濁流沉積的動力學(xué)機(jī)制與響應(yīng)

姜　輝

（中國石化集團(tuán)國際石油 勘探開發(fā)有限公司，北京 100191）

濁流沉積的動力學(xué)機(jī)制與響應(yīng)

姜輝

（中國石化集團(tuán)國際石油 勘探開發(fā)有限公司，北京 100191）

摘要：濁流按粒度成因分類法可分為低密度、砂質(zhì)高密度和礫質(zhì)高密度3種類型。其流變機(jī)理特別是高密度濁流的流動機(jī)制和過程目前仍存在爭議。從分布狀態(tài)、觸發(fā)機(jī)制、懸浮過程、沉積速率等方面展開探索，構(gòu)建出濁流本體的動力侵蝕帶、前部調(diào)節(jié)帶、沉積卸載帶、后部調(diào)節(jié)帶、動力平衡帶5個動力變形部分。從流動機(jī)制來說動力侵蝕帶由于高度流動其形態(tài)保持相對固定，挾裹粗粒沉積物拖曳后面發(fā)散狀細(xì)粒沉積物形成云霧狀水流軌跡；沉積卸載帶在混合作用下其流動時間和空間上僅有緩慢變化，當(dāng)流動分離產(chǎn)生的湍動力不能超過粘滯強(qiáng)度的阻尼效應(yīng)時，沉積物發(fā)生卸載順次堆積；調(diào)節(jié)帶和平衡帶則起到動力轉(zhuǎn)換、連接前后結(jié)構(gòu)體、平衡沉積/侵蝕作用的功能。此外，濁流大規(guī)模高速流動必然增加其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和支撐機(jī)制的多樣化，這也是它與重力流其它類型之間存在過渡、改造和轉(zhuǎn)化的根本原因。

關(guān)鍵詞：流動機(jī)制；沉積響應(yīng)；濁流；沉積動力學(xué)；東營凹陷

濁流（turbidity current）是一種在水體底部形成的高速紊流狀態(tài)的混濁流體，由水和大量自懸浮物質(zhì)混合而成［1～3］，類型上屬于重力流的一種（流體流），在重力作用推動下呈涌浪式前進(jìn)，沉積物支撐力來自湍流流體向上的分力［4～7］。對于濁流的識別和分類，不同學(xué)者觀點有所差異，以Lowe（1979，1982）的分類方案較為合理［8，9］。Lowe跟據(jù)流體流變學(xué)特征（流體性或塑性），按照沉積物粒度、顆粒濃度和沉積物支撐機(jī)制將濁流分為3類（圖1）：低密度濁流（約1.03～1.2 g/mL），砂質(zhì)高密度濁流和礫質(zhì)高密度濁流（約1.5～2.4 g/mL）。前者為工程學(xué)家所重視，后兩者則在深海或深湖的油氣勘探中具有重要意義［4］。

在低密度濁流中，顆粒僅僅受湍流個別地支撐［7］；高密度濁流中顆粒的懸浮受濃度控制；盡管前者和后者可以分別地存在，但是一個高密度濁流經(jīng)過高度富集的粗顆粒懸浮沉積物沉降后，便向低密度濁流轉(zhuǎn)化。另外，許多湍流懸浮尤其是那些搬運(yùn)粗粒沉積物的湍流懸浮，底部的顆粒濃度比頂部大得多［2，10］，這種流體的下部表現(xiàn)為高密度濁流懸浮狀態(tài)，而頂部則具有低密度濁流的牽引特征。

目前，濁流研究最為活躍的領(lǐng)域集中在運(yùn)動及動力學(xué)機(jī)制、底流構(gòu)造成因、深水碎屑流流變模式等方面。本文旨在通過多年深水沉積研究成果基礎(chǔ)上嘗試對濁流沉積的動力來源、機(jī)制及響應(yīng)這一系列熱點問題做一探討。

