中国湖相沉积物重力流研究的过去、现在与未来

李相博，刘化清，潘树新，王菁

中国石油勘探开发研究院西北分院，兰州 730020

0 引言

陆相沉积物重力流是指深湖—半深湖区经过重力作用搬运的异地沉积物，通常比原地垂直降落沉积的粒度粗，但也可以是泥质的细粒沉积物[1-2]。与海相重力流沉积一样，湖盆重力流沉积中同样拥有丰富的油气资源，尤其近10年来，随着地震勘探技术的进步，我国湖盆深水重力流沉积勘探进入快速阶段，先后在鄂尔多斯盆地[3-5]、松辽盆地[6-7]和渤海湾盆地东营凹陷[8]、南堡凹陷[9]及歧口凹陷[10-12]等众多地区取得重要突破，仅鄂尔多斯盆地和东营凹陷在深湖—半深湖环境中探明的石油地质储量就已超过6×108t[3,13]。由此可见，深水重力流沉积已经成为陆相盆地油气勘探一个新的接替领域，是当前油气勘探与研究的热点。事实上，我国是陆相生油理论的发源地，大中小型内陆湖盆广泛发育，沉积物重力流通常在每个湖盆中心部位均有发育，勘探前景十分广阔[14]。在深水沉积油气勘探快速发展的今天，回顾它的过去，总结它的现状，展望它的未来对于继续深化湖盆深水沉积地质认识、加快深水油气勘探步伐具有重要意义。

1 湖盆深水重力流沉积研究的过去

沉积物重力流研究在我国已有50年历程。以时间为纲，以突出成果为基础，大体上可以将湖盆中央深水区研究历史划分为3个阶段，即浊流理论探索与发展阶段（1970—1980 年）、浊流理论工业化应用阶段（1990—2000 年）及砂质碎屑流研究阶段（2010 年以后）。

1.1 浊流理论探索与发展阶段（1970—1980年）

20 世纪50 年代初期，国外浊流理论的建立揭开了海相深水重力流研究的新篇章[15]，而在这之前，人们普遍认为深海平原仅仅接受远洋悬浮沉积[16]。但当时浊流理论并未引起中国沉积学家的重视。上世纪50—60年代，由于陆相盆地油气勘探的客观需求，老一辈石油地质学家通过对青海湖等现代沉积的考察研究，提出了“环带状”湖盆沉积模式，即湖盆中央深水地区缺少大规模砂岩沉积，主要发育泥岩（烃源岩），相对粗粒的砂岩沉积被认为仅仅发育在盆地边缘[17]。

应用浊流理论对我国陆相盆地深湖区沉积物进行重新认识的实际研究工作是从上世纪70年代开始的[1,18]，因此，从研究历史看，我国对重力流沉积的研究比国外滞后了近20 年时间。但之后快速发展，80年代初在全国范围内掀起了对深水沉积物重力流研究的热潮[18]。从研究水平看，70年代基本为模仿、跟踪与学习阶段，此期研究大多为试探性，尚处于积累资料和初步认识阶段，有形化成果数量有限，只有孙枢等[18]发表的“我国几个地区浊积岩系的特征”一文在业界有较大影响。80 年代为创新发展阶段，该时期重力流沉积研究在全国范围内全面展开，并在短时间内取得了丰硕的研究成果，可以说逐渐跟上国际研究步伐。归纳起来，有以下几个方面的特点：1）十分强调构造因素（同生断裂）对浊流的影响，认为浊流主要发育在断陷湖盆的陡坡环境[1,19]。2）随着大量湖相重力流的发现，提出湖盆与海盆一样，发育多种类型的沉积物重力流[18]。3）在研究内容上，从最初的描述性研究转入沉积模式及预测研究，逐渐跟上国际研究步伐[19]。4）湖盆重力流研究多集中在含油气盆地中，在渤海湾盆地等东部地区第三系断陷湖盆中发现了与重力流有关的油气藏[20-21]。

1.2 浊流理论工业化应用阶段（1990—2000年）

从90 年代到新世纪初期，随着中国东部断陷湖盆油气勘探的深入，人们发现湖相浊积岩是十分重要的储集体，于是从生产应用角度对浊积岩进行精雕细刻，在理论与实践方面取得了一系列新认识、新成果。

