历史地质/浊积岩
浊积岩是沉积岩,是由浊流沉积物成岩形成的,即由浊流沉积的沉积物。在这篇文章中,我们将回顾我们所知的关于浊流的沉积学,并讨论我们如何知道它们的沉积方式。
当密度较大的流体流过密度较小的流体时,密度差会阻止它们混合,因此密度较大的流体会在密度较小的流体中形成一股流。特别是,水中的浊流是由于浑浊(装载了沉积物)而比周围水密度更大的流。由于浊流只是逐渐与周围水混合,因此它的能量只是非常缓慢地消散到更大的水体中。这意味着浊流可以作为更清澈的水中的一股独立的流,流经很长的距离(数百公里)。由于比周围水密度更大,它将顺坡而下,沿着周围流体的底部流动:人们可以将这种流看作一种水下河流,尽管这种比喻并不完全准确,因为浊流可以向上流动并越过路径上的障碍物。
在这篇文章中,我们感兴趣的浊流是由斜坡崩塌引起的,即大陆坡上的沉积物开始沿着它滑落,无论是由于海底地震还是由于沉积物在坡上积累,直到重力本身足以使其开始滑落。这会引发浊流,浊流沿着坡向下流动,随着流动速度加快:此外,随着它沿着坡向下流动,它会搅动更多的浊度,从而增加浊流与周围水的密度差。
当这种流到达海底时,它的速度可以达到每小时 100 公里以上。正如我们已经指出的,浊流的动力学确保它只非常缓慢地损失能量,因此这种流可以行驶数百公里,然后再消失。
由于这些流以如此高的速度携带沉积物,因此它们一定有强大的侵蚀作用:它们被认为是许多水下峡谷的主要成因。然而,我们在这里更关心它们在沉积物沉积中的作用,这将在本文的下一节中讨论。
由浊流沉积的沉积物被称为浊流沉积物。从这些沉积物在成岩作用下形成的岩石被称为浊积岩。
在浊流经过的任何特定点,它将从强壮开始,逐渐减弱,直到它的能量完全消散。其结果是沉积物将分选向上,从粗粒沉积物到细粒沉积物。底部沉积物有多粗取决于沉积物的来源:它可能与巨石和卵石一样粗,也可能与沙子一样细。沉积物的厚度也是可变的,从几米到几厘米不等。
请注意,流不仅随着时间的推移而失效,而且在空间上也会失效,因为它离源头越远,能量就越损失。因此,在离源头最远的地方,只会有泥土沉积;比这更靠近源头,我们会看到泥土上的淤泥;等等。
在浊流沉积物沉积之后,通常会有一段更平静的沉积状态,在此期间,普通的海洋黏土大小的颗粒将沉积在真正的浊流沉积物之上。由这两种机制产生的整个沉积序列被称为鲍马序列。请注意,虽然鲍马序列的顶部不是由浊流沉积的,但术语“浊积岩”被用来包括整个鲍马序列,而不仅仅是其中沉积的部分。
虽然鲍马序列中的普通海洋黏土将包含沉积在深水中的有机遗骸,但浊流沉积物通常将包含源自浅水区的遗骸,而这些遗骸通常会被运输它们的剧烈过程破坏。流沉积的沉积物通常会显示与流有关的沉积结构,例如波痕。当新的序列沉积在旧序列之上时,浊流的力量会侵蚀旧序列顶部细黏土层,形成被称为底痕的痕迹。
找到鲍马序列的典型位置是在一个鲍马序列之下,另一个鲍马序列之上;虽然斜坡崩塌是间歇性的,但它们很多,在足够长的时间内,它们会堆积在一起。右边的图片显示了这些堆积物的一部分,以成岩形式。
我们如何识别这些岩石中沉积物的来源,并得出结论,它确实是浊流沉积的?
首先,大陆边缘的近海钻探发现了一系列未成岩的沉积物,这些沉积物看起来与陆地上发现的成岩沉积物序列完全一样。将后者识别为前者的成岩对应物是微不足道的;因此,我们可以确信成岩沉积物起源于海洋,并且是由与从海底采样的海洋沉积物相同的过程形成的。
但我们如何知道这些过程是什么呢?据我所知,在撰写本文时,没有人曾在正确的时间和地点看到浊流沉积沉积物;这并不奇怪,因为这种现象是间歇性的,不可预测的,因此没有人知道正确的时间是什么;而正确的地点是在海底。
因此,浊积岩长期以来一直是地质学家的一个难题。但是,当他们开始考虑浊流时,突然一切都变得清晰了。
首先请注意,浊流本身并不是假设的。它们可以在水槽中产生,并在实验室中观察到它们的作用。此外,实验室实验证实,浊流的减弱确实会导致分选的沉积物,正如我们所预期的那样。斜坡崩塌也不是假设的,人们已经观察到浊流沿着大陆坡流经海洋峡谷;只有沉积物的实际沉积至今未被记录。
我们知道,无论是什么留下这些沉积物,它都会沿着海底流动,因为它会在沉积物中留下波痕,因为它会在以前的沉积物层上留下底痕。为了让某物在海底流动,它必须比海水密度更大——就像浊流的定义一样。
一个经常被引用的观察结果是 1929 年大班克斯地震的余波。在这场地震发生后的几小时内,许多横越大西洋的海缆被切断。它们的位置是已知的,切断的确切时间也是已知的。因此,可以说,某物能够切断海缆,以大约每小时 100 公里的速度从地震震中附近移动,并且它沿着海缆铺设的海底移动。具有磨蚀性沉积物负荷的浊流将是一个非常合理的候选者。
我们知道,无论是什么过程形成了我们试图解释的沉积物,它都一定正在现在发生,因为我们可以看到当今新沉积的浊流沉积物。但我们也知道,这个过程一定是间歇性的,部分原因是我们看不到任何连续的过程在海底形成这些沉积物,部分原因是沉积学显示出高能流减弱到低能流,然后是一段普通海洋沉积,之后同样的事情反复发生。由斜坡崩塌产生的浊流将符合这一要求。
此外,我们不知道有任何其他原因可以将如此大的碎屑运送到如此远的海洋中。这可能看起来只是一个无知论证,但当与以下论证相结合时,它会变得更有力。我们知道,存在着大陆坡的崩塌,导致流,这些流由于它们的起源而浑浊。因此,这些流必须输送沉积物并以某种形式沉积。如果它不是以浊流沉积物的形式沉积,那么它以什么形式沉积以及它在哪里?
在浊积岩中发现的化石是另一个重要的点。浅水化石与深水化石的交替曾经是一个令人费解的谜。浊流理论使一切都变得清晰:浅水化石被浊流从浅水区带到深水区,而曾经无法解释的异常现象成为该理论的预期结果。
也许最接近人们对浊流形成的直接观察的是1996年瑞士布里恩茨湖的事件。该湖泊出现了明显的沉积物滑坡迹象,包括湖水浑浊度突然增加、小型(半米高)海啸和湖床底部200年前的尸体被释放。从湖泊中提取沉积物岩芯显示,与该事件同时沉积了异常的沉积物层,最厚处厚度为90厘米:沉积物从底部到顶部由砂、粉砂到黏土逐渐过渡:也就是说,它看起来就像浊流沉积物一样,只是它不是海洋性的。进一步调查表明,1996年的事件是由积累的沉积物从阿雷三角洲斜坡上滑落引起的。
鉴于所有这些事实,似乎可以肯定地说,浊流沉积物确实是由浊流形成的。