濁流沉積模式與濁積巖的關(guān)系

濁流沉積模式與濁積巖的關(guān)系

沉積地質(zhì)學(xué)的發(fā)展始于均變論，強(qiáng)調(diào)了沉積物（層）的節(jié)奏和旋轉(zhuǎn)性。以Kuenen等發(fā)表的“粒序?qū)永碛蓾崃餍纬伞币晃臑殚_端,人們越來越重視事件沉積的研究[2~4],其中,主要包括碎屑流與濁流的深水沉積物重力流沉積是近年來沉積學(xué)研究的主要進(jìn)展之一。目前全球部分油氣勘探也與深海沉積有一定的關(guān)系,并在南美巴西、中美墨西哥灣和西非3個國家或地區(qū)形成了深海盆地油氣勘探中心。我國的深水沉積物重力流沉積研究近年來也取得了較大進(jìn)展,尤其是鄂爾多斯盆地[6~9]和珠江口盆地[10~14]等。筆者在渤海灣盆地東濮凹陷古近系沙河街組鹽巖沉積和二連盆地白音查干凹陷下白堊統(tǒng)沉積研究中,也發(fā)現(xiàn)有深水沉積物重力流沉積。沉積物重力流的分類主要是基于流變學(xué)、沉積物支撐機(jī)制、流變學(xué)和沉積物支撐機(jī)制。其中,Middleton等的分類方案影響較大,其按不同的沉積物支撐機(jī)制將水下沉積物重力流分為4類:以基質(zhì)強(qiáng)度支撐為主的碎屑流,以顆粒間相互作用支撐為主的顆粒流,以向上運(yùn)動的流體所產(chǎn)生的孔隙壓力支撐為主的液化沉積物流和以流體湍流支撐為主的濁流。Shanmugam進(jìn)一步提出了砂質(zhì)碎屑流和泥質(zhì)碎屑流的概念(圖1),其中,砂質(zhì)碎屑流代表一個從黏性的泥質(zhì)碎屑流至無黏性的松散顆粒流之間的連續(xù)過程系列,其以中—高的顆粒/碎屑濃度、低—中等的泥質(zhì)含量和缺乏湍流為特征。由于沉積物重力流中的顆粒流和液化沉積物流在地質(zhì)歷史時期的實(shí)例少、沉積體積小和應(yīng)用價值不高故不受關(guān)注,而碎屑流(特別是砂質(zhì)碎屑流)和濁流及其沉積則是爭論的主題。碎屑流與濁流的流體性質(zhì)及沉積特征的深入研究不僅對深水油氣勘探具有重大而迫切的現(xiàn)實(shí)意義,而且也將極大地豐富和發(fā)展沉積學(xué)理論。1濁流概念的擴(kuò)通過對法國南部阿爾卑斯山脈Maritime地區(qū)1061層Annot砂巖的研究,Bouma建立了濁流垂向沉積構(gòu)造的標(biāo)準(zhǔn)序列,稱為鮑馬序列。鮑馬序列代表濁流沉積的一個解釋性沉積模式,被認(rèn)為是單一濁流事件的產(chǎn)物。但在建立經(jīng)典鮑馬序列的1061層Annot砂巖層中,大多數(shù)所發(fā)育的鮑馬序列并不完整,具完整鮑馬序列的層不到10%,而且在這些被描述為正粒序的深水砂巖層的底部出現(xiàn)逆粒序、中部出現(xiàn)漂浮的鑲邊泥球(armouredmudballs)和泥巖碎屑等,但Bouma忽略了這些重要特征,沒將它作為鮑馬序列的一部分。到目前為止,沒人能夠在實(shí)驗(yàn)室中從單一濁流(具牛頓流變性質(zhì)和紊亂(turbulent)流動狀態(tài))的沉積中得到完整的鮑馬序列,許多人也對“鮑馬序列”的濁流沉積解釋模式的有效性提出了質(zhì)疑。