吳佳男，蔡錚，李林，范國(guó)章，許小勇，魯銀濤，馬宏霞，張穎，王紅平，左國(guó)平，丁梁波，呂福亮，邵大力，王彬，李偉強(qiáng)

1.中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；2.中油國(guó)際(緬甸)凱爾公司，仰光 11181

0 引言

隨著深水油氣勘探領(lǐng)域的不斷升溫，深水油氣資源成為近年全球油氣勘探熱點(diǎn)及增儲(chǔ)上產(chǎn)的主力來源[1--3]，由此推動(dòng)了深水沉積理論體系的極大發(fā)展。沉積物重力流的流體機(jī)制研究是深水沉積體系的重要理論基礎(chǔ)。盡管國(guó)內(nèi)外在深水重力流分類上仍有分歧，但近年來對(duì)沉積物重力流流體特征的認(rèn)識(shí)已經(jīng)有了很大的提高[4--6]。深水沉積結(jié)構(gòu)單元的刻畫是深水沉積體系研究的另一重點(diǎn)。目前被廣泛采用的深水沉積結(jié)構(gòu)單元包括水道、越岸沉積、朵體(或席狀砂)、水道--朵體過渡帶和塊體搬運(yùn)沉積等[3--4,7--9]。而生產(chǎn)實(shí)際中，由于深水作業(yè)和取芯的成本，地震的精度難以對(duì)沉積物重力流的流體特征和深水沉積結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行精細(xì)刻畫。野外深水露頭的研究相對(duì)成本較低，且有更高的分辨率?；诼额^得到的地質(zhì)模型，有助于提高沉積儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率，從而更好地指導(dǎo)油氣勘探與開發(fā)工作。

筆者以青海隆務(wù)峽地區(qū)1號(hào)隧道南北的兩條剖面為例，通過對(duì)剖面的實(shí)地考察、測(cè)量和巖石學(xué)特征的分析，總結(jié)了深水重力流發(fā)育特征及形成機(jī)制，并初步探討了不同流體可能存在的演化關(guān)系。同時(shí)，在巖相和巖相組合特征分析的基礎(chǔ)上，分析了該地區(qū)沉積結(jié)構(gòu)單元的沉積特征，并建立了沿著流徑方向變化的沉積演化模式。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于青海省同仁縣以北, 尖扎縣以南的隆務(wù)峽1號(hào)隧道附近。在大地構(gòu)造位置上，位于秦嶺、祁連和昆侖造山帶交匯部位(圖1)。該地區(qū)構(gòu)造演化非常復(fù)雜，經(jīng)歷了超大陸裂解、秦祁昆大洋形成演化、碰撞造山、板內(nèi)伸展和陸內(nèi)疊覆造山等多個(gè)階段的構(gòu)造演化過程；隨著揚(yáng)子板塊和華北板塊在三疊紀(jì)末期接觸碰撞, 拉丁晚期自東而西快速關(guān)閉海槽，三疊系形成復(fù)雜褶曲變形，并最終完成構(gòu)造演化全過程[11--27]。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖[10]Fig.1 Tectonic location of study area

研究區(qū)靠近于西秦嶺一側(cè)，三疊紀(jì)發(fā)育深水沉積地層。前人在區(qū)域上開展過較為詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查工作, 包括地層劃分、沉積環(huán)境和古地理的研究[11--18]，地球化學(xué)、構(gòu)造環(huán)境和構(gòu)造演化的研究[19--27]，以及濁積巖中的遺跡化石研究[28]等。但前人在隆務(wù)峽地區(qū)展開的工作比較少，羅根明等[11]將三疊系深水沉積分為果木溝組和江里溝組兩段，并對(duì)本區(qū)的沉積相做了研究，認(rèn)為在海平面變化上表現(xiàn)為一次海退作用和一次海侵作用(圖2)。郁東良[12]在牙形石和巖性特征方面做的研究結(jié)果顯示，本區(qū)為陸架斜坡環(huán)境下的濁積扇沉積。張立軍[13]通過古水流及重礦物等分析，認(rèn)為研究區(qū)物源來自北部的祁連造山帶。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了隆務(wù)峽1號(hào)隧道南北兩條剖面(圖2)重力流沉積機(jī)制和結(jié)構(gòu)單元發(fā)育特征。

