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沉积物重力流

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德国 泥盆纪 的Becke-Oese 砂岩 的 浊积岩 是沉积物重力流的一个例子。 具有完整的 Bouma 序列.

沉积物重力流（英语：sediment gravity flow）是输送沉积物四种方法之一[1][2], 但这四种输送方法有时难以区分，因为当它们往下坡方向流动时，可能会从一种类型过渡到另一种类型[3]。

支撑沉积物机制

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沉积物由四种不同的机制将颗粒在流体中保持在悬浮。

颗粒流:（英语：grain flow）是一种重力流，其中流体（空气或水），主要是提供润滑的作用[4]，颗粒在流体中能保持悬浮状态，是由于颗粒与颗粒之间的碰撞，从而产生分散压力[5]，而使颗粒不会沉淀[6]。最常见颗粒流是在风成环境中，颗粒因为顺沙丘斜面上下滑而形成[7]。相比之下，颗粒流在水下环境中很少。通常颗粒在水中保持悬浮状态是依赖颗粒的牵引、跳跃、以及流体的湍流作用。在泥流中，颗粒对粘土基质的相对漂浮力，也让颗粒保持悬浮状态[8]。在高密度浊流中，底部沙子浓度较高，颗粒间的碰撞能使沙颗粒保持悬浮状态。较小的颗粒，因为没有碰撞反而先沉淀在沙颗粒之下， 造成反向粒级层理[9]。

液化流/流化流：当无粘性的颗粒。向悬浮液底部沉降时，导致流体向上移动而产生孔隙流体压力，这压力有助于在悬浮液上部的颗粒保持悬浮。若对悬浮液施加外压，就能启动流动。例如地震时，这种外部压力可以造成流沙。通常，一旦流动开始，就会产生湍流并且演变成浊流。当颗粒向下沉降而流体向上流动时，流体和悬浮液被称为液化。相比之下，当流体通过颗粒时向上流动时，流动和悬浮液被称为流化[10]。

泥石流或泥流：颗粒在这种流体的悬浮是靠基质的强度和浮力。泥石流和泥流具有内聚强度，所以它们的流动属于非牛顿流体[11]。 而且非常大的碎屑也能漂浮在流动中的泥浆基质顶部。

浊流：颗粒在这种流体的悬浮是靠流体中的湍流。它们的流动属于牛顿流体， 因此是可预测的[11]。 在水下环境中，浊流的流动受颗粒浓度的影响。因为在高颗粒浓度流动中。颗粒间可能发生碰撞，而产生分散压力导致颗粒悬浮，从而有颗粒流特征。这是区分低密度和高密度浊流的方法之一 [12]。

造成的沉积岩

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示意图显示一次沉积物重力流的演变；从土石流，浊流到牵引流。所造成的相联碎屑岩(linked debrite)

描述

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尽管在自然界中有四种支撑沉积物的机制，但分布不同。颗粒流仅限于风成环境，而其他通常在水下环境形成，包括从泥石流和泥流演变到高密度和低密度的浊流。

  • 颗粒流的沉积物具反向粒级层理特征（在层内颗粒向上变）。这是由于流动中，当颗粒与颗粒碰撞期间，较小颗粒沉落入较大颗粒之间，从而优先沉积在流体底部[1]。 这些反向粒级层理在一些高密度浊积岩的底部，会构成了所谓的“牵引地毯”（traction carpet） [9] 。
  • 液化流的沉积物具脱水特征，型如碟形结构，这是由于流体流向上逸出的造成的[1]与颗粒流一样，纯液化流很少单独发生。但是液化流动过程非常重要，因为浊流中亦这种碟形结构和相关特征。
  • 泥石流沉积的特点是粒度呈双峰分布，代表较大的颗粒和基质中的细粒粘土。由于泥质基质具有内聚强度，大的碎屑会漂浮在基质的泥质上[1]。
  • 低密度浊流沉积物（浊流沉积物）的特征是Bouma 序列的沉积结构，这序列是由于浊流向倾斜下方流动时，降低能量（即减弱流动）造成的。[9]。
  • 高密度浊流沉积物的特点是颗粒尺寸比低密度浊积岩粗得多，沉积物的基底部分通常具有颗粒流的特征。颗粒与下层之间的相互作用（即牵引力）也通常存在沉积物的下部。完整的 Bouma 序列很少见，通常只有 Bouma A 层和 B 层[9]。
  • 在泥浆流和浊流之间过渡的混合层 (HEB) 的特点具湍流支持和泥浆支持的两种流动特征，两者之间没有分离层面。通常它们底部由颗粒支撑的纹理，向上渐变为泥浆支撑的纹理。泥石流和泥浆流向下坡方向演变成浊流也常见，反之亦然[13][14]。

现代和古代的例子

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不同类型的沉积物重力流产生的现代和古代（露头）沉积物示例如下。

