高毅凡，李磊，程琳燕，龔廣傳，張威，楊志鵬，王潘，楊蕾

1. 西安石油大學地球科學與工程學院，西安 7100652. 陜西省油氣成藏地質學重點實驗室，西安 7100653. 中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院，任丘 062550

近年來，隨著對深海環(huán)境的進一步勘探，在深水盆地邊緣發(fā)現(xiàn)了許多重力流沉積的產物。人們通過對陸架、陸坡和盆地底部的高分辨率地震資料的分析將這些復雜的重力流沉積特征進行了詳細研究[1]。其中塊體搬運沉積（MTDs）是深水重力流沉積中的重要組成單元。MTDs是指由于滑動、滑塌、碎屑流等重力流沉積因素，順著陸坡從高地移動到坡度較低地區(qū)的過程中所形成的沉積體[2-3]。前人的研究中，MTDs存在于許多深水盆地邊緣地層中，甚至達到陸坡邊緣盆地面積的50%，它還是深海沉積物輸運的重要來源之一[4-5]。2016年對意大利Maiolica白堊紀碳酸鹽巖的研究表明，該盆地地層中MTDs約占50%～60%[6]。由于塊體搬運沉積廣泛發(fā)育于淺海—深海中的陸架邊緣盆地中，因此，對其深入研究有助于認識海底地形和構造活動，為深水領域油氣資源勘探與預防海底地質災害提供有利依據(jù)。

但是由于MTDs多發(fā)育于深海沉積環(huán)境中，我們無法直觀地通過觀察其外部特征與內部結構來識別，因此需要借助高分辨率的地震資料、回聲探測、多波束測深系統(tǒng)等對其進行表征與識別[7-8]。本文基于瓊東南盆地陵水凹陷高分辨率三維地震資料，發(fā)現(xiàn)在陵水凹陷陸坡處發(fā)育有大量重力流沉積的產物，其中塊體搬運沉積占有較大比例。由于海底陸坡和盆地底部的沉積體系是以重力流沉積為主，因此MTDs的廣泛發(fā)育會影響海底形態(tài)和MTDs之后地層的沉積與構造變形，還會影響水道的發(fā)育位置[3,9]。但現(xiàn)在的研究依然沒有足夠的證據(jù)表明MTDs內部構造的發(fā)育對上覆地層沉積的影響，以及它是如何影響和控制后期地層沉積的。本文基于以上問題，研究國內外最新成果，對本地區(qū)MTDs進行刻畫和分析，重點研究MTDs內部構造特征和它對后續(xù)地層沉積的影響。

1 地質概況

瓊東南盆地位于中國海南島南部，整個盆地面積約為4.5×104km2，整個盆地呈NE方向展布[10]。陵水凹陷位于瓊東南盆地深水區(qū)，西部與樂東凹陷相連位于瓊東南盆地中央坳陷帶，南部為陵南低凸起，北部與陵水-松南低凸起連接，東部為松南低凸起。研究區(qū)位于陵水凹陷陸坡區(qū)，是連接淺海陸架與深海平原的過渡區(qū)（圖1）。陵水凹陷主要沉積的新生代地層包括始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)崖城組和陵水組，中新統(tǒng)三亞組、眉山組和黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組及第四系，新生代整體沉積的地層厚度約10 km[10-11]。陵水凹陷新生代地層主要經歷了古近紀的裂陷期、新近紀和第四紀的裂后期，裂后期沉積又根據(jù)沉降速率劃分為熱沉降期和加速沉降期，共3大構造演化階段。在加速沉降階段的后期，整個瓊東南盆地構造活動逐漸穩(wěn)定，北部海南島為盆地提供了充足的物源[10]。研究區(qū)內目的層段主要發(fā)育于第四紀，第四紀的沉積模式主要為陸架陸坡海相沉積，由于陸架邊緣的物源供給充足，這些沉積物受重力流沉積作用，在沿陸坡向下不斷推進沉積的過程中會發(fā)育塊體搬運沉積體、水道和峽谷等[12-14]。

圖1 瓊東南盆地陵水凹陷位置與研究區(qū)MTDs1現(xiàn)今地貌圖Fig.1 Location of Lingshui Sag, Qiongdongnan Basin and the MTDs1 current

