深水異地沉積

第十八章深水異地沉積第一節(jié)重力流沉積第二節(jié)等深流沉積第三節(jié)內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積第四節(jié)深水異地沉積與油氣(Deep-waterallogeneclasticdeposits)

深水異地沉積是指海洋（或湖泊）深水區(qū)經(jīng)橫向搬運(yùn)而形成的沉積，它通常比原地垂直降落沉積的粒度粗。深水異地沉積主要包括重力流沉積和深水牽引流沉積兩大類，后者主要包括等深流沉積和內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積。

一、概述二、重力流形成的基本條件三、重力流的分類四、重力流沉積的類型和特征五、重力流沉積的綜合相模式六、重力流沉積的鑒別標(biāo)志第一節(jié)重力流沉積

沉積物重力流是指沉積物與流體的混合物在重力作用下形成的流動。它常被簡稱為沉積物流或重力流，也有稱其為塊體流的。一、概述“流體”的構(gòu)成：

大多數(shù)情況下是液體，即水； 少數(shù)情況下是氣體，例如： 火山灰流 風(fēng)成砂丘上的崩落

沉積物重力流理論的興起，是沉積學(xué)的一次大革命。在沉積物重力流中，以濁流及其沉積物研究的最早。這一理論的產(chǎn)生，經(jīng)歷了很長的醞釀過程，是與傳統(tǒng)觀點(diǎn)進(jìn)行長期斗爭才建立的。對濁流和重力流理論建立作出貢獻(xiàn)的人：

福里爾(Forel,1890)：比重流 戴利(Daly,1936)：侵蝕作用強(qiáng)的水下流 奎恩(Kuenen,1937)：水槽實(shí)驗(yàn) 貝利(Bailey)：砂巖構(gòu)造與沉積環(huán)境 奎恩和米格利奧里尼(Migliorini,1950)：“濁流是形成遞變層理的原因?！滨U瑪(Bouma,1964)：《濁積巖》 沃克(Walker)與馬蒂(Mutti)：海底扇 米德爾頓(Middleton)與漢普頓(Hampton)：重力流類型 勞爾(Lowe)：高密度濁流1、足夠的水深2、足夠的坡度3、充沛的物源4、一定的觸發(fā)機(jī)制二、重力流形成的基本條件重力塊體的搬運(yùn)類型（據(jù)Kruitetal，1975）

1、按照物質(zhì)成分可分為：硅質(zhì)碎屑重力流、碳酸鹽重力流、火山碎屑重力流等。2、按照形成場所可分為：海洋重力流、湖泊重力流、陸地重力流等。3、按照沉積物支撐機(jī)理可分為：碎屑流、顆粒流、液化沉積物流、濁流等。三、重力流的分類沿不連續(xù)的剪切面剪切崩塌，伴隨有轉(zhuǎn)動，但很少發(fā)生內(nèi)部形變非粘性沉積物由孔隙流體的逸出被迫向上運(yùn)動來支撐，厚度薄（<10厘米），持續(xù)時間短塊體搬運(yùn)作用力學(xué)性質(zhì)搬運(yùn)機(jī)制和沉積物的支撐機(jī)制巖崩滑移滑塌碎屑流—泥流慣性粘性液化流流化流濁流滑坡沉積物重力流塊體流流體流彈性塑性界限流體界限粘性流體顆粒流沿陡峭斜坡以單個的巖塊或隨屑的自由崩落為主，伴隨有滾動沿不連續(xù)的剪切面剪切崩塌，內(nèi)部很少發(fā)生形變或轉(zhuǎn)動

由流體湍流支撐當(dāng)松散堆積的構(gòu)造破壞，變成更緊密堆積的格架時，非粘性沉積物由向上移動的流體（膨脹）支撐，坡角要求>3度剪切作用分布于整個沉積物塊體中，基質(zhì)支撐強(qiáng)度主要來自粘土的粘附力，次為浮力非粘滯性沉積物由分散壓力支撐，流體可以呈慣性（高濃度）狀態(tài)或呈粘滯性（低濃度狀態(tài)），一般情況下，要求陡的坡度根據(jù)力學(xué)性質(zhì)劃分的塊體搬運(yùn)類型（據(jù)Nardinetal.，1979）

粒徑范圍大，可含很粗礫石支撐機(jī)制：基質(zhì)浮力和強(qiáng)度浮力基質(zhì)強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度）非牛頓流體1.碎屑流（debrisflow）沉積四、重力流沉積的類型和特征A1

