彭恒偉（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100）

異重流沉積過程和沉積特征研究

彭恒偉（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100）

異重流是一種與河口連接、密度大于周圍水體，并沿著水底流動的液體，一般產(chǎn)生在干燥、炎熱、少植被地區(qū)的洪水期，是一種持續(xù)性的濁流。由異重流形成的沉積巖稱為異重巖，層面富含豐富的有機質(zhì)和陸地植物碎屑，異重流沉積疊加厚度可達數(shù)十米，它的平面特征表現(xiàn)為舌狀體、水道和堤岸沉積單元的物源富砂和富泥型特征。異重流的這種特性，在水庫減少淤，或者修建蓄水電站的時候，在底部設(shè)置底孔，能夠通過利用庫底的渾水異重流將泥沙排走，所以通長用在水庫減少淤工作中。

異重流；沉積過程；沉積特征

近幾十年，關(guān)于異重流的研究文獻有很多，但是關(guān)于異重流流體的特征以及沉積特征等還存在一定的爭論。盆地面積小、地形落差大、小河流發(fā)育的地形比較容易形成異重流。但是現(xiàn)階段的重力流沒有對這方面的流體給予足夠的重視。異重流是洪水時期形成的流體，它能夠在深水中流動比較遠(yuǎn)的距離，這對于深水重力流砂體的研究具有一定的幫助。此外，異重流作為一種新的沉積物輸送機制，也受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。所以，研究異重流的沉積過程和沉積物的特征，對推動科學(xué)的發(fā)展具有重要意義。

1 異重流的概念和發(fā)展

1953年Bates將河口流出比周圍環(huán)境水體密度高的密度流稱之為異重流。1995年Mulder在Bates的基礎(chǔ)上，進一步豐富了異重流這個概念，他認(rèn)為異重流是攜帶沉積物顆粒，導(dǎo)致流體整體密度大于周圍水體的密度，流體受到浮力的影響小，所以沿著盆地底部流動的高密度流體。上個世紀(jì)九十年代，國外研究人員發(fā)現(xiàn)海洋中也具有異重流形成的條件，經(jīng)過Mulder的研究，他發(fā)現(xiàn)海水環(huán)境中形成的異重流臨界沉積物的密度會隨著海水溫度和鹽度的變化降低。2009年，Lamb等人經(jīng)過模擬實驗發(fā)現(xiàn)，除了流體和水體環(huán)境的密度，盆地的水深也是影響異重流形成的必要條件。大量的研究表明，洪水時濁流形成重要原因，雖然濁流和沉積物的支撐機制相同，但是濁流和沉積物再搬運的形式還是存在一定的差別。洪水形成的濁流流速一般是先增大后減小，并且持續(xù)時間長，形成的沉積物顆粒直徑比中砂小，而異重流按照沉積物的大小分成泥質(zhì)異重流和砂質(zhì)異重流。1986年，Wright通過對黃流異重流的研究，將異重流分成了高密度異重流和低密度異重流。

2 異重流形成的原因

異重流在流動過程中會攜帶大量的高濃度懸浮沉積物，渾濁的河流一般是在進入海洋和湖泊形成，而渾濁的河流一般是在洪水、冰川融化或者人工堤壩決堤的時候造成的，因此可以看出異重流形成與自然環(huán)境有關(guān)。2011年，Mulder和Huneke等人總結(jié)出了異重流形成的條件:第一個是干燥、炎熱、少植被的季節(jié)性洪水地區(qū)；第二是冰川融化；第三是融雪性洪水；第四是特殊地質(zhì)比如火山泥石流等；第五河壩決口；第六臺風(fēng)、颶風(fēng)在山區(qū)中的小河流誘發(fā)的洪水等。近年來，隨著全球氣候變暖，極端天氣的出現(xiàn)，進一步誘發(fā)了異重流發(fā)生的概率。湖泊形成的異重流，河水密度和湖水密度相差不大，較小體積濃度的河水也能形成異重流。但是海洋異重流形成的條件則比較復(fù)雜。1995年Mulder通過計算得出，海洋異重流形成的體積密度是36—43kg/m3，但是這個結(jié)論在2011年被Parsons等人的之一，Parsons通過實驗發(fā)現(xiàn)，低體積密度的異重流進入到水體以后沉積物會重新聚集，而異重流的體積密度只要大于5kg/m3，異輕流就能向異重流轉(zhuǎn)變。此外，波浪、風(fēng)暴、潮流等自然變化也會對異重流的流動產(chǎn)生影響。

3 異重流的沉積特征

第一是巖相特征，異重流形成的沉積巖也叫異重巖。底床主要是沉積細(xì)砂礫巖和礫質(zhì)砂巖，懸浮部分主要是沉積細(xì)砂巖和粉砂巖，沉積物上浮的主要是粉砂巖和沉積泥巖。異重流一般在河流或者海洋的底床部分，從近源到遠(yuǎn)源逐漸減少。異重流的底床部分主要是礫質(zhì)砂巖和礫巖，底床的沉積物沿著盆地方向逐漸顆粒變細(xì)，變成塊狀細(xì)礫巖、礫質(zhì)砂巖等，這說明隨著流動的距離變遠(yuǎn)，異重流的粗顆粒沉積物逐漸減少。如果異重流的懸浮物運輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)，那么沉積物則主要是砂質(zhì)的。在不同的水動力條件下，沉積物的交錯紋理、塊狀紋理和爬升波紋紋理等的構(gòu)造也不同。第二是結(jié)構(gòu)特征，異重巖的好壞一般與流體的運行的效率有關(guān)，而流體運行的效率與異重流的規(guī)模有關(guān)，這是因為大規(guī)模的異重流流動的距離遠(yuǎn)，在流動過程中，水中的環(huán)境會自然對不同顆粒的沉積物進行分離，將不穩(wěn)定的礦體轉(zhuǎn)變成為了穩(wěn)定的礦體。第三，沉積序列。異重流在流動過程中，流量會發(fā)生變化，不同時期的水動力條件也不停，所以不同時間和空間條件下異重流的沉積物特征也不同。

4 結(jié)語

異重流是深水重力流的重要類別，對研究深水重力流砂體有重要意義。但是目前階段，我國對異重流流體形成的原因和特征方面的認(rèn)識和了解還不夠深入，還需要進一步的補充和完善。

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