理论方面的研究内容广泛而深刻：包括浊流概念、识别标志、沉积特征、储集性能以及发育的构造、沉积环境等等。例如，在沉积特征及鉴别标志研究方面，李文厚等[14]基于大量野外及钻井资料，系统探讨了我国西北地区湖相浊积岩的沉积学特征、浊积岩相特征及浊积相组合等，建立了湖相浊积岩鉴别标志（具粒序层理、包卷层理、槽模、沟模、锥模、刷模和重荷模以及滑塌褶皱等构造），并将湖相浊积岩划分为8 个岩相3 个相组合；赵澄林等[22]通过对现代和古代湖相浊流沉积体系的综合研究，将陆相浊流沉积划分为6 种成因相。刘宪斌等[23]基于地球物理响应特征，将湖相浊积岩分为水道型湖底扇和透镜状湖底扇，并认为浊积岩储层是含油气最丰富的储层之一，其内部变化、储集性能受构造背景、沉积环境及成岩作用等多种因素控制。在浊积岩成因机理研究方面，张兴阳等[24]吸收了国际沉积学界在海相深水牵引流方面的研究成果，指出浊积岩中的鲍马序列具有多解性，既可能由重力流事件单独形成，也可能由重力流与深水牵引流共同作用而形成。在浊积岩发育的大地构造环境方面，洪庆玉[25]根据板块构造理论，认为陆相浊流沉积发育于离散型边缘、聚敛型边缘和转换型边缘等多种大地构造环境。在浊积岩沉积环境与沉积模式方面，与早期浊流主要发育在断陷湖盆中的认识不同，该阶段人们提出浊积岩在断陷、坳陷及前陆型湖盆中均有分布，其中最大湖侵期浊积砂体最为发育，并相继完善或建立了断陷型、坳陷型及前陆型湖盆浊流沉积模式，从而使陆相湖盆充填模式与沉积特征研究走在了世界前列[14,22-23,26]。

上述研究为人们提供了一个概念格架，指导应用地球物理资料对陆相浊流沉积进行识别、解释和工业制图，有效指导了各类湖盆中央深水地区的油气勘探[23,27-31]。就中国东部中新生代陆相湖泊石油地质储量而言，据不完全统计，这一时期浊积岩储层占比（以浊积岩为储层的地质储量占总储量的比例）由早期6.3%快速上升到12.6%[23]，位列三角洲砂体、河流砂体（占比分别为55.3%、13.0%）之后成为第三大类储层，显示浊积岩储层已经成为这一时期湖盆中极为重要的油气产层，说明诞生于海相盆地的浊流理论在陆相盆地中得到了较大规模的工业化应用。

1.3 砂质碎屑流研究阶段（2010年至今）

长期以来，碎屑流沉积基本都是作为一种地质灾害现象而进行研究的，被认为主要发育在水上陆地环境。虽然上世纪80 年代末期，我国学者已经注意到在陆相断陷湖盆深水区存在可以作为油气储集体的砂质碎屑流沉积[32]，但没有引起人们的足够重视。后来，国外沉积学家Shanmugam[33]认为大多数海相砂岩并不是浊流形成的浊积岩，而是砂质碎屑流成因。此后，又陆续发表多篇研究论文，系统阐述了砂质碎屑流概念、特征及理论体系[16,34]。由于Shanmugam 提出的砂质碎屑流概念改变了以往认为深水砂岩全部为浊流沉积的观点，在全球沉积界引起了广泛关注。受其影响，2010年前后，中国一些研究者认为以往夸大了湖相沉积中的浊流沉积作用，提出在湖盆中央深水区发育大规模砂质碎屑流砂体的新认识[5,35-36]，目前该认识得到了沉积学界与生产应用部门的广泛认同[3-4,37-40]。事实上，近年来，石油勘探部门按照砂质碎屑流模式实施勘探，先后在鄂尔多斯、松辽、渤海湾等盆地的中央深水区新发现了多个数亿吨级的含油富集区[41-42]。所有这些研究及勘探成果都标志着我国陆相湖盆重力流研究进入了一个新的创新发展阶段。

2 湖盆深水重力流沉积研究的现在

自2010 年前后我国学者提出陆相湖盆中央发育大规模砂质碎屑流砂体这一新认识以来，通过近10年的发展，目前在湖相重力流发育条件、搬运与沉积机理、鉴别标志、沉积模式、地震响应及技术方法等方面均取得了令世人注目的成果，这些新观点、新认识都源于他们对野外地质露头及钻井岩芯的详细观察描述和对沉积作用过程的精细研究，目前代表了我国湖相深水沉积研究领域的最新进展，归纳起来，主要有以下四个方面。

（1）湖盆中央深水区至少存在浊流、异重流、砂质碎屑流及底流4种类型的重力流与牵引流沉积

深水环境动力机制极为复杂，既有重力流也有底流（深水牵引流），这些机制或孤立发育、或彼此转化、或相互作用，导致深水环境沉积物类型、成因极为复杂[43]（图1）。就重力流过程而言，主要包括滑坡（Slides）、崩塌（Slumps）、碎屑流（Debris flows）和浊流（Turbidity currents）等[16,44]。由于滑动—滑塌是形成沉积物重力流的触发机制，不是独立流体[16,45-46]，本文只对碎屑流、浊流等进行讨论。

