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)內波、內潮汐沉積第四節(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)經橫向搬運而形成的沉積，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波、內潮汐沉積。

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”的構成：

大多數情況下是液體，即水； 少數情況下是氣體，例如： 火山灰流 風成砂丘上的崩落

沉積物重力流理論的興起，是沉積學的一次大革命。在沉積物重力流中，以濁流及其沉積物研究的最早。這一理論的產生，經歷了很長的醞釀過程，是與傳統觀點進行長期斗爭才建立的。對濁流和重力流理論建立作出貢獻的人：

福里爾(Forel,1890)：比重流 戴利(Daly,1936)：侵蝕作用強的水下流 奎恩(Kuenen,1937)：水槽實驗 貝利(Bailey)：砂巖構造與沉積環(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。”鮑瑪(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)機制二、重力流形成的基本條件重力塊體的搬運類型（據Kruitetal，1975）

1、按照物質成分可分為：硅質碎屑重力流、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，伴隨有轉動，但很少發(fā)生內部形變非粘性沉積物由孔隙流體的逸出被迫向上運動來支撐，厚度?。?lt;10厘米），持續(xù)時間短塊體搬運作用力學性質搬運機制和沉積物的支撐機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，內部很少發(fā)生形變或轉動

由流體湍流支撐當松散堆積的構造破壞，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，基質支撐強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，要求陡的坡度根據力學性質劃分的塊體搬運類型（據Nardinetal.，1979）

粒徑范圍大，可含很粗礫石支撐機制：基質浮力和強度浮力基質強度（屈服強度）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

支撐機制：顆粒相互碰撞產生的分散壓力。因而顆粒流要求坡度陡。顆粒流在自然界中不太常見。顆粒流的結構構造：

塊狀無層理 反遞變 常見撕裂礫石 貧基質，常見亮晶膠結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：顆粒支撐構造：①碟狀構造（中~粗砂中） ②泄水管（中~粗砂中） ③包卷層理（細砂以下） ④砂巖巖脈：砂床、砂墻、注入構造 ⑤無遞變、部分遞變或正遞變液化流沉積的結構構造：

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

經典濁積巖，即低密度濁流沉積，其粒度較細，限于砂級；沉積構造規(guī)模較小，限于交錯紋理。而高密度濁流沉積的粒度可達中礫級，沉積構造的規(guī)模也可以很大。濁積巖的沉積構造主要有：濁積巖的結構構造（1）底痕：沖蝕痕與工具痕槽模 溝模 錐模（2）底痕：準同生載荷構造重荷模 火焰構造（3）粒度遞變層理分布遞變粗尾遞變以上三類沉積構造在高、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代海洋濁積扇形態(tài)進行調查的基礎上，結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層序2、海槽軸向搬運沉積模式在長形海槽盆地中，重力流進入盆地后沿軸向搬運和沉積。

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。可分為：①溝槽型；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（包卷層理、滑塌構造和重荷模等）。

4、有高密度流動的侵蝕痕—底面印模構造。

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、等深積巖的鑒別標志四、等深巖丘的發(fā)現與研究五、地層記錄中等深巖丘研究實例一、等深流的概念

等深流這一術語是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等人認為，等深流是由于地球旋轉的結果而形成的溫鹽環(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Stow,1994)

北大西洋海底盆地和環(huán)流樣式（據McCaveetal.，1986）南大西洋海底盆地和環(huán)流樣式(據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，但我國廣大沉積學工作者對古代等深流沉積進行了研究,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成分上、結構上，還是在沉積構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Stowetal.,1984)等深巖的分類等深流沉積的標準層序

我校學者在研究湘北九溪下奧陶統碳酸鹽等深巖時也發(fā)現了與Faugeres等描述的層序相類似的層序。鄂爾多斯西緣平涼中奧陶統碳酸鹽等深巖中還發(fā)現了完全由砂屑等深巖構成的復合層序。等深流沉積層序的水力學解釋

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

濁積巖等深巖三、等深積巖的鑒別標志

(1)產狀。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)牽引流沉積構造。

(6)與古地理的關系。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志。(7)生物擾動構造發(fā)育。(8)垂向沉積層序。一般具有獨特的垂向沉積層序。(9)與海平面變化的關系。主要發(fā)育于海平面上升時期。四、等深巖丘的發(fā)現與研究

大量的海洋學調查和研究還發(fā)現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)模可與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,長度一般為數十至數百公里,寬可達數十公里，高出周圍海底0.1km到1km以上，其堆積厚度局部可達2km以上。

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

1、湘北九溪下奧陶統等深巖丘2、甘肅平涼中奧陶統等深巖丘

3、阿拉伯克拉通大陸邊緣白堊系等深巖丘第三節(jié)內波、內潮汐沉積一、內波、內潮汐的概念二、內波、內潮汐沉積的特征三、內波、內潮汐沉積類型四、內波、內潮汐沉積模式五、研究實例一、內波和內潮汐的概念1、內波內波是一種水下波，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。

2、內潮汐：內潮汐是內波的一種重要類型,它的周期等于半日潮或日潮。內潮汐在海洋中普遍存在,而在深水區(qū)(一般水深超過200～250m)內潮汐表現得尤為明顯。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波與內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K.A.Eriksson教授在對美國阿巴拉契亞山脈中段芬卡斯爾(Fincastle)地區(qū)奧陶系進行研究時,才在地層記錄中鑒別出了該類沉積,并進行了系統研究,首次使用了內潮汐沉積(internal-tidedeposits)這一術語。1991年這項研究成果在美國地質學會刊物《GEOLOGY》上發(fā)表后引起了國際沉積學界的重視,自此開始了對這一新領域研究的熱潮。1、形成于深水環(huán)境2、具有特征的指向構造

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、缺乏生物擾動構造7、通常出現于海平面上升時期二、內波、內潮汐沉積的特征三、內波和內潮汐沉積的類型

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、鮞粒灰?guī)r（或砂質鮞?；?guī)r）型

5、脈狀、波狀、透鏡狀層理有孔蟲灰?guī)r型四、內潮汐沉積的模式

內潮汐和內波沉積廣泛發(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，其形成機制也有區(qū)別。根據現已發(fā)現的內潮汐沉積，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,此時內潮汐和內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潮汐和內波沉積。隨海平面上升,物源區(qū)逐漸遠離沉積區(qū),粗碎屑的注入受到抑制,這時內潮汐和內波得以改造細粒重力流沉積物。(1)水道型內波、內潮汐沉積模式

(2)陸坡非水道環(huán)境內潮汐沉積模式:在不發(fā)育海底水道的陸坡環(huán)境條件下,內潮汐流通常不像水道環(huán)境中那樣強,而是流速較低。在這種情況下,產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)海臺內潮汐沉積模式:深海、半深海中廣闊的海底平臺上也是內潮汐發(fā)育的較有利場所。由于海臺上地形平坦，阻力較小，內潮汐流可在較大范圍內保持一定的流速，從而可搬運細粒沉積物并形成內潮汐沉積。由于海臺上缺乏陸源碎屑物質，通常以碳酸鹽沉積為主，也可有硅質沉積物和火山碎屑沉積。五、研究實例

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