正文 第五章 軟泥水化學形成演變機理(一)(1 / 3)

上述概括的軟泥水化學參數值基本特征和空間分布規律是在第一性實際資料基礎上形成的,它為展開討論和探索軟泥水化學形成機理提供了科學依據。

軟泥水從脫離底層海水儲存於沉積物時起,隨著介質環境的變化就開始發生化學成分的改變。在早期成岩作用階段,特別是在軟泥階段,它比固體對成岩成礦環境的變化更為敏感和迅速,它將溶解物質從溶解場所搬運到沉積場所,它是成礦物質搬運的介質和載體,是早期成岩成礦機製中的一個極其活躍的重要的地質因素。軟泥水與其伴生的軟泥構成了一個極其複雜的地球化學動態平衡係統,其化學成分總是朝向與介質環境相適應的方向發生演變。為概括南海北部海域軟泥水化學形成演變的基本理論,至少要討論軟泥水形成作用的基本類型,軟泥水化學垂向剖麵的形成作用,水化學形成演變機理和形成演變模式四個問題。

(一)形成作用的基本類型

總觀軟泥水化學成分的形成、演變的動力性質,可將其形成作用分為五種基本類型。

1.化學反應作用

軟泥水和其賦存介質構成的液固係統中發生的化學反應可引起兩相之間物質成分的交換,導致改變原係統中兩相物質成分的特性和構成。這類作用包含生物化學作用、物理化學作用和膠體化學作用等。作用的綜合結果導致軟泥水中物質成分向富集和貧化兩個方向發展,以及水化學參數值發生一係列變化。

2.水動力作用

軟泥水與其伴生的軟泥構成的水岩係統,該係統又與上覆海水構成了泛水岩係統(注:我們在七五太平洋中部水文地球化學研究成果中指出,該係統與前者水岩係統在內涵上有差別,故謂之泛水岩係統),其中存在對流作用、平流作用和側向流作用。對流作用可導致軟泥水與上覆海水在物質成分上發生混合和同化;平流作用對海底沉積物發生衝刷和溶蝕作用;側向流作用可引起軟泥水化學成分的稀釋或鹽化。這類垂向和側向水動力作用均可改變軟泥水的化學成分。

3.物理作用

溶液中質點的擴散作用存在兩種基本形式,其一是質點熱運動可導致溶液在垂向上產生溶質和溶劑的分異運動,產生正向濃度梯度剖麵;其二是溶液和溶質分子濃度差引起的擴散作用,驅動力是由帶電物體引起的化學電勢梯度,作用結果使溶液和溶質分子的濃度差發生夷平,使濃度梯度減小或消失。這兩種作用在水化學濃度形成上既可以是同向的,也可以是反向的。薄膜滲濾效應可使濃度發生分異作用,地心引力對溶質質點發生的作用可導致濃度正向梯度剖麵的形成重力與質點熱運動產生的擴散力在形成水化學濃度梯度剖麵上是同向的.

4.成岩脫水作用

沉積物在其上覆沉積物不斷加厚產生的岩(地)靜壓力增高作用下,持續地發生壓縮固結,在厚度變薄和孔隙減小的過程中,伴隨著水量的釋放和介質地球化學環境的改變,導致軟泥水化學成分的變化。

洋底火山噴發和溶液水上湧的熱液作用洋底擴張速度為中等快速的裂穀帶、軟弱地帶發生火山噴發攜帶的物質,在噴口周圍形成的物質,幔液水上湧及其攜帶的物質,均可直接或間接地進入軟泥水中並發生擴散遷移,改變軟泥水的化學性狀。

上述各種作用在不同程度上影響和製約軟泥水化學成分的形成和演變。但這類作用在不同時期和不同海域所產生的作用強度是不同的。不言而喻,軟泥水的形成和發展成為現代化學景觀是經曆了不同的時間段和各種不同程度作用的疊加、複合和綜合作用的結果。

