內波形成與沉積作用

摘要：隨著油氣勘探向半深海、深海進發，地質工作對于半深海、深海沉積要求越來越高。20世紀50年代初興起的濁流理論改變了對深水沉積的認識，并在一定程度上指導了深水油氣的勘探。隨著勘探手段的發展和地質認識的深入，不僅對濁流理論本身，特別是鮑馬序列產生了新的認識，而且發現了大型深海沉積物波這種難以用現有的濁流理論、等深流理論解釋的地質現象。內波理論的發展為解釋這一地質現象提供了契機，也為深海砂體的預測提供了新的理論指導。

關鍵詞：內波 內潮汐 大型沉積物波 指向構造

1 內波及內潮汐概念

內波是一種水下波，發生于存在物理性質差異的分界面上，如海洋內部密度不均形成的分界面。由于海洋各處都存在著由于水溫、鹽度等造成的海水密度不均，故內波的發育象表面波一樣廣泛，只是發育在水下，不易為人所察覺。

2 內波研究歷史及方法

2.1 內波研究歷程

早在1893~1896年F.Nansen就發現了內波，并且提出觀測船航速減慢是因為在船航行過程中，遇到海水密度差異界面并在界面上激發了一種上下振動的波動消耗了船的能量，這種波動就稱為內波。20世紀60~70年代，C·加勒特和W·蒙克提出了大洋內波譜模型。Lonsdale等（1972）、Klein（1975）及Mullins（1982）先后發現并研究了深海的內潮汐沉積。經研究后認為內波只有在兩種情況可以形成有效的跨陸架運移：一種是陸棚坡折處內潮汐作用強烈，另一種是潮下流向下海岸運動強烈。作者認為內波引起的非線性流和不對稱流動只有在特殊情況下才能加強到可以形成沉積物波：①內波波幅與溫躍層（密度差異界面）下部的水層深度相當；②溫躍層上部和下部的水層厚度相近；③溫躍層與海床相交。當內波作用加強并將溫躍層下部的冷水和營養物質搬運到近濱，藻類將大量繁殖，甚至可能在遠離海灘的地方形成有害藻華。

2.2 內波研究方法

內波發生在海洋內部，給研究工作帶來難度，不能用測量表面波的方法進行觀測。但是可以通過間接地測量方法來獲得，對于古內波的研究方法，Robert Turnewitsch等采用內波作用遺跡化石—放射性元素234Th/238U的不均衡分布來探索古內波強度、波長等特征的描述。其原理是基于水流和地形相互作用。沉積物中234Th是238U衰減的產物，二者的數量存在一定關系。當內波作用于沉積物時，沉積物剝蝕將會使沉積物中的細粒物質發生再懸浮，使234Th發生溶解并搬運，造成沉積物中234Th/238U不均衡現象。再根據這種不均衡現象的分布和程度來推斷內波的強度、波長等。Robert Turnewitsch等認為進一步認識這種水流—地形相互影響轉化為沉積物地球化學特征的研究方法，對于未來在深海研究中發展新的古水流動力作用變化重建方法有很大的幫助。

3內波特征及其引起的水流特征

內波與表面波的不同主要起因于單位海水質點的回復力，表面波單位質量海水的回復力為g，而界面內波為(ρ1-ρ2)g/ρ2，（ρ1、ρ2分別為密度界面上下水體的密度）。故內波的波要素覆蓋的尺度范圍比表面波要寬：低頻內波具有幾十甚至幾百公里的波長，傳播速度可達每秒幾米；短周期內波的波長為幾百米到幾公里，傳播速度則有每秒達幾十厘米的量階；低頻內波的振幅可達100m甚至以上；短周期內波的振幅也有10—20m。

4內波沉積的特征

4.1 沉積物波的特征

深海大型沉積物波的發現和研究，為內波理論提供了研究素材和證據。深海調查中發現了大量的沉積物波，特別是泥波廣泛存在于海洋中。有學者將沉積物波的形成歸因于濁流、等深流、滑塌等，但是這些解釋都有不合理之處。如，有的沉積物波表現為向上遷移，這與濁流以重力為動力不符；有的沉積物波遷移方向與等深流方向垂直，故不能用等深流來解釋。而用內波來解釋沉積物波的形成則較為合理。

4.2 內波沉積體特征

在高振中和Eriksson（1991）研究美國弗吉尼亞州芬卡斯爾（Fincastle）地區中奧陶統上部貝斯組（Bays Formation）的沉積巖時成功應用了內波沉積，并首次提出“內波沉積”概念后，我國又有很多學者進行了內波沉積研究。這些工作主要可以歸結為三個方面：①內波沉積體的新發現；②積物波的再認識；③綜述和理論探討。結合發現的古露頭，對內波沉積體特征有了重要的認識。

4.3 內波沉積作用機理

現代海洋地質調查表明，內波根據其傳播形態可以分為前進波和內駐波，前者發育在開放水環境中，后者發育在較封閉的水環境中。王青春等認為這種形成向傳播方向相反一側遷移的沉積構造是內波沉積所特有的指向沉積構造，并用波動理論對其成因進行了探討。

4.3.1 波動理論對于水體中波動的傳播及水質點運動特征的研究是從表面波開始的，一般情況下表面波波動曲線可以看作是海水質點持續作勻角速圓周運動留下的軌跡，這種曲線并不是正弦曲線，而是波峰較陡波谷較緩的不對稱曲線。

4.3.2 內波沉積構造形成內波波動過程中，內波流對沉積物的沖刷作用與密度界面與海底之間的距離相關，即密度界面與海底之間距離越小，沖刷作用越強。內波內水質點運動特征，在密度界面之下，波峰處的水質點運動方向與波前進方向相同，而波谷處水質點運動方向與波前進方向相反，同時，波谷距離海底之間的距離總是小于波峰，這就造成了波谷處反向水質點的沖刷作用處于優勢，使得沉積物向相反方向搬運，形成特征的反向指向構造。

5 結語

認識內波、內潮汐沉積可以在深海、半深海形成大型的沉積物波，與其它地質營力，如等深流、濁流等聯合作用，可以形成較粗粒的沉積體，并且沉積體的物性要好于濁流等單獨作用時的產物。尤其是細砂、粉砂級大型沉積物波，其良好的分選以及與深海泥巖等細粒沉積的生、儲、蓋搭配，使得內波沉積成為富有勘探遠景的沉積類別。因此內波沉積的研究已經在國內外引起了廣泛關注。我國在內波沉積尤其是地質紀錄中的內波沉積的識別與描述上有很多成果，認識到了內波沉積典型的指向構造，總結出了內波沉積的沉積層序和相類型。但是眾多學者大都將目光集中在發現新的內波沉積體上，而對于內波形成機理、作用方式等方面的理論研究較欠缺。應該將內波沉積的形成與其在地球化學、地球物理方面的響應作為研究的重點，將內波沉積體所蘊含的油氣資源早日開發出來。

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