  • 加利福尼亚莫哈韦沙漠凯尔索沙丘滑面上的颗粒流（沙崩）
    加利福尼亚莫哈韦沙漠凯尔索沙丘滑面上的颗粒流（沙崩）
  • [[在露头中保存的古代液化流的沉积物（Bouma A，Lowe S3）中的碟形结构。
    [[在露头中保存的古代液化流的沉积物（Bouma A，Lowe S3）中的碟形结构。
  • 2010 年喜马拉雅山拉达克的强风暴过后，泥石流填满了沟壑]].
    2010 年喜马拉雅山拉达克的强风暴过后，泥石流填满了沟壑]].
  • 露头中的碎屑流显示悬浮在粘土基质中的大型碎屑]]
    露头中的碎屑流显示悬浮在粘土基质中的大型碎屑]]
  • 雪崩是浊流的一种形式，空气是支持流体.
    雪崩是浊流的一种形式，空气是支持流体.
  • 露头中的细粒浊积岩显示低密度浊流沉积的 Bouma B-D 层
    露头中的细粒浊积岩显示低密度浊流沉积的 Bouma B-D 层
  • 加利福尼亚州托帕托帕山脉的高密度浊积岩（Bouma A，Lowe S1）下切底部低密度浊积岩
    加利福尼亚州托帕托帕山脉的高密度浊积岩（Bouma A，Lowe S1）下切底部低密度浊积岩

经济意义

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在深海深缺氧条件有利于有机质的保存，易于造成烃源岩。而沉积物重力流，主要是浊流，和小部分泥石流和泥浆流，又能系带沙子到深海海底造成石油储层。与烃源岩并列。 造成生储盖层组合，当今世界生产的石油和天然气的很大一部分是在沉积物重力流的沉积物（储层）中发现的 [15].

参考文献

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Middleton, G.V. & Hampton, M.A. (1973). "Sediment gravity flows: mechanics of flow and deposition". Turbidites and deep-water sedimentation. Pacific Section of the Society of Economic Paleontologists and Mineralogists. Short Course Lecture Notes, p. 1–38.
  2. ^ Postma, G. (1986). "Classification for sediment gravity-flow deposits based on flow conditions during sedimentation" (PDF). Geology. Geological Society of America. 14 (4): 291–294. Bibcode:1986Geo....14..291P. doi:10.1130/0091-7613(1986)14<291:cfsgdb>2.0.co;2. Retrieved 6 December 2011.
  3. ^ Visher, G.S. (1999). Stratigraphic systems: origin and application. Vol. 1. Academic Press. 521. ISBN 978-0-12-722360-5. Retrieved 28 December 2011.
  4. ^ Fanjing Meng, Kun Liu, Wei Wang. (2015) The Force Chains and Dynamic States of Granular Flow Lubrication. Tribology Transactions 58:1, pages 70-78.
  5. ^ François Legros; Can Dispersive Pressure Cause Inverse Grading in Grain Flows?. Journal of Sedimentary Research 2002;; 72 (1): 166–170. doi: https://doi.org/10.1306/041301720166
  6. ^ D. R. Lowe; Grain flow and grain flow deposits. Journal of Sedimentary Research 1976;; 46 (1): 188–199. doi: https://doi.org/10.1306/212F6EF1-2B24-11D7-8648000102C1865D
  7. ^ Carrie Breton, Nicholas Lancaster, William G. Nickling (2008) Magnitude and frequency of grain flows on a desert sand dune, Geomorphology, Volume 95, Issues 3–4, Pages 518-523, ISSN 0169-555X,https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2007.07.004.
  8. ^ Iverson, R. M. (1997), The physics of debris flows, Rev. Geophys., 35( 3), 245– 296, doi:10.1029/97RG00426.
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 9.3 Lowe, D.R. (1982), Sediment gravity flows: II. Depositional models with special reference to the deposits of high-density turbidity currents, Journal of Sedimentology, Society of Economic Paleonotlogists and Mineralogists, v. 52, p. 279-297.
  10. ^ Lowe, D.R. (1976). "Subaqueous liquefied and fluidized sediment flows and their deposits". Sedimentology. 23 (3): 285–308. Bibcode:1976Sedim..23..285L. doi:10.1111/j.1365-3091.1976.tb00051.x.
  11. ^ 11.0 11.1 Gani, M.R. (2004). "From turbid to lucid: a straightforward approach to sediment gravity flows and their deposits". The Sedimentary Record. A publication of the SEPM Society for Sedimentary Geology. 2 (3 (Sept.)): 4–8. doi:10.2110/sedred.2004.3.4.
  12. ^ Lowe, D.R. (1982). "Sediment gravity flows: II. Depositional models with special reference to the deposits of high-density turbidity currents". Journal of Sedimentary Petrology. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists. 52: 279–297. doi:10.1306/212f7f31-2b24-11d7-8648000102c1865d.
  13. ^ Haughton, P., Davis, C., McCaffrey, W., and Barker, S. (2009). "Hybrid sediment gravity flow deposits - classification, origin and significance". Marine and Petroleum Geology. Elsevier. 26 (10): 1900–918. doi:10.1016/j.marpetgeo.2009.02.012.
  14. ^ Hampton, M.A. (1972). "The role of subaqueous debris flows in generating turbidity currents". Journal of Sedimentary Petrology. 42: 775–793. doi:10.1306/74d7262b-2b21-11d7-8648000102c1865d.
  15. ^ Weimer, P. and Link, M.H., eds. (1991). Seismic facies and sedimentary processes of submarine fans and turbidite systems. Springer-Verlag. 447 p.。ISBN-13: 978-1468482782 ISBN-10: 1468482785
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