淺談等深流及等深流沉積特征

高劍超，李 明

(西北大學 地質(zhì)學系，陜西 西安710069)

德國海洋物理學家Wust最先注意到海洋中沿海底等高線流動的底流及其沉積作用［1］。Heegen等(1966)在對北大西洋陸隆沉積物研究之后首先提出了等深流這一術語，認為等深流是由于地球旋轉(zhuǎn)的結(jié)果而形成的溫鹽水循環(huán)底流，這種底流平行海底等高線做穩(wěn)定低速流動，主要出現(xiàn)在大陸斜坡及大陸陸隆區(qū)，由等深流形成的沉積物為等深積巖［2］。

在現(xiàn)代海洋中，等深流沉積覆蓋了大面積的海底地區(qū)，常沿大陸邊緣發(fā)育成大型等深巖丘或等深巖席，如北大西洋現(xiàn)代等深流沉積，地中?，F(xiàn)代等深流沉積等。我國由于受各方面條件的限制，至今尚未開展現(xiàn)代大洋等深流的研究，但我國學者主要針對我國諸多地區(qū)地史時期的等深流進行研究，如湖南九溪下奧陶統(tǒng)等深巖丘［3］以及甘肅平?jīng)鲋袏W陶統(tǒng)等深巖丘等［4］，主要通過巖性、層序、古流向和相序組合特征的分析，進而揭示所研究等深積巖古地理環(huán)境和古構造背景，并在古代等深流方面取得了卓有成效的研究［5－8］，尤其在古代等深巖丘方面已跨入國際先進行列，并彌補了國外古代等深流研究的不足。近些年來沉積學界通過對等深積巖的詳細研究，對其作為油氣儲集的儲層進行了相關研究［9，10］。

1 等深流形成的原因

1.1 地球旋轉(zhuǎn)

地球上一切運動著的物體都要受到由于地球旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力(科里奧利力)的作用，這個偏轉(zhuǎn)力會使地球上一切運動著的物體產(chǎn)生一個垂直地球自轉(zhuǎn)軸和運動速度矢量所構成的平面的偏離，北半球向運動方向右方偏離，南半球向運動方向的左方偏離，赤道處為零，兩極處最大。因此，從兩極向赤道流動的等深流受偏轉(zhuǎn)力的影響而變得復雜化。

1.2 大洋溫鹽環(huán)境差異

在地球表面不同地區(qū)，由于緯度、季節(jié)、晝夜等因素的不同，導致各地所獲得的太陽輻射能不同。在地球的兩極地表獲得的太陽輻射能最少，因此海洋水溫最低;在赤道地區(qū)所獲太陽輻射能最多，因而水溫最高。兩極地區(qū)較冷的、密度較高的水體不斷下沉，然后向較溫暖、低密度的赤道區(qū)擴散，形成沿海底流動的等深流。鹽度的變化引起大洋水密度差異是形成等深流的另一重要途徑。典型的例子是地中海中的高鹽度和高密度的水體經(jīng)直布羅陀海峽外溢形成的等深流。

1.3 洋面風成面流

在重力作用下缺乏波動的洋面應該是平坦的。風吹過洋面時則引起波浪，洋面水體受剪切作用而產(chǎn)生流動。在北半球，這種流動導致水體向卡羅貝島及北美大陸積聚，形成海灣溪流。受風力的影響，海平面的強烈起伏與海底風暴活躍區(qū)之間位置的符合性可能指示了來自海面的動能實際上已傳到了深海底部。在全球范圍內(nèi)，海洋表面活躍區(qū)與深海高能區(qū)或深海風暴區(qū)一致。