2 MTDs在地震資料上的識別

由于深水地區(qū)資料有限，目前深水MTDs的識別方法仍以地震資料為主，用有限的常規(guī)測井資料、巖心等數(shù)據(jù)輔助解釋[15]。地震資料是目前識別深水MTDs最常見、最主要的方法。它主要是根據(jù)地震波對MTDs邊界及內部運動的響應特征來判斷MTDs的形態(tài)與搬運過程[8,15]。在地震上常見的陡崖、擦痕、雜亂反射、趾部的逆沖構造等識別標志可以判斷MTDs的規(guī)模、搬運方向等（圖2）[15]。利用地震屬性資料，如均方根、瞬時頻率、相干體、時間切片等，可以進一步識別MTDs的平面展布、內部特征等[2,15]。在常規(guī)的測井曲線上MTDs的特征通常為漏斗形和箱形的組合，頂界面為突變或漸變的接觸關系，曲線主要為弱齒狀或齒狀[8,15-16]。在測井資料識別中，以地震資料解釋為前提，用井-震結合的方法，對MTDs的測井曲線識別，研究其邊界和內部樣式等[16]。測井資料的局限性在于，它不能識別出MTDs的搬運方向及內部的具體形態(tài)，且深水鉆井成本大，巖心資料少。因此本文主要利用高精度的三維地震資料，通過對MTDs的地震剖面、平面、三維模擬來具體識別其特征與展布。

圖2 瓊東南盆地陵水凹陷陸坡典型剖面Fig.2 Type sections through the slope of Lingshui Sag,Qiongdongnan Basin

根據(jù)北康盆地第四紀沉積地層，MTDs在地震剖面上外部呈連續(xù)性差、弱振幅的丘狀、波狀反射特征，內部表現(xiàn)為雜亂、空白、弱-中-強振幅的反射特征；在尼日爾三角洲盆地和珠江口盆地的深水地層中可見MTDs呈半透明、低振幅、雜亂反射特征[7,16]。本文通過研究陵水凹陷陸坡區(qū)高分辨率三維地震資料，識別出研究區(qū)MTDs有以下特征：①在地震剖面上MTDs呈平行或亞平行狀的弱振幅、雜亂、丘狀反射特征；② 研究區(qū)處于塊體搬運沉積體系體部-趾部區(qū)域，因此在研究區(qū)識別出逆沖推覆構造，在剖面上通常表現(xiàn)為多個疊瓦狀的逆沖斷層和一系列擠壓脊（圖2）；③ 在平面上呈長條形—似扇狀幾何特征（圖3），在構造圖上可以看到凹陷的區(qū)域就是MTDs對基底的侵蝕作用區(qū)（圖1）。MTDs的巖性主要和陸坡頭部垮塌下來的物質有關，深海披覆泥占大多數(shù)，并且在MTDs趾部主要是碎屑流沉積，因此在剖面圖上可以看到雜亂反射主要為半透明反射特征。MTDs在搬運的過程中本身對下伏地層會有侵蝕作用，因此下伏地層的地震反射會弱于頂界面地震反射[14-15]。MTDs會遭到海底地形的控制，還會受到水道和底流作用的改造，因此它的頂界面通常為不規(guī)則起伏形態(tài)（圖2a）[3,13]。頂界面接著被后來的各種沉積物所填充[17]。塊體搬運沉積（MTDs1）對下伏地層的侵蝕作用會形成殘余地層，MTDs的侵蝕強度和下伏地層巖性決定了殘余地層的規(guī)模和分布（圖2）。研究區(qū)主要是MTDs體部和趾部區(qū)域，在地震剖面上常見逆沖構造，逆沖構造以連續(xù)的弧形向下坡方向搬運（圖1，圖2）。

在深水重力沉積體系中，水道堤岸復合體也是重要組成部分，水道是沉積物向深海區(qū)搬運的主要通道和沉積填充區(qū)域[18]。濁積水道主要在MTDs頂界面形成，它分為侵蝕期和填充期[19]。侵蝕期的水道主要對MTDs頂界面進行侵蝕，一般很少發(fā)生沉積作用；填充期時，水動力條件減弱，在水道內部發(fā)生沉積，在水道外側形成堤岸沉積（圖2）。因此在形成MTDs頂界面不規(guī)則起伏形態(tài)時，水道的侵蝕作用也是重要的因素。

