李相博，劉化清，潘樹新，王菁

中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020

0 引言

陸相沉積物重力流是指深湖—半深湖區(qū)經過重力作用搬運的異地沉積物，通常比原地垂直降落沉積的粒度粗，但也可以是泥質的細粒沉積物[1-2]。與海相重力流沉積一樣，湖盆重力流沉積中同樣擁有豐富的油氣資源，尤其近10年來，隨著地震勘探技術的進步，我國湖盆深水重力流沉積勘探進入快速階段，先后在鄂爾多斯盆地[3-5]、松遼盆地[6-7]和渤海灣盆地東營凹陷[8]、南堡凹陷[9]及歧口凹陷[10-12]等眾多地區(qū)取得重要突破，僅鄂爾多斯盆地和東營凹陷在深湖—半深湖環(huán)境中探明的石油地質儲量就已超過6×108t[3,13]。由此可見，深水重力流沉積已經成為陸相盆地油氣勘探一個新的接替領域，是當前油氣勘探與研究的熱點。事實上，我國是陸相生油理論的發(fā)源地，大中小型內陸湖盆廣泛發(fā)育，沉積物重力流通常在每個湖盆中心部位均有發(fā)育，勘探前景十分廣闊[14]。在深水沉積油氣勘探快速發(fā)展的今天，回顧它的過去，總結它的現(xiàn)狀，展望它的未來對于繼續(xù)深化湖盆深水沉積地質認識、加快深水油氣勘探步伐具有重要意義。

1 湖盆深水重力流沉積研究的過去

沉積物重力流研究在我國已有50年歷程。以時間為綱，以突出成果為基礎，大體上可以將湖盆中央深水區(qū)研究歷史劃分為3個階段，即濁流理論探索與發(fā)展階段（1970—1980 年）、濁流理論工業(yè)化應用階段（1990—2000 年）及砂質碎屑流研究階段（2010 年以后）。

1.1 濁流理論探索與發(fā)展階段（1970—1980年）

20 世紀50 年代初期，國外濁流理論的建立揭開了海相深水重力流研究的新篇章[15]，而在這之前，人們普遍認為深海平原僅僅接受遠洋懸浮沉積[16]。但當時濁流理論并未引起中國沉積學家的重視。上世紀50—60年代，由于陸相盆地油氣勘探的客觀需求，老一輩石油地質學家通過對青海湖等現(xiàn)代沉積的考察研究，提出了“環(huán)帶狀”湖盆沉積模式，即湖盆中央深水地區(qū)缺少大規(guī)模砂巖沉積，主要發(fā)育泥巖（烴源巖），相對粗粒的砂巖沉積被認為僅僅發(fā)育在盆地邊緣[17]。

應用濁流理論對我國陸相盆地深湖區(qū)沉積物進行重新認識的實際研究工作是從上世紀70年代開始的[1,18]，因此，從研究歷史看，我國對重力流沉積的研究比國外滯后了近20 年時間。但之后快速發(fā)展，80年代初在全國范圍內掀起了對深水沉積物重力流研究的熱潮[18]。從研究水平看，70年代基本為模仿、跟蹤與學習階段，此期研究大多為試探性，尚處于積累資料和初步認識階段，有形化成果數(shù)量有限，只有孫樞等[18]發(fā)表的“我國幾個地區(qū)濁積巖系的特征”一文在業(yè)界有較大影響。80 年代為創(chuàng)新發(fā)展階段，該時期重力流沉積研究在全國范圍內全面展開，并在短時間內取得了豐碩的研究成果，可以說逐漸跟上國際研究步伐。歸納起來，有以下幾個方面的特點：1）十分強調構造因素（同生斷裂）對濁流的影響，認為濁流主要發(fā)育在斷陷湖盆的陡坡環(huán)境[1,19]。2）隨著大量湖相重力流的發(fā)現(xiàn)，提出湖盆與海盆一樣，發(fā)育多種類型的沉積物重力流[18]。3）在研究內容上，從最初的描述性研究轉入沉積模式及預測研究，逐漸跟上國際研究步伐[19]。4）湖盆重力流研究多集中在含油氣盆地中，在渤海灣盆地等東部地區(qū)第三系斷陷湖盆中發(fā)現(xiàn)了與重力流有關的油氣藏[20-21]。

1.2 濁流理論工業(yè)化應用階段（1990—2000年）

從90 年代到新世紀初期，隨著中國東部斷陷湖盆油氣勘探的深入，人們發(fā)現(xiàn)湖相濁積巖是十分重要的儲集體，于是從生產應用角度對濁積巖進行精雕細刻，在理論與實踐方面取得了一系列新認識、新成果。

