Гравитационный поток осадка — один из нескольких типов механизмов транспортировки осадка , из которых большинство геологов выделяют четыре основных процесса. Эти потоки различаются по их доминирующим механизмам поддержки осадка, [1] [2], которые может быть трудно различить, поскольку потоки могут переходить от одного типа к другому по мере того, как они развиваются вниз по склону. [3]
Механизмы поддержки осадка
Гравитационные потоки осадков представлены четырьмя различными механизмами удержания зерен в потоке во взвешенном состоянии.
Поток зерна – зерна в потоке удерживаются во взвешенном состоянии за счет взаимодействия зерна с зерном, при этом жидкость действует только как смазка. Таким образом, столкновения зерна с зерном создают дисперсионное давление, которое помогает предотвратить осаждение зерен из суспензии. Хотя в наземных условиях они обычны на скользящих поверхностях песчаных дюн , чистые потоки зерна редки в подводных условиях. Однако взаимодействия зерна с зерном в потоках мутности высокой плотности очень важны как способствующий механизм поддержки осадка. [4]
Сжиженный поток (или псевдоожиженный поток) — образуется в несвязных гранулированных веществах. Когда зерна в основании суспензии оседают, жидкость, которая вытесняется вверх осаждением, создает поровые давления жидкости, которые могут помочь взвесить зерна в верхней части потока. Приложение внешнего давления к суспензии инициирует поток. Это внешнее давление может быть применено сейсмическим ударом , который может превратить рыхлый песок в высоковязкую суспензию, как в зыбучих песках . Обычно, как только поток начинает двигаться, возникает турбулентность жидкости, и поток быстро превращается в поток мутности. Говорят, что потоки и суспензии разжижаются, когда зерна оседают вниз через жидкость и вытесняют жидкость вверх. Напротив, говорят, что потоки и суспензии разжижаются, когда жидкость движется вверх через зерна, тем самым временно приостанавливая их. Большинство потоков разжижаются, и многие ссылки на гравитационные потоки псевдоожиженных осадков на самом деле неверны и фактически относятся к разжиженным потокам. [5]
Селевой поток или грязевой поток – зерна поддерживаются прочностью и плавучестью матрицы. Селевые потоки и грязевые потоки обладают прочностью сцепления, что затрудняет прогнозирование их поведения с использованием законов физики. Таким образом, эти потоки демонстрируют неньютоновское поведение. [6] Поскольку грязевые потоки и грязевые потоки обладают прочностью сцепления, необычно большие обломки могут буквально плавать на поверхности грязевой матрицы внутри потока.
Мутностный поток – зерна взвешены турбулентностью жидкости внутри потока. Поскольку поведение мутностных потоков в значительной степени предсказуемо, они демонстрируют ньютоновское поведение, в отличие от потоков с прочностью сцепления (т. е. грязевых потоков и селевых потоков). [6] Поведение мутностных потоков в подводных условиях сильно зависит от концентрации потока, так как плотно упакованные зерна в потоках с высокой концентрацией с большей вероятностью будут подвергаться столкновениям зерна с зернами и создавать дисперсионное давление в качестве способствующего механизма поддержки осадка, тем самым удерживая дополнительные зерна во взвешенном состоянии. Таким образом, полезно различать мутностные потоки низкой и высокой плотности . [4] Снежная лавина из порошка по сути является мутностным потоком, в котором воздух является поддерживающей жидкостью и взвешивает снежные гранулы вместо песчинок.
Результирующие депозиты
Диаграмма, показывающая поток обломков, поток мутности и процессы тяги в едином гравитационном потоке осадка. Полученное в результате отложение, которое некоторые геологи называют связанным дебритом, демонстрирует черты всех трех процессов.
Описание
Хотя отложения всех четырех типов механизмов поддержки осадков встречаются в природе, чистые потоки зерна в значительной степени ограничены эоловыми обстановками, тогда как подводные среды характеризуются спектром типов потоков с потоками обломков и грязевыми потоками на одном конце спектра, и потоками мутности высокой и низкой плотности на другом конце. Также полезно в подводных средах распознавать переходные потоки, которые находятся между потоками мутности и грязевыми потоками. Отложения этих переходных потоков называются по-разному, некоторые из наиболее популярных - "гибридно-событийные слои (HEB)", связанные дебриты" и "слои шлама". [7] Лавины из порошкообразного снега и светящиеся лавины (газонаполненные потоки перегретого вулканического пепла) являются примерами потоков мутности в неморских условиях.
Отложения потока зерна характеризуются укрупняющимся вверх распределением размеров зерен ( обратная градация ) в пределах слоя. Это происходит из-за того, что более мелкие зерна в потоке падают между более крупными зернами во время столкновений зерен друг с другом и, таким образом, откладываются преимущественно у основания потока. [1] Хотя потоки зерна присутствуют в виде лавин зерен в наземных песчаных дюнах, в других условиях они редки. Однако слои с обратной градацией, возникающие в результате процессов потока зерна, действительно образуют так называемые «ковры сцепления» в нижних интервалах некоторых турбидитов высокой плотности. [4]
Отложения сжиженного потока характеризуются признаками обезвоживания, такими как структуры чаши , которые возникают в результате вытекания жидкости вверх в потоке. [1] Как и в случае с чистыми потоками зерна, чистые сжиженные потоки редко возникают сами по себе. Однако процессы сжиженного потока очень важны, поскольку зерна в потоках мутности начинают оседать и вытеснять жидкость вверх. Эти структуры чаши и связанные с ними признаки, такие как трубы для обезвоживания, часто встречаются в турбидитах.
