深水交互作用沉積研究進展
——以南海北部珠江口盆地為例

李　華，何幼斌，王英民，裴　羽

（1.長江大學(xué)沉積盆地研究中心，武漢430100；2.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，武漢430100；3.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100；4.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

深水交互作用沉積研究進展
——以南海北部珠江口盆地為例

李華1，2，3，何幼斌1，2，3，王英民4，裴羽2，3

（1.長江大學(xué)沉積盆地研究中心，武漢430100；2.長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，武漢430100；3.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100；4.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

深水區(qū)水動力條件復(fù)雜多樣，重力流、等深流與內(nèi)波及內(nèi)潮汐等作用均顯著，其相互作用明顯，并形成豐富多樣的沉積體。根據(jù)地震資料，對南海北部珠江口盆地重力流與等深流交互作用沉積的類型、特征及沉積模式進行了研究。研究區(qū)重力流與等深流極其活躍，發(fā)育典型的重力流與等深流交互作用沉積，包括峽谷、單向遷移水道、大型長條狀漂積體、限制型漂積體及陸坡席狀漂積體等。中上陸坡區(qū)發(fā)育北東向遷移水道、大型長條狀漂積體及少量陸坡席狀漂積體，為重力流與北東向運動的中層水等深流共同作用區(qū)。中下陸坡區(qū)發(fā)育南西西向遷移水道、朵葉、水道-堤岸、大型長條狀漂積體、限制型漂積體及陸坡席狀漂積體等，重力流與深層水等深流作用明顯。重力流與等深流交互作用可形成單向遷移水道，遷移方向與等深流運動方向相同。等深流可對重力流沉積物進行搬運、改造、再沉積并形成漂積體、偏轉(zhuǎn)型的朵葉和不對稱堤岸。

重力流；等深流；交互作用；沉積類型；沉積模式；珠江口盆地

0　引言

深水區(qū)水動力極其復(fù)雜、性質(zhì)多樣，不同性質(zhì)的水動力具有迥異的沉積響應(yīng)［1-3］。重力流沉積、等深流沉積與內(nèi)波及內(nèi)潮汐沉積均是深水沉積的主要類型。其中，重力流沉積和等深流沉積研究源于20世紀(jì)中葉，其研究時間長、成果極為豐富［4-6］。內(nèi)波及內(nèi)潮汐沉積研究始于20世紀(jì)90年代，其研究時間相對較短，但是成果也較多，特別是我國在地層記錄中的內(nèi)波及內(nèi)潮汐沉積研究方面具有較大優(yōu)勢［7-9］。目前，深水沉積研究主要針對單一的水動力及其沉積響應(yīng)，較少考慮不同水動力之間的相互影響及沉積響應(yīng)，即交互作用沉積。

狹義的深水交互作用沉積是指深水環(huán)境中2種或多種不同性質(zhì)水動力同時同地相互作用產(chǎn)生的沉積［2］。廣義的深水交互作用沉積是指深水環(huán)境中同一地區(qū)在某段地質(zhì)歷史時期內(nèi)（同地不同時）2種或多種性質(zhì)水動力相互作用產(chǎn)生的沉積［10］。重力流與等深流交互作用沉積在深水環(huán)境中普遍存在，是目前深水沉積研究的主要內(nèi)容之一［11-14］。

1　深水交互作用沉積類型

基于不同的資料和研究重點，深水交互作用沉積類型的分類有所不同［2，4，15］。Mulder等［2］將其分為低頻等深流和重力流沉積變化（地形繼承）、高頻等深流和重力流沉積變化、等深流改造重力流沉積及等深流與重力流共同作用沉積等4類；吳嘉鵬等［10］則將其劃分為等深流對前期重力流沉積改造、重力流對前期等深流沉積改造、重力流與等深流交互主導(dǎo)同一地區(qū)的沉積及等深流與重力流共同作用沉積等4類。結(jié)合前人研究成果，充分考慮地層記錄的特征，本文將重力流與等深流交互作用沉積分為等深流改造重力流沉積（改造砂）、重力流沉積與等深流沉積互層，以及重力流與等深流同時同地作用沉積等3類。理論上還存在重力流對早期等深流沉積的改造，但是由于重力流能量通常較高，對早期等深流沉積改造、破壞程度大，多以侵蝕、無或少量沉積為主，在地層記錄中保存極少，因此未將其列為研究對象。