碎屑流A2

碎屑流頂面因大礫屑突出而呈波狀起伏粗礫屑灰?guī)r。塊狀、無任何層理、分選差，粗大的礫屑“漂浮于較細(xì)的礫屑之中底面較平整頂面較平整底具截切面粗礫屑灰?guī)r具粗尾粒序碎屑流沉積的層序模式海南福山凹陷下第三系流沙港組碎屑流沉積2.顆粒流（grainflow）沉積

支撐機(jī)制：顆粒相互碰撞產(chǎn)生的分散壓力。因而顆粒流要求坡度陡。顆粒流在自然界中不太常見。顆粒流的結(jié)構(gòu)構(gòu)造：

塊狀無層理 反遞變 常見撕裂礫石 貧基質(zhì)，常見亮晶膠結(jié)顆粒流沉積的層序模式3.流體化流（fluidizedflow)沉積和液化流（liquefiedflow）沉積支撐機(jī)制：向上的粒間流或叫“超孔隙壓力”支撐流化流全靠超孔隙壓力支撐，液化流是超孔隙壓力部分支撐。組構(gòu)：顆粒支撐構(gòu)造：①碟狀構(gòu)造（中~粗砂中） ②泄水管（中~粗砂中） ③包卷層理（細(xì)砂以下） ④砂巖巖脈：砂床、砂墻、注入構(gòu)造 ⑤無遞變、部分遞變或正遞變液化流沉積的結(jié)構(gòu)構(gòu)造：

濁流是沉積物重力流中研究歷史最早的一種類型，是指主要由渦流（即紊流、湍流）的向上分力支撐的一種沉積物重力流。4.濁流(turbiditycurrent)沉積

經(jīng)典濁積巖，即低密度濁流沉積，其粒度較細(xì)，限于砂級；沉積構(gòu)造規(guī)模較小，限于交錯紋理。而高密度濁流沉積的粒度可達(dá)中礫級，沉積構(gòu)造的規(guī)模也可以很大。濁積巖的沉積構(gòu)造主要有：濁積巖的結(jié)構(gòu)構(gòu)造（1）底痕：沖蝕痕與工具痕槽模 溝模 錐模（2）底痕：準(zhǔn)同生載荷構(gòu)造重荷模 火焰構(gòu)造（3）粒度遞變層理分布遞變粗尾遞變以上三類沉積構(gòu)造在高、低密度濁流沉積中均可見到。 （4）包卷層理 （5）交錯紋理以上兩種沉積構(gòu)造主要見于低密度濁流沉積中。 （6）中~大型交錯層（7）逆行沙波交錯層理以上兩種沉積構(gòu)造主要見于高密度濁流沉積中。鮑馬序列及其特征低密度濁流沉積的層序模式高密度濁流沉積的層序模式3米0米2米S1S2S3TtTd懸浮混合牽引懸浮牽引氈牽引低密度高密度Te砂質(zhì)高密度濁流的理想沉積高密度(S1~3)段和晚期低密度(Tt,Td~e)高密度濁流沉積的層序模式EAE前面已將各類重力流沉積的層序模式分別作了介紹，這里則討論在一個區(qū)域重力流沉積分布規(guī)律——綜合相模式。據(jù)已有研究，主要有三種：①扇模式；②槽模式；③坡角楔狀體模式。五、重力流沉積的綜合相模式1、海底扇模式海底扇模式是在對現(xiàn)代海洋濁積扇形態(tài)進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合古代地層中的巖相特征和層序研究逐步完善的。

海底扇模式基本上也適用于湖底扇。海底扇沉積模式，表示相關(guān)的相、扇地貌和沉積環(huán)境。L~B為紊亂的礫巖海底扇沉積的垂向?qū)有?、海槽軸向搬運(yùn)沉積模式在長形海槽盆地中，重力流進(jìn)入盆地后沿軸向搬運(yùn)和沉積。

該模式主要適用于碳酸鹽沉積區(qū)。由于碳酸巖臺地前緣普遍發(fā)育向深水盆地過渡的斜坡帶，而重力流的物源區(qū)又是沿碳酸鹽臺地邊緣分布的線狀物源，而非點(diǎn)狀物源，故不形成海底扇而形成坡腳楔狀體。由于斜坡坡度不同，其分布特征也不同?？煞譃椋孩贉喜坌?；②陡坡型；③緩坡型。3、坡腳楔狀體模式溝槽型（中等坡度型）陡坡型緩坡型

1、淺水陸源碎屑沉積與深水頁巖（或泥灰?guī)r）共生或組成韻律層。碎屑成分是陸源的、淺水的，可含淺水化石、植物屑和鮞粒等，但無淺水沉積構(gòu)造（如大型交錯層理、浪或波痕、泥裂等）。六、重力流沉積的鑒別標(biāo)志

