內(nèi)波內(nèi)潮汐研究綜述

王博宇

（長江大學,武漢 430100）

1 內(nèi)波、內(nèi)潮汐的概念

一般來說，我們在沉積學中討論的內(nèi)波指的是密度不一樣的兩個水層界面上的各個周期的水下波[1]。它的周期有的不足1分鐘，有的可保持好幾天，有的甚至更長，在這些水下波中，如果具有半日潮或日潮周期，就稱作內(nèi)潮汐。

在絕大多數(shù)的海洋和湖泊中，我們都能發(fā)現(xiàn)內(nèi)波[2]。其屬性有著非常大的變動，如周期、振幅、深度、傳播速度等。有的振幅可能高達百米，而有的則只有幾厘米，一般情況下振幅較大的內(nèi)波存在于深水區(qū)域，而在水深較淺的區(qū)域內(nèi)振幅偏小，波長大的甚至能達到數(shù)十千米，小的卻只有幾十厘米或者更小[3]。由于內(nèi)波可能會有很大的振幅和波長，而且可以引起水體的快速流動，所以內(nèi)波可成為海水混合和海底沉積物二次搬運的主要營力之一。

簡單的說，內(nèi)波引起的所有不同周期的水體流動都可以稱作是“內(nèi)波流”，單向優(yōu)勢流，雙向交替流，還有內(nèi)潮汐等都屬于內(nèi)波流。

單向優(yōu)勢是指在一個周期中，往一個方向流動的內(nèi)波流占據(jù)了絕對的優(yōu)勢，往其他方向流動的內(nèi)波影響很小，無法改變這一單向優(yōu)勢流的沉積作用，這種現(xiàn)象一般存在于細狹的水域。

雙向交替流指的是，相鄰的兩個周期間，水流方向被內(nèi)波流主導著發(fā)生相互交替，并且交替方向一般相反。同樣也是在細狹的水域發(fā)育的比較廣泛。

內(nèi)潮汐流作用下形成的水體流動被稱為內(nèi)潮汐流，它既可以是雙向的也可以是多向的，一般在比較開闊的水域中發(fā)育較多。

2 內(nèi)波、內(nèi)潮汐作用方式

2.1 內(nèi)潮汐和長周期疊加內(nèi)波

目前對于內(nèi)潮汐，普遍認為其生成機理為:在引力的作用下，分層的海水流動時遇到劇烈變化的地形而形成的。比如陸架的坡折處、海底的峽谷、海山、嶺、溝等。內(nèi)潮汐是線性或弱線性內(nèi)波，并且具有日潮汐或半日潮周期。如果不考慮淺水區(qū)域的季節(jié)性溫鹽躍層，就能將溫鹽躍層比較穩(wěn)定的海水介質(zhì)看做是雙層的水體，便可以用內(nèi)波的界面波模型去模擬內(nèi)潮汐，我們會發(fā)現(xiàn)內(nèi)潮汐與表面潮汐的作用非常相似，也對海底的地形產(chǎn)生正壓作用。

內(nèi)潮汐與海底地形互相作用時發(fā)生破碎，分成上升流和下降流，此種流動可能就是在海底峽谷觀測到的雙相交替流，它與內(nèi)波沒有破碎時引起的與內(nèi)波傳播方向相反的流動不同。另外，已有的海底沉積物會被破碎的內(nèi)潮汐所產(chǎn)生的紊流剝蝕和搬運，這個現(xiàn)象可以分成三個過程:破碎過程、向上沖刷過程和回流過程。破碎時，利用內(nèi)潮汐與地形相互作用時產(chǎn)生的紊流和瞬間出現(xiàn)的渦動，使沉積在海底的物質(zhì)被剝蝕并且向上懸浮，然后往斜坡的上方進行搬運但不沉積;向上沖刷過程中，則有向斜坡上方傾的交錯層理，且位于破碎帶的附近，上一過程中被懸浮的粗顆?；蚰嗔焖俪练e下來，變?yōu)橥哥R體或有上傾紋層的透鏡體;回流過程中，沉積物就會被底載荷運移，成為向斜坡下方傾斜的交錯層理。

周期較長的內(nèi)波和內(nèi)潮汐疊加所引起的單方向優(yōu)勢流與上述情況類似，長周期內(nèi)波破碎時，會產(chǎn)生長時間的上升流或下降流，這時要是有另外一個內(nèi)潮汐也同時破碎，它產(chǎn)生的上升下降流就與周期較長的內(nèi)波產(chǎn)生的重疊，流向則會長時間朝一個方向。但是從目前觀測到的斜坡上的單向交錯層理來看，長周期內(nèi)波和內(nèi)潮汐疊加而成的特殊內(nèi)波沉積所出現(xiàn)的情況很小，新的內(nèi)波破碎也還是會引起雙向的流動，從而產(chǎn)生雙向交錯層理。

2.2 短周期內(nèi)波

短周期內(nèi)波有大振幅孤立內(nèi)波(非線性)、小周期線性內(nèi)波和高頻隨機內(nèi)波。同樣，淺水季節(jié)性溫鹽躍層不考慮的情況下，短周期內(nèi)波在穩(wěn)定性溫鹽躍層上，也能將內(nèi)波的界面波模型用來進行短周期內(nèi)波的描述。如果海水是連續(xù)層化的，周期較短的內(nèi)波頻率較為接近該水域海水微團受力在鉛直方向上自由振蕩的頻率時，內(nèi)波傳播的方向近乎為水平方向。

假設把短周期內(nèi)波看作正向壓迫海底地形，剝蝕、搬運和沉積過程就都能夠運用海岸環(huán)境中表面波的作用模式進行解釋了。我們可以將穩(wěn)定溫鹽躍層和海底斜坡看成相交狀，讓內(nèi)波傳播的方向與斜坡等深線相垂直，即波峰與斜坡平行。當內(nèi)波與海底接觸到其破碎之前，波形會發(fā)生改變，海底則出現(xiàn)振蕩流，我們就能看見丘狀交錯和浪成波紋層理。內(nèi)波破碎以后，水體會涌向斜坡的上方，再因為重力向下回流，產(chǎn)生雙向交替流動，然后我們就會在沉積物上看到雙向交錯層理。內(nèi)波與海底接觸到其破碎之前，水體的流動和內(nèi)潮汐比較類似，只是不占據(jù)主導的地位。內(nèi)波能量足夠強的情況下，在破碎帶向斜坡方向也有可能形成沖洗帶。斜坡的更上方，可能出現(xiàn)兩種情況：深水的細微顆粒沉積，和因能量減弱，橫向上會沉積為近乎對稱的構(gòu)造。

[1]LaFond E C. InternaI waves[J]// Fairbridgy R W. The EncycIopedia of Oceangraphy. New York: ReingoId, l966: 402-408.

[2]高振中,何幼斌,羅順社等. 深水牽引流沉積 內(nèi)潮汐-內(nèi)波和等深流沉積研究[M]. 北京:科學出版社,l996.

[3]楊樹珍.我國內(nèi)波研究取得新進展[J].海洋信息,l994(06):3-4.

[4]channel: previously unrecognized facies [J].Geology,1991,19(07):734-7371.

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[6]何幼斌,高振中,李建明等.浙江桐廬地區(qū)晚奧陶世內(nèi)潮汐沉積[J].沉積學報,1998,16(01):1-71.

[7]何幼斌,高振中,李建明.浙江桐廬上奧陶統(tǒng)堰口組巖石特征及沉積環(huán)境分析[J].古地理學報,1999,1(03):65-721.