徐景平

（1.中國海洋大學海洋地球科學學院；2.海洋科學與技術青島協(xié)同創(chuàng)新中心，山東青島266100）

海底濁流研究百年回顧

徐景平1，2

（1.中國海洋大學海洋地球科學學院；2.海洋科學與技術青島協(xié)同創(chuàng)新中心，山東青島266100）

本文概括性地回顧了一個多世紀以來濁流研究的歷史和發(fā)展過程。濁流既是解決許多海洋地質(zhì)學和沉積學基礎科學問題的關鍵，又與海洋資、能源和海底災害防護等應用性研究息息相關，多國科學家近百年的努力在濁流理論的發(fā)展、實驗室水槽數(shù)據(jù)采集和數(shù)值模擬的優(yōu)化等方面都有很大的進步。但由于濁流的不可預測性和破壞性，如何在現(xiàn)場實時、連續(xù)地對濁流實施觀測至今仍然是濁流研究的瓶頸。南海東北部海域集天時、地利于一體，在此實施多學科濁流現(xiàn)場觀測研究有望實現(xiàn)在‘破壞性’濁流的機制、過程、和沉積響應研究方面的突破。

濁流；現(xiàn)場觀測；南海

2009年8月7 ～9日強臺風莫拉克在臺灣登陸，南臺灣遭受持續(xù)暴雨襲擊，大小河流洪水泛濫，其泥沙攜帶量也急劇增加，高屏溪臨近入海處的懸沙濃度一度超過60 kg／m3［1］，遠遠超出了形成河口異重流（Hyperpycnal flows）的臨界條件（40 kg／m3）［2］。果然，隨后就發(fā)生了臺灣西南外海海底的多條通訊電纜有順序地遭受不同程度破壞的事件，并且有充分證據(jù)顯示這些電纜的有序破壞是濁流造成的［1］。比莫拉克濁流事件早三年的屏東大地震（2006年12月26日，M7.0），也導致濁流沿高屏峽谷高速移動并進入馬尼拉海溝，沿途切斷了數(shù)根國際通訊電纜［3］。不難看出，這兩次濁流事件與80年前（1929年）發(fā)生在Grand Banks地震形成的濁流是多么的相似［4］。濁流研究不僅僅是一項重要的基礎科學研究，同時也越來越與人類的日常生活息息相關。但是由于大型濁流的隨機性和破壞性，科學家目前對此類破壞性濁流的認知在過去差不多一個世紀以來并沒有顯著的進步。本文旨在回顧一個世紀來海底濁流研究的主要發(fā)展，簡述物理、數(shù)值模型和現(xiàn)場觀測在非破壞性濁流研究中取得的重要成果，并對如何把這些成果應用到破壞性濁流的現(xiàn)場觀測研究提出展望。

1 定義濁流

濁流（Turbidity Currents）是密度流（Density Currents）或重力流（Gravity Currents）的一種，其高密度來源于體內(nèi)在湍流作用下的高懸砂濃度。濁流的名稱是由Lamont的Johnson［5］首先在1939年提出的，在此之前，科學家曾經(jīng)用的名字包括密度流［6］或懸浮顆粒流［7］。多數(shù)濁流源自陸坡（坡度大）或河口（沉積物快速堆積，故不穩(wěn)定），不穩(wěn)定沉積體在外力（如地震）作用下產(chǎn)生水下滑坡，滑坡體在朝深水移動的過程中與周圍水體混合形成濁流（見圖1）。濁流的傳輸距離一般遠遠大于初始滑坡體的運動距離，可達幾百甚至上千公里，直達深海海盆。當濁流進入深海海盆，地形坡度減小，其速度隨之降低，造成濁流體內(nèi)的泥沙有序沉降，形成粒度向上變細的（graded）砂質(zhì)濁積巖。濁積巖的名稱是由荷蘭地質(zhì)學家Kuenen在1957年首先提出的［8］。此外，濁流也極大地影響了深海海盆生態(tài)環(huán)境。一方面濁流帶來了大量的陸源營養(yǎng)鹽，另一方面濁流也在其途經(jīng)之地對底棲生物造成了破壞和掩埋。還有學者認為這些濁流與底棲生物之間的相互作用與在濁流沉積體內(nèi)發(fā)現(xiàn)油氣資源不無關系［9］。濁流是地球上大體積碎屑沉積物遠距離搬運的最重要過程［10-11］。一次大型濁流的沉積物搬運量甚至超過了全球所有河流一年入海沉積物的總和［12］。幾百萬立方米的物質(zhì)在短時間內(nèi)被搬運到上百公里以外的深海盆地，形成富含地球上最大的沉積物堆積體-海底沉積扇，極易成為油氣資源儲集層。但是，濁流也是不可忽視的海洋地質(zhì)災害。濁流的強大破壞力對海底設施，如油氣開采平臺、海底通信電纜等形成直接的威脅。目前，幾乎所有連接中國與全球的通信（電話、互聯(lián)網(wǎng)、金融市場信息等）全部依靠海底電纜。2009年臺灣南部地震觸發(fā)的濁流切斷了數(shù)根海底通信電纜，嚴重影響東南亞甚至全球通信達2個多月之久［1，3］。