在濁流和鮑馬序列濁積巖沉積模式解釋基礎(chǔ)上,Normark通過對加利福尼亞海岸SanLucas扇和Navy扇等的研究,提出了首個廣泛使用的現(xiàn)代海底扇模式;Mutti等通過對意大利和西班牙的野外露頭研究,提出了古代海底扇模式,使得有水道的海底扇概念和在下扇環(huán)境的沉積葉狀體的概念流行起來;Walker綜合了現(xiàn)代扇模式的主要單元和古代扇模式的相概念,提出了一個綜合扇模式,綜合扇模式在油氣勘探中影響較大。受濁流沉積模式(即鮑馬序列和濁積扇模式)的驅(qū)動,以及濁積巖思維定勢(theturbiditemindset)的影響,人們對濁流的認(rèn)識自1970s逐漸發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。不同于1950s~1960s認(rèn)為的濁流是水下、具紊亂流動狀態(tài)、逐漸減速、懸浮搬運(yùn)和牛頓流變性質(zhì),其沉積為具正粒序?qū)永淼牟桓蓛羯皫r的認(rèn)識[33,38,39,40,41,42,43],1980s~1990s認(rèn)為濁流是水上、具層流狀態(tài)[44~47]、逐漸加速、床底搬運(yùn)和塑性流變性質(zhì),其沉積為具塊狀層理或逆粒序?qū)永淼母蓛羯皫r。Shanmugam等認(rèn)為這種對濁流沉積認(rèn)識轉(zhuǎn)變的原因是誤將干凈的塊狀砂質(zhì)碎屑流沉積當(dāng)作濁流沉積了,并通過對第三紀(jì)英國北海盆底扇、挪威海白堊紀(jì)、尼日利亞海岸的上新世、赤道幾內(nèi)亞海岸的上新世、加蓬海岸的白堊紀(jì)和墨西哥灣的上新世—更新世,以及阿肯色州和俄克拉荷州的沃西托山脈的賓夕法尼亞Jackford群等6402m深水沉積砂巖的巖芯和365m深水沉積砂巖的野外露頭的詳細(xì)觀察,將前人解釋這些地區(qū)全為深水濁流沉積的砂巖重新解釋為砂質(zhì)碎屑流和滑塌等塊狀流以及底流沉積,并認(rèn)為濁流沉積的砂巖在這些地區(qū)的深水沉積砂巖中占不到1%。早期,濁積巖被認(rèn)為只是濁流的沉積產(chǎn)物,嚴(yán)格指從呈紊亂流動狀態(tài)和懸浮搬運(yùn)的濁流中的沉積,發(fā)育正粒序。后來,濁積巖的范圍逐漸擴(kuò)大了,雖然有Mutti將碎屑流和濁流沉積解釋為濁積巖,Kneller將碎屑流和等深流沉積解釋為濁積巖,Mutti等將所有沉積物重力流(包括碎屑流、顆粒流、液化沉積物流和濁流)沉積都定義為濁積巖,但這些將非濁流名稱流體的沉積解釋為濁積巖的作法并不是濁積巖范圍擴(kuò)大的主要原因,濁積巖范圍的擴(kuò)大主要是通過對濁流概念的擴(kuò)大來實(shí)現(xiàn)的,從而使得濁積巖的命名更“名正言順”。濁流概念的擴(kuò)大主要通過2種途徑:一是“高密度濁流”術(shù)語的引入和使用,另一種是將水下濁流類比于陸上河流。(1)“高密度濁流”“高密度濁流”術(shù)語的產(chǎn)生是基于Kuenen的分層流體(即上部為紊流段和下部為層流段)的實(shí)驗(yàn)。前人關(guān)于“高密度濁流”的定義主要是基于流體密度或顆粒濃度、驅(qū)動力、顆粒大小和流體速度等。但從流變學(xué)特征、流動狀態(tài)和主要沉積物支撐機(jī)制等來看,這些定義相互并不一致,即沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來認(rèn)識“高密度濁流”,從而導(dǎo)致了目前過剩的34個“高密度濁流”的同義語,如Fluxoturbiditycurrent,Avalanchingflow和Flowslide等,這些名稱或只代表密度分層流體底部的層流段,或代表整個密度分層流體。