深水沉积物波及其在南海研究之现状

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地球科学进展 第 22 卷
育在坡度为 0.1 ～0.7°的 斜 坡上，波 高 和 波 长 分 别 可达 80 m 和 7 km 以上。细粒浊流沉积物波的形态 及 特 征 与 坡 度 角 的 大 小 、距 离 源 区 的 远 近 ，以 及 沉 积 物 供 应 等 因 素 有 关［8，11］。 细 粒 浊 流 沉 积 物 波 主 要 由 细粒浊积粉砂和泥组 成，并 与远洋 或 半远洋 背景 沉 积物交互。很多细粒浊流沉积物波都与其补给浊流 沉 积 体 系 保 持 着 长 期 的 均 衡 关 系［18］。
文献［36，37］对 Flood 的 ［32］ 模式 进行 了改 进， 用于解释与流向斜交的沉积物波的成因。按照他们 的 模 式 ，陆 坡 上 的 沉 积 物 波 ，其 波 脊 方 向 多 数 与 流 向 斜 交 。 此 外 ，近 年 来 ，背 流 波 模 式 还 被 推 广 应 用 到 了 浊流 沉 积 物 波 中 。 ［40，41］ 但 是 ，W ynn 等［3］对 8 个 已 知的浊流沉积物波 形成 条件 的计 算表 明，这 些波 并 不满足形成背流波 所需 要的 佛劳 德数 条件，亦即 浊 流内部不可能出现能够导致浊流沉积物波形成并维 持其发育的背流波。
细粒底流沉积物波一般分布于盆地底部或下陆 隆环境［18 ～24］，其分布范 围可 达数 千平 方 千米，波 高 一般为 15 ～50 m ，最大可达 150 m ，波长一般为 1 ～ 10 km ，波脊延伸长度可达 10 km 以上，波脊较直，或 略有弯曲，极 少 分叉［6，19］。 底流 沉 积物 波 一 般由 典 型 的 泥 质 、粉 砂 质 和 细 砂 质 等 深 流 沉 积 组 成 ，生 物 扰 动强烈，以致原 生 沉积构 造 缺乏 或 模糊 不 清［23 。 ～25］ 大量研究表明，发 育于陆 坡 上的细 粒 底流沉 积物 波 的排列方向通常与区域等 深线呈 一定角度（一般 为 10 ～50°），并向 斜坡 上倾 方向 和逆 流方 向 迁移［19］。 发育于盆地底部的底 流沉积 物 波，其 脊线排 列方 向 一 般 垂 直 于 底 流 的 流 向 ，但 受 科 氏 力 的 影 响 ，波 脊 相 对于底流流向的角度会发生一定程度的偏转。
2 深水沉积物波形成模式
已提 出的深水 沉积物波 形成模 式主要有：背流 波 模 式（lee w ave m odel）［32］，逆 行 沙 波 模 式（anti-
dune m odel）［7］，内 波 模 式（ internal w ave m odel）［33，34］，底 形 和 失 稳 混 合 模 式（m ixed bedform and failure m odel）［35］等。此外，部分学 者还 讨论 了某 些 沉积物波由陆坡重力过程如滑 塌作用等形成的 可 能性。 2 .1 背 流 波模 式
第 22 卷 第 9 期 2007 年 9 月
地球科学进展
ADVANCES IN EARTH SCIENCE
文章编号：1001-8166（2007）09-0907-07
深水沉积物波及其在南海研究之现状
Vol.22 No.9 Sep.，2007
钟广法1，李前裕1 ，郝沪军2，王嘹亮3
（1 .同济大学海洋地质国家重点实验室，上海 20 0092 ；2 .中海石油（中国）有限公司深圳分公司， 深圳 5 1806 7 ；3 .广州海洋地质调查局，广东 广州 51 0760）
