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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。
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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
匡增桂 郭依群 沙志斌 梁金强
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
作者简介：匡增桂（1983—），男，工程师，主要从事石油地质和天然气水合物的研究。E-mail：kzg21001＠。
摘要 本文回顾了近年来国外在天然气水合物沉积学方面的研究进展，并以加拿大马利克（Mallik）以及日本南海海槽的水合物勘探实践为例进行了详细的阐述。在马利克的三角洲相的砂岩层中以及日本南海海槽的浊积砂岩层中都钻遇了高饱和度的天然气水合物，这表明高饱和度易于开发的天然气水合物优先在粗碎屑砂岩中富集，受沉积相控制明显，这一结论为天然气水合物沉积学的研究指明了方向。
关键词 天然气水合物 沉积学 马利克 日本南海海槽
1 前言
20世纪90年代以来，天然气水合物调查研究在世界范围内迅速扩大和深入，调查研究的深度、广度以及技术水平不断提高。其中大洋钻探计划对水合物研究给予了高度重视，随着各个专门调查航次的实施，有力地推动了水合物勘探及研究科学技术的进步。近年来，美国、加拿大、日本、印度、韩国等相继实施钻探、发现并获取了水合物实物样品（图1），给人类带来了开发利用水合物的希望曙光。就水合物的沉积学或成矿沉积条件研究来说，也由于钻井岩心资料的日益丰富也取得了较大的突破。
2 水合物储层类型及远景
2009年，Collett［1］等首次提出了水合物油气系统（Gas-Hydrate petroleum system）的概念，主要包括了以下六个方面的内容：(1)水合物稳定条件（温压、气体成分以及孔隙水的盐度）；(2)气源；(3)水源；(4)气体迁移；(5)储层、圈闭及盖层；(6)演化时间（圈闭的形成，天然气的生成及就位在时间上的相互匹配）。沉积学在水合物勘探中需要解决的问题就是寻找优质储层、圈定成矿有利相带，而要进行水合物的储层研究，其中最重要的一个手段就是从已取得的岩心入手。Sloan和Koh（2008）［2］通过对已取得的水合物样品的分析，总结出了水合物的四种赋存状态：(1)充填于粗颗粒岩石的孔隙空间；(2)弥散于细颗粒岩石中；(3)充填于裂缝之中；(4)呈瘤状或块状产出。但是大量的水合物勘探实践表明，高饱和度的水合物一般产出于裂缝以及粗颗粒沉积物中，在这些环境中，水合物一般充填于裂缝之中或者富砂层的孔隙之中。Boswell和Collett（2006）［3］根据水合物的赋存量以及开采的难易程度将水合物划分为四种远景类型：(1)砂岩储层；(2)泥岩裂缝型储层；(3)块状水合物（暴露于海底或产出于细粒沉积物中）；(4)低饱和度、弥散于低渗透泥岩之中。他们把这四种类型用一个金字塔表现出来（图2），从塔尖到塔底，资源量逐渐增加，但储层质量逐渐降低，开采难度也逐渐增大。位于塔尖的是最接近商业开发的远景类型，这种类型中最具代表性的水合物聚集带是北极冻土带砂岩储层中的高饱和度水合物藏，包括加拿大麦肯齐三角洲的马利克地区以及美国阿拉斯加的北部陆坡。其次最具开发前景的是海洋环境中砂岩储层的中-高饱和度水合物藏，这种类型以日本南海海槽地区以及美国墨西哥湾地区为代表。