實(shí)際上,“高密度濁流”并不是真正意義上的濁流,前人關(guān)于“高密度濁流”實(shí)驗(yàn)的流體也不是真正的濁流,其中,Kuenen的“高密度濁流”是碎屑流(即泥流),Middleton的“高密度濁流”滿足Dott所有碎屑流的標(biāo)準(zhǔn),Postma等的“高密度濁流”則是碎屑流和濁流的綜合,Arnoot等實(shí)驗(yàn)流體中的沉積物并不是呈懸浮狀態(tài)搬運(yùn)的,其濁流性質(zhì)也受到質(zhì)疑。“高密度濁流”術(shù)語的引入和使用相應(yīng)地也導(dǎo)致了一批特殊的包括碎屑流和其他深水流體(如濁流和底流等)沉積的過剩的濁積巖的術(shù)語,如砂崩沉積的滑塌濁積巖(fluxoturbidites),滑塌、碎屑流和砂流沉積的非典型濁積巖和問題濁積巖(atypicalturbiditesandproblematicturbidites),大規(guī)模塊體流沉積的地震濁積巖(seimoturbidites),碎屑流沉積的巨濁積巖(megaturbidites),砂質(zhì)碎屑流沉積的高密度砂質(zhì)濁積巖(high-concentrationsandyturbidites)等。顯然,正是通過“高密度濁流”術(shù)語的引入和使用擴(kuò)大了濁流的概念,并進(jìn)一步造成濁積巖范圍的擴(kuò)大,即任何深水厚層塊狀砂巖(即鮑馬序列的TA段)都能被解釋為某種濁積巖,而不論其流變學(xué)特征和沉積物支撐機(jī)制如何。(2)水下濁流與陸上河流的類比為了將深水具牽引沉積構(gòu)造的砂體(即鮑馬序列的Tb,Tc,Td段)解釋為濁積巖,人們將僅發(fā)生在水下的濁流類比于陸上的河流[22,50,72,78,79,80],以適于鮑馬序列和濁積扇模式的濁流沉積成因解釋。牽引沉積構(gòu)造的形成需要水動力平衡條件的確立,水槽試驗(yàn)的床沙形體都是在平衡條件下形成的,而自然界的濁流都是在能量逐漸衰減、速度逐漸降低的情況下開始沉積的,其永遠(yuǎn)也達(dá)不到平衡狀態(tài)。水槽試驗(yàn)中觀察到的沉積構(gòu)造都是在牽引或底載荷搬運(yùn)條件下形成的,它們只對陸上發(fā)育的沖積河道沉積有意義,而與水下環(huán)境形成的濁流沉積不同。所以,借助水槽試驗(yàn),進(jìn)而將水下濁流與陸上河流進(jìn)行類比的觀點(diǎn)是錯誤的。實(shí)際上,盡管水下濁流和陸上河流都具有牛頓流變性質(zhì)和紊亂流動狀態(tài),但其沉積物的主要搬運(yùn)機(jī)制不同。河流是流體重力流(fluid-gravityflows),即牽引流,主要是通過底載荷搬運(yùn)沉積物,驅(qū)使沉積物顆粒移動的主要動力是由流體的重力作用于顆粒上而產(chǎn)生的推力(即牽引力);而濁流是沉積物重力流(sediment-gravityflows),其主要是通過懸浮搬運(yùn)沉積物,驅(qū)使沉積物顆粒移動的主要動力是顆粒自身的重力,兩者有本質(zhì)的區(qū)別。總之,自1990s以來,重新評價和拋棄濁積扇模式,重新將深水厚層“濁積”砂解釋為砂質(zhì)碎屑流的沉積物,關(guān)于“高密度濁流”的爭論,砂質(zhì)碎屑流的實(shí)驗(yàn)和關(guān)于地震幾何學(xué)對沉積相意義的深思充滿了沉積學(xué)界。