孟加拉灣若開盆地深水沉積體系結構單元類型及演化模式

馬貴明，馬宏霞，邵大力，范國章，劉艷紅，丁梁波，孫輝

（1中國地質大學（北京）；2中油勘探開發(fā)有限公司；3中國石油杭州地質研究院）

孟加拉灣若開盆地深水沉積體系結構單元類型及演化模式

馬貴明1，2，馬宏霞3，邵大力3，范國章3，劉艷紅3，丁梁波3，孫輝3

（1中國地質大學（北京）；2中油勘探開發(fā)有限公司；3中國石油杭州地質研究院）

利用多個地震數據體的地震反射特征，分析了孟加拉灣若開盆地深水沉積體系的不同沉積結構單元類型（峽谷、水道及水道復合體、天然堤—漫溢沉積、朵體以及塊體搬運沉積）的典型地震響應特征、及其發(fā)育的位置，構建了研究區(qū)陸架—陸坡—盆底的沉積結構單元演化模式。研究表明，一個深水沉積體系垂向上自下而上的組合樣式為：底部塊體搬運沉積及厚層大規(guī)模朵體沉積，上覆水道復合體沉積，之后為水道—天然堤復合體沉積、以及一些小規(guī)模朵體沉積，頂部為薄層深海泥巖沉積。橫向上自陸架向深海盆地的發(fā)育模式表現為：陸架/上陸坡峽谷—上陸坡侵蝕型水道—下陸坡侵蝕沉積型水道—沉積型水道—盆地朵體。

孟加拉扇；若開盆地；深水沉積體系；結構單元；沉積演化

“深水沉積體系”是指在重力流作用下、沉積于陸坡到盆底部位的沉積結構單元類型及其相關的沉積物［1］。深水沉積體系以其規(guī)模大、砂巖含量高為顯著特征，是深水油氣勘探的優(yōu)質目標［2-5］。孟加拉扇是世界上最大的深水沉積體系，南北總長超過3000km，寬約1000km，沉積厚度達20km［6］，它的發(fā)育始于早始新世，其形成與印度板塊向歐亞板塊俯沖而導致喜馬拉雅山隆起密切相關［7-9］。前人對于孟加拉扇的研究主要集中于單個深水沉積結構單元，譬如峽谷［10］、水道—天然堤［11］、水道復合體［12］、塊體搬運沉積［13］等。由于水體較深以及規(guī)模大等原因，難以對孟加拉扇的全貌、以及橫向和縱向的演化進行分析。本文主要利用多塊位于陸架以及陸坡—盆底的三維地震資料，對深水沉積體系陸架—陸坡—深海盆地的沉積結構樣式進行總結分析，并構建其演化模式，以期對深水沉積體系的油氣勘探有所啟示。

1　地質背景

若開盆地位于孟加拉灣東側邊緣的緬甸西部海域（圖1）。該盆地長約850km，寬約200km。東側為印緬蛇綠巖帶，北側為迪桑復理石帶、特里普拉—加賈爾褶皺帶和吉大港褶皺帶，西側與孟加拉盆地、孟加拉深海扇盆地相接，南部與安達曼—尼科巴—巽他—爪哇前淵盆地相連。若開盆地的形成與古新世以來印度板塊與緬甸板塊的碰撞、以及增生楔不斷向西遷移密切相關。盆地發(fā)育巨厚的第三系海洋沉積物?，F今陸上第三系沉積地層包括深海、淺海以及三角洲沉積，海上沉積地層包括陸架、陸坡和盆底的深水重力流沉積及原地泥巖沉積。若開盆地的深水沉積為巨大孟加拉扇的一部分，其物源主要來自于喜馬拉雅山脈，可能還有少量來自東側的物源。

