浊流相关问题的初认识

杨 锐，赵 敏，余尚江

(西北大学 地质学系大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安710069)

Forel(1985)首先在瑞士康士坦斯湖和日内瓦湖中发现了包含悬浮物的高密度流，他将之称为密度底流或水下密度流。Johnson(1939)引入浊流(turbidity current)的概念，用以表示那些由大量悬浮物质而不是由盐度或温度差引起的密度流［1，2］。上世纪40—50年代，长期野外观察结合一系列的水槽实验使得浊流的研究取得了突破性的进展，Kuenen和Migliorini(1950)认为浊流可以在深海中形成砂质沉积，这一见解突破了机械沉积分异学说，标志着浊流理论的建立［2］。该理论的建立为地质学中长期令诸多学者迷惑不解的海底峡谷的成因、深水环境中大套陆源粗碎屑沉积及递变层理的成因等问题提供了新的思路;浊流理论的建

立掀起了沉积学界的一场革命，极大地改变了人们认识和研究沉积岩的传统思想模式，极大地丰富了沉积学研究领域［3］。半个世纪以来，尽管各国学者对浊流的识别特征、形成条件、分布规律及浊流沉积与沉积矿产的关系进行了系统详尽的研究，然而现如今关于浊流沉积的研究依然是沉积学中研究的热点之一。

1 浊流分类

浊流是重力流的一种形式，是沿水下斜坡或峡谷流动的，发育于(半)深海和深湖环境中的携带大量泥沙的高密度底流;是由流体中悬浮的沉积物造成的密度差引起流动的水流，其中沉积物颗粒的支撑方式为流体搅动支撑［2-4］。

关于浊流的分类，不同学者从各自的角度和侧重点出发，对其分类也不尽相同，比较有代表性的为Lowe的分类;Lowe认为浊流是一种流体态流，根据浊流中沉积物粒度、颗粒浓度和沉积物支撑机制将浊流分了三类:(1)低密度浊流(Low density turbidity)(约 1.03～1.2 g/mL)，浊流中所含的沉积物颗粒粒度群多为细粒级的泥、粉砂、细砂和中砂，沉积物由湍流支撑，与颗粒浓度无关;(2)砂质高密度浊流(Sandy high-density turbidity)(约 1.5～2.4 g/mL)，沉积物主要为粗砂至细砾级，也含泥、粉砂和中细砂，沉积物由湍流和分散应力支撑;(3)砾质高密度浊流(Gravelly high density turbidity current)，沉积物为细砾到巨砾，同时也还含有泥、粉砂和砂，沉积物由分散应力和浮力支撑。该分类法可用(图1)表示［5］。

图1 浊流粒度成因分类法三角图(据姜辉2010)

Lowe关于浊流的分类实际包含了所有沉积物重力流的支撑机制，而浊流普遍认为是具有流体流变学特征，为一种流体态流(fluidal flow)［6，7］;G.Shanmugam 认为高密度流是一种具碎屑流变特征的碎屑流，是介于粘性碎屑流与非粘性碎屑流之间的一种流体，因此他认为称高密度流为砂质碎屑流(Sandy debris flow)［8］。

2 浊流及其沉积物

由浊流沉积形成的岩石组合即为浊积岩，狭义的浊积岩指可以用Bouma序列描述的、由经典浊流沉积而形成的，而广义的浊积岩则是指形成于深水环境的各类重力流沉积物及其所形成的沉积岩的总称，它既包括典型浊积岩，也包含不能用Bouma序列描述的沉积组合［2］。

