浅谈等深流及等深流沉积特征

高剑超，李 明

(西北大学 地质学系，陕西 西安710069)

德国海洋物理学家Wust最先注意到海洋中沿海底等高线流动的底流及其沉积作用［1］。Heegen等(1966)在对北大西洋陆隆沉积物研究之后首先提出了等深流这一术语，认为等深流是由于地球旋转的结果而形成的温盐水循环底流，这种底流平行海底等高线做稳定低速流动，主要出现在大陆斜坡及大陆陆隆区，由等深流形成的沉积物为等深积岩［2］。

在现代海洋中，等深流沉积覆盖了大面积的海底地区，常沿大陆边缘发育成大型等深岩丘或等深岩席，如北大西洋现代等深流沉积，地中海现代等深流沉积等。我国由于受各方面条件的限制，至今尚未开展现代大洋等深流的研究，但我国学者主要针对我国诸多地区地史时期的等深流进行研究，如湖南九溪下奥陶统等深岩丘［3］以及甘肃平凉中奥陶统等深岩丘等［4］，主要通过岩性、层序、古流向和相序组合特征的分析，进而揭示所研究等深积岩古地理环境和古构造背景，并在古代等深流方面取得了卓有成效的研究［5－8］，尤其在古代等深岩丘方面已跨入国际先进行列，并弥补了国外古代等深流研究的不足。近些年来沉积学界通过对等深积岩的详细研究，对其作为油气储集的储层进行了相关研究［9，10］。

1 等深流形成的原因

1.1 地球旋转

地球上一切运动着的物体都要受到由于地球旋转所产生的偏转力(科里奥利力)的作用，这个偏转力会使地球上一切运动着的物体产生一个垂直地球自转轴和运动速度矢量所构成的平面的偏离，北半球向运动方向右方偏离，南半球向运动方向的左方偏离，赤道处为零，两极处最大。因此，从两极向赤道流动的等深流受偏转力的影响而变得复杂化。

1.2 大洋温盐环境差异

在地球表面不同地区，由于纬度、季节、昼夜等因素的不同，导致各地所获得的太阳辐射能不同。在地球的两极地表获得的太阳辐射能最少，因此海洋水温最低;在赤道地区所获太阳辐射能最多，因而水温最高。两极地区较冷的、密度较高的水体不断下沉，然后向较温暖、低密度的赤道区扩散，形成沿海底流动的等深流。盐度的变化引起大洋水密度差异是形成等深流的另一重要途径。典型的例子是地中海中的高盐度和高密度的水体经直布罗陀海峡外溢形成的等深流。

1.3 洋面风成面流

在重力作用下缺乏波动的洋面应该是平坦的。风吹过洋面时则引起波浪，洋面水体受剪切作用而产生流动。在北半球，这种流动导致水体向卡罗贝岛及北美大陆积聚，形成海湾溪流。受风力的影响，海平面的强烈起伏与海底风暴活跃区之间位置的符合性可能指示了来自海面的动能实际上已传到了深海底部。在全球范围内，海洋表面活跃区与深海高能区或深海风暴区一致。

2 等深流的沉积特征

Faugeres等(1993)通过对大西洋发育的等深流沉积研究认为海进期可能是最强烈的底层环流活动时期［11］。海平面的变化直接影响深海盆地中陆源碎屑物质的供应。低水位期以重力流沉积大量发育为典型特征:大量粗碎屑物质可直接从大陆坡注入深海盆地，形成各类砂、砾级重力流沉积，顺坡向下的流动占主导地位，主要类型为浊流沉积，等深流活动较弱，即使形成等深流沉积也容易遭到破坏。随着海平面上升，可容空间增大，物源区逐渐远离沉积盆地，更多的沉积物被拦截在大陆架上，粗碎屑物质注入逐渐减少，重力流活动减弱，等深流得以发育，形成等深流沉积得以保存下来。而在高水位期，沉积物供给较少，等深流也不发育。

2.1 等深流的鉴别标志

等深流沉积的鉴别是进行等深流沉积研究的关键之一。Hollister和Heezen(1972)在研究北大西洋部分现代等深流沉积之后，对等深流沉积的特征作了比较详细的归纳总结，在此基础上，将等深流沉积、浊流沉积、内波和内潮汐沉积进行比较(表1)。

表1 等深流沉积与其它类型深水沉积的特征比较(据何幼斌，1998)

2.2 等深流沉积的垂向层序

Faugeres等在研究北大西洋东缘现代等深岩丘时，发现等深流沉积组合按一定的垂向顺序排列，并确定了其典型的模式［12］，其完整的层序如图1(a)所示。这一层序是由一个向上变粗的逆递变段和一个向上变细的正递变段构成的对称递变层序，层序厚10～100 cm，层序各段间的接触关系有过渡的、突变的和侵蚀的不同类型。层序的厚度和完整性变化很大，可以是对称或不对称。

图1 等深流沉积的垂向层序(据何幼斌，1998)