2 濁流研究的前期工作

可查文獻中最早涉及濁流的應該是Forel［13］，在這篇短文里他描述了來自羅納河（Rhone River）泥沙濃度很高的底流進入日內(nèi)瓦湖（Lake Geneva）的情形。但在隨后的半個世紀關于濁流的研究卻鮮有發(fā)表。19世紀初大量海底峽谷（Submarine Canyons）和平坦的深海平原的發(fā)現(xiàn)［14-19］為海洋地質(zhì)學家就如何解釋這些自然現(xiàn)象提出了不小的挑戰(zhàn)，但最終都由濁流成因做出了較為圓滿的解答。Daly［6］，Kuenen［20］和Bell［21］先后就濁流作為沉積物長距離搬運載體和其強大的沖刷能力從理論和試驗角度發(fā)表了一系列研究成果。海洋地質(zhì)學家們曾一直把海底濁流比作水下的河流［6］。正如地面河流在適當?shù)牡刭|(zhì)和水文條件下在地質(zhì)歷史上將地球表面沖刷出許多深達千米的峽谷（如中國的長江三峽和美國的Grand Canyon），海底濁流因為其攜帶大量的粗／細顆粒沉積物而具有更強的沖刷力，在海底形成了許多陸源碎屑物質(zhì)向深海輸運的最佳通道-海底峽谷［6］。除了濁流的沖刷功能，它的輸運和沉積功能也引起了科學家的關注［7］-濁流完全有能力把大量的陸源碎屑物質(zhì)在陸坡和深海海盆重新分配。自1940年代開始，美國科學家對取自太平洋和大西洋深水平原的柱狀樣開始系統(tǒng)的分析工作［22］，進一步加深了對濁流和濁流沉積的認識。Scripps的Shepard和Emory［23］首先認識到在美國太平洋沿岸的幾條峽谷的上部時常發(fā)生突然的滑塌，并指出這些淺水區(qū)的滑塌將導致大量沉積物向深水區(qū)的輸運，最終在洋底深處形成與之對應的砂層［24］。這些解釋被后來來自San Diego海槽的柱狀樣分析結果一一證實［25］。Lamont的海洋地質(zhì)學家Maurice Ewing的團隊在大西洋深水柱狀樣里發(fā)現(xiàn)“干凈”的砂層［26］，徹底改變了以往對深海沉積學的認識和理解。在這些砂層里發(fā)現(xiàn)的淺水種有孔蟲［26］成為其源自陸架淺水區(qū)的證據(jù)。Lamont海洋地質(zhì)學家Bruce Heezen利用1929年Grand Banks地震所造成的電纜破壞嘗試了對海底濁流流速的定量研究［27］，并引發(fā)了針對Grand Banks的濁流流速是否能達到90 km／h的問題的不同觀點的公開討論［28-29］。在濁流沉積研究方面，Kuenen and Migliorini［30］的水槽試驗工作被公認為濁流沉積學的經(jīng)典，同前述的海上工作一起開辟了濁流研究的新篇章。

圖1 （a）大陸邊緣（包括陸架、陸坡和深海盆地）與濁流關系密切的地形地貌單元。（b）典型的濁流形狀示意圖和無量綱流速（u）和密度（γηο）垂直剖面。uf是濁流的鋒面位移速度。原圖來自Meiburg and Kneller（2010）。Fig.1 （a）Context of turbidity currents on the margins of continents and intracontinental basins，including deep lakes.（b）Schema of a turbidity current showing generalized velocity and density profiles.（from Meiburg and Kneller，2010）

關于濁流的研究不能不提到“鮑馬層序，Bouma Sequence”［31］。鮑馬層序是Arnold Bouma根據(jù)對法國Annot砂巖里多條露頭巖層剖面總結的理想化地層層序，代表了濁流在減速過程中的理想沉積順序。隨著濁流流速的逐步減弱，先后形成以下4個沉積單元：Ta-快速沉積形成的正粒徑層理中砂或粗砂層；Tb-沉積速率減小形成平行紋理發(fā)育的細、中砂層；Tc-爬升波紋理發(fā)育的細砂和粗粉砂層；Td-水動力最弱的濁流尾部沉積形成平行紋理的細粉砂和粘土層。這一理想化的沉積模型僅是一個對濁流沉積的簡單總結，雖然在解釋海底沉積扇濁流沉積體中得到較廣泛的應用，但它并不具備系統(tǒng)地解釋沉積和動力機理的能力，到目前為止還沒有一個實驗室濁流實驗能夠復制一個完整的鮑馬層序［32-33］。隨著對濁流的動力機制和沉積過程認識的深入，科學家也開始了對鮑馬層序的修正和擴展［34-35］。

3 國際濁流研究進展

當科學家對濁流的產(chǎn)物（尤其是沉積產(chǎn)物turbidites）進行了較為系統(tǒng)的研究之后，濁流的形成機理和傳輸過程自然地成為他們下一個研究目標。對濁流的機理與過程的研究是1960年代開始的。1966年加拿大Mc Master大學的Middleton在其實驗室做了一系列的水槽試驗，針對密度流和濁流的共異性進行了非常細致的工作［36-39］，與50年代的幾個著名的濁流水槽試驗［30］不同的是Middleton的試驗更加量化（quantitative）。這些試驗的一項重要成果是濁流的頭部與鹽水密度流有許多相似性，濁流頭部運動的一些參數(shù)可以通過密度流的模擬試驗［40］來獲得。因為密度流的制作和試驗要比濁流容易的多，這為以后的濁流室內(nèi)試驗研究提供了很多方便。在這期間，濁流研究學者已經(jīng)基本形成一個共識，那就是海洋濁流大部分是由海底滑坡引起的塊體流或碎屑流（debris flows）演變而成的，為此，Hampton［41］從理論和試驗角度詳細討論了由滑坡（landslide）到塊體流的演變以及由塊狀流到濁流的演變。該研究發(fā)現(xiàn)從塊體流到濁流的演化主要是在塊體流的頭部發(fā)生的，沉積物在塊體流頭部鋒面的剪切應力作用下被沖刷并拋至塊體流的頭部頂端的湍流區(qū)域，進而與周圍水體混合形成濁流［41］，作者由此推斷這是海底濁流的主要形成機制。

