生物沉积作用

    生物在沉积岩形成过程中起着重要的作用，特别是显生宙以来，其作用愈来愈大。地球上现存生物的总量并不大，据俄罗斯学者维尔纳茨基估算约有n·1024t，约为地壳（20km深）重量的0.01％～0.001％，但是由于生物分布广泛，并且化性活泼，在沉积物的风化、迁移和沉积过程中都起到十分重要的作用。另外，在漫长地质历史中无数世代生物量的累计值，也值得充分重视。

    生物遗骸可以是沉积作用过程中直接的堆积体，有许多岩石就是生物成因的。如煤、石油、石灰岩、磷块岩（磷灰岩）、硅藻土、放射虫岩、白垩等，都是生物和超微生物死亡之后遗体直接堆积和转化形成的。同时生物也参与了许多金属元素的富集，生物死亡后分解生成大量的H2S、CH4等气体，改变了盆地的Eh和pH条件，使某些含矿溶液沉淀。

    碳酸盐岩是分布最广泛的化学沉积。大多数碳酸盐都形成在浅海环境，而且常常就在靠近海岸或水深只有几米的地方。海洋碳酸盐沉积中，大量的是由生物或超微生物的壳体或骨骼构成的，并不是无机的沉淀物。很明显，生物在碳酸盐类的沉积中起着关键的作用。生物从海水中吸取碳酸钙以形成自己的骨骼或壳体。生物死亡之后这些介壳被改造、沉积下来。因此现代海洋中控制碳酸钙沉积的，主要是两个因素：一是陆源物质相对较少；二是生物生产率高。这就决定了碳酸盐沉积物主要分布在中、低纬度带温暖、清彻透光性好的浅海。目前报导的现代碳酸盐在50°纬度海域也有发现。而深海碳酸盐的分布不能超过碳酸钙补偿深度线（现代约4000m水深）。在这个深度线上碳酸盐的沉淀速率等于它的溶解速率，在此深度之下，碳酸钙就完全溶解了。

    相当数量的二氧化硅沉积也来自生物硅，多数是一些单细胞生物，如硅藻、放射虫，它们生活在湖泊或海洋中，能从水中吸取硅质以建造自身的壳体，死亡后硅质的壳体就形成湖盆硅藻土或深海放射虫软泥。

    磷作为重要的农业用肥，为地质学家所重视。海岛上含有大量磷质的鸟粪层是我们熟知的含磷堆积，毫无疑义是生物成因的。规模更大、有工业价值的磷块岩沉积则分布在洋盆边缘的陆架浅海区。

    一种比较流行的解释是含磷沉积的“上升洋流”理论，即上升洋流运动到陆架浅海时，由于温度上升，压力降低使CO2逸出，首先使CaCO3过饱和，然后使磷酸钙过饱和，促使了氟磷酸钙的沉淀。现代上升洋流分布在南北纬40°之间的美洲、非洲大陆西侧海区。澳大利亚、土耳其、印度等据此理论，在寻找地质时期中的磷矿床方面取得良好的效果。但“上升洋流”沉积磷矿的理论还并不完善，尚待继续研究。

     煤 是十分重要的固体能源矿产，它不仅为人类提供了热能，而且它的许多副产品是化学工业不可或缺的原料。煤是由植物残体在不完全氧化腐解的条件下转化而成的，这种条件只出现沼泽中。长满植物的沼泽经过数千年至数万年的时间，植物不断生长、死亡，它们的遗体就在沼泽中堆积起来，在沼泽水的浸泡之下发生腐解。腐解产生的腐殖质及其他有机物质，毒化了沼泽水体环境，使喜氧的细菌不能生长，这样植物的腐解就自行终止。植物残体在隔离喜氧细菌的环境中不能完全腐解，逐渐积聚起来，转化为巨厚的泥炭层。这些泥炭层今天我们在许多沼泽中都还可以看到。巨厚的泥炭层在地质历史中堆积起来以后，由于地壳的沉降被砂泥沉积物掩埋起来，经过很长久的时间才被压实、脱水，在一定温度和压力作用下转化成煤。煤主要是陆生生物残体堆积成的，因此只有在泥盆纪植物征服陆地以后才能出现。世界上有三次大的聚煤期：石炭纪-二叠纪；晚三叠纪-侏罗纪；第三纪。

     石油 是由各种烃类组成的，烃是一种碳氢化合物，由氢原子结合在碳链上构成烃分子。天然气是甲烷（CH4）和其他轻烷烃的混合物。它们都储存在岩石的孔隙中。石油、天然气也和煤一样，生物死亡以后，经过埋藏和转化而成的各种烃类保存于沉积物中。但能生成石油的主要是微体和超微体生物，通常在浅海陆架和大型湖泊中都存在大量繁殖这类生物的条件。它由生活在湖泊或浅海中的微体生物死亡后，经过不完全的腐解转化成含有大量微体生物尸体的细粒（泥质）沉积物，称为生油岩。它们被掩埋之后与氧隔绝，在温度和上覆沉积层压力作用下经过数百万年之后，经化学作用转化为各种烃类物质，这些呈液体或气体状态的烃类物质在压力或构造动力的作用下，被挤压运移到富有孔隙（如砂岩或碳酸盐岩）的岩石中，假如这种岩石上下都有不透水的岩层（如泥页岩）隔开，那么，石油和天然气就不会被泄漏出去。这种富有孔隙并能盛满石油的岩石称为储油层，而其顶部不透水的泥页岩就称为盖层。只有生（油）、储（油）、盖（层）组合齐全的时候才有可能找到石油，它们是缺一不可的。除了生储盖组合外，还要有一个圈闭构造条件，最常见的是一个背斜，这个构造条件使水、油、气分开。水最重，位于最下部，石油次之，处在中间，天然气最轻，位于最上部。地质学家就是通过寻找这种生储盖组合和圈闭构造从而找到石油的。

     热水沉积矿床 是指与海底火山作用或热泉（水热喷口）活动有关的沉积矿床。热水沉积成矿作用主要包括了Cu多金属硫化物矿床。1948年Albatross号考察船在深达2000m以下的红海海底首先发现三个大热卤水池。其盐度达44‰，含有相当多的铁、铜、锌、银的硫化物，铁、锰氧化物，氢氧化物及硬石膏。随后，发现了正在向上喷出金属硫化物热液的“黑烟囱”热泉口。热泉口的温度高达＞100℃，并有大量细菌与磷虾类生物生活于周围，它们以硫为食，并通过细菌的作用使金属沉淀和富集成矿。后来这种热泉在太平洋中脊、大西洋中脊和东非裂谷也有发现。东太平洋海底中脊上的水热喷口规模更大，喷口处水温高达350℃，由喷口向外形成由350～0℃的温度渐变梯度，喷出物质的浓度也向外逐渐降低形成化学渐变梯度。这种高温、还原性环境与38亿年前后地球上生命起源的条件颇为相似（图5-21）。