段太忠等在研究湘北九溪下奥陶统等深积岩时也发现了与Faugeres等描述的层序类似的层序(图1(b))，层序各段之间的接触关系过渡的、突变的和侵蚀的均有。李发科等研究湘北地区描绘出如图2的等深积岩序列［13］。层序厚度在10～200 cm之间，以30～80 cm最为常见，完整的和不完整的均较常见。高振中等在研究鄂尔多斯西缘平凉中奥陶统碳酸盐中还发现了完全由砂屑等深岩构成的复合层序(图1c、d)，这类层序主要由中层到厚层的砂屑等深积岩叠置组成，其中每个单层砂屑等深积岩均具有典型的下细－中粗－上细的粒度变化特征，而整个层序在总体上又呈现为细－粗－细旋回。

图2 湘西北等深流沉积层序(据李法科，2001)

2.3 等深流的岩石类型

等深流沉积分异度低、生物活动改造强烈以及与其它沉积类型区别上的困难，目前对等深积岩的分类研究程度还很低。国外一般将等深积岩分为4种基本类型，即泥质等深积岩、斑块粉砂质等深积岩、砂质等深积岩和砾质等深积岩以及若干过渡类型［13－15］。由于等深岩的成分主要为陆源碎屑和碳酸盐物质，因此，按粒级和成分将等深积岩划分为泥级等深积岩、粉砂级等深积岩、砂级等深积岩和砾级等深积岩等类型(表2)。

表2 等深积岩的分类(据何幼斌，1998)

泥质等深积岩是各类等深积岩中粒度最细但数量最丰富的一类。它是现代等深流沉积的主体，但古代地层中较难识别。其最明显的特征是生物遗迹和生物扰动构造异常发育。

砂级等深积岩粒度较粗，分选较好，特征明显，易于识别。粉砂级等深积岩为泥质等深积岩和砂级等深积岩的过渡类型，多与它们交互成层或混杂出现其数量也很丰富。

砾级等深积岩粒度最粗，为数甚少，但在反映沉积作用特征上有一定的意义。一般认为它是由流速高、能量大的等深流侵蚀和改造细粒沉积物而形成的一种砾石滞留沉积。这种等深积岩单层薄且不规则，分选差，颗粒表面常具有铁镁质包壳。

生物屑等深积岩成分独特，数量也很少，多为等深流改造重力流沉积(如灰岩)后沉积而成，与砾级等深积岩类似，对反映沉积作用有一定的环境意义。

3 等深流的沉积类型

3.1 等深岩丘

海洋学调查和研究发现，在深海中存在着许多等深流沉积物的堆积体，等深岩丘就是其中一种。它呈长条状，横剖面呈丘型，长度一般为数十至数百公里，规模巨大。这种等深岩丘广泛发现在北大西洋，在中国主要在湘北地区(图3)，鄂尔多斯地区发现两大块等深岩丘。等深岩丘由于受等深流和深水潮汐、波浪的作用，其结构成熟度较浊积岩高;同时，等深岩丘分选较好，岩性为纯净的极细粒到细粒(局部到中粒)砂岩，原生孔隙发育，油气储积性能很好，世界多个油田已发现等深流储层，是深水沉积中颇具勘探前景的潜在油气储集层［16，17］。

进入21世纪，我国油气勘探进入深水区，在南海北部深水区珠江口盆地和琼东南盆地内中新世地层中发现大量的丘状反射体，前人对这两个盆地深水区中新世沉积相和丘状反射体进行了详细研究［18，19］，其成因与中新世南海北部发育的等深流有关，认为是等深流沉积形成的等深岩丘。

3.2 等深流漂积体

近年来，新环境、新动力学成因的新等深流沉积类型(图4)不断涌现。Laberg等(2001)基于挪威海漂积体的研究，提出了“充填性漂积体”;Maldonado等(2005)在南极的北威德尔海的中新世以来的地层内识别出完整的等深积岩漂积体系列，识别了几种新的漂积体类型:横向漂积体，基底/构造漂积体和堤坝漂积体;Cerm aicola等(2001)提出了断裂相关漂积体;Stow(2002)针对深水等深流对陆坡扇和深海扇的影响，提出了移变的扇漂积体(modified fan－drift)类型;Rebesco和Stow(2001)基于前人认识，从3个尺度(大尺度，即漂积体尺度;中尺度，即地震单元尺度;小尺度;即地震相尺度)总结了识别等深积岩的地震判别标准［20，21］。

图4 等深流沉积的几种新类型

4 结语

对等深流沉积研究可以帮助我们了解海洋的循环系统，提供更多的古海洋学和古气候学信息。随着人们进军全球深水油气勘探领域，深水勘探与深海沉积有着密切的关系，深海浊积砂体已证实是深海盆地的主要储层，深海等深流沉积结构成熟度高，孔隙和储集性能好，且形成规模较大，是潜的深海油气储层。

但整体等深流研究还较薄弱，现代等深流只局限于大西洋，对其它个大洋研究薄弱，限制了等深流沉积的全球性认识。对等深流的识别特征有待加强，一些大型内波内潮汐被误认为等深流沉积。地层记录中的等深流规模较小，层位较少且已发现区域较少，现在仅发现三例且都为碳酸盐岩沉积，未见碎屑岩等深流沉积。

现今对等深流的重点研究包括以下几个方面:(1)等深流沉积新类型、特征和鉴别标志研究;(2)建立一套较为完整的等深流识别标志;(3)等深流的形成机制和等深积岩沉积体系形成的主要控制因素。

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