秦雁群，萬侖坤，計(jì)智鋒，李富恒，徐海龍，巴 丹

(中國(guó)石油 勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

塊體搬運(yùn)沉積體系(Mass-transport Deposits，簡(jiǎn)稱MTDs)是大陸邊緣地層充填重要組成，局部地區(qū)可達(dá)到陸坡和深水區(qū)地層沉積總量的70%以上[1-2]。普遍發(fā)育的塊體搬運(yùn)沉積作用不僅對(duì)海域相關(guān)工業(yè)設(shè)施具有潛在破壞隱患，而且還可以產(chǎn)生海嘯、大洋環(huán)流變遷等自然災(zāi)害以及甲烷釋放等相關(guān)環(huán)境問題[3-4]。近年來，有關(guān)塊體搬運(yùn)沉積方面的研究受到國(guó)際上眾多國(guó)家、研究團(tuán)體和高校的普遍關(guān)注。挪威、英國(guó)、法國(guó)及加拿大等國(guó)家紛紛成立大陸斜坡穩(wěn)定性計(jì)劃(COSTA)專門開展塊體搬運(yùn)沉積和相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害研究[5-6]。2003年以來，由美國(guó)國(guó)際地球科學(xué)聯(lián)合會(huì)發(fā)起的水下塊體運(yùn)動(dòng)及其影響國(guó)際研討會(huì)(ISSMMTC)每?jī)赡昱e辦一次，目前已在法國(guó)、挪威、希臘、日本等國(guó)家先后召開了7次[5]。美國(guó)石油地質(zhì)學(xué)家協(xié)會(huì)(AAPG)2006年年會(huì)也專門設(shè)立了塊體搬運(yùn)沉積討論主題，相關(guān)成果被收錄在2009年出版的《Mass-transport Deposits in Deepwater Setting》論文集內(nèi)[7]。加拿大拉瓦爾大學(xué)、美國(guó)華盛頓大學(xué)、挪威特羅姆瑟大學(xué)以及中國(guó)科學(xué)院等高校院所也積極組建了大陸邊緣穩(wěn)定性研究團(tuán)隊(duì)[5,8]。隨著高精度海域三維地震、多波束測(cè)深及旁側(cè)聲納等探測(cè)手段的投入和綜合大洋鉆探計(jì)劃(IODP)的實(shí)施，全球已在被動(dòng)大陸邊緣、轉(zhuǎn)換大陸邊緣、弧后盆地?cái)嚯A帶、前陸盆地前淵帶、海底火山邊緣、內(nèi)克拉通盆地和湖相盆地等300多個(gè)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了塊體搬運(yùn)沉積體系[1-2,9]。近期國(guó)際上有關(guān)MTDs研究熱點(diǎn)主要集中在其觸發(fā)機(jī)制與主控因素分析、內(nèi)部變形研究、不同規(guī)模沉積體形態(tài)刻畫與識(shí)別及油氣勘探指示意義等方面[10-15]。

這種巨型且普遍發(fā)育的沉積物與油氣之間關(guān)系是近年來深水油氣勘探工作者普遍關(guān)注的重要問題之一[15]。深水油氣勘探實(shí)踐表明，塊體搬運(yùn)沉積體系雖然普遍粒度較粗，但富含粘土，常具有低孔、低滲等特征，一般可作為區(qū)域有效蓋層，從頂部和側(cè)向?qū)τ蜌膺M(jìn)行封堵，形成深水地層圈閉[4,16]。近年來，在北海、墨西哥灣、尼日尼亞、印度東部海域等地區(qū)與塊體搬運(yùn)沉積體系相關(guān)油氣田的發(fā)現(xiàn)說明其在特定地質(zhì)條件下是可以形成有效儲(chǔ)層的，應(yīng)該是深水油氣勘探潛在的目標(biāo)對(duì)象[15,17-18]。因此，深入研究塊體搬運(yùn)沉積體系不僅可以有效評(píng)價(jià)其地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，還可以進(jìn)一步深化深水沉積搬運(yùn)過程認(rèn)識(shí)，并有助于拓展深水油氣勘探領(lǐng)域。文章主要梳理了國(guó)際文獻(xiàn)中主要成果認(rèn)識(shí)，對(duì)深水塊體搬運(yùn)沉積體系內(nèi)涵、形成條件、特征、識(shí)別標(biāo)志、巖相類型與巖相組合及與油氣關(guān)系等領(lǐng)域觀點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)歸納和總結(jié)，指出現(xiàn)階段存在的主要問題及研究展望，以期引發(fā)國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)該類沉積現(xiàn)象的關(guān)注。

1 深水塊體搬運(yùn)沉積體系內(nèi)涵

1.1 概念演變

術(shù)語“塊體搬運(yùn)沉積”通常是相對(duì)于陸上的“滑坡”而言的，在國(guó)外文獻(xiàn)中與“水下滑坡”(Submarine Landslides)、“斜坡失穩(wěn)”(Slope Failure)等概念相近，普遍用于綜合性地描述水下與塊體流相關(guān)的重力流沉積搬運(yùn)過程[1,19-20]。自1950年Kuenen提出濁流可以形成遞變層理觀點(diǎn)以來，有關(guān)深水沉積搬運(yùn)過程認(rèn)識(shí)主要有4種主流觀點(diǎn)：①根據(jù)沉積物濃度和力學(xué)機(jī)制劃分為彈性巖崩、彈性和塑性的滑動(dòng)與滑塌、塑性碎屑流和黏結(jié)性濁流[21]；②根據(jù)沉積物支撐機(jī)制劃分為基質(zhì)支撐碎屑流、粒間流體向上運(yùn)動(dòng)的流化流、顆粒間相互作用顆粒流和紊態(tài)濁流[22]；③根據(jù)搬運(yùn)速率劃分為快速巖崩、高速滑動(dòng)、低速碎屑流動(dòng)及慢速的蠕滑等[23]；④根據(jù)沉積過程的連續(xù)性劃分為再沉積過程、底流和面流等[24]。然而，在深水沉積研究實(shí)踐過程中，上述不同類型的深水搬運(yùn)過程所形成的復(fù)雜沉積物組成往往很難根據(jù)殘余地層記錄嚴(yán)格區(qū)分開[1,15]。因此，不同學(xué)者給出了不同的深水塊體搬運(yùn)沉積體系定義范圍。