①浊流与浊积岩

浊流是一种呈湍流状态搬运的沉积物重力流[15]。由于浊流具牛顿流体特性[34]，当其速度减缓或内部水流扰动强度降低时，流体内部的颗粒将无法保持悬浮状态而发生沉降。通常情况是，由于受重力作用控制，粒径或重量大的颗粒首先沉降，然后是粒径小或重量轻的颗粒，从而在其沉积物（浊积岩）中产生下粗上细的正粒序。因此，正粒序被认为是浊积岩最为关键的鉴定标志[16,34,47]。具正粒序的砂岩通常与具平行层理、沙纹层理、包卷层里和水平层理的粉细砂岩、泥岩一起构成完整或不完整的鲍马序列，常见组合有ABCDE、ABE、ACD、BCD、BC、CDE及DE 等多种类型[48]。因此，鲍马序列是浊积岩常见特征。

在中国陆相盆地中，有关浊积岩与鲍马序列的典型范例非常之多[27,49-57]，本文作者在鄂尔多斯盆地延长组野外露头和钻井岩芯中也见到过具有典型鲍马序列的浊积岩[36,58-59]。虽然其成因存在多解性[24]，但本文作者认为它们可以用一次重力流事件来解释[60]。

需要说明的是，Lowe[61]认为上述具鲍马序列的浊流为低密度浊流（Low-density turbidity currents），此外，还存在一种高密度浊流（High-density turbidity currents）。高密度浊流在垂向上由上、下两层流体组成，上部流体沉积物颗粒的含量较低，其内沉积物颗粒由流体的紊流支撑，而下部流体沉积物中颗粒的含量较高，流体内部紊流活动受到了抑制，沉积物主要由基质强度、分散压力和浮力支撑[61-62]。Lowe[61]进一步将高密度浊流细分为砂质高密度浊流与砾质高密度浊流，认为深水块状砂岩的成因主要与砂质高密度浊流有关，并由此建立了砂质高密度流的理想结构序列：按照沉积的先后顺序分别是S1(牵引层，常见牵引构造)、S2(牵引毯，常见反粒序)以及S3（悬浮层）。在这三个层段中，只有S3 段形成于浊流的紊流悬浮作用，沉积物或者显示正粒序或者以无沉积构造的块状砂岩为特征。其中块状砂岩的沉积过程是：受高密度浊流的上部流体所驱动，首先在流体下部近底床附近形成一层薄层状的砂质沉积层，这时，如果上部沉积物供给速度非常高，近底床的地层加积作用就非常快，以致于在砂层中来不及发育层理而直接形成了厚层的块状结构。

国际沉积学界对“高密度浊流”这一术语存在不同意见，Talling et al.[63]赞成Lowe[61]的看法，称这种依靠“层层模式”形成块状砂岩的流体为高密度浊流；Shanmugam[33]则坚决反对“高密度浊流”这一术语，建议将高密度浊流拆分为上下两个部分，上部为浊流，下部为砂质碎屑流。由于这两部分流体并不相互独立，上部流体不仅给下部流体提供沉积物质，而且产生额外的剪切力来牵引下部流体，同时，由于其沉积方式遵循“层层模式”，与下文碎屑流的“整块固结模式”沉积方式有本质差异，笔者建议保留“高密度浊流”这一术语。实际上，下文讨论的异重流在本质上就是高密度浊流中的一种类型。

图1 陆相盆地砂体分布模式（据姜在兴等[43]修改）Fig.1 Lacustrine depositional model（modified from Jiang et al.[43]）

②异重流与异重岩

异重流（Hyperpycnal flow）是一种由洪水期河流直接供源、密度大于周围水体（湖泊或海洋）、主要以递变悬浮搬运、沿盆地底部流动的高密度流体[2,46,64-65]，异重流的成因与三角洲前缘沉积物由于重力失稳而导致的二次搬运作用无关，也不需要地震、火山、风暴、海啸等正常浊流所需要的触发机制，它是由洪水期河流直接注入盆地内部水下环境而形成，因此，异重流本质上是一种持续型高密度浊流[64,66]。由异重流形成的沉积岩被称作异重岩（Hyperpycnite），其以发育由洪水增强—减弱所产生的逆粒序—正粒序组合、层内微侵蚀面、富含陆源有机质区别于其他浊积岩[2,66]。

最新研究表明[64,66]，异重流主要受地形、气候、密度差等因素控制，海洋和湖泊均有发生。相对而言，多物源、近物源、地形高差大、构造活动强烈的陆相淡水湖泊更利于形成异重流。事实上，早在20世纪80 年代，我国学者在我国陆相断陷湖盆所发现的洪水型湖底扇[22,67]和洪积扇的概念[8]，与异重流沉积的特征十分类似。最近，杨仁超等[68-69]在鄂尔多斯盆地南部晚三叠世延长组深湖相泥岩中发现了洪水型异重流沉积记录，并认为异重流向湖盆中央深水区输送大量砂质与有机质的同时，也改变了深水区生态环境，导致大量有机碳富集，对非常规油气资源的形成有重要意义。潘树新等[7]也通过沉积构造和沉积序列等分析，在松辽盆地白垩系嫩江组发现了大规模异重流沉积。

