操應長，金杰華，劉海寧,2，楊田，劉可禹，王艷忠，王健，梁超

（1.中國石油大學（華東）地球科學與技術學院，山東青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司物探研究院，山東東營 257000；3.成都理工大學沉積地質研究院，成都 610059）

0 引言

湖盆深水重力流沉積砂體指重力驅動搬運、沉積，發(fā)育在風暴浪基面以下的砂體，是目前中國巖性油氣藏及非常規(guī)油氣勘探的重要對象[1-4]。湖盆中深水重力流沉積砂體的形成與分布受構造活動及氣候條件等多因素綜合控制[5-7]，蘊含豐富的古構造及古氣候演化信息。湖盆深水重力流沉積的相關研究對構造演化、古氣候變化、古地理重建等地質研究和油氣勘探開發(fā)具有重要指導意義[8-9]。深水重力流研究始于1950年提出的濁流理論[10]，爾后擴展為沉積物深水重力流理論。Forel[11]對注入瑞士日內瓦湖的高密度流體搬運過程的研究是湖盆重力流沉積的最早工作。后人多將海相沉積物再搬運形成的深水重力流沉積作為主要研究對象，而忽視了對湖盆中深水重力流沉積的研究。近年來，借鑒海相深水重力流沉積研究成果，湖盆深水重力流沉積相關研究取得了一定的進展[1,12-14]。湖盆深水重力流沉積研究是涉及重力流“觸發(fā)-搬運-沉積”動力學過程的綜合研究[15]，現階段重視砂體識別和分布規(guī)律的研究，而輕視對深水重力流沉積動力學過程的分析，針對深水重力流流體類型、流體演化、成因機制及沉積模式的系統研究相對薄弱[2-3,8-9,16]。

斷陷湖盆具有陡坡帶、洼陷帶、緩坡帶等多樣地貌結構單元和多級階梯狀斷坡發(fā)育的典型特征，其所控制形成的深水重力流沉積類型多樣、演化過程復雜，是研究湖盆深水重力流沉積的有利場所。本文在系統分析斷陷湖盆深水重力流沉積類型的基礎上，解析沉積演化過程、建立沉積模式、探討油氣地質意義，以期為陸相湖盆深水重力流沉積常規(guī)與非常規(guī)油氣勘探提供理論依據。

1 斷陷湖盆深水重力流分類

斷陷湖盆具有構造活動性強、地形坡度大、碎屑物質供給充足、湖盆水體深度大等特點，相比海相盆地和其他類型陸相湖盆更易形成深水重力流沉積，在大型斷陷湖盆中發(fā)育豐富的深水重力流沉積類型[4]。本文在濟陽坳陷和潿西南凹陷等斷陷湖盆典型深水重力流沉積巖心觀測分析的基礎上，以沉積物組成、沉積構造及巖相組合反映的流體流變學特征及沉積動力特征為主要依據，結合國內外深水重力流流體類型劃分方案，將斷陷湖盆深水重力流劃分為具有塑性流變學性質的碎屑流、牛頓流變學特征的濁流兩種流體類型；與深水重力流沉積相伴生，還包含滑動和滑塌兩種塊體搬運過程沉積。根據泥質雜基含量將碎屑流劃分為泥質碎屑流（發(fā)育在陸上也稱泥石流）和砂質碎屑流。根據流體密度和沉積構造差異將濁流劃分為高密度濁流和低密度濁流，根據沉積動力強度和持續(xù)時間及相序組合差異將低密度濁流進一步細分為似涌浪濁流和準穩(wěn)態(tài)濁流[17]（見圖1）。

圖1 斷陷湖盆深水重力流類型、分布與沉積特征

泥質碎屑流沉積物顆粒以基質強度和超孔隙流體壓力支撐為主，形成的沉積物以雜基支撐塊狀礫巖和泥質砂巖為主，反映流體塑性流變特征及整體固結沉降卸載方式（見圖 1③）。砂質碎屑流沉積物顆粒受基質強度、超孔隙流體壓力、浮力和分散壓力等多種作用共同支撐，雜基含量整體較低，以塊狀砂巖沉積為主（見圖1④、圖2a），塊狀砂巖中上部廣泛發(fā)育的漂浮狀泥礫和泥巖撕裂屑指示了流體的塑性流變性質和塊狀固結的卸載方式。