Posamentier和Martinsen認(rèn)為除濁流成因外，一切水下重力流形成的沉積物均為深水塊體搬運(yùn)沉積體系[1]。而Shanmugam則認(rèn)為陸坡邊緣蠕滑現(xiàn)象很難從現(xiàn)實(shí)資料中被識(shí)別，且塊體搬運(yùn)沉積的沉積物體積濃度常大于20%，因此深水塊體搬運(yùn)沉積體系應(yīng)全是砂質(zhì)的，只包括滑動(dòng)、滑塌和碎屑流形成的沉積物[15]。Pickering和Corregidor認(rèn)為深水塊體搬運(yùn)沉積是描述包括濁流在內(nèi)的所有水下重力流一次沉積事件，實(shí)際重力流沉積物往往是多次、多類型的，所以應(yīng)該用術(shù)語“塊體搬運(yùn)沉積復(fù)合體”(Mass Transport Complexes，簡(jiǎn)稱MTC)來描述[25]。Moscardelli等雖然也沿用了MTC術(shù)語，但卻剔除了濁流和蠕滑形成的沉積物[26]。從目前文獻(xiàn)趨勢(shì)來看[7]，第一種觀點(diǎn)占據(jù)主要地位，即不管深水搬運(yùn)過程被劃分為幾種，水下重力流沉積物只分為塊體搬運(yùn)沉積體系和濁流成因的沉積體系兩大類。

圖1 塊體搬運(yùn)沉積體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征Fig.1 Internal structure characteristics of MTDsa.MTDs簡(jiǎn)單剖面結(jié)構(gòu)(據(jù)文獻(xiàn)[27]，有修改)；b.MTDs復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)(據(jù)文獻(xiàn)[28]，有修改)

1.2 結(jié)構(gòu)

受海域資料缺乏和資料精度低等因素限制，早期通常將深水MTDs簡(jiǎn)單地劃分為伸展斷裂區(qū)頭部、無變形或弱變形區(qū)體部和褶皺沖斷帶趾部三大部分[27](圖1a)。隨著深海探測(cè)手段提高和高精度海底地層資料的獲取，這種特殊的沉積體系內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也被逐漸識(shí)別。

MTDs頭部屬于地質(zhì)薄弱帶，在觸發(fā)機(jī)制作用下，斜坡地質(zhì)體失穩(wěn)形成伸展構(gòu)造和斷塊體沿?cái)嗔衙婊蚧准羟忻嫦蛳禄啤３Ｒ姸秆禄驍鄬友?、鏟式正斷層、侵蝕或沖蝕溝谷及斷塊等海底結(jié)構(gòu)或地貌單元(圖1b)[15,28-29]。其中，后壁坡陡、斷崖面積大，平面上呈弧形。而側(cè)壁坡緩，斷崖面積小，向下坡方向逐漸尖滅。該部分以滑動(dòng)搬運(yùn)為主，地質(zhì)體內(nèi)部常無變形。整個(gè)頭部剖面上多呈階梯狀并發(fā)育深凹溝谷，平面展布呈明顯的下凹形或塌陷狀。

MTDs體部受基底剪切面和側(cè)向古地形聯(lián)合控制，在地形變化地區(qū)可見明顯變形構(gòu)造，如剪切槽、流動(dòng)構(gòu)造、擠壓脊等現(xiàn)象。該部分沉積物搬運(yùn)以滑塌和碎屑流為主，內(nèi)部呈弱變形或中等程度變形，局部可見殘留滑塊。地形坡度較頭部明顯變緩，向下傾方向，沉積物逐漸增厚。在海底先存沉積物固結(jié)程度較差地區(qū)，受持續(xù)的滑塌和碎屑流作用，可能會(huì)產(chǎn)生次級(jí)MTDs(圖1b)[15,21,28-30]。

MTDs趾部是塊體搬運(yùn)最為主要的沉積物駐留區(qū)。多期沉積物疊置推擠，受阻于前緣海底隆起區(qū)，形成了從擠壓褶皺到疊瓦狀褶皺沖斷構(gòu)造格局，前緣可見底部擦痕和躍前塊體(圖1b)[15,28,30]。該部分以碎屑流為主，局部可見濁流沉積物。地形坡度相對(duì)平緩，形成的沉積物以連續(xù)弧形向下坡方向不斷擴(kuò)展，并逐漸向深海平原區(qū)消亡。

1.3 類型

基于深水搬運(yùn)過程對(duì)深水MTDs不同階段沉積物類型進(jìn)行判別是目前流傳最為廣泛的一套分類體系[1,30-31]。該方法主要是綜合不同階段沉積物沉積特征和特定的地質(zhì)現(xiàn)象，如沉積物分選、顆粒大小與分布、沉積構(gòu)造、地質(zhì)體形態(tài)、斷層及褶皺發(fā)育情況等，判斷沉積物屬于深水MTDs哪個(gè)階段的產(chǎn)物(圖2a)。然而，深水塊體搬運(yùn)沉積通常是一種連續(xù)重力流沉積過程，具有多期疊置和難區(qū)分等特點(diǎn)，而且不同學(xué)者對(duì)深水搬運(yùn)過程分類標(biāo)準(zhǔn)及搬運(yùn)類型認(rèn)識(shí)也有差異，導(dǎo)致MTDs不同階段類型劃分多種多樣，術(shù)語也很難統(tǒng)一[15,32]。

