肖子洋，黃傳炎，謝 通，李邦勇，李 媛

(1.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

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砂質(zhì)碎屑流典型特征及識(shí)別標(biāo)志

肖子洋1，2，黃傳炎1，2，謝 通1，2，李邦勇1，2，李 媛1，2

(1.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

通過(guò)對(duì)北部灣盆地福山凹陷流沙港組一段巖心觀察，理清砂質(zhì)碎屑流沉積構(gòu)造特征——發(fā)育豐富的塊狀構(gòu)造和滑塌變形構(gòu)造，可見大量泥礫；識(shí)別出巖性的垂向組合特征，由底至頂為含礫砂巖段—細(xì)砂巖段—泥巖段。從砂質(zhì)碎屑流的定義、巖石學(xué)特征和流變學(xué)特征等3個(gè)方面出發(fā)，總結(jié)出砂質(zhì)碎屑流的識(shí)別標(biāo)志——大套塊狀砂巖頂部與泥巖突變接觸，底部與含礫砂巖不整合接觸，砂巖中泥質(zhì)撕裂屑和漂浮泥礫現(xiàn)象豐富，滑塌變形構(gòu)造十分發(fā)育。研究結(jié)論可為砂質(zhì)碎屑流的研究以及深水沉積油氣勘探提供科學(xué)依據(jù)。

砂質(zhì)碎屑流；深水沉積；漂浮泥礫；塑性流體；構(gòu)造特征；福山凹陷

0 引 言

深水沉積是全球油氣勘探開發(fā)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，而針對(duì)深水沉積的研究始于對(duì)濁流的認(rèn)識(shí)，Kuenen在1950年提出濁流為粒序遞變層理的成因，開啟了深水沉積研究的大幕。19世紀(jì)70年代鮑馬序列的提出和深水沉積扇模式的建立過(guò)程中，濁流成因占據(jù)了深水沉積的主導(dǎo)，直到20世紀(jì)90年代后，以Shanmugam為代表的沉積學(xué)家對(duì)于深水區(qū)域發(fā)育的砂體的成因提出了新觀點(diǎn)——砂質(zhì)碎屑流成因。砂質(zhì)碎屑流的提出引發(fā)了深水沉積研究的熱潮，沉積學(xué)家將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到砂質(zhì)碎屑流的研究中，其研究對(duì)當(dāng)前全球深水油氣勘探有重大意義。

1 砂質(zhì)碎屑流的定義

砂質(zhì)碎屑流是深水沉積研究的最新進(jìn)展，許多沉積學(xué)家陸續(xù)提出了在深水區(qū)發(fā)育大規(guī)模砂質(zhì)碎屑流的新認(rèn)識(shí)。與以往對(duì)濁積巖的認(rèn)識(shí)不同，Shanmugam認(rèn)為砂質(zhì)碎屑流是一種沉積物呈塑性塊體搬運(yùn)狀態(tài)的黏滯性流體[1](圖1，圖1據(jù)文獻(xiàn)[2]有改動(dòng))。換言之，砂質(zhì)碎屑流是一種界于低密度濁流和泥質(zhì)碎屑流之間的黏滯性塑性流體，其形成階段界定于滑塌變形碎屑形成期與真正低密度濁流期之間，并且砂質(zhì)碎屑流呈層狀或塊狀流動(dòng)，碎屑顆粒含量一般為中等—高，泥質(zhì)含量一般為低—中等，以團(tuán)塊狀整體固結(jié)沉積。從其沉積物支撐機(jī)制來(lái)看，砂質(zhì)碎屑流主要受基質(zhì)強(qiáng)度、分散壓力和浮力控制。

