異重流研究進(jìn)展綜述

唐武，王英民，仲米虹，田建華，鄒夢君

（1中海油研究總院；2浙江大學(xué)海洋學(xué)院）（3中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心）

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異重流研究進(jìn)展綜述

唐武1，王英民2，仲米虹3，田建華1，鄒夢君1

（1中海油研究總院；2浙江大學(xué)海洋學(xué)院）
（3中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心）

摘 要基于國內(nèi)外文獻(xiàn)分析，從與經(jīng)典濁流對比的角度，厘定了異重流的概念，探討了異重流的形成機(jī)制、異重巖的結(jié)構(gòu)特征以及異重流發(fā)育過程的模式。異重流是一種低密度準(zhǔn)穩(wěn)定的沉積物重力流。異重巖縱向剖面上通常由一個(gè)向上變粗和一個(gè)向上變細(xì)的沉積單元組成。異重流的形成與流體懸浮負(fù)載濃度密切相關(guān)，它的演化過程受氣候條件、構(gòu)造活動、沉積物供給以及相對海（湖）平面變化的控制，其中，氣候條件最為重要。

關(guān)鍵詞異重流；異重巖；濁積巖；研究進(jìn)展

本文受國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“南海深水盆地油氣資源形成與分布基礎(chǔ)性研究”（編號：2009CB219407）和國家自然科學(xué)基金“深水單向遷移水道的成因機(jī)理及其內(nèi)的濁流、內(nèi)潮流與等深流交互作用研究”（編號：41372115）資助

唐武：1987年生，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京），博士，主要從事層序地層學(xué)、沉積學(xué)以及儲層預(yù)測研究。通訊地址：100028北京市朝陽區(qū)太陽宮南街6號海油大廈A座；E-mail：tw_geology@163.com

異重流（hyperpycnal flow）是當(dāng)前國際沉積學(xué)界的熱點(diǎn)話題之一［1］，它被認(rèn)為是向深水輸送沉積物的一種重要方式，但其重要性在過去一直被低估了［2］。近年來，越來越多的證據(jù)表明異重流可以向沉積盆地中搬運(yùn)數(shù)百千米［3-8］，甚至可以在高水位期堆積厚層的碎屑巖沉積序列［2］，然而，目前國際上對古代異重流沉積的報(bào)道卻很少［9-12］。在國內(nèi)，河口海岸動力研究者和水利學(xué)家們也陸續(xù)開展了異重流的相關(guān)研究［13-15］，但他們主要是通過現(xiàn)場觀測和數(shù)值模擬的手段來探討異重流對水庫及河口處泥沙淤積與排放等方面的影響，而對其沉積產(chǎn)物則關(guān)注較少［16］。因此，異重流的研究成果尚未引起沉積學(xué)家和石油地質(zhì)學(xué)家們的足夠重視，也沒有被充分地應(yīng)用到古代地層的解釋中。有鑒于此，本文從沉積學(xué)的角度系統(tǒng)闡述異重流的相關(guān)進(jìn)展，旨在加深人們對異重流的認(rèn)識，并指出異重流研究中存在的一些問題，以期引起同行關(guān)注。

1 何謂異重流

異重流現(xiàn)象最早由Forel［17］于1892年在萊曼湖（Lake Léman）中發(fā)現(xiàn)，挾沙河流在注入清澈的湖水時(shí)并未與湖水混合，而是潛入到湖水之下形成異重流?，F(xiàn)今借助于高清航拍成像，這一現(xiàn)象被清晰地記錄到了（圖1）。1953年，Bates［18］在研究三角洲時(shí)最早給出了異重流（hyperpycnal flow）的定義：河流注入?yún)R水體時(shí)，河水的密度大于匯水體的密度，這是河流注入?yún)R水體的三種方式之一（另外兩種是等密度流（homopycnal flow）以及異輕流（hypopycnal flow）［15］）。1995年，Mulder和Syvitski［19］重新修訂了Bates的定義，將異重流定義為一種負(fù)浮力的流體，這種流體源于河口，所搬運(yùn)的顆粒使得流體密度高于周圍水體而沿著盆底流動（圖2a），這意味著異重流攜帶的顆粒在粒度小于中砂時(shí)可搬運(yùn)很長距離。同時(shí)，Mulder等［2］指出異重流作用是指河流物質(zhì)直接向淺海、陸架和斜坡搬運(yùn)或過路，由最初包含淡水的紊流所控制。這一定義排除了由于滑塌或三角洲前積層失穩(wěn)所形成的涌浪型濁流（經(jīng)典濁流）（圖2b），并獲得了越來越多的認(rèn)可［6，11-12，20-22］。關(guān)于異重流與經(jīng)典濁流的其他區(qū)別，后文將詳述。

