課件9章(深水等深流沉積)

1、深水牽引流沉積 等深流沉積 內波、內潮汐沉積 第九章第九章 深水牽引流沉積深水牽引流沉積 海洋中的沉積類型：海洋中的沉積類型：A、細粒物質的垂直降落沉積深海軟泥（棕色粘土、抱球蟲軟泥、翼足蟲軟泥、放射蟲軟泥、硅藻軟泥）B、重力流沉積（密度流）海底扇或濁積扇（上世紀50年代興起的濁流理論）C、底流、內波流、內潮汐沉積（牽引流）沉積物波、漂積體（drift）或丘體 中南大學第一節(jié)：深海牽引流研究簡史關于深海牽引流的研究，可追溯至上世紀50年代或更早一些。德國海洋物理學家G.Wust和美國沉積學家B.C.Heezen就從不同角度論述了深海底流及其在搬運、沉積侵蝕等方面的重要作用。標志性的成果是Hee

2、zen 和他的學生C.D.Hollister發(fā)表的一系列相關的學術論文（1963，1964）。這應該可歸納為深海牽引流沉積研究史的第一階段。第二階段：隨著深海鉆探計劃的實施（19681983）及大洋鉆探項目的持續(xù)開展（19851995），人們逐漸意識到深海中一種平行于海底等深線流動的底流在深海沉積中的重要作用，這種底流稱之為等深流。研究重點集中在等深流沉積的成分、結構、構造特征及其與濁積巖的區(qū)別。并且還通過海底流速測量、海底攝影及深水地震等手段獲取了大量的第一手資料和數(shù)據(jù)。主要成果：等深流可沉積與海底濁積扇規(guī)模相似的沉積體，并在各大洋中發(fā)現(xiàn)了大型的等深巖丘，小型的則不計其數(shù)。第三階段：內波、內

3、潮汐沉積的概念提出及沉積作用研究。我國學者高振中教授（江漢石油學院）在上世紀九十年代初對美國阿巴拉契亞山脈奧陶系研究之后，發(fā)現(xiàn)了一種深水中的類似于潮汐作用的沉積物，并正式提出并使用內潮汐這一術語。標志性的成果是發(fā)表在GEOLOGY之上的相關學術論文，以及由中國科學院科學出版基金資助出版的深水牽引流沉積和相應的英文版。 中南大學第一節(jié)：深海牽引流研究簡史1986,江漢石油學院科技情報1993，地質地球化學 中南大學第一節(jié)：深海牽引流研究簡史 中南大學第一節(jié)：深海牽引流研究簡史 中南大學第一節(jié)：深海牽引流研究簡史 中南大學第一節(jié)：深海牽引流研究簡史 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作

4、用是一種存在于兩個不同密度的水層界面上或具有密度梯度的水體之內的水下波（LaFond，1966）。內波在海洋內部普遍發(fā)育。均質流體中只能產生表面波，其振幅隨深度增加而減小。使用懸浮熱敏電阻系列裝置測量到的水層邊界內波作用引起的溫躍層深度變化情況（據(jù)LaFond，1962）內波的運動方式：內波的運動方式：在湖泊和半封閉的水體中，內波主要呈現(xiàn)為駐波，僅表現(xiàn)為上、下運動。但在海洋中，內波一般都表現(xiàn)為前進波。在兩種不同密度水層之間的前進波理想運動情況是：在波峰處與波谷處水的運動方向相反；在密度界面之上。波谷處水的運動方向與內波傳播方波谷處水的運動方向與內波傳播方向相同；在波峰處水的運動方向與內波傳播方