2.1 浊积岩的识别

2.1.1 构造特征

递变层理和叠覆递变层理是浊流最重要的特征，典型浊积岩是可以用经典的Bouma序列描述的，Bouma在野外观察的基础上总结了浊流沉积的构造组合特征，建立了浊流沉积的特定层序，即鲍马序列;该模式将浊积岩分为五段，自下而上依次为:Ta段为粒级递变段或块状段，Tb段为下段平行纹层段，Tc段为流水波纹层段，Td段为上部平行纹层段，Te段为浊流间的泥岩段(图3)［2］。通常情况下，在一个沉积体中很少有完整的Ta-e的组合，大多浊积岩序列都是不完整的。李林(2011)［9］认为鲍马序列只有Ta段为狭义的浊流沉积，Tb-c段为牵引流沉积，Td段为悬浮沉积;并且在流动过程中可出现各种类型重力流的转换。

图2 鲍马序列模式图(内部资料)

非典型浊流沉积也可发育一些较特殊的构造单元，如叠瓦状构造、泄水管构造，也可见交错层理和斜波状层理，另外浊积岩底部常见各种印模构造，如:槽模、沟模、重荷模(图6)等，这些均可作为识别浊积岩的辅助标志。这些构造可能是由定向的浊流在尚未固结的软泥表面侵蚀冲刷的凹槽被砂质充填而成，或者下部沉积物处于塑性状态时受到来自上部不均匀负荷，使上覆砂质物压陷进入下伏泥质物中产生的，岩心中常见火焰状构造、包卷层理等(图6)。

图3 鲍马序列各段沉积特征(内部资料)

2.1.2 结构特征

浊积岩的结构特征主要表现在其粒度分布上，粒度概率图是根据数学的概率，将粒度分布图的纵坐标划分为不等间距，中央部分百分比间距小，上下两端百分比放大;因此，凡是一个正态总体就构成一直线段，如样品包含数个次总体，概率图上则表现出数个直线段。莫斯(Moss.A)的研究表明，碎屑沉积一般包含三个次总体，这三个次总体是在搬运过程中物质呈悬浮、跃移、滚动三种搬运方式所决定［10］。

浊流密度大、流速快，因此浊流沉积物主要的搬运方式都是悬浮搬运，因此在概率图上是一条直线(图4)［2，3，10］。

图4 浊积岩的粒度概率图(据洪庆玉等，1979)

C-M图为帕赛加(R.Passega)提出的一种综合性的成因图解，是应用每个样品的C值和M值绘成的图形。C值是累积曲线上1%对应的粒径，M值是累积曲线上50%处对应的粒径。C值与样品中最粗的粒径相当，代表了水动力搅动开始搬运的最大能量;M值是中值，代表了水动力的平均能量。对于每一个样品都可以用其C值和M值，在以C为纵坐标，以M为横坐标的双对数坐标纸上投的一个点。由于浊流含有大量的泥、砂等悬浮物，在C-M图上则是平行C=M基线的特有浊流图形(图5)［10］

图5 浊积岩的C-M图(据洪庆玉等，1979)

图6 鄂尔多斯盆地长6砂岩底部重荷模构造、火焰状构造、包卷层理(内部资料)

2.1.3 生物特征

浅水和深水生物共生是浊积岩最主要的特征之一，而且砂体中常常含有浅水生物化石，而与之伴生的页岩、泥岩中则常常保存有深水生物化石;另外，遗迹化石(如平行层面的爬迹、网状迹、平行潜穴等)也是其良好的识别标志。

浅水区夹杂在砂体中的生物化石被浊流以悬浮的方式搬运至(半)深海或湖，与该处泥质混合沉积，形成特殊的生物组合。

2.1.4 成分特征

浊积岩矿物成分和化学成分都比较复杂，以复成分砾岩和杂砂岩为最主要特征，杂基含量高，岩石组分结构成熟度和成分成熟度都比较低。

2.2 浊积岩相模式

浊积岩的相模式也是各国学者长期争论的焦点问题之一，目前为止不同学者从不同角度、不同层次和规模，以及各自对相模式(facies model)的不同理解，提出了多种相模式划分方案，这样就造成了浊积岩相模式的多样性。