理論方面的研究內容廣泛而深刻：包括濁流概念、識別標志、沉積特征、儲集性能以及發(fā)育的構造、沉積環(huán)境等等。例如，在沉積特征及鑒別標志研究方面，李文厚等[14]基于大量野外及鉆井資料，系統(tǒng)探討了我國西北地區(qū)湖相濁積巖的沉積學特征、濁積巖相特征及濁積相組合等，建立了湖相濁積巖鑒別標志（具粒序層理、包卷層理、槽模、溝模、錐模、刷模和重荷模以及滑塌褶皺等構造），并將湖相濁積巖劃分為8 個巖相3 個相組合；趙澄林等[22]通過對現(xiàn)代和古代湖相濁流沉積體系的綜合研究，將陸相濁流沉積劃分為6 種成因相。劉憲斌等[23]基于地球物理響應特征，將湖相濁積巖分為水道型湖底扇和透鏡狀湖底扇，并認為濁積巖儲層是含油氣最豐富的儲層之一，其內部變化、儲集性能受構造背景、沉積環(huán)境及成巖作用等多種因素控制。在濁積巖成因機理研究方面，張興陽等[24]吸收了國際沉積學界在海相深水牽引流方面的研究成果，指出濁積巖中的鮑馬序列具有多解性，既可能由重力流事件單獨形成，也可能由重力流與深水牽引流共同作用而形成。在濁積巖發(fā)育的大地構造環(huán)境方面，洪慶玉[25]根據(jù)板塊構造理論，認為陸相濁流沉積發(fā)育于離散型邊緣、聚斂型邊緣和轉換型邊緣等多種大地構造環(huán)境。在濁積巖沉積環(huán)境與沉積模式方面，與早期濁流主要發(fā)育在斷陷湖盆中的認識不同，該階段人們提出濁積巖在斷陷、坳陷及前陸型湖盆中均有分布，其中最大湖侵期濁積砂體最為發(fā)育，并相繼完善或建立了斷陷型、坳陷型及前陸型湖盆濁流沉積模式，從而使陸相湖盆充填模式與沉積特征研究走在了世界前列[14,22-23,26]。

上述研究為人們提供了一個概念格架，指導應用地球物理資料對陸相濁流沉積進行識別、解釋和工業(yè)制圖，有效指導了各類湖盆中央深水地區(qū)的油氣勘探[23,27-31]。就中國東部中新生代陸相湖泊石油地質儲量而言，據(jù)不完全統(tǒng)計，這一時期濁積巖儲層占比（以濁積巖為儲層的地質儲量占總儲量的比例）由早期6.3%快速上升到12.6%[23]，位列三角洲砂體、河流砂體（占比分別為55.3%、13.0%）之后成為第三大類儲層，顯示濁積巖儲層已經成為這一時期湖盆中極為重要的油氣產層，說明誕生于海相盆地的濁流理論在陸相盆地中得到了較大規(guī)模的工業(yè)化應用。

1.3 砂質碎屑流研究階段（2010年至今）

長期以來，碎屑流沉積基本都是作為一種地質災害現(xiàn)象而進行研究的，被認為主要發(fā)育在水上陸地環(huán)境。雖然上世紀80 年代末期，我國學者已經注意到在陸相斷陷湖盆深水區(qū)存在可以作為油氣儲集體的砂質碎屑流沉積[32]，但沒有引起人們的足夠重視。后來，國外沉積學家Shanmugam[33]認為大多數(shù)海相砂巖并不是濁流形成的濁積巖，而是砂質碎屑流成因。此后，又陸續(xù)發(fā)表多篇研究論文，系統(tǒng)闡述了砂質碎屑流概念、特征及理論體系[16,34]。由于Shanmugam 提出的砂質碎屑流概念改變了以往認為深水砂巖全部為濁流沉積的觀點，在全球沉積界引起了廣泛關注。受其影響，2010年前后，中國一些研究者認為以往夸大了湖相沉積中的濁流沉積作用，提出在湖盆中央深水區(qū)發(fā)育大規(guī)模砂質碎屑流砂體的新認識[5,35-36]，目前該認識得到了沉積學界與生產應用部門的廣泛認同[3-4,37-40]。事實上，近年來，石油勘探部門按照砂質碎屑流模式實施勘探，先后在鄂爾多斯、松遼、渤海灣等盆地的中央深水區(qū)新發(fā)現(xiàn)了多個數(shù)億噸級的含油富集區(qū)[41-42]。所有這些研究及勘探成果都標志著我國陸相湖盆重力流研究進入了一個新的創(chuàng)新發(fā)展階段。

2 湖盆深水重力流沉積研究的現(xiàn)在

自2010 年前后我國學者提出陸相湖盆中央發(fā)育大規(guī)模砂質碎屑流砂體這一新認識以來，通過近10年的發(fā)展，目前在湖相重力流發(fā)育條件、搬運與沉積機理、鑒別標志、沉積模式、地震響應及技術方法等方面均取得了令世人注目的成果，這些新觀點、新認識都源于他們對野外地質露頭及鉆井巖芯的詳細觀察描述和對沉積作用過程的精細研究，目前代表了我國湖相深水沉積研究領域的最新進展，歸納起來，主要有以下四個方面。

（1）湖盆中央深水區(qū)至少存在濁流、異重流、砂質碎屑流及底流4種類型的重力流與牽引流沉積

深水環(huán)境動力機制極為復雜，既有重力流也有底流（深水牽引流），這些機制或孤立發(fā)育、或彼此轉化、或相互作用，導致深水環(huán)境沉積物類型、成因極為復雜[43]（圖1）。就重力流過程而言，主要包括滑坡（Slides）、崩塌（Slumps）、碎屑流（Debris flows）和濁流（Turbidity currents）等[16,44]。由于滑動—滑塌是形成沉積物重力流的觸發(fā)機制，不是獨立流體[16,45-46]，本文只對碎屑流、濁流等進行討論。