高密度濁流沉積物以浮力、分散壓力和流體擾動支撐為主，沉積物雜基含量相對較低，整體顯示微弱正粒序，粗粒塊狀沉積物中可見礫石呈疊瓦狀定向排列或牽引毯作用形成的分層構造（見圖1⑤、圖2b），指示流體分層搬運和垂向疊置的卸載特征[18]。高密度濁流沉積在斷陷湖盆的陡坡帶粗粒重力流沉積中可能較為發(fā)育，部分的高密度濁流沉積可能被解釋為砂質碎屑流沉積，通過顯著的底沖刷、內部粒序變化等特征，可將高密度濁流沉積與砂質碎屑流沉積區(qū)分（見圖1④、圖1⑤、圖2）。

圖2 東營凹陷斷陷湖盆深水重力流沉積塊狀砂巖特征

低密度似涌浪濁流沉積物顆粒以流體擾動支撐為主，沉積物顆粒粒徑逐級遞減沉降形成完整或不完整的鮑馬序列，沉積物粒度較高密度濁流細且雜基含量較高，流體流動持續(xù)時間較短，具有流速和能量突然增大而后迅速遞減的演化特征，狀似涌浪[17]（見圖 1⑥）。低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積物顆粒以流體擾動支撐為主，顆粒大小受洪水能量控制，形成反映洪水能量先增強后減弱的典型逆-正粒序層理，且上攀層理和陸源植物碎屑發(fā)育[17]（見圖1⑦）。滑動塊體以內部包含部分淺水沉積構造的砂巖與深水泥巖的突變接觸、底部剪切滑動面發(fā)育為典型特征（見圖 1①），滑塌塊體以內部連續(xù)變形構造、砂質褶皺、砂質注入體發(fā)育為典型特征（見圖1②）。

斷陷湖盆同樣存在碎屑流與濁流的轉化與混合過程及其沉積產物深水重力流混合事件層，為了便于理解不將其單列為一種流體類型，而將其作為流體轉化的過程來認識。顆粒流可作為砂質碎屑流的極端情況，即砂質碎屑流中不含泥質雜基，沉積物顆粒主要靠分散壓力支撐。超臨界態(tài)是快速搬運流體的動力學屬性，在分層的高密度濁流中最易于形成[18-22]。

2 斷陷湖盆深水重力流沉積動力學機制與沉積作用

由于特殊的沉積構造背景，斷陷湖盆深水重力流動力學機制與沉積作用具有特殊性，主要表現為：①地形坡度大，導致深水重力流流體轉化效率低；②地形復雜，多級階梯狀斷坡發(fā)育，造成深水重力流的多階段演化；③構造活動強烈，三角洲前緣滑塌成因深水重力流發(fā)育；④沉積區(qū)與物源緊鄰，洪水成因深水重力流廣泛發(fā)育；⑤淺水區(qū)到深水區(qū)的過渡范圍窄，粗粒重力流沉積更為發(fā)育。斷陷湖盆在拉張斷層控制下多表現為單斷式結構和雙斷式地塹結構，可分為陡坡帶、緩坡帶和洼陷帶等構造帶，不同構造帶由于地形坡度、物源供給、沉積水體深度等差異明顯，深水重力流動力學機制與沉積作用也存在明顯差異。陡坡帶以洪水觸發(fā)形成的深水重力流沉積為主，長軸或緩坡以洪水觸發(fā)形成的深水重力流沉積和沉積物垮塌觸發(fā)形成的深水重力流沉積最為發(fā)育。

2.1 斷陷湖盆陡坡帶洪水觸發(fā)深水重力流沉積

斷陷湖盆陡坡帶一般為拉張斷層控制而形成，地形坡度普遍較大，如東營凹陷北帶地形坡度為18.7°～31.8°[4]。物源供給充足時，斷陷湖盆陡坡帶是深水重力流最為發(fā)育的地區(qū)之一，陡坡帶沉積相帶窄、淺水沉積不發(fā)育或僅在斷面下切谷發(fā)育少量洪積扇或扇三角洲沉積，在陣發(fā)性洪水作用下陸源碎屑通過湖緣下切谷以洪水-泥石流的形式向湖盆快速搬運，多在斷層坡腳沿斷面發(fā)生快速沉積。因此，陡坡帶深水重力流沉積以碎屑流沉積和高密度濁流沉積為主，發(fā)育少量的低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積（見圖3a）。