2.1 侵蝕擦痕

侵蝕擦痕一般多發(fā)育于MTDs的體部和趾部，由頭部所滑塌下來的塊體在體部逐漸卸去重力，在體部其重力作用慢慢減弱，物源所攜帶的物質在此處逐漸沉積[4,8]。沉積物從頭部滑動，順著陸坡向下搬運到體部時逐漸轉化為碎屑流[14]。這些碎屑流沉積物由自身重力作用繼續(xù)沿著基底剪切面向下搬運，會侵蝕水道壁和下伏地層。塊體搬運過程中的動力強弱決定了侵蝕擦痕發(fā)育的數(shù)量和大小，動力越強，塊體對下伏地層的侵蝕性越強，侵蝕擦痕越大。由于MTDs在體部的侵蝕作用較強，基底剪切面會受到侵蝕，形成比較常見的剪切槽。研究區(qū)發(fā)育的侵蝕擦痕顯示，它下伏地層的同相軸被斷開，侵蝕擦痕內部為雜亂或空白反射，呈波狀弱連續(xù)地震相特征（圖4）。在平面上，侵蝕擦痕表現(xiàn)為不規(guī)則的凹槽，圖中凹凸不平的表面證實了塊體在搬運過程中對下伏地層具有侵蝕性（圖1）。侵蝕擦痕較為平直，其寬度大約為1～2 km，MTDs的強度和下伏地層的巖性決定了侵蝕擦痕的規(guī)模（圖3）。

圖4 MTDs侵蝕擦痕典型剖面Fig.4 Typical sections for MTDs erosion scratches

2.2 逆沖推覆構造

逆沖推覆構造與大型的逆沖斷層不同，它是發(fā)育在塊體搬運沉積的趾部，并且在擠壓作用下形成的疊瓦狀排列。塊體在向下坡方向搬運的過程中由于地形的影響而受到限制，或后面的塊體加速擠壓前方塊體使地層變形，這兩種情況是形成逆沖推覆構造的主要動力因素[20]。逆沖推覆構造的規(guī)模取決于MTDs沉積體的大小和擠壓動力強弱，沉積體的規(guī)模越大、擠壓作用越強，其內部逆沖推覆構造發(fā)育的規(guī)模也越大，MTDs趾部逆沖構造的厚度一般達到數(shù)十米，有的甚至幾百米厚[7]。從研究區(qū)逆沖推覆構造典型剖面觀察發(fā)現(xiàn)，MTDs內部逆沖推覆構造的同相軸表現(xiàn)為中—低振幅且連續(xù)的波狀反射特征，它一般都是疊瓦狀排列并且彎曲方向與塊體搬運方向一致（圖5）。在平面上，逆沖構造的特征為厚度較大的長條形脊，塊體滑塌的方向垂直于逆沖脊（圖1）；均方根振幅圖和瞬時頻率圖上顯示，逆沖構造發(fā)育區(qū)為連續(xù)的條帶狀，并向塊體搬運方向凸出（圖3）。從圖5可以看到，由于MTDs后期受到的擠壓作用較強，因此MTDs頂界面的振幅一般要強于底界面。

圖3 MTDs1均方根屬性圖（a）和瞬時頻率圖（b）Fig.3 RMS amplitude map of MTDs1(a)， instantaneous frequency map of MTDs1(b)

圖5 MTDs逆沖構造典型剖面Fig.5 Typical sections showing MTDs thrust nappe structure

2.3 擠壓脊

擠壓脊的發(fā)育位置比較廣泛，在深水環(huán)境和陸地都有發(fā)育[7]。擠壓脊的發(fā)育規(guī)模受到陸坡坡度和MTDs底部地形的控制，坡度較大或者地形隆起會使塊體向前搬運時受阻，地層會受到更嚴重的擠壓作用，容易形成規(guī)模較大的擠壓脊。擠壓脊一般都與逆沖推覆構造一起出現(xiàn)，擠壓脊是由于MTDs受到擠壓作用時，外部形態(tài)會變得起伏不平，后期地層繼續(xù)發(fā)育時就會受到MTDs的影響。擠壓脊多發(fā)育于擠壓作用強烈的趾部區(qū)域。研究區(qū)的地震剖面顯示，擠壓脊隆起的區(qū)域正是逆沖構造向上抬升的位置，在MTDs的頂界面還可以看到脊和谷會交替出現(xiàn)，谷的位置就是后期濁流最先填充的區(qū)域（圖6）。在平面上，擠壓脊的現(xiàn)象與逆沖推覆構造相似，構造圖中表現(xiàn)為地形局部隆起形成連續(xù)凹凸不平的表面（圖1）；瞬時頻率圖中顯示為連續(xù)的弧形并且沿著塊體搬運方向傾斜（圖3b）。

