异重流沉积过程和沉积特征研究

2017-03-05彭恒伟长江大学地球科学学院湖北武汉430100

化工管理 2017年9期

彭恒伟（长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100）

异重流沉积过程和沉积特征研究

彭恒伟（长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100）

异重流是一种与河口连接、密度大于周围水体，并沿着水底流动的液体，一般产生在干燥、炎热、少植被地区的洪水期，是一种持续性的浊流。由异重流形成的沉积岩称为异重岩，层面富含丰富的有机质和陆地植物碎屑，异重流沉积叠加厚度可达数十米，它的平面特征表现为舌状体、水道和堤岸沉积单元的物源富砂和富泥型特征。异重流的这种特性，在水库减少淤，或者修建蓄水电站的时候，在底部设置底孔，能够通过利用库底的浑水异重流将泥沙排走，所以通长用在水库减少淤工作中。

异重流；沉积过程；沉积特征

近几十年，关于异重流的研究文献有很多，但是关于异重流流体的特征以及沉积特征等还存在一定的争论。盆地面积小、地形落差大、小河流发育的地形比较容易形成异重流。但是现阶段的重力流没有对这方面的流体给予足够的重视。异重流是洪水时期形成的流体，它能够在深水中流动比较远的距离，这对于深水重力流砂体的研究具有一定的帮助。此外，异重流作为一种新的沉积物输送机制，也受到了国内外学者的关注。所以，研究异重流的沉积过程和沉积物的特征，对推动科学的发展具有重要意义。

1 异重流的概念和发展

1953年Bates将河口流出比周围环境水体密度高的密度流称之为异重流。1995年Mulder在Bates的基础上，进一步丰富了异重流这个概念，他认为异重流是携带沉积物颗粒，导致流体整体密度大于周围水体的密度，流体受到浮力的影响小，所以沿着盆地底部流动的高密度流体。上个世纪九十年代，国外研究人员发现海洋中也具有异重流形成的条件，经过Mulder的研究，他发现海水环境中形成的异重流临界沉积物的密度会随着海水温度和盐度的变化降低。2009年，Lamb等人经过模拟实验发现，除了流体和水体环境的密度，盆地的水深也是影响异重流形成的必要条件。大量的研究表明，洪水时浊流形成重要原因，虽然浊流和沉积物的支撑机制相同，但是浊流和沉积物再搬运的形式还是存在一定的差别。洪水形成的浊流流速一般是先增大后减小，并且持续时间长，形成的沉积物颗粒直径比中砂小，而异重流按照沉积物的大小分成泥质异重流和砂质异重流。1986年，Wright通过对黄流异重流的研究，将异重流分成了高密度异重流和低密度异重流。

2 异重流形成的原因

异重流在流动过程中会携带大量的高浓度悬浮沉积物，浑浊的河流一般是在进入海洋和湖泊形成，而浑浊的河流一般是在洪水、冰川融化或者人工堤坝决堤的时候造成的，因此可以看出异重流形成与自然环境有关。2011年，Mulder和Huneke等人总结出了异重流形成的条件:第一个是干燥、炎热、少植被的季节性洪水地区；第二是冰川融化；第三是融雪性洪水；第四是特殊地质比如火山泥石流等；第五河坝决口；第六台风、飓风在山区中的小河流诱发的洪水等。近年来，随着全球气候变暖，极端天气的出现，进一步诱发了异重流发生的概率。湖泊形成的异重流，河水密度和湖水密度相差不大，较小体积浓度的河水也能形成异重流。但是海洋异重流形成的条件则比较复杂。1995年Mulder通过计算得出，海洋异重流形成的体积密度是36—43kg/m3，但是这个结论在2011年被Parsons等人的之一，Parsons通过实验发现，低体积密度的异重流进入到水体以后沉积物会重新聚集，而异重流的体积密度只要大于5kg/m3，异轻流就能向异重流转变。此外，波浪、风暴、潮流等自然变化也会对异重流的流动产生影响。

3 异重流的沉积特征

第一是岩相特征，异重流形成的沉积岩也叫异重岩。底床主要是沉积细砂砾岩和砾质砂岩，悬浮部分主要是沉积细砂岩和粉砂岩，沉积物上浮的主要是粉砂岩和沉积泥岩。异重流一般在河流或者海洋的底床部分，从近源到远源逐渐减少。异重流的底床部分主要是砾质砂岩和砾岩，底床的沉积物沿着盆地方向逐渐颗粒变细，变成块状细砾岩、砾质砂岩等，这说明随着流动的距离变远，异重流的粗颗粒沉积物逐渐减少。如果异重流的悬浮物运输的距离比较远，那么沉积物则主要是砂质的。在不同的水动力条件下，沉积物的交错纹理、块状纹理和爬升波纹纹理等的构造也不同。第二是结构特征，异重岩的好坏一般与流体的运行的效率有关，而流体运行的效率与异重流的规模有关，这是因为大规模的异重流流动的距离远，在流动过程中，水中的环境会自然对不同颗粒的沉积物进行分离，将不稳定的矿体转变成为了稳定的矿体。第三，沉积序列。异重流在流动过程中，流量会发生变化，不同时期的水动力条件也不停，所以不同时间和空间条件下异重流的沉积物特征也不同。