金字塔中位于砂岩储层类型之下的是泥岩裂缝型储层，水合物以块状或充填状产出，这种类型以印度的孟加拉湾地区以及韩国东海地区为代表。但是如果要从这种泥岩裂缝中提取出水合物，则需要大量的技术革新，以现有的技术水平很难实现经济开发［4］。位于金字塔底的是在低渗透率泥岩中产出的低饱和度水合物藏，这种类型最典型的实例是美国布莱克海台，以现有的经济技术水平要获取这种弥散状水合物是非常困难的，但是全球绝大部分的水合物资源都赋存在这种泥岩中。现有的常规开发技术只适用于砂岩储层的水合物藏，因此Boswell（2007）［4］认为只有前两种远景类型才值得进一步勘探。下文对加拿大马利克地区以及日本南海海槽的沉积学研究进行简要回顾。
图1 全球天然气水合物的研究现状［1］
图2 天然气水合物储层类型及远景［3］
3 马利克
在近期马利克水合物钻探研究计划之前，加拿大帝国石油公司于1972年在马利克地区实施了第一口探井Mallik L-38，完钻井深为2524 m，在810～1102 m的层段内，发现了至少存在10个含水合物的砂层段，合计达110 m长［5］。到90年代，人们逐渐认识到水合物的资源潜力，各国政府对水合物的研究投入逐年增加。
1998年，日本石油勘探公司、日本国家石油公司与加拿大地调局合作，启动了Mallik2L-38水合物钻探研究计划，旨在查清水合物在马利克地区的分布。Mallik 2L-38距离Mallik L-38只有100 m，完钻深度1150 m［5］。在878～944 m层段内，获取了37 m的岩心，发现水合物主要以充填孔隙空间的形式赋存于未固结的砂岩和砾岩中，而粉砂岩及泥岩夹层则几乎不含水合物。通过测井曲线分析，Mallik 2L-38在889～1101 m深度范围内大约存在150 m厚的水合物层［1］。这项研究的结果证实了在马利克地区，高饱和度的水合物（达到80％）主要赋存于砂岩和砾岩中，而细粒沉积物则很少含水合物［5］。
Mallik 2L-38水合物钻探计划虽然查明了水合物的成因及分布，但是却没有评估水合物的产出能力。2001年，加拿大地调局与日本国家石油公司联合美国地调局、美国能源部等组织了 “Mallik 2002钻探研究计划”。这个计划总共实施了三口钻井，其中Mallik3L-38与Mallik 4L-38为两口观察井，Mallik 5L-38为产能测试井［5］。这次钻探获得了从 m至 m共265 m长的岩心，根据这些岩心的岩性、层理以及沉积构造的不同，科学家将其划分出6个沉积单元（图3）。单元一（～ m）：块状至弱层状，生物扰动细砂岩，可见粉砂及砾岩夹层。单元二（～ m）：弱层状至层状粉砂岩，见低品位煤及褐煤夹层。单元三（～ m）：一套厚的砂岩层，顶部可见基质支撑的砾岩夹层，粉砂岩互层广泛分布。砂岩为细至中砂岩，呈弱层状至层状。发育一系列向上变细的旋回。单元四（～ m）：富含有机质的层状粉砂岩，夹黄褐色低品位煤及褐煤，底部可见块状细砂岩。单元五（～ m）：块状至弱层状细至中砂岩，偶见有机质层及砾岩层。单元六（～ m）：层状粉砂岩，夹砂岩及泥岩层［6］。
图3 Mallik 5L-38井岩心柱状图［6］
其中单元一属于中新世的麦肯齐湾层序（Mackenzie Bay Sequence），单元二至单元六属于渐新世的卡格玛丽特层序（Kugmallit Sequence），除了一些薄的被白云石胶结的砂岩层之外，所有的沉积物都是未固结的，整个岩心段都可见自生黄铁矿（图4）。Medioli等（2003）根据所获得岩心研究认为：麦肯齐湾层序上部的粉砂岩段及底部的砂岩段为三角洲前缘相沉积，卡格玛丽特层序则为三角洲平原相沉积，包括河道（砾岩层）、分流河道（砂岩砾岩互层）以及泛滥平原（粉砂及煤互层）等沉积微相［6］。