陡坡帶的洪水-泥石流入湖后在自身重力分量的作用下，多沿邊界斷層直達深湖區(qū)，泥石流由于雜基含量高，流體黏性強，與環(huán)境水體混合程度低，多在深湖區(qū)斷層坡腳處直接堆積。泥石流即泥質碎屑流卸載后，洪水下潛形成的高密度流體進一步向前搬運，在自身重力作用下逐漸卸載；部分高密度流體在次級斷坡的控制下加速流動，侵蝕能力增強，進一步侵蝕泥質基底，轉化為砂質碎屑流沉積。砂質碎屑流在向前搬運的過程中，由于環(huán)境水體的稀釋混合和水力跳躍作用，進一步轉化為高密度濁流沉積；高密度濁流由于沉積物卸載和流體稀釋以及洪水的持續(xù)補給作用，進一步演化為低密度準穩(wěn)態(tài)濁流（見圖 3a）。由于陡坡帶的高角度邊界斷層對盆底地貌起主要控制作用，重力流在搬運過程中與環(huán)境水體的稀釋混合受到抑制，流體演化效率較低，多形成圍繞斷層坡腳分布的以泥質碎屑流沉積和砂質碎屑流沉積為主的扇群沉積。

圖3 斷陷湖盆深水重力流搬運演化過程模式圖

2.2 斷陷湖盆長軸或緩坡洪水觸發(fā)深水重力流沉積

斷陷湖盆長軸或緩坡帶由于地形高差較陡坡帶明顯減小，泥石流和洪水形成的高密度沉積物多在陸上或濱淺湖區(qū)大量卸載，形成洪積扇、扇三角洲等，部分高能量的洪水能夠越過濱淺湖區(qū)直接以高密度流體的形式向深湖區(qū)搬運，形成廣泛發(fā)育的洪水觸發(fā)的深水重力流沉積（見圖3b）。由于湖盆物源豐富，且湖盆水體密度一般較小，使得湖盆中洪水觸發(fā)成因的深水重力流沉積較海相盆地更為發(fā)育[5,14]。

斷陷湖盆長軸或緩坡洪水成因的深水重力流沉積主要受洪水能量強度和搬運過程的控制。洪水能量較強時，由于自身重力差異使沉積物在沉積近端卸載，可形成少量碎屑流沉積和高密度濁流沉積。伴隨洪水的持續(xù)補給及粗粒沉積物的卸載，相對細粒沉積物持續(xù)以低密度準穩(wěn)態(tài)濁流的形式向深水盆地搬運，準穩(wěn)態(tài)濁流對底部高濃度沉積物的剪切拖拽作用是形成牽引毯的有利條件，牽引毯垂向疊置形成塊狀砂巖[23]（見圖3b）。高密度濁流對泥質基底的侵蝕會導致流體中泥質雜基含量增加，泥質雜基由于密度較低在流體上部富集形成少量的泥質碎屑流沉積，形成深水重力流混合事件層[19]（見圖4）。湖盆地形坡度較緩時形成以低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積為主的深水重力流沉積，沉積過程受洪水能量先增強后減弱的演化過程控制，對應形成下部逆粒序、上部正粒序沉積序列，伴隨洪水的持續(xù)補給，上攀沙紋層理發(fā)育。斷陷湖盆與海盆結構的差異導致洪水成因重力流沉積特征存在一定差異。海相盆地具有寬廣的大陸架，洪水成因深水重力流攜帶的粗粒沉積物多卸載在大陸架，剩余的細粒沉積物繼續(xù)搬運至深海平原沉積，因而大多數研究認為洪水成因重力流只能攜帶細砂及以下粒徑的沉積物。斷陷湖盆淺水區(qū)到深水區(qū)的過渡帶寬度一般較小，由于沒有類似海盆大陸架或大型內陸坳陷湖盆的寬廣緩坡，洪水成因深水重力流攜帶的不同粒徑沉積物可直接向深湖中心搬運，因而可形成大量粗粒深水重力流沉積（見圖2b）。

圖4 北部灣盆地潿西南凹陷斷陷湖盆深水重力流混合事件層（黃色虛線為沉積單元分界線；H1—H5為重力流混合事件層沉積單元編號；據文獻[19]修改）

2.3 斷陷湖盆長軸或緩坡沉積物垮塌觸發(fā)深水重力流沉積

斷陷湖盆長軸或緩坡地區(qū)在淺水區(qū)形成扇三角洲和三角洲沉積，在自身快速前積或外界觸發(fā)機制的作用下易發(fā)生垮塌再搬運，是斷陷湖盆深水重力流形成的重要原因之一。淺水區(qū)垮塌再搬運沉積物早期經歷滑動、滑塌塊體搬運過程向深水區(qū)搬運，隨著環(huán)境水體的混入塊體逐漸解散形成碎屑流沉積，碎屑流在環(huán)境水體混入稀釋作用下進一步演化為高密度濁流，由于沉積物垮塌再搬運持續(xù)時間一般較短，具有流體流速和能量突然增大然后逐漸降低的特征，最終演化為低密度似涌浪濁流沉積（見圖3c）。

