浊流沉积机理及其特征

浊流理论的发展极为迅速,但对浊流的理解和认识却有一定的分歧。为了揭示尚未认识的浊流相以及勘探与浊流相有关的矿产资源,全面地了解浊流形成的机理,加深对浊流沉积的认识,正确应用相模型判别浊积相,澄清有关浊流沉积的某些模糊概念,都是十分必要的。     

20世纪地中海深部沉积物中的洪水记录

浊流可以由两种方式产生 :一是由崩塌形式产生的流体运动 ;二是紊流水—沉积物的混合水在河口处的持续流动 (高密度浊流 ) ( Nor-mark & Piper,1 991 ;Mulder & Syvitski,1 995)。在温和的气候条件下 ,当流体中悬浮沉积物的密度超过 42 kg/ m3时 ,就会产生高密度浊流 ( Mulder & Syvitski,1 995)。而后 ,尽管沉积物会沉积 ,流体仍沿海底流动 ,这是因为通过输送作用 ,浊流中的淡水几乎全被盐水替代( Mulder等 ,1 998b)。这样在流体和周围盐水间就存在密度差。在湖泊和诸如 fjords这样的过渡环境中 ,我们可以经常看到这样的过程( Wright等…     

海底浊流研究百年回顾

本文概括性地回顾了一个多世纪以来浊流研究的历史和发展过程。浊流既是解决许多海洋地质学和沉积学基础科学问题的关键,又与海洋资、能源和海底灾害防护等应用性研究息息相关,多国科学家近百年的努力在浊流理论的发展、实验室水槽数据采集和数值模拟的优化等方面都有很大的进步。但由于浊流的不可预测性和破坏性,如何在现场实时、连续地对浊流实施观测至今仍然是浊流研究的瓶颈。南海东北部海域集天时、地利于一体,在此实施多学科浊流现场观测研究有望实现在‘破坏性’浊流的机制、过程、和沉积响应研究方面的突破。     

南海东部海域柱样沉积物浊流沉积探讨

利用1998年南海东部陆坡69号柱样、深海盆149号柱样、南部岛礁323号柱样沉积物的粒度、化学、古生物、矿物等鉴定分析测试资料,分析了南海东部海域发生浊流沉积的地质背景、产生浊流沉积的条件和诱发因素,进而发现南海东部浊流沉积发育,在南北陆坡及中部深海盆地均有浊流沉积层。从其出现层位看,为氧同位素2—4期,即晚更新世中晚期。从浊流沉积出现层数分析,具有自北向南浊流发生频次减弱的趋势。从浊流沉积物成分看,南海东部浊流沉积物具有多样性,北部陆坡以陆源为主,中部深海盆以陆源及火山源为主,南部岛礁以生物源为主。     

西菲律宾海15万年以来的浊流沉积及其成因

MD06-3052孔取自西菲律宾海吕宋岛岸外上陆坡,通过AMS14 C测年、沉积物粒度和浮游有孔虫氧同位素记录,揭示了15万年以来5个浊流沉积层的特征和浊积事件的发生时间。浊流沉积物粒度明显较上下层的粗,主要组分为砂质和粉砂质沉积。通过AMS14 C测年和氧同位素年代标尺,计算了5个浊流沉积层发生的时间分别为13.3、20.4、34.3、41.7和121.8kaBP,其中上部4次浊积事件发生于末次冰期,特别是MIS 3晚期和MIS 2期的低海平面时期,仅底部一次出现于末次间冰期MIS 5e中期相对低海平面时期,因而推测研究区浊流沉积事件的主要诱因是低海平面时期的海平面波动造成临近陆架上的沉积物不稳定,同时较陡的陆坡为浊流沉积提供了有利地形,因而造成了向陆坡方向的浊流搬运。     