粗粒底流沉 积物 波 由深 水 底 流 形 成，主 要 有 2 种 产 出 形 式 ：一 是 线 型 波 或 沙 丘 ，类 似 于 粗 粒 浊 流 沉 积物波［30］，其波 脊大 致 垂 直于 底 流流 向；二 是新 月 形 沙 丘 ，存 在 于 有 强 底 流 扫 过 的 陆 坡 环 境 ，特 别 是 有 近源粗粒沉积物供应的地区 。 ［30，31］ 这些底形宽 200 m 、高数米，可 以呈 孤 立底 形 或 横 向联 合 底 形 产 出， 发育有特征 的“海 鸥翅”形 态（gull-w ing shape）［30］。 有关粗粒底流沉积物 波 物 质 成 分 方 面 的 数 据 很 少 ， 通常认为主要由 砂 级 沉 积 物 组成［31］。粗 粒 底 流 沉 积物波一般顺流迁移，与 陆 上新月 形 沙丘的 迁移 方 式类似。
细粒浊流沉积物波主要见于非水道型浊流掠过 的 区 域 ，包 括 水 道 堤 的 背 坡 、陆 坡 和 陆 隆 区 ，以 及 火 山岛的斜坡带［7 。 ～16］ 浊流沉积 物波发育区 的面积 可达数千平方千米以上。多数细粒浊流沉积物波发
收稿日期：2007-06-04；修回日期：2007-08-20. * 基金项目：国家自然科学基金项目“南海深海测井记录中的气候周期和事件”（编号：40476030）和“晚中新世西太平洋暖池阶段性形成的
深海沉积物波按成因划分为 2 类：浊流形成的 沉 积 物 波 和 底 流（等 深 流）形 成 的 沉 积 物 波［4］。 按 粒度，划分为粗 粒沉积 物波和 细粒 沉积物 波［5］，前 者以砂、砾为主，后者主要由泥组成。W ynn 等［6］综 合 成 因 和 粒 度 将 沉 积 物 波 划 分 为 细 粒 浊 流 、细 粒 底 流、粗粒浊流、粗粒底流等 4 种基本类型。不同类型 的沉积物波具有不同的沉积特征。
第 9 期 钟广法等：深水沉积物波及其在南海研究之现状
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2 .2 逆行沙波模式 Hand 等［42］首先注意 到，波 长达数 千米 的海底
大型逆行沙丘可能是由发育于浊流与海水之间界面 处的表面波形成的。Norm ark 等［7］提出了一个双层 逆 行 沙 丘 模 式 ，用 于 解 释 发 育 于 水 道 堤 上 的 非 受 限 浊流（unconfined turbidity currents）之下沉积物波的 成因。该模式解释了稳定的海水层下混浊密度底流 流 动 的 条 件 ，揭 示 了 一 些 与 实 际 观 察 相 吻 合 的 形 态 特 征 ，如 根 据 逆 行 沙 丘 模 式 计 算 得 到 的 沉 积 物 浓 度 和流动厚度值与类似环境下获得的第一手观察数据 非常相似［43］。此外，Norm ark 等［7］给 出了 沉 积物 波 的波长（L）、流 动 厚 度（h）和 浊 流 内 部 佛 劳 德 数 （Fr）之间的关系：L ＝2πhFr2。根据该公式，当浊流 内部佛劳德数接近于 1 时，流动厚度约等于波长的 1 /6，且波长随流动厚度而减小。实际情况似乎也是 如 此 ，多 数 沉 积 物 波 的 波 长 总 体 上 顺 坡 而 下 呈 减 小 趋势。
粗粒浊流沉积物波主要见于浊流水道及水道与 叶 状体 的 过 渡 带［3，18，26 。 ～29］ 其 规 模 较 小 ，空 间 上 不 连续，波高 ＜10 m ，波长一般为 0.1 ～1.0 km 。波脊 大致垂直于流向 和水 道边 缘，波 的对称 性 可变。波 的大小与流速有关。波的形态一般不规则。由于粗 粒浊流沉积物波很难 直接采 样，故 对 其物质 组成 的 了解较少，一般认为主要由砾石和砂组 成［18］。多数 粗粒浊流沉积物波被 认为是 逆 行沙丘 的 产物，发 育 于 大 体 积 、高 浓 度 的 浊 流 下 方［3，18］。
背流波 模 式由 Flood［32］提 出，用 于 解释 波 脊 垂 直于流向的细粒底流沉积物波的形成和迁移。该模 式要求有弱的层状底流和海底初始起伏地形条件存 在 。 按 照 该 模 式 ，在 一 定 流 速 下 ，当 弱 层 状 底 流 流 经 沉积物波表面时将 引发 背流 波，而 背流 波的 形成 会 导致底流的 流 速在 沉 积 物波 的 背 流面（下 游 翼）增 大 ，从 而 使 背 流 面 的 沉 积 作 用 减 弱 ，甚 至 出 现 无 沉 积 和侵蚀作用，迎流 面由 于流 速较 缓，剪 应力 小，沉 积 速率较高，其结果沉 积物 波将 整体 逆底 流的 流向 向 上游方向迁移（图 1）。该模式已得到阿让蒂讷（Argentine）盆地 实 际 资 料 的 证 实［19，36，37］；Flood 的 背 流 波模式仅适用于波脊垂直于流向的情形。