斷陷湖盆長軸或緩坡雖然與陡坡帶相比地形相對平緩，但在沉積作用、構造作用控制下往往發(fā)育多級多類型坡折帶，特別是斷陷湖盆同生斷裂控制的斷裂坡折帶發(fā)育，多級多類型坡折帶控制下的深水重力流搬運演化過程與海相盆地陸坡主控的搬運演化過程相比更加復雜。緊鄰湖岸線的沉積體前緣坡折帶是控制早期沉積物滑動、滑塌的有利條件，而后續(xù)的坡折帶能加速塊體解散和流體稀釋，對碎屑流和高密度濁流的發(fā)育起著重要控制作用。高密度濁流在搬運演化過程中，在坡折帶控制下易發(fā)生水力跳躍作用，導致強烈的侵蝕和超臨界態(tài)與亞臨界態(tài)的頻繁轉化，進一步加速侵蝕下伏泥質基底，導致流體中泥質含量快速增加，可能是斷陷湖盆上部泥質碎屑發(fā)育的深水重力流混合事件層形成的重要原因。湖盆中央局部地形起伏也會對深水重力流的搬運演化產生顯著影響，特別是低密度濁流在搬運過程中，受局部隆起地形的阻擋，在相對低部位減速、沉積增厚；隨著流體流速降低及泥質含量的增加，導致低密度濁流向泥質碎屑流轉化，可能是斷陷湖盆盆底相對低部位上部泥質碎屑不發(fā)育的薄層深水重力流混合事件層形成的主要原因（見圖4）。

3 斷陷湖盆深水重力流沉積模式

3.1 斷陷湖盆深水重力流水道形成過程

重力流水道的形成主要受流體侵蝕能力控制，侵蝕過程與沉積充填過程綜合作用形成深水盆地的水道-堤岸系統；因而，流體的侵蝕能力是形成重力流水道的必要條件。塑性流變學性質的碎屑流多呈層流狀搬運，搬運過程中由于存在底部滑水作用與基底剪切潤濕作用，對下伏基底的侵蝕能力較弱。由于強烈的流體擾動作用，牛頓流變學特征的濁流在搬運過程中能夠對下伏基底產生明顯的侵蝕作用，侵蝕作用強度與流體擾動程度呈正相關。由于流體擾動程度相對較弱，低密度濁流侵蝕能力有限。超臨界高密度濁流強烈的流體擾動和侵蝕作用為合理解釋重力流水道的形成和演化提供了理論依據?，F代重力流水道地貌學研究和深水重力流監(jiān)測研究證實，深水超臨界濁流的侵蝕作用首先形成不連續(xù)線狀排列的沖刷槽，剖面形似碟狀，水道的寬深比較大；爾后持續(xù)作用形成連續(xù)性重力流水道，下蝕作用增強，剖面寬深比減?。凰纼炔吭诳评飱W利力和次生環(huán)流的作用下發(fā)生側向的遷移和彎曲，下蝕作用進一步增強，形成寬深比較小的V型剖面；局部重力流溢出伴隨侵蝕作用形成分支水道，剖面形態(tài)由單一V型演化為多V型組合[20]。上述過程不斷重復，形成復雜的水道系統。湖盆中，深水重力流水道-堤岸沉積多與洪水持續(xù)供給形成的深水重力流密切相關，如歧口凹陷板橋斜坡沙一下亞段、東營凹陷牛莊東坡沙三下亞段等。斷陷湖盆陡坡帶洪水觸發(fā)形成的碎屑流沉積為主的深水重力流沉積和緩坡帶及長軸方向沉積物垮塌再搬運形成的砂質碎屑流沉積為主的深水重力流沉積由于不發(fā)育具有強侵蝕能力的濁流，因而深水重力流水道相對不發(fā)育。

