李建平，廖計華，方 勇

（中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028）

深水重力流沉積是極其重要的油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域和學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)之一［1-5］。重力流是指由重力驅(qū)動的含有大量碎屑物質(zhì)的高密度流體，其形成條件包括充足的水深、足夠的坡度角和密度差、充沛的物源和一定的觸發(fā)機(jī)制［6］。湖泊水深大于50 m或40～110 m 的淺?？尚纬芍亓α鞒练e，坡度角大于0.5°，觸發(fā)機(jī)制包括地震、海嘯甚至洪水等誘因［7-8］。有學(xué)者提出異重流的概念，專指洪水形成的重力流，其沉積具有反粒序-正粒序成對出現(xiàn)的特點(diǎn)［9-10］。

重力流的流體類型有多種，普遍認(rèn)可的包括水下泥石流、顆粒流、液化流和濁流［11］，重力流事件之后可發(fā)育牽引流沉積。目前，關(guān)于深水重力流的流體類型、搬運(yùn)機(jī)制及其所形成的砂體內(nèi)部構(gòu)成仍存在諸多爭議［12-14］。Kuenen 于1950 年發(fā)現(xiàn)了一種有別于牽引流的流體，命名為濁流（Turbidity），并于1957 年建立了濁流的概念。Bouma 在1962 年建立了濁積巖的垂向序列，這就是著名的鮑馬序列，然而現(xiàn)實中發(fā)育完整的鮑馬序列很少見，不能涵蓋所有的濁積類型。后來Stow和Lowe補(bǔ)充了鮑馬序列，建立了Stow 序列和Lowe 序列［15］。這3 種序列的共同點(diǎn)是注意到了很多現(xiàn)象，但在成因機(jī)理解釋方面有所欠缺。2000 年左右，Shanmugam 對鮑馬序列提出質(zhì)疑，并提出了重力流形成與演化新認(rèn)識［14］，他的觀點(diǎn)被中國許多學(xué)者接受［17-18］，但不被歐美同行認(rèn)可。Shanmugam 把重力流按沉積過程分為滑動、滑塌、碎屑流和濁流4個過程，并按照搬運(yùn)機(jī)制把重力流分為以層流為主的塊體搬運(yùn)和以紊流為主的濁流沉積2 個階段，這有利于對重力流的形成機(jī)制進(jìn)行理解和認(rèn)識，但把塊體流和濁流混在一起，依然沒能清晰地反映重力流的本質(zhì)。

2010 年以來，隨著英國北海Buzzard 和Golden Eagle 油田的發(fā)現(xiàn)及投入開發(fā)，中海油Nexen 公司資助英國曼徹斯特大學(xué)、利茲大學(xué)在深入研究南非Karoo 盆地二疊系深水沉積露頭的基礎(chǔ)上，于2014年提出深水重力流形成新認(rèn)識。作者有幸參與了這項工作，在觀察了大量英國北海上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)深海重力流沉積巖心的基礎(chǔ)上，認(rèn)為這一新認(rèn)識具有很強(qiáng)的客觀性。

1 深水濁積體沉積露頭特征

進(jìn)行野外地質(zhì)考察、觀察沉積露頭的目的在于為已有井的沉積儲層認(rèn)識提供直觀依據(jù)，并據(jù)此推測井間沉積充填特征，從而得到更加接近真實情況的沉積儲層預(yù)測結(jié)果，指導(dǎo)油氣勘探與開發(fā)工作。通過研究地質(zhì)露頭，可以更好地理解和揭示儲集砂體的特征與性質(zhì)，例如砂體的大小、幾何形態(tài)、砂體連通情況等［19］。英國北海上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)廣泛發(fā)育深水濁積體，并已發(fā)現(xiàn)大量油氣田。由于砂體相互疊置，砂泥巖交互沉積，并被斷距大小不等的斷層復(fù)雜化，局部發(fā)育的滑塌沉積使砂體分布更為復(fù)雜。以Buzzard油田為例，注水監(jiān)測資料表明各油組之間壓力分布不均衡，注入水波及程度差異很大，儲層空間分布復(fù)雜。但示蹤劑示蹤結(jié)果表明，盡管有的注采井距很大，但注入水仍可以從構(gòu)造低部位向高部位較均勻推進(jìn)。破解儲集砂體分布的復(fù)雜性對減小勘探及開發(fā)的不確定性至關(guān)重要。