此外，Mulder等［2］強(qiáng)調(diào)的“異重”（hyperpycnal），意味著高于一定的密度門檻（這種高于某一密度門檻值的流體，國內(nèi)水力學(xué)界稱為異重流［23］），但卻不是“高密度”（high density），異重流實(shí)際上相當(dāng)于Lowe［24］提出的低密度濁流（＜1500kg/m3）。Mulder和Syvitski［19］指出，海洋環(huán)境中異重流形成的臨界密度門檻是36～43 kg/m3（體積濃度為1.3﹪～1.7﹪），且隨著海水溫度、鹽度等因素的變化，這一門檻值可能進(jìn)一步下降。Parsons等［10］強(qiáng)調(diào)，在考慮對流沉降條件下，形成異重流的臨界密度約為1kg/m3（體積濃度約為0.04﹪）。

圖1 異重流航拍照片

圖2 典型流體類型剖面圖

2 異重流形成條件

全球從大陸搬運(yùn)到大洋中的沉積物有95﹪來自于河流，雖然河流有底負(fù)載、混合負(fù)載和懸浮負(fù)載等3種搬運(yùn)方式，但是搬運(yùn)至大洋中的沉積物大部分都是懸浮負(fù)載的，而懸浮負(fù)載的濃度對于形成異重流至關(guān)重要。在正常流量條件下，全世界僅有9條“臟河（dirty river）”，每年均會頻繁形成異重流［20］。而在洪泛時(shí)期，河流觸發(fā)形成異重流的幾率則大大提升。Mulder和Syvitski［19］對全球147條河流的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，71﹪的河流可以形成高頻率—中頻率（每年～每千年）的異重流，另有13條河流形成異重流的頻率是1000～10000年，而另外29條河流則不能形成。同時(shí)，特殊條件可增加異重流形成的幾率，如特殊地質(zhì)背景（軟沉積和易侵蝕沉積多，如黃河）、極端地質(zhì)事件、長期洪泛引起的海水稀釋以及河口壩侵蝕等；相反，自然作用如海岸上涌也會提高形成異重流的濃度門檻。

通常來說，小型、中型河流在季節(jié)性洪泛期易形成異重流，且隨著地形坡度和構(gòu)造活動強(qiáng)度的增加，洪泛更易形成。大型河流雖然流量大（如尼羅河、密西西比河），但濃度不夠，通常難以形成異重流，原因主要有兩點(diǎn)：一是水量大，濃度被稀釋；二是大型河流的許多沉積物沉積在泛濫平原和水上三角洲。此外，季節(jié)性洪泛形成異重流的持續(xù)時(shí)間較長，而極端地質(zhì)條件下如熱帶干旱環(huán)境的驟發(fā)性洪水、冰川洪泛、天然堤或人工堤潰堤以及泥流等發(fā)育的異重流持續(xù)時(shí)間均較短。因此，觸發(fā)異重流最常見的方式就是洪泛，而極端條件一般與大的降雨有關(guān)。

