李華，何幼斌

1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430100 2.長(zhǎng)江大學(xué)沉積盆地研究中心，武漢 430100 3.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100

等深流沉積研究進(jìn)展

李華1,2,3，何幼斌1,2,3

1.長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430100 2.長(zhǎng)江大學(xué)沉積盆地研究中心，武漢 430100 3.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100

等深流沉積研究已有約50年的歷史，其研究成果極為豐富。近10余年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和海洋意識(shí)的提高，等深流沉積研究工作開(kāi)展迅速，涌現(xiàn)出了大量的新成果。簡(jiǎn)要回顧了等深流沉積研究的歷程，結(jié)合最新研究成果，對(duì)其進(jìn)展及認(rèn)識(shí)進(jìn)行了總結(jié)。等深流沉積以細(xì)粒沉積為主，沉積構(gòu)造及生物擾動(dòng)發(fā)育，多呈細(xì)—粗—細(xì)沉積序列。其類型可分為長(zhǎng)條形丘狀漂積體、水道型漂積體、補(bǔ)丁型漂積體等7類。沉積模式根據(jù)地形、水動(dòng)力、路徑等可分為簡(jiǎn)單路徑模式、復(fù)雜路徑模式以及等深流與重力流交互作用模式。等深流與重力流交互作用是深水沉積研究熱點(diǎn)之一。等深流沉積研究面臨的問(wèn)題及發(fā)展方向主要有三方面，即，1)完善識(shí)別標(biāo)志，推廣研究成果；2)綜合運(yùn)用多種手段和理論，探討沉積過(guò)程與構(gòu)造演化、古海洋及氣候變化的耦合關(guān)系；3)加大油氣勘探潛力研究力度。

等深流；等深流沉積；漂積體；底流

0 引言

自上個(gè)世紀(jì)60年代Heezenetal.[1]在深水區(qū)發(fā)現(xiàn)流水波痕進(jìn)而提出“等深流沉積”術(shù)語(yǔ)以來(lái)，等深流及等深流沉積研究已有50余年的歷史。等深流是由于地球旋轉(zhuǎn)而形成的溫鹽循環(huán)底流，即大致沿海底等深線水平流動(dòng)的底流，也稱等高流、水平流。等深流沉積分布廣泛，在大西洋兩岸、墨西哥灣及南海等地極為發(fā)育(圖1)[2]。近20余年，等深流沉積研究快速發(fā)展，圍繞等深流沉積開(kāi)展了一系列國(guó)際合作研究項(xiàng)目，如：IGCP432(1998—2001年)、 IODP339(2011—2012年)以及IODP349(2014年)，并發(fā)表了一系列研究成果[3-11]。眾多研究之中，挪威海、北海比斯開(kāi)灣及加迪斯灣的等深流沉積研究最為深入[3-5,9]，但仍存在一系列問(wèn)題，如缺乏完整的鑒別標(biāo)志；研究深度和廣度明顯低于重力流沉積的研究，這極大阻礙了后續(xù)研究工作。在回顧等深流沉積研究歷程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)結(jié)合最近10余年等深流沉積研究進(jìn)展，總結(jié)認(rèn)識(shí)及主要問(wèn)題，希望有助于提高等深流沉積的認(rèn)識(shí)，加快等深流沉積研究的步伐。

圖1 等深流沉積研究實(shí)例分布圖[2]Fig.1 The distribution of case study about contourites[2]

1 概況

1.1 研究歷程

1963年，Heezenetal.[1]在國(guó)際物理海洋學(xué)協(xié)會(huì)(International Association of Physical Oceanography)和國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)(IUGG)舉辦的第13屆聯(lián)合大會(huì)上，通過(guò)深海沉積物研究，認(rèn)為深海存在“底流”，并于1964年在MarineGeology發(fā)表論文，提出了“底流”這一術(shù)語(yǔ)[12]，其為等深流的雛形。1966年，Heezenetal.[13]正式提出了“等深流”的概念。隨后，等深流及等深流沉積開(kāi)始為人所認(rèn)識(shí)。等深流沉積研究大致可以分為三個(gè)階段。

初始階段(1960—1989年)：等深流及等深流沉積的提出，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)嶄新沉積學(xué)研究方向，具有里程碑的意義。本階段代表性的研究成果主要是Heezen及Lovell分別領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)。Heezenetal.[1]主要開(kāi)展北大西洋的現(xiàn)代深海等深流沉積，包括深水照片及巖芯等。Stowetal.[14]對(duì)現(xiàn)代和古代等深流沉積的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、成份等方面進(jìn)行了總結(jié)。Lovelletal.[15]總結(jié)了古代地層記錄中砂質(zhì)等深流沉積特征，即巖性多為粉砂巖、砂巖，泥質(zhì)含量極少，生物擾動(dòng)發(fā)育，無(wú)典型的垂向沉積序列，常見(jiàn)顆粒定向排列，重礦物富集等。同時(shí)，對(duì)比分析了濁流和等深流時(shí)空關(guān)系及相互作用。