等深流改造重力流沉積是指高能的等深流對早期重力流沉積物進行搬運、篩選、再沉積而形成相對粗粒的等深流沉積和改造型重力流沉積。在地質(zhì)歷史時期內(nèi)，構(gòu)造運動、海平面升降及氣候變化，都可能導(dǎo)致同一地區(qū)海平面及地形變化，使得不同時期內(nèi)重力流和等深流主導(dǎo)作用發(fā)生變化，進而形成重力流和等深流沉積互層。重力流與等深流同時同地作用多指能量大致相當(dāng)?shù)闹亓α骱偷壬盍鞴餐饔茫尚纬刹粚ΨQ型沉積體，如非對稱型水道和偏轉(zhuǎn)型朵葉等。

2　深水交互作用研究歷程及存在的主要問題

2.1深水交互作用研究歷程

20世紀(jì)70年代就有學(xué)者注意到深水區(qū)存在重力流與等深流交互作用沉積，并開展了一些開拓性的研究。隨著勘探程度的深入，對深水沉積的認(rèn)識也不斷加深，重力流與等深流交互作用沉積越來越受到重視，其研究歷程可大致分為以下3個階段。

（1）1990年以前。重力流與等深流交互作用沉積研究很少，主要為等深流改造重力流沉積研究，代表性論文主要有2篇。Stow等［16］在探討現(xiàn)代及地質(zhì)歷史時期等深流沉積特征時，認(rèn)為砂質(zhì)等深流沉積是高能的等深流改造、搬運及篩選重力流（濁流）沉積而成；Lovell等［17］在前期工作的基礎(chǔ)上對地質(zhì)歷史時期砂質(zhì)等深流沉積的鑒別標(biāo)志進行了綜合研究，認(rèn)為其主要包括薄層砂夾于厚層泥巖中、生物擾動構(gòu)造發(fā)育和頂部見改造的濁積巖沉積序列等。同時，總結(jié)了7種重力流（濁流）與等深流交互作用沉積模式，包括陸隆地區(qū)、同時同地、海山/海島環(huán)境、限制性環(huán)境（水道）互層等。

（2）1990—2000年。重力流與等深流交互作用沉積逐漸受到重視，研究成果大量涌現(xiàn)，研究內(nèi)容涉及重力流與等深流沉積互層、等深流改造重力流沉積及同時同地交互作用沉積等，研究對象從現(xiàn)代至地質(zhì)歷史時期均有，地層記錄中的等深流改造重力流沉積研究方面有較大突破。Shanmugam等［18］對等深流改造重力流沉積的特征進行了總結(jié)，認(rèn)為其主要包括粒度為細(xì)砂與粉砂，多為薄層，分選好，發(fā)育平行層理、交錯層理、透鏡狀層理、壓扁層理及反粒序?qū)永淼?，底部為突變—漸變接觸，頂部多為突變接觸，內(nèi)部見侵蝕面，常發(fā)育8種沉積序列。Stanley［19］在研究重力流與等深流交互作用沉積模式時考慮不同的斜坡類型，建立了4種沉積模式，并根據(jù)等深流對重力流沉積改造的程度不同，總結(jié)了10種沉積序列。在現(xiàn)代沉積研究方面，Kuvass等［20］在利用地震剖面研究水道化的重力流沉積和等深流沉積（漂積體）時，認(rèn)為南極洲普里茲海灣重力流與等深流沉積互層為2種流體交互作用而成，等深流可對水道-堤岸沉積體系的溢流沉積進行改造。根據(jù)豐富的地震剖面、多波束、水文測試及巖性等資料，前人對現(xiàn)代重力流與等深流交互作用沉積特征、發(fā)育位置及主控因素進行了初步總結(jié)。重力流沉積頂部通常被侵蝕，并伴有豐富的生物擾動現(xiàn)象。中上陸坡重力流沉積發(fā)育，中下陸坡等深流沉積發(fā)育，中間過渡區(qū)為重力流和等深流交互作用區(qū)域。兩者在不同的地質(zhì)歷史時期內(nèi)，主導(dǎo)作用不同，其與地形、海平面及氣候等關(guān)系密切［21］。