3.2 斷陷湖盆深水重力流沉積模式

3.2.1 盆外成因深水重力流沉積模式

從重力流沉積機制和沉積構型要素組成分析，盆外成因深水重力流沉積模式主要包含下切谷、水道-堤岸沉積、水道-朵葉體轉換帶沉積、朵葉體沉積等沉積構型要素。從沉積近端到沉積遠端，下切谷、重力流水道-堤岸沉積、水道-朵葉體轉換帶和朵葉體沉積可依次有序過渡分布，構成典型沉積構型要素組合。受沉積構造背景的控制，部分沉積構型要素可能不發(fā)育。沉積構型要素類型和沉積物粒度受沉積物供給和洪水強度的綜合控制，整體扇體形態(tài)顯著（見圖5）。

圖5 盆外成因深水重力流沉積模式圖

下切谷沉積以強烈的下蝕作用為典型特征，地震剖面上可見明顯下切充填地震反射特征，一般寬深比較大，以雜基支撐礫巖或泥質充填為主，為侵蝕過路沉積或泥質碎屑流沉積充填。水道-堤岸沉積同樣可見下切充填地震反射特征，寬深比較下切谷沉積明顯變小，具有帶狀幾何形態(tài)，水道內以厚層分層構造發(fā)育的塊狀礫巖、含礫砂巖和砂巖沉積為典型特征，底部侵蝕構造發(fā)育，為高密度濁流沉積產物，主要發(fā)育在湖緣下切谷前部與坡折帶的結合部位。在水道兩側為相對細粒沉積物所限制，為能量較強的洪水攜帶的細粒沉積物溢出水道，以低密度準穩(wěn)態(tài)濁流形式側向流動所形成，構成水道兩側的堤岸沉積，堤岸沉積中沙紋層理發(fā)育。水道-朵葉體轉換帶以強烈的侵蝕作用為典型特征，是超臨界濁流沉積最為發(fā)育的沉積構型要素類型。朵葉體沉積以高密度濁流沉積和低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積為主，局部發(fā)育小型分支水道，朵葉體的遷移疊置形成朵葉復合體[21]。朵葉體沉積近端可發(fā)育侵蝕成因的混合事件層，朵葉體沉積遠端則可發(fā)育流體減速膨脹形成的混合事件層。特別是在局部斷階發(fā)育導致流體侵蝕能力增強的情況下，深水重力流混合事件層多廣泛發(fā)育。

斷陷湖盆不同構造帶發(fā)育的河流類型及其產生的深水重力流流體搬運過程和搬運效率存在顯著差異，導致盆外成因的深水重力流沉積模式存在顯著差異（見圖5）。斷陷湖盆陡坡帶由于地形高差大，以山間季節(jié)性河流發(fā)育為主，攜帶的沉積物粒度粗且泥、砂、礫混雜，在季節(jié)性洪水作用下沿湖緣下切谷等物源通道入湖順著陡坡快速向深湖搬運。由于地形坡度大，流體搬運效率低，流體轉化分異弱，單期重力流事件形成以碎屑流沉積主導的舌形體沉積，不同期次舌形體疊置形成近岸水下扇沉積[4]。根據近岸水下扇內部沉積物組成及沉積構造、沉積機制和沉積物分布、沉積構型要素組成等特征，可進一步劃分出近岸水下扇扇根、扇中、扇緣 3個主要部分。扇根為坡腳處緊鄰基底斷層的部分，以泥質碎屑流沉積形成的厚層塊狀雜基支撐礫巖為主；扇中以砂質碎屑流形成的厚層塊狀顆粒支撐礫巖、含礫粗砂巖沉積為主，由于地形坡度陡，碎屑流來不及與環(huán)境水體混合轉化，整體呈舌狀沉積，水道-堤岸沉積構型要素不發(fā)育；扇緣以少量低密度準穩(wěn)態(tài)濁流形成的中薄層粉細砂巖沉積為主。

斷陷湖盆緩坡帶、湖盆長軸方向是常年性河流的有利發(fā)育區(qū)，洪水期攜帶的沉積物需經過長距離的搬運越過濱淺湖區(qū)后進入深湖區(qū)。由于地勢相對較緩，流體搬運效率高，流體轉化分異徹底，在相對沉積近端以補給水道、高密度濁流侵蝕形成的水道沉積及兩側的堤岸沉積為主；在相對沉積遠端以低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積形成的朵葉體沉積為主，中部則可發(fā)育侵蝕構造常見的水道-朵葉體轉換帶，整體構成扇體形態(tài)，屬于典型的湖底扇沉積。根據沉積物組成和沉積構造、沉積機制和沉積物分布、沉積構型要素組成等特征，可將盆外成因扇狀深水重力流砂體沉積劃分為內扇、中扇和外扇 3個主要部分。內扇以充填原始限制性物源通道的中厚層塊狀碎屑流沉積為主，對應補給水道沉積；中扇以高密度濁流侵蝕作用形成的分支水道及充填沉積為典型特征，對應水道-堤岸和水道-朵葉體轉換帶沉積；外扇以大面積分布的薄層低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積朵葉體疊置為典型特征。在物源供給較弱的情況下，沉積相帶分異較弱，扇體形態(tài)不明顯，多形成低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積為主的條帶狀沉積砂體，以充填盆地低洼地形為主要特征。