圖1　濁流粒度成因分類法三角圖Fig.1　Triangular diagram showing the genetic classification of turbidity current granularity

1　濁流的分布

廣義上說，只要滿足沉積物重力流的4大條件：足夠的水深、充沛的物源、必要的坡度，一定的觸發(fā)機(jī)制就可能形成濁流。前兩點是濁流存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，尤為重要。對于海相環(huán)境而言，濁流主要形成于陸棚破折以下的相對深水區(qū)，特別是平行于克拉通邊緣的深海槽，大洋盆地中的海底峽谷口，盆地中的前三角洲等環(huán)境；陸相環(huán)境中，盆地（尤其是半地塹盆地）深湖-半深湖區(qū)的湖底扇，邊界斷層或轉(zhuǎn)換斷層附近的地形坡折處等。

濁流的分布形態(tài)主要以扇狀或類扇狀（不規(guī)則扇狀）體系，溝道或槽谷體系，層狀、帶狀或舌狀體系3大類（圖2），其幾何形態(tài)主要受控于地形地貌、沉降速率和過程、濁流的密度或濃度、觸發(fā)方式等因素。對于扇狀或類扇狀體系，主要分布于海底峽谷出口或湖盆，尤其是斷陷湖盆深斷裂一側(cè)地形或者坡度突變處，往往彼此連接成片并沿下傾方向繼續(xù)向前推進(jìn)，常帶有補(bǔ)給水道，能量衰減迅速。由于水道的遷移和加積作用，不同期次濁流相互疊置，水和高濃度沉積物的混合效應(yīng)加強(qiáng)，高密度濁流可能更傾向于向周圍擴(kuò)散而不是急于推進(jìn)，所以流體的粘性有所減弱，高密度濁流一部分加速沉降一部分轉(zhuǎn)化為低密度濁流繼續(xù)向低流體勢能方向轉(zhuǎn)移。例如，東營凹陷沙河街組四段—沙河街組三段沉積時期正處于整個濟(jì)陽坳陷構(gòu)造拉伸最強(qiáng)烈的階段，沿坨莊—勝利村—永安鎮(zhèn)的斷裂及其派生的次級小型斷層發(fā)育。來自北部陳家莊凸起的沉積物重力流在前進(jìn)方向上受阻，沿構(gòu)造坡折進(jìn)入湖底向低洼方向流動，在與水體加速混合并多期卸載后形成以陡坡為物源的深水濁流砂體，其形態(tài)如扁豆?fàn)?，如?54陡岸深水濁積扇群和坨76扇群等。

溝道或槽谷體系多數(shù)分布于深海平原或湖盆中央，為來自斜坡帶、深切水道或三角洲前端滑塌再搬運(yùn)的多源匯聚產(chǎn)物，常沿海（湖）盆長軸方向展布，形態(tài)受地形分割而多呈現(xiàn)不規(guī)則長條形，濁流在沿溝道前進(jìn)過程中沉積和侵蝕作用不斷調(diào)整，在物源供給充足的條件下可形成下切谷-濁積水道-水下天然堤大型復(fù)合體，多級坡折可影響其內(nèi)部砂體構(gòu)型。典型的實例來自加拿大魁北克寒武—奧陶系Cap-Enrage組具有階地的辮狀水道沉積，沉積充填物為礫質(zhì)高密度濁流。沖刷出的溝道深300 m，寬約10 km，沿平行于大陸斜坡的凹槽方向延伸［10，11］。此外，季節(jié)性洪水在山高湖深和坡陡流急的條件下，大量碎屑沿主水流方向進(jìn)入海（湖）盆，受海（湖）水頂托后仍有繼續(xù)向前搬運(yùn)和下切的能力，將一些砂礫和泥質(zhì)物繼續(xù)向前搬運(yùn)沉積，在越過各級坡折或斷層后沿斷槽展開向深水盆地平原一端流動，最終形成溝道或槽谷濁積體，如東濮凹陷西部斜坡帶沙河街組三段濁流水道沉積和中央隆起帶軸向液化重力流水道沉積等。