海底峡谷内浊流流动与沉积特征数值模拟研究

数值模拟已成为研究海底浊流的重要方式,开展海底浊流的流动与沉积特征的数值模拟,对深水沉积体系特征研究、海底工程设施稳定性评价以及深海油气勘探均具有重要意义。本文基于不可压缩流体Navier-Stokes方程与湍流k-ε模型构建了浊流数值计算模型,设定不同粒径、速度与悬浮颗粒物浓度等初始条件,模拟并分析了单粒径悬浮颗粒驱动的持续入流的海底浊流沿海底连续坡折带的流动过程及沉积特征。模拟结果显示,浊流在斜坡段处于加速状态,水平段流速骤减并逐渐沉积,且浊流在小坡度的加速不改变浊流的沉积趋势。浊流由于环境水体的夹带效应逐渐增厚,且浊流头部形态与流动特征与实测资料吻合良好。本文另对多频次持续入流浊流进行了模拟,并将模拟结果与实测地层沉积特征对比,结果显示,多频次持续入流的海底浊流在纵向上可能会形成多个不连续鲍玛层序的叠积。     

海底峡谷成因新探

海底峡谷,是由于地壳板块运动而形成的一种地质构造。板块不同形式的运动,造成了不同特征的海底峡谷。河流和浊流等因素对地层岩石的冲刷作用,只能改变海底峡谷的外貌,却不是海底峡谷的成因。     

南海北部神狐海域SH37岩芯浊流沉积及其物源分析

为了分析南海北部神狐海域的浊流沉积,对SH37岩心进行了沉积物粒度测试、AMS~(14)C测年和地球化学元素测试等工作。根据粒度特征和C-M图等分析认为,200～300 cm层位属于浊流沉积,该层沉积物粒度较粗,分选较差,敏感粒级端元EM3与Zr/Rb元素比值在该层均含量较高,且有地层年龄倒转现象。推测浊流成因为海平面的变化或重力作用引起的陆坡滑坡。稀土元素含量与(La/Sm)_(UCC)-(Gd/Yb)_(UCC)、(Gd/Yb)_(UCC)-(Gd/Lu)_(UCC)散点图结果显示,SH37岩心沉积物来源较为一致,主要来自于珠江和台湾岛内河流。     

湘西王村剖面寒武系浊积岩特征

湘西王村地区的寒武系代表江南斜坡相沉积序列,传统的下寒武统划分为杷榔组、清虚洞组;中寒武统划分为敖溪组、花桥组（下部）;上寒武统划分为花桥组（上部）、追屯组。其中,花桥组中浊流沉积最为发育,包括经典浊积岩和高密度浊流沉积两种类型,经典浊积岩的特征完全可以由鲍马层序来描述,但最常见的是AE、CDE组合等,其岩性主要为泥灰岩和泥晶灰岩。高密度浊流沉积粒度较粗,常含有细砾组分。常见粗尾粒序层理,也可见平行层理和中至大型交错层理,它们在垂向上构成似鲍马层序,如ABC等。浊流的主要沉积场所是斜坡的中下部,盆地边缘和盆地平原的浊流沉积较斜坡大为逊色。     

南海北部台湾峡谷“蛟龙号”第140潜次沉积物特征及其沉积过程指示意义

海底峡谷沉积物来源、输运机制和沉积过程的研究一直是深水沉积体系研究的关键,也是近年来深海浊流沉积研究中的热点问题。对"蛟龙号"第140潜次在南海北部台湾峡谷中段3个站位获取的沉积物短柱的粒度、有孔虫和黏土矿物进行综合分析,结果表明3个短柱上部均以粒度较细、变化较小并含半深海—深海环境的底栖有孔虫为特征的半深海沉积,下部以粒度明显变粗、含有较多浅水种底栖有孔虫的浊流沉积为主。AMS~(14)C测年结果显示该浊流沉积形成于约150aBP,表明台湾峡谷中段有典型的近现代浊流活动。此外,黏土矿物组成表明研究区正常半深海沉积与浊流沉积物源主要来自台湾,其次为珠江和吕宋岛的碎屑沉积物。     

