沉积岩石学论文

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沉积岩石学论文

——内波、内潮汐沉积

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日期： 2012020637 2013年1月10日

内波、内潮汐沉积

摘要：自20世纪90年代，内波、内潮汐沉积作为深水牵引流沉积研究中一个新的研究方向开始兴起，此后在国内外现代水体和古代地质记录中陆续发现或论证了大量的内波、内潮汐沉积，并对其沉积特征、沉积模式等进行了广泛的探讨和研究。本文从内波和内潮汐的基本概念、层序特征、形成特征、研究现状及沉积作用方式等来进行论述。

关键字：内波；内潮汐；沉积特征；鉴别标志；沉积作用方式

就半深海、深海的沉积作用而言，浊流理论的提出可以作为海洋深水沉积学研究领域的一个里程碑；而另一种深水沉积类型的等深流及其沉积作用则成为了继浊流理论之后深水沉积理论的又一重大突破。在一个多世纪以前，海洋学领域就不断地发现在深部水体内部存在着一种波动，这种波动能够引起深部水体的运动，研究表明它即不同于浊流，也有别于等深流。最终是高振中等将内波理论应用于沉积学领域，并提出“内潮汐沉积”这一术语，这可以说是深水沉积理论的再次飞跃。

1内波、内潮汐的基本概念

内波是存在于两个不同密度的水层界面上或具有密度梯度的水体之内的水下波。在大多数海湾和湖泊中都可能有内波存在。内波的振幅、周期、传播速度、深度的变化范围都很大。内波的高度大者可超过百米，小的仅为厘米级。通常在深水处振幅大，而在浅水带振幅小。内波的波长变化也很大，小的远小于1m，大者则可超过数公里。由于内波的波长和振幅均可很大，能引起质点在纵向和横向上长距离转移，故内波是海水混合和搬运的重要营力。内波周期的变化范围从不足1分钟到长达数日或更长。

内潮汐是具有和半日潮或日潮相同周期的内波。大量海洋测量资料表明，在浅水带各种不同周期的内波表现得都很强烈，但在海底测量记录中不易识别内潮汐；而在较深水部位，短周期内波的影响大大减弱，而内潮汐则表现得相当明显。通常，在潮差较大的地区，当水深大于250m时，双向交替流动的周期趋近于半日潮或日潮，而在潮差小的地区，则需更大的深度才趋近于潮汐周期。

2内波、内潮汐沉积的成分、结构和构造

2.1成分特征

内波和内潮汐沉积通常是改造其他类型深水沉积的产物，如重力流沉积、深水原地沉积等。内波、内潮汐沉积的物质成分决定于它所改造的沉积物的成分，故既有陆源的，又有内源的，还可有火山碎屑物质。迄今所见者，以陆源组分为多。

（1）陆源物质：陆源组分主要来源于由浊流或其它重力流搬运至深水盆地的砂泥质和垂直降落沉积的粘土和粉砂质。

（2）内源物质：内源沉积物一碳酸盐岩为主，次之为硅质和其它物质。

（3）火山碎屑物质：翁通爪哇海台上的内潮汐沉积中，火山碎屑物质作为一种次要组分出现。

2.2结构特征

内波、内潮汐沉积的粒度以砂级为主，次为粉砂级，也可有泥级沉积物。颗粒形状以次棱角状至次圆状为主，分选中等至好。以内源物质为主要成分的内波、内潮汐沉积，生物颗粒常为其重要的或只要的结构组分。这些生物组分的粒度。圆度和分选，既与生物本身特征有关，也与其搬运和沉积过程有关。

2.3沉积构造

内波、内潮汐沉积具有多种类型层理构造，其中以各种各样的交错纹理和交错层最为普遍。

（1）交错纹理：交错纹理是内潮汐沉积最为重要的一种层理类型。

（2）脉状层理、波状层理和透镜状层理：是床沙载荷和悬浮载荷交替沉积的产物。

（3）板状交错层：低角度。

（4）平行纹理：成互层状。

（5）波痕：内波、内潮汐沉积中的波痕是相当发育的，尤以不对称的流水波痕常见。内潮汐流或内波引起的海底流动均为可形成流水波痕。

2.4内波、内潮汐沉积的层序特征

沉积层序是沉积环境、物源及其演化的函数。在内潮汐、内波作用控制下形成的沉积物其层序特征必然反映沉积时的水动力特点及周期性变化，故内潮汐。内波沉积的层序是有其内在规律的。现已识别出的该类沉积可归纳为三种基本层序模式。

