沉積巖石學論文

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沉積巖石學論文

——內波、內潮汐沉積

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日期： 2012020637 2013年1月10日

內波、內潮汐沉積

摘要：自20世紀90年代，內波、內潮汐沉積作為深水牽引流沉積研究中一個新的研究方向開始興起，此后在國內外現代水體和古代地質記錄中陸續發現或論證了大量的內波、內潮汐沉積，并對其沉積特征、沉積模式等進行了廣泛的探討和研究。本文從內波和內潮汐的基本概念、層序特征、形成特征、研究現狀及沉積作用方式等來進行論述。

關鍵字：內波；內潮汐；沉積特征；鑒別標志；沉積作用方式

就半深海、深海的沉積作用而言，濁流理論的提出可以作為海洋深水沉積學研究領域的一個里程碑；而另一種深水沉積類型的等深流及其沉積作用則成為了繼濁流理論之后深水沉積理論的又一重大突破。在一個多世紀以前，海洋學領域就不斷地發現在深部水體內部存在著一種波動，這種波動能夠引起深部水體的運動，研究表明它即不同于濁流，也有別于等深流。最終是高振中等將內波理論應用于沉積學領域，并提出“內潮汐沉積”這一術語，這可以說是深水沉積理論的再次飛躍。

1內波、內潮汐的基本概念

內波是存在于兩個不同密度的水層界面上或具有密度梯度的水體之內的水下波。在大多數海灣和湖泊中都可能有內波存在。內波的振幅、周期、傳播速度、深度的變化范圍都很大。內波的高度大者可超過百米，小的僅為厘米級。通常在深水處振幅大，而在淺水帶振幅小。內波的波長變化也很大，小的遠小于1m，大者則可超過數公里。由于內波的波長和振幅均可很大，能引起質點在縱向和橫向上長距離轉移，故內波是海水混合和搬運的重要營力。內波周期的變化范圍從不足1分鐘到長達數日或更長。

內潮汐是具有和半日潮或日潮相同周期的內波。大量海洋測量資料表明，在淺水帶各種不同周期的內波表現得都很強烈，但在海底測量記錄中不易識別內潮汐；而在較深水部位，短周期內波的影響大大減弱，而內潮汐則表現得相當明顯。通常，在潮差較大的地區，當水深大于250m時，雙向交替流動的周期趨近于半日潮或日潮，而在潮差小的地區，則需更大的深度才趨近于潮汐周期。

2內波、內潮汐沉積的成分、結構和構造

2.1成分特征

內波和內潮汐沉積通常是改造其他類型深水沉積的產物，如重力流沉積、深水原地沉積等。內波、內潮汐沉積的物質成分決定于它所改造的沉積物的成分，故既有陸源的，又有內源的，還可有火山碎屑物質。迄今所見者，以陸源組分為多。

（1）陸源物質：陸源組分主要來源于由濁流或其它重力流搬運至深水盆地的砂泥質和垂直降落沉積的粘土和粉砂質。

（2）內源物質：內源沉積物一碳酸鹽巖為主，次之為硅質和其它物質。

（3）火山碎屑物質：翁通爪哇海臺上的內潮汐沉積中，火山碎屑物質作為一種次要組分出現。

2.2結構特征

內波、內潮汐沉積的粒度以砂級為主，次為粉砂級，也可有泥級沉積物。顆粒形狀以次棱角狀至次圓狀為主，分選中等至好。以內源物質為主要成分的內波、內潮汐沉積，生物顆粒常為其重要的或只要的結構組分。這些生物組分的粒度。圓度和分選，既與生物本身特征有關，也與其搬運和沉積過程有關。

2.3沉積構造

內波、內潮汐沉積具有多種類型層理構造，其中以各種各樣的交錯紋理和交錯層最為普遍。

（1）交錯紋理：交錯紋理是內潮汐沉積最為重要的一種層理類型。

（2）脈狀層理、波狀層理和透鏡狀層理：是床沙載荷和懸浮載荷交替沉積的產物。

（3）板狀交錯層：低角度。

（4）平行紋理：成互層狀。

（5）波痕：內波、內潮汐沉積中的波痕是相當發育的，尤以不對稱的流水波痕常見。內潮汐流或內波引起的海底流動均為可形成流水波痕。

2.4內波、內潮汐沉積的層序特征

沉積層序是沉積環境、物源及其演化的函數。在內潮汐、內波作用控制下形成的沉積物其層序特征必然反映沉積時的水動力特點及周期性變化，故內潮汐。內波沉積的層序是有其內在規律的。現已識別出的該類沉積可歸納為三種基本層序模式。