濁流的另外一種主要成因是高懸砂濃度的異重流（hyperpycnal flows）入海或入湖后形成的。因為海水的密度要比湖水大，海洋環(huán)境里異重流的臨界懸砂濃度也要高的多［2］，也就是說在湖里更容易實地觀測到濁流事件。事實上，濁流的第一批現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)來自瑞士的瓦倫湖［42］和美國的五大湖之一的Lake Superior［43］。利用測流儀器連續(xù)數(shù)天觀測流速和流向，Lambert等［42］發(fā)現(xiàn)：（1）瓦倫湖里測到的濁流最高流速達30 cm／s，且較高流速的濁流是以脈沖（pulsating）形式出現(xiàn)的。認為這些脈沖式的濁流信號與附近的Linth河的流量變化有直接關系；（2）濁流流速隨時間變化呈不對稱性，事件發(fā)生時流速迅速達到最高值，然后以類似指數(shù)（exponential）的形式緩慢遞減。Normark和Dickson［43］觀測到的濁流實屬意外收獲。他們的研究地點在當?shù)匾患诣F燧巖礦尾處理水（tailing）排放口的附近，多年的尾水排放已經(jīng)形成了一個水下三角洲，并且在較陡的三角洲前坡上有沖刷水道。由于他們在湖里布放的錨系并不是為研究濁流而設計的，因此兩次錨系都布防在水道之外。盡管如此，在30個星期的連續(xù)觀測期間，Normark和Dickson［43］記錄到了大小不同的25次“人造濁流”事件。最大濁流流速接近30 cm／s，并且脈沖式的流速信號也相當普遍。與Lambert et al.［42］的脈沖信號不同的是，水下三角洲陡坡處間歇性的滑塌造成了脈沖式的濁流速度和厚度的變化。繼1976年在瓦倫湖的前沿性觀測工作以后，Lambert［44］又在界于德國、瑞士、和奧地利邊界的博登湖（Lake Constance）進行了觀測研究，并記錄到了高達120 cm／s的濁流流速。稍后，Lambert and Giovanoli［45］在日內(nèi)瓦湖（Lake Geneva）對100多年前Forel［13］在日內(nèi)瓦湖濁流的先驅(qū)性工作進行了進一步驗證。日本學者Kazuhisa Chikita［46］發(fā)表了在北海道一水庫里的濁流觀測工作。利用一部便攜式流速計，作者對春天雪融水入庫時沿河道的垂向與橫向的流速、流向、溫度和沉積物濃度剖面做了非常細致的觀測記錄，并對濁流的三維動力特征進行了分析。盡管其最高流速只有15 cm／s左右，但得出了之前諸多項觀測研究未能取得的結果：（1）庫底的水溫（密度）隨水深減?。ㄔ黾樱?，入庫濁流因此出現(xiàn)了分層現(xiàn)象，即比重高的濁流底部繼續(xù)沿庫底流動，而比重較低的濁流上部由于其密度在達到一定深度時變得小于當?shù)氐牡讓铀芏榷x開庫底變成interflows。（2）彎曲的水道對濁流有相當明顯的離心（centrifugal）作用。

如前所述，海底濁流多由海底滑坡進一步演變而成。由于形成機制的不可預測性，海底濁流的觀測研究要比湖底濁流的觀測研究困難許多。到目前為止還沒有任何儀器能經(jīng)受像1929年Grand Banks濁流沖擊而不被破壞，因此海底濁流的現(xiàn)場觀測主要是針對低速濁流，而且此類工作大部分是在海底峽谷里進行的。Shepard等［47］和Inman等［48］分別描述了在La Jolla海底峽谷里的海流觀測資料，并將所觀測到的脈沖式低速度濁流與暴風雨天氣和與之相關的近岸海浪情況聯(lián)系起來。Dengler等［49］在夏威夷瓦胡島外海的觀測數(shù)據(jù)包括在颶風（hurricane）Iwa期間4次濁流事件，其最大濁流流速可達200 cm／s，并伴隨著海底水溫的明顯參加。作者進而推測這4次濁流極有可能是颶風造成的陸架或陸坡上部海底滑坡所引起的。二十世紀最系統(tǒng)的現(xiàn)場濁流研究（包括過程和產(chǎn)物）當數(shù)加拿大和美國學者在Bute Inlet的工作［50-51］。Bute Inlet是一個典型的冰川地形-峽灣，它的源頭連接兩條小河的河口。濁流在河口水下三角洲形成后攜帶大量沉積物沿峽灣底部向深水處運動，因此在灣底形成了70多公里長的類似沉積扇的濁流沉積體［51］，該研究除了沿峽灣布放了3套錨系記錄濁流的速度、厚度等特征參數(shù)外，還通過地球物理方法和柱狀取樣對峽灣的海底地形和沉積物分布進行了較為詳細的調(diào)查。結果顯示從1986年5月至9月底有9次大小濁流發(fā)生，最大厚度30多米，最大海流計測量速度110 cm／s，但是由濁流抵達3個站位錨系的時間推算出來的速度卻高達330 cm／s。另外根據(jù)海底地形［52］和底質(zhì)沉積物粒度［53］推算的濁流速度還要更高（160～450 cm／s）。此外，根據(jù)柱狀樣內(nèi)不同濁積層序（turbidites）的粒度信息，推斷出過去曾經(jīng)發(fā)生過流速超過500 cm／s的濁流事件。