2　研究方法

研究區(qū)（見圖1右上角）位于若開盆地的海上區(qū)域，由工區(qū)Ⅰ和工區(qū)Ⅱ兩個區(qū)域組成（圖1）：工區(qū)Ⅰ現今位于陸架淺水區(qū)，絕大部分區(qū)域水深小于100m；工區(qū)Ⅱ現今位于深水區(qū)，水深基本上大于1000m。研究區(qū)橫跨陸架、陸坡及盆底，深水沉積結構單元類型多樣，但由于研究區(qū)范圍內的地震資料有限，現有資料的范圍沒有能夠完全覆蓋陸架—陸坡—盆底的區(qū)域，所以，本文主要是利用地震反射特征，對比上新統(tǒng)陸架峽谷及陸坡—盆底的深水沉積結構樣式（圖2），分析不同的結構單元類型，并建立從陸架到陸坡以及盆底的深水沉積結構單元發(fā)育模式。

圖1　　孟加拉灣若開盆地及研究區(qū)地理位置圖

3　結構單元類型

研究區(qū)共發(fā)育五種深水沉積結構單元類型，包括峽谷、水道及水道復合體、天然堤—漫溢沉積、朵體、以及塊體搬運沉積，其沉積位置包括陸架、陸坡以及深海盆底。該深水沉積體系發(fā)育時，工區(qū)Ⅰ位于陸架位置，發(fā)育大型陸架峽谷，并切割三角洲前緣沉積；工區(qū)Ⅱ位于下陸坡—深海盆底，主要發(fā)育水道及水道復合體、天然堤—漫溢沉積、朵體、以及塊體搬運沉積（圖2）。

3.1陸架峽谷

峽谷是一種典型的海底地貌，對應窄而深的長條負地形。本文所研究的峽谷發(fā)育于陸架位置，較順直，在研究區(qū)內長約26km，最寬處可達5km，最大充填沉積厚度近800m（圖3a）。由于地震資料的局限性，難以刻畫超出地震工區(qū)以外的峽谷規(guī)模。峽谷走向近南北向，水流方向自北向南，整個峽谷切割了下伏陸架三角洲前緣沉積，該陸架三角洲前緣在地震剖面上主要表現為中強振幅、連續(xù)反射以及前積反射的特征（圖3b），前積反射發(fā)育的方向近于自北向南，與峽谷延伸方向基本一致。

圖3　　若開盆地工區(qū)Ⅰ峽谷充填厚度及地震剖面反射特征

峽谷發(fā)育多條分支下切谷，從剖面特征上來看，這些下切谷分支，寬度大多在1～3km以內，下切深度大約200～400 m（圖3a），其內部充填主要為空白反射—弱振幅不連續(xù)反射（圖3c）。從其平面特征來看，這些小型的下切谷分支，主要表現為樹枝狀和放射狀，并且峽谷東西兩側具有明顯的不對稱狀，峽谷東部，下切谷分支不發(fā)育，而峽谷西側的下切谷分支則較發(fā)育（圖3a，3c）。順著水流方向（向南），峽谷的侵蝕深度及內部地層充填厚度不斷增加，峽谷寬度則不斷變窄（圖3a，圖4），這說明峽谷順著水流方向的侵蝕性不斷增強，這種變化可能與水流能量增強和地形坡度變陡有關。

峽谷內部的充填反射特征（見圖4）表現為：弱反射為主，夾雜少量短軸強反射。峽谷底部可見強振幅不連續(xù)反射，可能為峽谷底部的滯留沉積。上部可見一些具有下切特征、強振幅反射的小規(guī)模濁流水道沉積。從峽谷均方根振幅屬性沿層切片（圖5）上也可以看出，整個峽谷充填以泥巖沉積為背景，發(fā)育小規(guī)模彎曲水道（圖5a，5b）或順直水道（圖5e）以及小規(guī)模朵體（圖5a，5c）。這也說明峽谷內部重力流沉積主要表現為沉積過路作用，而小規(guī)模的濁流水道或朵體是后期的一些小型濁流活動所形成的。