图4 Mallik 5L-38井含水合物岩心，（a）粗-中砂岩；（b）砾岩
4 南海海槽
1995年，日本经济贸易及工业省（METI）启动了日本第一个大型的国家水合物研究计划，至2000年该计划结束，已经在日本南海海槽地区成功钻探了一系列布置紧密的钻孔，并进行了地球物理测井。2001年，METI启动了一个更大规模的水合物研究项目——“日本甲烷水合物开发计划”，以评估日本南海海槽地区深水天然气水合物的资源潜力。至2004年，已经成功实施了16个站位的钻探，获得了大量的含水合物的砂岩岩心。该计划在2010年完成了水合物的产能测试，2016年完成实施商业开采的技术准备［1］。值得注意的是，日本企业直接参与并领导了加拿大Mallik水合物研究计划，事实上，日本在水合物研究领域已经成为世界的领先者。
在1999 ～2000年日本南海海槽钻探计划中，共设置了一口试验井和三口探井，钻探结果证实，这些探井中至少存在4个含水合物的砂层段，并认为这些砂层段属于浊积扇体的沉积。在随后的2004年钻探计划中，共布置了16个站位的钻探，水深从720～2030 m。测井数据以及岩心样品表明，日本南海的水合物主要有以下三种赋存状态：(1)充填于砂岩孔隙空间；(2)充填于粉砂岩孔隙空间；(3)呈块状产出于细粒沉积物中。其中在站位4和站位13钻遇的水合物属于第一类（图5），站位4中的含水合物的砂岩层总厚度为50 m（282～332 mbsf），站位13则达到了100 m（95～197 mbsf），保压岩心及测井曲线揭示这些砂岩层的水合物平均饱和度为55％～68％［1］。
图5 日本南海海槽站位13含水合物砂岩岩心，（a）取自海底以下；（b）取自海底以下，样品被保存在塑料袋中，由于水合物分解而使得塑料袋迅速膨胀［7］
图6 日本南海海槽站位13岩心综合柱状图［7］
图7 日本南海海槽沉积相模式图（Fujii，T.，M.，2009）
站位13所取得的岩心显示，海底之下是一段 m厚的砂岩层，紧接着是一段大约40 m厚的泥岩层。从海底50 m往下，砂岩及泥岩的含量开始逐渐增加，从测井曲线上来看，厚的砂岩层段分布于海底之下93～197 m（图6），单层砂岩厚度为1～80 cm。站位13中的砂岩大部分是细砂岩，但在含水合物层段可见中砂岩。微体化石测年显示这些砂岩沉积物的年龄为～ Ma，属于晚上新世沉积。科学家们经过详细的岩心观察及描述，识别出了五个沉积相（图7），分别为A：分流河道沉积；B：近端舌状体沉积；C：远端舌状体沉积；D：天然堤沉积；E：深海平原沉积。在A～D四个沉积相内可以明显的识别出鲍马序列以及向上变细的正粒序层理。相分析结果进一步证实了站位4以及站位13所处的沉积环境为海底扇沉积体系［7］。
5 结论
综上所述，马利克及日本南海海槽的水合物勘探实践证实，高饱和度水合物的分布与沉积物的岩性有较好的对应关系，它们优先富集于较粗的砂岩以及砾岩当中，粉砂岩及泥岩层含量则相对较低。而以目前的经济技术水平，存在于砂岩中的高饱和度水合物是最有可能也是最容易进行商业开发的类型。沉积相对于高饱和度易于开发的水合物的成藏有着非常重要的控制作用，三角洲沉积及海底扇沉积是其成藏的最有利场所，这对我国水合物的勘探事业具有重要的导向意义。
参考文献
［1］Collett T S A H Johnson，C C Knapp，R Gas Hydrates：A Review，in ，，，and ，eds.，Natural gas hydrates—Energy resource potential and associated geologic hazards：AAPGMemoir 89，2009，～219.