（3）2000年—今。重力流與等深流交互作用沉積已經(jīng)廣為人知，越來越多的研究者對其進行了系統(tǒng)的研究［2，10-14］。IUGS和EGU等國際組織圍繞重力流與等深流交互作用沉積進行了綜合研究，召開了多次專題會議，并出版了一系列專著［22-23］。本階段研究內(nèi)容涉及重力流與等深流交互作用沉積特征、主控因素及沉積模式，并取得了一系列成果，特別是沉積模式研究。

我國重力流與等深流交互作用沉積研究相對滯后。在早期對地質(zhì)歷史時期等深流沉積研究時，研究者對等深流改造重力流沉積進行了簡單的分析，但是研究不夠深入、不系統(tǒng)。值得慶幸的是，2010年以后，隨著技術(shù)手段的提高和資料的不斷豐富，南海北部現(xiàn)代重力流與等深流交互作用沉積研究工作進展迅速，特別是瓊東南盆地和珠江口盆地的單向遷移水道（峽谷）研究取得了一系列成果［12-14，24］。地層記錄中的深水交互作用沉積研究也有所突破。李向東等［25-26］對寧夏中南部奧陶系發(fā)育重力流與內(nèi)波交互作用沉積（復(fù)合流沉積）進行了研究，認(rèn)為其沉積構(gòu)造類型豐富，發(fā)育復(fù)合流層理、準(zhǔn)平行層理、小型不對稱丘狀交錯層理與波痕等，并認(rèn)為其形成演化大致分為3個階段：重力流爆發(fā)初期以濁流沉積為主；隨后，重力流能量減弱，為濁流與內(nèi)波交互作用形成的復(fù)合流沉積；在重力流末期或間歇期，內(nèi)波占主導(dǎo)作用，形成內(nèi)波沉積。2013年，楊紅君等［9］對鶯歌海盆地SE地區(qū)中新統(tǒng)重力流與內(nèi)波內(nèi)潮汐沉積進行了研究，認(rèn)為黃流組總體以重力流沉積為主，見部分內(nèi)波及內(nèi)潮汐沉積，存在重力流和內(nèi)波及內(nèi)潮汐沉積互層。最近，由于國家逐漸重視海洋研究，加大了深水沉積領(lǐng)域研究的投入，通過設(shè)立基金項目等形式極大地促進了重力流與等深流交互作用沉積的相關(guān)研究。

2.2深水交互作用沉積研究存在的主要問題

深水交互作用沉積研究始于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過數(shù)10年的研究，特別是最近20年的迅速發(fā)展，取得了眾多成果［27-33］。然而，重力流與等深流交互作用沉積研究仍存在諸多問題。

（1）研究地區(qū)及對象極不平衡。目前，深水交互作用沉積研究主要是現(xiàn)代沉積，而地層記錄中的研究實例極少。同時，深水交互作用沉積研究開展較為深入的地區(qū)主要為迪斯海灣（Gulf of Cadiz）、伊比利亞北部陸坡、阿爾加維陸坡、南海，以及歐美等相對發(fā)達(dá)地區(qū)，亞洲的研究實例遠(yuǎn)少于歐美。在我國，重力流與等深流交互作用沉積研究剛剛起步，地層記錄中的交互作用沉積研究基本沒有開展。

（2）鑒別標(biāo)志不完善。深水環(huán)境中水動力條件復(fù)雜多樣，且它們相互影響，其沉積響應(yīng)極為復(fù)雜，導(dǎo)致不同成因沉積體的有效識別較為困難。盡管前人對地層記錄中的重力流與等深流交互作用沉積鑒別標(biāo)志進行了總結(jié)，認(rèn)為其包括巖性、沉積構(gòu)造、沉積序列和分選性等，但仍不全面。

