Re-examining models of shallow-water deltas: Insights from tank experiments and field examples
- 1. Leibniz University Hannover
- 2. ExxonMobil (United States)
- 3. Universidad Nacional del Sur
Description
Shallow-water deltas remain enigmatic in terms of placing the observed facies within a coherent process-based depositional model. Here we report tank experiments on mouth-bar formation from shallow water pure and stratified jets that, combined with recent flume experiments on bedforms, suggest new interpretations of field observations from shallow-water delta outcrops. Our experiments imply that the height, geometry and bedforms of the mouth bars depend on the jet properties and grain size of the supplied sediment. Pure jets with very coarse-grained sediment formed a high and steep mouth bar that is characterised by steep angle-of-repose cross bedding with related avalanche processes (grain flows) on the lee side. The experiments with stratified jets imply that mouth-bar deposition and growth are dominated by supercritical density flows that evolve from the initial jets on the lee side of the growing mouth bar. In stratified jets with very coarse-grained sediment, deposition on the mouth-bar lee side was both from grain-flow avalanches and density flows. While deposition on the upper lee slope was dominated by grain flows, a concentric field of low relief, asymmetric, downflow-migrating bedforms evolved on the lower slope and beyond the mouth bar. In the stratified jet with medium-grained sediment a very low relief mouth bar formed within a concentric field of low, asymmetric, downflow-migrating bedforms covering the entire lee slope and the area beyond. Many previous field studies show that mouth bars deposited from dense stratified jets (hyperpycnal flows) are characterised by a distinct facies assemblage of coarse-grained cross-stratified or low-angle cross-stratified sandstone passing downslope into finer-grained plane-parallel, or "quasi-parallel" laminated sand and into climbing-ripple cross-laminated sandstone. Comparison to flume and tank experiments suggests that the proximal coarse-grained planar and trough cross-stratified sandstones could represent deposition by supercritical dunes that pass downslope into antidunes, characterised by sinusoidal stratification and/or low-angle cross stratification. The repeated vertical transition between antidune deposits and climbing-ripple cross-laminated sandstone may indicate the superposition of ripples onto antidunes in finer-grained sediments, indicating ripple formation under supercritical flow conditions. Similar bedforms/sedimentary structures have previously been interpreted as hummocky cross-stratification or swaley cross-stratification and attributed to combined flows in storm-dominated settings, which probably in some cases must be revised.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تظل دلتا المياه الضحلة غامضة من حيث وضع السحنات المرصودة ضمن نموذج ترسيبي متماسك قائم على العملية. هنا نبلغ عن تجارب الخزانات على تكوين قضبان الفم من المياه الضحلة النقية والطبقية التي، جنبًا إلى جنب مع تجارب المسيل الأخيرة على أشكال السرير، تقترح تفسيرات جديدة للملاحظات الميدانية من نتوءات دلتا المياه الضحلة. تشير تجاربنا إلى أن ارتفاع وهندسة وتشكيلات قضبان الفم تعتمد على خصائص النفاثة وحجم الحبيبات للرواسب الموردة. شكلت النفاثات النقية ذات الرواسب ذات الحبيبات الخشنة جدًا قضيبًا فمويًا مرتفعًا ومنحدرًا يتميز بفراش متقاطع شديد الانحدار بزاوية الهدف مع عمليات الانهيار الجليدي ذات الصلة (تدفقات الحبوب) على جانب lee. تشير التجارب مع النفاثات الطبقية إلى أن ترسب ونمو قضيب الفم تهيمن عليه تدفقات الكثافة فوق الحرجة التي تتطور من النفاثات الأولية على جانب لي من قضيب الفم المتنامي. في الطائرات الطبقية ذات الرواسب ذات الحبيبات الخشنة للغاية، كان الترسب على جانب حانة الفم من الانهيارات الجليدية لتدفق الحبوب وتدفقات الكثافة. في حين أن الترسيب على منحدر لي العلوي كان يهيمن عليه تدفقات الحبوب، فقد تطور حقل متحد المركز من أشكال الفراش المنخفضة الارتخاء وغير المتماثلة والمهاجرة لأسفل على المنحدر السفلي وخارج قضيب الفم. في النفاثة الطبقية ذات الرواسب متوسطة الحبيبات، يتكون قضيب فموي منخفض للغاية داخل حقل متحد المركز من أشكال قاعية منخفضة وغير متماثلة ومهاجرة لأسفل تغطي منحدر لي بأكمله