高劍超，李 明

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069)

德國海洋物理學(xué)家Wust最先注意到海洋中沿海底等高線流動的底流及其沉積作用［1］。Heegen等(1966)在對北大西洋陸隆沉積物研究之后首先提出了等深流這一術(shù)語，認(rèn)為等深流是由于地球旋轉(zhuǎn)的結(jié)果而形成的溫鹽水循環(huán)底流，這種底流平行海底等高線做穩(wěn)定低速流動，主要出現(xiàn)在大陸斜坡及大陸陸隆區(qū)，由等深流形成的沉積物為等深積巖［2］。

在現(xiàn)代海洋中，等深流沉積覆蓋了大面積的海底地區(qū)，常沿大陸邊緣發(fā)育成大型等深巖丘或等深巖席，如北大西洋現(xiàn)代等深流沉積，地中?，F(xiàn)代等深流沉積等。我國由于受各方面條件的限制，至今尚未開展現(xiàn)代大洋等深流的研究，但我國學(xué)者主要針對我國諸多地區(qū)地史時期的等深流進(jìn)行研究，如湖南九溪下奧陶統(tǒng)等深巖丘［3］以及甘肅平?jīng)鲋袏W陶統(tǒng)等深巖丘等［4］，主要通過巖性、層序、古流向和相序組合特征的分析，進(jìn)而揭示所研究等深積巖古地理環(huán)境和古構(gòu)造背景，并在古代等深流方面取得了卓有成效的研究［5－8］，尤其在古代等深巖丘方面已跨入國際先進(jìn)行列，并彌補(bǔ)了國外古代等深流研究的不足。近些年來沉積學(xué)界通過對等深積巖的詳細(xì)研究，對其作為油氣儲集的儲層進(jìn)行了相關(guān)研究［9，10］。

1 等深流形成的原因

1.1 地球旋轉(zhuǎn)

地球上一切運(yùn)動著的物體都要受到由于地球旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力(科里奧利力)的作用，這個偏轉(zhuǎn)力會使地球上一切運(yùn)動著的物體產(chǎn)生一個垂直地球自轉(zhuǎn)軸和運(yùn)動速度矢量所構(gòu)成的平面的偏離，北半球向運(yùn)動方向右方偏離，南半球向運(yùn)動方向的左方偏離，赤道處為零，兩極處最大。因此，從兩極向赤道流動的等深流受偏轉(zhuǎn)力的影響而變得復(fù)雜化。

1.2 大洋溫鹽環(huán)境差異

在地球表面不同地區(qū)，由于緯度、季節(jié)、晝夜等因素的不同，導(dǎo)致各地所獲得的太陽輻射能不同。在地球的兩極地表獲得的太陽輻射能最少，因此海洋水溫最低;在赤道地區(qū)所獲太陽輻射能最多，因而水溫最高。兩極地區(qū)較冷的、密度較高的水體不斷下沉，然后向較溫暖、低密度的赤道區(qū)擴(kuò)散，形成沿海底流動的等深流。鹽度的變化引起大洋水密度差異是形成等深流的另一重要途徑。典型的例子是地中海中的高鹽度和高密度的水體經(jīng)直布羅陀海峽外溢形成的等深流。

1.3 洋面風(fēng)成面流

在重力作用下缺乏波動的洋面應(yīng)該是平坦的。風(fēng)吹過洋面時則引起波浪，洋面水體受剪切作用而產(chǎn)生流動。在北半球，這種流動導(dǎo)致水體向卡羅貝島及北美大陸積聚，形成海灣溪流。受風(fēng)力的影響，海平面的強(qiáng)烈起伏與海底風(fēng)暴活躍區(qū)之間位置的符合性可能指示了來自海面的動能實(shí)際上已傳到了深海底部。在全球范圍內(nèi)，海洋表面活躍區(qū)與深海高能區(qū)或深海風(fēng)暴區(qū)一致。