③砂质碎屑流及其沉积物

与具有牛顿流体流变学特性的浊流不同，砂质碎屑流是具有一定强度的塑性流体，即宾汉塑性体（Bingham plastics）[16]。砂质碎屑流概念最早由Hampton[70-71]提出，Hampton[71]通过实验表明，碎屑流的产生不一定需要高的黏土含量，当沉积物黏土含量仅占2%甚至更低时，也能够形成碎屑流沉积。由于其黏土含量低，砂质颗粒含量高而被称为“砂质碎屑流”。后来，Shanmugam[16,33]重新建立了“砂质碎屑流”的概念内涵，指出“砂质碎屑流”术语不是一个简单岩石名称，而是代表了一个在组分结构以及强度等方面的沉积序列，是介于传统（泥质）碎屑流和颗粒流之间的过渡类型，代表了黏性和非黏性碎屑流之间的连续作用过程，沉积物颗粒或团块呈一个完整的集合体在海底呈层状或块状流动，最终以整体凝结（En masse freezing）方式沉积[72]。由“砂质碎屑流”形成的沉积岩被称作碎屑流岩（Debrites），其主要特征为厚层块状、无常规层理构造，砂岩内部可见呈悬浮状零散分布的泥岩撕裂屑，或砂泥混搅等现象。由于这种沉积物中黏性基质泥含量可以很少，砂质颗粒含量较高，Shanmugam[72]最近称其为砂质块体搬运沉积（SMTD）。

Shanmugam 的砂质碎屑流概念较好地解释了深水沉积中无沉积构造的块状砂岩，因而目前已被我国学者普遍接受。近年来，先后在我国鄂尔多斯盆地三叠系[3-5,36-37,58]、松辽盆地白垩系[35,73]及东部地区的许多断陷湖盆中[9-10,41-42,45]都发现了这类沉积。由于其物性及含油性较好[59]，日益受到我国石油勘探部门的重视。

④底流及底流改造沉积

底流（Bottom current）也称作深水牵引流[74]。在海洋深水环境中除存在各种沉积物重力流外，还存在底流。重力流与底流之间存在交互作用，尤其是底流可以对早先形成的砂质重力流沉积物进行改造而形成底流改造砂（Bottom current reworked sands）[75]。现已查明，底流改造砂在深海环境广泛分布，是海相盆地重要的油气储集层之一[76]。

目前的研究表明，深海环境中底流主要有：温盐循环驱动的底流、风驱底流、潮汐底流以及内波内潮汐底流等多种成因类型[44,74]。陆相盆地由于面积较小，水体较浅，因而温盐差异作用、潮汐及内波内潮汐作用可能很小[76]，但风驱作用（风动力场）对湖盆的沉积过程有重要控制作用，其中风生流是大型湖泊中常见的一种湖流，能引起全湖广泛的、大规模的水流流动，这种现象也被称为“风驱水体”[43]。最新的研究揭示[77]，风生流有表流和底流之分，二者共同形成一种“风生水流循环”，对湖泊沉积沉积物进行重新改造（图2）。其中风生底流一般发生在浪基面之下，在风暴作用期间会携带浅水区沉积物向浪基面下方的深水区搬运，从而形成水下前积楔和沉积物牵引体。

过去，我国沉积学工作者对底流的研究主要集中在海相盆地中，对陆相湖盆底流的研究相对滞后，公开报道的实例很少。最近，潘树新等[76]在松辽盆地白垩系青山口组发现了风生底流的沉积学记录，其岩性由泥质粉细砂岩和粉细砂岩组成，具有与湖相暗色泥页岩呈互层展布、细粒、发育牵引流构造（常见小型交错层理、平行层理、透镜状层理及侵蚀构造等）和常与重力流交替出现这4个基本特征。此外，在鄂尔多斯盆地延长组深水区也识别出了底流（牵引流）改造作用[59,68]。底流改造形成的砂体不但可以形成致密油气藏，同时底流改造砂与泥页岩互层，提高了泥页岩脆性矿物的含量，对于拓展我国陆相盆地非常规油气藏的勘探领域具有重要的意义。

图2 “风驱水体”控制下的沉积模式图（据Nutz et al.[77]，有修改）Fig.2 Conceptual depositional model depicting wind-driven water bodies（modified from Nutz et al.[77]）

本文以大型坳陷湖盆——鄂尔多斯盆地延长组为例，对湖盆深水区常见的砂岩类型与特征进行了总结（表1）。

（2）湖盆中不同类型的流体在搬运与沉积过程中存在互相转化，形成混合事件层（HED）

深水沉积物重力流从开始启动、搬运到形成沉积物的整个过程中，可能存在多个流体阶段与流体性质转换，其中最常见的是由碎屑流与浊流之间相互转换而形成的混合重力流体及混合事件层[78-79]。所谓混合重力流（Hybrid gravity flow）指同一重力流事件中由于流体性质发生转化而形成的具有多种流变学性质的流体。混合事件层（Hybrid Event Bed,HED）是指由混合重力流形成的沉积层[80-81]。流体转化（Flow transformation）指同一重力流事件中不同流体之间（如碎屑流和浊流）相互转化的过程，流体转化方向主要与流体在流动过程中沉积物与颗粒含量变化有关[78,82]。

