由於陸架至陸坡方向上氧化性增強,對介質環境性質最敏感的變價金屬組分發生存在形式上的轉化,鐵、錳等金屬由低價的溶解態轉化為髙價難溶的水合氧化物和氫氧化物,並以顆粒形式聚集於水中。通過這類固體顆粒的凝聚陳化發生自行沉析,或者通過不同電性的膠體相互吸引發生共沉澱作用,形成了多金屬結核、微結核和團塊。陸坡水岩係統利於這些作用的發生。陸架水岩係統中氧化性減弱,還原性增強,且海水深度較淺,水流動劇烈頻繁,充其量在軟泥中可能見到次生的鐵質汙染,但無生成結核的環境條件,相反利於發生脫硫酸鹽的生物化學還原作用,在軟泥中黃鐵礦發育;雖然生物碎屑不甚發育,但在氧化性相對減弱的情況下,有機物卻可柏對較多地保存。
在由陸架至陸坡方向上,液相軟泥水礦化度呈增高變化,但濃度呈降值變化。產生這種水化學的異常現象,顯然不是由於沿此方向上脫硫酸鹽生物化學還原作用加強的結果。假若是由於脫硫酸鹽生物化學還原作用導致濃度比值的降值變化,則該作用的產物,在軟泥水中應該發生聚集,然而濃度沿此方向亦成降值變化。
由陸架至陸坡的軟泥水中濃度,比值呈降值變化,主要是由下列作用造成的:
陸坡比陸架軟泥水更易與上覆海水發生對流作用,則易與海水化學發生夷平作用。事實上,陸坡軟泥水化學更接近於上覆海水的化學屬性。從濃度絕對含量看,內陸架軟泥水比海水的濃度要高,而外陸架的接近於持平,陸坡的則低,但降值甚微。陸坡軟泥水濃度降值很可能是由於硫酸鹽沉析的結果;而陸架軟泥水由於存在硫酸鹽的供源,使其濃度保持增高趨勢。
陸坡比陸架軟泥水更易接受上覆海水組分的擴散遷移,流的擴散遷移速率比流要快。因此,在軟泥水化學垂向剖麵上,陸坡軟泥水的與礦化度財曲線形態相似程度比陸架軟泥水的要高;而在同一軟泥水化學剖麵上,能看到濃度曲線比濃度曲線與礦化度曲線的相似程度要高。根據大量水化學資料表明,在所有化學組分中以與礦化度的相關程度為最高。因而使得由陸架至陸坡方向上,濃度隨著礦化度增高的速率比濃度的增高速率要快。
因此,在上述綜合作用下,由陸架至陸坡方向上濃度相對增高,而則呈降值變化。不言而喻,係數比值亦隨之相應地呈降值變化。
(5)沉析作用
軟泥水的濃度由陸架至陸坡方向上呈降值變化,陸坡軟泥水的隻濃度為最低,但仍高於上覆海水的濃度值。900濃度沿此方向呈降值變化,主要是由於沉積變質的沉析作用加強的結果該作用可由軟泥中含量證實。陸綽軟泥中含量僅為5,而陸坡軟泥中可高達36~38,這可作為軟泥水中向軟泥轉移的佐證。加之陸架軟泥係統發生的脫硫酸鹽生物化學還原作用,可使其反應產物開始保持增高趨勢。
(6)解吸作用
由陸架至陸坡方向上,軟泥水中微量、痕量金屬組分、生物成因組分等濃度均呈增高變化。這種變化與軟泥粒度成分沿該方向上由耝變細的分布規律是互為適從的。陸架軟泥的粘粒、膠粒僅占30%,而陸坡軟泥的則占50%。軟泥水中上述組分含量的增髙變化與軟泥粒度成分由粗變細的分布規律性之間的適從性表明,由於軟泥細顆粒在沉析過程中較易歧附和賦存上述組分,但當軟泥沉析埋藏後,在新的水岩係統環境中,這些組分由固相解吸並向液相中釋放是導致軟泥水中濃度增高的原因。
例如,碘是典型的生物組分,業已證實其大量聚集於海洋沉積物中,這主要是與沉積物的高度分散性有關。高度分散性的顆粒可吸附大量的碘。軟泥中存在大量生物遺骸,為碘提供了豐富的來源。我們將海洋軟泥用蒸餾水浸泡,兩者重量比為1:2,作用時間為一個月,發現軟泥中的碘向水中釋放。同樣方法用海洋水浸泡軟泥,測定試驗液中碘的濃度比其初始試液濃度高出5~6倍。不言而喻,軟泥中的碘向水中釋放是確信不疑的,而且堿性反應的氧化環境能促使碘的大量遷移。
南海北部海域軟泥中生物碎屑含量由內陸II至陸坡方向上呈增髙變化,其碘的供給量亦沿此方向上相應地呈增高變化,導致其向軟泥水中的釋放量也必然相應增高。同時,由於沿此方向上擴散作用的增強,致使碘在陸坡軟泥水中聚集量相對增大,這也是陸坡軟泥水中碘濃集的又一附加作用。
用這個觀點去考察和分析軟泥水中其它生物組分和微量組分由內陸架向陸坡方向上呈增高變化的原因,亦可獲得同樣的解釋。
由上述分析可知:由內陸架至陸坡方向上對流作用、擴散作用增強,氧化作用增強和還原作用減弱,碳酸鹽沉析作用增強,軟泥細分散物質的解吸作用增強。在它們的綜合作用下,造成了固相軟泥和軟泥水構成的水岩係統中發生物質成分的轉移和交換,形成了固相軟泥的物質成分(化學成分和標型礦物成分)和軟泥水化學成分之間互為適從的規律性。
3.軟泥水的變質作用階段
(1)評價變質作用的原則
軟泥水是天然水的一種特殊類型,其中所含的可溶鹽為其主要組成部分,其它含量相對很低。這些可溶鹽成分決定了水的基本性質,又是成分對比和分類的基礎,可用以了解和判別水和沉積物化學成分之間的相互關係,追溯水化學成分的形成過程和方向。
當代水文地質學家、水文地球化學家通常采用水中宏量組分和一些微量組分與陰離子的比值來鑒別水變質作用的程度和方向。所以采用水中最具有穩定性的一個組成,它既不被氧化和吸附,又難以形成鹽類沉積物。業已證實海洋水中的宏量組分和組分與的比值在時空上均具有很好的穩定性。因此,采用這些比值來評價和鑒別海相軟泥水的變質作用程度顯然是可行的。但是,從南海北部海域海水的各類比值分布情況看,它們與大洋水的同名參數比值相比已發生了變異。這個變異表明淺海盆地中的海水已發生了變質作用。因此,考察和評價軟泥水的變質作用程度應以與其所在盆地的海洋水為標準更接近實際。
我們在以往發表的論著中曾多次指出:賦存於沉積層中的水盡管在地質曆史時期中經曆了改造,甚至經曆了多次改造,並向不同的地球化學作用方向發展,但最初賦存於沉積層中的水是由與沉積物處於同一沉積環境中的海水派生的。沉積物與盆地中的水互為依存和統一,兩者在化學成分的屬性上基本上是相同的。按照這個觀點,南海北部海域軟泥中的初始軟泥水,即軟泥同生沉積水應來自於其上覆底層海水。因此,可將底層海水化學視為軟泥水的初始化學性狀,並將軟泥水的現化化學性狀與其上覆底層海水化學進行對比,從而評價其變質作用的程度。這樣比籠統地將軟泥水化學與大洋水或海水化學進行對比獲得的結論更接近實際情況。