2 等深流的沉積特征

Faugeres等(1993)通過對大西洋發(fā)育的等深流沉積研究認(rèn)為海進(jìn)期可能是最強(qiáng)烈的底層環(huán)流活動時期［11］。海平面的變化直接影響深海盆地中陸源碎屑物質(zhì)的供應(yīng)。低水位期以重力流沉積大量發(fā)育為典型特征:大量粗碎屑物質(zhì)可直接從大陸坡注入深海盆地，形成各類砂、礫級重力流沉積，順坡向下的流動占主導(dǎo)地位，主要類型為濁流沉積，等深流活動較弱，即使形成等深流沉積也容易遭到破壞。隨著海平面上升，可容空間增大，物源區(qū)逐漸遠(yuǎn)離沉積盆地，更多的沉積物被攔截在大陸架上，粗碎屑物質(zhì)注入逐漸減少，重力流活動減弱，等深流得以發(fā)育，形成等深流沉積得以保存下來。而在高水位期，沉積物供給較少，等深流也不發(fā)育。

2.1 等深流的鑒別標(biāo)志

等深流沉積的鑒別是進(jìn)行等深流沉積研究的關(guān)鍵之一。Hollister和Heezen(1972)在研究北大西洋部分現(xiàn)代等深流沉積之后，對等深流沉積的特征作了比較詳細(xì)的歸納總結(jié)，在此基礎(chǔ)上，將等深流沉積、濁流沉積、內(nèi)波和內(nèi)潮汐沉積進(jìn)行比較(表1)。

表1 等深流沉積與其它類型深水沉積的特征比較(據(jù)何幼斌，1998)

2.2 等深流沉積的垂向?qū)有?/h3>

Faugeres等在研究北大西洋東緣現(xiàn)代等深巖丘時，發(fā)現(xiàn)等深流沉積組合按一定的垂向順序排列，并確定了其典型的模式［12］，其完整的層序如圖1(a)所示。這一層序是由一個向上變粗的逆遞變段和一個向上變細(xì)的正遞變段構(gòu)成的對稱遞變層序，層序厚10～100 cm，層序各段間的接觸關(guān)系有過渡的、突變的和侵蝕的不同類型。層序的厚度和完整性變化很大，可以是對稱或不對稱。

圖1 等深流沉積的垂向?qū)有?據(jù)何幼斌，1998)

段太忠等在研究湘北九溪下奧陶統(tǒng)等深積巖時也發(fā)現(xiàn)了與Faugeres等描述的層序類似的層序(圖1(b))，層序各段之間的接觸關(guān)系過渡的、突變的和侵蝕的均有。李發(fā)科等研究湘北地區(qū)描繪出如圖2的等深積巖序列［13］。層序厚度在10～200 cm之間，以30～80 cm最為常見，完整的和不完整的均較常見。高振中等在研究鄂爾多斯西緣平?jīng)鲋袏W陶統(tǒng)碳酸鹽中還發(fā)現(xiàn)了完全由砂屑等深巖構(gòu)成的復(fù)合層序(圖1c、d)，這類層序主要由中層到厚層的砂屑等深積巖疊置組成，其中每個單層砂屑等深積巖均具有典型的下細(xì)－中粗－上細(xì)的粒度變化特征，而整個層序在總體上又呈現(xiàn)為細(xì)－粗－細(xì)旋回。

圖2 湘西北等深流沉積層序(據(jù)李法科，2001)

2.3 等深流的巖石類型

等深流沉積分異度低、生物活動改造強(qiáng)烈以及與其它沉積類型區(qū)別上的困難，目前對等深積巖的分類研究程度還很低。國外一般將等深積巖分為4種基本類型，即泥質(zhì)等深積巖、斑塊粉砂質(zhì)等深積巖、砂質(zhì)等深積巖和礫質(zhì)等深積巖以及若干過渡類型［13－15］。由于等深巖的成分主要為陸源碎屑和碳酸鹽物質(zhì)，因此，按粒級和成分將等深積巖劃分為泥級等深積巖、粉砂級等深積巖、砂級等深積巖和礫級等深積巖等類型(表2)。

表2 等深積巖的分類(據(jù)何幼斌，1998)

泥質(zhì)等深積巖是各類等深積巖中粒度最細(xì)但數(shù)量最豐富的一類。它是現(xiàn)代等深流沉積的主體，但古代地層中較難識別。其最明顯的特征是生物遺跡和生物擾動構(gòu)造異常發(fā)育。