在洪泛期，顆粒負(fù)載一般隨流量增加而增加，雖然這種增加可能存在著復(fù)雜性［26］。首先，洪泛持續(xù)時(shí)間以及到達(dá)洪峰需要的時(shí)間可能是幾小時(shí)到幾周；其次，顆粒的濃度—流量關(guān)系取決于降雨的時(shí)間和強(qiáng)度。通常在洪泛上升期，顆粒濃度增加，但是，相反的趨勢也能見到［20］。在一些地區(qū)，由于易侵蝕顆粒獲取的難易程度不同，故濃度—流量曲線可能會出現(xiàn)平值，即流量增加而濃度不變。此外，當(dāng)流量增加或穩(wěn)定不變時(shí)，顆粒濃度也可能減少。通過現(xiàn)代河流日常測得的濃度和流量的關(guān)系（圖3）可以很好地解決這一問題，其關(guān)系式為Qs=aQb或Cs=aQb-1（Qs：懸浮顆粒負(fù)載；Cs：懸浮顆粒濃度；Q：流量；a，b：每條河流的額定參數(shù)）［2］。在低流量期，小規(guī)模的流量增加對濃度影響不大；而在高流量期，小規(guī)模的流量增加會引起顆粒濃度的劇增（圖3，彩色示例的對比），這很好地解釋了洪泛期異重流發(fā)育的成因。此外，這也意味著洪泛期異重流可以攜帶和搬運(yùn)大量的沉積物，在洪泛持續(xù)期間，異重流搬運(yùn)的沉積物可能是過去數(shù)年或數(shù)十年的總和。例如，1994年法國地中海邊瓦爾（Var）河持續(xù)3天的洪泛，洪峰流量可達(dá)4000m3/s（年平均流量是52m3/s），其中，異重流持續(xù)時(shí)間達(dá)18小時(shí)［27］，所搬運(yùn)的沉積物是年搬運(yùn)量的11～14倍，而整個(gè)洪泛期搬運(yùn)的物質(zhì)超過了之前20年搬運(yùn)的總和。

圖3 流量與懸浮負(fù)載濃度關(guān)系曲線（據(jù)文獻(xiàn)［2］改繪）

3 異重流與經(jīng)典濁流的區(qū)別

Mulder和Alexander［28］依據(jù)流體物理性質(zhì)的不同將沉積物重力流劃分為碎屑流（debris flows）、超濃度流（hyperconcentrated density flows）、濃濃度流（concentrated density flows）以及濁流（turbidity flows），又根據(jù)沉積物流變學(xué)特征的差異和由支撐機(jī)制所確定的流體類型的差異，把濁流進(jìn)一步劃分為準(zhǔn)穩(wěn)定濁流（quasi-steady turbidity current）和涌浪型濁流（surge-like turbidity flow，即經(jīng)典濁流）兩類，這種分類方案獲得了廣泛的認(rèn)同。

Mulder等［29］通過實(shí)測計(jì)算了地中海瓦爾峽谷中異重流的雷諾數(shù)（Re），其值在（6.6～7）×107之間，這表明該流體完全處于湍流狀態(tài)，顆粒之間為湍流支撐，屬于濁流。然而，這種流體屬于洪水成因的濁流，其流速通常具有先增大后減小的特點(diǎn)，且持續(xù)時(shí)間更長，沉積物粒度更細(xì)，通常小于中砂，因此，Mulder等［28］將異重流也稱為準(zhǔn)穩(wěn)定濁流。與沉積物再搬運(yùn)（由滑動—滑塌或碎屑流轉(zhuǎn)化而來）形成的涌浪型濁流（圖2b）相比，兩者的作用方式、持續(xù)時(shí)間和沉積產(chǎn)物均顯著不同（見后文中表1，表2）。Soyinka等［11］依據(jù)沉積物粒度的大小，將異重流進(jìn)一步分為砂質(zhì)異重流和泥質(zhì)異重流兩類。

3.1 流體作用方式的差別

通常，異重流初始顆粒濃度小于涌浪型濁流，且異重流的顆粒濃度在垂向上漸變［30］，而涌浪型濁流具有強(qiáng)濃度梯度［31-32］，這表明頂部和底部的流體作用方式不同（表1）。

表1 異重流與涌浪型濁流作用方式的區(qū)別（據(jù)文獻(xiàn)［2］）

維持異重流向下運(yùn)動的驅(qū)動力較涌浪型流體的更小，實(shí)驗(yàn)證實(shí)在同一斜坡上異重流的流速小于涌浪型濁流［33］。此外，對不同地區(qū)涌浪型濁流、異重流的數(shù)值模擬［34-35］也體現(xiàn)了流速的差異：1979年瓦爾峽谷涌浪型濁流上部涌浪的速度預(yù)計(jì)達(dá)到了30～40m/s，而峽谷中部的速度為5～10 m/s；1663年加拿大魁北克南部沙格奈海灣（Saguenay fjord）異重流的速度達(dá)到2m/s，但在其流經(jīng)路徑上通常小于1m/s。