（3）成因機理不明。前人對深水交互作用沉積成因機理分析多是在巖性、沉積體分布及沉積序列等方面展開的。他們在不同區(qū)域，采用不同研究手段對其進行了簡單的分析［2，17-24，34-35］，但總體而言，深水交互作用沉積成因機理還處于探索之中。

（4）主控因素不明。目前的觀點認(rèn)為深水交互作用沉積，特別是重力流與等深流交互作用沉積的影響因素主要有海洋（水流）、氣候及構(gòu)造。海平面升降、流體運移路徑、地形和物源等對不同性質(zhì)的流體（重力流及等深流）均具有直接的影響；氣候可以間接控制重力流和等深流的強度；構(gòu)造可以影響交互作用沉積的物源供給及地形。

（5）砂體分布及物性特征不清。高能的等深流可對重力流沉積進行持續(xù)、長時間的淘洗、篩選及再沉積。一方面，重力流細(xì)粒沉積物被淘盡，沉積物基質(zhì)減少，儲集性能明顯提高；另一方面，高能的等深流攜帶的相對粗粒沉積物可形成粗粒等深流沉積，可成為油氣聚集的有利場所，如阿拉伯克拉通白堊系等深流沉積具有豐富的油氣資源［27］。目前，對其儲集性能研究工作開展極少，僅有1篇論文對重力流與等深流交互作用沉積的孔隙度和滲透率進行了研究［28］，砂體分布規(guī)律及儲集物性特征尚待進一步研究。

3　南海北部珠江口盆地重力流與等深流交互作用沉積特征

3.1研究區(qū)概況

南海北部面積約350萬km2，構(gòu)造位置為歐亞板塊、太平洋板塊及印度洋-澳大利亞板塊結(jié)合部，整體呈半封閉環(huán)境，是新生代最大的邊緣海［29-30］。南海北部從東向西可分為臺西南盆地、珠江口盆地、瓊東南盆地、鶯歌海盆地及北部灣盆地［31-32］。珠江口盆地位于香港南部，面積約17.8萬km2，大致為北東—南西向展布，研究區(qū)主要為陸坡沉積環(huán)境，水深為200～3 000 m［13-14］。

南海北部水團總體呈“三明治”結(jié)構(gòu)。表層水受季風(fēng)的影響明顯，冬季由東向西呈逆時針方向運動，而夏季則相反；中層水由西向東呈順時針方向運動，經(jīng)巴士海峽進入西太平洋；深層水從巴士海峽進入南海，由東向西呈逆時針方向運動［13，33-35］（圖1）。

圖1　研究區(qū)位置圖及中深層水運動特征Fig.1　Location of the Pearl River Mouth Basin and moving characteristics of middle and deep water

3.2深水沉積類型及特征

珠江口盆地深水沉積主要發(fā)育峽谷、單向遷移水道、朵葉及漂積體。漂積體根據(jù)地震反射特征可進一步分為大型長條狀漂積體、限制型漂積體及陸坡席狀漂積體。

珠江口盆地陸坡的珠江峽谷呈南北向展布，寬度約12.8～39.6 km，大致順陸坡向下，中部彎度有所增加。單向遷移水道根據(jù)遷移方向可分為2種。一種為北東向遷移水道，主要分布于水深為200～1 200 m的沉積環(huán)境；另一種為南西西向遷移水道，主要分布于水深大于1 200 m的沉積環(huán)境。水道整體遷移特征明顯，多為“U”形或“V”形，軸部沉積地震反射較強，遷移特征明顯。水道西側(cè)的側(cè)積體為弱地震反射特征，具有明顯的期次性［圖2（a）］。

圖2　珠江口盆地重力流沉積及等深流沉積體類型及特征Fig.2　Type and characteristics of gravity flow and contour current deposits in the Pearl River Mouth Basin

珠江口盆地在水道、峽谷末端未見典型的“丘狀”朵葉沉積。白云及荔灣深水區(qū)遷移水道順陸坡向下，水道規(guī)模逐漸減小，數(shù)量增加，水道之間大致平行。水道為平行—亞平行狀，具有強地震反射特征，地層厚度變化趨勢不大，為多個似“丘狀”沉積。該“丘狀”沉積體可能為水道末端的朵葉，因該區(qū)水道數(shù)量多（17條），水道相互平行，間距較小，因此，其末端朵葉相互疊置堆積，而使得“丘狀”外形不明顯［圖2（b）］。

