水下碎屑流沉积：深水沉积研究热点与进展

鲜本忠，安思奇，施文华

1）油气资源与探测国家重点实验室，北京，102249；

2）中国石油大学（北京）地球科学学院，北京，102249

内容提要：自20世纪50年代以来，作为沉积物搬运两大主要动力之一的重力流因其在记录地质事件、改造地表地貌和勘查油气资源方面的特殊意义而引起广泛关注。重力流研究历史经历了现象观测、概念体系建立、沉积模式建立、工业应用与质疑和碎屑流研究深化5个阶段。近期，以深海水下碎屑流为核心的研究重建了“砂质碎屑流”概念，新建立了以碎屑流细分为主要内容的3套重力流分类，提出并讨论了水下碎屑流“滑水”搬运机制特征、形成条件，系统分析沉积物浓度、粘土含量及成分对水下重力流性质及搬运沉积过程的影响。继20世纪60～70年代重力流研究热潮后，1996年以来水下碎屑流为主的研究再次掀起新一轮研究热潮。综合沉积物重力流研究现状、进展和当前油气工业勘探开发需求，指出未来水下碎屑流研究动态包括：①水下碎屑流成因分类体系的建立及重力流分类体系的完善；②实地观测与模拟实验结合下水下碎屑流发育机制深化；③重力流泥岩沉积机制及油气意义和④水下碎屑流主控型重力流沉积模式的建立及其在油气勘探开发中的应用。

河流和水下重力流是沉积物搬运的两大主要动力，其沉积作用也极大地改造着地貌形态。由于直接观测的困难和模拟实验的局限性，人们对水下重力流的搬运、沉积过程及其动力学特征的研究远落后于河流。随着人们认识自然界愿望的日益增加，尤其是地质灾害防治和油气资源勘探方面的迫切需求，推动了深水重力流沉积的研究，人们也日渐意识到其重要的科学、社会和经济意义（Amy et al.，2009）。

工业生产的迫切需求是促进科学研究的重要动力。随着全球深水油气勘探的促进，深水沉积成为当前地质学领域研究的热点（蒋恕等，2008）。过去20多年，在南美、西非大西洋沿岸、墨西哥湾、北海及我国南中国海、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地深水沉积的油气勘探都证实，储层的预测是深水沉积重力流砂岩油藏勘探、开发的关键（庞雄等，2012，2007）。截止目前，我国在珠江口盆地（庞雄等，2012；李磊等，2012；吴时国等，2011）、鄂尔多斯盆地（李相博等，2011；邹才能等，2009）和渤海湾盆地东营凹陷（董冬，1999；王德坪，1991）、南堡凹陷（鲜本忠等，2012）深水沉积区的油气勘探均取得重要突破。仅鄂尔多斯盆地和东营凹陷就在深水砂岩中探明石油地质储量超过6×108t。国内外勘探实例均展现了深水沉积油气勘探的巨大潜力，促进了重力流沉积研究不断进步，同时也暴露出一些问题。主要表现在对已发现油气储层的成因解释混乱和预测性地质模型缺失、对泥质异地沉积及其对页岩气资源影响研究的忽略和对水下碎屑流搬运、沉积机制及发育模式认识程度偏低，在工业影响上集中反映为早期油气勘探“泛浊流”的偏见。本文拟从重力流研究历程入手，介绍水下碎屑流沉积研究进展，分析水下碎屑流沉积研究中存在的问题及发展动态。

1 重力流沉积研究阶段

自Kuenen和 Migliorini（1950）提出“递变层理是浊流标志”并建立浊流经典模式（Bouma，1962）之后，以浊流理论为核心的重力流研究迅速发展，沉积学界、油气工业界“浊流革命”持续发酵、影响至今（汪品先，2009）。

据统计，2000年以来 Elsevier Science和 GSW出版的期刊中重力流沉积年发论文数量从20世纪90年代平均每年35篇左右一举增长至每年350篇左右（李祥辉等，2009），继20世纪60～70年代之后又一次掀起了重力流沉积研究热潮。参考Shanmugam（2000）对重力流沉积研究历史的回顾和2000年之后的研究进展，笔者将重力流沉积研究的历史划分为5个阶段（图1）。

（1）1950年以前，随机观察阶段。以 Forel（1887）对瑞士湖密度流现象的描述、Milne（1897）对水下垮塌冲断电缆的首次发现、Johnson（1938）引入浊流（Turbidity Current）概念为代表。