異重流是一種準(zhǔn)穩(wěn)定流體，這意味著流體的速度緩慢地增加或減小。這一特點(diǎn)與洪泛的成因有關(guān)，如在一次洪泛事件中，河流流量和速度均增加，洪峰過后，兩者均減??；流量的增加包括河道深度和寬度的改變，而流速增加的速率比流量更慢。涌浪型濁流則是典型的非穩(wěn)定流，觸發(fā)以后短期快速加速，然后快速衰減。

Mulder等［2］指出異重流是一種低速紊流，它沿著運(yùn)移路徑的密度均較低，相當(dāng)于Lowe提出的低密度濁流［24］。比較而言，滑動—滑塌誘導(dǎo)的涌浪型濁流代表了快速流動流體轉(zhuǎn)化的結(jié)果，在這一系列的轉(zhuǎn)化過程中，由于水體的捕獲，流體的濃度和密度持續(xù)降低，這種類型流體的大部分相當(dāng)于Lowe提出的高密度濁流［24］。這充分體現(xiàn)了術(shù)語“異重（hyperpycnal）”的含義，即位于密度門檻之上但又不是高密度（high density）。

3.2 沉積產(chǎn)物的差別

圖4 四種不同流量-時(shí)間變化條件及相應(yīng)的典型巖相（據(jù)文獻(xiàn)［36］修改）

關(guān)于異重流的沉積序列，Mulder等［36］最早利用X射線成像技術(shù)對現(xiàn)代地中海深海異重流進(jìn)行了詳細(xì)的描述。針對Shanmugam的質(zhì)疑［37］，Mulder等［29］又提出了異重巖（hyperpycnites）的概念，用來特指異重流的沉積產(chǎn)物。一個(gè)完整的異重巖序列通常由兩個(gè)單元組成，一個(gè)是向上變粗的沉積單元（Ha），代表著洪泛持續(xù)增加或增強(qiáng)時(shí)期；另一個(gè)是向上變細(xì)的沉積單元（Hb），代表著洪泛持續(xù)減少或衰減時(shí)期；兩個(gè)單元轉(zhuǎn)化處響應(yīng)于最大粒徑處，是洪峰的標(biāo)志，而隨著洪峰強(qiáng)度的不同，所形成的異重巖也略有差異（圖4）。當(dāng)洪泛規(guī)模較小，未超過形成異重流的流量門檻時(shí)，無法形成異重流，可發(fā)育滑動—滑塌誘導(dǎo)的濁流（圖4的Ⅰ）；當(dāng)洪泛規(guī)模小，但最大流量超過門檻值，可形成異重流，一個(gè)完整的垂向序列包括逆粒序單元（Ha）和正粒序單元（Hb），兩者之間呈漸變（圖4的Ⅱ）；在中等規(guī)模洪泛時(shí)，其沉積特征與Ⅱ類似，但粒度更粗，厚度更大，兩個(gè)單元之間呈突變接觸（圖4的Ⅲ）；當(dāng)大規(guī)模洪泛時(shí)，沉積特征與Ⅲ類似，但是顆粒更粗，兩單元之間出現(xiàn)侵蝕面（圖4的Ⅳ）。

瓦爾峽谷的巖心就具有上述沉積單元的特征，顆粒粒徑從粉砂到砂然后再減小到粉砂（圖5a）。除此之外，一套典型的異重巖還包含由沙波遷移而形成的沉積構(gòu)造，其中最常見的就是爬升波紋和交錯(cuò)層理，同時(shí)出現(xiàn)較好的分選，表明這些流體中顆粒沉積作用和牽引作用是同時(shí)發(fā)生的。異重巖顯示的紋層，代表了一次單一紊流在底部邊界層上的水動力波動［38］。