5、向相反向相同；在波峰處水的運動方向與內波傳播方向相反。在密度界面之下則反之，波谷處水的運動方向與內波傳播方向相反；在波峰處水的運動方向與內波傳播方向相同當密度界面接近海底時，內波的運動將會影響到海底沉積物，使其隨之發(fā)生運動。由于波谷下方比波峰下方窄，故波谷下方的流速比波峰下方大。而波谷下方水的運動方向與內波傳播方向相反，故內波引起的沉積物搬運的總趨勢與內波的前進方向相反。淺水區(qū)，內波的前進方向是向岸的，故內波有利于沉積物向海方向搬運。 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作用波谷波峰波峰內潮汐：內潮汐：周期和半日潮或日潮周期相同的內波稱之為內潮汐。深海測量的大量資料表明，內潮汐在海洋

6、中普遍存在，而在深水區(qū)表現(xiàn)得尤為明顯。內潮汐的形成內潮汐的形成：Rattray(1960)認為內潮汐可以在深度變化顯著的海岸地區(qū)由表面潮汐產生。這種內潮汐在海岸地帶具有駐波的性質，而向離岸方向則變?yōu)橄蚝鞑サ那斑M波。內潮汐的波長比表面潮汐要小得多。內波的形成：內波的形成：1、兩個流動體的相互撞擊，2、一個流動體撞擊陸架或其它障礙物，3、大氣壓的變化或強風帶，4、潮汐作用 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作用流動速度流動速度Shepard等人（19681979）對25個海底峽谷和其它溝谷各測站進行了調查，獲得了25000小時的記錄，測量的深度范圍為394206m。結果表明，不同峽谷

7、流速差異較大。向溝谷上方最大流速范圍348cm/s，平均流速0.8-23.6cm/s,以1530cm/s為主。向溝谷下方最大流速范圍468cm/s，平均流速0.6-26cm/s,以1540cm/s為主。交替流動周期的變化規(guī)律交替流動周期的變化規(guī)律：25條海溝、幾百個測量記錄結果：1、平均周期變化大，從1h20h 2、不同溝谷之間差異大 3、平均周期的變化與深度有關，到達一定深度之后其周期趨近于潮汐周期（半日潮） 4、潮差大趨近于潮汐周期的深度則變小 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作用單向優(yōu)勢流動單向優(yōu)勢流動1 1、對流型、對流型 例子：拉丁美洲維爾京群島Salt River海底

8、峽谷 解釋：強貿易風所致2 2、疊加單向水流、疊加單向水流 例子：法國南部海域Var海底峽谷 現(xiàn)象：沿峽谷向下的單向流動（流速1020cm/s），具有間隔為數(shù)小時的脈動流（90cm/s) 解釋：來自于Var河的攜帶大量沉積物的洪水注入海底峽谷頭部，形成較高速的向下流動，掩蓋了上下交替流動。脈沖高速流動可能為濁流。3 3、疊加長周期內波、疊加長周期內波 例子：美國加利福尼亞海岸最大的海底峽谷Monterey峽谷 現(xiàn)象：某測站1061m深處主要為向上的流動，而與此同時其它測站的記錄不顯示這種向上方占明顯優(yōu)勢的流動 解釋：內潮汐與長周期內波不同相位疊加所致距谷底3m距谷底30m靜流動：靜流動：例子：

9、Hueneme峽谷（深375m、84小時測量）、Hydrographer峽谷結果： Hueneme峽谷向峽谷下方流動了12km，同時還橫越峽谷向東流動了約10km. Hydrographer峽谷A、B、C三測點均為向下方流動，同時有不同程度的橫向流動，D測點不穩(wěn)定。距峽谷底部越高，流動情況越復雜。 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作用例子：中太平洋夏威夷附近Horizon海底平頂上水深2000m結果：三個流速測量儀均顯示其速度和流向方向頻譜具有潮汐特征，三處流向均以NW-SE向為主，反復倒向。26號流速儀10h記錄還顯示半日潮特征 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作