圖6 MTDs擠壓脊典型剖面Fig.6 Typical sections showing MTDs squeeze ridge

3 MTDs與后沉積地層關系

陸坡由于失穩(wěn)、垮塌等原因形成的MTDs在搬運過程中會侵蝕下伏地層并且邊搬運邊沉積，MTDs沉積后所形成的海底地形，還可以影響后期濁流的走向和濁流沉積的分布[21]。這些直接或間接地影響了后期地層的發(fā)育和沉積物的流動方向。MTDs1和MTDs2的地層直接接觸，即MTDs1的頂界面為MTDs2的底界面（圖7）。MTDs1的地層沉積薄厚不一，在下伏地層隆起的區(qū)域MTDs1的沉積少，地層相對較?。▓D7）。通過剖面可以看到，MTDs1沉積厚度較薄的區(qū)域，其上部的濁流沉積地層則相對較厚（圖8）。在層間也有部分區(qū)域發(fā)育連續(xù)性較好的地震反射，這塊連續(xù)性較好的地層有可能是濁流沉積的產物，表明了塊體搬運沉積在繼續(xù)向坡下運動時會逐漸向濁流沉積轉化，重力流作用下的塊體搬運沉積不是時刻發(fā)生，在構造作用減弱的區(qū)域會發(fā)育較為連續(xù)的地層[22]。MTDs1的現(xiàn)今地貌圖顯示有許多凸起和凹陷的區(qū)域，并且還有一些弓形的脊，這些長約10～15 km、寬約2～3 km的逆沖脊主要發(fā)育在逆沖構造形成的區(qū)域（圖9a）。MTDs1主要通過起伏不平的頂界面對后期濁流沉積產生控制作用和影響，這些凸起和凹陷會影響后期地層沉積的厚度和沉積物的流向，這些脊也會阻礙和抑制后期沉積物的下坡運動。

MTDs1之上是一期濁流沉積地層，濁流沉積發(fā)育的地層相較于MTDs的地層連續(xù)性好，呈中—強反射特征（圖7，圖9d）。濁流沉積厚度圖的西南低洼區(qū)域顯示，濁流在此區(qū)域內沉積較少，可能的原因是下伏MTDs1向上隆起或上覆MTDs2在搬運時侵蝕作用較大，侵蝕了原本已經沉積的地層（圖7，圖8a-b，圖9b）。MTDs1頂界面逆沖脊的區(qū)域內地形起伏較大，脊與脊之間也可作為后期濁流的“通道”，這些通道作為濁流沉積物搬運的載體又叫濁積水道，濁積水道內部的振幅強于普通的濁流地層（圖7-9）。這些逆沖脊不僅可以作為濁流的通道，而且也會抑制濁流的下坡運動，改變濁流流向，濁流順著這些脊向地形低處繼續(xù)運動沉積[22]。在MTDs1東南角區(qū)域內，其沉積較薄，地層凹陷，地形相較于前期較低，因此后期的濁流在此處沉積的地層較厚，其后的MTDs2卻沉積較?。▓D8e-f，圖9）。在此處濁流沉積的地層中還發(fā)現(xiàn)了混合流，它是同一重力流事件中流體轉化為多種不同性質流體的產物，即碎屑流沉積與濁流沉積，混合流的地層連續(xù)性比塊體搬運沉積好，但比濁流沉積差（圖7）。濁流沉積的地層除了受到下伏MTDs1頂界面起伏地形的控制和影響，還受到上覆MTDs2侵蝕作用的影響。當MTDs2的侵蝕作用變強，會對已經沉積的濁流沉積造成侵蝕，改變濁流沉積的地層厚度（圖8a-b、e-f）。當濁流沉積的地層厚度改變后又會反過來影響MTDs2的后續(xù)沉積，因此這些控制作用都是相互影響的。

圖7 MTDs與后期濁流沉積的典型剖面Fig.7 Typical sections showing MTDs and late turbidity deposition

圖8 東北方向上后期濁流沉積的典型剖面Fig.8 Typical sections showing late turbidity current deposition in the northeast

圖9 MTDs與后期濁流沉積屬性圖Fig.9 attribute map of MTDs and later turbidity current depositsa. Current geomorphology of MTDs1, b. thickness map of turbidity current deposits between MTDs1and MTDs2, c. thickness map of MTDs2,d. the root mean square attribute map of turbidity current deposits.