圖2 塊體搬運(yùn)沉積體系類型Fig.2 Types of MTDsa.基于深水搬運(yùn)過程的MTDs分類(據(jù)文獻(xiàn)[1]，有修改)；b.基于沉積物成因的MTDs分類(據(jù)文獻(xiàn)[26])

Moscardelli和Wood根據(jù)MTDs外部形態(tài)、觸發(fā)機(jī)制、沉積物與物源關(guān)系及物源位置，把深水MTDs從沉積物成因上劃分為附屬型和非附屬型兩大類(圖2b)[26]。附屬型主要由區(qū)域地質(zhì)事件觸發(fā)，形成的MTDs規(guī)模大?？蛇M(jìn)一步劃分為陸架邊緣三角洲體系供給、主要受海平面變化和高沉積物速率等觸發(fā)機(jī)制作用的附屬陸架型MTDs和上陸坡崩塌、主要受地震、沿岸流、風(fēng)暴等觸發(fā)機(jī)制作用的附屬陸坡型MTDs兩個(gè)亞類。非附屬型由局部地質(zhì)事件觸發(fā)，形成的MTDs規(guī)模相對(duì)較小?？蓜澐譃槟嗷鹕交騿蝹?cè)鹽巖隆起、鹽巖形成的微型盆地邊緣和水道-天然堤邊緣等亞類。

上述兩種分類方法相互補(bǔ)充，各具優(yōu)缺點(diǎn)。第一種分類方法雖然術(shù)語應(yīng)用相對(duì)比較混亂，但直觀、易操作，多偏向于單一MTDs沉積事件分析。而第二種分類方法更偏向于不同環(huán)境下MTDs沉積事件分析，注重于MTDs形成的地質(zhì)背景，但是對(duì)于其內(nèi)部特征判斷仍然依賴于前一種方法。

2 深水塊體搬運(yùn)沉積體系形成條件

深水MTDs屬于沉積物重力流范疇，而沉積物重力流形成通常需要具備較大的水深、足夠的坡度或密度差、充沛的物源和一定的觸發(fā)機(jī)制等條件[33]。然而，上述條件界限模糊、可變性大。如關(guān)于深水的水深標(biāo)準(zhǔn)就有多種，包括從20 m到超過200 m的風(fēng)暴浪底[34]、小于100 m到超過200 m的陸架坡折[35]等不定值和陸架邊緣均值200 m[15]、除去上陸坡沉積物后確定的305 m(1 000 ft)或500 m[25]等定值。而坡度條件從早期認(rèn)為最小約2°～3°[33]，到近年來不斷發(fā)現(xiàn)的小于1°、小于0.5°，甚至在0.15°情況下也有可能發(fā)生[20,36]。根據(jù)COSTA計(jì)劃中報(bào)道的Gebra MTDs例子[20]，其底部滑脫層坡度最小可為0°。另外，關(guān)于密度差、物源等條件也是沒有一個(gè)相對(duì)精確的衡量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)前述沉積物成因MTDs分類標(biāo)準(zhǔn)[26]，物源的充沛程度對(duì)于不同規(guī)模的MTDs來說相互間通常是不具有可對(duì)比性的。實(shí)際上，目前國(guó)際上并沒有形成從沉積記錄中判斷不同的條件和深水沉積搬運(yùn)過程對(duì)應(yīng)關(guān)系的客觀標(biāo)準(zhǔn)，更多關(guān)注集中在沉積物重力流不同類型的觸發(fā)機(jī)制研究方面[15,20]。

據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，可以引發(fā)深水MTDs的觸發(fā)機(jī)制已被發(fā)現(xiàn)約20多種(表1)[15,19-20]。根據(jù)不同類型觸發(fā)機(jī)制作用的時(shí)間長(zhǎng)短，可以劃分為短期觸發(fā)事件(持續(xù)時(shí)間數(shù)分鐘-數(shù)月)、中期觸發(fā)事件(持續(xù)時(shí)間數(shù)年-數(shù)千年)和長(zhǎng)期事件(數(shù)千年-百萬年)。受觀測(cè)手段及發(fā)育時(shí)間不確定等因素控制，現(xiàn)代深水MTDs的形成可觀察條件仍然很難，而古代深水MTDs研究多依賴于露頭、巖心和地震資料的分析并進(jìn)行推測(cè)[7,15]。因此，深水MTDs觸發(fā)機(jī)制研究目前仍處于以定性特征描述為主。

表1 深水MTDs觸發(fā)機(jī)制類型(據(jù)文獻(xiàn)[15],[20])Table 1 Triggering mechanisms of deep-water MTDs (from reference[15],[20])

3 深水塊體搬運(yùn)沉積體系特征

3.1 流變學(xué)特征

根據(jù)摩爾-庫(kù)倫破裂準(zhǔn)則，只有當(dāng)順坡向下方向的剪應(yīng)力超過物質(zhì)內(nèi)部的剪切強(qiáng)度時(shí)，塊體才能從原地質(zhì)體中分離，并在重力作用下發(fā)生塊體搬運(yùn)沉積[19,37]。這一過程涵蓋了彈性、彈/塑性和塑性3種力學(xué)機(jī)制，分別對(duì)應(yīng)于巖崩、滑動(dòng)和滑塌、碎屑流[21]。其中，前3種搬運(yùn)過程中沉積物主要為黏結(jié)狀固態(tài)塊狀物，而碎屑流主要為非黏結(jié)狀顆粒(集)。從沉積物體積濃度角度來看，這些飽含水的固態(tài)塊狀物或顆粒(集)均可看做廣義概念上的流體(體積濃度從約20%～100%)[15]，即通常所稱的塊體流(體)。在流體力學(xué)中，塊體流體變形符合賓漢塑性體變形特征[15,21]。