圖2 研究區(qū)綜合巖性柱狀圖及實(shí)測(cè)剖面位置[11]Fig.2 Stratigraphic classification and logging location of study area

2 沉積機(jī)制分析

野外常被描述的沉積物重力流有兩種，分別為碎屑流和濁流。本文所指的碎屑流，其他近似術(shù)語(yǔ)有塊體流、黏性流等[4--5]。碎屑流具有基質(zhì)強(qiáng)度, 由泥質(zhì)中細(xì)顆粒間的靜電引力產(chǎn)生，是一種黏性流(cohesive flow)；而濁流的顆粒則分散在水中，靠紊流支撐搬運(yùn)，是一種摩擦流(frictional flow)。濁流的沉積方式是選擇性沉積,而碎屑流則是整體沉積。高密度濁流是一種比較特殊的類型，其上部沉積物顆粒的含量較低，處于紊流狀態(tài)，類似于濁流，亦可稱為低密度濁流。爭(zhēng)議比較大的是其下部，下部顆粒的含量較高，以顆粒之間的相互作用(分散壓力)為主要支撐機(jī)制，兼具碎屑流的流體性質(zhì)。有些學(xué)者也將其稱為砂質(zhì)碎屑流、超高密度流、高密度流和濃密度流等[4,6,9]。在隆務(wù)峽1號(hào)隧道兩側(cè)的剖面，筆者在巖性、粒度和沉積構(gòu)造特征等分析的基礎(chǔ)上，劃分出3種重力流沉積類型。

2.1 碎屑流沉積

碎屑流沉積在研究區(qū)較為罕見，隆務(wù)峽1號(hào)隧道南剖面底部發(fā)育一套厚度約3 m的灰白色含礫泥灰?guī)r(圖3a)。頂?shù)酌嫦鄬?duì)平整，礫石以碳酸鹽巖顆粒為主，偶見火成巖等顆粒。粒徑多在1～4 cm之間，最大可見8 cm礫徑的碳酸鹽巖顆粒。整體顆粒大小混雜，沉積構(gòu)造不發(fā)育，基質(zhì)為泥灰質(zhì)，野外滴稀鹽酸起泡強(qiáng)烈，故將其解釋為碎屑流沉積。

深水區(qū)富含碳酸鹽顆粒的碎屑流沉積，推測(cè)其是由早期陸架邊緣碳酸鹽巖沉積物，因失穩(wěn)滑塌，形成富灰泥質(zhì)碎屑流，并依靠基質(zhì)強(qiáng)度和浮力支撐，搬運(yùn)至深水環(huán)境再沉積而成。

2.2 低密度濁流沉積

低密度濁流沉積，野外識(shí)別特征為發(fā)育典型的或不完整的鮑馬序列(圖3b)。本區(qū)識(shí)別的濁積巖砂體厚度一般<50 cm，砂體底部以中--細(xì)砂為主，常具正粒序結(jié)構(gòu)。底部偶見沖刷面、槽模(圖3c)、溝模、重荷模等構(gòu)造，平行層理、波紋層理及軟沉積物變形(圖3d-e)等沉積構(gòu)造發(fā)育。其反映了流體經(jīng)過一段距離搬運(yùn)后，粗粒沉積物卸載，流體速度降低，最終以尾部的懸浮沉積結(jié)束的過程。

a．含礫泥灰?guī)r；b.平行層理向上過渡到波紋層理;c.槽模構(gòu)造;d.包卷層理;e.負(fù)載構(gòu)造;f.塊狀構(gòu)造上覆平行層理。圖3 不同重力流沉積特征及識(shí)別標(biāo)志Fig.3 Identification marks and characteristics of different types of sedimentary gravity flows