發(fā)展階段(1990—2000年)：隨著等深流沉積研究不斷深入，并逐漸受到國(guó)際沉積學(xué)界的關(guān)注。1998年，首次啟動(dòng)了國(guó)際地質(zhì)對(duì)比計(jì)劃432項(xiàng)目(IGCP432，1998—2001年)，該項(xiàng)目由Stow博士負(fù)責(zé)，針對(duì)等深流沉積進(jìn)行了詳細(xì)的研究(Contourites, Courants Profonds et Paleocirculation Oceanique)，相繼發(fā)表了一批重要的研究成果[3,6-8,16]。此外，北大西洋[7]、加迪斯海灣[8,17]、威德?tīng)柡18]、巴西盆地南部[19]、中國(guó)西秦嶺[20]、湘西[21]、鄂爾多斯西南緣[22]等地都陸續(xù)見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道，研究?jī)?nèi)容涉及類型、沉積特征、沉積模式及主控因素等。

綜合階段(2000至今)：2000年以后，等深流沉積研究發(fā)展極為迅速，等深流沉積研究論文呈明顯的上升趨勢(shì)(CNKI，Elsevier，GSW)，在2008年和2015年呈現(xiàn)兩個(gè)高峰期(圖2)。同時(shí)，國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議也增設(shè)了等深流沉積專題。2013年，在英國(guó)曼切斯特召開(kāi)的第30屆國(guó)際沉積學(xué)會(huì)(IAS)，共篩選了10個(gè)口頭報(bào)告，11個(gè)展板進(jìn)行了成果交流。另外，為及時(shí)了解、交流等深流沉積研究成果，加快等深流沉積研究步伐，第一屆國(guó)際深水環(huán)流學(xué)術(shù)會(huì)議于2010年6月在西班牙成功召開(kāi)(International Conference on Deep-water Circulation: Processes and Products)。2014年9月在比利時(shí)召開(kāi)了第二屆國(guó)際深水環(huán)流會(huì)議。第三屆國(guó)際深水環(huán)流會(huì)議將于2017年在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)召開(kāi)。同時(shí)，國(guó)際合作項(xiàng)目也在不斷增多，包括IODP339及IODP349的順利實(shí)施，為深入了解等深流及等深流沉積提供了豐富的一手資料。本階段研究?jī)?nèi)容除了傳統(tǒng)的特征、鑒別標(biāo)志、沉積過(guò)程、模式及影響因素外，還擴(kuò)展到了等深流相關(guān)沉積的形成過(guò)程及機(jī)理研究，如等深流與重力流交互作用沉積響應(yīng)，以及沉積與構(gòu)造相結(jié)合的交叉研究，突出沉積過(guò)程與盆地構(gòu)造演化的耦合關(guān)系等。研究資料不斷豐富，包括高分辨率地震資料、淺剖、淺鉆、重力流活塞樣及多波束等。研究方法除了傳統(tǒng)的地質(zhì)及地球物理等定性描述研究，逐漸開(kāi)始結(jié)合室內(nèi)數(shù)值模擬手段，具有定性到半定量的趨勢(shì)[23-33]。

圖2 2004—2015年等深流沉積文獻(xiàn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)(檢索詞：等深流、等深流沉積)Fig.2 The statistics of references on contourites in 2004-2015 (Index words: contour current, contourite)

1.2 國(guó)內(nèi)等深流沉積研究

我國(guó)等深流沉積研究大致始于20世紀(jì)80年代。經(jīng)過(guò)30余年的努力研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)等深流沉積具有平面分布廣，涉及層位多的特點(diǎn)。目前，分別在川西震旦系[34]，湘西—黔東，贛北及揚(yáng)子周緣寒武系[21,35-36]，湘北、賀蘭山南麓，鄂爾多斯盆地西南緣及塔里木盆地奧陶系[22,37-40]，桂、皖中志留系[41-42]，秦嶺西部及南部泥盆系[20]，西秦嶺、川西、湘南及閩西南三疊系[43-44]，珠穆朗瑪峰地區(qū)侏羅系[45]以及南海北部珠江口盆地、瓊東南盆地、臺(tái)西南盆地中新統(tǒng)—第四系發(fā)現(xiàn)了等深流沉積[33,46-49](圖3)。

從研究歷史及成果來(lái)看，總體而言，我國(guó)等深流沉積研究時(shí)間比較短，研究成果相對(duì)比較少，與國(guó)際等深流沉積研究水平還具有一定的差距。但是，我國(guó)等深流沉積研究仍然具有自己的優(yōu)勢(shì)。其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 我國(guó)古代地層記錄中的等深流沉積研究相對(duì)較多。國(guó)際等深流沉積研究多以現(xiàn)代沉積為對(duì)象，而加強(qiáng)古代地層記錄中的等深流沉積的鑒別標(biāo)志研究、沉積過(guò)程分析、沉積模式的探討及主控因素的總結(jié)，有助于了解古氣候、古環(huán)境及古構(gòu)造。