2、濁積巖常具完整及不完整的鮑瑪層序。

3、有滑動及沉積物液化的證據(jù)（包卷層理、滑塌構(gòu)造和重荷模等）。

4、有高密度流動的侵蝕痕—底面印模構(gòu)造。

5、巖石顏色深，反映深水缺氧沉積環(huán)境。

6、無淺水沉積構(gòu)造。第二節(jié)等深流沉積一、等深流的概念二、等深流沉積的基本特征三、等深積巖的鑒別標(biāo)志四、等深巖丘的發(fā)現(xiàn)與研究五、地層記錄中等深巖丘研究實(shí)例一、等深流的概念

等深流這一術(shù)語是Heezen等人(1966)在對北大西洋陸隆沉積物研究之后首先提出的。

Heezen等人認(rèn)為，等深流是由于地球旋轉(zhuǎn)的結(jié)果而形成的溫鹽環(huán)流(thermo-halinecircumlation),這種底流平行海底等深線作穩(wěn)定低速流動(5～20cm/s),主要出現(xiàn)在大陸坡和陸隆區(qū)。亦有人稱之為等高流、水平流、平流等。全球深海環(huán)流樣式（據(jù)Stow,1994)

北大西洋海底盆地和環(huán)流樣式（據(jù)McCaveetal.，1986）南大西洋海底盆地和環(huán)流樣式(據(jù)Faugeresetal.,1993)

我國等深流沉積研究起步較晚,主要開始于80年代初期。由于條件所限,以前沒有開展對現(xiàn)代海洋中等深流及其沉積作用的研究，雖然如此，但我國廣大沉積學(xué)工作者對古代等深流沉積進(jìn)行了研究,并取得了可喜的成果。

二、等深流沉積的基本特征

等深流沉積無論在物質(zhì)成分上、結(jié)構(gòu)上，還是在沉積構(gòu)造上都有其自身的特征。北大西洋等深流沉積物的三端元組分(據(jù)Stowetal.,1984)等深巖的分類等深流沉積的標(biāo)準(zhǔn)層序

我校學(xué)者在研究湘北九溪下奧陶統(tǒng)碳酸鹽等深巖時也發(fā)現(xiàn)了與Faugeres等描述的層序相類似的層序。鄂爾多斯西緣平?jīng)鲋袏W陶統(tǒng)碳酸鹽等深巖中還發(fā)現(xiàn)了完全由砂屑等深巖構(gòu)成的復(fù)合層序。等深流沉積層序的水力學(xué)解釋

等深流沉積的層序與濁積巖或風(fēng)暴巖迥然不同，其代表的水力學(xué)意義也與鮑馬層序或風(fēng)暴巖層序顯著不同。

濁積巖等深巖三、等深積巖的鑒別標(biāo)志

(1)產(chǎn)狀。等深流沉積形成于深水環(huán)境中。(2)成分。(3)粒度。粒度可以是泥級到砂級的。(4)分選性。分選一般中等～好,局部分選極好。(5)牽引流沉積構(gòu)造。

(6)與古地理的關(guān)系。在陸坡、陸隆處形成的等深流沉積中一般具有平行于斜坡走向的流向標(biāo)志。(7)生物擾動構(gòu)造發(fā)育。(8)垂向沉積層序。一般具有獨(dú)特的垂向沉積層序。(9)與海平面變化的關(guān)系。主要發(fā)育于海平面上升時期。四、等深巖丘的發(fā)現(xiàn)與研究

大量的海洋學(xué)調(diào)查和研究還發(fā)現(xiàn)在深海中存在著許多由等深流沉積物堆積而成的堆積體,這種堆積體的規(guī)?？膳c由濁流沉積形成的海底扇相比擬。其中一種最重要的類型就是等深巖丘,它呈長條形的或伸長狀的,橫剖面上呈丘狀,長度一般為數(shù)十至數(shù)百公里,寬可達(dá)數(shù)十公里，高出周圍海底0.1km到1km以上，其堆積厚度局部可達(dá)2km以上。

到目前為止已在北大西洋中發(fā)現(xiàn)和詳細(xì)研究了16個大型的現(xiàn)代等深巖丘(紅色)五、地層記錄中等深巖丘的研究實(shí)例

1、湘北九溪下奧陶統(tǒng)等深巖丘2、甘肅平?jīng)鲋袏W陶統(tǒng)等深巖丘

3、阿拉伯克拉通大陸邊緣白堊系等深巖丘第三節(jié)內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積一、內(nèi)波、內(nèi)潮汐的概念二、內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積的特征三、內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積類型四、內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積模式五、研究實(shí)例一、內(nèi)波和內(nèi)潮汐的概念1、內(nèi)波內(nèi)波是一種水下波，它存在于兩個不同密度的水層的界面上,或存在于具有密度梯度的水層之內(nèi)。