圖5 典型異重巖序列

在現(xiàn)代日本海中部、距離入?？?00 km、水深3350m處發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代異重巖［5］，在長達(dá)4m的重力活塞取心中包含多個(gè)由濁積粉砂巖和半遠(yuǎn)洋泥組成的韻律層。許多粉砂巖層顯示了粒度向上變細(xì)的趨勢，但是有一些5～10cm厚的砂巖層中出現(xiàn)了向上變粗的趨勢，且在粒度最粗附近出現(xiàn)侵蝕面，之后粒度再次向上變細(xì)（圖5b）。如此長距離搬運(yùn)反映了河流洪泛的持續(xù)時(shí)間和水動力強(qiáng)度。Nakajima［5］認(rèn)為異重流通過捕獲海水和由侵蝕作用獲得海底的沉積物來維持其密度，并做長距離搬運(yùn)，預(yù)計(jì)搬運(yùn)700km所持續(xù)的時(shí)間需要幾天到3～4周，流體的流速大約是0.3m/s。此外，具有相似特征的異重巖序列在美國懷俄明州白堊系Lewis頁巖中的Dad砂巖段露頭［11］（圖5c）以及意大利亞平寧山脈中新統(tǒng)Marnoso-Arenacea組露頭［1］（圖5d）中也被識別出來。

由于洪泛時(shí)攜帶大量的碎屑物質(zhì)，異重流的沉積速率可以非常高，Mulder等［30］對瓦爾峽谷河口階地的巖心分析表明，每百年沉積1.2～1.6 m，在過去一百年記錄了13～14次異重巖，而過去50年則記錄了9～10次，這表明每5～7.5年可形成一次異重流。

與鮑馬序列類似，完整的異重巖序列通常難以發(fā)現(xiàn)，最高洪峰時(shí)可能難以沉積，洪峰過后，流量下降，速度降低，沉積開始，且垂向粒度變化過程中伴隨有突變接觸面。在大規(guī)模洪泛的高峰期，下部的Ha單元可能完全被侵蝕，Ha和Hb之間呈侵蝕接觸（圖4的Ⅳ），形成層序內(nèi)部的侵蝕接觸面。在這種情況下，異重巖與經(jīng)典濁積巖（發(fā)育鮑馬序列）可能難以區(qū)分。有鑒于此，Mulder等［29］對異重巖與經(jīng)典濁積巖的識別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比（表2）。

表2 異重巖與經(jīng)典濁積巖的識別標(biāo)準(zhǔn)（據(jù)文獻(xiàn)［29］）

4 討 論

4.1 異重流形成過程

對于異重流的形成過程，前人通過模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)探討。Kassem和Imran［39］通過數(shù)字模擬首次模擬出了從上游自由流體到潛入水體最終形成異重流的全過程。Lamb等［40］精細(xì)地刻畫了異重流的形成過程，他們認(rèn)為注入?yún)R水體的流體在形成異重流之前會經(jīng)過回流區(qū)（backwater zone）、有限深度潛入?yún)^(qū)（depth-limited plume）以及潛入?yún)^(qū)（plunging zone）三個(gè)部位（圖6）。其中：回流區(qū)為海水所能影響的河水范圍；有限深度潛入?yún)^(qū)為海岸線到潛入點(diǎn)之間的范圍，該區(qū)域水體深度較淺，不足以形成異重流；潛入?yún)^(qū)為從潛入點(diǎn)到流體加速而形成穩(wěn)定異重流之間的區(qū)域，潛入點(diǎn)的弗勞德數(shù)（Fr）不隨河水沉積物濃度的變化而變化，而與頭部流速成正比［41-42］。在有限深度潛入?yún)^(qū)內(nèi)，負(fù)載流體注入?yún)R水體內(nèi)，在強(qiáng)大的水動力作用下，對匯水體產(chǎn)生一個(gè)向前的推力，形成一個(gè)分離面，分離面之下流體開始潛入底部，而當(dāng)沉積物底部壓力變大，受壓力作用底部流體會比表層流更快；越過潛入點(diǎn)，進(jìn)入潛入?yún)^(qū)內(nèi)，流體壓力進(jìn)一步增大，開始以水下流方式搬運(yùn)沉積物，而當(dāng)達(dá)到一定平衡后，表層速度消失，穩(wěn)定異重流形成，整體以一個(gè)隆升的頭部和一個(gè)瘦長的體部向前運(yùn)動［2，39-40］。需要注意的是，異重流雖受洪水控制，整體表現(xiàn)出先增強(qiáng)后減弱的動力學(xué)特征及相應(yīng)的沉積特征，但經(jīng)過上述三個(gè)過渡區(qū)域，隨著流體的加速和減速以及各區(qū)域邊界位置的變化，異重流的形成過程及沉積產(chǎn)物會被進(jìn)一步復(fù)雜化［40］。

