李華,何幼斌
1.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室,武漢 430100 2.長江大學沉積盆地研究中心,武漢 430100 3.長江大學地球科學學院,武漢 430100
等深流沉積研究進展
李華1,2,3,何幼斌1,2,3
1.長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室,武漢 430100 2.長江大學沉積盆地研究中心,武漢 430100 3.長江大學地球科學學院,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,隨著科學技術的發(fā)展和海洋意識的提高,等深流沉積研究工作開展迅速,涌現(xiàn)出了大量的新成果。簡要回顧了等深流沉積研究的歷程,結合最新研究成果,對其進展及認識進行了總結。等深流沉積以細粒沉積為主,沉積構造及生物擾動發(fā)育,多呈細—粗—細沉積序列。其類型可分為長條形丘狀漂積體、水道型漂積體、補丁型漂積體等7類。沉積模式根據地形、水動力、路徑等可分為簡單路徑模式、復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之一。等深流沉積研究面臨的問題及發(fā)展方向主要有三方面,即,1)完善識別標志,推廣研究成果;2)綜合運用多種手段和理論,探討沉積過程與構造演化、古海洋及氣候變化的耦合關系;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
自上個世紀60年代Heezenetal.[1]在深水區(qū)發(fā)現(xiàn)流水波痕進而提出“等深流沉積”術語以來,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而形成的溫鹽循環(huán)底流,即大致沿海底等深線水平流動的底流,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,圍繞等深流沉積開展了一系列國際合作研究項目,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],但仍存在一系列問題,如缺乏完整的鑒別標志;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上,重點結合最近10余年等深流沉積研究進展,總結認識及主要問題,希望有助于提高等深流沉積的認識,加快等深流沉積研究的步伐。
圖1 等深流沉積研究實例分布圖[2]Fig.1 The distribution of case study about contourites[2]
1.1 研究歷程
1963年,Heezenetal.[1]在國際物理海洋學協(xié)會(International Association of Physical Oceanography)和國際大地測量與地球物理聯(lián)合會(IUGG)舉辦的第13屆聯(lián)合大會上,通過深海沉積物研究,認為深海存在“底流”,并于1964年在MarineGeology發(fā)表論文,提出了“底流”這一術語[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始為人所認識。等深流沉積研究大致可以分為三個階段。
初始階段(1960—1989年):等深流及等深流沉積的提出,開創(chuàng)了一個嶄新沉積學研究方向,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分別領導的團隊。Heezenetal.[1]主要開展北大西洋的現(xiàn)代深海等深流沉積,包括深水照片及巖芯等。Stowetal.[14]對現(xiàn)代和古代等深流沉積的產狀、結構、沉積構造、成份等方面進行了總結。Lovelletal.[15]總結了古代地層記錄中砂質等深流沉積特征,即巖性多為粉砂巖、砂巖,泥質含量極少,生物擾動發(fā)育,無典型的垂向沉積序列,常見顆粒定向排列,重礦物富集等。同時,對比分析了濁流和等深流時空關系及相互作用。
發(fā)展階段(1990—2000年):隨著等深流沉積研究不斷深入,并逐漸受到國際沉積學界的關注。1998年,首次啟動了國際地質對比計劃432項目(IGCP432,1998—2001年),該項目由Stow博士負責,針對等深流沉積進行了詳細的研究(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]、威德爾海[18]、巴西盆地南部[19]、中國西秦嶺[20]、湘西[21]、鄂爾多斯西南緣[22]等地都陸續(xù)見到相關報道,研究內容涉及類型、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(CNKI,Elsevier,GSW),在2008年和2015年呈現(xiàn)兩個高峰期(圖2)。同時,國際學術會議也增設了等深流沉積專題。2013年,在英國曼切斯特召開的第30屆國際沉積學會(IAS),共篩選了10個口頭報告,11個展板進行了成果交流。