2流量特征2.1流體的流變性質(zhì)流變學(xué)研究的是流體和固體形態(tài)物質(zhì)的流動和變形特征,即剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間的關(guān)系。流變特征是流體的基本特征,所有流體在流變學(xué)上可分為牛頓流體和非牛頓流體兩大類,凡服從內(nèi)摩擦定理的稱為牛頓流體,而不服從內(nèi)摩擦定理的稱為非牛頓流體。所謂服從內(nèi)摩擦定理是指在溫度不變的條件下,隨著流速梯度(或稱剪切變形率)的變化,其動力黏滯系數(shù)始終保持一常數(shù),即在任意小的外力作用下即能流動的流體,剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間滿足線性關(guān)系;而非牛頓流體或者剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不滿足線性關(guān)系(如擬塑性流體和膨脹性流體),或者具有一定的屈服強(qiáng)度,當(dāng)外力大于其屈服力時,才開始像牛頓流體一樣流動(如塑性流體,或稱賓漢流體)。流體的流變性質(zhì)主要由其沉積物濃度所決定,與其所搬運(yùn)顆粒的大小及其物理化學(xué)特性相關(guān)較小。濁流的沉積物濃度較低(一般為1%~23%體積濃度),而碎屑流中沉積物濃度一般較高,其中,砂質(zhì)碎屑流體積濃度為25%~95%,泥質(zhì)碎屑流體積濃度為50%~90%。牛頓流體和非牛頓流體的邊界體積濃度值一般為20%~25%。碎屑流的最佳擬合流變模式是賓漢(Bingham)模式,即碎屑流是一種具有塑性流變或非牛頓流變性質(zhì)的流體,呈層流流動狀態(tài);而濁流具牛頓流變模式,呈完全的紊亂流動狀態(tài)。2.2碎屑流的支撐機(jī)制傳統(tǒng)上濁流的定義主要是基于流體流變學(xué)、流動狀態(tài)和沉積物支撐機(jī)制。認(rèn)為濁流是一種具牛頓流變性質(zhì)和紊亂流動狀態(tài)的沉積物重力流,其主要的沉積物支撐機(jī)制是流體湍流向上的分力。Middleton等認(rèn)為碎屑流是較大顆粒由基質(zhì)強(qiáng)度(即黏土—水基質(zhì)的內(nèi)聚強(qiáng)度)支撐的沉積物重力流,為了強(qiáng)調(diào)與其他沉積物重力流的區(qū)別,稱這種典型的、理想的碎屑流為“真正的碎屑流”;Lower認(rèn)為碎屑流是被泥質(zhì)—水基質(zhì)的內(nèi)聚力和浮力支撐的一種沉積物重力流,強(qiáng)調(diào)了基質(zhì)的浮力作用;Middleton和Shanmugam認(rèn)為碎屑流中沉積物是靠基質(zhì)強(qiáng)度(黏土—水基質(zhì)的內(nèi)聚強(qiáng)度)、分散壓力(由顆粒碰撞產(chǎn)生的摩擦強(qiáng)度)和上浮力(由水和細(xì)粒物質(zhì)混合產(chǎn)生)支撐的;王德坪通過對渤海灣盆地東營凹陷古近系沙河街組中碎屑流沉積的研究,認(rèn)為雖然浮力的支撐作用對于陸上的泥石流較重要,但對水下碎屑流并不重要。并進(jìn)一步對黏土—水基質(zhì)的作用進(jìn)行了深入探討,認(rèn)為在泥流和“真正的碎屑流”中,黏土—水基質(zhì)起了結(jié)構(gòu)意義上的基質(zhì)作用,表現(xiàn)為內(nèi)聚強(qiáng)度;而在黏土含量少、只在顆粒接觸處存在的砂質(zhì)碎屑流中,黏土—水基質(zhì)起了成分意義上的基質(zhì)作用,表現(xiàn)為黏附強(qiáng)度。