(2) 現(xiàn)代等深流沉積研究成果也在逐漸增多。近年來(lái)，隨著研究技術(shù)和手段的不斷提高，南海等深流沉積研究明顯增多，包括瓊東南盆地、珠江口盆地及臺(tái)西南盆地。研究資料也日益豐富，如高分辨率地震資料、淺剖、淺鉆、重力流活塞樣及多波束等，研究?jī)?nèi)容除了傳統(tǒng)的等深流沉積(等深流巖丘、漂積體)，還涉及改造砂(等深流改造重力流沉積)及重力流與等深流交互作用沉積等方面。

(3) 隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，國(guó)家及國(guó)人海洋保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)，圍繞“等深流及其沉積響應(yīng)”為主題的科研項(xiàng)目資助力度明顯加大。以國(guó)家自然科學(xué)基金資助為例，2000年以前，等深流沉積相關(guān)研究資助項(xiàng)目?jī)H1項(xiàng)，而2010年之后，以“等深流沉積過(guò)程、形成機(jī)制及主控因素”為主題的項(xiàng)目多達(dá)10項(xiàng)，層位兼顧現(xiàn)代和古代，且研究區(qū)都位于我國(guó)油氣勘探主要區(qū)(鄂爾多斯盆地、揚(yáng)子地區(qū)及南海)(表1)。

綜上所述，盡管我國(guó)等深流沉積研究起步晚，但是在古代地層記錄中的等深流沉積研究仍然具有較大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，以南海現(xiàn)代等深流沉積研究為代表，隨著技術(shù)的提高及資助力度的加強(qiáng)，相信在現(xiàn)代等深流沉積研究方面定也能獲得一系列成果。

2 沉積類型及特征

2.1 等深流沉積類型及特征

2.1.1 沉積體類型

等深流能量的差異導(dǎo)致其沉積響應(yīng)復(fù)雜多樣，其沉積物粒度、沉積類型及沉積體形態(tài)各異。沉積物粒度從泥級(jí)到礫級(jí)都有，總體以泥級(jí)為主。底形類型豐富，如以侵蝕作用為主的水道、溝道、沖刷痕；以沉積作用為主的丘狀、席狀等深流沉積體及沉積物波(sediment waves)等。在眾多研究工作中，典型的等深流沉積體類型及特征是重要研究?jī)?nèi)容之一。前人基于研究實(shí)例和手段的不同，對(duì)典型等深流沉積體(漂積體)的類型和特征進(jìn)行了分類及總結(jié)，如Rebescoetal.[2]，Vianaetal.[7]，Stowetal.[16]， Faugèresetal.[50-51]，Labergetal.[52]，Rebescoetal.[53]，Hernández-Molinaetal.[54],高振中等[55]。

圖3 中國(guó)等深流沉積研究分布圖[20,22,33-49]Fig.3 The distribution of the case study contourites in China[20,22,33-49]

序號(hào)項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)項(xiàng)目名稱項(xiàng)目負(fù)責(zé)人依托單位項(xiàng)目起止時(shí)間191528304南海深海沉積過(guò)程與機(jī)制劉志飛同濟(jì)大學(xué)2016．01—2018．12241502101鄂爾多斯盆地西南緣中奧陶統(tǒng)重力流與等深流交互作用沉積研究李華長(zhǎng)江大學(xué)2016．01—2018．12341472096鄂爾多斯盆地西南緣中奧陶統(tǒng)等深流沉積及其主控因素研究何幼斌長(zhǎng)江大學(xué)2015．01—2018．12441372115深水單向遷移水道的成因機(jī)理及其內(nèi)的濁流、內(nèi)潮流與等深流交互作用研究王英民中國(guó)石油大學(xué)(北京)2014．01—2017．12541172101華北南緣與西緣早古生代等深流沉積特征類比及地質(zhì)意義屈紅軍西北大學(xué)2012．01—2015．12641172105中揚(yáng)子臺(tái)地南側(cè)下奧陶統(tǒng)等深巖丘形成機(jī)理研究羅順社長(zhǎng)江大學(xué)2012．01—2015．12741072086鄂爾多斯盆地西緣中奧陶統(tǒng)深水牽引流沉積研究何幼斌長(zhǎng)江大學(xué)2011．01—2013．12841106056南海南部禮樂(lè)海區(qū)深水底流沉積特征研究鄭紅波中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所2012．01—2014．12991028003南海北部陸坡區(qū)深水沉積物牽引體的時(shí)空分布及形成機(jī)制鐘廣法同濟(jì)大學(xué)2011．01—2014．121040972077深水重力流與底流交互作用的過(guò)程和響應(yīng)，以臺(tái)灣淺灘陸坡為例王英民中國(guó)石油大學(xué)(北京)2010．01—2012．121149872050下古生界深水牽引流沉積研究高振中長(zhǎng)江大學(xué)1999．01—2001．12