圖6 異重流形成過程（據(jù)文獻(xiàn)［40］修改）

4.2 異重流主控因素

異重流的形成和演化是多種因素共同作用的結(jié)果，其中，氣候、構(gòu)造活動、沉積物供給、相對海（湖）平面變化等為主控因素。

氣候條件 它是控制異重流發(fā)育的最重要因素，氣候的變化影響著降雨量，決定了流量的大小，控制著洪泛的規(guī)模和頻率，直接決定了異重流的形成及演化。一般來說，溫暖潮濕的氣候條件下，植被發(fā)育，侵蝕能量弱，懸浮濃度降低，不利于異重流的形成；相反，干旱氣候條件下，植被覆蓋減小，溫差加大，侵蝕作用增強(qiáng)，懸浮濃度增加，異重流形成的幾率大大提升。此外，氣候的劇烈變化會導(dǎo)致極端地質(zhì)事件如驟發(fā)性洪水、冰川洪泛、天然堤或人工堤潰堤以及泥流頻發(fā)，可形成特殊的異重巖。因此，氣候變化對于異重流的時(shí)空演變至關(guān)重要，而異重流的發(fā)育也可用來指示氣候變化［43］。

構(gòu)造活動 構(gòu)造的隆升與沉降會導(dǎo)致盆地形態(tài)和沉積物供給發(fā)生變化，異重流的形成也會受到相應(yīng)影響，這一點(diǎn)對于陸相湖盆而言尤為重要。構(gòu)造活動強(qiáng)烈會導(dǎo)致盆地地形高差較大，同時(shí)大大增加泥沙的供給量，這種情況下，河流在入海（湖）時(shí)易形成異重流［21，44］；構(gòu)造活動減弱時(shí)，盆地多地勢平緩，沉積物供給弱，異重流相對不發(fā)育。

沉積物供給 它對異重流的控制主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是控制河流體系的來水、來沙條件，來沙量的大小以及粒度的相對粗細(xì)對異重流的形成均會造成不同程度的影響，例如，黃河上游提供大量細(xì)粒泥沙，河流入海處異重流頻繁［45-46］；二是影響河流的流量，洪泛期沉積物供給增大導(dǎo)致河流流量猛增，流量越大則小規(guī)模的流量變化就會引起懸浮顆粒濃度的劇烈變化（圖3），異重流越易形成；反之，平水期沉積供給相對較少，河流流量減小，流量越小則異重流越不發(fā)育。

相對海（湖）平面變化 它對異重流而言是一個(gè)相對宏觀的控制因素，且在不同的地形背景下，海（湖）平面升降對異重流發(fā)育的結(jié)果各不相同。在海平面低位期，窄陸架背景下河流直接與峽谷相連，異重流易發(fā)育；寬陸架背景下河流趨于匯聚形成大河，異重流不易形成［2］，這種情況就發(fā)生在低位期的英國和法國陸架上，如萊茵河、塞納河、墨茲河以及泰晤士河分別匯聚成了大型河道［44］。在海平面高位期，寬陸架背景下的大型盆地趨于分離成多個(gè)小盆地，異重流形成的可能性增大，相反，窄陸架背景下河口與峽谷分離，異重流活動減弱。

4.3 異重流研究存在的問題及對策

近10年來異重流的研究雖取得了一定的進(jìn)展，但仍有許多問題值得進(jìn)一步深入探索，這些問題主要表現(xiàn)在古代異重流沉積、異重流沉積模式以及缺乏現(xiàn)代觀察和模擬實(shí)驗(yàn)等三個(gè)方面。