Stow(1986)认为相模式就是反应沉积构造和沉积特征标准层序，其中沉积物由同一事件或特定过程所产生，则最具代表性的当属Bouma所创立的相模式了，即鲍马序列，这一相模式在解释和描述典型浊流沉积时得到广大学者的广泛承认与应用。而自然界中广泛发育的非典型浊积岩，如砾质浊积岩就无法用鲍马序列加以解释;

Lowe(1982)建立了砾质和砂质高密度浊流相模式，他将一个完整的高密度砂砾质浊流沉积层序自下而上共划分为6个层:R1段为具牵引流构造的粗砾岩;R2段为反递变砾石层;R3段为正粒序砾石层;S1为具牵引流构造的砂岩段;S2为薄层状具反粒序的砂岩层;S3为块状或正粒序的砂岩段［2，3，6］。将 Bouma 和 Lowe 的相模式结合就可以很好的解释粗碎屑浊积岩的相关问题了。

在鲍马序列浊积岩沉积模式解释基础上，Normark［11］在对加利福尼亚海岸 San Lucas扇和Navy扇等的研究过程中，首先提出了现代海底扇模式，目前已得到了广泛的使用。Mutti at.el［12］通过对意大利和西班牙的野外露头研究，提出了古代海底扇模式，使得有水道的海底扇概念和在下扇环境的沉积叶状体的概念被广泛应用;Walker［13］综合了现代扇模式的主要单元和古代扇模式的相概念，提出了一个综合扇模式，综合扇模式在油气勘探中影响较大。

3 浊流与沉积矿产

上世纪50年代浊流理论的建立为沉积学的研究提供了新的思路，随后许靖华等发现浊积砂体可以成为世界重要的储集层之后，以浊积砂体作为油气藏层在世界各地陆续被发现，使浊积砂体成为继三角洲之后又一找油的重要的领域，我国许多学者先后在辽河油田、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地等许多地方发现了与重力流有关的油气藏。上世纪末，我国学者对浊流沉积的研究主要体现在对其内部的层序结构、物源方向及沉积盆地水深的研究方面，某些学者还从储油物性、生储盖组合的空间演化与构造的关系来对深水扇进行研究，多年以来浊流沉积的研究已成为沉积学研究中相当活跃的一个领域。

湖泊的深湖区离岸较远，为平静缺氧的还原环境，主要是泥质沉积，有机质以浮游生物和藻类为主，有机碳含量高，有机质质量好，成烃能力相对较高，是湖相中最好的生油相带。由于浊积砂岩伸入到烃源岩丰富的深湖相暗色泥岩中，因此具有得天独厚的储油条件。同时，与深湖相页岩共生的扇三角洲、辫状河三角洲及曲流河三角洲前缘砂体厚度大，岩性较粗、泥质杂基含量较少，原生孔隙和溶蚀孔隙较发育，孔隙度、渗透率较高，在构造等因素的配合下，它们成为良好的油气储集体。

湖相浊流沉积与油气的形成和储集有着密切的关系，这在我国中新代陆相盆地中已得到证实，如在中国东部中、新生代陆相湖泊盆地深湖沉积体系中已见到湖湘浊积岩储层，如胜利油田东营凹陷难坡沙三中缓岸湖底扇(赵澄林等，1999)等［14］。作为储集层的浊积岩由于伸入深湖腹地，可与烃源岩直接接触，并充分吸取烃源岩提供的油气，加之有泥岩作盖层，因此常具有良好的生、储、盖组合。

4 结语

目前关于浊流相关问题的研究争论主要为:其一，浊流的分类，即传统意义上的浊流与碎屑流的归属问题;其二，沉积模式，由于对相模式的不同理解所引起;比较经典的如鲍马序列、浊积扇模式等，但也难以适用于复杂条件下各类浊流沉积的研究。

浊流在沉积过程中的复杂性，导致其研究方法的多样的性，单一的分类方法和沉积模式难以满足研究的需求;因此，在不同沉积环境下寻找适合研究区的研究方法才是正确和必要的。

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