①濁流與濁積巖

濁流是一種呈湍流狀態(tài)搬運的沉積物重力流[15]。由于濁流具牛頓流體特性[34]，當其速度減緩或內部水流擾動強度降低時，流體內部的顆粒將無法保持懸浮狀態(tài)而發(fā)生沉降。通常情況是，由于受重力作用控制，粒徑或重量大的顆粒首先沉降，然后是粒徑小或重量輕的顆粒，從而在其沉積物（濁積巖）中產生下粗上細的正粒序。因此，正粒序被認為是濁積巖最為關鍵的鑒定標志[16,34,47]。具正粒序的砂巖通常與具平行層理、沙紋層理、包卷層里和水平層理的粉細砂巖、泥巖一起構成完整或不完整的鮑馬序列，常見組合有ABCDE、ABE、ACD、BCD、BC、CDE及DE 等多種類型[48]。因此，鮑馬序列是濁積巖常見特征。

在中國陸相盆地中，有關濁積巖與鮑馬序列的典型范例非常之多[27,49-57]，本文作者在鄂爾多斯盆地延長組野外露頭和鉆井巖芯中也見到過具有典型鮑馬序列的濁積巖[36,58-59]。雖然其成因存在多解性[24]，但本文作者認為它們可以用一次重力流事件來解釋[60]。

需要說明的是，Lowe[61]認為上述具鮑馬序列的濁流為低密度濁流（Low-density turbidity currents），此外，還存在一種高密度濁流（High-density turbidity currents）。高密度濁流在垂向上由上、下兩層流體組成，上部流體沉積物顆粒的含量較低，其內沉積物顆粒由流體的紊流支撐，而下部流體沉積物中顆粒的含量較高，流體內部紊流活動受到了抑制，沉積物主要由基質強度、分散壓力和浮力支撐[61-62]。Lowe[61]進一步將高密度濁流細分為砂質高密度濁流與礫質高密度濁流，認為深水塊狀砂巖的成因主要與砂質高密度濁流有關，并由此建立了砂質高密度流的理想結構序列：按照沉積的先后順序分別是S1(牽引層，常見牽引構造)、S2(牽引毯，常見反粒序)以及S3（懸浮層）。在這三個層段中，只有S3 段形成于濁流的紊流懸浮作用，沉積物或者顯示正粒序或者以無沉積構造的塊狀砂巖為特征。其中塊狀砂巖的沉積過程是：受高密度濁流的上部流體所驅動，首先在流體下部近底床附近形成一層薄層狀的砂質沉積層，這時，如果上部沉積物供給速度非常高，近底床的地層加積作用就非?？欤灾掠谠谏皩又衼聿患鞍l(fā)育層理而直接形成了厚層的塊狀結構。

國際沉積學界對“高密度濁流”這一術語存在不同意見，Talling et al.[63]贊成Lowe[61]的看法，稱這種依靠“層層模式”形成塊狀砂巖的流體為高密度濁流；Shanmugam[33]則堅決反對“高密度濁流”這一術語，建議將高密度濁流拆分為上下兩個部分，上部為濁流，下部為砂質碎屑流。由于這兩部分流體并不相互獨立，上部流體不僅給下部流體提供沉積物質，而且產生額外的剪切力來牽引下部流體，同時，由于其沉積方式遵循“層層模式”，與下文碎屑流的“整塊固結模式”沉積方式有本質差異，筆者建議保留“高密度濁流”這一術語。實際上，下文討論的異重流在本質上就是高密度濁流中的一種類型。

圖1 陸相盆地砂體分布模式（據(jù)姜在興等[43]修改）Fig.1 Lacustrine depositional model（modified from Jiang et al.[43]）

②異重流與異重巖

異重流（Hyperpycnal flow）是一種由洪水期河流直接供源、密度大于周圍水體（湖泊或海洋）、主要以遞變懸浮搬運、沿盆地底部流動的高密度流體[2,46,64-65]，異重流的成因與三角洲前緣沉積物由于重力失穩(wěn)而導致的二次搬運作用無關，也不需要地震、火山、風暴、海嘯等正常濁流所需要的觸發(fā)機制，它是由洪水期河流直接注入盆地內部水下環(huán)境而形成，因此，異重流本質上是一種持續(xù)型高密度濁流[64,66]。由異重流形成的沉積巖被稱作異重巖（Hyperpycnite），其以發(fā)育由洪水增強—減弱所產生的逆粒序—正粒序組合、層內微侵蝕面、富含陸源有機質區(qū)別于其他濁積巖[2,66]。

最新研究表明[64,66]，異重流主要受地形、氣候、密度差等因素控制，海洋和湖泊均有發(fā)生。相對而言，多物源、近物源、地形高差大、構造活動強烈的陸相淡水湖泊更利于形成異重流。事實上，早在20世紀80 年代，我國學者在我國陸相斷陷湖盆所發(fā)現(xiàn)的洪水型湖底扇[22,67]和洪積扇的概念[8]，與異重流沉積的特征十分類似。最近，楊仁超等[68-69]在鄂爾多斯盆地南部晚三疊世延長組深湖相泥巖中發(fā)現(xiàn)了洪水型異重流沉積記錄，并認為異重流向湖盆中央深水區(qū)輸送大量砂質與有機質的同時，也改變了深水區(qū)生態(tài)環(huán)境，導致大量有機碳富集，對非常規(guī)油氣資源的形成有重要意義。潘樹新等[7]也通過沉積構造和沉積序列等分析，在松遼盆地白堊系嫩江組發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模異重流沉積。