2 砂質(zhì)碎屑流巖石學(xué)特征

砂質(zhì)碎屑流最具代表性的巖性標(biāo)志為含泥礫砂巖與無(wú)任何層理的塊狀砂巖[3]。含泥礫砂巖的巖性較細(xì)，主要有粉砂巖、細(xì)砂巖，其次為泥質(zhì)粉砂巖，泥礫的粒徑差異較大，一般為1～3 cm，最大可達(dá)10 cm。粒徑的大小與滑塌變形規(guī)模及砂質(zhì)碎屑流運(yùn)移距離的長(zhǎng)短有關(guān)?；冃蔚囊?guī)模越大，泥礫的粒徑越大；砂質(zhì)碎屑流運(yùn)移距離越遠(yuǎn)，泥礫的粒徑越小。劉昕、潘樹新等通過(guò)粒度分析方法[4-5]研究砂質(zhì)碎屑流的沉積環(huán)境。結(jié)果表明，砂質(zhì)碎屑流一般具有2層韻律結(jié)構(gòu)，在流動(dòng)分層過(guò)程中，上部沉積物泥質(zhì)含量少，屈服強(qiáng)度高，發(fā)育塊狀層理；下部沉積物泥質(zhì)含量多，屈服強(qiáng)度低，形成層流的平行層理。

3 砂質(zhì)碎屑流的賓漢塑性流特征

砂質(zhì)碎屑流的流變學(xué)特征是砂質(zhì)碎屑流區(qū)別于其他重力流的依據(jù)。濁流和砂質(zhì)碎屑流流變學(xué)特征對(duì)比研究表明，濁流為牛頓流體，砂質(zhì)碎屑流為賓漢塑性流體。呈層狀流動(dòng)是識(shí)別砂質(zhì)碎屑流的重要標(biāo)志[6]。濁流是由于碎屑顆粒間存在密度差異，碎屑顆粒沉降速率不同，大顆粒下沉，小顆粒懸浮形成的混合流體。沉積顆粒的正粒序是濁流沉積的典型特征。有學(xué)者按照濁流密度的不同，將其劃分為高密度濁流和低密度濁流2種類型，這種劃分頗有爭(zhēng)議。Shanmugam認(rèn)為，從流變學(xué)特征來(lái)看，高密度濁流具有塑性流變學(xué)特征，屬于砂質(zhì)碎屑流，不應(yīng)該單獨(dú)劃分為一類。實(shí)際上，砂質(zhì)碎屑流與濁流是能夠相互轉(zhuǎn)換的，砂質(zhì)碎屑流通過(guò)搬運(yùn)過(guò)程中的流動(dòng)分層，可以轉(zhuǎn)化為濁流；同樣，濁流伴隨著水體的注入，也可以轉(zhuǎn)化為砂質(zhì)碎屑流。

砂質(zhì)碎屑流具有特殊流變學(xué)特征的根源是砂質(zhì)碎屑流中存在的黏附力。王德坪對(duì)砂質(zhì)碎屑流的抗剪強(qiáng)度研究表明：砂質(zhì)碎屑流中存在黏土和水基質(zhì)形成的黏附力在沉積物抗剪強(qiáng)度中起主導(dǎo)作用，而對(duì)砂質(zhì)碎屑流沉積巖石學(xué)研究，表明沉積的原生黏土主要存在于顆粒接觸處，而空隙是被流體占據(jù)的[7]。砂質(zhì)碎屑流砂體在流動(dòng)過(guò)程中，由于顆粒接觸處存在黏土和水基質(zhì)，顆粒間必然存在毛細(xì)管力作用，黏土和水基質(zhì)成了顆粒間的一種黏附劑。由于砂質(zhì)碎屑流砂體是包含巨大顆粒表面積的黏附體系，少量的黏土和水基質(zhì)在顆粒間呈薄膜狀時(shí)，產(chǎn)生的黏附力將很大。砂質(zhì)碎屑流借助這種黏附力在搬運(yùn)沉積過(guò)程中能夠形成具有一定強(qiáng)度的塊狀砂體。

4 砂質(zhì)碎屑流發(fā)育背景及展布特征

根據(jù)重力流沉積物特征及其發(fā)育的相關(guān)位置，可以將重力流演化過(guò)程劃分為4個(gè)階段，即崩塌階段、滑塌階段、砂質(zhì)碎屑流階段、濁流階段[8]。而砂質(zhì)碎屑流的形成，需要充沛的物源，有利的地形坡度及適當(dāng)?shù)挠|發(fā)機(jī)制[9]，當(dāng)大量沉積物順著斜坡沉積時(shí)，砂體厚度及地形坡度不斷增大，達(dá)到一個(gè)臨界狀態(tài)，沉積物內(nèi)部形成超孔隙壓力，沉積物自身的重力大于下部泥巖的承受能力，沉積界面處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在適當(dāng)?shù)挠|發(fā)機(jī)制作用下，松動(dòng)的巖層首先發(fā)生滑動(dòng)崩塌，然后發(fā)生滑塌，巖層破碎成多個(gè)塊體，并伴隨大量的軟沉積物變形，伴隨水體注入，巖層塊體破碎攪渾，以碎屑流的形式順著斜坡呈層狀向前流動(dòng)[10]。