（1）双向递变层序：该层序的基本特征是层序中部粒度最粗，向上向下均逐渐变细，反映水动力条件的弱-强-弱的变化。主要由砂级沉积物组成。

（2）单向递变层序：该层序的特征是层序下部粒度最粗，向上逐渐变细，与上覆泥质沉积呈渐变过渡；底与下伏泥岩突变接触，界线截然。其粒度为细砂和极细砂。

（3）对偶层双向递变层序：该层序的基本特征是砂、泥岩薄互层组成，其沉积特征由其沉积环境条件决定。

2.5内波、内潮汐形成条件

在深水海洋中内波、内潮汐作用是普遍存在的，只是强度不同而已。但是，并非在深水海洋各个部位、各个时期均能形成内波、内潮汐沉积，它们的形成受多种因素控制。影响内波、内潮汐沉积的主要因素包括海平面升降、海底地貌条件、表面潮差、深海风暴等因素，下面分别进行讨论。

（1）海平面升降：海平面升降是影响内波、内潮汐沉积的主要因素之一。内波、内潮汐作用的强度通常不是很大，能搬运沉积物的粒度一般不超过中砂级，而且在多数情况下以细砂、极细砂为主。在低海平面时期，深水海洋中，特别是陆坡、陆隆地带，粗屑重力流发育，内波、内潮汐作用通常难以对其进行有效的改造。而在高海平面时期，粗碎屑物质多被堆积于较为平坦的海岸线附近，很少有机会超越广阔的陆架搬运至深海。此时深水海洋中的重力流沉积粒度较细，规模较少，平均沉积速率也较低，内波、内潮汐作用易于对其进行改造而形成内波、内潮汐沉积。

（2）海底地貌条件：海底地貌条件影响内波、内潮汐作用的强度和作用范围。总体看来，在海底水道、沟槽或盆地之间通道处，内波。内潮汐作用较强，而影

响范畴较小；在平坦开阔地带，内波、内潮汐作用较弱，而影响范围较大。在平坦的陆坡、陆隆或海台等地带，若内波、内潮汐能量较小，不易搬运沉积物和形成该类沉积；而当能量较强时，则易形成典型的床沙载荷和悬浮载荷的频繁交替沉积，常见砂、泥岩薄互层，脉状、波状、透镜状层理比较普遍。在海底水道等环境内，由于潮汐流局限于狭窄的水道内，流速可以较高，沉积物以砂级为主，泥质难以沉积，故常形成有一定厚度的连续的砂岩。

（3）潮差：内潮汐常由表面潮汐撞击海底某些地貌形体而产生。因此，虽然内潮汐的相位与表面潮汐不同，而其周期是相同的，且其强度与表面潮汐的强度密切相关，即受表面潮汐潮差的影响。

（4）深海风暴：在深海风暴期间，正常的深海底流受到强烈的间歇流的作用，而大大增强或者反向流动，具有很强的侵蚀能力，形成悬浮沉积物高浓度的快速流动；而在风暴衰减期则导致底床发育和泥盖层的快速沉积。由于深海风暴可使底流大大增强，在平时内波、内潮汐作用仅能搬运细粒沉积物的地方，在风暴期则可搬运粗粒的沉积物；在平时内波、内潮汐难以搬运沉积物的地方，风暴期或许有能力搬运并形成内波、内潮汐沉积物。深海风暴还可以影响其沉积构造的规模和指向沉积构造的方向。

3研究现状

内波在海洋内部普遍发育，一般表现为内驻波和前进波两种形式，前者在比较封闭的水体环境中比较容易形成，后者则易于发育于开阔水体。地质记录及现代海洋中的内波沉积实例表明，在浅水区，内波的前进方向大多是向岸的，而内波沉积物却大多表现为向海搬运；在海底峡谷内，向上坡方向传播的内波，其沉积物搬运的总趋势与内波的前进方向相反，即向下坡方向搬运。关于内波传播方向和沉积物搬运方向的关系，LaFond的理论分析和Shep—ard等的实际资料也表明了同样的观点，即内波可以形成向传播方向相反一侧迁移的沉积构造。目前已发现的内波沉积体中也大多都发育有这种沉积构造。

在广阔的海洋中，由于水体开阔，因而内波一般表现为前进波。前人研究认为，密度界面上行进内波的运动情况，在波峰处和波谷处水质点的运动方向是相反的.，在密度界面之上，波谷处水的运动方向与内波传播方向相同，波峰处水的运动方