1 深水沉积物波的类型及特征
深水沉积物波是一种大型的波状沉积底形，形
成 于 海 底 流 动 的 流 体 下 方 ，其 波 长 一 般 数 十 米 至 数 千米，波高数米至数十米，可以分布于陆架坡折到深 海平原的任 何深度［3］。深 水沉 积物波 主要 由沿坡 流 动 的 底 流（或 等 深 流）或 顺 坡 流 动 的 浊 流 形 成 ，可 以 由 砾 、砂 、粉 砂 和 泥 等 任 意 粒 度 的 沉 积 物 组 成 ，其 迁 移 方 式 既 可 以 逆 流 迁 移 ，类 似 于 河 流 中 的 逆 行 沙 丘，也可以顺流迁移。
深水沉积物波的研究始于 20 世纪 50 年代。早 期研究认为，深水沉积物波主要是底流活动的产物。 70 年代以来，随着沉积学采样分析方法及高分辨率 反 射 地 震 、旁 测 声 纳 等 先 进 地 球 物 理 成 像 手 段 的 广 泛 应 用 ，在 浊 流 沉 积 体 系 中 亦 发 现 了 大 量 的 沉 积 物 波 。 作 为 深 海 沉 积 的 重 要 组 成 部 分 ，深 水 沉 积 物 波 的 研 究 ，对 于 理 解 深 海 过 程 ，重 建 古 海 洋 、古 环 境 和 古 气 候 具 有 重 要 的 科 学 意 义［1］。 此 外 ，作 为 潜 在 的 油气储集层，深水沉积物波及有关砂体的研究，对油 气勘探具 有重要的 现实意 义［2］。本文 对深 水沉积 物 波 的 类 型 、特 征 及 形 成 模 式 等 进 行 了 系 统 调 研 和 分析，指出了深水沉积物波研究中存在的一些问题， 并对南海北部东沙岸外 ODP 1144 站位附近深Biblioteka Baidu沉 积 物 波 的 发 现 进 行 初 步 报 道 ，以 期 引 起 国 内 同 行 对 国际深水沉积物波研究前沿和南海深水沉积物波研 究现状的关注。
图 1 Flood 提出的用于解释沉积物波成因 的背流波模式［32，38］
Fig.1 The lee-w ave m odel of sedim ent w ave grow th
proposed by Flood to explain the grow th process of sedim ent w aves［32，38］
摘 要：深水沉积物波的研究始于 20 世纪 50 年代。根据成因和结构特征，可以将深水沉积物波划 分 为 细 粒 底 流 、细 粒 浊 流 、粗 粒 底 流 和 粗 粒浊 流 等 类 型 。 不 同 类 型 的 沉 积 物 波 具 有 不 同 的 形 态 、物 质组成及分布特征。已提出的深水沉积物波的形成模式主要有背流波模式、逆行沙波模式、内波模 式及底形和斜坡失稳混合模式等。1994 年太阳号 95 航次和 1999 年 ODP184 航次揭示并证实，南 海北部东沙岸外 1144 站所处的深水陆坡区发育有一高速沉积物牵引体。根据最新的地震资料分 析发现，该牵引体实际上由一系列逆陆坡向上倾方向迁移的沉积物波组成，这一发现对于南海北部 大陆边缘古海洋、古环境和古气候研究，以及南海深水油气勘探具有重要意义。 关 键 词：深水沉积物波；底流沉积；浊流沉积；沉积物牵引体；南海；ODP184 航次 中图分类号：P736 .21 ；P722 .7 文献标识码：A
古海洋特征”（编号：40576031）；国家高技术研究发展计划项目“大洋钻探技术预研究”（编号：2004AA615030）联合资助. 作者简介：钟广法（1964-），男，湖南临澧人，教授，博士生导师，主要从事地震、测井解释和沉积学研究.E -m ail：gfz＠m ail.tongji.edu.cn