保持在相同水平上第四類是非穩定組分,即隨著壓力的增大,開始呈降值後又呈增值變化,間或開始呈增值後又呈降值變化。
(3)同段沉積物在三個不同壓力段壓取的壓出溶液化學組分濃度的變化不是隨著壓力的增大具有同向變化的趨勢,既可增高又可降低;且與壓出溶液的礦化度,既可存在同向增降變化,也可存在反向變化。
(4)從不同段沉積物中壓取的壓出溶液隨著施加壓力的增高,其組分濃度也不具有同向增降變化的趨勢,例如:上段壓出溶液的礦化度隨著壓力的增大,呈現降值後又呈增值變化,且增值或降值幅度變化較小;而下段壓出溶液的礦化度隨著壓力的增大呈現增值變化,且增值幅度較大。
從上述分析中可作出通用性的結論:
(1)在施加不同壓力條件下壓取的壓出溶液的度和組分濃度,隨著壓力的增大,除部分微量、痕量組分保持相同濃度水平外大多數組分濃度均存在增降變化。
(2)不象有些文獻上所描述的那樣,壓出溶液化學參數值隨著壓力的增大均呈降值變化;恰恰相反,有的沉積物中壓出溶液的濃度始終呈增值變化。
(3)壓出溶液化學參數值與施加載荷的大小存在相關性。
在施加不同壓力條件下壓取的壓出溶液濃度和組分濃度的變化是個十分複雜的問題,其變化原因顯然是多方麵的,簡單地歸因於某種作用無疑是不妥當的。因此,分別分析上段和下段沉積物的壓出溶液濃度和組分濃度的增降變化過程,從中找出各自的特殊規律性,然後概括其在壓力增高條件下化學組分濃度增降變化的普遍規律性。
(4)上段壓出溶液濃度和組分濃度變化的原因把隨著壓力的增大,壓出溶液中化學組分濃度保持基本不變的等9種恒定組分除去,則剩下的還有12種化學參數。在這類化學參數中應以礦化度和宏量組分濃度的增值變化最為顯著。宏量離子中除陰離子開的濃度曲線與礦化度財曲線形態相比存在變異外,其它宏量離子濃度曲線與財曲線形態十分相似。因此,追溯和分析財與壓力的關係,在一定意義上也可解釋宏量組分濃度變化的原因。
在實驗過程中,觀察到的施加壓力與沉積物排水的關係是在壓力段內,所壓出溶液滴水較通暢,速率較快;固體顆粒位移和重行排列,以及壓縮變化進展較快。在壓力段內,滴水間隔時間拉長,速率較慢時,顆粒位移相對變慢,固體壓縮緩慢,該壓力段相當於被壓沉積物處在600~12000埋深範圍之內,在12~24壓力段,滴水間隔時間更長,速率顯著減小,顆粒位移和壓縮更慢,可能已產生顆粒被壓碎和粘土礦物發生轉化。到達極限壓力24時,滴水極其緩慢。該壓力段相當於被壓沉積物埋深於1200~2400範圍內。此時沉積物已固結,壓成泥岩。