浊流沉积研究的进展.docx

浊流沉积研究的进展 1 浊流沉积学研究的现状 地质中长期的成因、深水环境中存在的陆源粗碎屑的积累和无序层理的形成，一直被忽视。直到20世纪50年代，才发现了浊流及其理论。浊流理论的建立是沉积学界的一场革命,具有划时代的意义,它极大地改变了人们研究沉积岩传统的思想模式,大大地丰富了沉积学研究领域。半个多世纪以来,人们对浊流沉积的特征、成因机制、触发条件和分布规律等方面进行了深入的研究,取得了很大的进展,认识水平也有了长足的进步。时至今日,浊流沉积的研究,特别是浊积岩与油气关系的研究仍然是沉积学研究的热点。本文在参阅大量有关文献的基础上,拟对浊流沉积国内外研究现状进行简要回顾和展望。 2 浊流及其概念 2.1 浊流的分类 浊流(turbidity current)是沿水下斜坡或峡谷流动的,携带大量泥砂的高密度底流,是重力流的一种特殊形式,沉积物主要由流体湍流的向上的分力支撑。 Lowe(1979,1982)依据流体流变学(流体对塑性体)特征,认为浊流应为一种流体态流(fluidal flows)。同时,根据浊流中沉积物粒度、颗粒浓度和沉积物支撑机制将浊流分为3类:a.低密度浊流(Low density turbidity current),浊流中所含的沉积物颗粒粒度群多为细粒级的泥、粉砂、细砂和中砂,沉积物主要由湍流支撑而与颗粒浓度无关;b.砂质高密度浊流(Sandy high-density turbidity current),沉积物为含粗砂至细砾级,同时也含泥、粉砂和中细砂,支撑机制是湍流和阻碍沉降的力;c.砾质高密度浊流(Gravelly high density turbidity current),沉积物中含有细砾到巨砾,同时也还含有泥、粉砂和砂,因而各种支撑机制都有,但以分散应力和基质浮力为主,并且颗粒浓度要求较高,大于20%～30%时才稳定。 实际上Lowe的浊流中包含了全部沉积物重力流的支撑机制,所以,对于这一划分方案有些学者,如G. Shanmugam就提出了不同的看法,他认为,从流变学特征来看,高密度浊流实际上是一种碎屑流,因为它具有塑性流变学特征,而非浊流的流体流变学特征,它是一种介于粘性碎屑流与非粘性碎屑流之间的一种流体,因而他建议称高密度浊流为砂质碎屑流(Sandy debris flow)。 2.2 重力流的分类 随着科学技术的发展以及海洋和湖泊研究的深入,特别是通过大量的现代沉积、野外露头和岩心观察,以及水槽模拟实验,对浊流的流动机制和沉积作用有了许多新的认识,从而大大地充实了对深水浊流沉积的看法,使浊流概念发展成为沉积物重力流(Sediment gravity flow)的概念。 但是长期以来,关于沉积物重力流的划分方案一直存在争议,G.V.Middleton和M.A.Hampron(1973,1976)发表文章指出:沉积物重力流(Sediment gravity flow)是指沉积物或沉积物与水的混合物在重力作用下,顺斜坡运动形成流动,简称沉积物流,也称块体流。按支撑沉积物的颗粒机制的差异,可分为4类:a.浊流(Turbidity current):沉积物主要由流体湍流的向上的分力支撑;b.液化沉积物流(Liquefied or fluidized flows):沉积物由粒间逸出的向上运动的流体支撑;c.颗粒流(Grain flows):沉积物直接由颗粒与颗粒间的相互作用(碰撞或紧密靠近)所产生的分散应力支撑;d.碎屑流(Debris flows):沉积物中较粗颗粒由基质支撑,基质是较细的沉积物与孔隙内流体的混合物,它有一定的屈服强度。 Lowe(1979,1982)根据流体的流变学特征将沉积物重力流划分为流体流(fluidal flow)、液化流(liquified flow)和碎屑流(debris flow),前者表现为流体流变学特征,后者表现为塑性流变学特征,中间一类是兼具流体流变学特征和塑性流变学特征。Lowe又根据流体内沉积物颗粒的支撑机制将沉积物重力流细分为:a.浊流(turbidity current);b.流化流(fluidized flow);c.颗粒流(grain flow);d.泥流(mud flow)或粘性碎屑流(cohesive debris flow)。 在自然界中出现的沉积物重力流,常常包含一种以上的机制,在不同的阶段有不同的表现,即使经典浊积岩也不能简单地理解为单一的湍流支撑和悬浮作用,其下部的块状段也包含隙间流体的向上流动和颗粒碰撞产生的分散应力支撑,而在沉积的后期阶段还有牵引作用。而且这几类沉积物重力流在其流动过程中是可以互相转化的,最常出现的是向浊流转化,如碎屑流加水稀释、颗粒流加水和泥,液化流加水均可变成浊流,所以,这4类沉积物重力流中以浊流最普遍。因而