（2）1950～60年代，概念体系建立阶段。以Kuenen和Migliorini（1950）浊流是正递变层理的成因的提出为起点，以现代海洋浊积岩的发现（Heezen and Ewing，1952），颗粒流（Bagnold，1954）、浊积岩（Turbidite）（Kuenen，1957）、碎屑流（Crowell，1957）概念的提出以及“鲍玛序列”的建立（Bouma，1962）为核心内容。

（3）1970年代，沉积模式建立阶段。以Normark（1970）引入的现代水下扇模式为起点，Mutti和Ricci（1972）提出的水道—朵叶体水下扇模式，Walker（1978）提出的综合水下扇模式是这一阶段的代表。同时，Hampton（1972）首次对水下碎屑流的模拟实验，Hampton（1975）基于模拟实验首次提出的“砂质碎屑流”概念，开始吸引人们对水下碎屑流研究的关注。

（4）1980～1995年，工业应用与质疑阶段。以Kvenvolden（1981）对深海成因的油气成因探讨为起点，开始根据实际资料不断修正早期模式，建立新的沉积模式。从垂向模式看，Bouma（1962）的“鲍玛序列”建立之后，Lowe（1982）针对砾质和砂质“高密度浊流”，Stow和Piper（1984）针对细粒低密度浊积补充建立了对应相序模式。在立体模式方面，开始认识到重力流沉积的复杂性，Reading和 Richards（1994）提出基于沉积物组成和供给系统的重力流沉积模式是其反映；Shanmugam（2000）强调了滑塌岩和碎屑流占主导的斜坡模式。

（5）1996年后，碎屑流研究阶段。虽然碎屑流的研究在20世纪70、80年代已多有开展，但除了针对地质灾害的研究外，在深水沉积中引起的关注有限。在 Postma等（1988）和 Oakeshott和 Ivry（1989）的物理模拟结果基础上，将碎屑流从高密度浊流研究中剥离出来（Shanmugam，1996），引起学界的关注。此外，Iverson（1997）对碎屑流过程的物理学系统总结，Marr等（1997）的低粘土含量水下碎屑流第一次模拟实验及Mohrig等（1998）水下碎屑流“滑水机制”的提出，以及Ilstad等（2004）物理模拟实验中沉积物中粘土矿物含量对滑水机制形成影响的讨论，Elverhoi等（2005）对海底碎屑流头部滑水机制动力学数值模拟从物理机制、物理模拟、数值模拟验证等进行的理论完善和大量水下碎屑流沉积实例的解 剖 （Gee et al.，1999；Marr et al.，2002；Georgiopoulou et al.，2010；Talling et al.，2007），不断深化碎屑流理论研究的同时，再次掀起了重力流研究的热潮。

另外，参考的科学发展阶段划分可将目前沉积物重力流的研究进程分为随机观察（Random observation）、第 一 范 式 （First paradigm）、质 疑（Crisis）和革新（Revolution），认为 1996年以来水下碎屑流的深入研究突破了原有理论、认识，正处于革新的阶段之中（图1）。

2 水下碎屑流研究进展

20世纪90年代中期以来的研究发现，之前很多利用浊流理论解释的露头、钻井资料中越来越多地识别出大量碎屑流沉积，不断修正着人们对深水沉积过程和沉积规律的认识。自Shanmugam（1996）明确提出并建立其砂质碎屑流概念，将碎屑流研究从高密度浊流研究中剥离出来以来，水下碎屑流研究很快成为沉积学研究的热点。

最早对碎屑流开展系统研究的是Johnson（1965）和Hampton（1970）的博士论文研究。之后，Johnson（1970）发文明确了碎屑流的流变模型；Hampton（1972）报道了水下碎屑流模拟实验、动力学特征和滑动—碎屑流—浊流之间的过渡关系。以此为起点，水下碎屑流研究陆续取得重要进展，介绍如下。

2.1 重建了砂质碎屑流概念及理论体系

砂质碎屑流并不是一个新的概念。早在1972年Hampton（1972）就通过模拟实验，并基于低粘土含量的碎屑流实验分析，首次提出了“砂质碎屑流”的概念。后来，通过模拟实验认识到“高密度浊流”可以分为下部碎屑流和上部浊流两部分（Postma et al.，1988）。Shanmugam（1996）明确提出“高密度浊流”并非一种单一流体，而是由砂质碎屑流和“低密度浊流”复合的新认识（图2）。