另外,為及時了解、交流等深流沉積研究成果,加快等深流沉積研究步伐,第一屆國際深水環(huán)流學術會議于2010年6月在西班牙成功召開(International Conference on Deep-water Circulation: Processes and Products)。2014年9月在比利時召開了第二屆國際深水環(huán)流會議。第三屆國際深水環(huán)流會議將于2017年在中國地質大學(武漢)召開。同時,國際合作項目也在不斷增多,包括IODP339及IODP349的順利實施,為深入了解等深流及等深流沉積提供了豐富的一手資料。本階段研究內容除了傳統(tǒng)的特征、鑒別標志、沉積過程、模式及影響因素外,還擴展到了等深流相關沉積的形成過程及機理研究,如等深流與重力流交互作用沉積響應,以及沉積與構造相結合的交叉研究,突出沉積過程與盆地構造演化的耦合關系等。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)的地質及地球物理等定性描述研究,逐漸開始結合室內數(shù)值模擬手段,具有定性到半定量的趨勢[23-33]。
圖2 2004—2015年等深流沉積文獻數(shù)量統(tǒng)計(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 國內等深流沉積研究
我國等深流沉積研究大致始于20世紀80年代。經過30余年的努力研究發(fā)現(xiàn),我國等深流沉積具有平面分布廣,涉及層位多的特點。目前,分別在川西震旦系[34],湘西—黔東,贛北及揚子周緣寒武系[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看,總體而言,我國等深流沉積研究時間比較短,研究成果相對比較少,與國際等深流沉積研究水平還具有一定的差距。但是,我國等深流沉積研究仍然具有自己的優(yōu)勢。其主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1) 我國古代地層記錄中的等深流沉積研究相對較多。國際等深流沉積研究多以現(xiàn)代沉積為對象,而加強古代地層記錄中的等深流沉積的鑒別標志研究、沉積過程分析、沉積模式的探討及主控因素的總結,有助于了解古氣候、古環(huán)境及古構造。
(2) 現(xiàn)代等深流沉積研究成果也在逐漸增多。近年來,隨著研究技術和手段的不斷提高,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,研究內容除了傳統(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) 隨著經濟的增長,國家及國人海洋保護意識的加強,圍繞“等深流及其沉積響應”為主題的科研項目資助力度明顯加大。以國家自然科學基金資助為例,2000年以前,等深流沉積相關研究資助項目僅1項,而2010年之后,以“等深流沉積過程、形成機制及主控因素”為主題的項目多達10項,層位兼顧現(xiàn)代和古代,且研究區(qū)都位于我國油氣勘探主要區(qū)(鄂爾多斯盆地、揚子地區(qū)及南海)(表1)。
綜上所述,盡管我國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。同時,以南海現(xiàn)代等深流沉積研究為代表,隨著技術的提高及資助力度的加強,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。
2.1 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致其沉積響應復雜多樣,其沉積物粒度、沉積類型及沉積體形態(tài)各異。沉積物粒度從泥級到礫級都有,總體以泥級為主。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內容之一。前人基于研究實例和手段的不同,對典型等深流沉積體(漂積體)的類型和特征進行了分類及總結,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]
序號項目批準號項目名稱項目負責人依托單位項目起止時間191528304南海深海沉積過程與機制劉志飛同濟大學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江大學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江大學2015.01—2018.12441372115深水單向遷移水道的成因機理及其內的濁流、內潮流與等深流交互作用研究王英民中國石油大學(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意義屈紅軍西北大學2012.01—2015.12641172105中揚子臺地南側下奧陶統(tǒng)等深巖丘形成機理研究羅順社長江大學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江大學2011.01—2013.12841106056南海南部禮樂海區(qū)深水底流沉積特征研究鄭紅波中國科學院南海海洋研究所2012.01—2014.12991028003南海北部陸坡區(qū)深水沉積物牽引體的時空分布及形成機制鐘廣法同濟大學2011.01—2014.121040972077深水重力流與底流交互作用的過程和響應,以臺灣淺灘陸坡為例王英民中國石油大學(北京)2010.01—2012.121149872050下古生界深水牽引流沉積研究高振中長江大學1999.01—2001.12