3.2.2 盆內成因深水重力流沉積模式

從重力流沉積機制和沉積構型要素組成分析，盆內成因的深水重力流沉積模式主要包含三角洲前緣垮塌帶、混雜沉積、舌形體沉積等沉積構型要素。從沉積近端到沉積遠端，三角洲前緣垮塌帶、混雜沉積和舌形體沉積依次有序分布，構成典型沉積構型要素組合（見圖6）。沉積物粒度受再搬運沉積物自身粒度大小控制，整體扇體形態(tài)不明顯，以透鏡狀砂體堆疊為主[12]。

圖6 盆內成因深水重力流沉積模式圖

三角洲前緣垮塌帶以垮塌斷崖及凹坑等地貌為主要特征。混雜沉積以泥、砂、礫混雜，以不同尺度的軟沉積物變形構造發(fā)育為典型特征，是沉積物垮塌后再搬運形成的，滑動構造及內部變形構造發(fā)育的厚層塊狀砂巖及泥質砂巖沉積。根據內部沉積組成和沉積構造的差異，舌形體可進一步劃分為舌形體近端沉積和舌形體遠端沉積，近端沉積以中厚層塊狀砂質碎屑流沉積為主，遠端沉積以中薄層鮑馬序列發(fā)育的低密度似涌浪濁流沉積為主。在局部斷階發(fā)育情況下會導致部分砂質碎屑流向高密度濁流轉化，流體侵蝕能力增強，在舌形體遠端可發(fā)育部分深水重力流混合事件層。不同觸發(fā)機制和前緣坡角控制下的盆內成因深水重力流沉積分布存在一定差異，三角洲前緣快速前積導致的沉積物自身重力超過臨界休止角而發(fā)生的垮塌再搬運一般深水重力流搬運演化過程充分，相對遠離坡折帶的舌形體沉積發(fā)育。同沉積斷層和地震作用下形成的盆內成因深水重力流沉積一般緊鄰坡折帶的三角洲前緣垮塌帶、混雜沉積發(fā)育；由于事件作用導致的大量先存沉積物的快速搬運，不易與環(huán)境水體充分混合，因而流體轉化過程相對較弱，遠離坡折帶的舌形體沉積相對不發(fā)育。物源供給強弱同樣對沉積舌形體的形成和分布起到控制作用，沉積物供給較弱時多形成孤立舌形體；而沉積物供應充足時則易于形成多期舌形體疊置。

4 斷陷湖盆深水重力流沉積實例及油氣地質意義

4.1 近岸水下扇沉積與成巖圈閉

斷陷湖盆陡坡帶是近岸水下扇沉積的有利區(qū)域，其獨特的沉積成因和沉積過程使得粗碎屑沉積與深湖相優(yōu)質烴源巖側向緊鄰，是斷陷湖盆有利的油氣富集區(qū)帶。以東營凹陷北部陡坡帶為例，較高的地形落差和廣泛發(fā)育的古沖溝使得沙四段上亞段近岸水下扇呈裙帶狀分布，受洪水泥石流搬運演化分異過程控制，扇根以砂、泥、礫混雜的塊狀泥質碎屑流沉積為主，扇中和扇緣以相對分選較好的砂質碎屑流、高密度濁流和低密度準穩(wěn)態(tài)濁流沉積為主[22]。在埋藏演化過程中，由于強烈的壓實作用和雜基重結晶作用，導致雜基支撐為主的扇根泥質碎屑流沉積儲集層物性變差，形成良好的側向封堵層；扇中和扇緣分選相對較好的砂質碎屑流和濁流沉積砂體可作為良好的輸導層和儲集層；扇根與扇中和扇緣沉積組構的差異決定了其埋藏成巖演化過程的差異性，控制了深埋條件下近岸水下扇成巖圈閉的形成和油氣富集[22]。在該模式的指導下，勝利油田近岸水下扇砂礫巖油氣勘探取得重大突破，截至2019年，近岸水下扇砂礫巖累計落實探明石油地質儲量3.2×108t。