圖2　濁流分布體系示意圖Fig.2　Sketchmap showing turbidity current distribution

層狀、帶狀或舌狀體系主要為低密度濁流特征，特別是當(dāng)濁流為碎屑流或其他塑性流體在流動過程中轉(zhuǎn)化而來時由于順序遞變沉降形成，可由大型扇體前緣或水道延伸而存在。但這一觀點受到學(xué)者Shanmugam等人質(zhì)疑［12］，認(rèn)為砂質(zhì)砂屑流也可以形成深水舌狀砂體，絕大部分的高密度舌狀砂體很可能并非濁流成因，目前爭議仍在繼續(xù)中。

2　流變方式

2.1觸發(fā)機(jī)制問題

關(guān)于濁流的觸發(fā)機(jī)制存在兩方面問題：①濁流流體啟動的初始原因是什么？②觸發(fā)機(jī)制的主要控制因素有那些？這些問題涉及到非彈性力學(xué)、流體力學(xué)、沉積學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、湖泊海洋學(xué)等方面的知識。目前，對這些問題的探索只能是嘗試性的，濁流的啟動問題仍然是需要解決的問題中研究和了解得最少的方面之一。

一般認(rèn)為，濁流的觸發(fā)機(jī)制有季節(jié)性洪水、地震、海嘯巨浪、風(fēng)暴潮、火山噴發(fā)、超壓釋放、底辟活動、氣體滲漏等誘因。但無論是哪種機(jī)制，其根本性問題是：在有物源供給條件下，足夠的水是如何混合到流動中使之形成濁流所必須的湍流。

2.1.1湍流的形成

濁流的原生狀態(tài)為處于大陸邊緣或構(gòu)造斜坡處的不穩(wěn)定沉積物。在各種偶發(fā)誘因作用下促成大規(guī)模水下滑坡，使沉積物在滑動、變形和流動過程中不斷與周圍水體混合，并在重力作用推動下逐漸加速，同時掀起和裹挾水底沉積物增大自身體積，逐步形成一種攜帶砂、泥、甚至礫石的高密度流體。

如果濁流體流動層上、下界面處的摩擦力或流動分離現(xiàn)象的規(guī)模和速度大到足以克服粘滯性或粘滯強(qiáng)度的阻尼效應(yīng)時，就會發(fā)生湍流。對于一個沒有基質(zhì)強(qiáng)度的流動來說（如液化流或顆粒流），度量的標(biāo)準(zhǔn)是雷諾數(shù)，只有超過雷諾數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值（約2 000）時，流動才會變成湍流；對于具有粘度和強(qiáng)度的流動（如碎屑流），度量的標(biāo)準(zhǔn)是與基質(zhì)強(qiáng)度有關(guān)的雷諾數(shù)和賓漢數(shù)［7］。一般說來，沉積物的高濃度增加了流動層的規(guī)模和速度，同清水流動比較，它的粘度高出幾個數(shù)量級。盡管如此，當(dāng)大量高濃度沉積物沿較陡的斜坡向下運(yùn)動時，也可能迅速地加速直至它們轉(zhuǎn)化為湍流為止［13～16］。

2.1.2混合化作用

水和高濃度沉積物（流動層和上覆水體之間的密度差異大）相混合，很可能以3種方式產(chǎn)生［17］：1）上部界面混合，混合程度主要取決于Froude數(shù)。在高坡度斜坡上，低濃度流動對這種混合效應(yīng)似乎更為有效；而高濃度流動則趨向于降低穿越界面的混合作用。2）下部界面混合，似乎是源于“卷吸”作用，濁流前緣中的一些水體（或泥）被封閉在流動界面的下部，這些相對封閉的水體（或泥）最終必然混合到流動中，其結(jié)果是稀釋了混合水體的濃度。3）流體最前端混合，在濁流體最前端界面靠上坡方向一側(cè)，由密度差異導(dǎo)致的流動分離作用產(chǎn)生前面較粗粒沉積物逐漸拖曳后面略發(fā)散狀的較細(xì)粒沉積物層，形成一系列若云霧狀水流軌跡，稱之為“云狀拖曳”（圖3）。