綜合各種分類方案,結合外形和等深流沉積形成過程,將等深流沉積體分為長條形丘狀漂積體(elongated, mounded drifts)、水道型漂積體(channel-related drifts)、補丁型漂積體(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)及復合型漂積體(mixed drifts)(圖4)[16,53]。大型長條形丘狀漂積體剖面為丘狀,平面上成條帶狀或長條形,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。補丁狀漂積體形態(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。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。復合型漂積體為等深流與其他性質(如重力流)的水動力綜合作用形成的沉積體。
另外,關于等深流沉積底形及特征研究,不得不提到Stowetal.[27]基于團隊研究成果和認識,并結合69種期刊刊載的等深流沉積成果,建立的粒度、速度及沉積底形關系,本成果對等深流的沉積響應概括較為全面。其首先根據粒度和速度,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)、砂質溝道(sand furrows)、礫質溝道(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)、等深流砂質席狀沉積(sand sheets)、等深流水道沉積(contourite gateways+channels)。三類底形進一步根據沉積物粒度和等深流速度可分為泥波、砂波、礫波及礫質壩等(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
隨著等深流沉積實例逐漸增多,其沉積特征的刻畫和總結也日趨完善,國內外學者都對其沉積特征進行了總結[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,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、粉砂級最為常見。粗砂—礫級比較少見,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。
沉積構造較為豐富,常見小型交錯層理、粒序層理、波痕,交錯層理和不對稱型波痕指示古水流方向大致平行陸坡。生物擾動極為發(fā)育,在整個層序均能見到。
經典的等深流沉積層序從下至上可以分為泥質段(C1)、斑塊粉砂質和泥質段(C2)、砂質、粉砂質段(C3)、斑塊粉砂質和泥質段(C4)和粉砂質段和泥質段(C5),總體呈現(xiàn)細—粗—細的旋回特征。但是,地層記錄中很少能見到完整的沉積序列,常見不對稱的細—粗—細的序列,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程中,研究內容還涌現(xiàn)了一系列其他性質的水動力與等深流相關的沉積作用和過程,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作用的沉積響應(重力流爆發(fā)末期或間歇期能力較弱時,重力流與等深流能量大致相當)[48-49,65-72]。三是重力流與等深流沉積互層,即在地質歷史時期內,探討重力流與等深流相互作用過程及沉積響應,研究沉積過程與盆地構造演化耦合機制,建立沉積與構造、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5 cm,以薄層、紋層狀為主;沉積構造常見砂紋層理、透鏡狀層理、波狀層理及雙泥層等;通常見突變或漸變接觸,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動方向相同;水道內部發(fā)育側積體(圖7c)。其形成可分為三個階段。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至水道中沉積并保存下來,側積體開始發(fā)育。水道開始表現(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。等深流占主導作用,其可搬運大量沉積物至水道中沉積,并得以保存,此階段側積體大量發(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、中國南海瓊東南盆地及珠江口盆地等地區(qū)均有報道[48-49,66-71]。