綜合各種分類方案，結(jié)合外形和等深流沉積形成過(guò)程，將等深流沉積體分為長(zhǎng)條形丘狀漂積體(elongated, mounded drifts)、水道型漂積體(channel-related drifts)、補(bǔ)丁型漂積體(patch drifts)、斷控型漂積體(fault-controlled drifts)、席狀漂積體(sheeted drifts)、限制型漂積體(confined drifts)、填充型漂積體(infill drifts)及復(fù)合型漂積體(mixed drifts)(圖4)[16,53]。大型長(zhǎng)條形丘狀漂積體剖面為丘狀，平面上成條帶狀或長(zhǎng)條形，大致平行斜坡分布。水道型漂積體多發(fā)育在大型水道或海峽(Gateway)，由于限制環(huán)境，流體速度較高，能量較強(qiáng)。補(bǔ)丁狀漂積體形態(tài)各異，規(guī)模一般較小，主要受地形控制。斷層可以控制底形及底形高低差異，因而控制等深流沉積形成斷控型漂積體。席狀漂積體外形多為席狀，在深海平原較為常見(jiàn)。限制型漂積體為丘狀，發(fā)育等深流水道(moat)，多形成于限制型的低洼底形。填充型漂積體多發(fā)育在滑塌處。復(fù)合型漂積體為等深流與其他性質(zhì)(如重力流)的水動(dòng)力綜合作用形成的沉積體。

另外，關(guān)于等深流沉積底形及特征研究，不得不提到Stowetal.[27]基于團(tuán)隊(duì)研究成果和認(rèn)識(shí)，并結(jié)合69種期刊刊載的等深流沉積成果，建立的粒度、速度及沉積底形關(guān)系，本成果對(duì)等深流的沉積響應(yīng)概括較為全面。其首先根據(jù)粒度和速度，將底形劃分為了侵蝕性底形和沉積型底形。侵蝕型底形包括泥溝(mud furrows)、砂質(zhì)溝道(sand furrows)、礫質(zhì)溝道(gravel furrows)以及不規(guī)則的沖刷痕(irregular scour)等。而沉積型底形大致分為三類，即等深流漂積體(contourite drift)、等深流砂質(zhì)席狀沉積(sand sheets)、等深流水道沉積(contourite gateways+channels)。三類底形進(jìn)一步根據(jù)沉積物粒度和等深流速度可分為泥波、砂波、礫波及礫質(zhì)壩等(圖5)。

圖4 等深流沉積體類型[2,5,50-54]Fig.4 The type of contourites[2,5,50-54]

2.1.2 沉積特征

隨著等深流沉積實(shí)例逐漸增多，其沉積特征的刻畫(huà)和總結(jié)也日趨完善，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都對(duì)其沉積特征進(jìn)行了總結(jié)[55-59]。

等深流沉積單層厚度一般為10～100 cm；巖性取決于物源性質(zhì)，可為陸源碎屑巖、碳酸鹽巖或火山巖等；粒度變化范圍較大，一般以泥級(jí)、粉砂級(jí)最為常見(jiàn)。粗砂—礫級(jí)比較少見(jiàn)，其多發(fā)育在限制型環(huán)境，如海灣、水道口；顆粒分選中等—好，具有一定的優(yōu)選方位。

沉積構(gòu)造較為豐富，常見(jiàn)小型交錯(cuò)層理、粒序?qū)永?、波痕，交錯(cuò)層理和不對(duì)稱型波痕指示古水流方向大致平行陸坡。生物擾動(dòng)極為發(fā)育，在整個(gè)層序均能見(jiàn)到。

經(jīng)典的等深流沉積層序從下至上可以分為泥質(zhì)段(C1)、斑塊粉砂質(zhì)和泥質(zhì)段(C2)、砂質(zhì)、粉砂質(zhì)段(C3)、斑塊粉砂質(zhì)和泥質(zhì)段(C4)和粉砂質(zhì)段和泥質(zhì)段(C5)，總體呈現(xiàn)細(xì)—粗—細(xì)的旋回特征。但是，地層記錄中很少能見(jiàn)到完整的沉積序列，常見(jiàn)不對(duì)稱的細(xì)—粗—細(xì)的序列，以及缺乏某一段或是幾段的沉積序列，具有不完整性特征(圖6)[57]。