無論是穿越哪種界面，在水和高濃度沉積物中要使足夠的水混合到這種流動中去形成向更低濃度的過渡，可能都是困難的。但總的來說，很可能正是通過混合作用在高濃度的流動中產(chǎn)生稀薄的懸浮液，由此產(chǎn)生支撐沉積物的湍流及其支撐力。

2.2懸浮過程與支撐力

湍流主要產(chǎn)生在水體流動邊界上（河流中發(fā)育在河床上，濁流中既可在底床上又可在上部界面處）。但是在河流中，湍流運(yùn)動由作用于流體順斜坡向下的重力產(chǎn)生；相反，在濁流中，如果水體含的懸浮沉積物密度小于上覆水體，不會沿斜坡向下移動。濁流流動以前，要形成懸浮狀態(tài)必須有啟動能量輸入，一旦流動開始，在無外力作用下有可能無限制持續(xù)流動。在所謂的“自懸浮作用”理想動力平衡下，沉積物由于流動產(chǎn)生湍動而保持懸浮狀態(tài)，而流動是由順斜坡向下的重力對密度差作用引起的，而密度差又是由于沉積物受到湍流的懸浮作用才產(chǎn)生的，也就是說，這樣就形成了一個完整的動態(tài)反饋回路。為了保持該系統(tǒng)的進(jìn)行，摩擦損失能量應(yīng)當(dāng)由濁流順斜坡向下運(yùn)動的重力能（勢能）補(bǔ)償。

圖3　濁流混合化作用模式Fig.3　Mixingmode of turbidity current

在這個理論模式中，濁流既不侵蝕又不沉積。實際上，情況是復(fù)雜的：沉積物總要發(fā)生沉積卸載作用，或者由于越過上部界面的混合作用，濁流逐漸變得稀薄或者在濁流體最前端仍有能力攜帶較細(xì)顆粒成分發(fā)生“云狀拖曳”流動分離作用，而較粗顆粒逐漸損失。因此，濁流流體的不同部位在同一時間內(nèi)不可能都呈“自懸浮”狀態(tài)。大量實驗已經(jīng)證實，濁流體在流變過程中，前端可以發(fā)生侵蝕作用，而中后部則出現(xiàn)沉積作用［17～19］。

湍流中支撐顆粒懸浮的因素有：水流湍動、粒間繞流狀態(tài)、水和顆?；旌衔锏母×?、顆粒碰撞產(chǎn)生的分散應(yīng)力等。除水流湍動外，后面幾個因素都與顆粒濃度有關(guān)且影響較小。湍流可以支撐的最低質(zhì)點濃度為20％～30％［7，20］，含粗砂以上質(zhì)點的水流，當(dāng)質(zhì)點濃度小于20％即趨于不穩(wěn)定，除非有極大的水流湍動提供支撐力，否則流動將因卸載而崩潰；而由中砂以下質(zhì)點組成的濁流，在各種濃度下都可以穩(wěn)定。

2.3沉積速率引起的沉積構(gòu)造變化

濁流沉積速率在不同部位變化很大。在近源地區(qū)（proximal area），由于坡度迅速變緩造成湍流強(qiáng)烈衰減，不論最初由什么機(jī)制產(chǎn)生的濁流，沉積物都從懸浮狀態(tài)很快發(fā)生沉積并立刻埋藏，故沉積層呈塊狀并只出現(xiàn)發(fā)育不好的層理，不會出現(xiàn)牽引作用。例如在海底峽谷出口處，濁流的部分能量或者由于溢出而流失，或者由于從水道移動到盆地底部或下部扇的時候向外擴(kuò)展而迅速消失。在這些情況下，沉積物一旦沉積幾乎就立刻被埋藏，都不會引發(fā)廣泛的牽引作用。