重力流混合事件层（HED）是国外学者在海相盆地沉积物重力流研究方面的一个新发现。在这之前，人们普遍认为，在水下沉积物重力流的形成与流动过程中，由于周围环境水体的不断卷入，沿斜坡向下沉积物浓度逐步被稀释，从弹—塑性块体逐渐转化为碎屑流，进一步转化为浊流，因而，从盆地边缘到盆地中心地区，弹—塑性块体（滑动、滑塌岩）、碎屑流和浊流沉积依次有序分布，垂向序列上不存在流体混合的现象[83]，也正是这种重力流沉积模式长期主导着深水重力流砂体的分布预测[84]。然而，最新研究发现，重力流的平面分布并不一定都是这种简单的有序分布，除了盆地边缘或三角洲前缘地区存在碎屑流和浊流沉积在垂向上的有规律组合以外[78]，在盆地中央深水区也广泛发育与浊积岩相伴生的泥质碎屑流沉积[79-81,85]。这种与传统重力流沉积模式相悖的沉积现象，促使人们开始重新审视水下沉积物重力流形成机制的多样性和沉积模式的复杂性。爱尔兰都柏林大学Haughton教授和英国国家海洋研究中心Talling教授为代表的国外学者对此问题进行了细致研究，他们根据混合事件层组成特征及流体转换可能方式等，将深水沉积物混合事件层划分为下部砂质碎屑流—上部浊流混合事件层、下部浊流—上部泥质碎屑流混合事件层以及泥质碎屑流和浊流频繁互层混合事件层3种类型，目前代表了深水重力流混合事件层研究的最新进展[79,84,86]。

在我国古代陆相盆地中，近年来一些研究者试图利用“从源到汇”的研究思路，对三角洲前缘到湖盆中心的岩性岩相类型进行划分，进而通过对沿搬运路径上砂体成因变化规律的分析来推断是否存在流体转化。例如，Zou et al.[87]与Li et al.[88]研究发现，在鄂尔多斯盆地延长组最大湖泛期附近（长6—长7期），不同成因类型的砂体在空间分布上具有一定有序性：在湖盆边缘的三角洲前缘环境，水下分流河道砂岩占主导；靠近湖盆边缘的深水斜坡区砂质碎屑流岩占主导；湖盆中央地区浊积岩占主导；湖盆中央与深水斜坡之间的区域则表现为砂质碎屑流岩与浊积岩互层。沉积相组合沿水下环境斜坡的这种变化通常被认为是碎屑流与浊流两种流体的转化所造成[70]。鉴于此，他们建立了延长组三角洲前缘—深湖区砂质碎屑流与浊流的流体转化模式[87,89]。此外，近期有少数研究者[45,84,90]通过对我国多个地区湖盆重力流沉积体系的详细解剖，识别出了比较典型的碎屑流与浊流混合沉积序列，认为湖盆重力流在形成发展和消亡过程中不仅存在多个流体阶段，而且存在着多种流态之间的相互转换。

表1 陆相盆地深水砂岩沉积特征对比一览表（以鄂尔多斯盆地延长组为例）Table 1 Sedimentary characteristics of deep-water sandstone in continental basins(illustrated by the Yanchang Formation, Ordos Basin)

总体而言，国内针对陆相湖盆重力流流变学及流体性质转换方面的研究相对滞后，尚未引起大家的足够重视。由于流体转换及混合事件层对于油气储层非均质性研究、深水有利储集砂体预测及现阶段深水区常规和非常规油气勘探提供了新思路，因此，目前需要加强对深水沉积结构单元的详细刻画与描述，并结合实验模拟，深入研究重力流水动力学特征，确定其垂向和横向分布，丰富和完善重力流沉积理论认识。

（3）建立了湖相砂质碎屑流搬运—沉积过程的鉴别标志——“泥包砾”结构（Mud-coated intraclasts），解决了长期以来困惑人们的湖相深水块状砂岩成因问题。