2.2 等深流與重力流交互作用沉積類型及特征

在等深流沉積研究不斷深入過(guò)程中，研究?jī)?nèi)容還涌現(xiàn)了一系列其他性質(zhì)的水動(dòng)力與等深流相關(guān)的沉積作用和過(guò)程，目前研究較多的是重力流與等深流交互作用，其主要包括三方面：一是以Shanmugam為代表的底流改造砂(bottom-current reworked sands)[60-65]；二是等深流與重力流同時(shí)作用的沉積響應(yīng)(重力流爆發(fā)末期或間歇期能力較弱時(shí)，重力流與等深流能量大致相當(dāng))[48-49,65-72]。三是重力流與等深流沉積互層，即在地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)，探討重力流與等深流相互作用過(guò)程及沉積響應(yīng)，研究沉積過(guò)程與盆地構(gòu)造演化耦合機(jī)制，建立沉積與構(gòu)造、古氣候、古海洋之間的聯(lián)系[9]。

圖5 等深流沉積底形與速度的關(guān)系圖[27]Fig.5 The relationship between bedform and velocity of contourites[27]

圖6 等深流沉積序列[57]Fig.6 The contourite sequences[57]

底流改造砂巖性以砂和粉砂巖為主。單層厚度小，一般不超過(guò)5 cm，以薄層、紋層狀為主；沉積構(gòu)造常見(jiàn)砂紋層理、透鏡狀層理、波狀層理及雙泥層等；通常見(jiàn)突變或漸變接觸，多為反粒序沉積序列(圖7a，b)[60-65]。

單向遷移水道(峽谷)是重力流與等深流交互作用形成的重要類型之一。其典型的特征是具有明顯的單向遷移特征，遷移方向與等深流運(yùn)動(dòng)方向相同；水道內(nèi)部發(fā)育側(cè)積體(圖7c)。其形成可分為三個(gè)階段。1)重力流爆發(fā)初期，能量高，以侵蝕作用為主。2)隨后，重力流能量相對(duì)減弱，在水道中表現(xiàn)為侵蝕及沉積特征。等深流可將一部分沉積物搬運(yùn)至水道中沉積并保存下來(lái)，側(cè)積體開(kāi)始發(fā)育。水道開(kāi)始表現(xiàn)出一定的遷移特征。3)重力流末期或間歇期，能量微弱，在水道中以沉積為主。等深流占主導(dǎo)作用，其可搬運(yùn)大量沉積物至水道中沉積，并得以保存，此階段側(cè)積體大量發(fā)育。目前，單向遷移水道在西非加蓬盆地、巴西坎波斯盆地、格林蘭伊爾明厄盆地、中國(guó)南海瓊東南盆地及珠江口盆地等地區(qū)均有報(bào)道[48-49,66-71]。另外，等深流也可對(duì)重力流沉積(海底扇、朵葉)進(jìn)行改造、搬運(yùn)再沉積，使得海底扇外形不對(duì)稱，并具有偏轉(zhuǎn)特征，偏轉(zhuǎn)方向與等深流方向相同[15]。

等深流與重力流沉積互層在地層記錄中極為常見(jiàn)，其代表在地質(zhì)歷史時(shí)期內(nèi)等深流與重力流主導(dǎo)作用的交替變化(圖7d)。早期等深流沉積研究多數(shù)集中在其沉積標(biāo)志、特征、形成過(guò)程和模式上，較少將等深流沉積形成過(guò)程與盆地演化、古地理、古海洋等變化很好的結(jié)合起來(lái)。2016年，Hernández-Molinaetal.[9]將加迪斯海灣的等深流沉積演化與大陸邊緣演化、古海洋及海平面升降等進(jìn)行了綜合研究。認(rèn)為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響盆地的性質(zhì)、大陸邊緣的形成及等深流沉積響應(yīng)。研究區(qū)等深流沉積可分為初始階段、轉(zhuǎn)換階段及發(fā)育階段。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、物源供給、海平面升降和氣候可以控制等深流沉積。本成果無(wú)論是研究資料和手段，還是研究?jī)?nèi)容和認(rèn)識(shí)上來(lái)看都是較為全面的，為今后等深流沉積研究工作的開(kāi)展提供了一個(gè)重要方向。

2.3 沉積模式及主控因素

2.3.1 沉積模式

前人做了很多關(guān)于等深流沉積模式的建立工作，提出了不同的模式[8,15,22,54-55,63]。盡管各種模式都有不同的特色和優(yōu)勢(shì)，綜合大部分模式方案，筆者認(rèn)為Hernández-Molinaetal.[54]的等深流沉積模式較為全面，其兼顧了流體及沉積底形的形成和分布，還涉及了等深流與重力流交互作用(圖8)。其將等深流沉積模式分為了三類。

圖7 等深流與重力流交互作用沉積實(shí)例a.砂泥韻律互層，反粒序，向上與砂層突變接觸[63]；b.雙泥層[63]；c.南海北部珠江口盆地單向遷移水道[48]；d.加迪斯海灣等深流沉積與重力流沉積互層[9]Fig.7 The case study of interaction between contour current and gravity flowa. rhythmic layers sand and mud, inverse grading, sharp upper contact of sandy layer[63]; b. Double mud layers[63]; c. unidirectionally migrating channels[44]; d. interbedded contourites and gravity flow deposits[9]