砂級等深積巖粒度較粗，分選較好，特征明顯，易于識別。粉砂級等深積巖為泥質(zhì)等深積巖和砂級等深積巖的過渡類型，多與它們交互成層或混雜出現(xiàn)其數(shù)量也很豐富。

礫級等深積巖粒度最粗，為數(shù)甚少，但在反映沉積作用特征上有一定的意義。一般認(rèn)為它是由流速高、能量大的等深流侵蝕和改造細(xì)粒沉積物而形成的一種礫石滯留沉積。這種等深積巖單層薄且不規(guī)則，分選差，顆粒表面常具有鐵鎂質(zhì)包殼。

生物屑等深積巖成分獨(dú)特，數(shù)量也很少，多為等深流改造重力流沉積(如灰?guī)r)后沉積而成，與礫級等深積巖類似，對反映沉積作用有一定的環(huán)境意義。

3 等深流的沉積類型

3.1 等深巖丘

海洋學(xué)調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，在深海中存在著許多等深流沉積物的堆積體，等深巖丘就是其中一種。它呈長條狀，橫剖面呈丘型，長度一般為數(shù)十至數(shù)百公里，規(guī)模巨大。這種等深巖丘廣泛發(fā)現(xiàn)在北大西洋，在中國主要在湘北地區(qū)(圖3)，鄂爾多斯地區(qū)發(fā)現(xiàn)兩大塊等深巖丘。等深巖丘由于受等深流和深水潮汐、波浪的作用，其結(jié)構(gòu)成熟度較濁積巖高;同時，等深巖丘分選較好，巖性為純凈的極細(xì)粒到細(xì)粒(局部到中粒)砂巖，原生孔隙發(fā)育，油氣儲積性能很好，世界多個油田已發(fā)現(xiàn)等深流儲層，是深水沉積中頗具勘探前景的潛在油氣儲集層［16，17］。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國油氣勘探進(jìn)入深水區(qū)，在南海北部深水區(qū)珠江口盆地和瓊東南盆地內(nèi)中新世地層中發(fā)現(xiàn)大量的丘狀反射體，前人對這兩個盆地深水區(qū)中新世沉積相和丘狀反射體進(jìn)行了詳細(xì)研究［18，19］，其成因與中新世南海北部發(fā)育的等深流有關(guān)，認(rèn)為是等深流沉積形成的等深巖丘。

3.2 等深流漂積體

近年來，新環(huán)境、新動力學(xué)成因的新等深流沉積類型(圖4)不斷涌現(xiàn)。Laberg等(2001)基于挪威海漂積體的研究，提出了“充填性漂積體”;Maldonado等(2005)在南極的北威德爾海的中新世以來的地層內(nèi)識別出完整的等深積巖漂積體系列，識別了幾種新的漂積體類型:橫向漂積體，基底/構(gòu)造漂積體和堤壩漂積體;Cerm aicola等(2001)提出了斷裂相關(guān)漂積體;Stow(2002)針對深水等深流對陸坡扇和深海扇的影響，提出了移變的扇漂積體(modified fan－drift)類型;Rebesco和Stow(2001)基于前人認(rèn)識，從3個尺度(大尺度，即漂積體尺度;中尺度，即地震單元尺度;小尺度;即地震相尺度)總結(jié)了識別等深積巖的地震判別標(biāo)準(zhǔn)［20，21］。

圖4 等深流沉積的幾種新類型

4 結(jié)語

對等深流沉積研究可以幫助我們了解海洋的循環(huán)系統(tǒng)，提供更多的古海洋學(xué)和古氣候?qū)W信息。隨著人們進(jìn)軍全球深水油氣勘探領(lǐng)域，深水勘探與深海沉積有著密切的關(guān)系，深海濁積砂體已證實(shí)是深海盆地的主要儲層，深海等深流沉積結(jié)構(gòu)成熟度高，孔隙和儲集性能好，且形成規(guī)模較大，是潛的深海油氣儲層。

但整體等深流研究還較薄弱，現(xiàn)代等深流只局限于大西洋，對其它個大洋研究薄弱，限制了等深流沉積的全球性認(rèn)識。對等深流的識別特征有待加強(qiáng)，一些大型內(nèi)波內(nèi)潮汐被誤認(rèn)為等深流沉積。地層記錄中的等深流規(guī)模較小，層位較少且已發(fā)現(xiàn)區(qū)域較少，現(xiàn)在僅發(fā)現(xiàn)三例且都為碳酸鹽巖沉積，未見碎屑巖等深流沉積。