③砂質碎屑流及其沉積物

與具有牛頓流體流變學特性的濁流不同，砂質碎屑流是具有一定強度的塑性流體，即賓漢塑性體（Bingham plastics）[16]。砂質碎屑流概念最早由Hampton[70-71]提出，Hampton[71]通過實驗表明，碎屑流的產生不一定需要高的黏土含量，當沉積物黏土含量僅占2%甚至更低時，也能夠形成碎屑流沉積。由于其黏土含量低，砂質顆粒含量高而被稱為“砂質碎屑流”。后來，Shanmugam[16,33]重新建立了“砂質碎屑流”的概念內涵，指出“砂質碎屑流”術語不是一個簡單巖石名稱，而是代表了一個在組分結構以及強度等方面的沉積序列，是介于傳統(tǒng)（泥質）碎屑流和顆粒流之間的過渡類型，代表了黏性和非黏性碎屑流之間的連續(xù)作用過程，沉積物顆?；驁F塊呈一個完整的集合體在海底呈層狀或塊狀流動，最終以整體凝結（En masse freezing）方式沉積[72]。由“砂質碎屑流”形成的沉積巖被稱作碎屑流巖（Debrites），其主要特征為厚層塊狀、無常規(guī)層理構造，砂巖內部可見呈懸浮狀零散分布的泥巖撕裂屑，或砂泥混攪等現(xiàn)象。由于這種沉積物中黏性基質泥含量可以很少，砂質顆粒含量較高，Shanmugam[72]最近稱其為砂質塊體搬運沉積（SMTD）。

Shanmugam 的砂質碎屑流概念較好地解釋了深水沉積中無沉積構造的塊狀砂巖，因而目前已被我國學者普遍接受。近年來，先后在我國鄂爾多斯盆地三疊系[3-5,36-37,58]、松遼盆地白堊系[35,73]及東部地區(qū)的許多斷陷湖盆中[9-10,41-42,45]都發(fā)現(xiàn)了這類沉積。由于其物性及含油性較好[59]，日益受到我國石油勘探部門的重視。

④底流及底流改造沉積

底流（Bottom current）也稱作深水牽引流[74]。在海洋深水環(huán)境中除存在各種沉積物重力流外，還存在底流。重力流與底流之間存在交互作用，尤其是底流可以對早先形成的砂質重力流沉積物進行改造而形成底流改造砂（Bottom current reworked sands）[75]。現(xiàn)已查明，底流改造砂在深海環(huán)境廣泛分布，是海相盆地重要的油氣儲集層之一[76]。

目前的研究表明，深海環(huán)境中底流主要有：溫鹽循環(huán)驅動的底流、風驅底流、潮汐底流以及內波內潮汐底流等多種成因類型[44,74]。陸相盆地由于面積較小，水體較淺，因而溫鹽差異作用、潮汐及內波內潮汐作用可能很小[76]，但風驅作用（風動力場）對湖盆的沉積過程有重要控制作用，其中風生流是大型湖泊中常見的一種湖流，能引起全湖廣泛的、大規(guī)模的水流流動，這種現(xiàn)象也被稱為“風驅水體”[43]。最新的研究揭示[77]，風生流有表流和底流之分，二者共同形成一種“風生水流循環(huán)”，對湖泊沉積沉積物進行重新改造（圖2）。其中風生底流一般發(fā)生在浪基面之下，在風暴作用期間會攜帶淺水區(qū)沉積物向浪基面下方的深水區(qū)搬運，從而形成水下前積楔和沉積物牽引體。

過去，我國沉積學工作者對底流的研究主要集中在海相盆地中，對陸相湖盆底流的研究相對滯后，公開報道的實例很少。最近，潘樹新等[76]在松遼盆地白堊系青山口組發(fā)現(xiàn)了風生底流的沉積學記錄，其巖性由泥質粉細砂巖和粉細砂巖組成，具有與湖相暗色泥頁巖呈互層展布、細粒、發(fā)育牽引流構造（常見小型交錯層理、平行層理、透鏡狀層理及侵蝕構造等）和常與重力流交替出現(xiàn)這4個基本特征。此外，在鄂爾多斯盆地延長組深水區(qū)也識別出了底流（牽引流）改造作用[59,68]。底流改造形成的砂體不但可以形成致密油氣藏，同時底流改造砂與泥頁巖互層，提高了泥頁巖脆性礦物的含量，對于拓展我國陸相盆地非常規(guī)油氣藏的勘探領域具有重要的意義。

圖2 “風驅水體”控制下的沉積模式圖（據(jù)Nutz et al.[77]，有修改）Fig.2 Conceptual depositional model depicting wind-driven water bodies（modified from Nutz et al.[77]）

本文以大型坳陷湖盆——鄂爾多斯盆地延長組為例，對湖盆深水區(qū)常見的砂巖類型與特征進行了總結（表1）。

（2）湖盆中不同類型的流體在搬運與沉積過程中存在互相轉化，形成混合事件層（HED）

深水沉積物重力流從開始啟動、搬運到形成沉積物的整個過程中，可能存在多個流體階段與流體性質轉換，其中最常見的是由碎屑流與濁流之間相互轉換而形成的混合重力流體及混合事件層[78-79]。所謂混合重力流（Hybrid gravity flow）指同一重力流事件中由于流體性質發(fā)生轉化而形成的具有多種流變學性質的流體。混合事件層（Hybrid Event Bed,HED）是指由混合重力流形成的沉積層[80-81]。流體轉化（Flow transformation）指同一重力流事件中不同流體之間（如碎屑流和濁流）相互轉化的過程，流體轉化方向主要與流體在流動過程中沉積物與顆粒含量變化有關[78,82]。