10、用例子：日本駿河灣（右）、相模灣海域（下）底流流速及方向 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作用內潮汐沉積內潮汐沉積證據(jù)：中太平洋夏威夷附近Horizon海底平頂上水深2000m處，海底攝影顯示有孔蟲軟泥具有小型沙丘底形，沙丘上還疊加有流水波痕。沙丘和波痕的方向與潮流的NW-SE相相匹配。其它例子還有巴拿馬盆地、西太平洋Ontong-Java海臺等等。內波沉積內波沉積 深海調查已發(fā)現(xiàn)在世界各大洋盆中都廣泛發(fā)育一種大型的沉積物波，這些沉積物波主要為泥波和沙波，波高10100m，波長110km。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的主要發(fā)育區(qū)有： 美國東海岸外下部陸隆 布萊克巴哈馬外脊 南美陸隆東北部 阿根廷盆地

11、 非洲陸隆西北部 印度洋莫桑比克盆地 孟加拉灣西部 西太平洋博尼海槽 南中國海盆地馬尼拉海槽 太平洋別林斯高晉海盆等等 中南大學第二節(jié)：現(xiàn)代海洋中內波、內潮汐及其沉積作用Messina海隆上攀遷移的大規(guī)模沉積物波原來的解釋：1、底流（等深流）沉積、2、濁流沉積、3、滑塌原有解釋的矛盾：水動力條件內波成因解釋：內波引起的海底流動流速較低，不致于將泥質等細粒沉積物攪動呈懸浮狀，但持續(xù)的作用能使沉積的底形與內波的作用趨于平衡，特別使剛沉積的軟泥含水量可達8090，極富可塑性，在內波持續(xù)的作用下，可形成規(guī)模與內波相當?shù)牡仔巍?中南大學第三節(jié)：地層記錄中的內波、內潮汐沉積研究實例1：美國弗吉尼亞州Fin

12、castl地區(qū)中奧陶統(tǒng)內潮汐沉積地質背景：地質背景：研究實例1：美國弗吉尼亞州Fincastl地區(qū)中奧陶統(tǒng)內潮汐沉積巖性特征：巖性特征：5個巖性段，個巖性段，9種巖相種巖相 中南大學第三節(jié)：地層記錄中的內波、內潮汐沉積沉積構造：沉積構造：交錯層理雙向、單向、上攀、交錯層理雙向、單向、上攀、脈狀、波狀、透鏡狀層理脈狀、波狀、透鏡狀層理 中南大學第三節(jié)：地層記錄中的內波、內潮汐沉積沉積層序：沉積層序：3種種4亞類亞類 中南大學第三節(jié)：地層記錄中的內波、內潮汐沉積不同背景下內潮汐的沉積模式 中南大學第三節(jié)：地層記錄中的內波、內潮汐沉積鑒別標志鑒別標志水道型水道型1、指向沉積構造：雙向的或沿水道向上的

13、交錯紋理、交、指向沉積構造：雙向的或沿水道向上的交錯紋理、交錯層或其它指向構造錯層或其它指向構造2、雙向遞變或正遞變的沉積層序、雙向遞變或正遞變的沉積層序3、以砂級為主、以砂級為主4、缺乏生物擾動、缺乏生物擾動5、通常出現(xiàn)于向上變細的水道充填沉積層序的頂部、通常出現(xiàn)于向上變細的水道充填沉積層序的頂部非水道型非水道型1、指向沉積構造：雙向或多向交錯紋理或其它指向構造、指向沉積構造：雙向或多向交錯紋理或其它指向構造2、對偶層雙向遞變層序、對偶層雙向遞變層序3、特征的層理類型：脈狀層理、波狀層理、透鏡狀層理、特征的層理類型：脈狀層理、波狀層理、透鏡狀層理4、砂級、粉砂級和泥級、砂級、粉砂級和泥級5、