另外,等深流也可對重力流沉積(海底扇、朵葉)進行改造、搬運再沉積,使得海底扇外形不對稱,并具有偏轉特征,偏轉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,其代表在地質歷史時期內等深流與重力流主導作用的交替變化(圖7d)。早期等深流沉積研究多數(shù)集中在其沉積標志、特征、形成過程和模式上,較少將等深流沉積形成過程與盆地演化、古地理、古海洋等變化很好的結合起來。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行了綜合研究。認為構造運動影響盆地的性質、大陸邊緣的形成及等深流沉積響應。研究區(qū)等深流沉積可分為初始階段、轉換階段及發(fā)育階段。構造運動、物源供給、海平面升降和氣候可以控制等深流沉積。本成果無論是研究資料和手段,還是研究內容和認識上來看都是較為全面的,為今后等深流沉積研究工作的開展提供了一個重要方向。
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,綜合大部分模式方案,筆者認為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) 簡單路徑模式:本模式等深流運移路徑較為單一,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)在構造活動較弱,底形多簡單地區(qū),如巴西斜坡和歐洲北部大陸邊緣。
(2) 復雜路徑模式: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,如大型長條狀漂積體、限制性漂積體等,同時可見侵蝕底形(溝道、溝渠)。多出現(xiàn)在構造活動較強烈,地形較為復雜地區(qū),如主動大陸邊緣、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動過程中的,等深流可對重力流沉積進行改造、搬運、再沉積。等深流可對水道迎流一側的堤岸進行改造,在順流一側產生沉積,進而形成不對稱的堤岸沉積。而在水道內側積體發(fā)育,整體呈現(xiàn)出單向遷移的特征,遷移方向與等深流運動方向相同。本模式在重力流活動活躍地區(qū)較為常見。
2.3.2 主控因素
等深流沉積影響因素眾多,主要有運移路徑、速度及次生環(huán)流、物源供給、海平面升降、氣候變化、構造運動、作用時間及其他性質水動力作用等[51,55]。
(1) 運移路徑:海底底形、大陸邊緣的凹凸變化等可形成簡單和復雜的運移路徑,長時間的等深流作用可形成不同類型的沉積底形,進而產生豐富的沉積體(圖8)。
(2) 速度及次生環(huán)流:等深流運動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,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。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造運動、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,進而控制等深流沉積。低海平面時期,碎屑物質大量注入深水盆地,重力流占主導作用,多為重力流相關砂體沉積。高海平面時期,碎屑物質注入相對減少,重力流逐漸減弱,等深流活動明顯增強,發(fā)育等深流沉積。
(5) 氣候變化及構造運動:氣候及構造作用的影響主要是間接影響物源供給,進而控制等深流沉積。氣候可影響物源的成份、結構。構造運動可以控制地形的高差、盆地的性質等,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)的長時間作用。因此,長時間作用對等深流沉積極為重要,短時期之內很難形成大規(guī)模的等深流沉積體。
(7) 其他性質水動力作用:深水區(qū)水動力極為復雜多樣,常見等深流、重力流、內波、霧濁層等,等深流在運動過程中,可能存在不同性質的水動力相互作用,其一方面可能對等深流沉積進行改造,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,如特殊的沉積體或沉積底形。
上述因素,在不同地區(qū)及時間內,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、構造運動及氣候變化可影響物源供給,間接控制等深流沉積;同時相對海平面的高低可以影響不同性質的水動力強度,低海平面時期,重力流較為常見,而高海平面時期等深流、內波等作用更為顯著。某些特殊環(huán)境對等深流的路徑、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]。
3.1 古環(huán)境
