[科普中国]-沉积物重力流

简介

沉积物重力流（Sediment gravity flow）是一种在重力作用下发生流动的，弥散有大量沉积物的高密度流体。沉积物重力流是阵发性的、瞬间的、短暂的、快速的沉积事件的产物，物流中含有大量悬浮物质，因而密度大，最大可达1.5～2.0g/cm3，其中悬浮物质为砂、粉砂和泥质物，有时还挟带砾石。换句话说，沉积物重力流就是以液化的砾、粉砂和粘土为主体，借重力由高向低流动的块体流。沉积物重力流是不服从内摩擦定律的非牛顿流体，其剪切应力于剪切变形率之间的关系为：

中，为屈服应力，为塑性粘滞系数或称刚性粘滞系数。1

分类1、按性质分类

沉积物重力流可以分为水下的和陆上的两大类。水下沉积物重力流是指在水体底部流动的沉积物与水混合的高密度流体。由其定义不难得出：

①这种流动必然是整体的块状运动，分选差或无分选。在沉积物重力流中必然会发生频谱的演变，只有浊流的湍（紊、涡）流机制及其高含水性，才是介于沉积物重力流与流体重力流之间的过渡类型。

②这种流动必然是碎屑颗粒靠杂基强度，或靠颗粒之间碰撞、弹跳，或靠湍流悬浮以及几种支撑机理的联合支撑作用进行搬运。重力流沉积物的粒度概率图必呈均匀悬浮的直线段，或呈递变悬浮的由陡变缓弧形线段，重力流沉积物的C—M图必呈平行C=M基线的特有图形。

③这种流动必然对流过的斜坡或沟谷产生侵蚀冲刷作用，由于其对斜坡或沟谷的垂向和侧向上的侵蚀，常形成截切构造或揉皱构造。

④这种流动既可以发生在陆上，也可以发生在水下。陆地上的沉积物重力流以碎屑流为主。由于地表的风化剥蚀作用，陆上沉积物重力流极容易破坏而不能很好地保存；水下的沉积物重力流形成在湖泊、海洋等地球表面的低洼地带，因未遭受剥蚀而得以长期保存下来。

2、按解体程度分类

根据运移的沉积物块体内部解体程度，可将块体—重力搬运作用及其沉积产物区分为以下几类：岩崩（Rock fall）、滑动（Sliding）和沉积物重力流。Middleton和Hampton（1973）根据碎屑支撑机理，即碎屑呈悬浮状态的机理，将重力流分为碎屑流或泥石流（Debris flow）、颗粒流（Grain flow）、液化流（Fluidized flow）和浊流（Turbidity currents）四种类型。上述这些作用，在一次块体搬运事件中，可能一起发生，且可以相互转化。1

基本特征一）碎屑流沉积

在碳酸盐重力流中是最重要的一类，在陆屑重力流中也常见。碎屑流沉积常由粒径范围宽广(数毫米至数米)的沉积物组成，通常呈块状，无分选，无粒序，其顶部有时可显正粒序。碎屑流沉积既可以是水道的充填体，也可以呈席状产出。按基质含量可将碎屑流分为富泥质的和贫泥质的两类。

1、富泥质型

此类碎屑流中富含粘土或灰泥基质，呈典型的杂基支撑（图A），砾石级颗粒飘浮其中，这反映碎屑流流动时完全靠基质强度和浮力支撑，是典型的碎屑流。

2、贫泥质型

此类碎屑流沉积的泥质含量较低，通常具颗粒支撑（图B）。这反映在碎屑流流动过程中颗粒的相互接触也是一种支撑因素，含量不高的泥、水基质除了提供浮力和屈服强度作用外，还能起到润滑作用。

二）颗粒流沉积

由于颗粒流的形成要求相当高的坡度，而这在沉积盆地中通常并不具备，故颗粒流沉积不很常见；即使出现，规模通常也不大。

砂级颗粒流沉积的厚度通常仅数厘米，含砾的颗粒流沉积的厚度一般也仅数十厘米。颗粒流沉积最显著的特征之一是发育逆粒序（反粒序）或粗尾递变层理，但一般仅以层序中、下部为限，层序顶部则仍常出现正粒序。撕裂砾石多见于中部最粗层段。特征之二是基质含量很少，碳酸盐颗粒流沉积中常出现亮晶胶结物。多见于碳酸盐沉积中。此类沉积数量稀少，但它的出现有重要的古地貌意义。

三）液化流沉积

形成液化流沉积的关键条件是沉积物中饱含水和快速堆积，并多发生在供给沉积物较细的情况下。我国已发现的少量液化流沉积主要限于陆屑沉积中，整层通常为块状，单元层底部稍显正粒序，向上有不太发育的平行纹理，再向上为盘碟（或碟状）构造发育段，自下而上常表现出“盘碟”宽度减小、弯曲度变大的趋势。因而变形构造，尤其是碟状构造是其主要标志之一。向上盘碟构造逐渐消失，变为无构造段，而在液化作用强烈时，可见泄水管构造。单元层顶底界面清楚，与上下层呈突变接触，但无明显的侵蚀面，底部可具沟模。以中、细砂岩为主，成分与结构成熟度均低。1