［2］Sloan E D and C A hydrates of natural gases，3d ed.：New York，CRC Press，Taylor and Francis Group，2008，.
［3］Boswell R，and T S gas hydrates resource pyramid：Fire in the ice：Methane hydrate newsletter，Fall issue，2006，～7：http：// publications/Hydrates/ Newsletter/＃Page＝1（accessed November 26，2008）.
［4］Boswell R，R Kleinberg，T S Collett，and M priorities for marine gas hydrate resources：Fire in the ice：Methane hydrate newsletter，Spring/Summerissue，2007，～13：http：// etter/＃page＝11（accessed November 26，2008）.
［5］Max M D，Johnson A H，Dillon W of development of gas hydrate as an economic resource，Chapter 5 in Economicgeology of natural gas hydrate，2006，～195.
［6］Medioli B E，Wilson N，Dallimore S R，Dominque Paré，Patricia Brennan-Alpert，and H of the coredinterval，JAPEX/JNOC/GSC et 5L-38 Gas Hydrate Production Well，Mackenzie Delta，Northwest Territories，Mallik international symposium “From Mallik to the future”，2003.
［7］Fujii T，M Nakamizu，Y Tsuji，T Namikawa，T Okui，M Kawasaki，K Ochiai，M Nishimura，and O occurrence and saturation confirmed from core samples，eastern Nankai Trough，Japan，in ，，，and ，eds.，Natural gas hydrates—Energy resource potential and associated geologic hazards：AAPGMemoir 89，2009，～400.
Progress in gas hydrate sedimentology research abroad, with an example of Mallik and Nankai Trough
Kuang Zenggui，Guo Yiqun，Sha Zhibin，Liang Jinqiang
（Guangzhou Marine Geologic Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：This paper comprehensively reviewed the progress made in gas hydrate sedimentologyresearch abroad in recent years，and had a detailed description on this with examples of gas hy-drate exploration practices conducted in Mallik and Nankai saturation gas-hydratewas driled in the sandstone developed in delta environment in Mallik area and in turbidity subma-rine-fan environment in Nankai result suggested that high saturation and most acces-sible gas hydrate，obviously dominated by sedimentary facies，preferential enrichment in coarseclastic as conclusion shows the direction of the gas hydrate sedimentology re-search.