3.2水道及水道復合體

深水水道為“長條形的負地形，產生和（或）一直保持濁流的特征，并且代表了相對長期的沉積物搬運通道”［1］。濁流系統(tǒng)水道的外形和位置受控于沉積過程或者侵蝕下切作用，水道的起伏主要是對原有沉積的侵蝕或者再沉積，或者是兩者共同作用的過程所致［1］。一次水道下切、充填以及決口或廢棄的旋回所形成的是孤立水道，多次水道下切、充填及決口或廢棄則形成水道復合體［14-15］。

圖4　　若開盆地峽谷不同部位地震反射特征及充填特征

圖5　　若開盆地陸架峽谷內部充填沉積的均方根振幅屬性圖

深水沉積體系在研究區(qū)主要有五個水道發(fā)育帶，其中北側兩個（A，B），南側三個（C，D，E）（圖6）。

A為較平直的孤立水道。平面上其彎度約為1～1.2，水道寬度約800m。剖面上外部形態(tài)呈“V”型（圖7中的水道A），內部充填為強振幅、平行反射結構地震相（圖7a），未見明顯侵蝕特征，為一次水道下切、充填及廢棄或決口的產物，不發(fā)育天然堤—漫溢沉積（圖7b中的水道A）。

圖6　　若開盆地工區(qū)Ⅱ上新統(tǒng)深水沉積體系相干切片

圖7　　若開盆地水道A及水道B地震剖面及解釋

B為低彎度的水道復合體。水道復合體寬度約3 km。剖面上外部形態(tài)呈“V”型，內部充填以中強振幅、雜亂反射結構為主（圖7a中的水道B）。水道以侵蝕特征為主，只在水道頂部兩側發(fā)育小規(guī)模的天然堤—漫溢沉積（圖7b中的水道B）。

C及D均為高彎度的水道復合體（圖8，圖9），并切割下伏強振幅連續(xù)反射的朵體。在平面上，水道表現為“側向遷移”和“下游掃動”的特征（圖8a，8b，圖9a，9b），即水道在演化過程中，由于凹岸侵蝕和凸岸沉積，不斷側向遷移，并且在側向遷移的過程中，水道也會往下游方向不斷遷移。從地震相特征上看（圖8c，圖9e），水道內部充填特征表現為，水道底部發(fā)育強振幅、雜亂反射特征的滯留沉積；水道的側翼則發(fā)育雜亂、弱振幅反射，可能為水道壁滑塌引起的雜亂沉積。由于高頻旋回或者自旋回的沉積作用，水道發(fā)生側向遷移，在水道遷移方向上原有的堤岸沉積被新形成的水道所侵蝕，這樣，僅有相反一側的堤岸保留下來，形成了位于水道內部、地震相特征為弱振幅、微弱層狀的內側堤岸沉積（圖8d）。每一個次級水道內部又為一個獨立的沉積旋回，其底部為強振幅的水道底部滯留沉積，向上變?yōu)槿跽穹呐渤练e，形成了一個從下至上由粗變細的正旋回，至最終在水道復合體系的末期，整個水道被充填廢棄，從而構成一個完整的沉積序列。

圖8　　若開盆地水道C平面特征及剖面特征

E為高彎度的過渡型水道，并切割下伏強振幅、連續(xù)反射結構的朵體。在剖面上（圖9e）可以看出，水道E既表現出微弱侵蝕下切的特征，同時又表現出加積的沉積特征，并且水道E整體表現為強振幅（圖9c，9e）。

3.3天然堤—漫溢沉積

天然堤—漫溢沉積是重力流溢出堤岸并側向延伸的細粒沉積。由于重力流漫溢時流速下降很快，使得靠近水道的天然堤比遠離水道的天然堤沉積更多的沉積物，形成靠近水道的沉積物較厚、遠離水道的則較薄的楔狀體（圖7—圖9）。在高彎度水道內部，由于自旋回的沉積作用，水道發(fā)生側向遷移，在水道遷移方向上，原有的堤岸沉積被新形成的水道所侵蝕，僅有相反一側的堤岸保留下來，形成了位于水道內部的弱振幅內側天然堤沉積（圖8d）。天然堤—漫溢沉積以薄層粉砂巖及黏土沉積為主。

