沉积重力流是多种沉积运输机制中的一种,其中大多数地质学家认识到四种主要的沉积过程。这些沉积流依据其主导的沉积支持机制进行区分,但随着流动的下坡演化,这些流动类型可能会相互转换,造成难以辨别的情况。
沉积重力流由四种不同的机制来保持颗粒在流动中悬浮。
在颗粒流中,颗粒透过相互碰撞而保持悬浮,流体的作用仅仅是作为润滑剂。颗粒之间的碰撞会产生分散压力,这有助于阻止颗粒沉降。虽然这种现象在沙丘的滑面上很常见,但在水下环境中,纯粹的颗粒流则相对罕见。在高密度浊流中,颗粒之间的相互作用是沉积支持的重要机制。
液化流形成于无凝聚的颗粒物质中。当悬浮液底部的颗粒沉降时,向上位移的流体生成的孔隙液压可以帮助上部颗粒悬浮。当对悬浮物施加外部压力时,流动便会开始。这种外部压力可以是由地震震动所施加,透过转变松散的沙子为高度粘稠的悬浮液,例如流沙。液化流和流体化流的区分在于,液化流中颗粒会向下沉降,将流体向上位移,而流体化流中流体则向上穿过颗粒,暂时支持它们。
泥石流中的颗粒由基体的强度和浮力所支持。这些流动展现出非牛顿性行为,让其行为难以使用物理法则来预测。由于泥石流和粉流具有凝聚力,异常大的颗粒可能能够浮在泥基体的上方,进而悬留下来。
浊流中的颗粒则是依赖流体的湍流进行悬浮。这种流动的行为相对可预测,展现出牛顿性行为,因此与泥石流和粉流相比,浊流的行为较为简单。浊流在水下环境中的行为受到流动浓度的影响。在高浓度流动中,颗粒间的碰撞更为频繁,从而生成分散压力,协助其他颗粒悬浮。
虽然所有四种溶解支持机制的沉积物在自然界中均有发现,但纯颗粒流主要限于风成环境,而水下环境则呈现出不同类型的流动。泥石流和粉流位于光谱的一端,而高密度和低密度浊流则位于另一端。在水下环境中,识别过渡流也非常重要,这些流动恰好介于浊流和泥流之间。
过渡流的沉积物有许多不同的名称,其中一些较受欢迎的包括“混合事件床(HEB)”,“联结沉积物”和“泥浆床”。
颗粒流的沉积物特征为反向分层的颗粒大小分布,这是由于小颗粒在颗粒之间下滑而沉降,在流动的底部沉积。液化流的沉积物特征则表现为去水特征,例如由于流体向上逃逸所形成的凹形结构。泥石流的沉积物有着双模颗粒大小的分布,其中较大颗粒在泥基体中浮现。低密度浊流沉积物(浊泥岩)则特征为名为布玛序列的沉积结构,这种结构是在流动能量减少的情况下能够形成的。
现代与古代的沉积物范例可供学者研究其沉积重力流的影响和其背后的地质过程。这些沉积物可以揭示古代环境的变迁以及地质变化的趋势,让我们对过去的自然环境有更深入的理解。
沉积重力流,主要是浊流,但在较小的程度上也包括泥石流和粉流,被认为是将沙子沉积到深海底的主要过程。深海中的缺氧条件有利于有机物质的保存,这些物质经过深埋和随后的成熟后可产生石油和天然气。实际上,当前世界上相当一部分的石油和天然气来自于源自沉积重力流的沉积物。
随着对沉积重力流研究的深入,我们是否能更全面地理解这些地质过程背后的环境变化与自然历史呢?