深水异地沉积

第十八章深水异地沉积第一节重力流沉积第二节等深流沉积第三节内波、内潮汐沉积第四节深水异地沉积与油气(Deep-waterallogeneclasticdeposits)

深水异地沉积是指海洋（或湖泊）深水区经横向搬运而形成的沉积，它通常比原地垂直降落沉积的粒度粗。深水异地沉积主要包括重力流沉积和深水牵引流沉积两大类，后者主要包括等深流沉积和内波、内潮汐沉积。

一、概述二、重力流形成的基本条件三、重力流的分类四、重力流沉积的类型和特征五、重力流沉积的综合相模式六、重力流沉积的鉴别标志第一节重力流沉积

沉积物重力流是指沉积物与流体的混合物在重力作用下形成的流动。它常被简称为沉积物流或重力流，也有称其为块体流的。一、概述“流体”的构成：

大多数情况下是液体，即水； 少数情况下是气体，例如： 火山灰流 风成砂丘上的崩落

沉积物重力流理论的兴起，是沉积学的一次大革命。在沉积物重力流中，以浊流及其沉积物研究的最早。这一理论的产生，经历了很长的酝酿过程，是与传统观点进行长期斗争才建立的。对浊流和重力流理论建立作出贡献的人：

福里尔(Forel,1890)：比重流 戴利(Daly,1936)：侵蚀作用强的水下流 奎恩(Kuenen,1937)：水槽实验 贝利(Bailey)：砂岩构造与沉积环境 奎恩和米格利奥里尼(Migliorini,1950)：“浊流是形成递变层理的原因。”鲍玛(Bouma,1964)：《浊积岩》 沃克(Walker)与马蒂(Mutti)：海底扇 米德尔顿(Middleton)与汉普顿(Hampton)：重力流类型 劳尔(Lowe)：高密度浊流1、足够的水深2、足够的坡度3、充沛的物源4、一定的触发机制二、重力流形成的基本条件重力块体的搬运类型（据Kruitetal，1975）

1、按照物质成分可分为：硅质碎屑重力流、碳酸盐重力流、火山碎屑重力流等。2、按照形成场所可分为：海洋重力流、湖泊重力流、陆地重力流等。3、按照沉积物支撑机理可分为：碎屑流、颗粒流、液化沉积物流、浊流等。三、重力流的分类沿不连续的剪切面剪切崩塌，伴随有转动，但很少发生内部形变非粘性沉积物由孔隙流体的逸出被迫向上运动来支撑，厚度薄（<10厘米），持续时间短块体搬运作用力学性质搬运机制和沉积物的支撑机制岩崩滑移滑塌碎屑流—泥流惯性粘性液化流流化流浊流滑坡沉积物重力流块体流流体流弹性塑性界限流体界限粘性流体颗粒流沿陡峭斜坡以单个的岩块或随屑的自由崩落为主，伴随有滚动沿不连续的剪切面剪切崩塌，内部很少发生形变或转动

由流体湍流支撑当松散堆积的构造破坏，变成更紧密堆积的格架时，非粘性沉积物由向上移动的流体（膨胀）支撑，坡角要求>3度剪切作用分布于整个沉积物块体中，基质支撑强度主要来自粘土的粘附力，次为浮力非粘滞性沉积物由分散压力支撑，流体可以呈惯性（高浓度）状态或呈粘滞性（低浓度状态），一般情况下，要求陡的坡度根据力学性质划分的块体搬运类型（据Nardinetal.，1979）

粒径范围大，可含很粗砾石支撑机制：基质浮力和强度浮力基质强度（屈服强度）非牛顿流体1.碎屑流（debrisflow）沉积四、重力流沉积的类型和特征A1

碎屑流A2

碎屑流顶面因大砾屑突出而呈波状起伏粗砾屑灰岩。块状、无任何层理、分选差，粗大的砾屑“漂浮于较细的砾屑之中底面较平整顶面较平整底具截切面粗砾屑灰岩具粗尾粒序碎屑流沉积的层序模式海南福山凹陷下第三系流沙港组碎屑流沉积2.颗粒流（grainflow）沉积

支撑机制：颗粒相互碰撞产生的分散压力。因而颗粒流要求坡度陡。颗粒流在自然界中不太常见。颗粒流的结构构造：

块状无层理 反递变 常见撕裂砾石 贫基质，常见亮晶胶结颗粒流沉积的层序模式3.流体化流（fluidizedflow)沉积和液化流（liquefiedflow）沉积支撑机制：向上的粒间流或叫“超孔隙压力”支撑流化流全靠超孔隙压力支撑，液化流是超孔隙压力部分支撑。组构：颗粒支撑构造：①碟状构造（中~粗砂中） ②泄水管（中~粗砂中） ③包卷层理（细砂以下） ④砂岩岩脉：砂床、砂墙、注入构造 ⑤无递变、部分递变或正递变液化流沉积的结构构造：