Key words：Gas hydrate Sedimentology Mallik Nankai Trough
海相泥页岩沉积过程研究进展
李一凡1，魏小洁2，樊太亮1
1. 中国地质大学（北京）能源学院，北京市海淀区，100083
2. 中国地质科学院地质力学研究所，北京市海淀区，100081
导读
海相泥页岩的岩相命名方法应考虑结构（粒度）、层理及矿物成分等特征，结构方面着重参考砂级、粗泥级（粗粉砂级）、中泥级（细粉砂-中粉砂级）和细泥级（黏土级-极细粉砂）的占比，将泥岩划分为砂质泥岩、粗粒泥岩、中粒泥岩和细粒泥岩；层理描述注重纹层的连续性（连续或者不连续）、形态（板状、波状或者曲线状）和几何关系（平行或者不平行）；矿物成分则比较粘土矿物、石英和碳酸盐岩矿物的相对含量，以50%为含量界限，将细粒沉积岩分为了粘土质、硅质和钙质，若三种成分的含量均未超过50%，则以最多的两种成分排序命名。
图1 异轻流、异重流和浪控沉积重力流形成示意图
浅海陆棚是泥页岩沉积的主要环境，其细粒沉积物主要搬运与沉积过程包括风成输入、异轻流、重力流（前三角洲浊流、异重流和浪控沉积物重力流）及风暴流（ 图1 ）。风源输入的来源主要包括沙尘和火山灰，有时在底流改造作用下会保留层理特征，其中火山灰层可作为等时标志层；异轻流主要由河流输入的泥质悬浮沉积组成，可漂浮几百公里，悬浮沉积后形成水平纹层；前三角洲浊流由前三角洲斜坡的垮塌引起，持续时间短，搬运距离近，其主控沉积物搬运机制表现为沉积物重力流——牵引搬运——悬浮沉积的变化过程；异重流是指河流输入中的高密度流体，可由超大洪水或者是在潮湿环境下的高山地区河流中产生，完整的异重流沉积表现为对称的粒序变化，体现了异重流搬运能力由弱到强再由强到弱的变化周期；浪控沉积物重力流是由异轻流或者异重流（近三角洲区域）等沉积下来的沉积物在风浪和底流的作用下进行二次搬运和沉积，搬运机制表现为表现从牵引搬运——沉积物重力流——悬浮沉积的转换过程；风暴流是指在风暴浪的作用下，在岸线形成了一个向离岸方向运动的底流，沉积物搬运机制表现为由混合流的侵蚀和牵引搬运向悬浮沉积的转换。
前文所述的细粒沉积物搬运与沉积过程主要分布在陆棚海区域，其搬运的最远距离可达上百公里，搬运所需的最小坡度为 。相较而言，陆表海的延伸范围更广，可达上千公里，坡度更缓，大部分区域坡度在 之间，显然，广大陆表海区域的细粒沉积物无法被上述的水动力能量所搬运。近年研究表明，广大陆表海区域的细粒沉积物搬运机制主要为在潮汐作用或者季风作用下形成的远岸底流。水槽实验显示，在底流的作用下，细粒沉积物会形成砂级大小的絮凝状颗粒，以推移载荷的形式向前搬运，形成流水波纹。然而，由于细粒沉积物的高含水率，早期形成的流水波纹在后期的压实作用下会形成“平行”层理或者低角度斜层理。在古代陆表海泥页岩中广泛分布的“平行”层理或者低角度斜层理都可能是底流作用下形成的流水波纹（ 图2 ）。
图2 海相泥页岩中的典型沉积特征
A 美国犹他州Tropic页岩钾质斑脱岩层中的残余丘状交错层；B 四川井研地区筇竹寺组页岩中的水平层理；C美国纽约州Sonyea Group页岩中的浊流沉积；D 美国犹他州白恶系Ferron页岩中典型的异重流沉积层，可见多个对称性粒序层；E 美国怀俄明州Mowry页岩中的浪控沉积物重力流层理；F 四川井研地区筇竹寺组页岩中的风暴流层理；G 贵州习水地区龙马溪组页岩中的流水波纹（黄色虚线标识）；H 美国犹他州Mowry页岩中的流水波纹
沉积特征的精细描述推动了泥页岩层序地层格架的建立，三级层序界面的识别在于寻找可对比的主要侵蚀面，泥页岩中常见的主要侵蚀面包括：粉砂质滞留沉积（几厘米厚指示主要侵蚀面）；砂质滞留沉积；生物骨架滞留沉积；黄铁矿滞留沉积（10毫米以上指示主要侵蚀面）；低角度削截；变形构造；突变接触的页岩层面；而层序内准层序的划分除了要寻找次要侵蚀面外，还需依靠对精细描述的沉积特征进行定量化统计与分析，通过定量统计泥页岩微相沉积特征的纵向变化及分布趋势，分析其主控水动力条件，可以分别建立了风浪、河流和潮汐作用下的泥质陆棚准层序模式。
不难看出，厘米-毫米级沉积特征精细描述与定量化分析和水槽模拟实验的有机结合已是当前海相泥页岩沉积过程的主要研究思路与方法。
论文相关信息
第一作者： 李一凡博士，中国地质大学(北京)副教授，主要从事细粒沉积学、沉积地球化学及非常规油气勘探等方面的教学与研究工作，E-mail:
基金资助： 国家自然科学基金项目（41702124，41802155）；国家自然科学基金企业创新发展联合基金项目（U19B6003-01-02）
DOI：
引用格式： 李一凡,魏小洁,樊太亮.海相泥页岩沉积过程研究进展[J/OL].沉积学报：1-23[2020-12-24].