砂质碎屑流和高密度浊流是深水环境两种最为重要的重力流搬运过程[63,91]。如上所述，他们都可以形成块状砂岩，二者的差别在于，高密度浊流是通过一种“层层模式”（Layer-by-layer fashion），而砂质碎屑流则是通过一种“整块固结模式”（En masse freezing）[63]。然而如何从这些块状砂岩的沉积物记录中判断其搬运过程（究竟由何种流体形成？是砂质碎屑流还是高密度浊流？）是一个问题，而搬运与沉积过程的研究对于认识深水砂岩成因相当重要，是建立深水沉积模式的基础[16]。在以往的沉积学研究中，人们通常都习惯于从沉积物记录中利用其沉积特征（如沉积物类型、碎屑组分组成、变形构造、层理构造、层面构造、韵律性与旋回性、杂基成分与含量以及颗粒支撑特性等）推断在沉积作用的最后阶段占优势的作用，但是这些特征仅反映沉积物的沉积方式，不反映搬运过程[16]。Lowe[61]与Stow et al.[91]仔细研究过块状砂岩中各种各样的逃逸构造（碟状、柱状等），然而这些逃逸构造既可以在碎屑流中产生，也可以在高密度浊流中产生，甚至还可能形成于沉积期后，所以逃逸构造不是搬运作用与沉积作用的可靠标志。一些沉积学家[16,63]提出可以根据砂岩侧向厚度变化（突变或渐变）或者砂岩中是否存在漂浮碎屑（Floating clasts）等特征来识别碎屑流成因的块状砂岩，然而这些现象也不一定与沉积物的整个搬运过程有关，只能说是反映了沉积物在沉积阶段的沉积方式。最近，Talling et al.[63]描述了一种涡旋状补丁构造（A patchy grain-size distribution（swirly fabric）），认为是碎屑流成因的标志性特征，然而正像他本人所说，这种构造也可能与沉积后期的对流改造作用有关，由此看来，这种补丁构造也可以与沉积物的搬运过程或搬运历史没有关系。所以如何从沉积特征中识别流体性质与搬运机理的确是一个问题，正像Shanmugam[16]曾经所说，“目前还没有一个公认的标准从沉积物记录中确定其搬运机制！”。

针对这一科学命题，本文作者通过对鄂尔多斯盆地上三叠统延长组露头剖面及钻井岩芯的观察研究，首次在延长组深水厚层块状砂岩中发现了一种新沉积现象：“泥包砾”结构（Mud-coated intraclasts）（图3），它们通常由内核和泥质外壳两部分组成，内核一般为泥质团块或砂质团块构成，外壳一般由薄层泥页岩或富含泥质的细粒沉积物构成，外壳通常呈近似同心环状包裹着内核漂浮在深水块状砂岩中。进一步研究认为这种“泥包砾”结构主要与三角洲前缘特殊的“碎屑流”成因机理与发育过程有关，其形成过程自始至终表现出含有它的沉积物是作为块体状态（宾汉塑性体）被搬运的（即在搬运与沉积过程中没有发生流体转换现象），自始至终表现出其在搬运过程中是被介质的强度所支撑的[89]，据此，本文作者认为“泥包砾”结构是确定延长组深水厚层块状砂岩为碎屑流成因的最有意义的标志性证据，并在此基础上，建立了延长组深水砂岩从开始启动到搬运、再到沉积的过程与模式[89]。沉积学家Shanmugam 教授评审了本文作者的研究论文，认为“泥包砾”结构为深水砂质块体搬运沉积（SMTD）研究提供了关键性判识标志，对当前国际地学界广泛开展的大陆边缘沉积物“从源到汇”的过程沉积学研究有积极意义。

图3 “延长组长6 段深水块状砂岩中的“泥包砾”照片及解释Fig.3 Photographs of mud-coated intraclasts in deep-water massive sands, in Chang 6 of the Yanchang Formation, Ordos Basin

本研究发现的“泥包砾”结构（Mud-coated intraclasts）似乎与过去在黏性碎屑流（泥石流）或冰川沉积中发现的泥砾结构（Boulder clay）很相似[61,92-93]，但二者之间存在本质差异，首先是“泥包砾”结构中的内核并非砾石或鹅卵石，而是成分与围岩相近的砂岩岩块或者含泥质团块；其次，“泥包砾”结构并非赋存于富含泥质的细粒沉积中，而是赋存于黏土杂基含量很少的纯净砂岩当中[89]。此外，“泥包砾”与陆上碎屑流或水道峡谷中的硬皮泥球（Armored mudstone ball）[16,94]也不同：硬皮泥球通常是由体积较大的黏土泥球（其形状为球形或近似球形）被相对较硬、粒度较粗的、数量上或多或少的砂或砾（常见有石英颗粒等）所包裹而形成，而“泥包砾”结构与其相反，是泥质团块或砂质团块被薄层泥页岩所包裹，其内核相对较硬，外壳相对较软[89]。由此看来，“泥包砾”结构与上述通常被作为黏性碎屑流（泥石流）鉴别标志的泥砾结构(Boulder clay)、硬皮泥球(Armored mudstone ball)在结构组成与成因方面均不相同，是一个适用于砂质碎屑流的新鉴别标志。