試驗(yàn)也表明,顆粒支撐的碎屑流沉積中的黏土重量含量低至2%甚至0.5%,或泥基(黏土+水基質(zhì))體積含量低至5%,也足以起到潤滑碎屑流中的顆粒以防止摩擦鎖定(frictionallocking)的作用,并能提供碎屑流自身的流體強(qiáng)度(strengthoftheflow)。實(shí)質(zhì)上,碎屑流中沉積物的支撐機(jī)制主要由其塑性流變性質(zhì)所決定,與其所具有的屈服強(qiáng)度直接相關(guān)。一方面是黏土—水基質(zhì)所產(chǎn)生的基質(zhì)強(qiáng)度(包括內(nèi)聚強(qiáng)度和黏附強(qiáng)度);另一方面是由顆粒碰撞所產(chǎn)生的摩擦強(qiáng)度。具體可體現(xiàn)在庫侖公式κ=c+δtanφ中。其中,κ表示碎屑流的屈服強(qiáng)度,c表示黏土—水的基質(zhì)強(qiáng)度,δtanφ表示碎屑流中顆粒之間的摩擦強(qiáng)度(δ表示沉積物所承受的正壓力,φ表示摩擦角)。3深水砂巖成因巖石記錄中所保存的沉積特征只能用于推斷沉積物在沉積之前最后很短時間內(nèi)的流動機(jī)理,而流體在搬運(yùn)過程中發(fā)生轉(zhuǎn)變的證據(jù)不能保存在最后的沉積物中,即巖石記錄不能直接揭示任何沉積物的遷移機(jī)理,也沒有確定的標(biāo)準(zhǔn)從沉積記錄中辨識其搬運(yùn)機(jī)制[15,17,19,20,26,43,71,100,101]。實(shí)際上,沉積過程和搬運(yùn)過程常常并不是同一流體所為,將底部含有槽模和沖刷面的深水砂巖解釋為濁積巖就值得懷疑。因小規(guī)模的沖刷面和槽模可由紊亂流動狀態(tài)的流體產(chǎn)生,但這并不意味著沖刷面之上的砂就是從產(chǎn)生該沖刷面的流體中沉積的,沖刷面可由呈紊亂流動狀態(tài)的流體產(chǎn)生而后來被碎屑流或其他過程充填,現(xiàn)代未充填的海底水道和峽谷就是很好的例證。另外,沖刷面也可以由濁流外的其他過程產(chǎn)生,如等深流和其他底流。所以,深水砂巖成因的解釋應(yīng)根據(jù)其內(nèi)部沉積特征,而不應(yīng)根據(jù)砂巖底部的侵蝕接觸來判斷。濁流和碎屑流都是深水沉積物重力流,特別是碎屑流是由未固結(jié)的沉積物再次搬運(yùn)形成的,深水沉積背景是識別碎屑流沉積的前提條件,只有在上下層位均為深水沉積的條件下,其沉積才可能被解釋為碎屑流成因,僅由砂巖本身的特征并不能充分說明碎屑流沉積的存在。3.1節(jié)奏累積結(jié)構(gòu)的性能3.1.1正粒序特征和上部漸變的接觸關(guān)系濁流的沉積是在其能量不斷降低、流速不斷減小的情況下,通過懸浮沉積物的逐粒降落產(chǎn)生的,粗?！?xì)粒部分在沉積期間依各自的降落速度分別沉降,所以,其沉積具有正粒序特征和上部漸變的接觸關(guān)系。正粒序指示了沉積流體的牛頓流變性質(zhì)和紊亂流動狀態(tài),是解釋濁流沉積最可靠的標(biāo)準(zhǔn)。正粒序的概念針對的是單一濁流事件的沉積,正粒序和單個濁流事件沉積之間的聯(lián)系在過程沉積學(xué)中是最重要的概念,這被許多學(xué)者所采用。將正粒序應(yīng)用于由多個砂巖層和泥巖層組成的、代表多個沉積事件的混合單元是錯誤的。