（1）古代異重流沉積

從現(xiàn)代海洋和湖泊的觀察與統(tǒng)計(jì)來看，異重流是一個(gè)十分普遍的現(xiàn)象，然而在公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，關(guān)于古代異重流沉積尤其是古代陸相湖盆的報(bào)道卻十分罕見［6，11-12］。異重流沉積過去可能被解釋為更常規(guī)的沉積體系［44，47］，這一點(diǎn)值得引起重視。我國中新生代陸相湖盆廣泛發(fā)育，應(yīng)存在大量異重流沉積，現(xiàn)階段各油田大量的測井、巖心及分析化驗(yàn)資料為開展相關(guān)研究提供了良好的基礎(chǔ)，我國的沉積學(xué)家應(yīng)抓住機(jī)遇，對異重流的作用過程、沉積產(chǎn)物、分布規(guī)律及相模式等方面開展深入細(xì)致的分析，以期為該領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，并在世界上占有一席之地。此外，Nakajima［5］對日本海的研究成果表明，異重流可以作長距離搬運(yùn)，在距河口700 km處仍可見大量分選好的細(xì)粉砂巖，并且Zavala等［12］認(rèn)為異重流除搬運(yùn)大量細(xì)粒懸浮沉積物外，還可攜帶粗粒沉積，這不論是對海相還是陸相油氣勘探來說都具有重要的啟示。

（2）異重流沉積模式

與經(jīng)典濁流的沉積模式相比，異重流沉積模式的研究才剛剛起步，Mulder等［36］在研究地中海瓦爾峽谷時(shí)，用“兩單元模式”（即向上變細(xì)和向上變粗兩個(gè)單元）總結(jié)了異重流的沉積特點(diǎn)。這一模式得到了廣泛的應(yīng)用，眾多學(xué)者采用這一模式來作為異重流的識別標(biāo)志［1，5-6，11-12，22］，然而，目前對于異重流沉積的作用過程、沉積單元及相帶劃分還知之甚少，僅用這一模式作為識別異重流沉積的依據(jù)，其充分性還值得商榷。實(shí)際上，不論是在海洋中還是在湖泊中，均存在著復(fù)雜的動力作用機(jī)制，它們在對異重流沉積作用產(chǎn)生著影響，因此，異重流的沉積產(chǎn)物也不應(yīng)只有一種類型，多種不同巖相和沉積特征的組合才應(yīng)是識別的關(guān)鍵。可以預(yù)期，與鮑馬序列類似，Mulder等［36］的模式會受到越來越多的質(zhì)疑。研究人員應(yīng)跳出這種模式的約束，結(jié)合實(shí)際條件，多角度思考，充分利用現(xiàn)代海洋和湖泊觀察技術(shù)，開展不同盆地背景、氣候、構(gòu)造等條件下異重流的研究，并總結(jié)相應(yīng)的沉積模式，完善異重流沉積理論。

（3）缺乏現(xiàn)代觀測和實(shí)驗(yàn)?zāi)M

異重流的發(fā)現(xiàn)源于現(xiàn)代觀測，主要是對這一現(xiàn)象和最終沉積產(chǎn)物進(jìn)行了相關(guān)分析［5，7-8，36］，而關(guān)于異重流發(fā)展演化過程的相關(guān)研究則相對空白。數(shù)值模擬能在一定程度上形象地顯示異重流的作用過程［48］，但對于異重流作用過程中流體性質(zhì)是否變化、發(fā)育何種不同沉積物則難以解釋。黃河入海口是異重流最為頻發(fā)的地區(qū)之一，是研究異重流的天然場所［15，45-46］，當(dāng)前應(yīng)加強(qiáng)利用多波束海底測量、多普勒測速儀、旁側(cè)聲吶、重力活塞取心等先進(jìn)的海底觀察手段對異重流形成、發(fā)育和消亡的整個(gè)過程開展相關(guān)研究，淺層高分辨率地震也可用來探索異重流沉積的地震響應(yīng)特征。模擬實(shí)驗(yàn)方面國內(nèi)研究起步晚、缺乏手段，鑒于異重流沉積潛在的油氣勘探價(jià)值，石油公司應(yīng)與科研院所緊密合作，發(fā)揮各自優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)理論與生產(chǎn)的相互促進(jìn)?？梢灶A(yù)期，現(xiàn)代觀測與實(shí)驗(yàn)?zāi)M的發(fā)展將會加深我們對異重流作用過程的認(rèn)識。