（1）雙向遞變層序：該層序的基本特征是層序中部粒度最粗，向上向下均逐漸變細，反映水動力條件的弱-強-弱的變化。主要由砂級沉積物組成。

（2）單向遞變層序：該層序的特征是層序下部粒度最粗，向上逐漸變細，與上覆泥質沉積呈漸變過渡；底與下伏泥巖突變接觸，界線截然。其粒度為細砂和極細砂。

（3）對偶層雙向遞變層序：該層序的基本特征是砂、泥巖薄互層組成，其沉積特征由其沉積環境條件決定。

2.5內波、內潮汐形成條件

在深水海洋中內波、內潮汐作用是普遍存在的，只是強度不同而已。但是，并非在深水海洋各個部位、各個時期均能形成內波、內潮汐沉積，它們的形成受多種因素控制。影響內波、內潮汐沉積的主要因素包括海平面升降、海底地貌條件、表面潮差、深海風暴等因素，下面分別進行討論。

（1）海平面升降：海平面升降是影響內波、內潮汐沉積的主要因素之一。內波、內潮汐作用的強度通常不是很大，能搬運沉積物的粒度一般不超過中砂級，而且在多數情況下以細砂、極細砂為主。在低海平面時期，深水海洋中，特別是陸坡、陸隆地帶，粗屑重力流發育，內波、內潮汐作用通常難以對其進行有效的改造。而在高海平面時期，粗碎屑物質多被堆積于較為平坦的海岸線附近，很少有機會超越廣闊的陸架搬運至深海。此時深水海洋中的重力流沉積粒度較細，規模較少，平均沉積速率也較低，內波、內潮汐作用易于對其進行改造而形成內波、內潮汐沉積。

（2）海底地貌條件：海底地貌條件影響內波、內潮汐作用的強度和作用范圍。總體看來，在海底水道、溝槽或盆地之間通道處，內波。內潮汐作用較強，而影

響范疇較小；在平坦開闊地帶，內波、內潮汐作用較弱，而影響范圍較大。在平坦的陸坡、陸隆或海臺等地帶，若內波、內潮汐能量較小，不易搬運沉積物和形成該類沉積；而當能量較強時，則易形成典型的床沙載荷和懸浮載荷的頻繁交替沉積，常見砂、泥巖薄互層，脈狀、波狀、透鏡狀層理比較普遍。在海底水道等環境內，由于潮汐流局限于狹窄的水道內，流速可以較高，沉積物以砂級為主，泥質難以沉積，故常形成有一定厚度的連續的砂巖。

（3）潮差：內潮汐常由表面潮汐撞擊海底某些地貌形體而產生。因此，雖然內潮汐的相位與表面潮汐不同，而其周期是相同的，且其強度與表面潮汐的強度密切相關，即受表面潮汐潮差的影響。

（4）深海風暴：在深海風暴期間，正常的深海底流受到強烈的間歇流的作用，而大大增強或者反向流動，具有很強的侵蝕能力，形成懸浮沉積物高濃度的快速流動；而在風暴衰減期則導致底床發育和泥蓋層的快速沉積。由于深海風暴可使底流大大增強，在平時內波、內潮汐作用僅能搬運細粒沉積物的地方，在風暴期則可搬運粗粒的沉積物；在平時內波、內潮汐難以搬運沉積物的地方，風暴期或許有能力搬運并形成內波、內潮汐沉積物。深海風暴還可以影響其沉積構造的規模和指向沉積構造的方向。

3研究現狀

內波在海洋內部普遍發育，一般表現為內駐波和前進波兩種形式，前者在比較封閉的水體環境中比較容易形成，后者則易于發育于開闊水體。地質記錄及現代海洋中的內波沉積實例表明，在淺水區，內波的前進方向大多是向岸的，而內波沉積物卻大多表現為向海搬運；在海底峽谷內，向上坡方向傳播的內波，其沉積物搬運的總趨勢與內波的前進方向相反，即向下坡方向搬運。關于內波傳播方向和沉積物搬運方向的關系，LaFond的理論分析和Shep—ard等的實際資料也表明了同樣的觀點，即內波可以形成向傳播方向相反一側遷移的沉積構造。目前已發現的內波沉積體中也大多都發育有這種沉積構造。

在廣闊的海洋中，由于水體開闊，因而內波一般表現為前進波。前人研究認為，密度界面上行進內波的運動情況，在波峰處和波谷處水質點的運動方向是相反的，在密度界面之上，波谷處水的運動方向與內波傳播方向相同，波峰處水的運動方