2 等深流的沉積特征

Faugeres等(1993)通過對大西洋發(fā)育的等深流沉積研究認為海進期可能是最強烈的底層環(huán)流活動時期［11］。海平面的變化直接影響深海盆地中陸源碎屑物質(zhì)的供應。低水位期以重力流沉積大量發(fā)育為典型特征:大量粗碎屑物質(zhì)可直接從大陸坡注入深海盆地，形成各類砂、礫級重力流沉積，順坡向下的流動占主導地位，主要類型為濁流沉積，等深流活動較弱，即使形成等深流沉積也容易遭到破壞。隨著海平面上升，可容空間增大，物源區(qū)逐漸遠離沉積盆地，更多的沉積物被攔截在大陸架上，粗碎屑物質(zhì)注入逐漸減少，重力流活動減弱，等深流得以發(fā)育，形成等深流沉積得以保存下來。而在高水位期，沉積物供給較少，等深流也不發(fā)育。

2.1 等深流的鑒別標志

等深流沉積的鑒別是進行等深流沉積研究的關鍵之一。Hollister和Heezen(1972)在研究北大西洋部分現(xiàn)代等深流沉積之后，對等深流沉積的特征作了比較詳細的歸納總結(jié)，在此基礎上，將等深流沉積、濁流沉積、內(nèi)波和內(nèi)潮汐沉積進行比較(表1)。

表1 等深流沉積與其它類型深水沉積的特征比較(據(jù)何幼斌，1998)

2.2 等深流沉積的垂向?qū)有?/h3>

Faugeres等在研究北大西洋東緣現(xiàn)代等深巖丘時，發(fā)現(xiàn)等深流沉積組合按一定的垂向順序排列，并確定了其典型的模式［12］，其完整的層序如圖1(a)所示。這一層序是由一個向上變粗的逆遞變段和一個向上變細的正遞變段構成的對稱遞變層序，層序厚10～100 cm，層序各段間的接觸關系有過渡的、突變的和侵蝕的不同類型。層序的厚度和完整性變化很大，可以是對稱或不對稱。

圖1 等深流沉積的垂向?qū)有?據(jù)何幼斌，1998)

段太忠等在研究湘北九溪下奧陶統(tǒng)等深積巖時也發(fā)現(xiàn)了與Faugeres等描述的層序類似的層序(圖1(b))，層序各段之間的接觸關系過渡的、突變的和侵蝕的均有。李發(fā)科等研究湘北地區(qū)描繪出如圖2的等深積巖序列［13］。層序厚度在10～200 cm之間，以30～80 cm最為常見，完整的和不完整的均較常見。高振中等在研究鄂爾多斯西緣平?jīng)鲋袏W陶統(tǒng)碳酸鹽中還發(fā)現(xiàn)了完全由砂屑等深巖構成的復合層序(圖1c、d)，這類層序主要由中層到厚層的砂屑等深積巖疊置組成，其中每個單層砂屑等深積巖均具有典型的下細－中粗－上細的粒度變化特征，而整個層序在總體上又呈現(xiàn)為細－粗－細旋回。

圖2 湘西北等深流沉積層序(據(jù)李法科，2001)

2.3 等深流的巖石類型

等深流沉積分異度低、生物活動改造強烈以及與其它沉積類型區(qū)別上的困難，目前對等深積巖的分類研究程度還很低。國外一般將等深積巖分為4種基本類型，即泥質(zhì)等深積巖、斑塊粉砂質(zhì)等深積巖、砂質(zhì)等深積巖和礫質(zhì)等深積巖以及若干過渡類型［13－15］。由于等深巖的成分主要為陸源碎屑和碳酸鹽物質(zhì)，因此，按粒級和成分將等深積巖劃分為泥級等深積巖、粉砂級等深積巖、砂級等深積巖和礫級等深積巖等類型(表2)。

表2 等深積巖的分類(據(jù)何幼斌，1998)

泥質(zhì)等深積巖是各類等深積巖中粒度最細但數(shù)量最豐富的一類。它是現(xiàn)代等深流沉積的主體，但古代地層中較難識別。其最明顯的特征是生物遺跡和生物擾動構造異常發(fā)育。

砂級等深積巖粒度較粗，分選較好，特征明顯，易于識別。粉砂級等深積巖為泥質(zhì)等深積巖和砂級等深積巖的過渡類型，多與它們交互成層或混雜出現(xiàn)其數(shù)量也很豐富。