砂質(zhì)碎屑流在低位體系域較為發(fā)育，而砂質(zhì)碎屑流空間分布主要受深水坡折帶控制，且不同類型坡折帶對(duì)砂體的發(fā)育有不同的影響。深水坡折帶之下發(fā)育重力流沉積，之上發(fā)育牽引流沉積。寬緩型坡折帶發(fā)育的砂體一般垂直于坡折帶分布，窄陡型坡折帶發(fā)育的砂體一般平行于坡折帶分布[7]。砂質(zhì)碎屑流在平面相帶上主要發(fā)育于三角洲前緣，三角洲前緣坡折帶下發(fā)育的砂質(zhì)碎屑流舌狀體，縱向延伸不遠(yuǎn)，橫向疊置連片，在平面上大致形成孤立舌狀體、疊加舌狀體或席狀舌狀體。

5 福山凹陷砂質(zhì)碎屑流實(shí)例分析

福山凹陷位于北部灣盆地南斜坡東緣，是中新生代發(fā)育的凹陷，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其南部為海南隆起，北部為瓊州海峽，東臨云龍凸起，西與臨高凸起相接，整體為北斷南超的箕狀斷陷，區(qū)域面積約為2 920 km2[11-13]。凹陷內(nèi)發(fā)育古近系地層長(zhǎng)流組、流沙港組及潿洲組，其中流沙港組整體為一套巨厚的湖相三角洲沉積，目前主力勘探層位為流沙港組一段，主要為深灰、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰白色含礫細(xì)砂巖、礫狀砂巖互層，砂泥層厚度不等，砂巖比例較大。

通過(guò)對(duì)福山凹陷永安地區(qū)流沙港組流一段巖心觀察，發(fā)現(xiàn)其主要是黑色泥巖和灰色細(xì)砂巖，其次為灰黑色粉砂巖和灰白色含礫細(xì)砂巖，含少量礫巖，礫石直徑為2～10 mm，分選較差—中等，磨圓度為次棱角狀—次圓狀，塊狀構(gòu)造、滑塌變形構(gòu)造十分發(fā)育，常見泥質(zhì)撕裂屑、漂浮泥礫和砂泥互層。根據(jù)其巖性組合特征，發(fā)現(xiàn)其主要發(fā)育一套由下至上的礫巖—含礫砂巖—細(xì)砂巖—粉砂巖—泥巖的遞變粒序?qū)永?，整體構(gòu)成一個(gè)正旋回?？梢詫⑵鋭澐譃?個(gè)層段，即泥巖段、粉砂巖段、細(xì)砂巖段、含礫砂巖段、礫巖段。泥巖段主要為黑色泥巖，含少量灰白色砂質(zhì)紋層，局部含礫，發(fā)育塊狀構(gòu)造，滑塌變形構(gòu)造；粉砂巖段主要為深灰色泥質(zhì)粉砂巖，少部分為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖，發(fā)育塊狀構(gòu)造，部分發(fā)育水平層理；細(xì)砂巖段主要為灰色細(xì)砂巖，含少量灰黑色泥質(zhì)紋層，細(xì)砂巖段沉積構(gòu)造豐富，發(fā)育楔狀交錯(cuò)層理、波狀交錯(cuò)層理，塊狀構(gòu)造，揉皺現(xiàn)象，微斷裂構(gòu)造，包卷層理，滑塌變形構(gòu)造(圖2)，多見泥質(zhì)撕裂屑，泥礫比較發(fā)育，有S型撕裂狀泥礫，呈定向排列的長(zhǎng)條狀泥礫，粒徑達(dá)10 cm巨大的漂礫，

