深水重力流水道沉積研究進(jìn)展*

李 華 何幼斌

1長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100 2長(zhǎng)江大學(xué)沉積盆地研究中心，湖北武漢 430100

1 概述

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們海洋意識(shí)的提高，深水沉積已成為國(guó)際沉積學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一(朱筱敏等，2019)。深水重力流水道是深水沉積常見(jiàn)的地貌單元，既是連接陸架、陸坡及深海盆地的重要紐帶，也是沉積物搬運(yùn)、沉積的重要場(chǎng)所，還是地球系統(tǒng)科學(xué)研究的突破口(汪品先，2009)。同時(shí)，深水油氣勘探證明重力流水道沉積是油氣重要富集單元之一(McCaffrey and Kneller，2001)。近10余年，深水重力流水道研究快速發(fā)展，并獲得了諸多成果(圖 1)。然而，對(duì)重力流水道沉積特征及類型研究較多，對(duì)其形成機(jī)理、主控因素及儲(chǔ)集層分布規(guī)律研究較為薄弱，特別是缺乏不同類型水道形成機(jī)理的對(duì)比研究。在回顧深水重力流水道沉積研究歷程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)結(jié)合最近10余年重力流水道沉積研究進(jìn)展，總結(jié)認(rèn)識(shí)及主要問(wèn)題，上述研究工作的開展和深化不僅可以加深深水水道的形成機(jī)理、成因演化及主控因素的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)古海洋、古氣候及古構(gòu)造的研究，推動(dòng)地球系統(tǒng)科學(xué)的探索，還可揭示深水優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層分布規(guī)律，為油氣勘探提供理論依據(jù)。

圖 1 2009—2018年深水水道論文發(fā)表統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistics of papers on deepwater channels in 2009-2018

2 深水水道研究歷程

20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著重力流沉積研究的不斷深入，深水水道沉積也隨之被發(fā)現(xiàn)并引起了沉積學(xué)工作者的重視。目前，對(duì)水道的類型、沉積特征、形成過(guò)程、沉積模式及儲(chǔ)集層分布規(guī)律都有了一系列的成果，其研究歷程大致可以分為3個(gè)階段。

1990年以前，重力流水道研究主要以海底扇為載體(Normark，1970;Walker，1978;Karl and Kenyon， 1989)。通過(guò)湖盆和海盆深水扇研究，提出了較為經(jīng)典、到目前還被廣泛引用的深水扇模式。Normark(1970)將重力流水道分為侵蝕型、侵蝕/沉積復(fù)合型及沉積型。侵蝕型水道以侵蝕作用為主，形態(tài)多為“V”形，內(nèi)部沉積物較少，僅在底部沉積部分粗粒沉積物；侵蝕/加積型水道侵蝕和沉積作用交替出現(xiàn)，形態(tài)多為“U”形，兩側(cè)發(fā)育溢流或堤岸沉積；沉積型水道以沉積作用為主，形態(tài)多為“U”形，沉積物較為豐富。Walker(1978)提出的海底扇模式最為經(jīng)典。該模式將海底扇劃分為上扇、中扇和下扇。其中，上扇以補(bǔ)給水道最為發(fā)育，該類型水道以侵蝕作用為主，水道軸部發(fā)育碎屑流和濁流等粗粒沉積。中扇分支水道極為發(fā)育，以含礫砂巖及砂巖為主。下扇水道不發(fā)育，以層狀砂泥沉積為主。Karl和Kenyon(1989)研究了側(cè)積型水道與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。同時(shí)，沉積學(xué)家通過(guò)物理模擬嘗試研究重力流演化及沉積響應(yīng)(Middleton，1966a，1966b，1967，1989;Garcia and Parker，1989)。Garcia和Parker(1989)通過(guò)物理模擬認(rèn)為濁流在峽谷—水道過(guò)渡區(qū)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于與底部摩擦導(dǎo)致剪切速度發(fā)生變化，可發(fā)生水躍現(xiàn)象。

