沉積重力流是多種沉積運輸機制中的一種,其中大多數地質學家認識到四種主要的沉積過程。這些沉積流依據其主導的沉積支持機制進行區分,但隨著流動的下坡演化,這些流動類型可能會相互轉換,造成難以辨別的情況。
沉積重力流由四種不同的機制來保持顆粒在流動中懸浮。
在顆粒流中,顆粒透過相互碰撞而保持懸浮,流體的作用僅僅是作為潤滑劑。顆粒之間的碰撞會產生分散壓力,這有助於阻止顆粒沉降。雖然這種現象在沙丘的滑面上很常見,但在水下環境中,純粹的顆粒流則相對罕見。在高密度濁流中,顆粒之間的相互作用是沉積支持的重要機制。
液化流形成於無凝聚的顆粒物質中。當懸浮液底部的顆粒沉降時,向上位移的流體生成的孔隙液壓可以幫助上部顆粒懸浮。當對懸浮物施加外部壓力時,流動便會開始。這種外部壓力可以是由地震震動所施加,透過轉變鬆散的沙子為高度粘稠的懸浮液,例如流沙。液化流和流體化流的區分在於,液化流中顆粒會向下沉降,將流體向上位移,而流體化流中流體則向上穿過顆粒,暫時支持它們。
泥石流中的顆粒由基體的強度和浮力所支持。這些流動展現出非牛頓性行為,讓其行為難以使用物理法則來預測。由於泥石流和粉流具有凝聚力,異常大的顆粒可能能夠浮在泥基體的上方,進而懸留下來。
濁流中的顆粒則是依賴流體的湍流進行懸浮。這種流動的行為相對可預測,展現出牛頓性行為,因此與泥石流和粉流相比,濁流的行為較為簡單。濁流在水下環境中的行為受到流動濃度的影響。在高濃度流動中,顆粒間的碰撞更為頻繁,從而生成分散壓力,協助其他顆粒懸浮。
雖然所有四種溶解支持機制的沉積物在自然界中均有發現,但純顆粒流主要限於風成環境,而水下環境則呈現出不同類型的流動。泥石流和粉流位於光譜的一端,而高密度和低密度濁流則位於另一端。在水下環境中,識別過渡流也非常重要,這些流動恰好介於濁流和泥流之間。
過渡流的沉積物有許多不同的名稱,其中一些較受歡迎的包括“混合事件床(HEB)”,“聯結沉積物”和“泥漿床”。
顆粒流的沉積物特徵為反向分層的顆粒大小分布,這是由於小顆粒在顆粒之間下滑而沉降,在流動的底部沉積。液化流的沉積物特徵則表現為去水特徵,例如由於流體向上逃逸所形成的凹形結構。泥石流的沉積物有著雙模顆粒大小的分布,其中較大顆粒在泥基體中浮現。低密度濁流沉積物(濁泥岩)則特徵為名為布瑪序列的沉積結構,這種結構是在流動能量減少的情況下能夠形成的。
現代與古代的沉積物範例可供學者研究其沉積重力流的影響和其背後的地質過程。這些沉積物可以揭示古代環境的變遷以及地質變化的趨勢,讓我們對過去的自然環境有更深入的理解。
沉積重力流,主要是濁流,但在較小的程度上也包括泥石流和粉流,被認為是將沙子沉積到深海底的主要過程。深海中的缺氧條件有利於有機物質的保存,這些物質經過深埋和隨後的成熟後可產生石油和天然氣。實際上,當前世界上相當一部分的石油和天然氣來自於源自沉積重力流的沉積物。
隨著對沉積重力流研究的深入,我們是否能更全面地理解這些地質過程背後的環境變化與自然歷史呢?