圖9　　若開盆地水道D及水道E平面特征及剖面特征

此外，在天然堤可常見一種特征地貌——沉積物波（sedimentary wave），沉積物波是指“水流在海底產生的大規(guī)模（一般波長幾十米至幾千米，波高幾米）波狀起伏的底形”［16］。深水沉積物波主要由沿坡流動的底流（或等深流）、或順坡流動的濁流形成［17］。研究區(qū)發(fā)現一大型沉積物波（圖10），它的波長約2km，涉及的波域面積約2000km2。該沉積物波垂直于水道，沿陸坡向上遷移，其形成可能與濁流水道相關，在均方根振幅屬性切片上（圖10a），該沉積物波表現出強弱振幅間互分布的特征（圖10b），具體分析認為，向上陸坡方向的翼部及波峰部分為強振幅反射，推測為富砂沉積，而向下陸坡的翼部及波谷為弱振幅反射，推測為富泥沉積。

3.4朵體沉積

圖10　　若開盆地沉積物波形態(tài)及地震反射特征

朵體沉積是由于水道末端水流速度降低而沉積形成的，反映了沉積物經水道（限制性環(huán)境）搬運至非限制性環(huán)境中沉積下來的結果。在平面上主要表現為朵狀、長條狀、放射狀等［1］。圖9d中朵體表現為強振幅、連續(xù)反射結構的地震響應特征，呈長條狀，朵體長度大于24km，寬約6km，面積大于130km2。朵體中心部位砂體厚度較大，邊緣部位砂體厚度則減薄，直至尖滅。朵體發(fā)育于該深水沉積體系形成的早期，并被后期發(fā)育的水道（水道E）所切割（圖9f）。

3.5塊體搬運沉積

塊狀搬運沉積是深水沉積體系的重要組成部分，它是指除濁積巖之外的各種重力誘使所形成的滑動或滑塌體及碎屑流。塊體搬運沉積常常呈弱振幅、雜亂反射結構的特征，總體表現為丘狀，與下伏地層呈侵蝕接觸，且側向尖滅（圖11）。塊體搬運沉積發(fā)育在陸架邊緣及陸坡，且可以出現在深水沉積形成過程中的任何時期。

在若開盆地，塊體搬運沉積發(fā)育于該深水沉積體系的底部，后期被水道切割及朵體覆蓋，它的形成可能是由于海平面的下降、沉積物失穩(wěn)所導致的。

4　陸架—陸坡—盆底深水沉積體系演化

根據研究區(qū)發(fā)育的沉積結構類型，本文總結歸納了深水扇從陸架至陸坡及盆底的深水沉積體系演化模式和垂向演化特征（圖12）。

圖11　　若開盆地深水沉積體系底部塊體搬運沉積剖面特征

圖12　　若開盆地研究工區(qū)深水沉積體系演化模式

垂向上，一個深水沉積體系的底部為塊體搬運沉積及厚層大規(guī)模朵體沉積，上覆水道復合體沉積，之后為水道—天然堤復合體沉積、以及一些小規(guī)模的朵體沉積，頂部為海侵—高位域深海薄層泥巖沉積。一次海平面升降旋回造成了該垂向疊置樣式，即相對海平面的下降促使深水扇開始發(fā)育，相對海平面的上升（海侵—高位期）導致深水扇發(fā)育的結束。