14、缺乏生物擾動、缺乏生物擾動 中南大學第三節(jié)：地層記錄中的內波、內潮汐沉積 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用全球海底底流活動及床沙形體分布一、全球海底底流活動左：北大西洋海底盆地環(huán)流樣式上：南極洲威德爾海深水環(huán)流樣式南大西洋海底盆地環(huán)流樣式 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用墨西哥灣海底盆地環(huán)流樣式人造衛(wèi)星拍攝的墨西哥灣海底Loop溫流（紅色） 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用南大西洋海底盆地環(huán)流樣式 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用直布羅陀海峽出口處加的斯灣海流體系 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用 中

15、南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用二、海底底流的沉積速率 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用沉積物成分沉積物成分三、海底底流的沉積作用 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用沉積物結構、構造特征沉積物結構、構造特征三、海底底流的沉積作用法魯?shù)壬顜r丘中的三種粒法魯?shù)壬顜r丘中的三種粒度累計頻率曲線度累計頻率曲線 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用沉積物構造沉積物構造1、層理小型交錯層理、層理小型交錯層理、紋層、扁豆狀層理紋層、扁豆狀層理2、大面積覆蓋的沉積物波、大面積覆蓋的沉積物波3、大型粘性交錯層、大型粘性交錯層4、侵蝕構造、侵蝕構造5、定向構造、定向構造6、生物擾動、

16、生物擾動三、海底底流的沉積作用 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用垂向沉積層序垂向沉積層序三、海底底流的沉積作用 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用四、海底等深巖丘(drift)概念：平行于海底流動的底流稱之為等深流，由等深流體沉積而形成的長條狀沉積體命名為等深巖丘。規(guī)模：長數(shù)十至數(shù)百km，寬數(shù)十km，厚0.12km。成因：與水道或峽谷有關：水道底部的等深巖體、水道側翼的等深巖體、水道出口處的等深巖體 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用地中海出口處Cadiz海灣Faro等深巖丘 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用沿韋馬水道兩側階地分布的等深巖丘 中南大學第四節(jié)：

17、現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用五、海底等深巖丘形成的控制因素深部地轉環(huán)流：氣候、海平面變化、赤道和兩極間的溫差海底地形：改變環(huán)流強度和環(huán)流路線及方向沉積物供給：控制堆積速率霧濁層的混濁度：外大陸邊緣及洋盆水柱底部含懸浮體濃度高的水層，多與大洋底層經向溫鹽環(huán)流共生。高密度霧濁層攜帶的陸源碎屑和浮游生物碎屑、球粒和有機質碎屑量大濁流：破壞、提供物源海平面變化：低海平面濁流為主，高海平面等深流為主 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用六、等深流沉積與濁流沉積的區(qū)別 中南大學第四節(jié)：現(xiàn)代海洋中底流及其沉積作用區(qū)域地質背景區(qū)域地質背景 中南大學第五節(jié)：地層記

18、錄中的等深巖丘實例1、湖南桃源九溪下奧陶統(tǒng)等深巖丘（碳酸巖）湖南九溪下奧陶統(tǒng)實測剖面柱狀圖 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘沉積類型沉積類型1、重力流沉、重力流沉積碎屑流積碎屑流（粗礫屑灰（粗礫屑灰?guī)r）、濁流巖）、濁流（砂屑灰?guī)r）（砂屑灰?guī)r）2、原地靜水、原地靜水沉積（泥質條沉積（泥質條帶狀泥晶灰?guī)r）帶狀泥晶灰?guī)r）3、等深流沉、等深流沉積（砂屑、粉積（砂屑、粉屑灰?guī)r）屑灰?guī)r） 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘等深巖丘中三等深巖丘中三種沉積類型的種沉積類型的百分比百分比 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘等深巖