也可見高角礫化泥礫，呈直角或較大銳角的，發(fā)育橢圓形泥礫(圖3)；含礫砂巖段主要為灰白色含礫細(xì)砂巖，含少量含礫中粗砂巖，礫石大少一般向上呈現(xiàn)逐漸變小的趨勢(shì)，粒徑為1～5 mm，分選較差—中等，磨圓度為次棱角狀—次圓狀，夾泥質(zhì)紋層，發(fā)育塊狀構(gòu)造，滑塌變形構(gòu)造；礫巖段主要發(fā)育灰色礫巖，粒徑為2～10 mm，分選較差—中等，磨圓度為次棱角狀—次圓狀，發(fā)育塊狀構(gòu)造，滑塌變形構(gòu)造，局部可見泥礫，礫巖段規(guī)模較小。

就其垂向組合關(guān)系而言，泥巖段位于砂礫巖的頂部，粉砂巖段作為泥巖段到細(xì)砂巖段的過(guò)渡層段，厚度較薄，一般為3～5 cm，細(xì)砂巖段與上覆泥巖段呈突變平行接觸，與下伏含礫砂巖段呈不整合接觸，部分發(fā)育沖刷面(圖4)，細(xì)砂巖段頂部附近有漂浮泥礫和泥質(zhì)撕裂屑集中存在現(xiàn)象，含礫砂巖段與上覆細(xì)砂巖段呈過(guò)渡接觸，完整的礫巖段比較少見。

圖4 砂質(zhì)碎屑流砂體接觸關(guān)系

在大多數(shù)情況下，5個(gè)層段發(fā)育不完整，主要為含礫砂巖段—細(xì)砂巖段—泥巖段，其次為細(xì)砂巖段—泥巖段。從整體來(lái)看，主要發(fā)育塊狀構(gòu)造、滑塌變形構(gòu)造，砂巖中可見泥質(zhì)撕裂屑和泥礫，砂巖中夾泥質(zhì)條帶，泥巖中夾砂巖紋層，砂泥互層比較發(fā)育。

從巖心特征上來(lái)看，常見大套塊狀砂巖，塊狀砂巖與上下泥巖呈突變接觸，表明塊狀砂巖在沉積過(guò)程中是呈紋層狀整體凍結(jié)的，反映了砂質(zhì)碎屑流塊體運(yùn)動(dòng)的特征；塊狀砂巖底部也可見沖刷面，表明在砂體底面上曾發(fā)生高速滑動(dòng)和強(qiáng)烈侵蝕作用[4]。在塊狀砂巖沉積的過(guò)程中伴隨著泥礫的形成，由于流體具有特殊的流變學(xué)特征，泥礫呈各種形態(tài)沉積。S型撕裂狀泥礫表明了塊狀流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)下伏沉積物的剪切作用；呈定向排列的長(zhǎng)條狀泥礫體現(xiàn)了流體的層狀流動(dòng)的特征；粒徑達(dá)10 cm巨大的漂礫體現(xiàn)了流體高密度和塑性特征，呈直角或較大銳角高角礫化泥礫，表明泥巖被打碎后快速沉積特征，而發(fā)育環(huán)形構(gòu)造的橢圓形泥礫，說(shuō)明泥礫經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)距離搬運(yùn)，顆粒逐漸被磨圓的過(guò)程。

在塊狀砂巖沉積過(guò)程中，發(fā)育兩大類塑性泥質(zhì)撕裂屑，不規(guī)則狀泥質(zhì)撕裂屑大多發(fā)育于具較大顆粒間摩擦力的純凈的塊狀細(xì)砂巖中，長(zhǎng)條狀泥質(zhì)撕裂屑一般形成于塊狀粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖巖中，準(zhǔn)同生期形成的泥質(zhì)撕裂屑一般位于塊狀砂巖頂部附近，也可出現(xiàn)在塊狀砂巖中。漂浮的泥質(zhì)撕裂屑說(shuō)明砂體在搬運(yùn)沉積過(guò)程中，砂質(zhì)碎屑流流體具有一定的強(qiáng)度和浮力支撐特征，同時(shí)也反映了砂體整體固結(jié)的沉積特征。總的來(lái)說(shuō)，含漂浮泥礫和泥質(zhì)撕裂屑的塊狀砂巖的沉積特征表明流體是呈層狀流動(dòng)的砂質(zhì)碎屑流，而不是紊亂狀態(tài)的濁流[8]。