但是在遠(yuǎn)源地區(qū)（distal area），濁流的前端能量大，可以對底床長時期進(jìn)行沖刷并使顆粒集中，接著是中后部緩慢的沉積過程。因此，濁流沉積物的底部可能出現(xiàn)槽模等底痕，然后極快的沉積作用形成無構(gòu)造的塊狀層或遞變層；沉積速率略低便形成不太清楚的平行層理層；沉積速率進(jìn)一步降低后形成爬升層理、包卷層理、波狀層理、交錯層理等發(fā)育的層段；然后是又一次平行層理，這就是Bouma［13］總結(jié)的經(jīng)典鮑瑪層序。它說明由底向頂，濁流流動強(qiáng)度和懸浮物質(zhì)的沉積速率都在減小，牽引作用的重要性逐漸增加。

3　流體動力學(xué)機(jī)制

3.1動力變形帶構(gòu)成

按照水力學(xué)觀點，濁流運(yùn)移過程就是流體形變和流變的階段性結(jié)果。前人曾做過大量基礎(chǔ)性研究［7，12］。本文則試從流變學(xué)與動力學(xué)角度將濁流（特別是高密度濁流）沿上傾方向依次劃分為動力侵蝕帶、前部調(diào)節(jié)帶、沉積卸載帶、后部調(diào)節(jié)帶、動力平衡帶5個動力變形部分（圖4）。

圖4　動力變形帶構(gòu)成及流變模式Fig.4　Structures of dynamical deformation zones and their rheologic patterns

其中，動力侵蝕帶處于濁流體的最前端，一般較其他部分厚且密度大，常攜帶砂和礫石，在動態(tài)平衡時呈舌狀或水滴狀（跟坡度陡緩有關(guān)），有獨(dú)特的水力學(xué)行為。前部調(diào)節(jié)帶緊鄰動力侵蝕帶，由流動分離作用與湍動分散壓力（浮力、碰撞離散力）不斷動態(tài)轉(zhuǎn)換，其結(jié)果是幫助動力侵蝕帶向前和向上推進(jìn)和掃掠，并使懸浮物進(jìn)一步分離并環(huán)繞其后，是產(chǎn)生“云狀拖曳”的動力端。沉積卸載帶位于前部調(diào)節(jié)帶之后，對于高速流動，在混合作用尤其是上界面混合化作用下其流動時間和空間上僅有緩慢變化，近于穩(wěn)定的均勻流動。當(dāng)流動分離產(chǎn)生的湍動力不能超過粘滯強(qiáng)度的阻尼效應(yīng)時，沉積物會發(fā)生卸載。后部調(diào)節(jié)帶位于沉積卸載帶之后，作用與前部調(diào)節(jié)帶相似，所不同的是此處厚度減小、濃度降低、流速較前者略為緩慢，所以在“云狀”層中懸浮的都是較細(xì)顆粒。最后是動力平衡帶，非常稀薄但橫向延伸遠(yuǎn)，由于慣性和摩擦力小，該帶幾乎可認(rèn)為達(dá)到了顆粒在流體中的動態(tài)平衡。但隨著其他動力帶的向前推進(jìn)，其微平衡環(huán)境不斷被打破、調(diào)整，由此可沉積整個濁流體中最細(xì)粒部分。