重力流混合事件層（HED）是國外學者在海相盆地沉積物重力流研究方面的一個新發(fā)現(xiàn)。在這之前，人們普遍認為，在水下沉積物重力流的形成與流動過程中，由于周圍環(huán)境水體的不斷卷入，沿斜坡向下沉積物濃度逐步被稀釋，從彈—塑性塊體逐漸轉化為碎屑流，進一步轉化為濁流，因而，從盆地邊緣到盆地中心地區(qū)，彈—塑性塊體（滑動、滑塌巖）、碎屑流和濁流沉積依次有序分布，垂向序列上不存在流體混合的現(xiàn)象[83]，也正是這種重力流沉積模式長期主導著深水重力流砂體的分布預測[84]。然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，重力流的平面分布并不一定都是這種簡單的有序分布，除了盆地邊緣或三角洲前緣地區(qū)存在碎屑流和濁流沉積在垂向上的有規(guī)律組合以外[78]，在盆地中央深水區(qū)也廣泛發(fā)育與濁積巖相伴生的泥質碎屑流沉積[79-81,85]。這種與傳統(tǒng)重力流沉積模式相悖的沉積現(xiàn)象，促使人們開始重新審視水下沉積物重力流形成機制的多樣性和沉積模式的復雜性。愛爾蘭都柏林大學Haughton教授和英國國家海洋研究中心Talling教授為代表的國外學者對此問題進行了細致研究，他們根據(jù)混合事件層組成特征及流體轉換可能方式等，將深水沉積物混合事件層劃分為下部砂質碎屑流—上部濁流混合事件層、下部濁流—上部泥質碎屑流混合事件層以及泥質碎屑流和濁流頻繁互層混合事件層3種類型，目前代表了深水重力流混合事件層研究的最新進展[79,84,86]。

在我國古代陸相盆地中，近年來一些研究者試圖利用“從源到匯”的研究思路，對三角洲前緣到湖盆中心的巖性巖相類型進行劃分，進而通過對沿搬運路徑上砂體成因變化規(guī)律的分析來推斷是否存在流體轉化。例如，Zou et al.[87]與Li et al.[88]研究發(fā)現(xiàn)，在鄂爾多斯盆地延長組最大湖泛期附近（長6—長7期），不同成因類型的砂體在空間分布上具有一定有序性：在湖盆邊緣的三角洲前緣環(huán)境，水下分流河道砂巖占主導；靠近湖盆邊緣的深水斜坡區(qū)砂質碎屑流巖占主導；湖盆中央地區(qū)濁積巖占主導；湖盆中央與深水斜坡之間的區(qū)域則表現(xiàn)為砂質碎屑流巖與濁積巖互層。沉積相組合沿水下環(huán)境斜坡的這種變化通常被認為是碎屑流與濁流兩種流體的轉化所造成[70]。鑒于此，他們建立了延長組三角洲前緣—深湖區(qū)砂質碎屑流與濁流的流體轉化模式[87,89]。此外，近期有少數(shù)研究者[45,84,90]通過對我國多個地區(qū)湖盆重力流沉積體系的詳細解剖，識別出了比較典型的碎屑流與濁流混合沉積序列，認為湖盆重力流在形成發(fā)展和消亡過程中不僅存在多個流體階段，而且存在著多種流態(tài)之間的相互轉換。

表1 陸相盆地深水砂巖沉積特征對比一覽表（以鄂爾多斯盆地延長組為例）Table 1 Sedimentary characteristics of deep-water sandstone in continental basins(illustrated by the Yanchang Formation, Ordos Basin)

總體而言，國內針對陸相湖盆重力流流變學及流體性質轉換方面的研究相對滯后，尚未引起大家的足夠重視。由于流體轉換及混合事件層對于油氣儲層非均質性研究、深水有利儲集砂體預測及現(xiàn)階段深水區(qū)常規(guī)和非常規(guī)油氣勘探提供了新思路，因此，目前需要加強對深水沉積結構單元的詳細刻畫與描述，并結合實驗模擬，深入研究重力流水動力學特征，確定其垂向和橫向分布，豐富和完善重力流沉積理論認識。

（3）建立了湖相砂質碎屑流搬運—沉積過程的鑒別標志——“泥包礫”結構（Mud-coated intraclasts），解決了長期以來困惑人們的湖相深水塊狀砂巖成因問題。

