異重流沉積過程和沉積特征研究

彭恒偉（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100）

異重流沉積過程和沉積特征研究

彭恒偉（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100）

異重流是一種與河口連接、密度大于周圍水體，并沿著水底流動(dòng)的液體，一般產(chǎn)生在干燥、炎熱、少植被地區(qū)的洪水期，是一種持續(xù)性的濁流。由異重流形成的沉積巖稱為異重巖，層面富含豐富的有機(jī)質(zhì)和陸地植物碎屑，異重流沉積疊加厚度可達(dá)數(shù)十米，它的平面特征表現(xiàn)為舌狀體、水道和堤岸沉積單元的物源富砂和富泥型特征。異重流的這種特性，在水庫減少淤，或者修建蓄水電站的時(shí)候，在底部設(shè)置底孔，能夠通過利用庫底的渾水異重流將泥沙排走，所以通長用在水庫減少淤工作中。

異重流；沉積過程；沉積特征

近幾十年，關(guān)于異重流的研究文獻(xiàn)有很多，但是關(guān)于異重流流體的特征以及沉積特征等還存在一定的爭論。盆地面積小、地形落差大、小河流發(fā)育的地形比較容易形成異重流。但是現(xiàn)階段的重力流沒有對這方面的流體給予足夠的重視。異重流是洪水時(shí)期形成的流體，它能夠在深水中流動(dòng)比較遠(yuǎn)的距離，這對于深水重力流砂體的研究具有一定的幫助。此外，異重流作為一種新的沉積物輸送機(jī)制，也受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。所以，研究異重流的沉積過程和沉積物的特征，對推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。

1 異重流的概念和發(fā)展

1953年Bates將河口流出比周圍環(huán)境水體密度高的密度流稱之為異重流。1995年Mulder在Bates的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步豐富了異重流這個(gè)概念，他認(rèn)為異重流是攜帶沉積物顆粒，導(dǎo)致流體整體密度大于周圍水體的密度，流體受到浮力的影響小，所以沿著盆地底部流動(dòng)的高密度流體。上個(gè)世紀(jì)九十年代，國外研究人員發(fā)現(xiàn)海洋中也具有異重流形成的條件，經(jīng)過Mulder的研究，他發(fā)現(xiàn)海水環(huán)境中形成的異重流臨界沉積物的密度會(huì)隨著海水溫度和鹽度的變化降低。2009年，Lamb等人經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，除了流體和水體環(huán)境的密度，盆地的水深也是影響異重流形成的必要條件。大量的研究表明，洪水時(shí)濁流形成重要原因，雖然濁流和沉積物的支撐機(jī)制相同，但是濁流和沉積物再搬運(yùn)的形式還是存在一定的差別。洪水形成的濁流流速一般是先增大后減小，并且持續(xù)時(shí)間長，形成的沉積物顆粒直徑比中砂小，而異重流按照沉積物的大小分成泥質(zhì)異重流和砂質(zhì)異重流。1986年，Wright通過對黃流異重流的研究，將異重流分成了高密度異重流和低密度異重流。

2 異重流形成的原因

異重流在流動(dòng)過程中會(huì)攜帶大量的高濃度懸浮沉積物，渾濁的河流一般是在進(jìn)入海洋和湖泊形成，而渾濁的河流一般是在洪水、冰川融化或者人工堤壩決堤的時(shí)候造成的，因此可以看出異重流形成與自然環(huán)境有關(guān)。2011年，Mulder和Huneke等人總結(jié)出了異重流形成的條件:第一個(gè)是干燥、炎熱、少植被的季節(jié)性洪水地區(qū)；第二是冰川融化；第三是融雪性洪水；第四是特殊地質(zhì)比如火山泥石流等；第五河壩決口；第六臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)在山區(qū)中的小河流誘發(fā)的洪水等。近年來，隨著全球氣候變暖，極端天氣的出現(xiàn)，進(jìn)一步誘發(fā)了異重流發(fā)生的概率。湖泊形成的異重流，河水密度和湖水密度相差不大，較小體積濃度的河水也能形成異重流。但是海洋異重流形成的條件則比較復(fù)雜。1995年Mulder通過計(jì)算得出，海洋異重流形成的體積密度是36—43kg/m3，但是這個(gè)結(jié)論在2011年被Parsons等人的之一，Parsons通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低體積密度的異重流進(jìn)入到水體以后沉積物會(huì)重新聚集，而異重流的體積密度只要大于5kg/m3，異輕流就能向異重流轉(zhuǎn)變。此外，波浪、風(fēng)暴、潮流等自然變化也會(huì)對異重流的流動(dòng)產(chǎn)生影響。

3 異重流的沉積特征

第一是巖相特征，異重流形成的沉積巖也叫異重巖。底床主要是沉積細(xì)砂礫巖和礫質(zhì)砂巖，懸浮部分主要是沉積細(xì)砂巖和粉砂巖，沉積物上浮的主要是粉砂巖和沉積泥巖。異重流一般在河流或者海洋的底床部分，從近源到遠(yuǎn)源逐漸減少。異重流的底床部分主要是礫質(zhì)砂巖和礫巖，底床的沉積物沿著盆地方向逐漸顆粒變細(xì)，變成塊狀細(xì)礫巖、礫質(zhì)砂巖等，這說明隨著流動(dòng)的距離變遠(yuǎn)，異重流的粗顆粒沉積物逐漸減少。如果異重流的懸浮物運(yùn)輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)，那么沉積物則主要是砂質(zhì)的。在不同的水動(dòng)力條件下，沉積物的交錯(cuò)紋理、塊狀紋理和爬升波紋紋理等的構(gòu)造也不同。第二是結(jié)構(gòu)特征，異重巖的好壞一般與流體的運(yùn)行的效率有關(guān)，而流體運(yùn)行的效率與異重流的規(guī)模有關(guān)，這是因?yàn)榇笠?guī)模的異重流流動(dòng)的距離遠(yuǎn)，在流動(dòng)過程中，水中的環(huán)境會(huì)自然對不同顆粒的沉積物進(jìn)行分離，將不穩(wěn)定的礦體轉(zhuǎn)變成為了穩(wěn)定的礦體。第三，沉積序列。異重流在流動(dòng)過程中，流量會(huì)發(fā)生變化，不同時(shí)期的水動(dòng)力條件也不停，所以不同時(shí)間和空間條件下異重流的沉積物特征也不同。

4 結(jié)語

異重流是深水重力流的重要類別，對研究深水重力流砂體有重要意義。但是目前階段，我國對異重流流體形成的原因和特征方面的認(rèn)識(shí)和了解還不夠深入，還需要進(jìn)一步的補(bǔ)充和完善。

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