[科普中国]-陆坡和盆地沉积体系

研究背景

陆源碎屑物质在全球“源到汇”研究中占有重要地位。随着我国经济的快速发展,对油气资源的需求急剧增加,但现有条件下的油气产量仍不能满足经济发展的需求,因此人们把目光投向深水区及新能源,如深水油气和天然气水合物。中国石油天然气集团公司及中国海洋石油总公司等大型企业纷纷确定了深水油气勘探战略选区。

20世纪80年代后期,人们发现富含泥岩的陆坡沉积体系的下端发育大量的砂岩,逐渐意识到水道作为通向盆底的砂体通道的重要性。同样,深水油气勘探面临着巨大的挑战,对现代发生的重力流沉积搬运过程等缺乏足够的重视,这种沉积作用包括滑动(slide)、滑塌(slump)和碎屑流(debrisflow)等重力流作用过程。一般来说,单一滑动可以沿着十分平缓的斜坡角(0.5°～3°)将沉积物运移至数百千米,并可以持续1h到数天不等,它能将沉积物运移至数百千米。1

简介陆坡和盆地体系位于陆架坡折以外相对深水的地方。陆坡的典型倾角为0.5～3°，局部地区接近10°。陆坡的几何形态根据构造背景、进积史和侵蚀修饰的情况而变化。现今的上陆坡虽然有局部进积和海底峡谷充填，但一般都是一个沉积物的旁通区(Galloway等，1983)。下陆坡和更平缓倾斜的陆隆周期性地接受陆源碎屑物，到平坦的深海平原则以细粒的远洋沉积作用为主(Galloway等，1983)。2

影响因素水下陆坡体系的特点是重力块体搬运和密度底流作用及它们的沉积产物占优势。另外一些作用包括远洋沉积、等深流和往复潮流，这类永久性的洋流主要影响悬移质沉积物。

1.水下重力流

水下重力流是由重力推动的含有大量碎屑物质的高密度流体。这种流体在运动过程中保持着一定的整体性，显示一定的边界，因此也有人称之为整体流。

水下重力流有多种类型，Middleton和Hampton在1973年划分了四种，即浊流、流体化沉积物流、颗粒流和水下泥石流(碎屑流)。Klein后来把水下滑塌也补充进去，这样共计五种：

①水下滑塌———块状的沉积物沿着内部剪切面向下坡运动，但其内部还保持着粘连关系。

②水下泥石流———沉积物(通常包含很多粗碎屑)和水的混合物，由于重力向下坡运动。内部剪切面提供了运动的条件，块体流内部变形—失去原来的物质联结关系，颗粒靠杂基支撑。

③颗粒流———由于粒间碰撞形成向上的支撑力所形成的流体。碰撞产生的分散压力克服重力，从而保持刚性质点的分散状态。在地质记录中较难识别和保存。

④流体化沉积物流———由于粒间孔隙中的流体压力使颗粒呈悬浮状态而整体具流动性。

⑤浊流———呈紊流(湍流)状态的沉积物与水的混合体，其密度高于周围的介质，由于重力向下坡运动，而非水流牵引。浊流沉积物的结构和构造具有特殊性。每一个层序是在一次浊流事件中形成的，Bouma(1962)根据大量的观察概括出浊流模式，即著名的鲍马序列———Ta→Tb→Tc→Td→Te，该序列为重塑浊流的沉积作用过程提供了良好的范例。但Bouma层序通常发育不完整。

2.流体密度底流

流体密度底流可能起因于蒸发浓缩和温度降低两种因素。盐水底流是在没有大量河水注入的广阔陆架潟湖中，由卤水的蒸发浓缩所形成，流体通过狭窄的通道以紧贴海底的密度流形式向外流动可达深海平原区。盐水底流沉积以牵引流沉积构造为主，从近端到远端在结构和构造上没有明显的变化。

3.等深流

等深流是沿海底等高线成水平流动的一种流体，除了汇聚区和增高区外，流速一般较低，常为密度流，也称等高流、深部平流或温盐底流，可能由海洋环境和温、盐密度差形成。

4.海底潮流

在太平洋水深达2400m处，海底潮流将生物成因的碳酸盐改造成大小不同的底形。取自于中生界和第三系沉积物的深海钻探计划的岩芯显示出推移沉积和悬浮沉积经常交替变化的各种小型沉积构造。

5.远洋沉积

完全不受限陆源碎屑沉积作用直接影响的深海盆地，以生物学成因颗粒和风成颗粒象尘雨那样不断的沉降为特征。生物的黏结作用和凝聚作用加快了沉降的速度(Galloway等，1983)。沉积速率缓慢，平均每千年大约5cm。古代远洋沉积物主要是细粒石灰岩、燧石和泥灰岩，由于彻底的生物扰动或重结晶，粗看都是块状的。2

主要类型1.海底峡谷

海底峡谷可以发育于陆架和陆坡地区，这些峡谷是搬运粗粒沉积物到达深海的运移通道，它的深度可达1000～2000m。其尾部通常与海底扇相连。

2.斜坡裙

斜坡裙是上陆坡和陆架边缘块体坡移的产物，主要由那些经常在到达陆坡底以前就终止的滑塌和泥石流供给沉积物。滑塌产生的浊积岩与混杂滑塌单元和泥石流单元成不规则互层。基质含量高并极少受改造。一些大型泥石流持续流经陆隆进入深海平原，产生舌状突起体。

3.海底扇

相比而言，海底扇体系的研究程度相对较高。海底扇体具有复杂的内部构成和特征的几何形态扇近端的主要成因相是水道(或峡谷)和天然堤。峡谷是沉积物运移的通道。上扇水道可能规模巨大，如罗讷深海扇上部的单条弯曲水道，宽2～5km，侧翼天然堤高达75m。最粗的沉积物堆积于水道的深泓处。水道均典型地发育向上变细的层序，厚15～50m，也可能超过90m，由砾石、含砾砂或块状砂和细粒递变的沉积物组成。侧翼的天然堤通常是细粒沉积物的堆积场所，能形成薄的递变。这些薄层底部通常是突变的，含压刻痕、火焰状构造，显示出不完整的Bouma序列。富砂体系的扇中以具有平缓上凸表面的迁移上叠叶状体为特征。每个叶状体都由分叉的分流水道或辫状水道补给(图4-52)，其中堆积了具透镜状层理和块状的含砾砂岩。

当水道迁移时，叶状体间沉积物部分地甚至全部地被改造。水道的迁移可能产生多层次的、向上变细的层序，但远端上叠扇叶状体可能由一个向上变粗的层序组成，它的上部覆盖着废弃阶段的泥质披盖层，上叠叶状体砂的厚度从10～50m不等。

富泥的海底扇(如墨西哥湾东部的密西西比扇)，没有发育良好的中扇水道和上叠扇叶状体。相反，泥石流和滑塌沉积十分丰富，侧向分布广。水道化的沉积物分散体系发育差，而且大部分为细粒泥质沉积所充填。下扇有一个平缓的坡面，并接受悬浮沉积物的缓慢加积，夹细粒浊积岩。所形成的递变层较薄，侧向连续性好，并均匀叠置，从而能形成相当厚的地层。

4.盆地平原

盆地平原是海洋最深最平坦的部分，主要由远洋悬浮沉积和远端浊积岩构成，以侧向连续和均匀层理为特征，能反映古深海的海底地貌，见右图。2