南海东北部陆缘浊流活动的地貌记录及其形成机制分析

超临界浊流影响下的周期阶坎广泛分布在南海东北部台西南盆地的西澎湖峡谷中。由于频繁的构造活动, 常年的台风影响, 以及来自中国台湾河流的大量沉积物供给, 导致这个区域的浊流活动经常发生。本文利用高分辨率的地貌资料, 对西澎湖峡谷发育的23个净侵蚀周期阶坎和10个净沉积周期阶坎进行了形态的定量分析, 并且统计了流经这些周期阶坎的浊流流速。结果显示, 浊流在流经净侵蚀周期阶坎过程中的速度有明显突变, 而在净侵蚀到净沉积周期阶坎的过程中速度也发生了明显的降低, 前者由峡谷中的坡折带导致, 后者则是由限制性环境到非限制性环境的转变造成的。此外, 净沉积周期阶坎主要分布于靠近峡谷口外的西南侧, 这是由于科氏力对浊流影响的结果。研究此区域周期阶坎的形态特征和形成机制能够帮助我们更好地理解海底地形地貌与浊流的相互关系, 对于理解峡谷中的地貌演化具有重要意义。     

北大西洋罗卡尔海槽北部上第四系地层及古海洋学变化

运用微化石及沉积学方法,对采自罗卡尔海槽北部不同沉积环境的六个浅层重力管样品进行了层序分析,从采自巴拉扇沉积波的钻孔样品可识别出半远洋、浊流、准浊流沉积层序。从罗卡尔海槽东北部的陆坡裙、海底陆坡到冰碛沉积区内采获的岩芯,是一些半远洋与冰海沉积物,泥质粉砂岩和等深积砂岩与之互层或覆于其上。甲藻类孢子,浮游有孔虫类以及超微生物地层标志,反映了四次冰消作用,巴拉扇的一个长岩芯样记录了这四次冰消作用,即晚     

南海深海盆地沉积柱样中的浊流沉积

本文根据南海深海盆地三个沉积柱样的粒度结构、地球化学、微体古生物等特征分析,深讨了南海深海盆地细粒沉积物的浊积现象。结果表明,位于南海北部陆架斜坡上KL37孔的浊流沉积现象并不明显;位于陆架斜坡和深海盆地交界处的KL29孔存在着大量的浊积层,属于浊流沉积和半远洋沉积环境;位于南海盆地中部的KL91孔虽然已属于远洋性沉积环境,但除出现火山灰沉积外,浊流沉积作用仍然是相当活跃的。     

琼东南盆地北礁凹陷上新统等深流影响的水道沉积体系

等深流影响的水道沉积体系的沉积特征及其沉积过程是当前深水沉积学研究的热点、难点和前沿科学问题,但研究程度较为薄弱。该文以北礁凹陷上新统（地震反射T20?T30）为研究对象,利用覆盖北礁凹陷局部的三维地震资料,采用均方根属性、相干属性、时间域构造,再结合地震切片等方法,研究北礁凹陷深水区上新统斜交斜坡（走向）的特殊水道沉积体系特征及其沉积过程。研究发现,该水道沉积体系分为早、晚两期,早期发育水道和片状、扇状溢堤沉积,晚期仅发育水道和片状溢堤沉积,其中扇状溢堤沉积仅发育在水道右侧弯曲处,片状溢堤沉积仅分布在水道左侧,水道始终与区域斜坡斜交,水道对称分布且无明显迁移现象。结合该时期北礁凸起发育等深流相关的丘状漂积体和环槽,认为该水道沉积体系特殊的形态主要受控于等深流与浊流交互作用的沉积结果:浊流流经水道,其上覆浊流溢出水道,形成溢岸浊流,在水道左侧,该溢岸浊流与等深流发生相向运动,被等深流“吹拂”到单侧,大面积分布,延伸千米,形成片状溢堤沉积;而在水道弯曲处（右侧）,溢岸浊流与等深流发生相对运动,抑制溢岸浊流进一步扩展,形成相对小范围扇状溢堤沉积,该沉积结果与前人水槽实验结果相一致。     

冲绳海槽西南部新发现"通道-天然堤"系统的成因

Sibuet等(1998)首次发现了冲绳海槽西南部发育有两条大型的海底“通道一天然堤”沉积系统。这一大型海底冲积扇典型组成单元的发现为冲绳海槽南部以海底峡谷为主要渠道的陆源物质输运作用和浊流沉积作用提供了直接证据。结合地球物理调查资料,同时对比其他典型区域的特征,对其成因和形成时代进行了初步探讨。     