19、標準沉等深巖標準沉積層序及巖相積層序及巖相 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘等深巖沉積層等深巖沉積層序的變化序的變化 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘等深流流向等深流流向吉首等深巖丘晚寒武早奧陶九溪等深巖丘早奧陶 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘等深流沉積模式等深流沉積模式 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘實例2、塔里木盆地塔中地區(qū)中上奧陶統(tǒng)中的等深巖丘（碎屑巖） 中晚奧陶世（灰?guī)r段）早期，塔中地區(qū)仍為東深西淺的沉積格局。塔中低凸起帶已成為水下隆起帶，南、北兩側均為深水廣海陸棚相帶，向東越過塔中25井進入斜坡及深海盆地相區(qū)。廣海陸棚斜 坡深海盆地井 位鑲邊碳酸鹽臺地工 區(qū)測 線

20、NS83520NS83520NS84475NS84475TZQ-2001-350TZQ-2001-350EW85280EW85280EW92308EW92308EW88280EW88280TZQ-2001-448TZQ-2001-448TZQ-2001-510STZQ-2001-510ND86455D86455TD93601TZQ-2001-340TZQ-2001-510STZQ-2001-510ND86455D86455TD93601TZQ-2001-510STZQ-2001-510ND86455D86455TD93601TZQ-2001-510STZQ-2001-510ND86455D86

21、455TD93601TZQ-2001-510STZQ-2001-510ND86455D86455TD93601TZQ-2001-402TZQ-2001-510STZQ-2001-510NTZQ-2001-502NS83375NS83375NS83420NS83420D86455D86455D-90-500D-90-500NS84-585TD936018080145145000014614620204040606080800000147147202040406060808000001481482020404040404242606080800000434320204040606080800000

22、4444202040406060卡塔克1區(qū)塊順托果勒西區(qū)塊順托果勒區(qū)塊順托果勒南區(qū)塊卡塔克2區(qū)塊卡塔克3區(qū)塊卡塔克4區(qū)塊MX1MC1TZ32TZ34MX2BD2TZ21TZ18TZ64TZ46TB2TC1TZ22TB1TZ3TZ60TZ29TZ28TZ38TZ33TZ49TZ451TZ45TZ39TZ47TZ35TZ10TZ20TZ23TZ17TZ2TZ37TZ9TZ19TZ14TZ11TZ54TZ31TZ12TZ42TZ30TZ15TZ50TZ44TZ16TZ161TZ403TZ4TZ411TZ401TZ422TZ421TZ402TZ36TZ43TZ6TZ24TZ101TZ8TZ52TZ7T

23、Z5TZ25TZ59TZ26TG1TAC1AM2TZ27TZ1TZ4801020Km 中南大學第五節(jié)：地層記錄中的等深巖丘塔塔中中地地區(qū)區(qū)中中上上奧奧陶陶統(tǒng)統(tǒng)地地震震反反射射異異常常體體分分布布圖圖泥-粉砂巖互層異常體輝綠巖異常體-7000-6800-6600-6400-6200-6000-5700-5900-6100-7175-6600-6600-6400-6800-7000-6600-6400-6800-6600-6600-6200-6600-6400-6200-5800-5800-5600-5600-6000-6200-6400-5800-56001號異常體2號異常體3號異常體5號異常體

24、4號異常體6號異常體5號異常體7號異常體-6400-6200-6000-5800-5600TZQ-2001-510NTZQ-2001-510NNS84475NS84475TZQ-2001-350TZQ-2001-350EW85280EW85280EW92308EW92308EW88280NS83520NS83520卡塔克1區(qū)塊順托果勒西區(qū)塊順托果勒區(qū)塊順托果勒南區(qū)塊卡塔克2區(qū)塊卡塔克3區(qū)塊卡塔克4區(qū)塊0102030Km8080145145000014614620204040606080800000147147202040406060808000001481482020404080804242000043432020404060608080000044442020404060608080TZQ-2001-402TZQ-2001-402TZQ-2001-340TZQ-2001-448TZQ-2001-448TZQ-2001-510STZQ-2001-510NTZQ-2001-502TZQ-2001-502NS83375NS83375NS83420NS83420D86455D86455D-90-500D-90-500NS84-585NS84-585TD93601M