3.2流動機(jī)制

濁流在流動時會與周圍水體產(chǎn)生摩擦形成環(huán)形渦流，使攜帶的沉積物呈自懸浮狀態(tài)［20］。當(dāng)動力侵蝕帶在一定觸發(fā)機(jī)制向下、向前運(yùn)動時，由于高度流動其形態(tài)保持相對固定，挾裹粗粒沉積物拖曳后面發(fā)散狀細(xì)粒沉積物形成云霧狀水流軌跡，同時該處由于湍流被分離流動，在調(diào)節(jié)帶轉(zhuǎn)換作用下?lián)p失一部分沉積物，另一部分較粗沉積物則重新返回到流動中（被再次環(huán)繞）；而較細(xì)沉積物合并到拖在侵蝕帶后部的“云狀”發(fā)散層中，并被負(fù)載掃掠向前。這種流動至少闡釋出兩點：一是必須有連續(xù)不斷地高密度流體補(bǔ)充到動力侵蝕帶，彌補(bǔ)湍流中動能的損失，同時最粗的沉積物必將逐步集中于濁流最前端。二是動力侵蝕帶的移動速度比沉積卸載帶略為慢些，而且前者通常至少是后者厚度的兩倍（如在溝槽水道中），所以濁流將更易從前者而不是后者溢出天然堤。濁流后部的調(diào)節(jié)帶和動力平衡帶在低摩阻和低濃度的雙重機(jī)制下繼續(xù)流動，通過界面混合化作用對前部懸浮顆粒進(jìn)行分離和改造、稀釋和卸載。

濁流體的5個部分往往依次超越沉積。即在動力侵蝕帶沉積后，沉積卸載帶可以超越侵蝕帶和前部調(diào)節(jié)帶沉積物，沉積在其上面或者更遠(yuǎn)處，而后部調(diào)節(jié)帶和動力平衡帶則沉積在最上面和最遠(yuǎn)處。這樣濁流沉積一方面可形成在垂向上變細(xì)的序列，另一方面由近基濁積巖到遠(yuǎn)基濁積巖顆粒逐漸變細(xì)，這些均為庫南（Kuenen）［1，3］等的模擬實驗所證實。

3.3沉積與侵蝕作用

濁流的沉積作用一直存在，受地形和坡度變化影響最大，通常發(fā)生在流體局部阻塞、粘滯強(qiáng)度引發(fā)的阻尼效應(yīng)逐漸增強(qiáng)時；侵蝕作用從上游順流向下游逐漸減弱，砂泥比、砂巖厚度、粒度都有逐漸減小的趨勢，沖刷痕（如槽模）減少而壓刻痕（如溝模）增多［21］。對于同一期濁流體，最前端的動力帶在速度和重力的雙重雕刻下具備了較強(qiáng)的侵蝕能力，濁流的移動路徑?jīng)Q定了底痕（如槽模和溝模）的形成和方向。底痕的絕大部分肯定是由動力侵蝕帶開鑿出來，然后被沉積卸載帶的沉積物快速掩埋；至少某些呈發(fā)散和交叉狀底痕方向，可以用強(qiáng)大的舌狀體侵蝕帶中流動方向的局部發(fā)散來解釋。同時，濁流在下伏的深水軟泥表面上可形成沖刷痕或刻劃痕，這些痕跡很快就被砂質(zhì)充填成為濁積巖的底面鑄模和伴生的上部遞變層理。加持在前、后部調(diào)節(jié)帶之間的沉積卸載帶是濁流主要沉積區(qū)間，為粗粒沉積體沉降區(qū)；動力平衡帶則可以沉積濁流體中最細(xì)粒部分。

3.4濁流的改造與轉(zhuǎn)化

從流變學(xué)角度看，流體在行進(jìn)過程中密度并非一成不變，低密度濁流和高密度濁流間沒有嚴(yán)格的界限，在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，同時濁流和其他重力流類型之間也存在著改造和轉(zhuǎn)換。

