内潮汐沉积中双向交错层理成因分析

【摘要】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是水道型内潮汐沉积的典型沉积构造，特别是深水沉积中的双向交错层理是内潮汐沉积中最为典型的特征。内波与表面波主要差异仅是单位海水质点回复力，因而本文依据内波和表面波相似的运动特征，用一般意义上的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】内波 内潮汐 表面波 双向交错层理

1 引言

自20世纪90 年代初期高振中和 Eriksson在研究美国阿巴拉契亚山脉中段 Fincastle 地区奥陶系时首次识别出内潮汐沉积（ internal-tide deposits） 以来，内潮汐沉积的研究在不断的深入。内波、内潮汐是海洋中的重要地质营力，能够对深水沉积物进行大规模的改造。目前在我国的渤海、黄海、东海和南海已有观测资料证实了内波的存在，“南海深部计划”的中的一些项目均涉及到了内波、内潮汐及其沉积的研究。内波、内潮汐沉积的识别特征[1，2]经前人总结已初具系统化[1，3]，但是仍旧不够完善。在其未来研究上，可以利用地震波识别、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标志，以促使其逐渐成为海洋沉积学中一个更为完善的研究领域。由于资料有限和内波内潮汐沉积构造的形成机理至今尚不明确。已有研究者将内波等同于表面波[6]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。本文中笔者将运用……理论分析内潮汐沉积中双向交错层理的形成机理。

2 研究现状

内波是一种水下波，它存在于两个密度不同的水层的界面上，或存在于具有密度梯度的水层之内。内波是海洋中的一种重要的地质营力，能够改造海底细粒沉积物形成内波内潮汐沉积。已识别出的内波内潮汐沉积具有以下特点：出现于深水沉积中，具有指向沉积构造即双向沉积构造和沿水道向上的沉积构造，并且常发育脉状、波状和透镜状层理，具有特征的垂向沉积序列，通常出现于海平面上升时期。通过对目前在世界各地发现的内潮汐和内波沉积特征的研究，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。内波、内潮汐沉积广泛发育于各种深水地带，在浅水区也能生成，但往往由于各种地质营力的叠加，使其难以保存和识别。在深水中，地质营力相较浅水要单一的多，更有利于内波、内潮汐的形成和保存。如今能识别出的大都形成于深水环境中（如表1所示）。

资料表明在我国发现内波、内潮汐沉积的多数地区可以同时见到双向交错层理、单向交错层理及脉状波状透镜状层理，其分布没有特定的规律。在目前发现的这些沉积体中双向交错层理则较普遍的存在，这些双向交错层理中一些类似潮坪相羽状交错层理（相邻斜层系的纹层倾向相反，延伸至层系界面呈锐角相交，呈羽毛状或人字形，但内波、内潮汐沉积形成于深水还原环境，其沉积物颜色和指相矿物与潮坪沉积迥然不同），而更多的则表现为两个层系中的纹层角度相差极大，是内波、内潮汐沉积所特有的。这些双向交错层理是如何形成的，纹层倾角差异取决于那些因素，将在下文进行阐述。

3 双向交错层理成因分析

3.1 双向交错层理形成的相关基础

如果把表面波看作是发生在水与空气界面之间的界面波，那么表面波就和内波相似，因为内波同样是一种发生在两种介质接触部分的界面波，所不同的仅仅是单位海水质点回复力[11.12]。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中指向沉积构造是合理的。

表面波波动曲线可以看作是海水质点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[13]，那么内波波动曲线也与此类似。

显而易见，在一个波动周期中，内波在波谷处的作用时间要比波峰处略长一些，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，因而形成的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。

3.2 双向交错层理成因分析

当这种前进内波接近海底时，据LaFond内波引起的底流流速较大，就会对海底沉积物进行侵蚀和搬运作用。

由于波谷下水流速度大，能量相较波峰下大，整个侵蚀面受力均衡，所以波谷下方无论是侵蚀能力还是搬运能力都较波峰强，因此，波谷下方的侵蚀面要陡一些，而波峰下面由于能量小，侵蚀能力有限则要缓一些；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（A.B）和一对相背的搬运力（B1.A），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，相当于沉积物的谷。

同时随着密跃面距海底高度的增加导致搬运能力的改变，粒度不同的颗粒也在不同的时候开始沉积。波谷处距海底近，底流强，搬运能力大，因此在波谷沉积相对较粗的沉积物；波峰距海底相对较远，底流作用减弱，搬运能力也随之减小，沉积物相对波谷较粗。因此在理论上从波谷到波峰处粒度应是由大到小，但是由于内波是一种周期性的波，在两个周期之间存在短暂的停息期，在停息期可能受到其他地质营力改造等因素的干扰，所以其粒度并不是严格的下粗上细，甚至在局部可见下细上粗的粒序，这可解释在沉积物波峰处出现的泥质沉积。

随着侵蚀和搬运的持续进行，内波对于海底沉积物的作用进一步的增强，最终将形成在内波的传播方向上沉积物波的峰谷位置与内波的峰谷位置不对应但是波形相似的沉积物波。