大型長條狀漂積體縱向上呈“丘狀”，平面上呈長條狀，大致平行于陸架分布，水道與其伴生。其底部邊界明顯，頂部上凸，多平滑，水道處見侵蝕特征，內(nèi)部多為平行—亞平行狀，地震反射強度為中等—弱，連續(xù)性較差，局部為雜亂地震反射特征，多在高能的水道部位收斂，并具有明顯的上坡遷移特征，部分漂積體沉積期次明顯［圖2（c）］。限制型漂積體底部邊界明顯，頂部平滑、平坦，水道與之伴生，內(nèi)部多為平行或亞平行狀，地震反射強度為中等—弱，連續(xù)性中等—好，在水道處見收斂及侵蝕現(xiàn)象［圖2（d）］。陸坡席狀漂積體外形為席狀，漂積體底部邊界明顯，頂部光滑、平坦，局部見埋藏水道，漂積體內(nèi)部地震反射強度為中等—弱，連續(xù)性中等—好，部分為平行或亞平行地震反射特征，底部沉積邊界清晰［圖2（e）］。

在峽谷、單向遷移水道和漂積體識別的基礎(chǔ)上，筆者對其平面分布特征進行了研究，發(fā)現(xiàn)水道和漂積體在不同水深范圍內(nèi)的規(guī)模及組合類型明顯不同。水深為200～1 200 m時，發(fā)育規(guī)模較大的北東向遷移水道及大型長條狀漂積體、規(guī)模較小的限制型漂積體。水深大于1 200 m時，大量發(fā)育朵葉、大型長條狀漂積體、限制型漂積體、陸坡席狀漂積體，另見少量的南西西向遷移水道。同時，漂積體規(guī)模在不同水深及位置的差異明顯。水深為200～1 200 m時，漂積體規(guī)模較小，主要發(fā)育于東沙群島的西部；水深為1 200～3 000 m時，漂積體發(fā)育面積大，分布廣。大型長條狀漂積體分布廣泛，限制型漂積體在東沙群島南部及西部發(fā)育，而陸坡席狀漂積體則發(fā)育于斜坡腳。峽谷、水道與等深流漂積體在平面上的分布具有明顯的相關(guān)性。水深為200～1 200 m時，漂積體主要發(fā)育于珠江峽谷及單向遷移水道的東側(cè)，而水深大于1 200 m時，漂積體多發(fā)育于單向遷移水道的末端，如珠江峽谷的西側(cè)及西沙海槽的尾部等（圖3，表1）。

圖3　珠江口盆地峽谷、水道與漂積體平面分布特征Fig.3　The distribution characteristics of canyon，channel and drift in the Pearl River Mouth Basin

表1　不同水深范圍內(nèi)沉積體類型Table 1　Depositional system types in different water depths

3.3重力流與等深流交互作用沉積過程及模式

重力流與等深流交互作用可以形成不同類型的沉積單元。珠江口盆地中上陸坡，水深為200～1 200 m時，重力流與北東向運動的中層水等深流作用明顯。重力流爆發(fā)初期，其能量高，以侵蝕作用為主，發(fā)育水道及峽谷，中層水沉積作用不明顯。重力流中后期或間歇期，其能量極低，中層水等深流能量高于重力流，以中層水等深流沉積作用為主。中層水等深流可以改造重力流沉積或攜帶其他原地沉積在水道、峽谷的西側(cè)沉積，形成側(cè)積體。多期重力流與中層水等深流交互作用可以形成單向遷移水道及峽谷，其遷移方向與中層水等深流運動方向相同。在水道與峽谷之外，中層水等深流可以對早期沉積物進行搬運、改造、再沉積而形成典型的等深流沉積體，如漂積體。

