正文 第五章 軟泥水化學形成演變機理(二)(1 / 3)

(2)濃縮鹽化原因的分析

軟泥水起始於衝積成因的淡水,發展成為10以上的現代濃度水平則必需要經曆一個濃縮鹽化的過程。引起軟泥水濃縮鹽化的過程是複雜的,但可歸因於兩個方麵的作用。

一是與沉積體沉積的同時,埋藏於該沉積體的軟泥水是一種起始濃度相當低的淡水。在其埋藏後,水與圍岩經過長達3000~4200的接觸,在新的介質環境條件下發生水岩相互作用,導致兩相之知物質成分的交換和轉移。由於軟泥水初始濃度低,具有從固相中奪取可溶鹽的能力,主要是通過溶濾作用完成的。但從衝積物中提取的鹽分要達到目前軟泥水的濃度是比較@難的,這是因為沉積體在自身的風化、剝蝕、粉碎、衝刷、搬運及其沉積的過程中可溶鹽已經曆了充分的淋濾作用,易溶鹽幾乎已衝洗殆盡,沉積體已到達碳酸鹽甚至是矽酸鹽溶濾階段,它能向水中提供的鹽分主要是一些難溶組分,其數量顯然是有限的,也不大可能形成軟泥水的現代化學成分,加之海底溫度很低,未必能增長其溶蝕能力。因此,溶濾作用不是主控軟泥水濃度大幅度增高的原因。

二是低濃度的軟泥水尤如墜落於廣布的高濃度軟泥水之中的一個狹長淡水帶,目前僅有1站控製,在深入詳細的工作後無疑能確定其同一沉積體係,抑或可能發現兩個或數個沉積體係的存在。僅按目前揭露的軟泥水化學景觀而論,低濃度的軟泥水在垂向上被上覆高濃度的海水和在側向上被高濃度的軟泥水包裹著。從前述已知。低濃度的軟泥水與上覆海水之間不存在對流作用,則可排除海水對其作用和影響,因此,勢必要從其周圍包裹著的高濃度軟泥水中尋找其濃縮鹽化變化的原因。

低濃度軟泥水與其周圍包裹著的高濃度軟泥水之間存在著顯著差異的界麵,在界麵的高濃度軟泥水一側,構成了軟泥水的濃度和組分濃度的地球化學壘。由於壘的規模較大和濃度梯度的顯著存在,則產生壘效應。引起軟泥水高濃度——側向低濃度一側發生溶質分子的擴散遷移作用,這種作用的結果可使的規模減小,兩者濃度差朝向減小和夷平的方向演變,導致低濃度軟泥水朝向濃度增高、鹽化的方向發展。這是低濃度軟泥水由淡水濃縮鹽化為現代化學景觀的主要原因。

由於海洋沉積物采樣難度較大,從所采樣品中壓取的軟泥水量僅能保證滿足測試的要求,而無樣品可供其它實驗之用,因此,這裏不妨引用杜爾斯和希什金娜的實驗資料。他們為了證實擴散遷移作用的存在,均采用保守組分進行擴散遷移試驗,兩者方法相同,但試樣采集地和試樣容器大小不同,觀察了含水量均很高的海洋沉積物中的高濃度一側向低濃度一側的擴散遷移狀況,所得的擴散係數均在同一數量級範圍內擺動,根據希什金娜的計算數據,每平方米每年有4.7~6.6的氯進入沉積層中,這種氯流導致黑海表層沉積物逐漸鹹化。不言而喻,這個試驗現象完全可作為評價濃度差異很大-的軟泥水中發生遷移的佐證。假若將其與原始軟泥水相比,其濃度增髙了20倍。

軟泥水變質作用係數值的變動範圍為。這類變質作用係數值與海洋水同名係數值接近,或在略高範圍內變動,這表明起始於衝積相的軟泥淡水主要在高濃度軟泥水的擴散遷移控製下朝濃縮鹽化方向演變,同時各類變質作用係數值相應地均朝向海水的同名係數值方向變化,並已具有海水化學的特性。