图1 重力流沉积研究重要进展与阶段划分（据Shanmugam，2000修改）Fig.1 Key progresses and stages division of studies on sediment gravity flow（modified from Shanmugam，2000）

图2 基于物理模拟的砂质碎屑流与浊流分层解释模型（据Postma et al.，1988；Shanmugam，1997）Fig.2 Two-layer interpretation model for sandy debris flow and turbidity current based on physical modeling（from Postma et al.，1988；Shanmugam，1997）

Shanmugam（1996，2000）提出的“砂质碎屑流”是相对于传统认为的“泥质碎屑流”而言的。在具体划分标准上，砂质碎屑流的划分是在 Shultz（1984）提出的沉积物重力流分类体系基础上进行综合的结果（图3）。

Hampton（1975）的实验表明，在海底砂质沉积物中粘土含量在2%甚至更低的情况下，仍然可能快速流动形成碎屑流沉积。由于其粘土含量低，砂质颗粒含量高而被称为“砂质碎屑流”（Shanmugam，1996）。砂质碎屑流很好地解释了基质含量极低的、洁净的水下块状砂岩的成因。为了进一步理解“砂质碎屑流”在重力流沉积中的地位和相对复杂的支撑机制，Shanmugam（1997）讨论了颗粒流和碎屑流（现在称为泥质碎屑流）的支撑机制、流变学特征和存在的问题，指出“砂质碎屑流”是介于传统（泥质）碎屑流和颗粒流之间的过渡类型，代表了粘性和非粘性碎屑流之间的连续作用过程，从流变学特征看属于塑性流，其沉积物支撑机制包括基质强度、分散压力和浮力。

明确了砂质碎屑流与“高密度浊流”的关系，建立了其与颗粒流、浊流、泥质碎屑流的关系和分类图版，明确了其在流体性质、流动状态、搬运和沉积机制方面的特殊性，也就建立起了砂质碎屑流的概念及理论体系（Shanmugam，1996，2000）。后来，模拟实验（Marr et al.，1997）及在 Canary岛0.05度的微斜坡上观测到的400km砂质碎屑流搬运（Gee et al.，1999）均验证了砂质碎屑流的存在及解释的合理性。

图3 沉积物重力流组成及砂质碎屑流定义图示（据 Shanmugam，1996重绘）Fig.3 Classification scheme for sediment gravity flow and definition of sandy debris flow（modified from Shanmugam，1996）

在中国东部渤海湾盆地（董冬，1999；鲜本忠等，2007，2012）和中部鄂尔多斯盆地（邹才能等，2009；Li XB et al.，2011）的重力流沉积中识别出“砂质碎屑流”或“碎屑流”沉积并探讨了其物性和含油气意义，拓宽了陆相盆地勘探领域。

2.2 围绕水下碎屑流，重新建立了重力流分类体系

科学分类体系的建立既是知识规律化、条理化的需要，也是对客观事物属性、发展规律科学认识的体现。沉积物重力流研究之初，Middleton和Hampton（1973）建立的沉积物重力流四分体系影响最广。后来，Shanmugam等 （1994）认为颗粒流非常少见、液化流并非一种独立的流体，并根据沉积物重力流形成过程提出滑动、滑塌、碎屑流和浊流四分的体系，强调了碎屑流和浊流在海底沉积物重力流中的重要意义。由于对（水下）碎屑流沉积过程和内部机制认识的匮乏，长时间以来一直视其为一种类型，并未细分。

Shultz（1984）终于打破这一僵局，提出了碎屑流、颗粒流、浊流的沉积物重力流三端元划分方案，并根据屈服强度、流体紊动性和颗粒间相互作用，进而将碎屑流细分为4种类型：①塑性碎屑流（plastic debris flows），屈服强度高、层流和杂基支撑，块状杂基支撑杂砾岩沉积；② 富碎屑碎屑流（clast-rich debris flows with either plastic or pseudoplastic），高屈服强度高、层流和颗粒碰撞支撑，反递变碎屑支撑杂砾岩沉积；③ 假塑性碎屑流（pseudoplastic debris flows），屈服强度低、层状或紊状流动、杂基支撑，沉积物包括块状碎屑支撑杂砾岩和递变杂基支撑杂砾岩；④ 惯性推移质假塑性碎屑流（Pseudoplastic debris flow with inertial bedload），屈服强度低、层状或紊状流动、颗粒碰撞支撑，反递变碎屑支撑杂砾岩，与第2种流体相似。虽然受限于其冲积扇背景，这里的沉积产物均为杂砾岩，并不能完全代表水下碎屑流沉积特征，但该分类第一次依据支撑机制、流动状态和流体性质对碎屑流进行分类，具有重要意义。