南非Karoo 盆地出露的二疊系深水濁積體，無論在區(qū)域規(guī)模上，還是沉積特征上，都與英國北海深水濁積體非常相似；通過對Karoo 盆地露頭砂體的考察，有助于深入理解和認(rèn)識北海上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)深水濁積體的儲層特征。Karoo 盆地位于開普敦東北方向Inverdoorn 自然保護(hù)區(qū)，距離開普敦約170 km。Karoo 盆地深水濁積事件發(fā)生在二疊紀(jì)，距今約3 億年；該時期Karoo 盆地位于古岡瓦納大陸的西南邊緣，近封閉的半深海-深海環(huán)境，大范圍接受來自西南方向的陸源碎屑物質(zhì)。在隨后的地質(zhì)歷史時期，二疊系受東南-西南構(gòu)造應(yīng)力擠壓，產(chǎn)生開普敦褶皺帶并抬升Karoo 盆地，同時不斷遭受剝蝕，直至出露地表。

南非Karoo 盆地二疊系深水露頭由多期重力流沉積組成，包括濁積溝道、朵葉、溝道復(fù)合體、朵體、塊體流沉積（MTD）以及它們之間的過渡類型（圖1）。濁積溝道在露頭上多以復(fù)合體出現(xiàn)，表現(xiàn)為下切侵蝕、側(cè)向疊置，從核部富砂沉積向側(cè)翼富泥沉積過渡，單期濁積溝道砂巖厚度可超過5 m（圖1b）。其整體可識別出4 期朵體（圖1a），以黑色線性沉積（海相泥巖）分隔，頂部朵體四為殘留沉積。一期朵體中發(fā)育多個朵葉，有時兩個朵葉疊置在一起，不易區(qū)分，以朵體三為例，詳細(xì)解剖了單個朵體的組成（圖1c）；每個朵葉又可細(xì)分為核部、外核、邊緣、遠(yuǎn)緣等部分。塊體流沉積與水下泥石流沉積相似，侵蝕面之上是多種成分、分選和磨圓差異很大的雜亂堆積，其上是碎屑流沉積，Shanmugam提出的濁流沉積就是這一種類型。重力流是一種高能流體，分為頭部、主體和尾流。當(dāng)其在高部位陡坡處向下沖的時候，頭部和主體沖下斜坡，進(jìn)入深海平原，尾流以薄層砂巖的形式沉積下來。

圖1 南非Karoo盆地二疊系深水沉積露頭特征Fig.1 Characteristics of Permian deep-water sedimentary outcrops in Karoo Basin，South Africa

在意大利Tuscan 盆地始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)鈣質(zhì)濁積巖露頭中［20］（圖2），圖2a屬于高能濁流沉積（水的混合物，不含泥質(zhì)）；圖2b 屬于高能碎屑流沉積（液化流+顆粒流，泥質(zhì)支撐，糨糊狀）；圖2c 和2d 為高能流體之后的低能流體階段，以牽引流為主，為近源砂質(zhì)沉積；圖2e和2f以牽引流為主，離物源較遠(yuǎn)，為砂泥巖薄互層；圖2g 和2h 以牽引流為主，是濁積體的最遠(yuǎn)部分，由于其中發(fā)育變形層理，仍具有濁流沉積的特點(diǎn)。

圖2 意大利Tuscan盆地始新統(tǒng)-漸新統(tǒng)深水沉積露頭特征［20］Fig.2 Characteristics of Eocene-Oligocene deep-water sedimentary outcrops in Tuscan Basin，Italy［20］

2 深水重力流沉積新認(rèn)識

在詳細(xì)研究南非Karoo 盆地二疊系深水沉積等露頭和大量觀察英國北海上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)深水濁積巖心的基礎(chǔ)上，建立了深水重力流沉積機(jī)理。