等深流沉積是沉積過程與環(huán)境的綜合體現(xiàn),因此,加強等深流沉積研究有利于古氣候、古地形、古海洋及古構造等的分析,是研究古地理的重要手段。等深流沉積與氣候關系密切,冰期和間冰期,氣候溫暖和潮濕不同,可導致等深流沉積物的性質、結構明顯不同。同時,氣候可影響相對海平面的升降,進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別重要特征是其形態(tài),如丘狀、長條形、席狀等,其與地形、古海洋及構造活動密切相關。IODP339在加迪斯海灣的順利完成,對其等深流沉積進行了綜合研究。Hernández-Molinaetal.[9]基于本航次資料研究了等深流沉積與構造運動、沉積演化及古海洋變化之間的耦合關系。其研究認為構造運動影響陸架邊緣、重力流和等深流沉積體系的發(fā)育。根據構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階段。1)初始階段(5.33~3.2 Ma),地中海外流(MOW)作用較弱;2)過渡階段(3.2~2 Ma);3)生長階段(2 Ma至今),地中海外流作用逐漸增強。
3.2 油氣勘探
等深流沉積的油氣地質意義主要體現(xiàn)在儲層和烴源巖兩個方面。等深流的長時間持續(xù)作用,可以對早期重力流沉積進行改造,進而提高重力流沉積儲集性能(改造砂)。而砂質、礫質等深流沉積本身具有良好的儲集性能。1993年,Shanmugametal.[62]對墨西哥灣兩種改造砂的物性進行了對比研究,其含砂率最高達80%,孔隙度25%~40%,滲透率(100~1 800)×10-3μm2。巴西Campos盆地[4]、西非[72]、中國南海[65]等地也見等深流(底流)改造砂作為重要儲層。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)十年的開發(fā)歷史[73]。
泥質等深流沉積可作為良好的烴源巖。徐煥華等對賀蘭山拗拉槽奧陶系等深流沉積進行了有機碳和氯仿瀝青“A”測試分析[74]。研究結果表明:克里摩里組泥晶石灰?guī)r有機碳含量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。泥質與粗粒的等深流沉積互層可以形成良好的生儲蓋組合,可能具備良好的油氣勘探潛力。
等深流沉積研究經歷了50來年的歷史,通過地質學家的不斷努力,在鑒別標志建立、類型分類、特征描述、沉積過程研究、主控因素探索以及沉積模式構建等方面已經獲得了豐碩的成果,但仍存在一些問題,因此在今后的研究中應在鑒別標志、綜合研究以及經濟價值等方面重點加強。
(1) 完善識別標志
等深流沉積與重力流沉積研究開始時間相差不大,但是目前重力流沉積無論是國內外的公開文獻、專著還是學術會議交流,研究成果遠遠多于等深流沉積。且等深流沉積主要是針對現(xiàn)代沉積,古代地層記錄中的等深流沉積研究實例較少,使得等深流沉積鑒別標志不完善,甚至存在多解性,這極大阻礙了等深流沉積的識別和研究。另外,深水區(qū)水動力復雜,沉積響應具有多樣性、復雜性和多解性特征。在實際研究過程中,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力沉積的情況。因此,結合現(xiàn)代和古代研究實例,建立和完善一套等深流沉積典型標志尤為重要,這有助于等深流沉積的識別和成果的推廣。
(2) 開展綜合研究
在綜合研究方面,國外比國內做得相對較好,但是綜合研究開展極少仍然是全球等深流沉積研究的薄弱環(huán)節(jié)。在理論儲備和研究手段方面,等深流沉積的特征刻畫、形成過程、沉積模式和主控因素需要結合沉積學、泥沙動力學、海洋學、構造地質學、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、鉆井及測井、巖芯、淺鉆、多波束掃描、水文測試、地化測試及重力活塞樣等。目前,隨著科學技術的發(fā)展,這方面正在向好的方面發(fā)展,特別國內對南海的重視,加大了現(xiàn)代等深流沉積研究的資助力度,相信今后會取得重大的突破。
在研究內容方面,希望在三個方面有所加強。1)等深流沉積典型標志的建立和完善,形成機制的探討和主控因素的研究。2)等深流相關沉積響應研究,關注等深流運動過程中,其他性質水動力相互作用(重力流、內波、風暴流等)的沉積現(xiàn)象。3)揭示等深流沉積過程與盆地構造演化、氣候變化及海平面升降的耦合關系,進一步探究等深流沉積的形成過程、機制和主控因素。
(3) 挖掘油氣勘探潛力
等深流沉積體可以作為良好的儲集體和烴源巖,粗細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際研究工作的結合力度,不僅能擴大油氣勘探潛力領域,還能促進等深流沉積的推廣。
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
國家科學自然基金項目(41472096,41502101);湖北省創(chuàng)新群體基金(2015CFA024);長江青年基金(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,E-mail: heyoubin@yangtzeu.edu.cn
P512.22
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