砂質碎屑流和高密度濁流是深水環(huán)境兩種最為重要的重力流搬運過程[63,91]。如上所述，他們都可以形成塊狀砂巖，二者的差別在于，高密度濁流是通過一種“層層模式”（Layer-by-layer fashion），而砂質碎屑流則是通過一種“整塊固結模式”（En masse freezing）[63]。然而如何從這些塊狀砂巖的沉積物記錄中判斷其搬運過程（究竟由何種流體形成？是砂質碎屑流還是高密度濁流？）是一個問題，而搬運與沉積過程的研究對于認識深水砂巖成因相當重要，是建立深水沉積模式的基礎[16]。在以往的沉積學研究中，人們通常都習慣于從沉積物記錄中利用其沉積特征（如沉積物類型、碎屑組分組成、變形構造、層理構造、層面構造、韻律性與旋回性、雜基成分與含量以及顆粒支撐特性等）推斷在沉積作用的最后階段占優(yōu)勢的作用，但是這些特征僅反映沉積物的沉積方式，不反映搬運過程[16]。Lowe[61]與Stow et al.[91]仔細研究過塊狀砂巖中各種各樣的逃逸構造（碟狀、柱狀等），然而這些逃逸構造既可以在碎屑流中產生，也可以在高密度濁流中產生，甚至還可能形成于沉積期后，所以逃逸構造不是搬運作用與沉積作用的可靠標志。一些沉積學家[16,63]提出可以根據(jù)砂巖側向厚度變化（突變或漸變）或者砂巖中是否存在漂浮碎屑（Floating clasts）等特征來識別碎屑流成因的塊狀砂巖，然而這些現(xiàn)象也不一定與沉積物的整個搬運過程有關，只能說是反映了沉積物在沉積階段的沉積方式。最近，Talling et al.[63]描述了一種渦旋狀補丁構造（A patchy grain-size distribution（swirly fabric）），認為是碎屑流成因的標志性特征，然而正像他本人所說，這種構造也可能與沉積后期的對流改造作用有關，由此看來，這種補丁構造也可以與沉積物的搬運過程或搬運歷史沒有關系。所以如何從沉積特征中識別流體性質與搬運機理的確是一個問題，正像Shanmugam[16]曾經所說，“目前還沒有一個公認的標準從沉積物記錄中確定其搬運機制！”。

針對這一科學命題，本文作者通過對鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組露頭剖面及鉆井巖芯的觀察研究，首次在延長組深水厚層塊狀砂巖中發(fā)現(xiàn)了一種新沉積現(xiàn)象：“泥包礫”結構（Mud-coated intraclasts）（圖3），它們通常由內核和泥質外殼兩部分組成，內核一般為泥質團塊或砂質團塊構成，外殼一般由薄層泥頁巖或富含泥質的細粒沉積物構成，外殼通常呈近似同心環(huán)狀包裹著內核漂浮在深水塊狀砂巖中。進一步研究認為這種“泥包礫”結構主要與三角洲前緣特殊的“碎屑流”成因機理與發(fā)育過程有關，其形成過程自始至終表現(xiàn)出含有它的沉積物是作為塊體狀態(tài)（賓漢塑性體）被搬運的（即在搬運與沉積過程中沒有發(fā)生流體轉換現(xiàn)象），自始至終表現(xiàn)出其在搬運過程中是被介質的強度所支撐的[89]，據(jù)此，本文作者認為“泥包礫”結構是確定延長組深水厚層塊狀砂巖為碎屑流成因的最有意義的標志性證據(jù)，并在此基礎上，建立了延長組深水砂巖從開始啟動到搬運、再到沉積的過程與模式[89]。沉積學家Shanmugam 教授評審了本文作者的研究論文，認為“泥包礫”結構為深水砂質塊體搬運沉積（SMTD）研究提供了關鍵性判識標志，對當前國際地學界廣泛開展的大陸邊緣沉積物“從源到匯”的過程沉積學研究有積極意義。

圖3 “延長組長6 段深水塊狀砂巖中的“泥包礫”照片及解釋Fig.3 Photographs of mud-coated intraclasts in deep-water massive sands, in Chang 6 of the Yanchang Formation, Ordos Basin

本研究發(fā)現(xiàn)的“泥包礫”結構（Mud-coated intraclasts）似乎與過去在黏性碎屑流（泥石流）或冰川沉積中發(fā)現(xiàn)的泥礫結構（Boulder clay）很相似[61,92-93]，但二者之間存在本質差異，首先是“泥包礫”結構中的內核并非礫石或鵝卵石，而是成分與圍巖相近的砂巖巖塊或者含泥質團塊；其次，“泥包礫”結構并非賦存于富含泥質的細粒沉積中，而是賦存于黏土雜基含量很少的純凈砂巖當中[89]。此外，“泥包礫”與陸上碎屑流或水道峽谷中的硬皮泥球（Armored mudstone ball）[16,94]也不同：硬皮泥球通常是由體積較大的黏土泥球（其形狀為球形或近似球形）被相對較硬、粒度較粗的、數(shù)量上或多或少的砂或礫（常見有石英顆粒等）所包裹而形成，而“泥包礫”結構與其相反，是泥質團塊或砂質團塊被薄層泥頁巖所包裹，其內核相對較硬，外殼相對較軟[89]。由此看來，“泥包礫”結構與上述通常被作為黏性碎屑流（泥石流）鑒別標志的泥礫結構(Boulder clay)、硬皮泥球(Armored mudstone ball)在結構組成與成因方面均不相同，是一個適用于砂質碎屑流的新鑒別標志。

“泥包礫”（Mud-coated intraclasts） 應該是深水砂質塊體搬運沉積（SMTD）中的常見沉積現(xiàn)象，只是過去未引起人們注意而已。近年來，類似“泥包礫”的沉積現(xiàn)象在國內外都有發(fā)現(xiàn)，例如，Hüneke et al.[95]在Mediterranean Sea 深海重力流塊狀砂巖中發(fā)現(xiàn)過一種具有桃形內核（Peach core）的泥礫，與“泥包礫”非常相似，但他們沒有給出合理解釋。此外，國內其他研究者也在湖盆深水沉積物中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些“泥包礫”現(xiàn)象，并認為是砂質碎屑流的標志性沉積[96-98]。