自地壳形成以来，便开始了风化、侵蚀和沉积作用，导致新的沉积岩不断形成。从全球的观点来看，风化、侵蚀和沉积作用是没有停歇、终止的，因而在沉积岩中保存了地壳历史进程完整的记录。通过对沉积岩的研究，可了解地壳的发生和发展演变规律。同时根据沉积岩的各种特征及其在空间和时间上的分布关系，可作为地层划分和地质剖面对比的基础，研究沉积岩可以解决现代和古代沉积物的成因问题，并能恢复它们堆积时的古地理、古地球化学、物理化学和其他条件。
研究沉积岩不仅具有重大的科学价值，而且具有十分重要的经济意义。经查明沉积岩中蕴藏着大量的金属、非金属和可燃有机矿产，如铁、锰、铜、铅锌、铝、磷、钾等，特别是煤；石油、天然气、岩盐等盐类矿产几乎全为沉积类型。据估计由沉积和沉积变质作用而形成的矿产约占世界矿产资源总储量的80%。一定的沉积矿产常与一定的沉积岩组合共生，而且在时间上出现于特定的层位，空间上分布于一定的古地理环境。如我国北方宣龙式铁矿、南方的宁乡式铁矿，以及我国的锰、磷、煤、油页岩等矿产都是产于特定的层位和一定的沉积岩组合之中。因此，对沉积岩岩性特征及其沉积环境的研究，可查明沉积岩与沉积矿产的形成、发展和分布规律，指导寻找有关的沉积矿产。
沉积岩覆盖地球表面范围广大，因此各项工程建设都与沉积岩密切相关。此外，沉积岩与地下水的开发和利用关系也是十分密切的。
1.进一步完善和丰富沉积学理论
洪水是一种紊流水与沉积物混合形成的一种高密度浊流，洪水泛滥的河流产生了高密度悬浮沉积物和连续的增速水流（洪峰到来之前）及减速水流（洪峰过后），洪水造成的沉积层序单元底部沉积对应着洪水事件上升期的沉积，层序单元顶部对应洪水事件减弱期的沉积。所以，对洪水事件形成的洪水沉积岩研究有助于认识导致沉积物搬运、沉积的流体类型，丰富沉积学理论。
2.有助于恢复古气候，重建古气候历史
对洪水事件沉积过程和沉积特征的研究，是识别历史时期的洪水事件的基础，而洪水事件亦是对古气候变化的一种响应。古洪水多发生在不同气候状况演变的过渡时期，尤其是在气候转型时期的突变阶段，因此，研究古洪水事件有助于反演古气候变化的历史，重建流域洪水发生的序列，分析洪水发生的周期，以而对预测气候变化提供佐证。
3.有利于防洪减灾研究
洪水事件发生规律的研究一直都是防洪减灾研究的重点。然而，现有的实测资料和历史洪水记录根本无法满足认识洪水发生规律的需要。因此，以地质记录中识别和恢复古洪水的水位、流量和发生规律，对于水利工程建设和防洪减灾具有十分重要的意义。古洪水的研究为解决这些问题提供了新的方法。利用古洪水来推测流域洪水发生的最大水位，并计算出洪水发生频率。例如，根据同次洪水中沉积物在河段中不同位置的分布，可以估算出该次洪水的水面比降，同时修正未达到最高沉积层顶面的洪水高程，借此估算古洪水最大流量。由河段中多次洪水沉积物高程推求的古洪水量，组成古洪水系列，与历史调查洪水、实测洪水组成两个不连续的洪水系列，以供频率计算。
4.有助于全面了解地区的文化发展历史