礫級等深積巖粒度最粗，為數(shù)甚少，但在反映沉積作用特征上有一定的意義。一般認為它是由流速高、能量大的等深流侵蝕和改造細粒沉積物而形成的一種礫石滯留沉積。這種等深積巖單層薄且不規(guī)則，分選差，顆粒表面常具有鐵鎂質(zhì)包殼。

生物屑等深積巖成分獨特，數(shù)量也很少，多為等深流改造重力流沉積(如灰?guī)r)后沉積而成，與礫級等深積巖類似，對反映沉積作用有一定的環(huán)境意義。

3 等深流的沉積類型

3.1 等深巖丘

海洋學調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，在深海中存在著許多等深流沉積物的堆積體，等深巖丘就是其中一種。它呈長條狀，橫剖面呈丘型，長度一般為數(shù)十至數(shù)百公里，規(guī)模巨大。這種等深巖丘廣泛發(fā)現(xiàn)在北大西洋，在中國主要在湘北地區(qū)(圖3)，鄂爾多斯地區(qū)發(fā)現(xiàn)兩大塊等深巖丘。等深巖丘由于受等深流和深水潮汐、波浪的作用，其結(jié)構成熟度較濁積巖高;同時，等深巖丘分選較好，巖性為純凈的極細粒到細粒(局部到中粒)砂巖，原生孔隙發(fā)育，油氣儲積性能很好，世界多個油田已發(fā)現(xiàn)等深流儲層，是深水沉積中頗具勘探前景的潛在油氣儲集層［16，17］。

進入21世紀，我國油氣勘探進入深水區(qū)，在南海北部深水區(qū)珠江口盆地和瓊東南盆地內(nèi)中新世地層中發(fā)現(xiàn)大量的丘狀反射體，前人對這兩個盆地深水區(qū)中新世沉積相和丘狀反射體進行了詳細研究［18，19］，其成因與中新世南海北部發(fā)育的等深流有關，認為是等深流沉積形成的等深巖丘。

3.2 等深流漂積體

近年來，新環(huán)境、新動力學成因的新等深流沉積類型(圖4)不斷涌現(xiàn)。Laberg等(2001)基于挪威海漂積體的研究，提出了“充填性漂積體”;Maldonado等(2005)在南極的北威德爾海的中新世以來的地層內(nèi)識別出完整的等深積巖漂積體系列，識別了幾種新的漂積體類型:橫向漂積體，基底/構造漂積體和堤壩漂積體;Cerm aicola等(2001)提出了斷裂相關漂積體;Stow(2002)針對深水等深流對陸坡扇和深海扇的影響，提出了移變的扇漂積體(modified fan－drift)類型;Rebesco和Stow(2001)基于前人認識，從3個尺度(大尺度，即漂積體尺度;中尺度，即地震單元尺度;小尺度;即地震相尺度)總結(jié)了識別等深積巖的地震判別標準［20，21］。

圖4 等深流沉積的幾種新類型

4 結(jié)語

對等深流沉積研究可以幫助我們了解海洋的循環(huán)系統(tǒng)，提供更多的古海洋學和古氣候?qū)W信息。隨著人們進軍全球深水油氣勘探領域，深水勘探與深海沉積有著密切的關系，深海濁積砂體已證實是深海盆地的主要儲層，深海等深流沉積結(jié)構成熟度高，孔隙和儲集性能好，且形成規(guī)模較大，是潛的深海油氣儲層。

但整體等深流研究還較薄弱，現(xiàn)代等深流只局限于大西洋，對其它個大洋研究薄弱，限制了等深流沉積的全球性認識。對等深流的識別特征有待加強，一些大型內(nèi)波內(nèi)潮汐被誤認為等深流沉積。地層記錄中的等深流規(guī)模較小，層位較少且已發(fā)現(xiàn)區(qū)域較少，現(xiàn)在僅發(fā)現(xiàn)三例且都為碳酸鹽巖沉積，未見碎屑巖等深流沉積。

現(xiàn)今對等深流的重點研究包括以下幾個方面:(1)等深流沉積新類型、特征和鑒別標志研究;(2)建立一套較為完整的等深流識別標志;(3)等深流的形成機制和等深積巖沉積體系形成的主要控制因素。

［1］Heezen B C，Hollister C D，Ruddiman W F.Shaping of the continental rise by deep geostrophic contour currents［J］.Science，1966，152:502－508.