橫向上，由于海平面的突然下降，使得陸架邊緣環(huán)境具有普遍的不穩(wěn)定性，所以沉積物易在陸架邊緣發(fā)生滑塌，從而形成負地形，形成峽谷，且峽谷不斷向陸架侵蝕，切割早期高位域沉積的陸架三角洲。陸架沉積物以濁流形式經峽谷向陸坡及盆底搬運，峽谷內主要表現為侵蝕過路作用，僅發(fā)育一些滯留沉積。上陸坡由于坡度較陡，濁流主要以侵蝕性水道復合體形式向下陸坡方向搬運；至下陸坡，由于地形坡度變緩，水道復合體的侵蝕性減弱，沉積作用加強；至陸坡坡腳處，沉積物發(fā)生卸載，粗粒沉積物優(yōu)先沉積下來，從而形成大規(guī)模疊置的朵體。另外，一些能量較強的水道攜帶沉積物繼續(xù)向深海流入，但水道規(guī)模逐漸變小；至深海平原內部，由于微弱的坡度變化或者局部洼陷的所處位置，水道可能再次發(fā)生分散和沉積物的卸載，形成沉積規(guī)模較小的朵體（圖12）。

5結論

（1）孟加拉灣若開盆地研究區(qū)上新統(tǒng)的深水沉積體系發(fā)育五種類型的深水沉積結構單元：峽谷、水道及水道復合體、天然堤—漫溢沉積、朵體以及塊體搬運沉積。峽谷發(fā)育于陸架，并切割早期三角洲前緣沉積，陸坡及深海盆底主要發(fā)育水道及水道復合體、天然堤—漫溢沉積、朵體以及塊體搬運沉積。

（2）陸架三角洲前緣及淺海沉積物以濁流形式經陸架峽谷向陸坡—盆底搬運。峽谷內主要表現為侵蝕過路作用，僅發(fā)育一些滯留沉積。水道主要發(fā)育于陸坡位置，但是一些能量較強的水道也可以發(fā)育于深海盆地。水道發(fā)育特征與坡度密切相關，上陸坡的坡度較陡，以侵蝕特征為主，下陸坡的坡度變緩，水道的沉積作用增強。陸坡坡腳處由于坡度突然降低，沉積物發(fā)生卸載，可形成大規(guī)模疊置的朵體。

（3）在一個完整層序內，自下而上沉積的結構單元組合樣式為：底部塊體搬運沉積及厚層大規(guī)模朵體沉積，上覆水道復合體沉積，之后為水道—天然堤復合體沉積、以及一些小規(guī)模朵體沉積，頂部為海侵—高位域深海泥巖沉積，整體表現為一個正旋回的沉積特征。

［1］Weimer P，Slatt R M.Introduction to the Petroleum Geology of Deepwater Settings［M］.AAPG Studies in Geology 57，AAPG/ Datapages Dsicovery Series 8，2007：111-112.

［2］Shanmugan G.50 years of the turbidite paradigm（1950s—1990s）：Deep-water processes and facies models—a critical perspective ［J］.Marine&Petroleum Geology，2000，17（2）：285-342.

［3］Stow D A V，Johansson M.Deep-water massive sands：Nature，origin and hydrocarbon implications［J］.Marine&Petroleum Geology，2000，17（2）：145-174.

［4］Lopez M.Architecture and depositional pattern of the Quaternary deep-sea fan of Amazon［J］.Marine&Petroleum Geology，2001，18（4）：479-486.

［5］李云，鄭榮才，高博禹，等.深水扇沉積研究現狀和展望——以珠江口盆地白云凹陷珠江深水扇系統(tǒng)為例［J］.地質論評，2010，56（4）：549-560.

［6］Weber M E，Wiedicke-Hombach M，Kudrass H R，et al.Bengal Fan sediment transport activity and response to climate forcing inferred from sediment physical properties［J］.Sedimentary Geology，2003，155（3）：361-381.

［7］Curray J R，Emmel F J，Moore D G.The Bengal Fan：Morphology，geometry，stratigraphy，history and processes［J］.Marine& Petroleum Geology，2002，19（10）：1191-1223.

［8］Kudrass H R，Michels K H，Wiedicke M，et al.Cyclones and tides as feeders of a submarine canyon off Bangladesh［J］. Geology，1998，26（8）：715-718.