(1) 簡(jiǎn)單路徑模式：本模式等深流運(yùn)移路徑較為單一，底形差異較小，螺旋型水流可形成丘狀漂積體，層狀水流多形成席狀漂積體和沉積物波。其多出現(xiàn)在構(gòu)造活動(dòng)較弱，底形多簡(jiǎn)單地區(qū)，如巴西斜坡和歐洲北部大陸邊緣。

(2) 復(fù)雜路徑模式：該模式底形差異較大，等深流主要為螺旋型，次生環(huán)流較為明顯，可形成豐富的丘狀漂積體和沉積物波，如大型長(zhǎng)條狀漂積體、限制性漂積體等，同時(shí)可見(jiàn)侵蝕底形(溝道、溝渠)。多出現(xiàn)在構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈，地形較為復(fù)雜地區(qū)，如主動(dòng)大陸邊緣、加迪斯海灣。

(3) 等深流與重力流交互作用模式：在重力流水道和滑塌區(qū)，重力流在沿斜坡向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的，等深流可對(duì)重力流沉積進(jìn)行改造、搬運(yùn)、再沉積。等深流可對(duì)水道迎流一側(cè)的堤岸進(jìn)行改造，在順流一側(cè)產(chǎn)生沉積，進(jìn)而形成不對(duì)稱的堤岸沉積。而在水道內(nèi)側(cè)積體發(fā)育，整體呈現(xiàn)出單向遷移的特征，遷移方向與等深流運(yùn)動(dòng)方向相同。本模式在重力流活動(dòng)活躍地區(qū)較為常見(jiàn)。

2.3.2 主控因素

等深流沉積影響因素眾多，主要有運(yùn)移路徑、速度及次生環(huán)流、物源供給、海平面升降、氣候變化、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、作用時(shí)間及其他性質(zhì)水動(dòng)力作用等[51,55]。

(1) 運(yùn)移路徑：海底底形、大陸邊緣的凹凸變化等可形成簡(jiǎn)單和復(fù)雜的運(yùn)移路徑，長(zhǎng)時(shí)間的等深流作用可形成不同類型的沉積底形，進(jìn)而產(chǎn)生豐富的沉積體(圖8)。

(2) 速度及次生環(huán)流：等深流運(yùn)動(dòng)的速度直接影響其沉積底形，速度快、能量高，以侵蝕型為主；速度低可能形成漂積體和沉積物波。同時(shí)，次生環(huán)流可形成不同形態(tài)的漂積體，螺旋型水流多形成丘狀漂積體，而層狀水流主要形成席狀漂積體。

(3) 物源供給：等深流沉積的類型和規(guī)模與沉積速率密切相關(guān)。物源供給的多少及有效性直接決定等深流沉積。而物源供給通常為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、海平面升降及氣候變化所影響。

(4) 海平面升降：海平面升降主要是影響物源的供給，進(jìn)而控制等深流沉積。低海平面時(shí)期，碎屑物質(zhì)大量注入深水盆地，重力流占主導(dǎo)作用，多為重力流相關(guān)砂體沉積。高海平面時(shí)期，碎屑物質(zhì)注入相對(duì)減少，重力流逐漸減弱，等深流活動(dòng)明顯增強(qiáng)，發(fā)育等深流沉積。

(5) 氣候變化及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)：氣候及構(gòu)造作用的影響主要是間接影響物源供給，進(jìn)而控制等深流沉積。氣候可影響物源的成份、結(jié)構(gòu)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可以控制地形的高差、盆地的性質(zhì)等，其不僅可以控制等深流沉積的物源，還可以影響等深流沉積發(fā)育位置。

(6) 作用時(shí)間：等深流速度一般較低，因而沉積速率也極低，而要形成大規(guī)模的等深流沉積體需要持續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間作用。因此，長(zhǎng)時(shí)間作用對(duì)等深流沉積極為重要，短時(shí)期之內(nèi)很難形成大規(guī)模的等深流沉積體。

(7) 其他性質(zhì)水動(dòng)力作用：深水區(qū)水動(dòng)力極為復(fù)雜多樣，常見(jiàn)等深流、重力流、內(nèi)波、霧濁層等，等深流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，可能存在不同性質(zhì)的水動(dòng)力相互作用，其一方面可能對(duì)等深流沉積進(jìn)行改造，另一方面可能與等深流共同作用而發(fā)生不同的沉積響應(yīng)，如特殊的沉積體或沉積底形。