东北太平洋胡安·德富卡隆起西翼晚第四纪以来的碳酸盐记录

通过对东北太平洋胡安·德富卡隆起西翼沉积柱样中的碳酸盐含量和浮游有孔虫氧同位素测试以及浮游有孔虫丰度、溶解指数和粗组分的统计,发现在晚第四纪约65 ka以来碳酸盐含量变化幅度大(0 4%~77 2%),相差非常悬殊,但其变化未呈现出冰期时溶解作用减弱、间冰期时溶解作用强烈这样明显的旋回性。粗组分分析结果显示,地层中有明显的浊流沉积发育。另外,碳酸盐含量和浮游有孔虫丰度分析结果揭露了研究区的 CCD在3 500 m左右。研究认为,在约65 ka来水深浅于3 500 m的区域碳酸盐含量的无规律性变化应与浊流沉积影响有直接的关系,而水深深于3 500 m的区域碳酸盐含量主要受控于深海碳酸盐的溶解作用。     

探索墨西哥湾深水沉积的超高压和流体流动过程与机理--IODP308航次钻探成果

墨西哥湾深水区发育有典型的浊流沉积,长期以来就以独特的被动边缘浊积类型闻名于世。由密西西比河带来的大量碎屑物在河口外形成巨厚泥砂层,快速沉积造成上陆坡特别不稳定,所以塌坡或崩塌事件经常发生,引起迭繁的浊流活动。松散的浅水碎屑物往往随浊流被搬运到陆坡或更深的深水区,造成大规模的再沉积。塌坡事件及其引发的浊流活动存在较大的随机性及其对沉积物造成的分选性,直接控制了墨西哥湾深水区沉积物中的流体流动以至油气生成,使其成为目前世界上富含油气的三大海区之一。但沉积砂层所伴生的超高压常常造成“井喷”,使油气探采难度加大,成本增高,连年来使有关石油公司损失惨重,也给科学界提出了急需解决的科学问题。为什么墨西哥湾深水区超高压现象这么普通？超高压区的流体流动规律有什么特征？它受什么机理控制？浊流沉积跟气候变化有联系吗？是否受冰期／间冰期旋回的影响？     

冲绳海槽南部A23孔浊流沉积层的粒度特征

对取自冲绳海槽南部的A23孔中浊积层的沉积层序特征进行了详细研究，结果表明，浊积层在平均粒径、分选系数、偏态、峰态等粒度参数、粒度组成、粒度分布上表现出显著的特征性。以A层(342～362cm)为例，浊积层的平均粒径在层内具有细-粗-细的变化，粒度分布呈以粗粒组分为主的双峰分布，正常沉积则为以细粒组分为主的单峰分布；在C-M粒度图上，砂质层的投点规律性地平行于C-M线性排列，表现出典型的浊流沉积特征。A层浊积层在层序上与典型的鲍马层序存在一定的差异，可能反映了浊流层序的区域性特征。通过上述结果和其他资料，认为冲绳海槽南部A23孔中浊流沉积层的形成主要由地震引起，而小规模浊积层的发育可能是海底峡谷中的内波／内潮汐作用的结果。     

深水大型沉积物波的成因机制

沉积物波是深海常见的底形,对其成因主要有等深流成因、浊流成因、滑塌成因、内波成因4种观点.分别对上述4种成因机制进行了阐述,并从波形、迁移方向等方面做了一系列的对比,分别就其合理性进行了讨论,特别对前人就洛克尔海槽上坡迁移沉积物波的解释提出了新的看法,对该区域的上坡迁移沉积物波进行了重新的解释;同时对等深流、浊流、滑塌、内波形成的沉积物波之间的联系与差异进行了初步的比较.沉积物波可能有多种成因,但内波作用是其主要成因之一.     

西沙海槽沉积模式

晚中新世琼东南盆地快速构造沉降,沉积欠补偿形成了西沙海槽。西沙海槽上部高陡带为悬浮沉积体系,下部低缓带为浊流滑塌沉积体系,槽底平缓带为河流沉积体系。不同于浊流沉积小而散,深海河流沉积为稳定的贯穿整个海槽的大储层。由于深海河流沉积体系稳、远、大的特点,其注定成为世界深水油气勘探的主要目标。