另外,由于濁流呈紊亂流動狀態(tài),有侵蝕性,特別是在濁流加速階段侵蝕性更強(qiáng),所以,突變或侵蝕的底、正粒序、漸變的頂是濁流沉積的典型沉積韻律結(jié)構(gòu)特征。3.1.2流體結(jié)構(gòu)特征克服碎屑流屈服強(qiáng)度的外力主要是碎屑流自身重力沿其底面方向向下的分力。所以,自上而下碎屑流各部分所受的外力是逐漸增大的。理論上,碎屑流必須具有一定的厚度才能使其下部受到的剪切力大于其屈服力而發(fā)生流動。在碎屑流上部,由于所受到的剪切力小于其屈服力,沉積物整體以同一速度呈固態(tài)運(yùn)動,可視作“剛體”,稱作“剛性”筏,在“剛性”筏之下,碎屑流因受到的外力大于其屈服力而發(fā)生流動。因此,碎屑流沉積一般應(yīng)具有上、下兩層韻律結(jié)構(gòu)特征,即上部為“剛性”筏流段,下部為層流段(圖2)。筏流段以發(fā)育塊狀層理為主,層流段以發(fā)育平行碎屑結(jié)構(gòu)(planarclastfabrics)或“似平行層理”為典型特征,表明沉積物沉積時流體的流動狀態(tài)是層流而不是紊流,尤其是易碎的頁巖碎屑的保存更指示了層流的存在。碎屑流的屈服強(qiáng)度隨其泥質(zhì)含量和陸源碎屑顆粒的大小等而變化,其韻律結(jié)構(gòu)特征也發(fā)生有規(guī)律的變化。泥質(zhì)含量少(少于10%左右)和陸源碎屑顆粒粗(以細(xì)砂為主)的砂質(zhì)碎屑流的屈服強(qiáng)度高,以形成典型的“剛性”筏流段為主,而層流段僅表現(xiàn)為“剛性”筏流段底部的一個滑動面或剪切帶,且在下伏地層中牽引出很薄的滑動帶;粉砂質(zhì)碎屑流的屈服強(qiáng)度相對較低,層流段發(fā)育,且可同時有“剛性”筏流段存在,從而可形成完整的碎屑流的兩層韻律結(jié)構(gòu);而泥質(zhì)碎屑流的屈服強(qiáng)度最低,以層流段為主,“剛性”筏流段不發(fā)育。此外,碎屑流經(jīng)常受其周圍流體的稀釋改造,隨著碎屑流中基質(zhì)含量的減少和水含量的增加,其流體強(qiáng)度逐漸降低而流動性逐漸增加(圖3),強(qiáng)碎屑流變?yōu)橹小跛樾剂?甚至濁流。水槽試驗(yàn)表明,弱砂質(zhì)碎屑流沉積發(fā)育正粒序,而強(qiáng)砂質(zhì)碎屑流沉積發(fā)育逆粒序。逆粒序的形成可歸于包括分散壓力、上浮力、基質(zhì)強(qiáng)度及有阻礙沉降等在內(nèi)的多種機(jī)制。當(dāng)碎屑流經(jīng)周圍流體整體稀釋改造且改造不徹底時,其流體強(qiáng)度總體上自下而上可表現(xiàn)為由強(qiáng)到弱的變化趨勢,從而形成自下而上的逆—正粒序沉積韻律結(jié)構(gòu)而不是上部發(fā)育筏流段下部發(fā)育層流段的韻律結(jié)構(gòu),其中發(fā)育有呈漂浮狀的石英顆粒、泥質(zhì)撕裂屑、鑲邊泥球以及碎屑顆粒聚集體(pocketsofgravels)等,與濁流形成的單一的不發(fā)育漂浮碎屑顆粒的正粒序有明顯的區(qū)別。在逆—正粒序沉積韻律之下,為碎屑流剪切引起的剪切變形帶,變形構(gòu)造發(fā)育;之上,發(fā)育具平行層理、沙紋層理等牽引沉積構(gòu)造的牽引流(或底流)沉積。Annot砂巖的第5,7,8,12A,12B,12C等單元層所發(fā)育的逆—正粒序的韻律結(jié)構(gòu)中,其底部的逆粒序可歸結(jié)為強(qiáng)碎屑流沉積,而中上部的正粒序可歸結(jié)為中—弱碎屑流沉積。