王德坪等（1987）报道了东营凹陷的水下碎屑流沉积，提出了“内成碎屑沉积”的概念，认为该沉积与“真正泥石流（碎屑流）”不同（王德坪，1991），总结了其中泥质撕裂块、砂质砾屑和粉砂质团块方面的识别标志；结合流变学中对宾汉流体内部分层结构特征，总结其自下而上的流动阻滞段、层流段和刚性筏沉积韵律性特征。

之后，Postma（1986）摈弃了重力流分类传统的流变学和主控支撑机制标准，提出基于流体类型、流体行为和沉积物浓度的新分类体系。由于低沉积物浓度条件下难以形成层流，实际可能存在的流体类型只有6种。再考虑到实际发育程度，较多见的流体类型只有3种：低沉积物浓度非粘滞性紊状的浊流、高沉积物浓度粘滞性层流状的碎屑流和高浓度非粘滞性层流状“非粘滞碎屑流”。Coussot和Meunier（1996）利用流体中固体含量和物质类型，提出了泥流（mudflow）和（颗粒质）碎屑流（granular debris flow）。

经过20世纪80～90年代的积累，Mulder和Alexander（2001）基于流体密度、颗粒支撑机制提出了水下沉积密度流从浊流、浓密度流、超浓密度流到碎屑流的四分体系（图4）。与上述讨论中认为碎屑流存在非粘结性的认识不同，作者强调了只有粘结流体方可称为碎屑流。该分类很简单，体系完整，回避了“高密度浊流”中流体分层后底部层流部分流体性质的问题，但“浓密度流”的识别标志不清楚，在实际操作中识别难度较大。其次，超高密度流与Shanmugam（1996）讨论的“砂质碎屑流”相当，其中无砾部分的块状砂岩到底为颗粒流还是砂质碎屑流成因有待明确，含漂浮砾石部分是否归为碎屑流沉积也存在争议。

与 Mulder和 Alexander（2001）不同的是，Tailling等（2012）根据深水密度流沉积过程提出的从碎屑流到浊流的沉积分类体系中认为碎屑流可以分为粘结性碎屑流、弱粘结性碎屑流和非粘结性碎屑流（图5）。其中，又将粘结性碎屑流细分为低强度、中等强度和高强度粘结性碎屑流，其沉积产物分别为低强度（DM-1）和高强度泥质碎屑流（DM-2）沉积，前者泥质含量低、漂浮碎屑含量也低，砂质杂基支撑为主；后者泥质含量增加、漂浮碎屑含量提高，碎屑粒径和流体密度都增大；弱粘结碎屑流中粘结强度不足以支撑砂质颗粒，产出洁净砂质碎屑流沉积（DCS）；非粘结性碎屑流中不含粘结性泥，孔隙压力快速递减，搬运距离短，可产出非常洁净砂质碎屑流沉积（DVCS）。此外，密度流形成的泥岩中除了浊流成因的 TE-1和 TE-2以外，还发育碎屑流成因（TE-3），其层流泥层可远距离搬运至盆地低洼处形成巨厚泥岩沉积。所以，Tailling等（2012）实际划分出了4类5种碎屑流沉积类型（图6）。关于作者提出的平行层理砂岩层（TB-3），文中将其解释为浊流成因并认为通常位于浊流底部的递变层理砂岩（TA）之下（图5），这很难理解。本文认为其应为碎屑流沉积，其中的“平行层理”实际上是碎屑流下部的“层流塞（laminar plug）”中长条状碎屑的定向排列或“面状结构”，这与TB的平行层理砂岩有根本差别。按理说，“层流塞”上部应该存在“刚性筏”段，可能因其薄而被作者忽略。但从该文图24对应图中右侧给出的相序剖面中发现在下部块状或“平行层理”的顶部存在漂浮状砾石层，这可能就是其中的“刚性筏”段。