通過(guò)對(duì)福山凹陷流沙港組流一段巖性特征的分析[14-16]，發(fā)現(xiàn)福山凹陷流沙港組流一段具有砂質(zhì)碎屑流的沉積特征。福山凹陷是北斷南超的箕狀斷陷，流沙港組時(shí)期是福山凹陷的主要成盆期，流一段位于半深湖—深湖區(qū)，發(fā)育重力流沉積砂體湖底扇。福山凹陷這種構(gòu)造背景和沉積環(huán)境為砂質(zhì)碎屑流的形成提供充沛的物源，有利的地形坡度及適當(dāng)?shù)挠|發(fā)機(jī)制。福山凹陷流沙港組流一段具有砂質(zhì)碎屑流發(fā)育演化的有利條件，結(jié)合福山凹陷流沙港組流一段沉積特征，認(rèn)為福山凹陷流沙港組流一段發(fā)育砂質(zhì)碎屑流。

6 砂質(zhì)碎屑流識(shí)別標(biāo)志

在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合福山凹陷流沙港組一段巖心特征，不難發(fā)現(xiàn)砂質(zhì)碎屑流沉積巖具有以下識(shí)別特征。

(1) 巖心中常見大套塊狀砂巖。塊狀砂巖中有巨大漂浮泥礫，其底部常見沖刷面，頂部附近有漂浮泥礫和泥質(zhì)撕裂屑集中存在現(xiàn)象，漂浮泥礫和泥質(zhì)撕裂屑在塊狀砂巖中也有分布(圖5)。

圖5 砂質(zhì)碎屑流塊狀砂巖沉積特征

(2) 砂質(zhì)碎屑流常見彈性、脆性及塑性形變。除常見塊狀砂巖外，還發(fā)育大量包卷層理、滑塌變形構(gòu)造及微斷裂等同沉積或軟沉積變形構(gòu)造(圖3)。

(3) 塊狀砂巖與上下泥巖主要呈突變接觸，接觸面平整，局部有不整合接觸現(xiàn)象，且部分砂巖底部可見沖刷面(圖4)。

(4) 砂質(zhì)碎屑流沉積物中，泥礫比較發(fā)育，泥礫呈各種形態(tài)沉積。有S型撕裂狀泥礫，呈定向排列的長(zhǎng)條狀泥礫，粒徑達(dá)10 cm巨大的漂礫，也可見高角礫化泥礫，呈直角或較大銳角的，發(fā)育環(huán)形構(gòu)造的橢圓形泥礫(圖5)。

該識(shí)別特征可作為判斷砂質(zhì)碎屑流存在的依據(jù)。

7 結(jié) 論

(1) 福山凹陷流沙港組一段地層發(fā)育砂質(zhì)碎屑流沉積砂體。砂體中常見大套塊狀砂巖，砂體主要為黑色泥巖和灰色細(xì)砂巖，其次為灰黑色粉砂巖和灰白色含礫細(xì)砂巖，含少量礫巖，發(fā)育塊狀構(gòu)造、滑塌變形構(gòu)造，常見泥質(zhì)撕裂屑、漂浮泥礫，垂向上由下至上以含礫砂巖段—細(xì)砂巖段—泥巖段為主要組合特征。

(2) 重力流沉積過(guò)程中發(fā)育的砂質(zhì)碎屑流，是界于低密度濁流和泥質(zhì)碎屑流之間的黏滯性塑性流體，呈層狀或塊狀流動(dòng)。砂質(zhì)碎屑流典型巖性特征是大套塊狀砂巖和含泥礫砂巖，砂質(zhì)碎屑流常見彈性、脆性及塑性形變，發(fā)育塊狀構(gòu)造和滑塌變形構(gòu)造，塊狀砂巖與上下泥巖主要呈突變接觸，泥礫形態(tài)豐富，這些特征都可以作為砂質(zhì)碎屑流的識(shí)別標(biāo)志。

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編輯 林樹龍

20151020；改回日期：20160105

國(guó)家自然科學(xué)基金“典型斷陷富油氣凹陷層序構(gòu)成樣式差異性研究”(40872077)

肖子洋(1990-)，男，2013年畢業(yè)于長(zhǎng)江大學(xué)地球化學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)工程專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事沉積學(xué)與盆地分析方面研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.011

TE121；TE122

A

1006-6535(2016)02-0045-05