盆地中下陸坡，重力流運移距離相對較遠(yuǎn)、能量減弱，主要為水道、堤岸及朵葉沉積。該區(qū)域重力流能量與深層水等深流能量大致相當(dāng)，甚至偏小。等深流可以對重力流沉積物進行大規(guī)模的搬運及再沉積作用，在等深流運動順流一側(cè)（西側(cè)）發(fā)育大規(guī)模的大型長條狀漂積體、陸坡席狀漂積體，在地形突變區(qū)發(fā)育限制型漂積體。朵葉經(jīng)改造后呈不對稱形態(tài)，向順等深流運動方向偏轉(zhuǎn)。水道迎流一側(cè)堤岸改造作用強，相對不發(fā)育，順流一側(cè)堤岸較為發(fā)育（圖4）。

圖4　珠江口盆地重力流與等深流交互作用沉積模式Fig.4　Sedimentary model of interaction between gravity flow and contour current in the Pearl River Mouth Basin

4　結(jié)論

（1）重力流與等深流交互作用沉積分為等深流改造重力流沉積、重力流沉積與等深流沉積互層和重力流與等深流同時同地作用沉積。其中，等深流改造重力流沉積及重力流沉積與等深流沉積互層在地層記錄中均較為常見。

（2）南海北部珠江口盆地廣泛發(fā)育重力流與等深流沉積，是深水交互作用沉積研究的重要場所。中上陸坡為重力流與中層水等深流交互作用區(qū)域，發(fā)育北東向遷移水道及大型長條狀漂積體；中下陸坡重力流與深層水等深流作用明顯，發(fā)育南西西向遷移水道、水道、水道—堤岸、大型長條狀漂積體、限制型漂積體及陸坡席狀漂積體等。

（3）重力流與等深流交互作用沉積具有巨大的油氣勘探潛力。目前，深水油氣勘探在重力流沉積和等深流改造重力流沉積方面均取得了極大的成功，加強等深流沉積及狹義的重力流與等深流交互作用沉積研究有助于擴大油氣勘探范圍。

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（本文編輯：李在光）

Research advances in deep water interaction deposition：A case from the Pearl River Mouth Basin，northern South China Sea

Li Hua1，2，3，He Youbin1，2，3，Wang Yingmin4，Pei Yu2，3
（1.Research Center of Sedimentary Basin，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources，Ministry of Education，Yangtze University，Wuhan 430100，China；3.School of Geoscience，Yangtze University，Wuhan 430100，China；4.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

There are complicated and various hydrodynamic forces in deep water zone，which result in abundant types of interaction depositions，such as gravity flow，contour current，internal wave and so on.Types，characteristics and sedimentary models of interaction deposition between gravity flow and contour current were studied in the Pearl River Mouth Basin by seismic data.Gravity flow and contour current are both well active in the study area，where interaction deposition between gravity flow and contour current developed well，including canyon，unidirectional migrating channel，giant elongated drift，confined drift，slope sheeted drift and so on.NE-migrating channel，giant elongated drift and some slope sheeted drift formed in the upper-middle slope，where the gravity flow and northeastward moving intermediate water were active.By contrast，SWW-migrating channel，lobe，channel-levee，giant elongated drift，confined drift and slope sheeted drift developed for gravity flow and deep water controlling in the middle-lower slope.The unidirectional migrating channel is the result from interaction between gravity flow and contour current，whose migrating direction represents the flow direction of contour current.Drift，deflected lobe and asymmetric levee formed by contour current carry，rework and redeposit of gravity flow sediment.

gravity flow；contour current；interaction；sedimentary type；sedimentary models；Pearl River Mouth Basin

P736.21

A

1673-8926（2015）05-0218-07

2015-05-25；

2015-07-13

國家自然科學(xué)基金“深水單向遷移水道的成因機理及其內(nèi)的濁流、內(nèi)潮流與等深流交互作用研究”（編號：41372115）、“鄂爾多斯盆地西南緣中奧陶統(tǒng)等深流沉積及其主控因素研究”（編號：41472096）及“鄂爾多斯盆地西南緣中奧陶統(tǒng)重力流與等深流交互作用沉積研究”（編號：41502101）聯(lián)合資助

李華（1984-），男，博士，講師，主要從事沉積學(xué)的教學(xué)與科研工作。地址：（430100）湖北省武漢市蔡甸區(qū)大學(xué)路111號。E-mail：hli@yangtze.edu.cn。