(三)軟泥水化學形成演變機理

勾畫的南海北部海域軟泥水化學垂向剖麵類型、表層軟泥水化學場及其線型剖麵充分揭示了軟泥水化學的空間分布規律性,實質上為探討其形成演變機理奠定了基礎和提供了方向。為探討其形成機理,首先探尋和把握寓於軟泥水化學分布規律性中的共性,因為這些共掛是研究其形成演變規律的依據和基礎;進而分折軟泥水化學與其所在介質軟泥物質成分之間的相關性和依附性,探討兩者之間的內在因果關係;並在此基礎上評估軟泥水的變質作用程度和階段,以及概括其成生演變的模式。

1.寓於軟泥水化學分布規律性中的共性經分析研究,軟泥水化學分布規律性中主要存在下列6點共性:

(1)南海北部海域軟泥水由北朝南穿越不同海底地貌類型、不同海水深度和不同成因的軟泥,其礦化度肘呈增高變化趨勢,由122/1增髙到352/1,以及軟泥水中絕大多數化學組分濃度亦相應地隨礦化度增高而呈增高變化。但不論其礦化度差異多大,其水化學類型均為01—型。

(2)不同濃度軟泥水的微量堿金屬、堿土金屬、痕量金屬和生物成因組分等濃度值均高於底層海水的同名組分濃度值。

(3)不同濃度軟泥水的係數比值隨著礦化度增髙變化方向相應地呈增髙變化,但其最高值比其上覆底層海水的比值要低。

(4)不同濃度軟泥水的係數比值隨著礦化度增高變化方向相應地呈增高變化,但其最高值比其上覆底層海水的比值要低。

(5)不同濃度軟泥水的三對比值隨著礦化度的增高方向相應地呈降值變化,其中比值比底層海水的要低,而兩對比值,除內陸架軟泥水比底層海水的同名係數比值高外,其它的均比底層海水的同名係數比值要低。

(6)不同濃度軟泥水的比值均呈現異常穩定,與底層海水的比值幾乎相等。

2.軟泥水化學與軟泥物質成分之間的相關性

在認真分析眾多資料的基礎上,勾畫了由內陸架至陸坡軟泥水的主要物化參數值的對比。該表揭示了軟泥水化學分布規律性與其所在介質軟泥之間的內在相關性。內陸架軟泥水低濃度剖麵是個異常。

(1)固相軟泥物質成分分布的特點

由內陸架至陸坡方向上,固相軟泥物質成分變化特點是:軟泥粒度成分中粘粒和膠粒成分含量由30增高到50;軟泥含水量由59.02增髙到110;液性指數由2.06增高到2.46;軟泥重礦物由0.54降低;黃鐵礦由3.27增高到4.1。但陸坡軟泥中兩者均缺失;陸架軟泥中不存在多金屬結核、微結核和團塊,僅存鐵質汙染;而陸坡軟泥中發育,且鐵汙染顯著。

固相軟泥各參數的變化提供了極其重要的水文地球化學作用信息,它反映了軟泥水化學成分的形成作用和兩相之間物質成分的交換過程。

(2)軟泥水化學形成作用和演變規律性

從內陸架至陸坡方向上軟泥物質成分的演變規律中可把握軟泥水化學形成作用和演變規律性。

(3)對流作用和擴散作用

根據軟泥顆粒粒徑呈降值變化,以及天然含水量和液性指數呈增值變化表明:陸坡軟漵更具有半液化或液化的特性,並意味著在內陸架至陸坡方向上,對流作用和擴散作用朝增強的方向發展。陸坡軟泥易於與上覆海水發生對流作用和擴散作用,其結果使陸坡軟泥水化學參數值顯著地趨向於接近海水化學的性質,而陸架的軟派水化學與海水化學差異加大,其變異性顯著。

(4)氧化還原作用

沿內陸架至陸坡方向上氧化性增強,還原性減弱。陸坡軟泥水岩係統主要呈氧化環境,由於陸坡趨近外海,在南極流形成的底層流水團運行過程中,陸坡海域易受影響,這種含氧性水團顯著地增強了陸坡海域的氧化性。因此,改變陸坡軟泥水化學的是氧化作用。不言而喻,脫硫酸鹽生物化學還原作用很弱,甚至不複存在。因此,未見到陸坡軟泥中存在該作用的產物黃鐵礦是合乎邏輯的。即使存在微區還原環境,並曾經生成了黃鐵礦,但亦可為後期的氧化作用蝕盡。陸坡軟泥中生物碎屑發育,理應有機物含量較高,但在氧化作用環境中首先被氧化的是有機物,因此保存量較低。