浊流是沉积物重力流中研究历史最早的一种类型，是指主要由涡流（即紊流、湍流）的向上分力支撑的一种沉积物重力流。4.浊流(turbiditycurrent)沉积

经典浊积岩，即低密度浊流沉积，其粒度较细，限于砂级；沉积构造规模较小，限于交错纹理。而高密度浊流沉积的粒度可达中砾级，沉积构造的规模也可以很大。浊积岩的沉积构造主要有：浊积岩的结构构造（1）底痕：冲蚀痕与工具痕槽模 沟模 锥模（2）底痕：准同生载荷构造重荷模 火焰构造（3）粒度递变层理分布递变粗尾递变以上三类沉积构造在高、低密度浊流沉积中均可见到。 （4）包卷层理 （5）交错纹理以上两种沉积构造主要见于低密度浊流沉积中。 （6）中~大型交错层（7）逆行沙波交错层理以上两种沉积构造主要见于高密度浊流沉积中。鲍马序列及其特征低密度浊流沉积的层序模式高密度浊流沉积的层序模式3米0米2米S1S2S3TtTd悬浮混合牵引悬浮牵引毡牵引低密度高密度Te砂质高密度浊流的理想沉积高密度(S1~3)段和晚期低密度(Tt,Td~e)高密度浊流沉积的层序模式EAE前面已将各类重力流沉积的层序模式分别作了介绍，这里则讨论在一个区域重力流沉积分布规律——综合相模式。据已有研究，主要有三种：①扇模式；②槽模式；③坡角楔状体模式。五、重力流沉积的综合相模式1、海底扇模式海底扇模式是在对现代海洋浊积扇形态进行调查的基础上，结合古代地层中的岩相特征和层序研究逐步完善的。

海底扇模式基本上也适用于湖底扇。海底扇沉积模式，表示相关的相、扇地貌和沉积环境。L~B为紊乱的砾岩海底扇沉积的垂向层序2、海槽轴向搬运沉积模式在长形海槽盆地中，重力流进入盆地后沿轴向搬运和沉积。

该模式主要适用于碳酸盐沉积区。由于碳酸岩台地前缘普遍发育向深水盆地过渡的斜坡带，而重力流的物源区又是沿碳酸盐台地边缘分布的线状物源，而非点状物源，故不形成海底扇而形成坡脚楔状体。由于斜坡坡度不同，其分布特征也不同。可分为：①沟槽型；②陡坡型；③缓坡型。3、坡脚楔状体模式沟槽型（中等坡度型）陡坡型缓坡型

1、浅水陆源碎屑沉积与深水页岩（或泥灰岩）共生或组成韵律层。碎屑成分是陆源的、浅水的，可含浅水化石、植物屑和鲕粒等，但无浅水沉积构造（如大型交错层理、浪或波痕、泥裂等）。六、重力流沉积的鉴别标志

2、浊积岩常具完整及不完整的鲍玛层序。

3、有滑动及沉积物液化的证据（包卷层理、滑塌构造和重荷模等）。

4、有高密度流动的侵蚀痕—底面印模构造。

5、岩石颜色深，反映深水缺氧沉积环境。

6、无浅水沉积构造。第二节等深流沉积一、等深流的概念二、等深流沉积的基本特征三、等深积岩的鉴别标志四、等深岩丘的发现与研究五、地层记录中等深岩丘研究实例一、等深流的概念

等深流这一术语是Heezen等人(1966)在对北大西洋陆隆沉积物研究之后首先提出的。

Heezen等人认为，等深流是由于地球旋转的结果而形成的温盐环流(thermo-halinecircumlation),这种底流平行海底等深线作稳定低速流动(5～20cm/s),主要出现在大陆坡和陆隆区。亦有人称之为等高流、水平流、平流等。全球深海环流样式（据Stow,1994)

北大西洋海底盆地和环流样式（据McCaveetal.，1986）南大西洋海底盆地和环流样式(据Faugeresetal.,1993)

我国等深流沉积研究起步较晚,主要开始于80年代初期。由于条件所限,以前没有开展对现代海洋中等深流及其沉积作用的研究，虽然如此，但我国广大沉积学工作者对古代等深流沉积进行了研究,并取得了可喜的成果。

二、等深流沉积的基本特征

等深流沉积无论在物质成分上、结构上，还是在沉积构造上都有其自身的特征。北大西洋等深流沉积物的三端元组分(据Stowetal.,1984)等深岩的分类等深流沉积的标准层序

我校学者在研究湘北九溪下奥陶统碳酸盐等深岩时也发现了与Faugeres等描述的层序相类似的层序。鄂尔多斯西缘平凉中奥陶统碳酸盐等深岩中还发现了完全由砂屑等深岩构成的复合层序。等深流沉积层序的水力学解释