［9］Kottke B，Schwenk T，Breitzke M，et al.Acoustic facies and depositional processes in the upper submarine canyon swatch of no ground（Bay of Bengal）［J］.Deep Sea Research PartⅡTopical Studies in Oceanography，2003，50（5）：979-1001.

［10］Michels K H，Suckow A，Breitzke M，et al.Sediment transport in the shelf canyon“Swatch of No Ground”（Bay of Bengal）［J］. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography，2003，50（5）：1003-1022.

［11］Hübscher C，Spieβ V，Breitzke M，et al.The youngest channel-levee system of the Bengal Fan from digital sediment echosounder data［J］.Marine Geology，1997，141（1/4）：125-145.

［12］孫輝，范國章，呂福亮，等.孟加拉灣緬甸若開盆地上新統(tǒng)斜坡水道復合體沉積特征［J］.沉積學報，2011，29（4）：695-703.

［13］馬宏霞，呂福亮，范國章，等.緬甸若開海域塊體搬運沉積地震響應及典型地質特征［J］.石油與天然氣地質，2011，32 （5）：751-759.

［14］Abreu V，Sullivan M，Pirmez C，et al.Lateral accretion packages（LAPs）：An important reservoir element in deep water sinuous channels［J］.Marine&Petroleum Geology，2003，20 （6）：631-648.

［15］Mayall M，Stewart I.The architecture of turbidite slope channels［C］//Weimer P，Slatt R M，Coleman J，et al.Deep-Water Reservoirs of the World.SEPM，Gulf Coast Section，20th Annual Research Conference，2000：578-586.

［16］Wynn R B，Stow D A V.Classification and characterisation of deep-water sediment waves［J］.Marine Geology，2002，192 （1）：7-22.

［17］鐘廣法，李前裕，郝滬軍，等.深水沉積物波及其在南海研究之現狀［J］.地球科學進展，2007，22（9）：907-913.

編輯：黃革萍

Ma Guiming：Senior Geology Engineer.Doctoral candidate at China University of Geosciences.Add：PetroChina Exploration and Development Co.，Ltd.，6-1 Fuchengmen Bei Dajie，Beijing，100034，China

Structural Units and Evolution Model of Deepwater Depositional System in Rakhine Basin，Bay of Bengal

Ma Guiming，Ma Hongxia，Shao Dali，Fan Guozhang，Liu Yanhong，Ding Liangbo，Sun Hui

Structural units of a deepwater depositional system are canyons，channels or channel complexes，levee-overbank，lobes and mass-transport deposits.By means of the seismic reflection data from different areas in Rakhine Basin，Bay of Bengal，the typical seismic response characteristics and developing locations of different structural units are analyzed to establish a evolution model of the deepwater structural units from the shelf through the slope and the basin.It is indicated that a deepwater sediment system evolves upwards from the base as follows：（1）mass-transport deposits and a large-scaled thick lobe at the base，（2）an overlying channel complex at the lower part，（3）a channel-levee complex or a small-scaled lobe in the middle-upper part，and（4）capping thin abysmal sea mudstone at the top.In lateral，the deepwater sediment system is composed of shelf/upper slope canyon，upper slope erosive channel，lower slope erosive-depositional channel，depositional channel and basin-floor lobes from the shelf to the basin.

Deepwater sediment system；Structure unit；Depositional evolution；Bengal Fan；Rakhine Basin

盆地·構造

TE121.3

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2016.01.007

1672-9854（2016）-01-0041-11

2014-12-18；改回日期：2015-09-24

本文受中國石油天然氣集團公司科學研究與技術開發(fā)項目”海外重點戰(zhàn)略大區(qū)勘探技術研究與實踐”子課題“海外海洋勘探技術與有利目標評價研究”（編號2014D-0908）資助

馬貴明：1970年生，高級工程師，中國地質大學在讀博士研究生，主要從事礦產普查與勘探。通訊地址：100034北京市西城區(qū)阜成門北大街6-1號中油勘探開發(fā)有限公司；E-mail：maguiming@cnpcint.com