3.4.1流體密度變化

當(dāng)高密度濁流經(jīng)過粗粒懸浮物富集、沉降或長距離搬運(yùn)后逐漸向低密度濁流轉(zhuǎn)化，其轉(zhuǎn)化時機(jī)和規(guī)模受地形坡降、濁流和周圍水體密度差、濁流體各部分構(gòu)型流速、底部摩擦阻力等因素影響；即使在同一期濁流體內(nèi)部也經(jīng)常表現(xiàn)為密度下高上低的懸浮特征。當(dāng)?shù)兔芏葷崃髟诹魉偻蝗环啪徎蛴龅降匦尉植柯∑鹛幰装l(fā)生流體阻塞、密度增大，在上游沉積供源充足時可再次誘發(fā)涌流形成新一期高密度濁流。

3.4.2與其他重力流類型關(guān)系

砂質(zhì)和砂質(zhì)高密度濁流包含了從泥巖到漂礫各種粒級沉積物，所含粒級愈廣，支撐機(jī)制種類就愈多［21］，顆粒碰撞分散應(yīng)力和混合物浮力愈來愈占據(jù)重要地位。Shanmugam［12］認(rèn)為所謂的高密度濁流實際上是一種砂（礫）質(zhì)碎屑流（砂質(zhì)含量不低于25％～30％），具有流動強(qiáng)度，在流變學(xué)意義上是介于粘滯性碎屑流和非粘滯性顆粒流之間的過渡類型。碎屑流是靠雜基強(qiáng)度和浮力支撐、整體沉降的一相流，濁流則為湍流支撐、順序沉降的二相流，但二者時空上可以互換。時間上，碎屑流搬運(yùn)末期可轉(zhuǎn)化為濁流，反之亦然；空間上，碎屑流在流動層上部可發(fā)生流動分離而形成濁流［22］。當(dāng)流動減速或者湍流進(jìn)入沉積卸載階段，顆粒間分散應(yīng)力和液化作用這樣的支撐機(jī)制將逐漸起重要作用，濁流和顆粒流的界限逐漸模糊：在液體粘度很大時，分散應(yīng)力由粒間（極為接近）流體的相互作用產(chǎn)生；在慣性條件下，分散應(yīng)力由顆粒間的彈性碰撞產(chǎn)生。在懸浮作用的最后階段，除非沉積作用非常緩慢，由粒間孔隙液體壓力上升引發(fā)的液化作用機(jī)制將起主導(dǎo)作用，濁流趨于向液化流轉(zhuǎn)變（圖5）。

最后，濁流和各種高濃度沉積物重力流類型之間可能存在著過渡關(guān)系，自滑塌、滑坡或沉積物液化作用之后將形成高密度液化流、顆粒流或碎屑流，也可直接形成某些低密度濁流或引發(fā)持續(xù)湍動保持高密度濁流狀態(tài)。原因之一是可能有多種支撐機(jī)制同時起作用（例如分散壓力和液化作用、基質(zhì)強(qiáng)度和湍動力），其二是大規(guī)模高速流動帶來的不穩(wěn)定性增加。

圖5　濁流與其他重力流類型的關(guān)系（據(jù)Middleton和Hampton，修改）Fig.5　Relationship between turbidity current and other gravity currents（from Middleton and Hampton）

4　濁流沉積的石油地質(zhì)意義

圖6　東營凹陷濁流沉積分布示意圖Fig.6　Sketch map showing the turbidite deposits in the Dongying Sag