等深流沉积的层序与浊积岩或风暴岩迥然不同，其代表的水力学意义也与鲍马层序或风暴岩层序显著不同。

浊积岩等深岩三、等深积岩的鉴别标志

(1)产状。等深流沉积形成于深水环境中。(2)成分。(3)粒度。粒度可以是泥级到砂级的。(4)分选性。分选一般中等～好,局部分选极好。(5)牵引流沉积构造。

(6)与古地理的关系。在陆坡、陆隆处形成的等深流沉积中一般具有平行于斜坡走向的流向标志。(7)生物扰动构造发育。(8)垂向沉积层序。一般具有独特的垂向沉积层序。(9)与海平面变化的关系。主要发育于海平面上升时期。四、等深岩丘的发现与研究

大量的海洋学调查和研究还发现在深海中存在着许多由等深流沉积物堆积而成的堆积体,这种堆积体的规模可与由浊流沉积形成的海底扇相比拟。其中一种最重要的类型就是等深岩丘,它呈长条形的或伸长状的,横剖面上呈丘状,长度一般为数十至数百公里,宽可达数十公里，高出周围海底0.1km到1km以上，其堆积厚度局部可达2km以上。

到目前为止已在北大西洋中发现和详细研究了16个大型的现代等深岩丘(红色)五、地层记录中等深岩丘的研究实例

1、湘北九溪下奥陶统等深岩丘2、甘肃平凉中奥陶统等深岩丘

3、阿拉伯克拉通大陆边缘白垩系等深岩丘第三节内波、内潮汐沉积一、内波、内潮汐的概念二、内波、内潮汐沉积的特征三、内波、内潮汐沉积类型四、内波、内潮汐沉积模式五、研究实例一、内波和内潮汐的概念1、内波内波是一种水下波，它存在于两个不同密度的水层的界面上,或存在于具有密度梯度的水层之内。

2、内潮汐：内潮汐是内波的一种重要类型,它的周期等于半日潮或日潮。内潮汐在海洋中普遍存在,而在深水区(一般水深超过200～250m)内潮汐表现得尤为明显。海底峡谷中沿轴线上下交替流动的时间—流速曲线由长周期内波与内潮汐叠加开成海底水道中单向优势流动示意图

直到1990年,高振中教授和美国弗吉尼亚理工大学K.A.Eriksson教授在对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,才在地层记录中鉴别出了该类沉积,并进行了系统研究,首次使用了内潮汐沉积(internal-tidedeposits)这一术语。1991年这项研究成果在美国地质学会刊物《GEOLOGY》上发表后引起了国际沉积学界的重视,自此开始了对这一新领域研究的热潮。1、形成于深水环境2、具有特征的指向构造

3、常见脉状、波状和透镜状层理4、具有特征的沉积层序5、沉积物粒度6、缺乏生物扰动构造7、通常出现于海平面上升时期二、内波、内潮汐沉积的特征三、内波和内潮汐沉积的类型

1、双向交错纹理砂岩型

2、单向交错层和交错纹理砂岩型

3、韵律性砂泥岩薄互层型

4、鲕粒灰岩（或砂质鲕粒灰岩）型

5、脉状、波状、透镜状层理有孔虫灰岩型四、内潮汐沉积的模式

内潮汐和内波沉积广泛发育于深水海洋的各种环境中。在不同环境、不同水动力条件下形成的沉积特征不同，其形成机制也有区别。根据现已发现的内潮汐沉积，可归纳出以下三种沉积模式。

在水道发育的斜坡环境中，低海平面时期,以发育粗碎屑重力流沉积为特征,此时内潮汐和内波作用的能量不足以改造砂砾级碎屑重力流沉积，故此时难以形成可鉴别的内潮汐和内波沉积。随海平面上升,物源区逐渐远离沉积区,粗碎屑的注入受到抑制,这时内潮汐和内波得以改造细粒重力流沉积物。(1)水道型内波、内潮汐沉积模式

(2)陆坡非水道环境内潮汐沉积模式:在不发育海底水道的陆坡环境条件下,内潮汐流通常不像水道环境中那样强,而是流速较低。在这种情况下,产生典型的床沙载荷和悬浮载荷的交替沉积,即形成砂岩(或颗粒灰岩)与泥岩的薄互层。

(3)海台内潮汐沉积模式:深海、半深海中广阔的海底平台上也是内潮汐发育的较有利场所。由于海台上地形平坦，阻力较小，内潮汐流可在较大范围内保持一定的流速，从而可搬运细粒沉积物并形成内潮汐沉积。由于海台上缺乏陆源碎屑物质，通常以碳酸盐沉积为主，也可有硅质沉积物和火山碎屑沉积。五、研究实例

1、美国阿巴拉契亚山脉芬卡斯尔地区奥陶系内潮汐沉积2、浙江桐庐地区上奥陶统内潮汐沉积3、塔里木盆地塔中地区中上奥陶统碎屑岩段中的内潮汐沉积4、西太平洋翁通爪哇海台白垩纪至第四纪内潮汐沉积5、地中海法切鲁盆地由内波形成的大规模床形美国阿巴拉契亚芬卡斯尔地区位置略图（A）