والمنطقة الواقعة خلفه. تُظهر العديد من الدراسات الميدانية السابقة أن قضبان الفم المترسبة من النفاثات الطبقية الكثيفة (التدفقات المفرطة) تتميز بتجميع سحنات متميز من الحجر الرملي ذو الطبقات المتقاطعة الخشنة أو ذات الزاوية المنخفضة ذات الطبقات المتقاطعة التي تمر منحدرًا سفليًا إلى رمل صفائحي دقيق الحبيبات، أو "شبه متوازي" وفي الحجر الرملي المتقاطع المتسلق. تشير المقارنة مع تجارب المسيل والدبابات إلى أن الحبيبات الخشنة القريبة المستوية والحجارة الرملية ذات الطبقات المتقاطعة يمكن أن تمثل الترسيب بواسطة الكثبان الرملية فوق الحرجة التي تمر أسفل المنحدر إلى مضادات الرواسب، والتي تتميز بالتقسيم الطبقي الجيبي و/أو التقسيم الطبقي المتقاطع منخفض الزاوية. قد يشير الانتقال الرأسي المتكرر بين رواسب الترياق والحجر الرملي المتقاطع المتسلق إلى تراكب التموجات على الترياق في الرواسب ذات الحبيبات الدقيقة، مما يشير إلى تكوين التموجات في ظل ظروف التدفق فوق الحرجة. وقد تم في السابق تفسير أشكال قاعدية/هياكل رسوبية مماثلة على أنها طبقات متقاطعة رملية أو طبقات متقاطعة سوية ونسبت إلى التدفقات المشتركة في البيئات التي تهيمن عليها العواصف، والتي ربما يجب مراجعتها في بعض الحالات.Translated Description (French)
Les deltas d'eau peu profonde restent énigmatiques en termes de placement des faciès observés dans un modèle de dépôt cohérent basé sur le processus. Ici, nous rapportons des expériences de réservoir sur la formation de barres buccales à partir de jets purs et stratifiés d'eau peu profonde qui, combinées à des expériences récentes de caniveau sur des formes de lit, suggèrent de nouvelles interprétations des observations sur le terrain à partir d'affleurements de delta d'eau peu profonde. Nos expériences impliquent que la hauteur, la géométrie et les formes de lit des barres d'embouchure dépendent des propriétés du jet et de la taille des grains du sédiment fourni. Des jets purs avec des sédiments à grains très grossiers ont formé une barre d'embouchure haute et raide qui se caractérise par un lit croisé à angle d'inclinaison élevé avec des processus d'avalanche connexes (flux de grains) du côté sous le vent. Les expériences avec des jets stratifiés impliquent que le dépôt et la croissance de la barre buccale sont dominés par des flux de densité supercritique qui évoluent à partir des jets initiaux du côté sous le vent de la barre buccale en croissance. Dans les jets stratifiés avec des sédiments à grains très grossiers, le dépôt sur le côté sous le ventre de la barre buccale provenait à la fois des avalanches d'écoulement des grains et des écoulements de densité. Alors que le dépôt sur la pente supérieure sous le vent était dominé par les écoulements de grains, un champ concentrique de formes de lit à faible relief, asymétriques et à migration descendante a évolué sur la pente inférieure et au-delà de la barre d'embouchure. Dans le jet stratifié avec des sédiments à grains moyens, une barre buccale à très faible relief s'est formée dans un champ concentrique de formes de lit basses, asymétriques et à migration descendante couvrant toute la pente sous le vent et la zone au-delà. De nombreuses études antérieures sur le terrain montrent que les barres d'embouchure déposées à partir de jets stratifiés denses (écoulements hyperpycniques) sont caractérisées par un assemblage de faciès distinct de grès stratifié croisé à gros grains ou de grès stratifié croisé à faible angle passant en pente descendante dans du sable stratifié plan-parallèle ou « quasi-parallèle » à grain plus fin et dans du grès stratifié croisé à grappes d'escalade. La comparaison avec les expériences de caniveau et de réservoir suggère que les grès planaires à gros grains proximaux et les grès à stratification croisée en creux pourraient représenter un dépôt par des dunes supercritiques qui passent en pente descendante dans des antidunes, caractérisées par une stratification sinusoïdale et/ou une stratification croisée à faible angle. La transition verticale répétée entre les dépôts d'antidunes et le grès stratifié croisé à rampes d'escalade peut indiquer la superposition d'ondulations sur les antidunes dans les sédiments à grains plus fins, indiquant la formation d'ondulations dans des conditions d'écoulement supercritique. Des formes de lit/structures sédimentaires similaires ont déjà été interprétées comme une stratification croisée bosselée ou une stratification croisée houleuse et attribuées à des flux combinés dans des contextes dominés par les tempêtes, qui doivent probablement dans certains cas être révisés.Translated Description (Spanish)