從整體來看，因為MTDs1沉積的厚度分布不一，就形成了起伏不平的頂界面，海底凹凸不平的地形以及那些狹長的槽狀地形會影響甚至改變后續(xù)濁流的走向及其沉積分布。MTDs1的滑塌方向與后期濁流的流向并不一致，MTDs1的滑塌方向是垂直于它所形成的逆沖脊，而后期濁流的方向會隨著地形不斷改變（圖9a，圖10a-b）。后期濁流沉積顯示，在MTDs1沉積厚、地形較高的區(qū)域濁流沉積較薄，在MTDs1沉積較薄的區(qū)域濁流沉積的地層厚（圖9a-b，圖10）。濁流沉積的地層起伏也會受到MTDs1的地形控制，在濁流剛沉積時，會首先填充MTDs1表面低洼區(qū)域，之后填充沉積相對較平的地層。MTDs1一些局部的突起太高，后期的濁流沉積并不能完全覆蓋這些隆起（圖7，圖10c），就會造成MTDs1直接與后期MTDs2接觸并對其產生影響和控制作用（圖10b-c）。到MTDs2沉積時，濁流沉積的地層對其起主要的控制作用，它沿著濁流沉積的表面逐漸沉積，先是在低洼處大量沉積然后再向周圍擴散沉積，并且MTDs遇到下伏地層凸起處會受到地層影響而改變其自身形態(tài)。MTDs的侵蝕能力會使MTDs2侵蝕下伏的濁積地層，使下伏地層缺失并厚度減薄，而自身的厚度增加。因此在濁流沉積較厚的區(qū)域，MTDs2沉積較??；在濁流沉積較薄的區(qū)域，MTDs2沉積較厚；MTDs2的厚度會隨著濁流沉積的起伏而分布不一（圖9b-c，圖10）。

圖10 MTDs1對后期濁流和MTDs2的控制用Fig.10 The control of MTDs1 on the late turbidity current and MTDs2

MTDs頂面凸起的區(qū)域限制了濁流的繼續(xù)流動，改變濁流流向，使其順著凸起邊緣向地勢較低處繼續(xù)搬運沉積。在其頂面低洼的區(qū)域，如兩脊之間的洼陷則充當了濁流的通道，使?jié)崃饔赏ǖ老虻匦蔚吞幚^續(xù)搬運沉積。濁流會不斷因為MTDs地形的起伏而改變其流向，地形高處抑制其搬運，優(yōu)先填充地形低處。當后期濁流沉積途徑MTDs的起伏地形時，會受到變形速率、泥沙供給、水流動力等的影響，因此濁流的流向與其沉積分布會廣泛受到MTDs起伏不平的地層控制。

4 結論

（1）研究區(qū)所發(fā)育的深水重力流沉積單元包括塊體搬運沉積體系、濁流沉積、水道堤岸復合體。

（2）研究區(qū)MTDs總體表現(xiàn)為弱振幅、低連續(xù)、雜亂或空白的地震反射特征且具有明顯的侵蝕作用。在研究區(qū)識別出MTDs體部區(qū)域發(fā)育大量侵蝕擦痕，其地震相特征為波狀弱連續(xù)；以擠壓作用為主的MTDs趾部區(qū)域多發(fā)育逆沖推覆構造和擠壓脊，呈中—弱振幅、中—低連續(xù)的丘狀地震反射特征。

（3）研究區(qū)識別出兩期MTDs分別為MTDs1和MTDs2。MTDs1在趾部擠壓區(qū)域發(fā)育的逆沖脊長約10～15 km、寬約2～3 km，逆沖脊的發(fā)育改變了海底地形。通過對MTDs內部結構和MTDs起伏不平的頂界面的分析發(fā)現(xiàn)，MTDs內部結構的變化造成其頂界面的凸起與凹陷，頂界面的起伏變化控制了后期濁流流向，且進一步影響了濁積巖的厚度和分布。