賓漢塑性體內(nèi)部具有固有強(qiáng)度，通常只有在外界施加的應(yīng)力超過某一臨界值(屈服強(qiáng)度)時(shí)，其變形才能呈現(xiàn)線性正相關(guān)(圖3)。這種變形方式與屬于牛頓流體的濁流變形不同[15,21]。濁流本身不具有固有強(qiáng)度，其變形直接與施加的外界應(yīng)力呈線性正相關(guān)(圖3)。

圖3 牛頓流體和賓漢塑性體流變學(xué)特征(據(jù)文獻(xiàn)[21]，有修改)Fig.3 Rheology of Newtonian fluids and Bingham plastics(modified from reference[21])

由此，可將深水沉積物重力流劃分為塊體流和濁流兩種類型。目前，可以通過沉積物體積濃度、是否呈現(xiàn)整體固結(jié)等流動(dòng)特征、搬運(yùn)方式、顆粒大小、沉積構(gòu)造等現(xiàn)象加以區(qū)分[15,38]。

3.2 規(guī)模和幾何形態(tài)

深水MTDs的規(guī)模一般用可測(cè)量的面積、長(zhǎng)度、厚度和體積等定量數(shù)據(jù)來表征。根據(jù)目前已發(fā)現(xiàn)的全球300多個(gè)深水MTDs數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明[9]，不同背景下MTDs的規(guī)模差異非常大。其中，面積最大是位于加拿大盆地被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下的新近紀(jì)MacKenzie MTDs[39]，約13.2×104km2，最小的是位于美國(guó)西部邊緣收斂環(huán)境下現(xiàn)代Buried MTDs[40]，只有0.06 km2。走向上延伸長(zhǎng)度最長(zhǎng)的是西非邊緣被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下古新世Bed 5[41]，約2 000 km，最短的是位于印度邊緣收斂環(huán)境下的現(xiàn)代Swatch of No Ground MTDs[42]，只有0.3 km。垂向上沉積厚度最厚的是歐洲直布羅陀海峽收斂環(huán)境下的中新世Giant Chaotic Body MTDs[43]，達(dá)4 000 m，最薄的是位于厄瓜多爾境內(nèi)收斂環(huán)境下現(xiàn)代US1 MTDs[44]，只有2.2 m。沉積物總體積最大是墨西哥灣被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境下白堊紀(jì)Chic-xulub MTDs[45]，約259×103km3，而體積最小的是上述Buried MTDs[40]，只有2×10-4km3。

深水MTDs的幾何形態(tài)是通過上述定量數(shù)據(jù)所反應(yīng)的沉積體在三維空間上相互關(guān)系來表征。早期通常用垂向上厚度和側(cè)向上的長(zhǎng)度、寬度或直徑等數(shù)據(jù)以不同比值的形式反應(yīng)MTDs幾何形態(tài)特征，如寬/厚比值、寬/長(zhǎng)比值等[15]。Moscardelli和Wood通過對(duì)全球MTDs定量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)的回歸擬合分析[9]，建立了附屬型和非附屬型MTDs面積和長(zhǎng)度、厚度和體積、面積和體積等相互之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。結(jié)果顯示，附屬型MTDs各參數(shù)數(shù)值通常高于非附屬型MTDs兩個(gè)數(shù)量級(jí)左右(圖4)，而運(yùn)用擬合的定量關(guān)系式對(duì)資料不全或古代深水MTDs的規(guī)模特征分析具有很好的預(yù)測(cè)作用[9]。

3.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)指向

運(yùn)動(dòng)學(xué)指向是指深水MTDs在搬運(yùn)過程中所形成的特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)形態(tài)或變形構(gòu)造，記錄和指示了MTDs不同部位常見的地質(zhì)特征和沉積搬運(yùn)動(dòng)力學(xué)信息[23]。雖然現(xiàn)今殘留的深水MTDs往往存在多期疊置或局限發(fā)育不完全等現(xiàn)象，根據(jù)前人總結(jié)的不同部位可能的運(yùn)動(dòng)學(xué)指向標(biāo)志不僅可以判斷深水塊體搬運(yùn)的規(guī)模形態(tài)，還可以深入了解深水塊體流啟動(dòng)、發(fā)育演化和搬運(yùn)終止等動(dòng)力學(xué)過程信息[28,46]。

深水MTDs頭部區(qū)是塊體流啟動(dòng)部位，常見斷崖、平面呈弧形的破裂面、地塹、斷塊及斷塊脊等結(jié)構(gòu)標(biāo)志(圖1和圖5頭部)[19,27-28]。體部側(cè)向邊緣斷崖沿搬運(yùn)方向逐漸尖滅，并限制了MTDs主體發(fā)育范圍。沿側(cè)向邊緣常見走滑構(gòu)造變形特征，可見雁列式結(jié)構(gòu)和拖拽力形成的流動(dòng)帶狀沉積波，局部發(fā)育二次垮塌物[圖1和圖5體部(側(cè)向邊緣)][28]。體部基底剪切面可見斷坡、斷坪或沉積物下切形成的似溝槽狀等先存底部形態(tài)，在搬運(yùn)過程中基底剪切面還可形成溝槽或擦痕等變形構(gòu)造和外來塊體的再次搬運(yùn)等現(xiàn)象[圖1和圖5體部(基底剪切面)][1,28,37]。MTDs塊狀內(nèi)部呈較連續(xù)性沉積、其他部分多以雜亂性堆積為主，下部發(fā)育韌性滑脫層，局部擠壓可形成不同形狀的褶皺[圖1和圖5體部(MTDs內(nèi)部)][1,28-29]。體部的頂部滑動(dòng)面多見流體紋層(沉積波)，沿走向剪切帶發(fā)育凹形或平行狀等不同形狀的條帶狀結(jié)構(gòu)沉積波[28,47][圖1和圖5體部(頂部滑動(dòng)面)]。深水MTDs趾部區(qū)為搬運(yùn)終止部位，變形最為強(qiáng)烈。前端多呈前展式弧狀，內(nèi)部發(fā)育褶皺沖斷構(gòu)造、逆沖體、逆沖斷層及沖起斷塊等，頂面為不整合面，其上多出現(xiàn)另一套沉積物形成的平行/近平行的弧狀脊結(jié)構(gòu)(圖1和圖5趾部)[15,28]。