Los deltas de aguas poco profundas siguen siendo enigmáticos en términos de colocar las facies observadas dentro de un modelo de deposición coherente basado en procesos. Aquí informamos experimentos de tanques sobre la formación de barras bucales a partir de chorros puros y estratificados de aguas poco profundas que, combinados con experimentos recientes de canales en formas de lecho, sugieren nuevas interpretaciones de las observaciones de campo de afloramientos deltaicos de aguas poco profundas. Nuestros experimentos implican que la altura, la geometría y las formas de lecho de las barras de boca dependen de las propiedades del chorro y del tamaño de grano del sedimento suministrado. Los chorros puros con sedimentos de grano muy grueso formaron una barra de boca alta y empinada que se caracteriza por un lecho cruzado de ángulo de reposo pronunciado con procesos de avalancha relacionados (flujos de grano) en el lado de sotavento. Los experimentos con chorros estratificados implican que la deposición y el crecimiento de la barra de boca están dominados por flujos de densidad supercrítica que evolucionan desde los chorros iniciales en el lado de sotavento de la barra de boca en crecimiento. En chorros estratificados con sedimento de grano muy grueso, la deposición en el lado de sotavento de la barra de boca fue tanto de avalanchas de flujo de grano como de flujos de densidad. Mientras que la deposición en la pendiente superior de sotavento estaba dominada por los flujos de grano, un campo concéntrico de formas de lecho de bajo relieve, asimétricas y que migran hacia abajo evolucionó en la pendiente inferior y más allá de la barra de la boca. En el chorro estratificado con sedimento de grano medio se formó una barra de boca de muy bajo relieve dentro de un campo concéntrico de formas de lecho bajas, asimétricas y que migran hacia abajo que cubren toda la pendiente de sotavento y el área más allá. Muchos estudios de campo anteriores muestran que las barras bucales depositadas a partir de chorros estratificados densos (flujos hiperpineales) se caracterizan por un ensamblaje de facies distinto de arenisca estratificada cruzada de grano grueso o estratificada cruzada de bajo ángulo que pasa cuesta abajo a arena laminada plana paralela o "casi paralela" de grano más fino y a arenisca laminada cruzada de ondulación ascendente. La comparación con los experimentos de canal y tanque sugiere que las areniscas planas y estratificadas transversalmente de grano grueso proximales podrían representar la deposición por dunas supercríticas que pasan cuesta abajo a antidunas, caracterizadas por estratificación sinusoidal y/o estratificación transversal de bajo ángulo. La transición vertical repetida entre los depósitos de antiduna y la arenisca laminada cruzada de ondulación ascendente puede indicar la superposición de ondulaciones sobre antidunas en sedimentos de grano más fino, lo que indica la formación de ondulaciones en condiciones de flujo supercrítico. Formas de lecho/estructuras sedimentarias similares se han interpretado anteriormente como estratificación cruzada hummocky o estratificación cruzada swaley y se han atribuido a flujos combinados en entornos dominados por tormentas, que probablemente en algunos casos deben revisarse.Files
Re-examining_models_of_shallow-water_deltas.pdf.pdf
Files
(12.4 MB)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:4fb93de506e2882f164955e46b2cc67d
|
12.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إعادة فحص نماذج دلتا المياه الضحلة: رؤى من تجارب الخزانات والأمثلة الميدانية
- Translated title (French)
- Réexamen des modèles de deltas d'eau peu profonde : aperçus à partir d'expériences en réservoir et d'exemples sur le terrain
- Translated title (Spanish)
- Reexaminación de modelos de deltas de aguas poco profundas: conocimientos de experimentos de tanques y ejemplos de campo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3177581622