南海北部海域泥水化學成分的形成演變過程中究竟發生了哪些作用,哪些作用主控了軟泥水化學演變的路線和方向,則需要具體分析該區產生各種作用的環境和條件。

(二)軟泥水化學垂向剖麵的形成

軟泥水化學成分的形成和演變受控於它所在的水岩係統、泛水岩係統的物質和環境兩個基本因素,這兩個因素決定了軟泥化學的起始性狀,直至發展成為現代的化學景觀。鑒此,首先分析和討論南海北部海域軟泥水化學垂向剖麵四種類型形成的特殊規律性,然後討論軟泥水化學在麵上形成的一般規律性。

南海北部海域軟泥水化學垂向剖麵共有四種基本類型,其形成環境和條件是有差別的,現分別剖析之。

1.陸架軟泥水濃度正向型剖麵的形成

(1)剖麵形成的主控因素

據前述資料可將內陸架和外陸架正向型剖麵歸結,兩個共同的顯著特點:軟泥水礦化度和絕大多數組分濃度隨深度加均呈增高變化;兩者宏量離子排列順序均為以絕大多數水化學參數值隨深度增大構成的曲線形態十分相似。

(2)軟泥水的宏量陰離子在垂向上不存在濃度梯度而呈直線型剖麵為又一顯著特點,其值在內陸架為18.92,而在外陸架的略有增高。前者宏量陽離子亦不存在濃度梯度。這兩個共同的顯著特性表明:

鑒於不被氧化和吸附,又不易沉澱,因此是一種最具穩定性的非反應性組分,在剖麵上呈直線型,夷平作用顯著,且其濃度略高於底層海水的濃度,以及其它水化學參數值存在的近似性等表明:陸架濃度正向型剖麵在垂向上為開放體係,與上覆海水存在著水力聯係,這種聯係控製著軟泥水化學剖麵的形成,並使其與底層海水化學屬性存在相近性。

既然不隨礦化度財增高而變化,則陰離子中對礦化度財增高作出貢獻。

(1)內陸架型軟泥水中900濃度隨深度加大呈降值變化,而外陸架型的廠濃度隨深度加大呈增值變化,但其遠小於50的增值幅度,不言而喻軟泥水礦化度,隨深度加大呈現增高變化,在宏量陰離子中主要取決於動性及固相軟泥向液相軟泥水釋放50的輸入量。由此可派生一個合乎邏輯的結論:陸源碎屑物質在搬運、沉積過程中已完成了氯化鹽的溶濾階段,現已處在硫酸鹽溶階段,因此,軟泥沉積埋藏後,在水岩相互作用下,固相軟泥主要釋放的是硫酸鹽,它是軟泥水獲得儲量的主要來源。

由此可見,陸架型剖麵的形成不僅取決於泛水岩係統中海水的對流作用和水岩係統中軟泥的溶濾作用而且還取決於水岩係統中發生的一係列化學反應,其中以硫酸鹽生物化學還原作用為主線,它控製和改變了軟泥水化學成分的演變。由於內陸架和外陸架水岩係統的介質環境的差別,決定了軟泥水中氧化性和還原性組分的濃度不同,作用的強度也不同,並導致兩者化學剖麵存在著差異。

(2)化學反應作用在剖麵形成上的功能

固相軟泥中存在的標型礦物黃鐵礦,占重礦物含量的54~97,生物碎屑含量占輕礦物含量的化75~66.3。這兩種成分的存在表明,固相軟泥水中具有較豐富的有機物供源,它可造成有利的還原環境;黃鐵礦的富集表征了脫硫酸鹽生物化學還原作用進行得十分活躍,它是該作用的最終產物。

水岩係統中現有的有機物是生物殘骸經曆了不同分解和不同分解途徑的產物。軟泥水中的有機碳無疑是由固相軟泥釋放的。在水岩係統內有機物質的降解(氧化)已完成了化學氧化階段。溶解的自由氧已被耗盡,有機物濃度亦相應減少。現代有機物的降解主要是通過生物化學作用來實現的。軟泥水中的硫主要來自硫化礦物和有機物質分解的產物,其存在形式主要有50、23、5,水中硫和氧的結合能量很大。在低溫低壓下,化學還原是不可能的,隻有借助氣態氫和有機物搶奪氧,並且當把它作為養料的脫硫紳菌存在時,還原作用才會發生。