向與內波傳播方向相反，而在密度界面之下，情況則相反，波峰之下水的運動方向與內波傳播方向相同，波谷之下則相反。由于內波引起的底流水平流速反比于密度界面距海底的高度，而且波谷相對于波峰更接近于海底，故波谷下方的流速較波峰下方的流速大，而波谷下方水流流向與內波傳播方向相反，故內波引起的優勢流動方向與內波傳播方向相反，因而沉積物搬運的總趨勢與內波的前進方向相反。

4內波、內潮汐沉積作用方式

在連續分層的流體介質內，內波是一種體波，波的群速度與波陣面法向垂直表明能量沿波陣面傳播；流體質點運動速度也是如此，所以內波是一種橫波。根據杭桂生對于水面波波形的研究以及前文述及的內波與表面波波動特征的可比性，本文運用一般意義上的波動理論對于內波、內潮汐的搬運和沉積作用做了初步探討。

圖1 密度界面上內波的運動及其對沉積物的影響（ρ2>ρ1）

A、B分別為時間to和to+n△t時的內波波形及相應的沉積物形態；

如圖1A所示，當內波在海水中傳播時，海水質點同時完成水平方向和垂直方向的同頻同幅簡諧振動，每個質點都在做勻角速度圓周運動；在勻角速運動過程中，每個海水質點在一個周期內的運動軌跡可以用經過位置1～9的曲線表示。顯然，當質點處于位置1～3之間時，質點的水平運動方向與內波的傳播方向相同；當質點處于位置3～7之間時，質點的水平運動方向與內波傳播方向相反；當質點處于位置7～9之間時，質點的水平運動方向再次同樣與內波傳播方向相同。由此可見，在一個波動周期中，內波在波谷處的作用時間要比波峰處略長一些，

也就是說內

波在前進過程中，海水質點向內波傳播方向的

http://http://salifelink.com/news/55707D13CFBA605C.html

反方向運動的趨勢略大一些，因而形成的優勢流流動方向與內波前進方向相反。當這種前進內波接近海底時，就會對海底沉積物產生侵蝕和搬運作用，這種侵蝕和搬運作用持續進行，最終會形成一種與內波波形相匹配的具有典型向內波傳播方向相反，一側遷移特征的大型沉積物波，如圖1B所示。

內潮汐是內波的一種特殊形式，是一種周期變化與日潮或半日潮相近的內波。研究表明，內潮汐還是內波的一種重要表現形式，內波沉積中的雙向(多向)沉積構造就是這種特殊形式內波作用的結果。

5研究的意義

海洋學調查的成果說明，內波在海洋內部普遍存在，海底峽谷、溝道和海底斜坡、平臺上均可以形成內波沉積。自20世紀90年代初期，高振中和K A Eriksson在美國阿巴拉契亞山脈中段芬卡斯爾(Fincastle)地區奧陶系進行研究時首次提出“內潮汐沉積”這一術語之后，眾多學者又先后在國內的塔里木盆地TZ30井、浙江桐廬、塔中地區、西秦嶺、楊家坪、以及國外的北大西洋洛克爾海槽東北部日本海中發育的富山深海水道等地區的古代地層中論證或發現了內波、內潮汐沉積，該類沉積體的一個典型特征就是易于發育反向交錯層理，即沉積物的搬運方向與內波的傳播方向相反；當內波傳播方向以一定的周期做相應變化時，即以內潮汐型式發育時，也可發育雙向(多項)交錯層理。波動理論能夠很好地解釋這種特殊的沉積構造。

研究表明，內波沉積物一般為細粒一極細粒巖屑石英雜砂巖、巖屑砂巖、粉砂巖、灰巖與深色泥巖、頁巖薄互層，其中砂質沉積物大部分都經歷了較長時間的箕選和淘洗作用，分選和磨圓都很好，結構成熟度相當高，儲集物性相當好。另外內波沉積物中的砂巖和灰巖沉積體一般能與深水泥巖、頁巖具有良好的空間配置，可以形成極好的生、儲、蓋組合。且大尺度內波單獨作用或內波與其他底流共同作用時，具有形成大型沉積體的可能性，因而可以形成大型的油氣儲集體。所以說內波沉積體的識別具有重要的油氣勘探意義。

由此可見，研究內波、內潮汐沉積作用方式，對于識別現代海洋和古代地質記錄中的內波、內潮汐沉積均具有非常重要的意義，同時，對于今后尋找新的油氣

儲集體——內波、內潮汐沉積體也是非常有益的。

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