人地关系是当今十分引入瞩目的研究课题，人水关系也属于人地关系的一种，人类的发展史也反映在对水的认识改造史中。在人地关系发展的历史上，人与洪水的斗争是一件重大的事情。人类在防洪减灾实践中不断总结经验和教训，以而进一步深化和修正了人类对人地关系的认识，更新了人地关系的内涵。新的人地关系观又在指导人类的防洪减灾实践中不断完善。由此可见，以地学角度对古洪水进行研究，无疑为人水关系研究提供了一种新的途径和佐证。另外，洪水事件会造成一些古文化的中断，因此，作为一种突发事件，古洪水也有助于我们全面了解一个地区的文化发展历史。
沉积岩的体积只占岩石圈的5%，但其分布面积却占陆地的75%，大洋底部几乎全部为沉积岩或沉积物所覆盖。沉积岩不仅分布极为广泛，而且记录着地壳演变的漫长过程。如今已知，地壳上最老的岩石，其年龄为46亿年，而沉积岩圈中年龄最老的岩石就36亿年（苏联科拉半岛）。沉积岩中蕴藏着大量的沉积矿产，如煤，石油，天然气，盐类等，而且铁锰铝铜铅锌等矿产中 沉积类型的也占有很大的比重。同时，沉积岩分布地区又是水文地质和工程地质的主要场所。因此，研究沉积岩，对发展地质科学的理论 寻找丰富的沉积矿产以及水文地质和工程地质工作均具有重要意义。沉积岩：是地面即成岩石在外力作用下，经过风化、搬运、沉积固结等沉积而成，其主要特征是：①层理构造显著；②沉积岩中常含古代生物遗迹，经石化作用即成化石；③有的具有干裂、孔隙、结核等。常见的沉积岩有：直径大于3毫米的砾和磨圆的卵石及被其它物质胶结而形成的砾岩，由2毫米到毫米直径的砂粒胶结而成的砂岩，由颗粒细小的粘土矿物组成的页岩，由方解石为其主要成分，硬度不大的石灰岩等。已经形成的岩石露出地表后，由于风化作用而遭到破坏，，变成碎屑等，经过流水、风、冰川及其它外力搬运，最后在海洋、低地或海陆之间的过渡地带沉积下来，在经受亿万年的压缩、变化之后，胶结在一起，又变成一层一层的坚硬的岩石。这样形成的岩石叫做沉积岩。还会形成水波痕迹，雨纹。
因为粗铜都不纯含有金等贵金属,由于他们极不活泼,不易失电子,所以在活泼金属变成离子后,金沉淀了下来.但银绝对不会沉淀,否则怎么在器物上镀银啊.
一楼这么长的答案啊,银可以当导线、做装饰品、餐具、物理仪器元件、硝酸银、设备上的接触点。
在日常生活中，银很少做导体，因为价格比较昂贵，一般用于实验或科学领域:例如，若令汞的导电性为1，则铜的导电性为57，而银的导电性为59，占首位。因此，银常用来制作灵敏度极高的物理仪器元件，各种自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统，所有这些设备中的大量的接触点都是用银制作的。在使用期间，每个接触点要工作上百万次，必须耐磨且性能可靠，能承受严格的工作要求，银完全能满足种种要求。如果在银中加入稀土元素，性能就更加优良。用这种加稀土元素的银制作的接触点，寿命可以延长好几倍。还有一点，如果我用银做的物品就放在社会上，你觉得会用多久？电缆都有人偷，如果换成银的呢？镀铜可以延长他的寿命，对他有一定的保护，就说抗氧化性强，但是也是会氧化的，氧化了就可惜了，而且一般人也不知道这是银做的，就不会对他动想法了
自地壳形成以来，便开始了风化、侵蚀和沉积作用，导致新的沉积岩不断形成。从全球的观点来看，风化、侵蚀和沉积作用是没有停歇、终止的，因而在沉积岩中保存了地壳历史进程完整的记录。通过对沉积岩的研究，可了解地壳的发生和发展演变规律。同时根据沉积岩的各种特征及其在空间和时间上的分布关系，可作为地层划分和地质剖面对比的基础，研究沉积岩可以解决现代和古代沉积物的成因问题，并能恢复它们堆积时的古地理、古地球化学、物理化学和其他条件。