現(xiàn)今對等深流的重點(diǎn)研究包括以下幾個方面:(1)等深流沉積新類型、特征和鑒別標(biāo)志研究;(2)建立一套較為完整的等深流識別標(biāo)志;(3)等深流的形成機(jī)制和等深積巖沉積體系形成的主要控制因素。

［1］Heezen B C，Hollister C D，Ruddiman W F.Shaping of the continental rise by deep geostrophic contour currents［J］.Science，1966，152:502－508.

［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.北京:科學(xué)出版社.1996.

［3］段太忠，郭建華，高振中，等.華南古大陸邊緣湘北九溪下奧陶統(tǒng)碳酸鹽等深巖丘［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào).1990， 64(2):131－143.

［4］高振中，羅順社，何幼斌，等.鄂爾多斯地區(qū)西緣中奧陶世等深流沉積.沉積學(xué)報(bào).1995，13(4):16－25.

［5］何幼斌，高振中，等.等深流沉積的特征及其鑒別標(biāo)志.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào).1998.12.

［6］劉寶珺，余光明，王成善.珠穆朗瑪峰地區(qū)侏羅系的等深積巖沉積及其特征.成都地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào).1982，(1):1－6.

［7］姜在興，趙澄林，熊繼輝.皖中下志留統(tǒng)的等深積巖及其地質(zhì)意義.科學(xué)通報(bào).1989，34(20):1575－1576.

［8］Faugeres J－C，Stow D A V.Bottom －current－controlled sedimentation:a synthesis of the contourite problem.Sedimentary Geology，1993，82:287－297.

［9］Viana A R，De Almeida Jr W，De Almeida C W.Upper slope sands:late Quaternary shallow－water sandy contourites of Campos Basin，SW Atlantic Margin［J］.Geological Society Memoir，2002，22:226－270.

［10］Surlyk F，Jensen S K，Engkilde M.Deep channels in the Cenomanian–Danian Chalk Group of the German North Sea sector:Evidence of strong constructional and erosional bottom currents and effect on reservoir quality distribution［J］.AAPG bulletin，2008，92(11):1565－1586.

［11］Faugeres J－C，Stow D A V.Bottom －current－controlled sedimentation:a synthesis of the contourite problem.Sedimentary Geology，1993，82:287－297.

［12］Faugeres J－C，Stow D A V.Bottom －current－controlled sedimentation:a synthesis of the contourite problem.Sedimentary Geology，1993，82:287－297.

［13］李發(fā)科，汪德雯，等.湘西北下寒武統(tǒng)等深流沉積.江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào).2001.9.

［14］Stow D A V，F(xiàn)augeres J C，Gonthier E.Facies distribution and textural variation in Faro Drift contourites:velocity fluctuation and drift growth［J］.Marine Geology，1986，72(1):71 － 100.

［15］Stow D A V，Mayall M.Deep－water sedimentary systems:New models for the 21st century［J］.Marine and Petroleum G eology，2000，17:125－135.

［16］李東海，深水異地沉積與油氣勘探［J］.江漢石油學(xué)報(bào).2002，24(1);5－7.

［17］劉麗軍，深水牽引流沉積特征及研究現(xiàn)狀［J］.石油與天然氣地質(zhì).1999，20(4)369－374.

［18］馮楊偉.瓊東南盆地深水區(qū)梅山組沉積相與丘狀反射體地質(zhì)解釋［D］.西安:西北大學(xué).2012.

［19］趙天亮，蒲仁海，屈紅軍等.瓊東南盆地南部中新統(tǒng)“丘”形反射成因探討［J］.2013，35(4)112－120.

［20］Ceramicola S，RebescoM，De BatistM，et al.2001.Seismic evidenceof small2scale lacustrine drifts in Lake Baikal(Russia)［J］.MarineGeophysical Researches，22:445 － 464.

［21］王玉柱，王海榮，高紅芳，等.等深流作用機(jī)制和沉積的研究進(jìn)展.古地理學(xué)報(bào).2010，2(4):141－150.