當(dāng)前理論認(rèn)為，從海（湖）岸到深海（湖）平原都有發(fā)育濁流的可能。統(tǒng)計資料顯示，我國濁流沉積形成的湖底扇儲層占已開發(fā)油田各類儲層的6.3％［23］，盡管濁積巖不是目前主力儲層，但它將是一個值得深入研究的勘探方向。扇狀、溝槽狀或?qū)訋顫崃鞯姆植伎蓪?dǎo)致濁流體5個動力變形部分的不均一沉降和流變，剖面上常常呈透鏡狀或薄條狀分布，周圍被深水泥頁巖包圍，易形成有利儲蓋組合。加之濁流中的高密度部分含常有砂礫巖等粗碎屑物質(zhì)，在深水高壓背景下為烴類流體運(yùn)聚指向的低勢能單元，優(yōu)先具備成藏組合配置關(guān)系，往往形成驚人的規(guī)模儲量。美國加利福尼亞州的文圖拉盆地，最早都是按照傳統(tǒng)地質(zhì)理論在背斜頂部尋找油氣。在經(jīng)歷了大規(guī)?？碧狡诤?，很多構(gòu)造頂部已無油可找；后來運(yùn)用濁流沉積理論在背斜兩翼的滑塌斜坡部位鉆探，則發(fā)現(xiàn)儲量達(dá)到1×108t的大油田。同樣，東營凹陷也已進(jìn)入高勘探程度階段，這個“高”很大程度上是構(gòu)造“高”部位的圈閉都已落實勘探，但深凹區(qū)的勘探成熟度還不夠“高”。那里具備濁流沉積的有利條件（圖6），具有良好的勘探前景［24］。

5　結(jié)論

按照沉積物粒度、顆粒濃度和支撐機(jī)制，濁流可分為低密度濁流，砂質(zhì)高密度濁流和礫質(zhì)高密度濁流3類。前者顆粒僅僅受湍流個別地支撐，后兩者顆粒的懸浮受濃度控制；另外前者經(jīng)過高度富集的粗顆粒懸浮沉積物沉降后可向后兩者轉(zhuǎn)化。濁流的分布形態(tài)主要以扇狀或類扇狀（不規(guī)則扇狀）體系，溝道或槽谷體系，層狀、帶狀或舌狀體系3大類，其幾何形態(tài)主要受控于地形地貌、沉降速率和過程、濁流的密度或濃度、觸發(fā)方式等因素。通過混合化作用，濁流產(chǎn)生支撐沉積物懸浮的湍流及其支撐力。從動力學(xué)角度而言濁流由動力侵蝕帶、前部調(diào)節(jié)帶、沉積卸載帶、后部調(diào)節(jié)帶、動力平衡帶5個動力變形部分構(gòu)成，其形態(tài)、結(jié)構(gòu)、流變方式等明顯不同，在橫向上呈涌浪式超越前進(jìn)。

參 考 文 獻(xiàn)

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（編輯高巖）

中圖分類號：TE121.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0253-9985（2010）04-0428-08

收稿日期：2010-03-09。

作者簡介：姜輝（1977—），男，博士，儲層沉積學(xué)。

基金項目：國家科技重大專項“中東中亞富油氣區(qū)大型項目勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)（2008ZX05031）”。

Dynam icalmechanism and depositional responses of turbidity current sedimentation

Jiang Hui
（SINOPEC International Petroleum Exploration and Production Corporation，Beijing 100191，China）

Abstract：According to their density，turbidity currents can be classified into low density，sandy high density and gravelly high density currents.Their rheology mechanisms especially that of the high-density currents，are still highly controversial.This article explored the distribution，triggeringmechanism，suspension process and depositional velocity of the turbidity current，and identified five dynamic-deformation zones，including erosion，frontal adjusting，depositional offloading，rear adjusting and balanced zones.From the view of flow mechanism，the erosion zone keeps a steady state because of its perfectmobility.It swathes coarser grains and daggles finer grains，forming a nebulous-like trail behind.The depositional offloading zone presents only a slow and subtle change in flowing time and space under amixing force.When the turbulence force by flow differentiation is less than the viscous dampening effect，the deposits start to offload and accumulate in sequence.Both the adjusting and balanced zones perform the functions of dynamic conversion，structural connection，and deposition and erosion balancing in currents.It is highly possible that turbidity currentwith high flowing speed becomemore structurally unstable and complicated in supportingmechanisms.And thismay explain the phenomenon of transition，alteration and transformation between turbidity currents and other types of gravity currents.

Keywords：flowingmechanism，depositional response，turbidity current，depositional dynamics，Dongying Sag