自1980年代開始，濁流的實驗室研究和數(shù)值模擬進入了一個蓬勃發(fā)展的黃金時期，并發(fā)表了一大批優(yōu)秀的研究成果。在實驗室物理模型研究方面以Gary Parker（先在University of Minnesota，后去了University of Illinois與Marcelo Garcia合作）的團隊最為突出。利用其完備的實驗室物理模擬設備，在濁流的發(fā)生、運動過程及其變化、以及最后的沉積等實驗研究上做了大量工作［54-60］，并以此為基礎，推動了濁流理論的發(fā)展［61-62］和濁流數(shù)值模型的進步［63-67］。在歐洲，英

國［68-72］和荷蘭［73-74］科學家也做了許多細致的實驗工作，而后者更以濁流造成的地形地貌為主要研究對象。隨著濁流理論的發(fā)展和實驗數(shù)據(jù)的大量積累與消化，用數(shù)值方法（numerical methods）模擬濁流的能力也有了很大的提升，由一維的簡單模型［75-77］到二維的流速和濃度垂直剖面［78］到三維、多參數(shù)的數(shù)值模擬［67，79，80］。但是，要解決大自然環(huán)境復雜海洋濁流問題，僅有實驗室數(shù)據(jù)和各種復雜程度的解析或數(shù)值模型是不夠的，從自然環(huán)境里獲取現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)也就成為濁流研究的關鍵一環(huán)。到目前為止，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）和MBARI（Monterey Bay Aquarium Research Institute）在Monterey海底峽谷的濁流觀測資料仍然是相對最完整的現(xiàn)場數(shù)據(jù)［81］。采用將ADCP倒掛的方法，從2002年12月～2003年11月在Monterey海底峽谷的3個站位布放潛標，連續(xù)觀測捕捉到了4次濁流事件，有史以來首次實地觀測得到了高精度的濁流流速剖面［82］。這些實測的流速剖面數(shù)據(jù)對深入研究濁流的一些無量綱參數(shù)，如最大流速與垂直平均流速的比值等提供了權威性的界定（圖2）［83］。同樣重要的是3個潛標上近底部的沉積物捕獲器成功地收集了幾次濁流過程中的懸浮物樣品，這些首次從濁流“體內(nèi)”獲得的樣品為進一步研究濁流的動力學性質(zhì)和沉積過程［60，84-85］提供了寶貴的第一手資料。同樣的觀測方法后來在其它海底峽谷也得以應用并取得了良好結果［86-88］。

圖2 實驗室濁流測量數(shù)據(jù)（彩色陰影區(qū)）與海底峽谷實測濁流數(shù)據(jù)（彩色點）的對比Fig.2 Normalized velocity profiles from field and laboratory measurements

4 我國濁流研究現(xiàn)狀與展望

海洋濁流研究是目前公認的地球科學研究中最具挑戰(zhàn)性的課題之一。與地球上另外一個主要沉積物搬運過程-河流相比，科學家對濁流仍然所知甚少。濁流大多發(fā)生在深水區(qū)，現(xiàn)場觀測研究成本與風險均很大；濁流發(fā)生的不可預見性，要求長期連續(xù)觀測；濁流的破壞性，很多觀測儀器非壞即失。自從1929年發(fā)生著名的Grand Bank濁流事件［27］以來，科學家在湖泊和海底峽谷積累了不少流速慢、濃度低的小型濁流的資料［89，82-90］，但對大型濁流的認知僅有3例：Var峽谷［77］，Zaire沉積扇［91］，和臺灣西南的峽谷／馬尼拉海溝［3］，而且這些僅有的資料還主要是依靠通信電纜的斷裂順序和鉆孔樣品分析。因此，開展‘破壞性’濁流的現(xiàn)場觀測研究已經(jīng)成為國際地學領域的研究熱點。2013年在意大利召開的濁流工作會議規(guī)劃了未來5-10年濁流研究的路線圖，并確定了包括Monterey峽谷和馬尼拉海溝等6個研究實驗場（test sites）。英國的NERC（The Natural Environment Research Council）率先資助了2015—2018年由英國（National Oceanographic Center）、美國（Monterey Bay Aquarium Research Institute，U.S.Geological Survey）、和中國（中國海洋大學）科學家聯(lián)合在Monterey峽谷的大型觀測研究計劃。

我國在濁流領域的研究工作開展相對較晚。但過去30年我國地球和海洋科學的發(fā)展和積累為開展深海濁流研究打下了堅實的基礎。借助我國海洋石油工業(yè)豐富的鉆孔、2-D和3-D地震和地球物理資料以及數(shù)年來基金委的項目資助，我國科學家在南海，尤其是鸚哥海和西北次海盆，做了大量的研究工作并取得了豐碩的成果［92-95］。這些地層序列和古海底地貌變遷的研究成果為現(xiàn)代濁流過程的研究工作提供了堅實的基礎，但正如許多學者直接或間接地指出［96-99］，缺乏對重力流／濁流的實地觀測工作以及其形成和搬運機制的研究是這一領域亟待解決的問題。開展系統(tǒng)的濁流研究，為海底資源開發(fā)和海洋地質(zhì)災害防御提供科學和技術支撐已是當務之急。