“泥包砾”（Mud-coated intraclasts） 应该是深水砂质块体搬运沉积（SMTD）中的常见沉积现象，只是过去未引起人们注意而已。近年来，类似“泥包砾”的沉积现象在国内外都有发现，例如，Hüneke et al.[95]在Mediterranean Sea 深海重力流块状砂岩中发现过一种具有桃形内核（Peach core）的泥砾，与“泥包砾”非常相似，但他们没有给出合理解释。此外，国内其他研究者也在湖盆深水沉积物中陆续发现了一些“泥包砾”现象，并认为是砂质碎屑流的标志性沉积[96-98]。

（4）地震沉积学理论与技术方法在湖相重力流内部沉积单元解剖、湖盆深水沉积模式建立等方面取得巨大成功

地震沉积学（Seismic sedimentology）是一门现代地震技术与沉积学相结合的新兴交叉学科（包括地震岩性学与地震地貌学），其主要应用地震资料的平面属性特征来识别沉积单元三维几何形态、内部结构和沉积演化历史，弥补了以往资料纵向分辨率不足带来的研究限制，是目前薄层、薄互层砂体平面展布预测的重要方法之一[99-102]。

中国陆相盆地各种成因类型的薄层或薄互层砂体十分发育（砂体厚度小于10 m，甚至为1～2 m），尤其深水环境中的重力流薄互层砂体中拥有丰富的油气资源，采用常规地质学理论和方法难以对它们进行识别。近年来，中国学者[11-12,103-105]采用地震沉积学原理与方法技术（技术关键为相位调整、分频处理、地层切片、沉积解释）来研究沉积岩性、识别薄层砂体、确定沉积类型及其演化、进而指导湖盆中央深水油气勘探开发取得了丰硕成果。例如，刘化清等[11-12]利用地震沉积学方法对歧口凹陷歧南地区沙一段重力流水道的平面几何形态、内部结构及纵向演化进行了研究，发现了砂质碎屑流、滑塌与浊流3种成因类型的重力流砂体，建立了U型或V型、碟片性、蠕虫型与纺锤型（透镜状）4种反映流体能量由强而弱变化的地震响应模式，落实了不同时期水道主体部位，有效指导了研究区油气勘探开发部署与剩余资源挖潜[11-12]。潘树新等[7]最近基于源—渠—汇研究思路，通过地震沉积学、钻井岩芯沉积构造等分析，在我国大型坳陷湖盆—松辽盆地白垩系嫩江组发现了由异重流主导的大型水道—湖底扇系统，为该区大规模深水储集层的预测提供了翔实资料。该水道—湖底扇系统发源于盆地北部三角洲前缘，由3个朵体组成，每个朵体均呈鸟足状展布，内部树枝状分流河道的形态极为清晰（图4）；湖底水道自北向南延伸，部分水道延伸直线距离超过80 km，宽度100～900 m；水道末端发育湖底扇，最大面积可达20 km2[7]。刘长利等[106]与耿晓洁等[107]在地层格架研究基础上，应用90°相位转换、地层切片等地震沉积学技术，建立了断陷湖盆近岸水下扇及浊流沉积的地质模式，精准预测了目标区重力流砂体平面分布。齐桓等[108]针对薄互层水下扇体埋深大、扇体形态识别困难的问题，采用分频处理技术提高地震资料分辨率，90°相位旋转后沿层切片定性描述扇体形态，同时结合波阻抗反演定量预测扇体展布，最终总结形成了地震沉积学“定性”、反演“定量”的技术流程，实现了对目标薄互储层的精细刻画。所有以上理论及技术的应用，很好的展现出了地震沉积学在湖盆深水沉积模式、重力流内部沉积单元解剖及薄互层砂体预测中的良好的应用效果。

图4 松辽盆地嫩一段均方根振幅属性及水道—湖底扇系统解释图（据潘树新等[7]）Fig.4 Root mean square amplitude and sedimentary facies of channel-sublacustrine complex in the Nen 1 member of the Songliao Basin（after Pan et al.[7]）

3 湖盆深水重力流沉积研究的未来

深水砂岩储层预测是深水沉积研究的迫切诉求。我国湖盆重力流沉积理论及应用研究虽然已经取得了长足进步，但由于湖盆沉积的特殊性（多物源、近物源、源汇系统规模小、混源沉积发育等[109]）及深水沉积系统的复杂性[44]，给湖相沉积地质学理论和技术创新带来了挑战，尤其对湖相重力流沉积的认识还存在一些问题，影响了对深水有效储层的预测。

3.1 存在问题

结合目前国际、国内沉积学界在沉积物重力流方面的研究现状，笔者认为我国湖盆重力流研究仍然存在如下3个方面的地质问题。

（1）沉积物重力流分类方案有待完善

国外许多沉积学家对沉积物重力流进行过系统分类[46,61,110-112]，但依然问题颇多[16,60]。Shanmugam[16,72]在批评了前人分类的基础上提出了“砂质碎屑流”新概念，但同时他又否定了传统的浊流体系与“鲍马序列”，并把高密度浊流归入碎屑流，这似乎又走向了一个极端。Talling et al.[63]新近提出了一种基于沉积物特征的分类方案，将水下密度流划分2 大类13 小类，试图建立起沉积物特征、沉积物支撑机理、流体状态及流变学性质之间的对应关系，但笔者认为鄂尔多斯陆相盆地延长组深水块状砂岩沉积不能归入以上任何一类。众多的分类方案与名词术语反映了目前国外沉积学界对深水沉积过程、沉积作用及沉积模式的理解还存在较大分歧。