2.3 高密度濁流沉積

研究區(qū)內(nèi)高密度濁流沉積較為常見，其特征為：近塊狀或弱正粒序結(jié)構(gòu)(圖3f)，底部可含礫石或少許泥礫，以極粗--粗砂巖為主，其上部常發(fā)育有鮑馬序列/部分鮑馬序列，砂巖整體厚度一般>50 cm，側(cè)向延伸穩(wěn)定。高密度濁流沉積常通過疊合面疊置在一起形成沉積復(fù)合體，疊合面上下常有粒度突變。橫向追蹤疊合面有時(shí)可見砂巖間未被完全侵蝕掉的薄層泥巖。疊合面多平直，偶見下切侵蝕特征。高密度濁流沉積砂體常具有粒度粗、厚度大及侵蝕特征強(qiáng)的特征，指示相對(duì)高能的沉積環(huán)境。

碎屑流與濁流的轉(zhuǎn)化關(guān)系是目前國(guó)際的研究熱點(diǎn)。Haughton et al.[29]提出的沿著流徑方向的碎屑流到濁流的演化模式，對(duì)本區(qū)有重要的借鑒意義。盡管本區(qū)碎屑流沉積與高/低密度濁流沉積的碎屑顆粒成分特征有所差別，前者以碳酸鹽巖屑為主，后者以陸源碎屑為主，二者可能來自不同物源體系，但也不能完全排除碎屑流和濁流存在類似的演化關(guān)系(圖4)：即早期陸架邊緣沉積物，經(jīng)滑動(dòng)或滑塌作用衍生出富灰泥質(zhì)碎屑流；在沿徑流的搬運(yùn)過程中，隨著周圍海水的混入、紊流作用加強(qiáng)，整個(gè)流體的混合和稀釋作用隨之加強(qiáng)，流體進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，碎屑流轉(zhuǎn)化成非黏性的高密度濁流；隨著高密度濁流在近端的沉積卸載，流體演化為低密度濁流，沉積典型的鮑馬序列。而在遠(yuǎn)端流體能量進(jìn)一步衰減，濁積巖沉積厚度變薄、沉積顆粒變細(xì)，呈現(xiàn)以鮑馬序列Tc、Td、Te段組合為主的特征。

a．不同流體類型對(duì)應(yīng)的流體結(jié)構(gòu)、流體特征及其沉積物；b.碎屑流到濁流的流體轉(zhuǎn)換。圖4 重力流沿流徑方向演化圖[29]Fig.4 Evolution of sedimentary gravity flow in longitudinal direction

3 結(jié)構(gòu)單元分析

早期郁東良、羅根明等[11--12]將本區(qū)解釋為濁積扇的內(nèi)扇、中扇和外扇沉積，但是近年來這種分類方案被認(rèn)為過于簡(jiǎn)化[4]，對(duì)深水沉積體系結(jié)構(gòu)單元的劃分和描述越來越被廣泛接受[3--4,30]。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖相及巖相組合特征，對(duì)本區(qū)的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了分析。

隆務(wù)峽1號(hào)隧道兩條剖面具有以下3個(gè)特征：①砂巖多呈板狀和席狀展布，側(cè)向上砂巖厚度無明顯變化；砂巖頂?shù)酌嫦鄬?duì)平整，罕見明顯下切侵蝕特征；②沉積構(gòu)造非常發(fā)育，主要有交錯(cuò)層理、平行層理、塊狀層理、波紋層理及軟沉積物變形構(gòu)造等；③以高密度濁流沉積和低密度濁流沉積的沉積組合為主，碎屑流沉積相對(duì)少見。

基于以上特征分析，隆務(wù)峽露頭剖面符合朵體/朵體復(fù)合體沉積結(jié)構(gòu)單元的發(fā)育特征，并可進(jìn)一步劃分為近端、中端和遠(yuǎn)端/邊緣次級(jí)結(jié)構(gòu)單元(圖5)。朵體一般是指發(fā)育在非限制性海底地形上的、深水水道末端的、具有朵葉狀外形的重力流沉積區(qū)[3,30--31]。單個(gè)朵體的厚度約3～15 m，多期朵體在垂向上相互疊置，從而形成朵體復(fù)合體；朵體復(fù)合體厚度約40～60 m，不同朵體復(fù)合體之間常由> 0.5 m的薄層砂巖與粉砂巖/泥巖互層隔開。