圖4 非附屬型和附屬型MTDs面積和長(zhǎng)度對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[9]，有修改)Fig.4 Log-log scatter diagram of area vs.length for attached and detached MTDs(modified from reference[9])

3.4 侵蝕和搬運(yùn)能力

有關(guān)深水MTDs具有侵蝕特征已被多個(gè)文獻(xiàn)所證實(shí)，決定其侵蝕能力大小主要因素有[1,48-49]：塊體流自身的固結(jié)程度、內(nèi)部碎屑物在搬運(yùn)過程中抵擋被分離的能力強(qiáng)度、流體速率大小和流體的規(guī)模等。通常情況下，可根據(jù)底部基底剪切面上殘留的擦痕或溝槽等結(jié)構(gòu)形態(tài)規(guī)模來判斷深水MTDs侵蝕能力。目前并沒有詳細(xì)的定量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)其具體數(shù)值大小，但根據(jù)文獻(xiàn)中常見MTDs實(shí)例判斷，侵蝕下伏地層深度多數(shù)位于數(shù)十米到數(shù)百米之間，而侵蝕形成槽狀形態(tài)的寬度延伸最長(zhǎng)可達(dá)數(shù)十公里[1,9,15]。

深水塊體搬運(yùn)能力巨大，特別是附屬型MTDs，體積規(guī)模一般為數(shù)百到數(shù)千立方千米，最大可達(dá)數(shù)十萬立方千米[9,50]。不同規(guī)模的深水MTDs搬運(yùn)距離差別較大，長(zhǎng)距離搬運(yùn)一般發(fā)生在坡度小于2°的大陸斜坡區(qū)[15]，可達(dá)數(shù)百千米，如夏威夷海底塊體滑動(dòng)搬運(yùn)超過200km[19]、挪威陸架邊緣現(xiàn)代Storegga MTDs搬運(yùn)距離超過800 km以上[20]。與陸上滑坡不同，深水MTDs長(zhǎng)距離搬運(yùn)可以用滑水作用(Hydroplaning)來解釋[15,51]。Mohrig等通過水槽實(shí)驗(yàn)認(rèn)為[51]，MTDs前端的碎屑流前緣在薄水層上具有滑動(dòng)現(xiàn)象，即“滑水”，這種滑水作用導(dǎo)致碎屑流前緣與水之間的層面拖拽力減小，碎屑流前緣搬運(yùn)速率增大，促使其快速脫離MTDs主體，形成獨(dú)立塊體長(zhǎng)距離搬運(yùn)現(xiàn)象。

4 深水塊體搬運(yùn)沉積體系識(shí)別方法

受深水地區(qū)資料限制，目前在油氣工業(yè)領(lǐng)域最為常見的深水MTDs識(shí)別方法仍然以地震資料解釋為主，輔以有限的巖心、常規(guī)測(cè)井和露頭等數(shù)據(jù)，通過不同類型資料在幾何形態(tài)、變形構(gòu)造、接觸關(guān)系、沉積組合、粒度等方面的地質(zhì)特征響應(yīng)可以識(shí)別不同尺度規(guī)模的深水MTDs整體或局部[1,15,52]。

圖5 深水MTDs不同部位運(yùn)動(dòng)學(xué)指向(據(jù)文獻(xiàn)[28]，有修改)Fig.5 Kinematic indicators at different locations of deep-water MTDs(modified from reference[28])

4.1 地震資料識(shí)別

根據(jù)地震資料來識(shí)別深水MTDs是目前最為主要的方法[1,52]。其依據(jù)是通過地震波對(duì)MTDs邊界及內(nèi)部運(yùn)動(dòng)學(xué)指向或地層各向異性特征響應(yīng)來判別深水MTDs的整體形態(tài)或搬運(yùn)過程中的地層展布特征[1,28,46]。沿MTDs走向及傾向方向的橫剖面可以根據(jù)前述MTDs不同部位運(yùn)動(dòng)學(xué)指向(圖5)[1,28]，如地震上常見的基底剪切面溝槽、后壁及側(cè)壁斷崖、內(nèi)部雜亂反射和散落碎屑?jí)K體及趾部褶皺沖斷構(gòu)造等識(shí)別標(biāo)志判斷MTDs的整體規(guī)模、疊置樣式及搬運(yùn)方向等(圖6b—f)。而利用三維地震資料屬性特征分析[1,28,52]，如相干體、時(shí)間切片、地層傾角、方位角、振幅、疊后屬性融合等技術(shù)手段(圖6a)，可以進(jìn)一步識(shí)別和表征不同層面深水MTDs展布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、垂向演化以及不同部位形態(tài)與變形構(gòu)造演變等，進(jìn)而了解MTDs的形成過程信息。

利用地震資料識(shí)別的MTDs一般需要其自身具有一定的發(fā)育規(guī)模，受海域常見的厚層高塑性體(鹽巖和頁巖)及塊體內(nèi)部高含水等因素影響，通過地震資料在對(duì)MTDs內(nèi)部特征識(shí)別時(shí)，通常需輔以巖心觀察、測(cè)井解釋及研究者對(duì)研究區(qū)沉積整體特征把握等信息進(jìn)行綜合比對(duì)，確保識(shí)別結(jié)果的可靠性和精度要求。