研究沉积岩不仅具有重大的科学价值，而且具有十分重要的经济意义。经查明沉积岩中蕴藏着大量的金属、非金属和可燃有机矿产，如铁、锰、铜、铅锌、铝、磷、钾等，特别是煤；石油、天然气、岩盐等盐类矿产几乎全为沉积类型。据估计由沉积和沉积变质作用而形成的矿产约占世界矿产资源总储量的80%。一定的沉积矿产常与一定的沉积岩组合共生，而且在时间上出现于特定的层位，空间上分布于一定的古地理环境。如我国北方宣龙式铁矿、南方的宁乡式铁矿，以及我国的锰、磷、煤、油页岩等矿产都是产于特定的层位和一定的沉积岩组合之中。因此，对沉积岩岩性特征及其沉积环境的研究，可查明沉积岩与沉积矿产的形成、发展和分布规律，指导寻找有关的沉积矿产。
沉积岩覆盖地球表面范围广大，因此各项工程建设都与沉积岩密切相关。此外，沉积岩与地下水的开发和利用关系也是十分密切的。
1.进一步完善和丰富沉积学理论
洪水是一种紊流水与沉积物混合形成的一种高密度浊流，洪水泛滥的河流产生了高密度悬浮沉积物和连续的增速水流（洪峰到来之前）及减速水流（洪峰过后），洪水造成的沉积层序单元底部沉积对应着洪水事件上升期的沉积，层序单元顶部对应洪水事件减弱期的沉积。所以，对洪水事件形成的洪水沉积岩研究有助于认识导致沉积物搬运、沉积的流体类型，丰富沉积学理论。
2.有助于恢复古气候，重建古气候历史
对洪水事件沉积过程和沉积特征的研究，是识别历史时期的洪水事件的基础，而洪水事件亦是对古气候变化的一种响应。古洪水多发生在不同气候状况演变的过渡时期，尤其是在气候转型时期的突变阶段，因此，研究古洪水事件有助于反演古气候变化的历史，重建流域洪水发生的序列，分析洪水发生的周期，以而对预测气候变化提供佐证。
3.有利于防洪减灾研究
洪水事件发生规律的研究一直都是防洪减灾研究的重点。然而，现有的实测资料和历史洪水记录根本无法满足认识洪水发生规律的需要。因此，以地质记录中识别和恢复古洪水的水位、流量和发生规律，对于水利工程建设和防洪减灾具有十分重要的意义。古洪水的研究为解决这些问题提供了新的方法。利用古洪水来推测流域洪水发生的最大水位，并计算出洪水发生频率。例如，根据同次洪水中沉积物在河段中不同位置的分布，可以估算出该次洪水的水面比降，同时修正未达到最高沉积层顶面的洪水高程，借此估算古洪水最大流量。由河段中多次洪水沉积物高程推求的古洪水量，组成古洪水系列，与历史调查洪水、实测洪水组成两个不连续的洪水系列，以供频率计算。
4.有助于全面了解地区的文化发展历史
人地关系是当今十分引入瞩目的研究课题，人水关系也属于人地关系的一种，人类的发展史也反映在对水的认识改造史中。在人地关系发展的历史上，人与洪水的斗争是一件重大的事情。人类在防洪减灾实践中不断总结经验和教训，以而进一步深化和修正了人类对人地关系的认识，更新了人地关系的内涵。新的人地关系观又在指导人类的防洪减灾实践中不断完善。由此可见，以地学角度对古洪水进行研究，无疑为人水关系研究提供了一种新的途径和佐证。另外，洪水事件会造成一些古文化的中断，因此，作为一种突发事件，古洪水也有助于我们全面了解一个地区的文化发展历史。