1990年至2000年，深水水道研究實(shí)例明顯增多，研究成果不斷涌現(xiàn)。其主要是對(duì)海底扇模式的細(xì)化，特別是水道的具體化(Reading and Richards，1994;Shanmugam and Moiola，1995;Clark and Pickering，1996;Bouma，2000;Peakalletal.， 2000;Shanmugam，2000;Stow and Mayall，2000)。Reading和Richards(1994)發(fā)表了根據(jù)物源供給和沉積物粒度將海底扇劃分為12種類型的研究成果。Clark和Pickering(1996)研究了深水水道的構(gòu)型及油氣勘探潛力?；谒缹捝畋燃斑w移特征，將水道劃分為側(cè)積和加積等類型，并對(duì)其充填結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，進(jìn)而定性研究了其油氣儲(chǔ)集性能。Peakall等(2000)發(fā)表了對(duì)深水彎曲型水道的形態(tài)、沉積特征、形成機(jī)理進(jìn)行了較為全面的研究成果。同時(shí)，采用物理及數(shù)值模擬方法對(duì)濁流的流體機(jī)制變化及沉積響應(yīng)研究明顯增多(Edwardsetal.， 1994;Dade and Huppert，1995;Mulderetal.， 1997;Skeneetal.， 1997;Kneller and Buckee，2000)。

2000年以后，深水重力流水道研究更為全面，成果更為豐富。目前，對(duì)水道類型、沉積特征、過(guò)程演化及沉積模式研究都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步(Keeviletal.， 2006;Mayalletal.， 2006;Kollaetal.， 2007;McArthuretal.， 2016;Deptuck and Sylvester，2018;Heetal.， 2018)?，F(xiàn)代峽谷及水道內(nèi)重力流及沉積響應(yīng)觀測(cè)也取得了較多重要成果(Parsonsetal.， 2010;Xuetal.， 2013;徐景平，2013;Zhangetal.， 2018)。除此之外，深水沉積還出現(xiàn)了臨界流、超臨界流、異重流沉積等新分支研究(Mulderetal.， 2009;Bourgetetal.， 2010;Migeonetal.， 2012)。地質(zhì)大數(shù)據(jù)的建立和應(yīng)用也是深水重力流水道研究的新方法和新思路(翟明國(guó)等，2018；趙鵬大，2018)。為更好地開展深水沉積，國(guó)際合作(如IODP339，349)及學(xué)術(shù)會(huì)議交流日益頻繁(eg. 3rdDeep-Water Circulation Conference，4th International Submarine Canyon Symposium，南海深海過(guò)程演變)，并涌現(xiàn)了一系列成果(Salleretal.， 2004;Wynnetal.， 2007;Zhongetal.， 2015;Liuetal. 2017;Omosanya and Harshidayat，2019)，包括論文(eg. Deep-Sea Research Ⅱ，volumes 142;Marine Geology，volumes 394)、論著等(eg. Submarine Geomorphology，Micallefetal.， 2018)。

中國(guó)重力流沉積具有層位多、分布范圍廣的特點(diǎn)，在大部分含油氣盆地都有發(fā)育(鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、南海瓊東南盆地及珠江口盆地等)，有些甚至為主力產(chǎn)油氣層。早期對(duì)重力流水道沉積的研究重在其形態(tài)、沉積特征及演化分析，后期逐漸過(guò)渡為水道構(gòu)型、形成機(jī)理及主控因素研究，現(xiàn)在對(duì)重力流水道研究精度不斷提高，包括水道類型、充填及過(guò)演化程模擬等(姜在興等，1988；李文厚等，1997；林暢松等，2001；王英民等，2007；吳時(shí)國(guó)和秦蘊(yùn)珊，2009；解習(xí)農(nóng)等，2012；鄭榮才等，2013；龐雄等，2014；王華等，2015；李華等，2018)。

3 深水水道分類及沉積特征

3.1 深水水道分類

目前，對(duì)深水重力流水道分類方案主要有以下3種： (1)根據(jù)侵蝕—沉積作用分為侵蝕型、沉積型及侵蝕/沉積復(fù)合型(Normark，1970)。(2)按照彎曲度可分為順直型、低彎度及高彎度水道(Mayalletal.， 2006；Wynnetal.， 2007)。(3)根據(jù)形態(tài)可將水道分為孤立型(isolated)、遷移型(laternal stacked)及加積型(vertically stacked)(Clark and Pickering，1996)。