4.2 巖心和露頭資料識(shí)別

通過巖心和露頭直接對(duì)巖石序列進(jìn)行觀察可以分析巖石中厘米級(jí)的復(fù)雜沉積特征，還可以把MTDs形成過程中的滑動(dòng)、滑塌和碎屑流等搬運(yùn)過程有效地區(qū)分開[15,47,53]。運(yùn)用巖心和露頭資料對(duì)深水MTDs觀測(cè)內(nèi)容主要包括[15,25,52]：粒度變化、成分、顏色、變形構(gòu)造、厚度變化、層間接觸關(guān)系、生物擾動(dòng)、不同位置的地層產(chǎn)狀等，通過這些地質(zhì)現(xiàn)象解釋界定深水MTDs的特定沉積搬運(yùn)過程和搬運(yùn)方向。其中，反映深水塊體滑動(dòng)標(biāo)志有[15,28,53]：頂?shù)淄蛔兘佑|、塊狀砂體粒度中等、主滑移面存在及相關(guān)剪切帶、塊狀砂體存在內(nèi)部陡傾層或次滑移面、單一塊體規(guī)模厚度大、呈席狀幾何形態(tài)等(圖7a)。反映深水塊體滑塌標(biāo)志有[15,53-55]：頂部不規(guī)則接觸面或頂?shù)淄蛔兘佑|面、滑塌褶皺、砂巖中泥巖碎屑?jí)K體、火焰構(gòu)造、S形變形構(gòu)造、發(fā)育侵入體、呈透鏡狀或席狀幾何形態(tài)(圖7b)。反映碎屑流標(biāo)志有[15,49,54-55]：頂部不規(guī)則接觸面或頂?shù)淄蛔兘佑|面、近頂層富含漂浮碎屑、內(nèi)部常見泥礫、上部正遞變和下部反遞變序列、泄水構(gòu)造、正斷層、侵入構(gòu)造、整體呈塊狀、席狀或透鏡狀幾何形態(tài)(圖7c)。

圖6 深水MTDs地震資料常見識(shí)別標(biāo)志(據(jù)文獻(xiàn)[1]，重新解釋)Fig.6 Common seismic identification marks of deep-water MTDs(modified from reference[1])a.頂部；b.基底剪切面；c.側(cè)壁；d.內(nèi)部雜亂反射；e.內(nèi)部散落碎屑?jí)K；f.趾部

圖7 深水MTDs巖心資料常見識(shí)別標(biāo)志(據(jù)文獻(xiàn)[15]，重新解釋)Fig.7 Common core identification marks of deep-water MTDs(modified from reference[15])a.塊體滑動(dòng)；b.塊體滑塌；c.碎屑流

通過上述不同階段巖心和露頭識(shí)別標(biāo)志區(qū)分深水塊體搬運(yùn)沉積過程和疊置期次，可以從更高精度角度建立塊體搬運(yùn)沉積內(nèi)部特征序列和垂向疊置樣式。然而，受深水區(qū)巖心和露頭資料普遍缺乏及局限等實(shí)際情況限制，現(xiàn)實(shí)研究過程中，往往通過局部巖心和露頭資料對(duì)相對(duì)低精度的地震解釋結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定和校正，從而提高解釋結(jié)果的可靠程度。

4.3 常規(guī)測(cè)井資料識(shí)別

由于深水MTDs與圍巖通常以突變或不規(guī)則變化接觸為主，在常規(guī)測(cè)井資料上會(huì)有很明顯的地質(zhì)響應(yīng)，根據(jù)這些變化特征組合可以進(jìn)行深水MTDs的識(shí)別，主要包括利用測(cè)井曲線基值偏移判斷沉積物粒度變化及沉積趨勢(shì)變化、根據(jù)垂向曲線變化特征判斷MTDs期次及垂向疊置樣式等[1,7]。

單一深水MTDs在常規(guī)測(cè)井曲線上響應(yīng)以箱形、上部鐘形和下部漏斗形縱向組合為主要特征，內(nèi)部表現(xiàn)為齒狀或弱齒狀，底部曲線以突變?yōu)橹?，頂部可以為突變、不?guī)則變化或漸變等[7]。在利用測(cè)井資料判別過程中，多以井-震聯(lián)合精確標(biāo)定為前提，在地震識(shí)別基礎(chǔ)之上判斷MTDs邊界面和多期MTDs的內(nèi)部樣式和垂向疊置關(guān)系。如有巖心或露頭等其他高精度資料，則效果更好。但是通常很難根據(jù)測(cè)井資料判斷塊體搬運(yùn)方向，即使利用特殊測(cè)井方法，如高精度地層傾角測(cè)井資料也很難[1]。

5 深水塊體搬運(yùn)沉積體系巖相類型與巖相組合

有關(guān)深水重力流巖相類型劃分主要有特征描述劃分法、基于沉積物成因劃分法、根據(jù)沉積特征英文首字母縮寫進(jìn)行編碼劃分法以及相的級(jí)次和特征描述結(jié)合劃分法等幾種劃分方法[25,56-59]。特征描述劃分方法是早期通過顆粒大小、頂?shù)捉佑|幾何學(xué)、原生沉積構(gòu)造等現(xiàn)象，對(duì)深水巖相給予較粗略地劃分，適用于基于露頭資料描述的中等尺度或較大尺度的深水巖相劃分[56]。而基于沉積物成因劃分法前提是深水沉積物流體之間部分是可以轉(zhuǎn)換的，但這一觀點(diǎn)至今仍受到多數(shù)學(xué)者質(zhì)疑[25,57]。根據(jù)沉積特征英文首字母縮寫進(jìn)行編碼的深水巖相劃分更多集中在重力流沉積物本身，與其相關(guān)的深水泥、生物成因和化學(xué)成因沉積物描述較少，且垂向上具有成因聯(lián)系的沉積物組合特征分析較少[58]。根據(jù)相的級(jí)次和特征描述結(jié)合的劃分方法是目前較為流行的深水巖相劃分方法，即通過單一成因深水重力流過程解剖，結(jié)合沉積特征差異描述，建立巖相類型和巖相序列組合[25,59]。