4.2 洪水成因重力流沉積與深水砂體富集

北部灣盆地潿西南凹陷WZ11-4N區(qū)塊古近系流沙港組一段（簡稱流一段）沉積期發(fā)育典型盆外成因深水重力流沉積（見圖 7a），位于沉積遠端的 WZ11-7-1井局部炭質碎屑成層分布且與薄層粉砂互層（見圖7b），為盆外成因深水重力流遠端的漂浮沉積；局部發(fā)育的逆-正粒序韻律層理和上攀沙紋層理共同指示了洪水成因深水重力流沉積作用（見圖 7c）。WZ11-7-1井中廣泛發(fā)育的雙層結構深水重力流混合事件層沉積進一步表明其為深水重力流沉積的相對遠端沉積（見圖7d），指示了潿西南低凸起為其潛在的物源區(qū)。潿西南低凸起在流一段沉積時期遭受抬升剝蝕，剝蝕產物可以在洪水作用下直接由潿西南低凸起搬運至洼陷帶深水區(qū)沉積而未在潿西南低凸起周緣形成豐富的淺水砂體沉積（見圖7a）。淺水砂體的堆積并不是深水重力流砂體形成的必要條件，盆外成因的深水重力流沉積為廣泛發(fā)育的深水重力流沉積提供了合理解釋，進一步拓展了對深水重力流砂體沉積分布范圍的認識。潿西南凹陷流一段油氣資源豐富，基于其下部源巖層流二段生烴量計算，能夠形成至少4.2×108t以上的油氣，洪水成因深水重力流沉積形成的深水砂體將成為下一步油氣勘探的主要目標。

圖7 潿西南凹陷WZ11-4N區(qū)塊流沙港組一段湖底扇沉積分布特征

4.3 塊體搬運沉積與沉積斜坡帶巖性圈閉

斷陷湖盆三角洲前緣發(fā)育的塊體搬運沉積由于被深水優(yōu)質烴源巖包裹且脫離三角洲前緣主體，利于油氣的富集與保存，是重要的巖性圈閉類型。渤海灣盆地東營凹陷博興洼陷古近系沙三段中亞段沉積期，金家三角洲前緣發(fā)育緊鄰三角洲的滑動塊體搬運沉積（見圖8a），三角洲前緣砂體在外界觸發(fā)機制作用下向深水盆地發(fā)生再搬運，緊鄰三角洲前緣以滑動塊體沉積為主，以厚層塊狀砂巖與深灰色泥巖突變接觸為典型特征（見圖8b）。由于先存沉積未完全解散，這種滑動塊體沉積與三角洲前緣河口壩砂體沉積特征極為類似，甚至保存了部分河口壩反序沉積特征。但是，由于滑動塊體搬運沉積與下伏沉積物之間的剪切作用可形成底部剪切帶，可見斷續(xù)狀滑動剪切面，雜基含量略高于上部。整體以塊狀結構為主，內部牽引構造不發(fā)育，局部可保留少量滑動改造后的層理。單層滑動塊體厚度多大于砂質碎屑流沉積與濁流沉積且利于油氣成藏（見圖8b），是三角洲前緣長期被忽視的重要巖性油氣藏類型。三角洲前緣塊體搬運沉積發(fā)育的認識突破了傳統沉積學三角洲前緣以河口壩沉積為主的認識，為三角洲前緣沉積斜坡帶廣泛發(fā)育的巖性油氣藏油氣勘探提供了新的沉積學視角。東營凹陷博興洼陷樊 154區(qū)塊沙三段中亞段的塊體搬運沉積中，已探明石油地質儲量364.98×104t，證實了塊體搬運沉積為重要的巖性圈閉類型。