国内少数学者根据国际上重力流最新研究成果，开展了一些典型实例解剖研究，例如杨田等[2]根据沉积物成分结构、浓度、搬运沉降方式及流体流变学特征，将济阳坳陷湖相重力流划分为碎屑流和浊流2大类、4小类。杨仁超等[113]以鄂尔多斯盆地延长组湖相重力流为研究对象，首先根据泥质含量将其划分为砂质重力流、泥质重力流及混合重力流3 种亚类，再根据搬运介质及流体类型将其划分为滑塌块体流、碎屑流、浊流、异重流4 种亚类，2 种分类方法叠合，将延长组湖相重力流划分为12 种类型。此外，鲜本忠等[42]、袁静等[44]也对不同地区的湖相重力流进行过分类研究。但是，这些研究工作有的是针对某一地区[2,45,113]，有的是针对单一沉积类型[42]而进行的研究，目前需要建立一种系统的、能被大家普遍接受的陆相湖盆水下沉积物重力流分类体系，这一方面可方便人们互相交流学习，促进其在油气勘探实践中的推广应用，另一方面有助于促进深水沉积相关理论的研究。

（2）对水下沉积物的搬运过程研究重视不够

沉积物重力流在水下搬运与沉积过程研究即过程沉积学研究（Process sedimentology）是建立沉积模式的基础[16]。沉积物重力流从开始启动、搬运到沉积的全过程中，由于存在流体转换作用而形成相关混合事件层。但由于从沉积物记录中识别流体转化难度颇大，目前国内主要关注沉积物在最后沉积阶段甚至近底床的沉积研究，忽视了搬运过程与流体转换研究，通常笼统地把岩性突变界面上下的沉积物截然分开，认为它们属于不同的重力流事件，实际上它们完全可能是同期流体事件在流体转化作用下形成的不同性质的沉积物[114]。这需要研究者掌握源—渠—汇系统分析方法[81]、同时具备过程沉积学与流体转换等沉积学新知识，通过精细露头、岩芯观察与解剖、多井小层对比，并结合实验模拟才有可能取得正确的认识。

（3）缺乏实验模拟

水槽实验和数值模拟一直是沉积地质学研究的重要手段。水下沉积物重力流由于发生于较深水环境，无法直接观察，只能依靠沉积物中保存的沉积特征推测其成因机理，实验室模拟为验证砂岩成因提供了有效途径。国外针对沉积物重力流开展了大量卓有成效的实验研究[115-120]，尤其近年来发展起来的数字模拟技术形象和直观地展示了砂质碎屑流、浊流搬运与沉积的过程。国内针对重力流实验模拟研究还比较薄弱，只有少数学者开展过浊流与浊积岩的实验模拟[121-122]，而针对砂质碎屑流与纯净块状砂岩（砂质块体搬运沉积）、流体转换与混合事件层等实验模拟尚处于空白，一定程度上影响了人们对于深水沉积模式及油气储层非均质性的深入把握。

3.2 未来发展趋势

与深海环境一样，沉积物重力流能够在陆相盆地深湖区形成厚度和规模巨大的粗碎屑砂体沉积及伴生的细粒沉积，它们分别是常规与非常规油气富集区[2,72,123]。展望未来，为适应深水区常规与非常规油气勘探开发需求，笔者认为湖盆深水沉积研究将在以下5 个方面取得新的进展：1）深水砂体成因类型划分、搬运—沉积过程及沉积模式的建立与完善；2）深水泥页岩（细粒沉积）成因机理、类型划分及其油气意义研究；3）深水沉积“源—汇”系统与地震响应及评价预测研究；4）深水沉积搬运—沉积过程实验模拟研究；5）新的深水沉积理论体系建立及其在油气勘探开发中的应用。

4 结束语

陆相盆地深湖区拥有丰富的常规与非常规油气资源，在未来的湖相深水油气勘探开发领域中，砂质块体搬运沉积、异重流沉积、底流改造沉积及重力流混合事件层理论可能是理解深水砂岩成因和进行储集层分布预测的基础。地震沉积学理论和技术方法为人们在三维空间对重力流内部沉积单元进行解剖提供了方便，数字模拟技术为再现沉积物重力流搬运—沉积的过程创造了条件，相信随着地震勘探与实验模拟技术的进步，必将促进人们对陆相湖盆深水沉积的认识，从而建立“源—渠—汇”综合及沉积流态有序转化的沉积模式，实现对深水油气勘探的有效指导。