3.2旋流礦細(xì)粒砂體沉降型碎屑流具塑性流變性質(zhì)和多種沉積物復(fù)合支撐機(jī)制,能搬運(yùn)各種粒度的碎屑顆粒,其沉積物的粒度(泥—砂—礫)變化范圍也較大,且碎屑流是通過凍結(jié)(freezing)方式整體沉降的,所以,比重、粒度、形狀和硬度相差較大的石英顆粒和泥質(zhì)撕裂屑等碎屑顆粒能混雜地漂浮于泥—砂中,而不存在水力學(xué)的分選和磨圓問題。濁流具牛頓流變性質(zhì)和單一的湍流支撐機(jī)制,沉積物呈懸浮狀態(tài)被搬運(yùn),只能搬運(yùn)以泥—粉砂為主的細(xì)粒沉積物,沉積物通過無阻礙沉降形成單一的正粒序?yàn)榈湫吞卣?其中不會出現(xiàn)漂浮的石英顆粒和泥質(zhì)撕裂屑等碎屑顆粒。所以,碎屑流和濁流的沉積除了顯著的粒度差別外,漂浮的石英顆粒及泥質(zhì)撕裂屑等碎屑顆粒的存在是碎屑流沉積區(qū)別于濁流沉積最典型的巖石結(jié)構(gòu)特征。3.2.1從深水和泥中漂浮的礫石中運(yùn)動軌跡細(xì)粒塊狀砂巖中漂浮的石英礫石和小顆?？捎糜谕茢嗥淞黧w具有一定的強(qiáng)度,因在具一定流體強(qiáng)度的碎屑流的任何部位都有能力支撐和搬運(yùn)任何大小和重量的顆粒。即從深水砂(礫石砂)和泥(礫石泥)中漂浮的礫石和小顆粒中可推斷流體的塑性流變性質(zhì),即使一個砂巖單元中僅包含一點(diǎn)漂浮的石英礫石,也提供了一個關(guān)于流體性質(zhì)和沉積機(jī)制的重要信息。但需要注意的是,在河流成因具交錯層理的砂巖中也經(jīng)常出現(xiàn)孤立漂浮的卵石和碎屑,但不發(fā)育正粒序。其成因主要是河流為牽引流,其主要的搬運(yùn)方式是牽引(底負(fù)載)搬運(yùn),顆粒的大小在底負(fù)載搬運(yùn)過程中并不起主要作用。這與塊狀碎屑流砂巖的層流流動狀態(tài)及整體凍結(jié)的沉積方式有本質(zhì)的區(qū)別。3.2.2泥質(zhì)撕裂屑和砂層泥質(zhì)撕裂屑是盆地內(nèi)準(zhǔn)同生期形成的塑性碎屑,是碎屑流最典型的沉積特征之一。漂浮的泥質(zhì)碎屑可在塊狀砂巖頂部附近聚集,呈逆粒序,也可出現(xiàn)在塊狀砂巖的中部。漂浮的泥質(zhì)碎屑可用以推測碎屑流具有一定的流體強(qiáng)度和上浮力,以及整體凍結(jié)的沉積方式。漂浮的泥巖碎屑可能來自鄰近陡峭水道壁的垮塌[26~28],如加利福尼亞海岸的LaJolla海底扇峽谷碎屑流中的泥巖碎屑就是從陡峭的水道壁垮塌下來并沿峽谷軸向向下通過滑移和滑塌移動的。將漂浮的泥質(zhì)碎屑的來源歸結(jié)于濁流的侵蝕作用不合理,因質(zhì)軟的泥質(zhì)碎屑在呈紊亂流動狀態(tài)的濁流中會發(fā)生崩解。碎屑流沉積中發(fā)育的泥質(zhì)撕裂屑可分為不規(guī)則狀和長條狀兩類。不規(guī)則狀泥質(zhì)撕裂屑主要分布于碎屑流上部的“剛性”筏流段,主要見于砂質(zhì)碎屑流沉積中;而長條狀的泥質(zhì)撕裂屑主要分布于碎屑流下部的層流段,主要見于粉砂質(zhì)和泥質(zhì)碎屑流沉積中。(1)不規(guī)則狀泥質(zhì)撕裂屑。根據(jù)實(shí)驗(yàn),泥質(zhì)沉積物不存在摩擦強(qiáng)度(即摩擦角為0),即其屈服強(qiáng)度與正壓力無關(guān),只取決于其內(nèi)聚力,可視為定值;而潔凈的砂質(zhì)沉積物不存在由黏土—水基質(zhì)產(chǎn)生的內(nèi)聚力,其屈服強(qiáng)度取決于顆粒間的摩擦力。