圖8 東營凹陷古近系沙河街組塊體搬運沉積與巖性圈閉

4.4 深水重力流成因細粒沉積與頁巖油氣

湖盆深水細粒沉積發(fā)育是頁巖油氣賦存的主要載體，除了傳統的懸浮沉積成因外，深水重力流作為細粒沉積的重要成因機制逐步受到重視。細粒沉積物通過絮凝的方式可形成相對大顆粒的絮凝粒，能夠沿盆地底部發(fā)生長距離搬運，深水重力流作為重要的順坡長距離搬運動力機制，在細粒沉積物的搬運和沉積過程中發(fā)揮了重要作用[23]。以潿西南凹陷WZ11-7-4井發(fā)育的深水細粒沉積為例，根據沉積構造和巖相組合可識別出4種成因深水細粒沉積（見圖9）。泥質碎屑流成因的細粒沉積以薄層塊狀砂質泥巖沉積為特征，可見漂浮狀砂質顆粒或砂質團塊，內部可含不規(guī)則漂浮狀泥巖撕裂屑，頂底部與懸浮沉積泥巖突變接觸（見圖9a）。流體轉化成因的細粒沉積以底部雜基含量相對較低的薄層塊狀砂巖沉積和上部富含雜基和有機質的粉砂質泥巖沉積組成的混合事件層沉積為主要特征，為低密度濁流向泥質碎屑流轉化的沉積產物[23]（見圖9b）。低密度濁流成因的細粒沉積以底部微弱侵蝕和典型的正粒序沉積為特征（見圖9c），指示沉積物紊流支撐逐級遞減沉降。懸浮沉降成因的細粒沉積以紋層狀薄層泥巖疊加為特征（見圖9c），物質組成差異或季節(jié)變化形成不同顏色的紋層相間組合。

圖9 潿西南凹陷WZ11-7-4井流一段深水重力流成因細粒沉積

不同成因的細粒沉積在垂向上疊置，在平面上廣泛分布，是湖盆深水細粒沉積廣泛發(fā)育的主要原因。不同深水重力流搬運機制形成的細粒沉積物其有機質含量及粉砂含量存在明顯差異，低密度濁流成因的薄層正粒序巖相組合粉砂含量高，但其有機質含量相對較低；泥質碎屑流成因的細粒沉積有機質含量高，但粉砂含量較低；流體轉化成因的細粒沉積巖相組合同時具有高有機質及高粉砂含量的特征。因而，流體轉化成因的細粒沉積具有油氣易于生成和富集，且易于壓裂的先天優(yōu)勢，是頁巖油氣中的“甜點”區(qū)發(fā)育的優(yōu)勢沉積巖相組合類型。流體轉化成因的細粒沉積主要位于盆底深水區(qū)局部相對低洼地區(qū)，單層厚度多小于20 cm，累計厚度可達數十米，是下一步陸相頁巖油氣勘探的重要靶區(qū)。如濟陽坳陷頁巖油勘探取得重大突破，頁巖油資源量達 98.44×108t，其中發(fā)育的深水重力流成因砂巖薄夾層是頁巖油穩(wěn)定滲流的有利條件。

5 結論

斷陷湖盆主要發(fā)育碎屑流和濁流兩種流體類型和滑動滑塌塊體搬運過程，碎屑流可進一步劃分為泥質碎屑流和砂質碎屑流，濁流可進一步劃分為高密度濁流和低密度濁流，低密度濁流包含低密度似涌浪濁流和低密度準穩(wěn)態(tài)濁流兩種類型。斷陷湖盆深水重力流搬運演化過程受流體沉積物濃度和密度的控制，在沉積近端可發(fā)生超臨界態(tài)與亞臨界態(tài)的相互轉化，在沉積遠端流體的侵蝕或膨脹減速則導致局部濁流向泥質碎屑流的轉化。

斷陷湖盆深水重力流包含盆內沉積物再搬運成因和盆外沉積物持續(xù)補給成因兩種主要機制，對應盆外成因和盆內成因兩種主要沉積模式。從沉積近端到沉積遠端，盆內成因的深水重力流沉積包含前緣垮塌帶、混雜沉積和舌形體沉積 3種主要沉積構型要素，扇體形態(tài)不明顯；盆外成因的深水重力流沉積包含下切谷、重力流水道-堤岸沉積、水道-朵葉體轉換帶沉積、朵葉體沉積等沉積構型要素，整體扇體形態(tài)顯著。低流體搬運效率的近岸水下扇以泥質碎屑流沉積為主；高流體搬運效率的湖底扇沉積以高密度濁流沉積為主。

近岸水下扇重力流流體搬運演化控制的沉積相帶分異是深埋條件下成巖圈閉形成的主要原因；滑動塊體沉積是三角洲前緣被忽視的重要巖性圈閉類型；盆外成因的深水重力流沉積為廣泛發(fā)育的深水重力流沉積提供了合理解釋；深水重力流是細粒沉積的重要成因機制，流體轉化成因的細粒沉積是頁巖油氣中“甜點”區(qū)發(fā)育的優(yōu)勢沉積巖相組合類型。

致謝：中國石化勝利油田分公司、中海油湛江分公司和國家自然科學基金委對研究團隊深水重力流沉積的相關研究工作給予了持續(xù)資助，特表感謝！