表 1 重力流水道分類及沉積特征Table1 Classification and sedimentary characteristics of gravity flow channel

在國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合團(tuán)隊(duì)在鄂爾多盆地西南緣、南海北部鶯歌海、瓊東南、珠江口及臺(tái)西南盆地、東非魯伍馬、坦桑利亞及拉姆盆地、西非尼日爾三角洲、里奧穆尼盆地、下剛果及加蓬盆地、巴西坎波斯盆地、孟加拉扇、墨西哥灣等地相關(guān)研究，根據(jù)水道的規(guī)模、沉積單元及堆積方式等將重力流水道劃分為復(fù)合型水道、垂向加積型水道、遷移型水道及分支小水道4種類型(表 1)。值得注意的是，自然界還存在較多過(guò)渡型水道，其多為上述2種或多種水道組合而成。

3.2 深水水道沉積特征

3.2.1 復(fù)合型水道沉積

復(fù)合型水道在深水環(huán)境極為常見(jiàn)，其寬幾百米至幾十千米。外形一般為“U”或“V”型，水道底部見(jiàn)明顯的侵蝕特征，整體遷移不明顯，內(nèi)部發(fā)育多類型、多規(guī)模的次級(jí)水道，水道之間相互侵蝕、切割，沉積物粒度較粗，多為碎屑流沉積充填，可發(fā)育濁流沉積(Mayalletal.， 2006;Crossetal.， 2009;Jobeetal.， 2010;Khan and Arnott，2011;劉軍等，2011;Celmaetal.， 2014;Lietal.， 2018;李華等，2018;Cascianoetal.， 2019)(表 1)。

陜西唐王陵奧陶系復(fù)合水道沉積以礫巖、含礫砂巖、砂巖及粉砂巖為主，水道內(nèi)部次級(jí)水道相互侵蝕、切割，發(fā)育侵蝕面、槽模及交錯(cuò)層理，可大致分為15期(圖 2-A)。南海西北部瓊東南盆地中央峽谷(大型復(fù)合水道)寬約15ikm，由下至上大致依次發(fā)育軸部沉積、水道、水道—堤岸及塊狀搬運(yùn)復(fù)合體(圖 2-B)。

3.2.2 垂向加積型水道沉積

垂向加積型水道規(guī)模大小不一，水道以垂向加積為主(Kollaetal.， 2007;Labourdette and Bez，2010)。根據(jù)充填樣式可細(xì)分為2種類型： 一種為多期次水道垂向疊置而未發(fā)生遷移(Popescuetal.， 2001;Schwenketal.， 2003)，另一種為水道內(nèi)部以層狀充填為主，次級(jí)水道不發(fā)育。前者在自然界中相對(duì)較為發(fā)育，其多出現(xiàn)在水道局部位置或水道末期(Kollaretal.， 2007;Labourdette and Bez，2010)。后者相對(duì)較少，其發(fā)育規(guī)模一般較大(李華等，2018)(表 1)。

內(nèi)蒙古桌子山地區(qū)復(fù)合水道內(nèi)部可分為16個(gè)下粗上細(xì)中砂巖及細(xì)砂巖旋回，平行層理及粒序?qū)永磔^為常見(jiàn)(圖 2-C)。東非坦桑尼亞盆地垂向加積型水道寬約15ikm，深度約750im，下部弱反射、連續(xù)性較差，中部強(qiáng)反射、連續(xù)性好，平行—亞平行，上部中等強(qiáng)度反射，連續(xù)性中等，平行—亞平行地震反射特征，次級(jí)水道不發(fā)育(圖 2-D)。

A—復(fù)合型水道，內(nèi)部發(fā)育次級(jí)小水道，陜西唐王陵；B—復(fù)合型水道，內(nèi)部發(fā)育軸部沉積、水道—堤岸及塊狀搬運(yùn)復(fù)合體，南海瓊東南盆地；C—垂向加積水道，內(nèi)部以層狀砂巖沉積為主，內(nèi)蒙古桌子山；D—垂向加積水道，以垂向加積為主，水道不發(fā)育，東非坦桑利亞盆地圖 2 復(fù)合型及垂向加積型水道沉積特征Fig.2 Characteristics of complex and vertical aggradation channels