上述深水重力流巖相劃分方法對(duì)于深水MTDs巖相類型劃分具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。Tripsanas等通過對(duì)北美東部邊緣深水MTDs巖心觀察與描述，根據(jù)沉積特征、沉積物變形類型及其程度等要素將深水MTDs巖相劃分為6大類和12個(gè)亞類[54]：外源層狀沉積物；(高)扭曲層狀沉積物；硬(軟)碎屑支撐含泥碎屑礫巖；(非)均質(zhì)基質(zhì)支撐含泥碎屑礫巖；均質(zhì)基質(zhì)支撐含很少泥碎屑；冰川成因均質(zhì)基質(zhì)支撐含泥碎屑礫巖；薄碎屑支撐/薄正遞變含泥碎屑礫巖；混雜沉積物(圖8)。同時(shí)根據(jù)深水MTDs不同位置可能的搬運(yùn)機(jī)制和流體過程，劃分巖相組合為6大類和13個(gè)亞類[54]：局部滑動(dòng)/滑塌或上傾斷崖處沉積物；垮塌碎屑物；垮塌碎屑物尾部或滑落碎屑物；富含碎屑泥流；低變形滑動(dòng)/滑塌、殘留塊體、滯留沉積物；高變形滑動(dòng)沉積物；高速率黏結(jié)性碎屑流；由高到低速率黏結(jié)性碎屑流的滯留沉積物；低速率黏結(jié)性碎屑流；含少量碎屑的泥流；冰川成因低速率黏結(jié)性碎屑流；大型塊體運(yùn)動(dòng)前端泥流；無黏結(jié)性碎屑流(圖8)。

Tripsanas等的劃分方案重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了沉積位置、沉積物變形、顆粒間支撐類型和沉積物成因等因素，對(duì)于縱向沉積組合趨勢(shì)判斷及生物和化學(xué)成因沉積物則涉及較少[54]。另外，受不同的學(xué)者對(duì)深水搬運(yùn)過程認(rèn)識(shí)的差異，國(guó)際上對(duì)于深水MTDs巖相類型的劃分仍沒有一個(gè)較統(tǒng)一的結(jié)果[15,25,54-55]，而且基于不同地質(zhì)背景下的巖相類型劃分結(jié)果也并不一定適用于其他地區(qū)，如Tripsanas等劃分方案中的具有局部因素的冰川成因沉積物等。

6 深水塊體搬運(yùn)沉積體系與油氣關(guān)系

在油氣勘探實(shí)踐過程中，深水MTDs可以構(gòu)成油氣的蓋層、儲(chǔ)層，甚至在特殊的環(huán)境下可以成為烴源巖[1,4,15]。這主要與物源區(qū)可供搬運(yùn)的沉積物粒度等初始特征及搬運(yùn)過程中不同的地質(zhì)條件有關(guān)，目前報(bào)道最多的是其作為油氣蓋層和儲(chǔ)層[1,4,60]。

深水MTDs作為油氣有效蓋層已被多個(gè)研究者所證實(shí)，常見的封蓋樣式以頂部區(qū)域性封堵和側(cè)向封堵為主[4]。已發(fā)現(xiàn)的深水MTDs對(duì)油氣具有封蓋能力的原因概況起來主要有[4,9,16]：①附屬型深水MTDs具有搬運(yùn)距離長(zhǎng)、分布范圍廣、厚度大、連續(xù)性好等特點(diǎn)，具備區(qū)域性蓋層條件；②塊體搬運(yùn)沉積物多富含粘土，通常上覆深海遠(yuǎn)洋細(xì)粒沉積體，從而形成縱向上致密巖體組合；③快速沉積和整體固結(jié)的特征導(dǎo)致沉積體內(nèi)部往往具有超壓現(xiàn)象；④先存不規(guī)則地形及下切水道等被MTDs覆蓋后可以從側(cè)向上對(duì)儲(chǔ)層內(nèi)油氣進(jìn)行封堵形成地層型圈閉。

圖8 深水MTDs巖相類型和巖相組合(據(jù)文獻(xiàn)[54]，有修改)Fig.8 Lithofacies types and lithofacies associations of deep-water MTDs(modified from reference[54])

常見的深水MTDs具有低孔低滲特征，但是在某些特定環(huán)境下，深水MTDs也可形成重要的油氣儲(chǔ)層，全球不同地區(qū)深水油氣勘探實(shí)踐也證實(shí)了這一觀點(diǎn)[16-17,60]。印度東部海岸的K-G盆地上新世峽谷內(nèi)充填砂質(zhì)碎屑流可以形成厚度累計(jì)達(dá)32 m的油氣儲(chǔ)層，孔隙度和滲透率均很高，而同時(shí)期的泥質(zhì)塊體搬運(yùn)沉積物則沒有形成有效儲(chǔ)層[10,12]。北海維京地塹北部Statfjord油田的儲(chǔ)層是受中侏羅世的斷裂控制，砂體從構(gòu)造脊部經(jīng)滑動(dòng)、滑塌等二次搬運(yùn)至構(gòu)造低部位，被圍巖所限制并保存[15,17]。墨西哥灣德克薩斯州南部地區(qū)，漸新世Frio組砂巖儲(chǔ)層是由上傾方向的低位扇體大規(guī)模滑塌后堆積在深海水道內(nèi)充填而形成的[17,60]。上述不同地區(qū)的實(shí)例表明，非附屬型深水MTDs形成油氣儲(chǔ)層的可能性明顯大于附屬型深水MTDs，這是由于局限環(huán)境下發(fā)育的MTDs搬運(yùn)距離短、后期受破壞作用小且可以被快速的保存下來，當(dāng)其與烴源巖形成有效溝通后，成為油氣儲(chǔ)層的可能性大[4,16]。而附屬型MTDs作為油氣蓋層意義明顯大于其作為儲(chǔ)層的意義，但是在長(zhǎng)距離水下搬運(yùn)過程中，受其侵蝕而殘留下的濁流沉積物與MTDs一起可以構(gòu)成優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)蓋組合，是深水區(qū)重要的潛在油氣勘探目標(biāo)[4]。