一般情況下,碎屑流中砂質(zhì)沉積物的屈服強(qiáng)度至少是泥質(zhì)沉積物的6~12倍。由于屈服強(qiáng)度的這種顯著差別,在外部剪應(yīng)力還遠(yuǎn)小于砂質(zhì)沉積物的屈服強(qiáng)度時,其中的泥質(zhì)碎屑即發(fā)生變形,而砂質(zhì)沉積物則構(gòu)成了泥質(zhì)碎屑變形的限制條件,可產(chǎn)生沿長軸褶皺、彎曲或在端部產(chǎn)生拉長成尖角狀或細(xì)刺狀的局部變形,但內(nèi)部紋層和外部輪廓的受力方向是一致的,并與砂質(zhì)介質(zhì)的變形相協(xié)調(diào),顯示出沉積物具有一定的強(qiáng)度及剪應(yīng)力的存在。(2)長條狀泥質(zhì)撕裂屑。呈細(xì)礫和砂級大小的泥屑被高度“撕裂”,兩端具撕裂茬或成尖滅狀,絕大多數(shù)相當(dāng)平直且平行層面,形成“泥質(zhì)紋層”。這些特點(diǎn)與碎屑流的層流段中剪應(yīng)力增強(qiáng)、層流發(fā)育相對應(yīng),是在流動中被介質(zhì)撕裂而成。相應(yīng)于長條狀泥質(zhì)撕裂屑,層流段中還發(fā)育有砂質(zhì)或粉砂質(zhì)撕裂屑,形成“砂屑紋層”。這些“紋層”構(gòu)成了碎屑流層流段沉積特征的平行碎屑結(jié)構(gòu)或“似平行層理”。其成因主要是以層流形式運(yùn)動的砂質(zhì)碎屑流層流段在流動過程中由于分異作用或沉積物在沉積后沿破裂面滑動造成的。3.3單次碎屑流shanmippi扇經(jīng)典的具水道和朵葉體的濁積扇模式是專為濁流設(shè)計的,適用于具光滑盆底的坡底環(huán)境(base-of-slopesettings),在這里水道能伸展出去,可在廣闊平坦的盆底形成由濁流沉積組成的沉積朵葉體,平面上呈席狀幾何形態(tài),剖面上,水道砂體呈孤立透鏡體,沉積葉狀體呈厚層塊狀。但在現(xiàn)代海洋中,可觀察到塊體搬運(yùn)過程(滑移、滑塌和碎屑流等)[124~128],而很少見到濁流,且在實(shí)際的巖石記錄中,具典型濁積巖特征的正粒序?qū)右埠苌佟Ｌ貏e是基于地震剖面上平行連續(xù)的反射特征,現(xiàn)代Mississippi扇的外扇區(qū)通常被認(rèn)為是具席狀幾何形態(tài)的濁積扇,但SeaMARC1A旁側(cè)聲納資料和取自Mississippi扇外扇“沉積葉狀體”的巖芯資料表明,Mississippi扇末端并不是人們想象的席狀,而是樹枝狀的水道,且大部分充填的是碎屑流沉積,盡管也有濁流沉積存在,但不占主導(dǎo)地位。Shanmugam認(rèn)為這意味著自然界中真正的濁流沉積很少,我國學(xué)者的研究也支持深水沉積中碎屑流沉積相對于濁流沉積的主導(dǎo)地位。于是,人們開始思考碎屑流等塊狀流體的沉積模式,并建議廢棄“濁積扇”的概念而用“深海扇”、“海底扇”或“深水扇”等。不同于人們關(guān)于斜坡只是沉積物路過而不沉積的地區(qū)的認(rèn)識,以Shanmugam提出的碎屑流沉積的斜坡模式(slopemodel)認(rèn)為碎屑流主要沉積于斜坡環(huán)境(圖4)。由于水下碎屑流底部產(chǎn)生的滑水作用(hydroplaning)可極大地減小其底部的拖拽,使碎屑流可在較緩的坡度上運(yùn)移數(shù)百公里,所以,碎屑流主導(dǎo)的斜坡沉積模式也