照片中白色圓圈的標(biāo)桿為2 m圖5 研究區(qū)朵體/朵體復(fù)合體結(jié)構(gòu)單元沉積模式圖[31]Fig.5 Sedimentary model of architectural elements of lobe/lobe complex in study area

本區(qū)朵體近端以中--厚層含礫極粗砂巖--中粗砂巖沉積為主，單層砂巖厚度一般>50 cm，砂巖與砂巖直接接觸的疊合面廣泛發(fā)育，偶夾厚度<5 cm的薄層泥巖或粉砂巖，最大疊合厚度約2 m。流體類型以高密度濁流為主，流體能量及侵蝕作用強(qiáng)。中端以中--厚層中粗砂巖夾薄層泥巖沉積為主，單層砂巖的厚度一般>20 cm。流體類型以高密度濁流和低密度濁流為主，流體能量相比近端減弱，侵蝕作用中等。遠(yuǎn)端/邊緣由中--薄層細(xì)砂巖/粉砂巖與泥巖互層組成，單層砂巖厚度普遍<20 cm。流體類型以低密度濁流為主，流體的能量減弱到最低狀態(tài)。朵體從近源到遠(yuǎn)源的巖相變化特征表現(xiàn)為砂巖厚度和砂地比值變小，粒度變細(xì)，與高/低密度濁流從近端到遠(yuǎn)端的演化特征相類似?；谝陨戏治?，隧道南剖面以朵體近端、中端沉積為主，隧道北剖面以遠(yuǎn)端/邊緣沉積為主。同時(shí)，張立軍[12]認(rèn)為本區(qū)的古水流方向主要為自東向西，本次研究的測(cè)量結(jié)果與之相似。因此，在縱向上，剖面由下至上(從老到新)反映了朵體/朵體復(fù)合體的側(cè)向遷移或東西向物源后退的過程。然而由于地層產(chǎn)狀近于直立，朵體/朵體復(fù)合體橫向上僅能追蹤形態(tài)，細(xì)節(jié)變化難以判斷。

4 結(jié)論

(1)在巖性、粒度和沉積構(gòu)造特征等分析的基礎(chǔ)上，共識(shí)別出碎屑流沉積、高密度濁流和低密度濁流沉積3種重力流沉積類型。深水區(qū)富含碳酸鹽顆粒的碎屑流沉積，推測(cè)其是由早期陸架邊緣碳酸鹽巖沉積物，因失穩(wěn)滑塌搬運(yùn)至深水環(huán)境再沉積而成。低密度濁流沉積野外識(shí)別特征為發(fā)育典型的或不完整的鮑馬序列；高密度濁流沉積發(fā)育近塊狀或弱正粒序結(jié)構(gòu)，常具有粒度粗、厚度大及侵蝕特征強(qiáng)的特征。碎屑流和濁流可能來自不同物源，或存在一定的流體轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

(2)根據(jù)巖相及巖相組合特征，在本區(qū)建立了朵體/朵體復(fù)合體結(jié)構(gòu)單元沉積模式，并細(xì)分出近端、中端、遠(yuǎn)端/邊緣3種次級(jí)結(jié)構(gòu)單元。近端以中--厚層含礫極粗砂巖--中粗砂巖沉積為主，單層砂巖厚度一般>50 cm，砂巖與砂巖直接接觸的疊合面廣泛發(fā)育，偶夾厚度<5 cm的薄層泥巖或粉砂巖，最大疊合厚度約2 m。流體類型以高密度濁流為主，流體能量及侵蝕作用強(qiáng)。中端以中--厚層中粗砂巖夾薄層泥巖沉積為主，單層砂巖的厚度一般>20 cm。流體類型以高密度濁流和低密度濁流為主，流體能量相比近端減弱，侵蝕作用中等。遠(yuǎn)端/邊緣由中--薄層細(xì)砂巖/粉砂巖與泥巖互層組成，單層砂巖厚度普遍<20 cm。流體類型以低密度濁流為主，流體的能量減弱到最低狀態(tài)。