Отложения грязевого потока характеризуются бимодальным распределением размеров зерен, при котором более крупные зерна и/или обломки плавают в матрице мелкозернистой глины. Поскольку грязевая матрица имеет прочность сцепления, необычно крупные обломки могут плавать на поверхности грязевого материала, составляющего матрицу потока, и, таким образом, сохраняться на верхней границе слоя образовавшегося отложения. [1]
Низкоплотные отложения мутного течения (турбидиты) характеризуются последовательностью осадочных структур , называемых последовательностью Боума , которые возникают в результате уменьшения энергии в потоке (т. е. ослабления потока) по мере того, как мутный поток движется вниз по склону. [4]
Отложения мутного течения высокой плотности характеризуются гораздо более грубым размером зерна, чем турбидиты низкой плотности, при этом базальные части отложений часто характеризуются особенностями, которые являются результатом близкого расположения зерен друг к другу. Таким образом, признаки взаимодействия зерен с зерном (т. е. процессы течения зерен) и взаимодействия зерен с субстратом (т. е. тяга ) обычно присутствуют в нижних частях этих отложений. Полные последовательности Боума редки, и обычно очевидны только слои Боума A и B. [4]
Гибридные событийные русла (HEB), переходные между грязевыми потоками и мутными потоками, характеризуются признаками, указывающими как на несвязный (поддерживаемый турбулентностью), так и на связный (поддерживаемый грязью) поток без разделительной границы между ними. В большинстве случаев они представлены текстурами, поддерживаемыми зернами, которые переходят вверх по руслу в текстуры, поддерживаемые грязью. Нередко селевые потоки и грязевые потоки развиваются вниз по склону в мутные потоки и наоборот. Кроме того, потоки внутри могут переходить вверх от одного процесса потока к другому. [7] [8]
Современные и древние примеры
Современные и древние (выступающие) примеры отложений, образовавшихся в результате различных типов гравитационных потоков осадочных пород.
Турбидит высокой плотности ( Bouma A, Lowe S1), врезающийся в турбидиты низкой плотности, горы Топатопа , Калифорния.
Значение
Гравитационные потоки осадочных пород, в первую очередь турбидитные потоки, но в меньшей степени потоки обломков и грязевые потоки, считаются основными процессами, ответственными за отложение песка на дне глубокого океана. Поскольку бескислородные условия на глубине в глубоких океанах способствуют сохранению органического вещества , которое при глубоком захоронении и последующем созревании посредством поглощения тепла может генерировать нефть и газ , отложение песка в глубоководных океанических условиях может в конечном итоге сопоставить нефтяные резервуары и материнские породы . Фактически, значительная часть нефти и газа, добываемых в мире сегодня, находится в месторождениях (резервуарах), возникающих из гравитационных потоков осадочных пород. [9]
^ abcd Middleton, GV & Hampton, MA (1973). "Гравитационные потоки осадков: механика потока и осаждения". Турбидиты и глубоководная седиментация . Тихоокеанская секция Общества экономических палеонтологов и минералогов. Краткие заметки по курсу лекций, стр. 1–38.
^ Postma, G. (1986). "Классификация осадков, образованных гравитационным потоком, на основе условий потока во время седиментации" (PDF) . Геология . 14 (4). Геологическое общество Америки : 291–294. Bibcode :1986Geo....14..291P. doi :10.1130/0091-7613(1986)14<291:cfsgdb>2.0.co;2 . Получено 6 декабря 2011 г. .
^ Вишер, Г. С. (1999). Стратиграфические системы: происхождение и применение. Том 1. Academic Press. 521. ISBN978-0-12-722360-5. Получено 28 декабря 2011 г.
^ abcde Lowe, DR (1982). «Гравитационные потоки осадков: II. Модели осадконакопления с особым упором на отложения потоков мутности высокой плотности». Журнал седиментационной петрологии . 52. Общество экономических палеонтологов и минералогов: 279–297. doi :10.1306/212f7f31-2b24-11d7-8648000102c1865d.
^ Лоу, DR (1976). «Подводные разжиженные и флюидизированные осадочные потоки и их отложения». Седиментология . 23 (3): 285–308. Bibcode :1976Sedim..23..285L. doi :10.1111/j.1365-3091.1976.tb00051.x.
^ ab Gani, MR (2004). «От мутного к ясному: прямой подход к гравитационным потокам осадков и их отложениям». Sedimentary Record . 2 (3 (сентябрь)). Публикация Общества седиментационной геологии SEPM: 4–8. doi : 10.2110/sedred.2004.3.4 .
^ ab Haughton, P., Davis, C., McCaffrey, W. и Barker, S. (2009). «Гибридные осадочные гравитационные отложения — классификация, происхождение и значение». Marine and Petroleum Geology . 26 (10). Elsevier: 1900–1918. Bibcode : 2009MarPG..26.1900H. doi : 10.1016/j.marpetgeo.2009.02.012.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Хэмптон, MA (1972). «Роль подводных обломочных потоков в формировании мутных течений». Журнал седиментационной петрологии . 42 : 775–793. doi :10.1306/74d7262b-2b21-11d7-8648000102c1865d.
^ Weimer, P. и Link, MH, ред. (1991). Сейсмические фации и осадочные процессы подводных конусов выноса и турбидитных систем . Springer-Verlag. 447 стр.{{cite book}}: |author=имеет общее название ( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