（4）地震沉積學理論與技術方法在湖相重力流內部沉積單元解剖、湖盆深水沉積模式建立等方面取得巨大成功

地震沉積學（Seismic sedimentology）是一門現(xiàn)代地震技術與沉積學相結合的新興交叉學科（包括地震巖性學與地震地貌學），其主要應用地震資料的平面屬性特征來識別沉積單元三維幾何形態(tài)、內部結構和沉積演化歷史，彌補了以往資料縱向分辨率不足帶來的研究限制，是目前薄層、薄互層砂體平面展布預測的重要方法之一[99-102]。

中國陸相盆地各種成因類型的薄層或薄互層砂體十分發(fā)育（砂體厚度小于10 m，甚至為1～2 m），尤其深水環(huán)境中的重力流薄互層砂體中擁有豐富的油氣資源，采用常規(guī)地質學理論和方法難以對它們進行識別。近年來，中國學者[11-12,103-105]采用地震沉積學原理與方法技術（技術關鍵為相位調整、分頻處理、地層切片、沉積解釋）來研究沉積巖性、識別薄層砂體、確定沉積類型及其演化、進而指導湖盆中央深水油氣勘探開發(fā)取得了豐碩成果。例如，劉化清等[11-12]利用地震沉積學方法對歧口凹陷歧南地區(qū)沙一段重力流水道的平面幾何形態(tài)、內部結構及縱向演化進行了研究，發(fā)現(xiàn)了砂質碎屑流、滑塌與濁流3種成因類型的重力流砂體，建立了U型或V型、碟片性、蠕蟲型與紡錘型（透鏡狀）4種反映流體能量由強而弱變化的地震響應模式，落實了不同時期水道主體部位，有效指導了研究區(qū)油氣勘探開發(fā)部署與剩余資源挖潛[11-12]。潘樹新等[7]最近基于源—渠—匯研究思路，通過地震沉積學、鉆井巖芯沉積構造等分析，在我國大型坳陷湖盆—松遼盆地白堊系嫩江組發(fā)現(xiàn)了由異重流主導的大型水道—湖底扇系統(tǒng)，為該區(qū)大規(guī)模深水儲集層的預測提供了翔實資料。該水道—湖底扇系統(tǒng)發(fā)源于盆地北部三角洲前緣，由3個朵體組成，每個朵體均呈鳥足狀展布，內部樹枝狀分流河道的形態(tài)極為清晰（圖4）；湖底水道自北向南延伸，部分水道延伸直線距離超過80 km，寬度100～900 m；水道末端發(fā)育湖底扇，最大面積可達20 km2[7]。劉長利等[106]與耿曉潔等[107]在地層格架研究基礎上，應用90°相位轉換、地層切片等地震沉積學技術，建立了斷陷湖盆近岸水下扇及濁流沉積的地質模式，精準預測了目標區(qū)重力流砂體平面分布。齊桓等[108]針對薄互層水下扇體埋深大、扇體形態(tài)識別困難的問題，采用分頻處理技術提高地震資料分辨率，90°相位旋轉后沿層切片定性描述扇體形態(tài)，同時結合波阻抗反演定量預測扇體展布，最終總結形成了地震沉積學“定性”、反演“定量”的技術流程，實現(xiàn)了對目標薄互儲層的精細刻畫。所有以上理論及技術的應用，很好的展現(xiàn)出了地震沉積學在湖盆深水沉積模式、重力流內部沉積單元解剖及薄互層砂體預測中的良好的應用效果。

圖4 松遼盆地嫩一段均方根振幅屬性及水道—湖底扇系統(tǒng)解釋圖（據(jù)潘樹新等[7]）Fig.4 Root mean square amplitude and sedimentary facies of channel-sublacustrine complex in the Nen 1 member of the Songliao Basin（after Pan et al.[7]）

3 湖盆深水重力流沉積研究的未來

深水砂巖儲層預測是深水沉積研究的迫切訴求。我國湖盆重力流沉積理論及應用研究雖然已經取得了長足進步，但由于湖盆沉積的特殊性（多物源、近物源、源匯系統(tǒng)規(guī)模小、混源沉積發(fā)育等[109]）及深水沉積系統(tǒng)的復雜性[44]，給湖相沉積地質學理論和技術創(chuàng)新帶來了挑戰(zhàn)，尤其對湖相重力流沉積的認識還存在一些問題，影響了對深水有效儲層的預測。

3.1 存在問題

結合目前國際、國內沉積學界在沉積物重力流方面的研究現(xiàn)狀，筆者認為我國湖盆重力流研究仍然存在如下3個方面的地質問題。

（1）沉積物重力流分類方案有待完善

國外許多沉積學家對沉積物重力流進行過系統(tǒng)分類[46,61,110-112]，但依然問題頗多[16,60]。Shanmugam[16,72]在批評了前人分類的基礎上提出了“砂質碎屑流”新概念，但同時他又否定了傳統(tǒng)的濁流體系與“鮑馬序列”，并把高密度濁流歸入碎屑流，這似乎又走向了一個極端。Talling et al.[63]新近提出了一種基于沉積物特征的分類方案，將水下密度流劃分2 大類13 小類，試圖建立起沉積物特征、沉積物支撐機理、流體狀態(tài)及流變學性質之間的對應關系，但筆者認為鄂爾多斯陸相盆地延長組深水塊狀砂巖沉積不能歸入以上任何一類。眾多的分類方案與名詞術語反映了目前國外沉積學界對深水沉積過程、沉積作用及沉積模式的理解還存在較大分歧。