南海的馬尼拉海溝是觀測研究現(xiàn)代大型濁流的最佳地點。南海北部的幾條主要海底峽谷（高屏、枋寮、福爾摩沙）全部在呂宋海峽西部匯聚后連接馬尼拉海溝的北端（見圖3）。每年平均4次臺風給臺灣島上帶來的強降雨加上島上高坡度河流造成非常高的泥沙侵蝕［100］，2009年莫拉克臺風更是刷新了72 h內(nèi)降雨量的世界紀錄。這些都是形成濁流的良好初始和邊界條件。南海北部頻繁的地震活動是激發(fā)大型濁流的主要因素。2006年屏東地震造成的濁流在馬尼拉海溝流經(jīng)300多公里并切斷14根通信電纜［3］。這些都是能在較短時間內(nèi)觀測到大型濁流事件的有利條件。第一次由我國科學家主導的深海鉆探IODP 349航次見證了兩百萬年以來在動蕩的南海深部頻發(fā)的濁流產(chǎn)物-濁積巖（http：／／mgg.#edu.cn／school／index.php？option= com_content&view=article&id=824）。珍貴的資料和樣品也無情地將一系列的科學問題擺在了我們面前：濁流輸運的巨量沉積物質(zhì)來自何方？泥沙在經(jīng)過上百／千公里的輸運過程后為什么在這里沉積下來？那時的南海深部為何如此動蕩？對南海濁流發(fā)生機制和輸運過程進行深入研究將是能否回答這些科學問題的關鍵。

圖3 南海東北部海底地形。黃色曲線代表幾條海底峽谷的位置。沿馬尼拉海溝走向的紅色圓圈示意觀測儀器的布放位置Fig.3 Bottom topography of the northeastern South China Sea.The yellow lines trace the several canyons in the area；circles in red indicate proposed sampling sites along the Manila Trench

致謝：感謝中國海洋大學學報的約稿，謹以此短文祝賀中國海洋大學90華誕！

［1］ Carter L，Milliman J D，Talling P J，et al.Near-synchronous and delayed initiation of long run-out submarine sediment flows from a record-breaking river flood，offshore Taiwan［J］.Geophysical Research Letters，2012：39（12）.doi：10.1029／2012GL051172.

［2］ Mulder T，Syvitski J P，Migeon S，et al.Marine hyperpycnal flows：initiation，behavior and related deposits［J］.A Review Jmpg，2003，20（6）：861-882.

［3］ Hsu S K，J Kuo，C L Lo，et al.Sibuet，Turbidity currents，submarine landslides and the 2006 Pingtung earthquake off SW Taiwan［J］.Terr Atmos Oceanic Sci，2008，19：767-772.doi：10.3319／TAO.

［4］ Piper D J W，SHOR A N，Hughes Clarke J E.The 1929“Grand Banks”earthquake，slump，and turbidity current［J］.Geological Society of America，1988，229：77-92.doi：10.1130／SPE229-p77.

［5］ Johnson D W.The origin of submarine canyons.Columbia Univ［M］.New York：Press，1939.

［6］ Daly R A.Origin of submarine canyons［J］.Amer J Sci 5th Ser，1936，31：401-420.

［7］ Stetson H C，Smith J F.Behavior of suspension currents and mud slides on the continental slope［J］.Am J Sci，1938，35：1-13.

［8］ Kuenen Ph H.Sole markings of graded graywacke beds［J］.JGeol，1957，65：231-258.

［9］ Schneeberger F.Turbidity Currents on a new concept in sedimentation and its application to oil exploration［J］.The Mines Magazine，1995（10）：42-62.

［10］ Walker R G.Deep-water sandstone facies and ancient submarine fans：Models for exploration for stratigraphic traps［J］.American Association of Petroleum Geology Bulletin，1978，62：932-966.

［11］ Pirmez C，Imran J.Reconstruction of turbidity currents in Amazon Channel［J］.Marine and Petroleum Geology，2003，20：823-849.

［12］ Talling P，Amy L，Wynn R，et al.Evolution of turbidity currents deduced from extensive thin turbidites：Marnoso Arenacea Formation（Miocene），Italian Apennines［J］.Journal of Sedimentary Research，2007，77：172-196.doi：10.2110／jsr.2007. 018.

［13］ Forel F A.Les ravins sous-lacustre des fleuves glaciaires［J］.C R Acad Sci Paris，1885，101：725-728.

［14］ Spencer JW.Submarine valleys off the American coast and in the North Atlantic［J］.Bull Geol Sac Am，1903，14：201-226.

［15］ Shepard F P.Submarine valleys［J］.Geogr Rev，1933，23：77-89.

［16］ Shepard F P.Canyons off the New England coast［J］.Am JSci，1934，27：2436.

［17］ Shepard F P.Continued exploration of California submarine canyons［J］.Trans Am Geophys Union，1936，1：221-223.

［18］ Ewing M.Exploring the Mid-Atlantic Ridge［J］.Natl Geogr Mag，1948，94：275-294.

［19］ Ewing M.New discoveries on the Mid-Atlantic Ridge［J］.Natl Geogr Mag，1949，95：611-640.

［20］ Kuenen P H.Experiments in connection with Daly＇s hypotheses on the formation of submarine canyons［J］.Leidsche Geol Meded，1937，8：327-335.

［21］ Bell H S.Density currents as agents for transporting sediments［J］.J Geol，1942，50：512-587.