向与内波传播方向相反，而在密度界面之下，情况则相反，波峰之下水的运动方向与内波传播方向相同，波谷之下则相反。由于内波引起的底流水平流速反比于密度界面距海底的高度，而且波谷相对于波峰更接近于海底，故波谷下方的流速较波峰下方的流速大，而波谷下方水流流向与内波传播方向相反，故内波引起的优势流动方向与内波传播方向相反，因而沉积物搬运的总趋势与内波的前进方向相反。

4内波、内潮汐沉积作用方式

在连续分层的流体介质内，内波是一种体波，波的群速度与波阵面法向垂直表明能量沿波阵面传播；流体质点运动速度也是如此，所以内波是一种横波。根据杭桂生对于水面波波形的研究以及前文述及的内波与表面波波动特征的可比性，本文运用一般意义上的波动理论对于内波、内潮汐的搬运和沉积作用做了初步探讨。

图1 密度界面上内波的运动及其对沉积物的影响（ρ2>ρ1）

A、B分别为时间to和to+n△t时的内波波形及相应的沉积物形态；

如图1A所示，当内波在海水中传播时，海水质点同时完成水平方向和垂直方向的同频同幅简谐振动，每个质点都在做匀角速度圆周运动；在匀角速运动过程中，每个海水质点在一个周期内的运动轨迹可以用经过位置1～9的曲线表示。显然，当质点处于位置1～3之间时，质点的水平运动方向与内波的传播方向相同；当质点处于位置3～7之间时，质点的水平运动方向与内波传播方向相反；当质点处于位置7～9之间时，质点的水平运动方向再次同样与内波传播方向相同。由此可见，在一个波动周期中，内波在波谷处的作用时间要比波峰处略长一些，

也就是说内

波在前进过程中，海水质点向内波传播方向的

http://http://meiwen.anslib.com/news/55707D13CFBA605C.html

反方向运动的趋势略大一些，因而形成的优势流流动方向与内波前进方向相反。当这种前进内波接近海底时，就会对海底沉积物产生侵蚀和搬运作用，这种侵蚀和搬运作用持续进行，最终会形成一种与内波波形相匹配的具有典型向内波传播方向相反，一侧迁移特征的大型沉积物波，如图1B所示。

内潮汐是内波的一种特殊形式，是一种周期变化与日潮或半日潮相近的内波。研究表明，内潮汐还是内波的一种重要表现形式，内波沉积中的双向(多向)沉积构造就是这种特殊形式内波作用的结果。

5研究的意义

海洋学调查的成果说明，内波在海洋内部普遍存在，海底峡谷、沟道和海底斜坡、平台上均可以形成内波沉积。自20世纪90年代初期，高振中和K A Eriksson在美国阿巴拉契亚山脉中段芬卡斯尔(Fincastle)地区奥陶系进行研究时首次提出“内潮汐沉积”这一术语之后，众多学者又先后在国内的塔里木盆地TZ30井、浙江桐庐、塔中地区、西秦岭、杨家坪、以及国外的北大西洋洛克尔海槽东北部日本海中发育的富山深海水道等地区的古代地层中论证或发现了内波、内潮汐沉积，该类沉积体的一个典型特征就是易于发育反向交错层理，即沉积物的搬运方向与内波的传播方向相反；当内波传播方向以一定的周期做相应变化时，即以内潮汐型式发育时，也可发育双向(多项)交错层理。波动理论能够很好地解释这种特殊的沉积构造。

研究表明，内波沉积物一般为细粒一极细粒岩屑石英杂砂岩、岩屑砂岩、粉砂岩、灰岩与深色泥岩、页岩薄互层，其中砂质沉积物大部分都经历了较长时间的箕选和淘洗作用，分选和磨圆都很好，结构成熟度相当高，储集物性相当好。另外内波沉积物中的砂岩和灰岩沉积体一般能与深水泥岩、页岩具有良好的空间配置，可以形成极好的生、储、盖组合。且大尺度内波单独作用或内波与其他底流共同作用时，具有形成大型沉积体的可能性，因而可以形成大型的油气储集体。所以说内波沉积体的识别具有重要的油气勘探意义。

由此可见，研究内波、内潮汐沉积作用方式，对于识别现代海洋和古代地质记录中的内波、内潮汐沉积均具有非常重要的意义，同时，对于今后寻找新的油气

储集体——内波、内潮汐沉积体也是非常有益的。

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