2、內(nèi)潮汐：內(nèi)潮汐是內(nèi)波的一種重要類型,它的周期等于半日潮或日潮。內(nèi)潮汐在海洋中普遍存在,而在深水區(qū)(一般水深超過200～250m)內(nèi)潮汐表現(xiàn)得尤為明顯。海底峽谷中沿軸線上下交替流動的時間—流速曲線由長周期內(nèi)波與內(nèi)潮汐疊加開成海底水道中單向優(yōu)勢流動示意圖

直到1990年,高振中教授和美國弗吉尼亞理工大學(xué)K.A.Eriksson教授在對美國阿巴拉契亞山脈中段芬卡斯?fàn)?Fincastle)地區(qū)奧陶系進(jìn)行研究時,才在地層記錄中鑒別出了該類沉積,并進(jìn)行了系統(tǒng)研究,首次使用了內(nèi)潮汐沉積(internal-tidedeposits)這一術(shù)語。1991年這項(xiàng)研究成果在美國地質(zhì)學(xué)會刊物《GEOLOGY》上發(fā)表后引起了國際沉積學(xué)界的重視,自此開始了對這一新領(lǐng)域研究的熱潮。1、形成于深水環(huán)境2、具有特征的指向構(gòu)造

3、常見脈狀、波狀和透鏡狀層理4、具有特征的沉積層序5、沉積物粒度6、缺乏生物擾動構(gòu)造7、通常出現(xiàn)于海平面上升時期二、內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積的特征三、內(nèi)波和內(nèi)潮汐沉積的類型

1、雙向交錯紋理砂巖型

2、單向交錯層和交錯紋理砂巖型

3、韻律性砂泥巖薄互層型

4、鮞?；?guī)r（或砂質(zhì)鮞粒灰?guī)r）型

5、脈狀、波狀、透鏡狀層理有孔蟲灰?guī)r型四、內(nèi)潮汐沉積的模式

內(nèi)潮汐和內(nèi)波沉積廣泛發(fā)育于深水海洋的各種環(huán)境中。在不同環(huán)境、不同水動力條件下形成的沉積特征不同，其形成機(jī)制也有區(qū)別。根據(jù)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的內(nèi)潮汐沉積，可歸納出以下三種沉積模式。

在水道發(fā)育的斜坡環(huán)境中，低海平面時期,以發(fā)育粗碎屑重力流沉積為特征,此時內(nèi)潮汐和內(nèi)波作用的能量不足以改造砂礫級碎屑重力流沉積，故此時難以形成可鑒別的內(nèi)潮汐和內(nèi)波沉積。隨海平面上升,物源區(qū)逐漸遠(yuǎn)離沉積區(qū),粗碎屑的注入受到抑制,這時內(nèi)潮汐和內(nèi)波得以改造細(xì)粒重力流沉積物。(1)水道型內(nèi)波、內(nèi)潮汐沉積模式

(2)陸坡非水道環(huán)境內(nèi)潮汐沉積模式:在不發(fā)育海底水道的陸坡環(huán)境條件下,內(nèi)潮汐流通常不像水道環(huán)境中那樣強(qiáng),而是流速較低。在這種情況下,產(chǎn)生典型的床沙載荷和懸浮載荷的交替沉積,即形成砂巖(或顆?；?guī)r)與泥巖的薄互層。

(3)海臺內(nèi)潮汐沉積模式:深海、半深海中廣闊的海底平臺上也是內(nèi)潮汐發(fā)育的較有利場所。由于海臺上地形平坦，阻力較小，內(nèi)潮汐流可在較大范圍內(nèi)保持一定的流速，從而可搬運(yùn)細(xì)粒沉積物并形成內(nèi)潮汐沉積。由于海臺上缺乏陸源碎屑物質(zhì)，通常以碳酸鹽沉積為主，也可有硅質(zhì)沉積物和火山碎屑沉積。五、研究實(shí)例

1、美國阿巴拉契亞山脈芬卡斯?fàn)柕貐^(qū)奧陶系內(nèi)潮汐沉積2、浙江桐廬地區(qū)上奧陶統(tǒng)內(nèi)潮汐沉積3、塔里木盆地塔中地區(qū)中上奧陶統(tǒng)碎屑巖段中的內(nèi)潮汐沉積4、西太平洋翁通爪哇海臺白堊紀(jì)至第四紀(jì)內(nèi)潮汐沉積5、地中海法切魯盆地由內(nèi)波形成的大規(guī)模床形美國阿巴拉契亞芬卡斯?fàn)柕貐^(qū)位置略圖（A）