［22］ Horn D，Ewing J.Graded-bed Sequences Emplaced by Turbidity Currents North of 20°N in the Pacific，Atlantic and Mediterranean-horn-2006-Sedimentology-Wiley Online Library［J］.Sedimentology，1972.

［23］ Shepard F P，Emery K O.Submarine topography off the California coast：canyons and tectonic interpretation［J］.Geol SOC Am Spec Pap，1941，31：171.

［24］ Shepard F P.Transportation of sand into deep water.Turbidity Currents and the Transportation of Course Sediments to Deep Waters，a Symposium-Soc.Econ.Paleontol.［s.l.］：Mineral，Spec Publ，1995a，2：53-65.

［25］ Ludwick J C.Deep Water Sand Layers off San Diego，California［M］.La Jolla，Calif：Thesis，Scripps Inst.of Oceanography，1950：55.

［26］ Cricson D B，Ening M，Heezen B.Turbidiry currents and sediment in the North Atlantic.AAPC Bulletin，1952，36：489-511.

［27］ Heezen B C，Ewing W M.Turbidity currents and submarine slumps and the 1929 Grand Banks（Newfoundland）earthquake［J］.American Journal of Science，1952，250：849-873.doi：10. 2475／ajs.250.12.849.

［28］ Shepard F.High-Velocity Turbidity Currents，a Discussion［C］. Proceedings of the Royal Society of London.Series A，1954.

［29］ Heezen B，Ericson D.Further evidence for a turbidity current following the 1929 Grand Banks earthquake［J］.Deep Sea Research，1953.

［30］ Kuenen P H，Migliorini C.Turbidity currents as a cause of graded bedding［J］.The Journal of Geology，1950：91-127.

［31］ Bouma A H.Sedimentology of Some Flysch Deposits：a Graphic Approach to Facies Interpretation［M］.Amsterdam：Elsevier，1962：168.

［32］ Shanmugam G.The Bouma Sequence and the turbidite mind set［J］.Earth-Science Reviews，1997，42：201-229.

［33］ Shanmugam G.Ten turbidite myths［J］.Earth Science Reviews，2000，58（3-4）：311-341.

［34］ Lowe D R.Sediment gravity flows：2.Depositional models with special reference to the deposits of high-density turbidity currents［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1982，52：279-297.

［35］ Kneler B.Beyond the turbidite paradigm：physical models for deposition of turbitites and their implication for reservoir prediction［M］.∥Hartley A，Prosser D J.Characterisation of Deep Marine Clastic Systems.London：Geological Society of London，1996：29-46.

［36］ Middleton G.Small-scale models of turbidity currents and the criterion for auto-suspension［J］.Journal of Sedimentary Research，1996a.

［37］ Middleton G.Experiments on density and turbidity currents：I. Motion of the head［J］.Canadian Journal of Earth Sciences，1996b.

［38］ Middleton G.Experiments on density and turbidity currents：II. Uniform flow of density currents［J］.Canadian Journal of Earth Sciences，1996c.

［39］ Middleton G.Experiments on density and turbidity currents.III. Deposition of sediment［J］.Can J Earth Sci，1967.

［40］ Keulegan G H.Twelfth progress report on model laws for density currents［M］.∥The Motion of Saline Fronts in Still Water.U S Natl Bur：Standards Rept，5831.

［41］ Hampton M.The role of subaqueous debris flow in generating turbidity currents［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1972，42（4）：775-793.

［42］ Lambert A，Kelts K，Marshall N F.Measurements of density underflows from Walensee，Switzerland［J］.Sedimentology，1976，23：87-105.

［43］ Normark W.Man-made turbidity currents in Lake Superior［J］. Sedimentology，1976.

［44］ Lambert A.Trubestrome des Rheins im Bodensee［J］.Wasserwirtschaft，1982，72：169-172.

［45］ Lambert A，Giovanoli F.Records of riverborne turbidity currents and indications of slope failures in the Rhone delta of Lake Geneva［J］.Limnology and Oceanography，1988：458-468.

［46］ Chikita K.A field study on turbidity currents initiated from spring runoffs［J］.Water Resour.Res，1989：25（2），257-271.

［47］ Shepard F P，Marshall N F，Mc Loughlin P A.Pulsating turbidity currents with relationship to high swell and high tides［J］.Nature，1975，258：704-706

［48］ Inman D，Nordstrom C，F(xiàn)lick R E.Currents in submarine canyons：An air-sea-land interaction.Annual Review of Fluid Mechanics，2007：275-310.

［49］ Dengler A，Wilde P，Noda E.Turbidity currents generated by Hurricane Iwa［J］.Geo-Marine Letters，1984.

［50］ Prior D B，B D Bornhold，W JWiseman Jr，et al.Turbidity current activity in a British Columbia fjord［J］.Science，1987，237：1330-1333.

［51］ Zeng J，Lowe D R，Prior D，et al.Flow properties of turbidity currents in Bute Inlet，British Columbia［J］.Sedimentology，1991，38（6）：975-996.

［52］ Komar P D.The channelized flow of turbidity currents with application to Monterey deep-sea fan channel［J］.J Geophys Res，1969，74：4544-4548.

［53］ Komar PD.The hydraulic interpretation of turbi-dites from their grain sizes and sedimentary structures［J］.Sedimentology，1985，32：395407.

［54］ García M H.Hydraulic jumps in sediment-driven bottom currents［J］.J Hydraul Eng，1993，119（10）：1094-1117

［55］ García M H.Depositional turbidity currents laden with poorlysorted sedi-ment［J］.J Hydraul Eng，1994，120（11）：1240-1263.