［2］高振中，何幼斌，羅順社等.深水牽引流沉積—內(nèi)潮汐、內(nèi)波和等深流沉積研究.北京:科學出版社.1996.

［3］段太忠，郭建華，高振中，等.華南古大陸邊緣湘北九溪下奧陶統(tǒng)碳酸鹽等深巖丘［J］.地質(zhì)學報.1990， 64(2):131－143.

［4］高振中，羅順社，何幼斌，等.鄂爾多斯地區(qū)西緣中奧陶世等深流沉積.沉積學報.1995，13(4):16－25.

［5］何幼斌，高振中，等.等深流沉積的特征及其鑒別標志.江漢石油學院學報.1998.12.

［6］劉寶珺，余光明，王成善.珠穆朗瑪峰地區(qū)侏羅系的等深積巖沉積及其特征.成都地質(zhì)學院學報.1982，(1):1－6.

［7］姜在興，趙澄林，熊繼輝.皖中下志留統(tǒng)的等深積巖及其地質(zhì)意義.科學通報.1989，34(20):1575－1576.

［8］Faugeres J－C，Stow D A V.Bottom －current－controlled sedimentation:a synthesis of the contourite problem.Sedimentary Geology，1993，82:287－297.

［9］Viana A R，De Almeida Jr W，De Almeida C W.Upper slope sands:late Quaternary shallow－water sandy contourites of Campos Basin，SW Atlantic Margin［J］.Geological Society Memoir，2002，22:226－270.

［10］Surlyk F，Jensen S K，Engkilde M.Deep channels in the Cenomanian–Danian Chalk Group of the German North Sea sector:Evidence of strong constructional and erosional bottom currents and effect on reservoir quality distribution［J］.AAPG bulletin，2008，92(11):1565－1586.

［11］Faugeres J－C，Stow D A V.Bottom －current－controlled sedimentation:a synthesis of the contourite problem.Sedimentary Geology，1993，82:287－297.

［12］Faugeres J－C，Stow D A V.Bottom －current－controlled sedimentation:a synthesis of the contourite problem.Sedimentary Geology，1993，82:287－297.

［13］李發(fā)科，汪德雯，等.湘西北下寒武統(tǒng)等深流沉積.江漢石油學院學報.2001.9.

［14］Stow D A V，F(xiàn)augeres J C，Gonthier E.Facies distribution and textural variation in Faro Drift contourites:velocity fluctuation and drift growth［J］.Marine Geology，1986，72(1):71 － 100.

［15］Stow D A V，Mayall M.Deep－water sedimentary systems:New models for the 21st century［J］.Marine and Petroleum G eology，2000，17:125－135.

［16］李東海，深水異地沉積與油氣勘探［J］.江漢石油學報.2002，24(1);5－7.

［17］劉麗軍，深水牽引流沉積特征及研究現(xiàn)狀［J］.石油與天然氣地質(zhì).1999，20(4)369－374.

［18］馮楊偉.瓊東南盆地深水區(qū)梅山組沉積相與丘狀反射體地質(zhì)解釋［D］.西安:西北大學.2012.

［19］趙天亮，蒲仁海，屈紅軍等.瓊東南盆地南部中新統(tǒng)“丘”形反射成因探討［J］.2013，35(4)112－120.

［20］Ceramicola S，RebescoM，De BatistM，et al.2001.Seismic evidenceof small2scale lacustrine drifts in Lake Baikal(Russia)［J］.MarineGeophysical Researches，22:445 － 464.

［21］王玉柱，王海榮，高紅芳，等.等深流作用機制和沉積的研究進展.古地理學報.2010，2(4):141－150.