图4 根据沉积物浓度、流变行为和颗粒支撑机制的沉积物密度流分类图解（据Mulder and Alexander，2001）Fig.4 Classification scheme of sediment density flow according to sediment concentration，rheological behavior and grain support mechanism（from Mulder and Alexander，2001）

2.3 深化了水下碎屑流发育机制认识，提高了沉积解释能力

严格地说，水下碎屑流发育机制应分为形成机制、搬运机制和沉积机制。因为现场（海底、湖底）直接测量的困难，实验室物理模拟仍然是获取流体内部流变学特征、流体性质及沉积产物特征的主要手段。尽管尺度（比例）的合理性和深水高压环境是目前实验室物理模拟难以克服的两大障碍，应用模拟实验仍然在水下碎屑流搬运和沉积机制方面取得了重要的进展。

图5 水下密度流术语、分类体系及颗粒支撑机制（据Tailling et al.，2012）Fig.5 Terminology and classification scheme of subaqueous density flows and their sediment support mechanism（from Tailling et al.，2012）

在形成机制方面，除了地形坡度外，流体中沉积物浓度和成分对水下碎屑流的形成具有重要的影响。学界对此问题的研究集中在两个方面，一是流体中沉积物浓度（或密度）对碎屑流形成的影响，二是沉积物的组成（泥、砂比例与粘土矿物类型）流体性质及沉积特征的影响。为了方便，下面分开讨论。

2.3.1 沉积物浓度（或流体密度）对水下碎屑流形成的影响

重力流是一种密度流体。沉积物和水混合物的流变学性质主要取决于沉积物浓度，其次在较小程度上也受到沉积物颗粒大小、物理和化学性质的影响（Shanmugam，1996）。颗粒浓度高不仅增加了密度，而且增加了流体的粘度和分散压力。流体的高密度或浓度趋向于抑制湍流，而湍流正是区别浊流与其他沉积物重力流的重要属性。

图6 碎屑流的搬运、沉积状态及沉积特征（据Tailling et al.，2012）Fig.6 Transport phase，depositional phase and deposit characteristics of debris flows（from Tailling et al.，2012）

目前为止，对于重力流或水下碎屑流形成的最低沉积物含量或流体密度要求尚没有一个统一的认识。Kuenen（1966）提出将1.1g/cm3作为低密度流和高密度流的分界值。1.1g/cm3大致相当于6%固体体积浓度，即认为6%体积浓度以上便是一种高密度流体了。后来，Lowe（1982）提出高密度浊流的起始沉积物浓度必须高于20%～30%；Shanmugam（2000）提出了砂质碎屑流沉积物体积浓度＞25%、泥质碎屑流＞50%（颗粒流也要求＞50%，但其中泥或粘土含量不同）的认识。Mulder和Alexander（2001）系统总结了前人提出的沉积物浓度（体积）与沉积物重力流类型之间的关系，分别定义浊流、浓密度流、超浓密度流和粘结性流的沉积物体积含量为9%以下、9%～40%、40%～70%和35%～85%。后两种在沉积物体积浓度上存在明显重叠，可能与粘土含量及组成有关。

2.3.2 粘土矿物对水下碎屑流形成的影响

目前比较一致地认为，粘土矿物对水下碎屑流，甚至是所有重力流的形成都具有重要影响，但其影响程度并无统一的认识。具体而言，粘土矿物的影响体现在两个方面：粘土含量（或沉积物中泥、砂比例）和粘土矿物的类型。

2.3.2.1 沉积物含量及泥、砂相对比例对流体性质及沉积特征的影响

为了探索不同砂泥比例条件下沉积物重力流沉积规律及沉积特征上的差异，Amy等（2006）利用34组不同泥、砂比例沉积物在不同盐度水体中的悬浮沉积实验，将沉积产物分为5种类型：I递变层理洁净砂层，II底部块状上部递变洁净砂层，III递变泥质砂层，IV块状洁净砂层和V块状泥质砂岩层（图7）。据图可知：①泥质含量较低且稳定时，随着流体中砂质含量增高，浊流成因的递变层理砂岩开始向分层的高密度流（下部为碎屑流、上部为浊流）、“砂质”碎屑流转换；②砂质含量一定，随着泥质含量增加砂质浊流向泥质碎屑流转化；③类型I和V之间可能存在突变接触，说明浊流成因的贫泥递变砂和碎屑流成因的富泥块状泥质砂可近于同时发生，这为重力流沉积结构中的双峰现象提供的合理的解释；④浊流中泥质含量的小幅度增大可转换形成碎屑流，为海底浊流搬运中下蚀海底泥质物而导致其中泥质含量增加、产生碎屑流的解释提供了依据。值得注意的是，由于没有考虑流体运动的影响，本实验结果可能与较高水压条件下的海底或湖底碎屑流沉积过程存在差异。