5 結(jié) 論

不論是在陸相湖盆中還是在海洋中，異重流都是一種常見現(xiàn)象，它的形成與洪泛密切相關(guān)，它也是向深水輸送沉積物的一種重要方式，但其重要性在過去一直被低估。異重流的作用方式和沉積產(chǎn)物與經(jīng)典濁流明顯不同，它是一種低速、持續(xù)時(shí)間長、高于一定密度門檻的低密度準(zhǔn)穩(wěn)定濁流，其完整的沉積序列通常由兩個(gè)單元組成：一個(gè)是向上變粗的沉積單元（Ha），代表著洪泛持續(xù)增加或增強(qiáng)時(shí)期；另一個(gè)是向上變細(xì)的沉積單元（Hb），代表著洪泛持續(xù)減少或衰減時(shí)期；兩個(gè)單元轉(zhuǎn)化處響應(yīng)于最大粒徑處，是洪峰的標(biāo)志。氣候、構(gòu)造活動、沉積物供給、相對海（湖）平面變化等因素控制了異重流的發(fā)育演化過程。此外，異重流可長距離搬運(yùn)大量碎屑物質(zhì)，能形成有效儲層，可作為油氣勘探的一個(gè)重要目標(biāo)。

目前，異重流研究方興未艾，存在許多值得探索之處，古代陸相異重流露頭和地下儲層方面的精細(xì)研究、異重流的相模式以及現(xiàn)代觀測和實(shí)驗(yàn)?zāi)M都大有可為，我國中新生代陸相湖盆廣泛發(fā)育，存在大量異重流沉積，同時(shí)黃河入海口也是研究異重流的天然場所，我國學(xué)者應(yīng)抓住現(xiàn)時(shí)的機(jī)遇，開展深入細(xì)致的研究，為該領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，在世界上占有一席之地。

致謝：在文獻(xiàn)收集、整理過程中得到中國石油大學(xué)（北京）李華博士、趙亞楠碩士的大力支持與幫助，在此表示衷心感謝！

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編輯：董庸

Tang Wu：DSc.，Geology Engineer. Add：CNOOC Research Institute，6 Taiyanggong Nan Jie，Beijing，100028，China

機(jī)理·模式

Review of Hyperpycnal Flow

Tang Wu，Wang Yingmin，Zhong Mihong，Tian Jianhua，Zou Mengjun

Abstract：Based on reviewing the recent research progress，the nomenclature principle，the formation conditions，sedimentary characteristics and controlling factors of hyperpycnal flow are discussed，and some problems and corresponding countermeasures are proposed. Hyperpycnal flow can be described as low density，quasi-steady sedimentary gravity flow，which is closely related to suspended particle concentration. The typical deposit or hyperpycnites sequence is a compound of a basal coarsening-up unit（Ha）deposited during the waxing period of flood，and a top fining-up unit（Hb）deposited during the waning period of flood. The Ha-Hb transition corresponds to the maximum size and marks approximately the peak of the flood. The climate，tectonic activities，sediment supply and relative sea （lake）level change control the evolution of hyperpycnal flow. The climate is the most important factor that influences the size of the rainfall and discharge，which controls the flood magnitude and frequency and directly decides the formation and evolution of hyperpycnal flow. In addition，more attention should be paid to ancient hyperpycnal flow deposits，facies models as well as modern observations and experimental simulation.

Key words：Hyperpycnal flow；Hyperpycnite；Turbidite；Review

中圖分類號：TE121.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1672-9854.2016.02.006

文章編號：1672-9854（2016）-02-0047-10

收稿日期：2015-03-31；改回日期：2015-07-03