國內少數(shù)學者根據(jù)國際上重力流最新研究成果，開展了一些典型實例解剖研究，例如楊田等[2]根據(jù)沉積物成分結構、濃度、搬運沉降方式及流體流變學特征，將濟陽坳陷湖相重力流劃分為碎屑流和濁流2大類、4小類。楊仁超等[113]以鄂爾多斯盆地延長組湖相重力流為研究對象，首先根據(jù)泥質含量將其劃分為砂質重力流、泥質重力流及混合重力流3 種亞類，再根據(jù)搬運介質及流體類型將其劃分為滑塌塊體流、碎屑流、濁流、異重流4 種亞類，2 種分類方法疊合，將延長組湖相重力流劃分為12 種類型。此外，鮮本忠等[42]、袁靜等[44]也對不同地區(qū)的湖相重力流進行過分類研究。但是，這些研究工作有的是針對某一地區(qū)[2,45,113]，有的是針對單一沉積類型[42]而進行的研究，目前需要建立一種系統(tǒng)的、能被大家普遍接受的陸相湖盆水下沉積物重力流分類體系，這一方面可方便人們互相交流學習，促進其在油氣勘探實踐中的推廣應用，另一方面有助于促進深水沉積相關理論的研究。

（2）對水下沉積物的搬運過程研究重視不夠

沉積物重力流在水下搬運與沉積過程研究即過程沉積學研究（Process sedimentology）是建立沉積模式的基礎[16]。沉積物重力流從開始啟動、搬運到沉積的全過程中，由于存在流體轉換作用而形成相關混合事件層。但由于從沉積物記錄中識別流體轉化難度頗大，目前國內主要關注沉積物在最后沉積階段甚至近底床的沉積研究，忽視了搬運過程與流體轉換研究，通?；\統(tǒng)地把巖性突變界面上下的沉積物截然分開，認為它們屬于不同的重力流事件，實際上它們完全可能是同期流體事件在流體轉化作用下形成的不同性質的沉積物[114]。這需要研究者掌握源—渠—匯系統(tǒng)分析方法[81]、同時具備過程沉積學與流體轉換等沉積學新知識，通過精細露頭、巖芯觀察與解剖、多井小層對比，并結合實驗模擬才有可能取得正確的認識。

（3）缺乏實驗模擬

水槽實驗和數(shù)值模擬一直是沉積地質學研究的重要手段。水下沉積物重力流由于發(fā)生于較深水環(huán)境，無法直接觀察，只能依靠沉積物中保存的沉積特征推測其成因機理，實驗室模擬為驗證砂巖成因提供了有效途徑。國外針對沉積物重力流開展了大量卓有成效的實驗研究[115-120]，尤其近年來發(fā)展起來的數(shù)字模擬技術形象和直觀地展示了砂質碎屑流、濁流搬運與沉積的過程。國內針對重力流實驗模擬研究還比較薄弱，只有少數(shù)學者開展過濁流與濁積巖的實驗模擬[121-122]，而針對砂質碎屑流與純凈塊狀砂巖（砂質塊體搬運沉積）、流體轉換與混合事件層等實驗模擬尚處于空白，一定程度上影響了人們對于深水沉積模式及油氣儲層非均質性的深入把握。

3.2 未來發(fā)展趨勢

與深海環(huán)境一樣，沉積物重力流能夠在陸相盆地深湖區(qū)形成厚度和規(guī)模巨大的粗碎屑砂體沉積及伴生的細粒沉積，它們分別是常規(guī)與非常規(guī)油氣富集區(qū)[2,72,123]。展望未來，為適應深水區(qū)常規(guī)與非常規(guī)油氣勘探開發(fā)需求，筆者認為湖盆深水沉積研究將在以下5 個方面取得新的進展：1）深水砂體成因類型劃分、搬運—沉積過程及沉積模式的建立與完善；2）深水泥頁巖（細粒沉積）成因機理、類型劃分及其油氣意義研究；3）深水沉積“源—匯”系統(tǒng)與地震響應及評價預測研究；4）深水沉積搬運—沉積過程實驗模擬研究；5）新的深水沉積理論體系建立及其在油氣勘探開發(fā)中的應用。

4 結束語

陸相盆地深湖區(qū)擁有豐富的常規(guī)與非常規(guī)油氣資源，在未來的湖相深水油氣勘探開發(fā)領域中，砂質塊體搬運沉積、異重流沉積、底流改造沉積及重力流混合事件層理論可能是理解深水砂巖成因和進行儲集層分布預測的基礎。地震沉積學理論和技術方法為人們在三維空間對重力流內部沉積單元進行解剖提供了方便，數(shù)字模擬技術為再現(xiàn)沉積物重力流搬運—沉積的過程創(chuàng)造了條件，相信隨著地震勘探與實驗模擬技術的進步，必將促進人們對陸相湖盆深水沉積的認識，從而建立“源—渠—匯”綜合及沉積流態(tài)有序轉化的沉積模式，實現(xiàn)對深水油氣勘探的有效指導。