- DOI
- 10.1016/j.sedgeo.2021.105962
References
- https://openalex.org/W138543659
- https://openalex.org/W1497734931
- https://openalex.org/W1514271476
- https://openalex.org/W1524076389
- https://openalex.org/W1564653365
- https://openalex.org/W1575605242
- https://openalex.org/W1651451047
- https://openalex.org/W1751067946
- https://openalex.org/W1764022448
- https://openalex.org/W1896293905
- https://openalex.org/W1935450994
- https://openalex.org/W1966336753
- https://openalex.org/W1968313731
- https://openalex.org/W1973813463
- https://openalex.org/W1974750855
- https://openalex.org/W1975279362
- https://openalex.org/W1985727369
- https://openalex.org/W1993384360
- https://openalex.org/W1998907201
- https://openalex.org/W1999257004
- https://openalex.org/W2005483555
- https://openalex.org/W2010910867
- https://openalex.org/W2014414376
- https://openalex.org/W2015714933
- https://openalex.org/W2020016307
- https://openalex.org/W2020074019
- https://openalex.org/W2021308874
- https://openalex.org/W2023036480
- https://openalex.org/W2027556134
- https://openalex.org/W2035091433
- https://openalex.org/W2038945004
- https://openalex.org/W2043867631
- https://openalex.org/W2046266148
- https://openalex.org/W2053978808
- https://openalex.org/W2055658771
- https://openalex.org/W2063052110
- https://openalex.org/W2065068001
- https://openalex.org/W2066639781
- https://openalex.org/W2067904525
- https://openalex.org/W2068717252
- https://openalex.org/W2071509209
- https://openalex.org/W2073875215
- https://openalex.org/W2079950883
- https://openalex.org/W2083875668
- https://openalex.org/W2098418938
- https://openalex.org/W2100671575
- https://openalex.org/W2103160195
- https://openalex.org/W2106592342
- https://openalex.org/W2108033812
- https://openalex.org/W2109610325
- https://openalex.org/W2110536870
- https://openalex.org/W2111597278
- https://openalex.org/W2119502681
- https://openalex.org/W2120501196
- https://openalex.org/W2120863174
- https://openalex.org/W2125577322
- https://openalex.org/W2127192741
- https://openalex.org/W2127372790
- https://openalex.org/W2128141425
- https://openalex.org/W2128776046
- https://openalex.org/W2132272817
- https://openalex.org/W2137719013
- https://openalex.org/W2138211898
- https://openalex.org/W2146438646
- https://openalex.org/W2149035834
- https://openalex.org/W2149461348
- https://openalex.org/W2149863106
- https://openalex.org/W2151001842
- https://openalex.org/W2153318330
- https://openalex.org/W2157928331
- https://openalex.org/W2159583661
- https://openalex.org/W2164196208
- https://openalex.org/W2164625060
- https://openalex.org/W2245280079
- https://openalex.org/W2255943944
- https://openalex.org/W2335763684
- https://openalex.org/W2360743964
- https://openalex.org/W2388916360
- https://openalex.org/W2414676298
- https://openalex.org/W2463922521
- https://openalex.org/W2521586579
- https://openalex.org/W2526133039
- https://openalex.org/W2576126134
- https://openalex.org/W2614559685
- https://openalex.org/W2626752008
- https://openalex.org/W2705213692
- https://openalex.org/W2754792696
- https://openalex.org/W2755843534
- https://openalex.org/W2763216904
- https://openalex.org/W2765942506
- https://openalex.org/W2768860058
- https://openalex.org/W2789267055
- https://openalex.org/W2789669405
- https://openalex.org/W2796516379
- https://openalex.org/W2797565944
- https://openalex.org/W2944892847
- https://openalex.org/W2956161986
- https://openalex.org/W2971945399
- https://openalex.org/W2972748540
- https://openalex.org/W2985417018
- https://openalex.org/W3000680640
- https://openalex.org/W3003769838
- https://openalex.org/W3010818122
- https://openalex.org/W3011100717
- https://openalex.org/W3036662502
- https://openalex.org/W3038830864
- https://openalex.org/W3039762550
- https://openalex.org/W3094145822
- https://openalex.org/W3097580554
- https://openalex.org/W3098876535
- https://openalex.org/W3101749795
- https://openalex.org/W3115291020
- https://openalex.org/W3116871396
- https://openalex.org/W3125393028
- https://openalex.org/W3128633457
- https://openalex.org/W3133827585
- https://openalex.org/W3135018577
- https://openalex.org/W4253303188