图7 不同泥、砂含量的流体悬浮沉降后沉积类型划分图版（据Amy et al.，2006修改）Fig.7 Settling regimes and the resulting deposit types after suspension of different sand and mud contents（Modified from Amy et al.，2006）

为了进一步讨论沉积物体积浓度相同（体积浓度为65%，流体密度为1.69g/cm3）、但泥砂比例不同的碎屑流（通过剪切应力测量可知）的搬运、沉积过程的差异性，Ilstad等（2004）开展了粘土体积浓度条件下水槽实验模拟研究。实验证明，粘土矿物含量高的高粘结性流体，更易于形成底部的“滑水作用”，搬运更远的距离，导致粘土相对含量高者沉积速率相对越快（Ilstad et al.，2004）。

2.3.2.2 粘土矿物成分对水下碎屑流形成的影响

目前对粘土矿物成分差异对水下碎屑流形成和搬运过程、沉积过程的影响的研究相对缺乏。Marr等（2001）通过对富砂水下重力流的实验，探索了不同粘土矿物成分对碎屑流形成的影响。实验结果表明，当水含量在25%～40%（沉积物质量百分比60%～75%）时，0.7%～5%质量百分比的斑脱岩粘土或者7%～25%质量百分比的高岭土条件下便可生成粘结性重力流。这说明不同成分的粘土矿物，其形成碎屑流的最低要求存在较大差异，对于斑脱土其质量百分含量最低要求为0.7%，而对于高岭土则最低质量百分含量要求为7% （Marr et al.，2001）。

2.3.3 “滑水机制”的提出和完善深化了水下碎屑流搬运机制的认识

Mohrig等（1998）通过模拟实验首次提出了水下碎屑流“滑水机制（hydroplaning）”，认为水下碎屑流前端滑翔碎屑流和滑块之下的润滑水层（薄层水膜）的存在减少了阻力，提高了流头速度，导致水下碎屑流在低角度坡度下长距离、弱侵蚀搬运成为可能。Gee等（1999）报道的0.05°微斜坡上砂质碎屑流的搬运超过了399km；Carter（2001）报道的流经新西兰聚合板块边缘由几期滑塌构成的太平洋深层西部边界流（DWBC）流程达200km；Marr等（2002）报道的含有大量粘土和粉砂的大规模沉积物在Bear岛附近搬运了100～200km；Georgiopoulou等（2010）报道的西北非Sahara大型海底沉积物搬运近900km；Talling等（2007）报道了目前水下碎屑流最远搬运距离（1500km）的北非海底扇。以上实例都证实了该搬运机制的合理性，也突显了水下碎屑流沉积的规模。

之后，Harbitz等（2003）用力学方法分析了该机制的形成条件；Elverhoi等（2005）用数值方法建立了实际海底下碎屑流头部形成滑水机制后的动力学模型；Ilstad等（2004）用模拟实验得出了只有沉积物中粘土矿物含量足够高的碎屑流才容易形成滑水机制的新认识，提醒人们并非所有的碎屑流均可形成滑水机制。

3 研究动态

结合目前国际沉积学界沉积物重力流相关研究进展和目前油气工业界在深水砂岩、碳酸盐岩和页岩中油气的勘探开发，笔者认为以水下碎屑流为核心的深水沉积将在以下4方面取得进展。

3.1 水下碎屑流流体及沉积的成因分类体系及重力流分类体系的完善

水下碎屑流是当前重力流研究中的薄弱环节。由于对其沉积过程及相关动力参数变化规律认识程度较低，目前对水下碎屑流及其沉积的分类比较乱。反之，合理的水下碎屑流成因体系的建立，不仅有助于分类型建立不同碎屑流沉积的沉积特征和典型识别标志，为研究者提供深入研究的工具，促进其在工业界、环境界的科学推广；还有助于完善沉积物重力流分析系统，促进沉积物重力流相关理论研究。