3.2.3 遷移型水道沉積

遷移型水道側(cè)向遷移現(xiàn)象明顯(圖 3)，根據(jù)水道彎曲度及遷移位置可進(jìn)一步分為彎曲型和順直型遷移水道。

彎曲型遷移水道彎曲度較高，多在彎曲部位發(fā)育遷移，形成類似曲流河“點(diǎn)壩”沉積的側(cè)積體。該類型水道在西非尼日爾三角洲盆地、下剛果盆地、巴西坎波斯盆地、墨西哥灣及南海等12處深水區(qū)發(fā)育，且具有良好的油氣勘探潛力(Kollaetal.， 2001，2007;Abreuetal.， 2003;Posamentier，2003;Schwenketal.， 2003;Salleretal.， 2004; Deptucketal.， 2007; Wynnetal.， 2007;Lietal.， 2010;李華等，2011;張文彪等，2015)。愛(ài)爾蘭深水水道沉積遷移特征明顯，發(fā)育典型的側(cè)積體(圖 3-A)。尼日爾三角洲盆地彎曲水道彎曲度1.2～1.8，最高可達(dá)2.3。水道幾到數(shù)十千米，儲(chǔ)集性能較好，是油氣勘探的主要目的層。水道彎曲處側(cè)積體極為發(fā)育(圖 3-B，3-C)(Lietal.， 2010)。而順直型遷移水道彎曲度較低，整體側(cè)向遷移。在西非下剛果盆地及加蓬盆地、巴西坎波斯盆地、格林蘭伊爾明厄盆地、中國(guó)南海瓊東南盆地及珠江口盆地(圖 3-D，3-E)發(fā)育順直型遷移水道(Biscaraetal.， 2010;Zhuetal.， 2010;Heetal.， 2013;Lietal.， 2013;李華等，2013;Maetal.， 2015;Zhongetal.， 2015;Gongetal.， 2016a，2018a)。上述2種遷移型水道形成機(jī)制不同，詳見(jiàn)后文4.3部分。

A—遷移型水道，側(cè)積體發(fā)育，愛(ài)爾蘭北部；B-C—彎曲型遷移水道，NW向遷移，尼日爾三角洲盆地； D-E—順直型遷移水道，NE向遷移，南海北部珠江口盆地圖 3 典型遷移型水道沉積特征Fig.3 Characteristics of typical migrational channels

3.2.4 分支小水道沉積

分支小水道規(guī)模一般較小，多發(fā)育在水道末端或朵葉內(nèi)部，在重力流沉積體系中較為常見(jiàn)(Posamentier and Walker，2006;Picotetal.， 2016)(圖 4)。外形多為“U”形，透鏡狀，巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、灰?guī)r及泥灰?guī)r等，發(fā)育槽模、變形構(gòu)造、平行層理及水平層理等。內(nèi)蒙古桌子山剖面上奧陶系拉什仲組發(fā)育一系列孤立型小水道，其寬度50～60icm，厚度15～25icm，以細(xì)砂及粉砂為主(圖 4-A)(李華等，2018)。另外，在陜西耀縣桃曲坡奧陶系小水道巖性為灰?guī)r，內(nèi)部見(jiàn)水平層理(圖 4-B)。分支小水道通常呈發(fā)散狀或放射狀分布于水道末端，平面組成朵狀(圖 4-C)。

A—分支小水道，砂巖、粉砂巖，平行層理及粒序?qū)永戆l(fā)育，內(nèi)蒙古桌子山;B—分支小水道，灰?guī)r透鏡體，陜西耀縣; C—分支小水道，平面組成朵狀，為朵葉主要組成部分，墨西哥灣(據(jù)Posamentier and Walker，2006)圖 4 典型分支小水道沉積特征Fig.4 Characteristics of typical small bifurcated channels