［56］ García M H，Parker G.Experiments on the entrainment of sediment into suspension by a dense bottom current［J］.J Geophys Res［Oceans］，1993，98（C3）：4793-4807.

［57］ Garcia M H，Parsons J D.Mixing at the front of gravity currents［J］.Dyn Atmos Oceans，1996，24：197-205.

［58］ Sequeiros O E.Estimating turbidity current conditions from channel mor-phology：a Froude number approach［J］.JGeophys Res，2012，117（C4），http：／／dx.doi.org／10.1029／2011JC007201.

［59］ Sequeiros O E，Naruse H，Endo N，et al.Experimental study on selfaccelerating turbidity currents［J］.J Geophysical Res，2009，114（C5），C05025，http：／／dx.doi.org／10.1029／2008JC005149.

［60］ Sequeiros O E，Spinewine B，Beaubouef R T，et al.Characteristics of velocity and excess density profiles of saline under-flows and turbidity currents flowing over a mobile bed［J］.J Hydraul Eng，2010，136（7）：412-433.

［61］ Parker G.Conditions for the ignition of catastrophically erosive turbidity currents［J］.Mar Geol，1982：46（3-4）：307-327.

［62］ Parker G，F(xiàn)ukushima Y，Pantin H M.Self-accelerating turbidity currents［J］.J Fluid Mech，1986，171：145-181，http：／／dx.doi. org／10.1017／S0022112086001404.

［63］ Zeng J，Lowe D.Numerical simulation of turbidity current flow and sedimentation：I.Theory［J］.Sedimentology，1997.

［64］ Huang H，Imran J，Pirmez C.Numerical Model of Turbidity Currents with a Deforming Bottom Boundary［J］.Journal of Hydraulic Engineering，2005，131（4）：283-293.doi：10.1061／（ASCE）0733-9429（2005）131：4（283）.

［65］ Huang H，Imran J，Pirmez C.Numerical modeling of poorly sorted depositional turbidity currents［J］.Journal of Geophysical Research，2007，112：1-15.

［66］ Kostic S，Parker G.The response of turbidity currents to a canyon-fan transition：internal hydraulic jumps and depositional signatures［J］.Journal of Hydraulic Research，2006，44（5）：631-653.doi：10.1080／00221686.2006.9521713.

［67］ Abd El-Gawad S，Cantelli A，Pirmez C，et al.Three-dimensional numerical simulation of turbidity currents in a submarine channel on the seafloor of the Niger Delta slope［J］.Journal of Geophysical Research，2012 117（C5）.doi：10.1029／2011JC007538.

［68］ Baas J，Van Dam R，Storms，J.Duration of deposition from decelerating high-density turbidity currents［J］.Sedimentary Geology，2000，136（1）：71-88.

［69］ Baas J H，McCaffrey W D，Haughton P D，et al.Coupling between suspended sediment distribution and turbulence structure in a laboratory turbidity current［J］.Journal of Geophysical Research，2005，110（C11）：C11015.

［70］ Baas J H，Manica R，Puhl E，et al.Processes and products of turbidity currents entering soft muddy substrates［J］.Geology，2014，42（5）：371-374.doi：10.1130／G35296.1.

［71］ Felix M.Flow structure of turbidity currents［J］.Sedimentology，2002，49（3）：397-419.

［72］ Choux C，Baas J，McCaffrey W，et al.Comparison of spatio-temporal evolution of experimental particulate gravity flows at two different initial concentrations，based on velocity，grain size and density data［J］.Sedimentary Geology，2005，179（1）：49-69.

［73］ Postma G，Cartigny M，Kleverlaan K.Structureless，coarse-tail graded Bouma Ta formed by internal hydraulic jump of the turbidity current？［J］.Sedimentary Geology，2009，219（1-4）：1-6. doi：10.1016／j.sedgeo.2009.05.018.

［74］ Cartigny M J B，Eggenhuisen J T，Hansen E W M，et al.Concentration-Dependent Flow Stratification In Experimental High-Density Turbidity Currents and Their Relevance To Turbidite Facies Models［J］.Journal of Sedimentary Research，2014，83（12）：1046-1064.doi：10.2110／jsr.2013.71.

［75］ Bowen A J，Normark W R，Piper DJ.Modelling of turbidity currents on Navy submarine fan，California continental borderland［J］.Sedimentology，1984，31：169-185.

［76］ Skene K，Mulder T，Syvitski J.INFLO1：a model predicting the behaviour of turbidity currents generated at river mouths［J］. Computers and Geosciences，1997，23（9）：975-991.

［77］ Mulder T，Savoye B，Syvitski J.Numerical modelling of a midsized gravity flow：the 1979 Nice turbidity current（dynamics，processes，sediment budget and seafloor impact）［J］.Sedimentology，1997，44（2）：305-326.

［78］ Stacey M W，Bowen A J.The vertical stcucture of turbitidy cuments and a necessary condition for self-maintenance.Journal of Geophysical Research，1988，93（4）：3543-3553.

［79］ Salles T，Mulder T，Gaudin M，et al.Simulating the 1999 Capbreton canyon turbidity current with a Cellular Automata model［J］.Geomorphology，2008.

［80］ Nasr-Azadani M M，Hall B，Meiburg E.Polydisperse turbidity currents propagating over complex topography Comparison of experimental and depth-resolved simulation results［J］.Computers and Geosciences，2013，53（C）：141-153.doi：10.1016／j.cageo. 2011.08.030.

