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浊流及相关重力流沉积研究综述 第44卷第3期地质论评 1998年5月GEoL0GICALREV1EW V01.44No.3 May1998 08o 浊流及相关重 方爱民 (中国科学院地质研究所岩石圈构造演化开发研究实验室,北京,100029) 内窖提蔓本文首先介绍了浊流及相关重力流的有关概念.并对浊汽沉积研究历史 进行了简要回顾.概括了当前浊汽沉积的研究现状{随后.总结了浊积岩的沉积特征井对其成因进行 了扼要解释;最后,对浊汽及相关重力流沉积研究中两个有争议的问题浊积相的划分和浊积相 模式的建立进行了探讨 关蕾调骂苎塑堕L一/一——————_,—————一)y,I 人们对浊流的认识,最早可以追溯到一个世纪以前.但是直到本世纪5O年代,浊流作为一 种重要的沉积物搬运和沉积机制才得到广大地质学家们的承认,浊流理论得以正式建立,并由 此引发了沉积学界的一场革命.这一概念不仅给沉积学理论增添了新的内容,直接解决了地质 学中长期令人迷惑不解的海底峡谷的成因,深海砂和递变层理的成因等问题,更对人们研究沉 积岩的指导思想产生了深刻的影响,改变了人们传统的思维模式.自50年代以来,世界各地纷 纷发现大量古代和现代浊流沉积.人们对浊流沉积的研究深度和认识水平都有了长足的进展. 本文从现有资料入手,尝试对浊流及其相关重力流沉积的研究进展及现状作一简介. 1几个有关概念 1.1■力流和牵引流 从沉积学的角度来看.自然界的流体有两种基本类型;重力流和牵引流.前者为一种重力 驱动的流体,即由密度差异而产生的流体,后者为惯性力所驱动的流体(牛顿流体),其流体力 学性质存在很多本质差别(表1). 衰1一力流与牵引流的区别 Table1ThedifferencesbetweenthegravityROWSandthetractionalcurrents 碎屑鞭粒的搬运蠢赢体粘性变化情况驱使碎屑搬运的力相态和沉积方式 牵引流不变*动,壤动,雌二相体(固相沉 (牛填滤)(最占L牯性定律)牵引力三种方式积糟及液相承) 重力泷变化重力以悬浮为主一 相悻(非牛顿疽)(不最占L牯性定律) 1.2浊流和其它沉积物重力流 浊流(turbidity)为重力流的一种特殊形式,它是由于流体中湍动悬浮着的沉积物所造成 的密度差异而引起流动的水流.其内颗粒的支撑方式是流体搅动支撑,即浊流内部的沉积颗 粒处于一种自悬浮状态.而从流变学特征来看.浊流应为一种流体态流(fluidalflows)E. 本文1997年4且收到.12月改回,萧品芳编辑 窿鲤 第3期方爱民等:浊流及相关重力流沉积研究综述 除浊流以外,重力流还可划分为其它几种流体.而关于沉积物重力流的划分方案,长期以 来一直存在着争议.Lowe.:根据流体的流变学特征将沉积物重力流划分为流体态流(flu— idalflow)和碎屑流(debrisflow),前者表现出流体流变学特征,后者则表现出塑性流变学特征. 另有一类流体介于两者之间,称之为液化流(1iquifiedflow),它兼具流体流变学特征和塑性流 变学特征.然后再根据流体内沉积物颗粒的支撑机制进一步细分为:浊流(turbidity current);液化流(fluidizedflow);颗粒流(grainflow);泥流(mudflow)或凝滞性碎屑 流(cohesivedebrisflow). 上述流体在其形成到沉积过程中,并不是一成不变的.它们在流动过程中,其形态及动力 参数(如流速,密度,粘度等)都可以发生变化,甚至可以相互转变.对此,Middlenton[,Kar】一 srud和Edgers_1等人曾作过专门的论述和总结. 1.3高密度浊流和低密度浊流 按照浊流密度(或沉积物浓度)大小的不同可以将其划分为高密度浊流(hi一densitytur_ biditycurrents)和低密度浊流(1ow—densityturbiditycurrents)两种类型.但是迄今为止,这种划 分颇存争议,两者间的划分界限更是难以统一_2.u]. LoWe从浊流中沉积物颗粒粒度群分布,颗粒浓度以及沉积物支撑机制三个方面人手对 这两种浊流进行了辩别.他认为低密度浊流中所含颗粒粒度群多为细粒级(粘土一中砂),其沉 积物支撑机制与颗粒浓度无关,颗粒浓度在20%~30%以下;高密度浊流中所含沉积物粒度 为粗砂一砾级,其内沉积物支撑机制由颗粒浓度所决定,可分别由涡流支撑到基质支撑乃至颗 粒间碰撞支撑. 然而,对于这一高,低密度浊流的划分,最近有些学者,如G.shanmugamTM],提出了异议. 他认为,从流变学特征来看,高密度浊流实际上不应称作浊流,而应该看作是一种碎屑流,因为 它具有塑性流变学特征,而非浊流的流体流变学特征.更确切地说它是一种介于粘性碎屑流与 非粘性碎屑流之间的一种流