2.1 深水重力流沉積類型及其特征

重力流包括泥石流、顆粒流、液化流和濁流4種流體，重力流沉積主要體現(xiàn)為塊體流沉積和濁流沉積（Turbidite），它們是上述4種流體和牽引流沉積的有機(jī)組合。塊體流沉積與濁流沉積的發(fā)育背景不同，前者發(fā)育于陡岸，其高能流體來不及分異，或分異不徹底，以水下泥石流沉積為主；后者高能流體分異較好，由濁流、碎屑流（包括顆粒流和液化流）、牽引流沉積組成。

2.1.1 塊體流沉積

塊體流沉積主要發(fā)育于盆地裂陷初期陸架不發(fā)育的陡岸，物源區(qū)位于陡坡高地，匯水面積小。在洪水季節(jié)，分選和磨圓極差的碎屑物質(zhì)從陡岸直接落于半深海-深海之中而形成，流體來不及分異，往往沿陡岸坡底呈裙?fàn)罘植?。同樣位于陡岸，在潮濕多雨的時期，物源充沛條件下，匯水面積較大，碎屑物質(zhì)受限制程度小且可以相對長期、多期次供應(yīng)，在陡岸坡地形成高能流體有一定分異的塊體流沉積。相比于高能流體來不及分異的塊體流沉積，有一定分異的塊體流沉積碎屑物質(zhì)供應(yīng)充足，規(guī)模較前者大得多，但在空間上仍受限制，碎屑物質(zhì)以粗顆粒為主，分選和磨圓差，垂向上二者經(jīng)常交互出現(xiàn)。

高能流體來不及分異形成的塊體流沉積主體為水下泥石流沉積（圖3），上部為低能牽引流形成的砂泥巖薄互層，砂巖具有波紋交錯層理；下部為高能水下泥石流沉積，可分為砂質(zhì)雜基碎屑支撐砂礫巖和泥質(zhì)雜基碎屑支撐砂礫巖2 種，前者顆粒雜亂無章，可以是正粒序，也可以是反粒序。有一定分異的塊體流沉積可分為內(nèi)扇、中扇和外扇，其內(nèi)扇巖性與來不及分異的塊體流沉積的主體相似，以水下泥石流沉積為主。此外，還有一種塊體流沉積來自富泥區(qū)，以泥巖為主，常與濁流沉積伴生。

2.1.2 濁流沉積

濁流沉積層序中發(fā)育濁流-碎屑流-牽引流沉積垂向組合（圖4a），下部為濁流沉積，巖性為砂巖、砂礫巖，正粒序，發(fā)育遞變層理、塊狀層理或平行層理；中部為碎屑流沉積，發(fā)育漂浮礫、泥巖撕裂屑、泄水構(gòu)造等；上部為牽引流沉積（圖4b），巖性為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，發(fā)育波紋交錯、波紋、水平層理。具體到每期重力流事件，這3 種巖相的發(fā)育程度可能有很大的變化（圖4c）。

2.2 深水濁流沉積模式

根據(jù)南非Karoo 盆地二疊系深水沉積露頭并結(jié)合油田大量巖心數(shù)據(jù)，建立了英國北海上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)深水濁流沉積模式，并對其沉積特征進(jìn)行了總結(jié)（表1）。濁流沉積垂向序列的成因可以解釋為：在陸架上的某一匯水區(qū)，由于受到一定的觸發(fā)機(jī)制，位于下部的密度大、高流態(tài)的粗碎屑受重力作用快速沿陡坡下滑到深海中形成砂巖、砂礫巖濁流沉積；密度較小但也是高流態(tài)的泥質(zhì)及其中的漂浮物以碎屑流的形式隨后沿陡坡下滑疊置在濁流沉積之上；其上具有層理的牽引流沉積屬于低流態(tài)，是事件末期相對平靜時期的沉積。由此形成的濁積體分布于局限或開闊的海域中，有的離陸架近，有淡水注入標(biāo)志，如菱鐵礦團(tuán)塊等。

濁積溝道 濁積溝道具有底部沖刷面，下部砂巖、砂礫巖段含有遞變層理、塊狀層理。遞變層理為濁流沉積特有，經(jīng)?？梢姴煌瑏碓吹碾s礫和泥巖撕裂屑，其中泥巖撕裂屑是高能濁流將前期沉積頂部泥巖捕獲并改造的產(chǎn)物。塊狀層理砂巖表明其為快速堆積產(chǎn)物，泄水溝造發(fā)育。中部碎屑流沉積為糨糊狀泥質(zhì)支撐沉積，且伴有大的漂浮礫、包卷層理等，振動篩作用明顯。上部為層理狀細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖段，為重力流高能事件之后相對低能的牽引流沉積。