7 存在的主要問題及研究展望

7.1 存在的主要問題

1) 深水塊體搬運(yùn)沉積過程認(rèn)識(shí)有待進(jìn)一步深化和統(tǒng)一。目前不同的學(xué)者持有的不同觀點(diǎn)導(dǎo)致對(duì)于深水MTDs定義、范圍、識(shí)別及成因等認(rèn)識(shí)結(jié)果的不統(tǒng)一。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水下實(shí)際現(xiàn)象的觀測(cè)，并結(jié)合水槽實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)模擬等多種研究方法的投入是深入了解深水塊體搬運(yùn)過程的重要條件。

2) 不同地質(zhì)背景下深水MTDs形成條件研究明顯不足。有關(guān)附屬型深水MTDs研究較多，而非附屬型，即局限環(huán)境下深水MTDs研究成果較少。形成條件中觸發(fā)機(jī)制研究成果較多，但主要仍停留在定性描述階段，其他形成條件成果認(rèn)識(shí)較少。

3) 深水MTDs與濁流沉積物區(qū)別研究不足。雖然目前從搬運(yùn)過程、流體流變學(xué)特征等方面理論上將深水MTDs與濁流沉積物分開，但是現(xiàn)實(shí)操作過程中，由于深水重力流沉積快速變化、搬運(yùn)過程的連續(xù)性和多期疊置等因素，根據(jù)現(xiàn)有資料正確并嚴(yán)格區(qū)分這兩者仍然不易。

4) 古代與現(xiàn)代深水MTDs共性與差異性研究不足。目前報(bào)道的全球深水MTDs實(shí)例以新生代為主，早期實(shí)例研究較少，而古代深水MTDs對(duì)于深水油氣勘探而言可能更具有現(xiàn)實(shí)意義。

5) 有關(guān)深水MTDs的巖相類型和巖相組合至今仍沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。

7.2 研究展望

隨著海域工程設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)的逐漸重視和全球深水油氣勘探的快速發(fā)展，筆者綜合分析認(rèn)為深水MTDs未來研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

1) 巖心、露頭高精度資料和地震、測(cè)井、聲學(xué)探測(cè)等低精度資料綜合應(yīng)用分析多尺度深水MTDs特征。受水深條件限制，深水區(qū)鉆井費(fèi)用高、取心資料少、不確定因素多，現(xiàn)今MTDs研究多以低分辨率的地震資料分析為主，尺度小、范圍相對(duì)局限。未來可以結(jié)合全球不同環(huán)境下的深水油氣勘探高精度地球物理資料，輔以國(guó)際上大陸斜坡計(jì)劃所獲得的多類型數(shù)據(jù)，從廣度和深度上全方位解剖該類沉積體系。

2) 深水MTDs形成條件特別是不同地質(zhì)背景下觸發(fā)機(jī)制深入研究。隨著高精度水下探測(cè)儀器的不斷更新，現(xiàn)今的單一MTDs發(fā)生事件將會(huì)逐步被捕捉到，結(jié)合古代MTDs資料解剖，逐漸形成不同大地構(gòu)造背景下、不同部位或不同類型的MTDs觸發(fā)條件、形成過程信息，進(jìn)而對(duì)全球其他相似地質(zhì)背景下可能發(fā)生的MTDs進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。

3)水下塊體搬運(yùn)機(jī)理、沉積物組成及深水重力流沉積物一體化研究。關(guān)于深水沉積物重力流成因及搬運(yùn)過程研究一直是沉積學(xué)界熱點(diǎn)領(lǐng)域，加強(qiáng)觀測(cè)和水槽實(shí)驗(yàn)相似性模擬是目前較為現(xiàn)實(shí)的手段。不同精度觀測(cè)儀器的投入觀測(cè)是從水下沉積物形成過程出發(fā)，“將今論古”研究其搬運(yùn)機(jī)理。水槽實(shí)驗(yàn)?zāi)M是從沉積物組成、形態(tài)以及不同地質(zhì)條件中尋找其相似性出發(fā)，解剖分析現(xiàn)今殘余的沉積物可能形成過程。兩者有效結(jié)合才能更好判斷深水環(huán)境沉積物形成。

4) 深水MTDs在何種環(huán)境或條件下可以形成烴源巖、儲(chǔ)層或蓋層。深水MTDs體積大、發(fā)育期次多、疊置關(guān)系復(fù)雜，作為油氣儲(chǔ)層和蓋層原因在前述中已有闡明，但作為烴源巖與其物源物質(zhì)本身有很大關(guān)系，在埋藏過程中伴隨原始有機(jī)質(zhì)成烴需要具備特定的溫度和時(shí)間等條件，目前雖很少見報(bào)道，但進(jìn)一步加強(qiáng)深水油氣勘探實(shí)例解剖和烴類檢測(cè)等技術(shù)是明確深水MTDs成烴、成藏和封蓋機(jī)理的必要手段。

5) 古代深水MTDs詳細(xì)解剖及油氣勘探意義。古代MTDs破壞嚴(yán)重，殘余沉積物分析困難。根據(jù)現(xiàn)有地球物理資料精細(xì)解剖沉積體系疊置關(guān)系，建立不同時(shí)間段研究區(qū)沉積體系沉積模式和演化過程可以相對(duì)準(zhǔn)確地還原MTDs沉積背景和可能的變化過程，另外，進(jìn)行有效的類比分析和實(shí)驗(yàn)研究也是現(xiàn)階段重要手段。

6) 深水MTDs侵蝕能力和地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。關(guān)于近現(xiàn)代的深水MTDs侵蝕和搬運(yùn)能力，國(guó)際上已有相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行詳細(xì)地記錄，基于歷史數(shù)據(jù)，建立不同地區(qū)、不同類型和不同規(guī)模MTDs破壞能力數(shù)學(xué)模型是未來該領(lǐng)域一個(gè)重要方向。

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