3.2 结合实地观测数据和物理、数值模拟实验结果，深化水下碎屑流搬运与沉积机制研究

早期的水下碎屑流发育机制研究是在露头或钻井岩芯描述基础上结合实验室模拟进行的，已在沉积物浓度与流体性质、粘土含量与流体性质和高强度粘结流体“滑水作用”搬运机制方面取得了重要进展，但由于难以获取深海高压、高速条件下流体相关参数和过程，其模拟结果与实际流体可能存在差异，需要在深海实测辅助下改进相关物理和数值模拟，深化深海水下碎屑流及浊流发育机制研究。

此外，由于根据沉积产物反演沉积过程方法自身的局限性，其对沉积物重力流搬运过程，尤其是在此过程中流体的转换过程常常无能为力。不同重力流流体之间的转换及其沉积之间的组合关系作为重力流沉积的基础问题，也有待大量实地观测数据标定基础上的物理和数值模拟精度的提高。

3.3 重力流泥质沉积机制及油气资源评价研究

长期以来油气工业更多地关注深水环境中的粗粒砂质沉积，常常忽视了其中的重力流成因的泥质沉积。一方面，加强重力流成因的泥岩的发育机制和沉积特征研究有助于完善沉积物重力流理论；另一方面，页岩油、气资源的巨大经济效益也要求对深水背景下页岩、泥岩中有机质富集规律进行研究，进而改进页岩油气资源评价和勘探部署。

3.4 水下碎屑流主控型重力流沉积模式的建立及油气勘探开发

20世纪70年代以来建立了3类重力流沉积模式：扇—朵 叶体 模 式 （Normark，1970；Walker，1978）、斜坡扇—舌状体模式（Shanmugam，2000）以及考虑物源成分和供给条件的组合模式（Reading and Richards，1994）。当越来越多地面对海（湖）底朵状—扇形、斜坡堆积裙、峡谷—水道充填体、岗堤状复合体、楔状砂体、席状披覆砂体、舌状丘形体及改造型不规则等沉积形态和复杂多变的沉积特征时，我们发现深水沉积极其复杂，目前对深水环境下沉积作用和砂体分布的认识仍很幼稚（Shanmugam，2000）。其中，水下碎屑流沉积特征的多样性是导致深水沉积模式复杂多变的重要原因。另外，在勘探初期对于滑动、滑塌、碎屑流成因混杂的“块体搬运沉积（MTDs）”的研究难以满足油气开发阶段对油藏内部储层分布、性能及渗流规律认识的要求，这也要求精细的储层构型研究工作以辅助开发部署及提高油气采收率。

4 结论

（1）沉积物重力流的研究经历了5个阶段：1950年之前自由观察、1950～60年代理论体系建立、1970年代沉积模式建立、1980～1995年工业应用与质疑和1996年后的水下碎屑流研究阶段，其中水下碎屑流的研究进展不断修正着前期认识，成为当期沉积物重力流中最具活力的研究领域。

（2）以流变学性质和沉积物支撑机制审视“高密度浊流”及其相关解释基础上，重建了“砂质碎屑流”概念和识别标志，为大套深水砂质储层的成因解释、储层评价和勘探前景带来新的思路。

（3）围绕着碎屑流细分，新建立了3套沉积物重力流分类体系：（a）以 Shultz（1984）和 Shanmugam（1996）为代表的浊流—颗粒流—碎屑流3分体系（碎屑流再 4分或 2分）；（b）Mulder和 Alexander（2001）为代表的浊流—浓密度流—超浓密度流—碎屑流四分体系和（c）Tailling等（2012）为代表的浊流—碎屑流两分体系，其中碎屑流再细分为3类5种。

（4）“滑水作用”是水下碎屑流搬运的重要机制之一，是低坡度深水盆地中大规模沉积物长距离、弱侵蚀搬运的重要原因。粘土矿物含量高、高强度粘结性水下碎屑流更易于底部“滑水作用”的形成；沉积物浓度、粘土矿物含量、粘土矿物成分是决定沉积物重力流性质（类型）的3大核心因素。

（5）未来水下碎屑流研究将可能在（a）水下碎屑流成因分类及重力流分类体系的完善，（b）水下碎屑流发育机制，（c）泥质水下碎屑流（及浊流）沉积及油气和（d）水下碎屑流主控型重力流沉积模式的建立方面重点发展。

致谢：感谢美国德州大学奥斯汀分校（UT at Austin）的David Mohrig教授和Wonsuck Kim博士在问题讨论和论文撰写过程中提出的意见。