上述因素，在不同地區(qū)及時(shí)間內(nèi)，其影響程度有所不同。一般而言，流速、物源供給為等深流沉積的直接影響因素。海平面升降、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及氣候變化可影響物源供給，間接控制等深流沉積；同時(shí)相對(duì)海平面的高低可以影響不同性質(zhì)的水動(dòng)力強(qiáng)度，低海平面時(shí)期，重力流較為常見(jiàn)，而高海平面時(shí)期等深流、內(nèi)波等作用更為顯著。某些特殊環(huán)境對(duì)等深流的路徑、沉積地形、流速及次生環(huán)流影響顯著，最終控制等深流沉積的類型及分布，如加迪斯海灣的限制性環(huán)境(水道)、南海北部東沙群島南緣的海底火山/底辟及東沙向南突出地形[9,48]。

3 地質(zhì)意義

3.1 古環(huán)境

等深流沉積是沉積過(guò)程與環(huán)境的綜合體現(xiàn)，因此，加強(qiáng)等深流沉積研究有利于古氣候、古地形、古海洋及古構(gòu)造等的分析，是研究古地理的重要手段。等深流沉積與氣候關(guān)系密切，冰期和間冰期，氣候溫暖和潮濕不同，可導(dǎo)致等深流沉積物的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)明顯不同。同時(shí)，氣候可影響相對(duì)海平面的升降，進(jìn)而控制等深流沉積的發(fā)育和保存。而在地層記錄中等深流沉積有效識(shí)別重要特征是其形態(tài)，如丘狀、長(zhǎng)條形、席狀等，其與地形、古海洋及構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)。IODP339在加迪斯海灣的順利完成，對(duì)其等深流沉積進(jìn)行了綜合研究。Hernández-Molinaetal.[9]基于本航次資料研究了等深流沉積與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、沉積演化及古海洋變化之間的耦合關(guān)系。其研究認(rèn)為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響陸架邊緣、重力流和等深流沉積體系的發(fā)育。根據(jù)構(gòu)造演化及等深流沉積的特征，將等深流沉積形成分為了三個(gè)階段。1)初始階段(5.33～3.2 Ma)，地中海外流(MOW)作用較弱；2)過(guò)渡階段(3.2～2 Ma)；3)生長(zhǎng)階段(2 Ma至今)，地中海外流作用逐漸增強(qiáng)。

3.2 油氣勘探

等深流沉積的油氣地質(zhì)意義主要體現(xiàn)在儲(chǔ)層和烴源巖兩個(gè)方面。等深流的長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用，可以對(duì)早期重力流沉積進(jìn)行改造，進(jìn)而提高重力流沉積儲(chǔ)集性能(改造砂)。而砂質(zhì)、礫質(zhì)等深流沉積本身具有良好的儲(chǔ)集性能。1993年，Shanmugametal.[62]對(duì)墨西哥灣兩種改造砂的物性進(jìn)行了對(duì)比研究，其含砂率最高達(dá)80%，孔隙度25%～40%，滲透率(100～1 800)×10-3μm2。巴西Campos盆地[4]、西非[72]、中國(guó)南海[65]等地也見(jiàn)等深流(底流)改造砂作為重要儲(chǔ)層。另外，阿拉伯克拉通白堊系等深流沉積也具豐富的油氣資源，其已具有數(shù)十年的開(kāi)發(fā)歷史[73]。

泥質(zhì)等深流沉積可作為良好的烴源巖。徐煥華等對(duì)賀蘭山拗拉槽奧陶系等深流沉積進(jìn)行了有機(jī)碳和氯仿瀝青“A”測(cè)試分析[74]。研究結(jié)果表明：克里摩里組泥晶石灰?guī)r有機(jī)碳含量0.1%～1.08%；總烴含量多大于60%，多數(shù)為腐泥型，可作為較好的烴源巖。泥質(zhì)與粗粒的等深流沉積互層可以形成良好的生儲(chǔ)蓋組合，可能具備良好的油氣勘探潛力。

4 主要問(wèn)題及發(fā)展方向

等深流沉積研究經(jīng)歷了50來(lái)年的歷史，通過(guò)地質(zhì)學(xué)家的不斷努力，在鑒別標(biāo)志建立、類型分類、特征描述、沉積過(guò)程研究、主控因素探索以及沉積模式構(gòu)建等方面已經(jīng)獲得了豐碩的成果，但仍存在一些問(wèn)題，因此在今后的研究中應(yīng)在鑒別標(biāo)志、綜合研究以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面重點(diǎn)加強(qiáng)。

(1) 完善識(shí)別標(biāo)志

等深流沉積與重力流沉積研究開(kāi)始時(shí)間相差不大，但是目前重力流沉積無(wú)論是國(guó)內(nèi)外的公開(kāi)文獻(xiàn)、專著還是學(xué)術(shù)會(huì)議交流，研究成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于等深流沉積。且等深流沉積主要是針對(duì)現(xiàn)代沉積，古代地層記錄中的等深流沉積研究實(shí)例較少，使得等深流沉積鑒別標(biāo)志不完善，甚至存在多解性，這極大阻礙了等深流沉積的識(shí)別和研究。另外，深水區(qū)水動(dòng)力復(fù)雜，沉積響應(yīng)具有多樣性、復(fù)雜性和多解性特征。在實(shí)際研究過(guò)程中，由于等深流沉積的重視程度不夠，存在著將等深流沉積解釋為重力流或其他水動(dòng)力沉積的情況。因此，結(jié)合現(xiàn)代和古代研究實(shí)例，建立和完善一套等深流沉積典型標(biāo)志尤為重要，這有助于等深流沉積的識(shí)別和成果的推廣。