圖3 阿根廷Cabo Viamonte中新世深水露頭中的塊體流沉積［21］Fig.3 Characteristics of mass transport deposits in the Miocene deep-water sedimentary outcrops of Cabo Viamonte，Argentina［21］

圖4 濁流沉積垂向序列及典型巖心特征Fig.4 Vertical sequence of turbidite deposition and typical cores

表1 北海盆地典型深水濁積類型及其巖心沉積構(gòu)造Table1 Typical deep-water turbidites types and their sedimentary structures on cores in North Sea

溢岸 在限制性或弱限制性濁積溝道沉積層序中還發(fā)育溢岸沉積，包括天然堤和決口扇。決口扇為正粒序砂巖疊置在下伏泥巖、粉砂巖之上，底沖刷不明顯；天然堤為紋層狀粉砂巖、泥巖的頻繁互層。

朵體 濁積溝道沉積和朵體是一個整體，自然過渡，沒有明顯的界限。一般來說，形成朵體的流體能量小于形成濁積溝道的。朵體往往由多個朵葉組成，單個朵葉可分為核部、核緣、邊緣和遠(yuǎn)緣4部分。朵葉核部主要為塊狀砂巖，由下至上由濁積砂巖、碎屑流沉積、牽引流沉積組成，泄水溝造發(fā)育；朵葉核緣牽引流沉積增多，朵葉邊緣及遠(yuǎn)緣以泥巖為主，夾向上變細(xì)的薄層砂巖。

在富泥陸架區(qū)，受重力影響滑向深海盆地形成的塊體流沉積以泥巖為主，常與濁流沉積伴生；其內(nèi)部發(fā)育大量撕裂、變形、擠入構(gòu)造，這種塊體流沉積常出現(xiàn)在濁積溝道核部和靠近斷層處。圖5a 為濁積溝道核部的塊體流沉積巖心，塊體流沉積覆蓋在層理狀泥巖之上，相對干凈的砂巖中夾有大量從毫米級到厘米級的次棱-圓泥礫，上覆層理狀砂巖含油，類似于濁流遞變層理砂巖。圖5b為靠近斷層的塊體流沉積（其頂?shù)追謩e用紅藍(lán)線表明），為一套雜亂的泥礫巖，下伏和上覆均為含薄層砂巖的泥巖，此塊體流沉積以薄層粉砂巖、砂巖撕裂屑為特征，大礫微變形且與泥巖層理呈低角度接觸。

3 油氣地質(zhì)意義

在廣泛分析整理英國北海上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)、墨西哥灣古近系、中國南海瓊東南盆地新近系中央大峽谷［19-22］等深水沉積資料基礎(chǔ)上，參考巴西、西非等地區(qū)的相關(guān)資料［23-28］，認(rèn)識到存在不同類型的濁積巖，需要采取不同的勘探開發(fā)策略。

3.1 深水濁流沉積類型

針對上述多個地區(qū)的深水濁流沉積，按照近源短距離和多級長距離（中央大峽谷型）分為2 種類型，自然界中也許存在更多。受古地貌、物源、構(gòu)造背景等因素控制，濁流沉積表現(xiàn)為不同的主流態(tài)、規(guī)模，因而具有不同的巖性、巖相組成（表2）。

3.1.1 近源短距離

圖5 來自富泥陸架區(qū)的塊體流沉積（右下為底，左上為頂）Fig.5 Mass transport deposits from mud rich shelf（bottom on right and top on left）

