浅谈内潮汐沉积

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摘 要：典型的水道型内潮汐沉积构造是指：在深水斜坡水道中，形成的沿道向上或向下方倾斜的交错纹理或交错层理，其中，内潮汐沉积最为典型的特征是深水沉积中的双向交错层理。由于单位海水质点的回复力不同，造成内波与表面波有所差异，本文通过介绍内波和表面波相似的运动特征，用波动理论来分析内潮汐沉积中双向交错层理的形成机理。

关键词：内潮汐 沉积

一、引言

20世纪90 年代初期，在研究美国阿巴拉契亚山脉中段 Fincastle 地区奥陶系时，高振中和 Eriksson首次识别出内潮汐沉积（ internal-tide deposits），自此之后，人们就不断深入研究内潮汐沉积。海洋中的重要地质营力是内波、内潮汐，它们能够大规模的改造深水沉积物。经前人总结，内波、内潮汐沉积的识别特征已初具系统化，但是仍旧不够完善。在对内波、内潮汐沉积未来研究上，要借助地震波识别、遥感等现代科技调查手段，进行多学科综合研究，建立一套更完善的识别体系，来促使内波、内潮汐沉积研究逐渐成为海洋沉积学中一个更为完善的研究领域。由于资料有限，有些研究者已经将将内波等同于表面波，来研究解释内波、内潮汐沉积中反向沉积构造的形成机理。国内外在此方面的研究均比较薄弱。笔者认为内波、内潮汐沉积构造的研究可以帮助完善内波内潮汐沉积的识别标志。本文将分析内潮汐沉积中双向交错层理的形成机理。

二、研究现状

内波是一种水下波，它存在于两个不同层的密度界面，或存在于一层密度梯度内。在大海中，内波是一种重要的地质力量，可以变换细粒沉积物，在里面形成波内潮汐沉积。已识别出的内波内潮汐沉积具有以下特点：出现在深水沉积，已经具有指向沉积结构，即双向沉积构造和沿水道向上的沉积构造，并且常发育成波浪和透镜状层理，具有垂向沉积序列，通常出现在海平面上升时期。目前，通过对世界各地已发现的潮汐和内波的沉积特征研究，根据沉积环境和动力因素，高振中、何幼斌等将其总结为5中相类型，而刘成鑫等将其总结为11中岩相类型。内部的波浪，潮汐沉积广泛发育在各种深水区，在浅水也可以生成，但往往由于各种地质营力的叠加，使其难以保存并识别。在深水中，地质营力相比于浅水是单一得多，更有利于内波、潮汐的形成和保存。现在可以确定的大多形成于深水环境。

三、双向交错层理成因分析双向交错层理形成的相关基础

如果表面波被认为是在水和空气之间的界面行成的界面波，那么表面波和内部波相似，因为内波也是一种类似在两介质接触部分的界面波，区别仅仅是海水质点回复力。因此，可以认为用一般意义上的波动理论来解释内波内潮汐指向的沉积构造是合理的。表面起伏曲线可以被视为是一个连续水粒子持续作圆周运动留下的轨迹，是一种波峰较陡波谷较缓的不对称曲线，那么内部波动曲线是相似的。显然，在一个波动周期，内波在波谷的作用时间稍长于波峰，即内波在前进过程中，海水质点向内波传播方向的反方向运动的趋势大一些，形成了优势流流动方向与内波前进方向相反。且据LaFond内波引起的底流水平流速反比于密跃面距海底的高度Z，由于波谷更接近海底，故波谷下方的流速较波峰下方流速大，波谷占主导优势。

因为波谷下水流速度大，能量相较波峰下大，整个侵蚀面应力平衡，所以波谷下方侵蚀能力和搬运能力，相对波峰都是较强的，因此，槽底部的侵蚀面陡峭，而波峰下面由于其能源小、侵蚀能力有限，因此要缓一些；又由于峰谷下方水流搬运相反，而峰谷又是相间排列，所以每两个峰间夹一个谷，就会产生一对相向的搬运力和一对相背的搬运力，在相向搬运力下所堆积的沉积物相对厚一些，相当于沉积物的峰；在相背搬运力下堆积沉积物相对薄一些。

同时，随着密跃面距海底高度的增加导致搬运能力的改变，不同粒度的粒子在不同的时候开始沉积。波谷与海底接近，基流强，承载能力大，因此在波谷沉积相对粗的沉积物；波峰相对远离大海的底部，底部流动功能减弱，承载能力降低，相比于波谷，沉积粗泥沙。所以，在理论上，从波谷到波峰的粒度大小应该由大至小，但由于内波是一个周期波，在两个周期间存在一个短暂的休息时间，在休息期间可能是其他地质力量改造等因素的干扰，因此它的粒度大小是不严格的逐渐减少，甚至在局部可见下细上粗的粒序，这可以解释在沉积的波峰出现的泥质沉积物。

层理主要是水体底部床砂在水流搬运作用下迁移形成的。内波作用可以产生底流从而引起床砂迁移，进而产生层理。在内波作用产生相向的力和相背的力的作用下便能形成交错层理，其收敛方向指示水流方向，即内波传播的反向。且沉积物波形的缓坡倾向与水流方向一致，与内波的传播方向相反。

又内波内潮汐都是周期性流动，当其周期改变时传播方向发生改变，必然引起峰谷下方水流方向改变，进一步引起床砂底型迁移方向的改变，从而产生与前一周期相反的交错层理，与前期交错层理构成双向交错层理。周期循环反复进行，就不断形成双向交错层理的叠加。

四、影响双向交错层理形成的因素

实际情况下，双向往返路径不一定是完全相同的，双向交错层理往往不是相差180，导致沉积构造指向的多向性。同时，因为在结构形成这个过程中或之后，后期内波内潮汐或其他地质营力的侵蚀，改造使得构造受到不同程度的破坏，从而导致保存下来的构造会和理论上存在一定程度的差异。影响双向交错层理特征的主要因素有以下方面：在目前发现的内波内潮汐沉积体中常见双向交错层理间夹有水平层理，内波内潮汐运动具有周期性，在两次周期运动之间存在着短暂的内波内潮汐运动停息期，在停息期内波内潮汐所产生的水动力极弱，当没有其他地质营力的作用时就会发生正常沉积，沉积细粒的沉积物并且形成水平层理。

开放缓坡区常见的是脉波透镜状层理，在内波沉积中的透镜状结构中通常有双向交错层理交错层理出现，但是出现的交错层理往往不是在一个透镜状构造中而是在不同层位的透镜状构造中出现倾向不同的交错层理。这些结构可以通过恢复和优势倾向方向的统计信息来确定内波的传播方向。透镜状层理一般出现在低能量的非水道环境，而交错层理一般在高能的水道环境，透镜状层理中的双向交错层理可能是在低能环境为主的大背景下，夹有突发性短暂性的强水流作用形成的。

五、总结

内波内潮汐沉积中的双向交错层理在形成过程中或者形成后，由于内波内潮汐或其他营力的侵蚀，改造使得构造受到不同程度的破坏，从而导致保存下来的构造会和理论上存在一定程度的差异。