(2) 開(kāi)展綜合研究

在綜合研究方面，國(guó)外比國(guó)內(nèi)做得相對(duì)較好，但是綜合研究開(kāi)展極少仍然是全球等深流沉積研究的薄弱環(huán)節(jié)。在理論儲(chǔ)備和研究手段方面，等深流沉積的特征刻畫(huà)、形成過(guò)程、沉積模式和主控因素需要結(jié)合沉積學(xué)、泥沙動(dòng)力學(xué)、海洋學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球物理及氣候等方面的理論，利用野外露頭、高分辨率地震資料、鉆井及測(cè)井、巖芯、淺鉆、多波束掃描、水文測(cè)試、地化測(cè)試及重力活塞樣等。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這方面正在向好的方面發(fā)展，特別國(guó)內(nèi)對(duì)南海的重視，加大了現(xiàn)代等深流沉積研究的資助力度，相信今后會(huì)取得重大的突破。

在研究?jī)?nèi)容方面，希望在三個(gè)方面有所加強(qiáng)。1)等深流沉積典型標(biāo)志的建立和完善，形成機(jī)制的探討和主控因素的研究。2)等深流相關(guān)沉積響應(yīng)研究，關(guān)注等深流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其他性質(zhì)水動(dòng)力相互作用(重力流、內(nèi)波、風(fēng)暴流等)的沉積現(xiàn)象。3)揭示等深流沉積過(guò)程與盆地構(gòu)造演化、氣候變化及海平面升降的耦合關(guān)系，進(jìn)一步探究等深流沉積的形成過(guò)程、機(jī)制和主控因素。

(3) 挖掘油氣勘探潛力

等深流沉積體可以作為良好的儲(chǔ)集體和烴源巖，粗細(xì)的等深流沉積互層可以形成潛在的地層圈閉。目前，等深流沉積研究重在特征、過(guò)程及模式探討，在油氣勘探潛力方面做的很少。加大等深流沉積的理論和實(shí)際研究工作的結(jié)合力度，不僅能擴(kuò)大油氣勘探潛力領(lǐng)域，還能促進(jìn)等深流沉積的推廣。

致謝 審稿專家及編輯提出了寶貴的意見(jiàn)和建議，研究生王季欣完成了圖件清繪工作，在此表示衷心的感謝。

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Research Processes on Contourites

LI Hua1,2,3, HE YouBin1,2,3

1. Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources, Ministry of Education, Yangtze University, Wuhan 430100, China 2. Research Center of Sedimentary Basin, Yangtze University, Wuhan 430100, China 3. School of Geosciences, Yangtze University, Wuhan 430100， China

There have been abundant research fruits on contourites for about 50 years. The work on the contourite are developed rapidly with technique and ocean awareness improving in recent 10 years, and hence, lots of new achievements have been emerged. Based on reviewing the research history of contourites in brief, combing the latest research results, the advance and achievement has been summarized. Contourites showing fine-coarse-fine cyclicity is usually fine, whose sedimentary structures and bioturbations are abundant. Based on morphology and sedimentary process, the contourites could be divided into elongated, mounded drifts, channel-related drifts, patch drifts and so on. The sedimentary model includes simple current pathway, multiple current pathway and down-slope and along-slope interaction. Furthermore, interaction between down-slope and along-slope is one of the hot spots of deepwater deposits research. At last, the facing problem and direction of work on contourites in the future were proposed as follows: 1) Perfecting identification marks and popularizing research results. 2) Integrating various measures and theories, discussing the coupling relationship between sedimentary processes and tectonic evolution, paleoceanography, climate changing. 3) Reinforce to work potential of hydrocarbon exploration.

contour current; contourite; drift; bottom current

1000-0550(2017)02-0228-13

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.02.003

2016-09-07； 收修改稿日期： 2016-12-29

國(guó)家科學(xué)自然基金項(xiàng)目(41472096，41502101)；湖北省創(chuàng)新群體基金(2015CFA024)；長(zhǎng)江青年基金(2015cqn26)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No. 41472096, 41502101; Group Innovation Fund of HuBei Province, No. 2015CFA024; Yangtze Youth Fund of Yangtze University, No. 2015cqn26]

李華，男，1984年出生，博士，講師，深水沉積，E-mail: hli@yangtzeu.edu.cn

何幼斌，男，教授，沉積學(xué)，E-mail: heyoubin@yangtzeu.edu.cn

P512.22

A