英國北海上侏羅統(tǒng)-下白堊統(tǒng)多發(fā)育近源短距離深水濁流沉積，一般長20～40 km，寬10～20 km，以濁流為主流態(tài)，是很好的勘探開發(fā)目標(biāo)，研究程度也比較深。以某油田為例，簡要剖析其構(gòu)造演化與沉積充填過程。第1期：朵體中的砂巖少，分布范圍局限，側(cè)向連續(xù)性差，明顯受海底地貌控制；此為裂陷初期，以滑塌沉積為主。第2期：隨著斷裂活動增強(qiáng)，砂體沿與斷裂活動有關(guān)的海底低地分布，明顯加厚且側(cè)向分布范圍擴(kuò)大，以濁流沉積為主，局部發(fā)育滑塌沉積。第3期：為全區(qū)廣泛分布的泥巖段，認(rèn)為是長期的富泥塊體流沉積，該泥巖中含有大量的陸源碎屑物質(zhì)，典型的為木質(zhì)碎屑，表明接近濱岸地帶。第4 期：由總厚度約為90 m 的多期席狀濁積砂巖組成，可進(jìn)一步分為3 個單元；第1 單元為富砂層，由極粗顆粒砂巖組成，幾乎不含泥質(zhì)，為濁流沉積；第2單元為層理狀砂巖，由細(xì)-中粒砂巖組成，以牽引流沉積為主，在其底部局部為泥礫或混雜礫石層，認(rèn)為是碎屑流沉積；第3單元為厚層狀濁積砂巖，全盆分布，但往盆緣減薄。

3.1.2 多級長距離（中央大峽谷型）

墨西哥灣古近系發(fā)育多級長距離（中央大峽谷Ⅰ型）深水濁流沉積，2條水系經(jīng)過超過400 km的陸架，從陸架坡折到深海平原又經(jīng)過了360 km，沿途沒有其它物源補(bǔ)充，深水扇的粒徑以極細(xì)砂為主。發(fā)育多級陡坡，形成了以滑塌為主流態(tài)的重力流沉積，夾有大量泥礫，嚴(yán)重影響了儲層物性。

表2 主要深水濁流沉積環(huán)境及其沉積相Table2 Main deep-water turbidite environment and its sedimentary facies

瓊東南發(fā)育多點(diǎn)物源長距離（中央大峽谷Ⅱ型）深水濁流沉積，為一條長約580 km，下寬3～5 km，上寬15 km 的大峽谷，沿途有多條支流注入，有豐富的碎屑物質(zhì)補(bǔ)充，是以牽引流為主流態(tài)的濁流沉積。巖心上可見大量的層理構(gòu)造與變形、負(fù)載、球枕、透鏡狀構(gòu)造伴生。牽引流與重力流的雙重作用非常明顯，勘探前景廣闊。

3.2 深水濁積內(nèi)部非均質(zhì)性

盡管濁積溝道中的濁流沉積部分、朵體核部以及決口扇砂巖儲層物性較好，但濁積巖內(nèi)部非均質(zhì)性很強(qiáng)。由于受碎屑流沉積影響，有時溝道內(nèi)部比朵體非均質(zhì)性更強(qiáng)。根據(jù)來自英國北海的一個油田實例，濁積溝道內(nèi)部有多個隔層（碎屑流沉積），而下伏朵體為主的油藏內(nèi)部幾乎是均勻的。新的重力流成因機(jī)理研究揭示了這種內(nèi)部非均質(zhì)性強(qiáng)的原因，為準(zhǔn)確認(rèn)識并預(yù)測提供了指導(dǎo)。

4 結(jié)論

重力流主要包括水下泥石流、顆粒流、液化流和濁流。根據(jù)地質(zhì)背景、物源、坡度、觸發(fā)機(jī)制等，重力流沉積可分為塊體流沉積（水下泥石流為主體）和濁流沉積（濁流、碎屑流、牽引流沉積），二者均是多種流體沉積的有機(jī)組合。影響重力流沉積的因素很多，無論近源陡坡短距離的英國北海類型，還是多級長距離的墨西哥灣古近系、瓊東南盆地新近系深水濁流沉積，其形成機(jī)理相似。不同類型重力流形成的沉積物巖性、巖相差別很大，有的物性較好，如濁流沉積、牽引流沉積中的砂巖部分，有的儲層物性差，如碎屑流沉積、水下泥石流沉積，這是造成此類油藏非均質(zhì)性的主要因素。

本文的重力流沉積成因新認(rèn)識是基于露頭和巖心觀察，客觀性強(qiáng)。但重力流形成機(jī)理研究是公認(rèn)的學(xué)界難題，要有更加清楚的認(rèn)識，還需要基于實際資料的大量工作，可謂任重而道遠(yuǎn)。