［81］ Meiburg E，Kneller B.Turbidity currents and their deposits［J］. Ann Rev Fluid Mech，2010，42：135-156.http：／／dx.doi.org／10.1146／annurev-fluid-121108-145618.

［82］ Xu J，Noble M，Rosenfeld L.In-situ measurements of velocity structure within turbidity currents［J］.Geophys Res Lett，2004，31（9）：L09311.

［83］ Xu J P.Normalized velocity profiles of field-measured turbidity currents.v［J］.Geology，2010，38（6）：563-566.http：／／dx. doi.org／10.1130／G30582.1.

［84］ Pittaluga M B，Imran J.A simple model for vertical profiles of velocity and suspended sediment concentration in straight and curved submarine channels［J］.Journal of Geophysical Research，2014.doi：10.1002／2013JF002812

［85］ Xu J P，Sequeiros O E，Noble M A.Sediment concentrations，flow conditions，and downstream evolution of two turbidity currents，Monterey Canyon，USA.Deep-Sea Research，2014，89：11-34.

［86］ Cooper C，Andrieux O.Turbidity current measurements in the Congo Canyon.OTC 23992［C］.Houston：Offshore Technology Conference，2012：12.

［87］ Khripounoff A，Crassous P，Bue Lo N，et al.Different types of sediment gravity flows detected in the Var submarine canyon（north-western Mediterranean Sea）［J］.Prog.Oceanogr.2012：106（C）：138-153.http：／／dx.doi.org／10.1016／j.pocean. 2012.09.0 01.

［88］ Xu JP，Barry J P，Paull C K.Small-scale turbidity currents in a big submarine canyon［J］.Geology，2013，41（2）：143-146.http：／／dx.doi.org／10.1130／G33727.1.

［89］ Normark W R.Observed pacaneters for turbidity-curnent flow in chamels，Reserve Fan，Lake Superios［J］.Journal of Sedimentary Petrology，1989，59：423-431.

［90］ Girardclos S，Schmidt O，Sturm M，et al.The 1996 AD delta collapse and large turbidite in Lake Brienz［J］.Marine Geology，2007，241：137-154.

［91］ Khripounoff A，Vangriesheim A，Babonneau N，et al.Direct observation of intense turbidity current activity in the Zaire submarine valley at 4000 m water depth［J］.Mar Geol，2003，194（3-4）：151-158.

［92］ Gong C，Wang Y，Zhu W，et al.The Central Submarine Canyon in the Qiongdongnan Basin，northwestern South China Sea：architecture，sequence stratigraphy，and depositional processes［J］. Marine and Petroleum Geology，2011，28（9）：1690-1702.

［93］ 李磊，王英民，徐強，等.南海北部陸坡地震地貌及深水重力流沉積過程主控因素［J］.中國科學：地球科學，2012，42（10）：1533-1543.

［94］ Chen H，Xie X，Van Rooij D，et al.Depositional characteristics and spatial distribution of deep-water sedimentary systems on the northwestern middle-lower slope of the Northwest Sub-Basin，South China Sea［J］.Marine Geophysical Researches，2013，34（3-4）：239-257.doi：10.1007／s11001-013-9191-7.

［95］ Ding W，Li J，Li J，et al.Morphotectonics and evolutionary controls on the Pearl River Canyon system，South China Sea［J］. Marine Geophysical Researches，2013，34（3-4）：221-238.doi：10.1007／s11001-013-9173-9.

［96］ 鐘廣法，李前裕，郝滬軍，等.深水沉積物波及其在南海研究之現(xiàn)狀［J］.地球科學進展，2007，22（9）：907-913.

［97］ Su M，Xie X.Gravity Flow on Slope and Abyssal Systems in the Qiongdongnan Basin，Northern South China Sea［J］.Acta Geologica Sinica，2011，85（1）：243-253.

［98］ 李云，鄭榮才，朱國金，等.珠江口盆地白云凹陷珠江組深水牽引流沉積特征及其地質(zhì)意義［J］.海洋學報，2012，34（1）：128-135.

［99］ 龐雄，柳保軍，顏承志，等.關于南海北部深水重力流沉積問題的討論［J］.海洋學報，2012，34（3）：114-119.

［100］ Dadson S，Hovius N，Pegg S，et al.Hyperpycnal river flows from an active mountain belt［J］.J.Geophys.Res.，2007，110，F(xiàn)04016.doi：10.1029／2004JF000244.

Turbidity Current Research in the Past Century：An Overview

XU Jingping1，2
（1.College of Marine Geosciences，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；2.Qingdao Collaborative Innovation Center of Marine Science and Technology，Qingdao 266100，China）

This short paper briefly reviews the history of turbidity currents research in the past century.Turbidity currents hold the key to many fundamental questions in the fields of marine geology and sedimentology.Knowledge of turbidity currents’cause and destructive nature has direct application in marine hazard mitigation，deep-water resource development，and hydrocarbon energy industry.Tremendous strides have been made through many researchers’pioneering work in turbidity current theories，laboratory experiments，as well as numerical simulations.But because of its unpredictability and destructive nature，being able to continuously monitor field turbidity currents in-situ has yet been accomplished.Northeastern South China Sea is arguably the best site for such monitoring studies on large field，destructive turbidity currents.

Turbidity Currents；in-situ measurements；South China Sea

P736.2

A

1672-5174（2014）10-098-08

責任編輯 徐 環(huán)

2014-09-08；

2014-09-25

徐景平（1963-），男，教授。E-mail：xujp＠ouc.edu.cn