4 深水水道形成機(jī)理

4.1 復(fù)合型水道形成機(jī)理

復(fù)合水道是重力流水道沉積的主要類型，其彎曲度一般較低(Mayalletal.， 2006;Khan and Arnott，2011;劉軍等，2011)。本類型水道形成過(guò)程極為復(fù)雜，前人基于露頭、地震等資料對(duì)復(fù)合水道充填演化、形成過(guò)程研究，進(jìn)而探討形成機(jī)理及主控因素(Crossetal.， 2009;Jobeetal.， 2010;Khan and Arnott，2011;Celmaetal.， 2014;Lietal.， 2018;Cascianoetal.， 2019)。Mayall等(2006)基于巖心、露頭、測(cè)井及地震等資料，對(duì)復(fù)合水道彎曲度、沉積序列、結(jié)構(gòu)及充填過(guò)程等進(jìn)行了較為深入的研究，最終對(duì)其儲(chǔ)集性能進(jìn)行了分析。復(fù)合水道從下至上依次發(fā)育底部滯留沉積、滑塌及碎屑流沉積、彎曲遷移型水道沉積及高彎度水道—堤岸沉積(圖 5)。南海北部白云深水區(qū)淺層水道也發(fā)育類似沉積序列(劉軍等，2011)。Cross等(2009)通過(guò)埃及尼羅河三角洲西緣深水斜坡—水道沉積體系研究，認(rèn)為復(fù)合水道經(jīng)歷了6個(gè)階段，即(1)初始階段，發(fā)育侵蝕、過(guò)路、滑塌；(2)側(cè)向加積型水道發(fā)育階段；(3)加積型彎曲水道階段；(4)水道—堤岸沉積體系階段；(5)水道廢棄及最大湖/海泛沉積階段；(6)進(jìn)積席狀砂發(fā)育階段。Khan和Arnott(2011)將加拿大南部水道復(fù)合體分為了3期。每一期具有類似的侵蝕及充填過(guò)程。Celma等(2014)認(rèn)為復(fù)合水道形成過(guò)程與重力流的形成演化密切相關(guān)，海平面升降是其影響因素之一。當(dāng)海平面最低時(shí)，重力流能量高，以侵蝕作用為主，形成水道雛形，水道內(nèi)部重力流以過(guò)路不沉積為主； 當(dāng)海平面開始升高時(shí)，重力流規(guī)模較大，能量較高，水道內(nèi)部開始出現(xiàn)富礫等粗粒的水道—堤岸沉積體系； 當(dāng)海平面進(jìn)一步升高，重力流能量減弱，水道內(nèi)部發(fā)育塊狀搬運(yùn)復(fù)合體沉積及薄層濁流沉積?；谥亓π纬裳莼澳芰孔兓琇i 等(2018)將復(fù)合水道劃分為3個(gè)階段：早期侵蝕，辮狀水道充填；中期彎曲水道、水道—堤岸沉積；晚期水道廢棄。2019年，Casciano等(2019)研究了意大利中部亞平寧山脈中新統(tǒng)復(fù)合水道與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，認(rèn)為逆沖斷層速度、盆地下沉速度和物源供給，控制復(fù)合水道的巖性特征、水道遷移方向及沉積演化。

圖 5 復(fù)合水道沉積序列及形成機(jī)理(據(jù)Mayall et al.， 2006)Fig.5 Sedimentary sequence and mechanism of complex channel(after Mayall et al.， 2006)

綜上所述，復(fù)合水道的形成、發(fā)育及衰亡與重力流的發(fā)生、發(fā)展及消亡密切相關(guān)(Mayalletal.， 2006;Leeuwetal.， 2016;Lietal.， 2018;李華等，2018)。重力流爆發(fā)初期，能量高，規(guī)模大，侵蝕能量強(qiáng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以侵蝕作用為主，形成U或V形地貌，水道雛形形成，隨后水道規(guī)模逐漸增大。復(fù)合水道內(nèi)部由于重力流能量高，以侵蝕過(guò)路為主，沉積作用極少，僅在水道底部形成礫質(zhì)軸部沉積，水道兩側(cè)溢流/堤岸沉積不發(fā)育。隨著重力流能量的逐漸減弱，其在水道內(nèi)形成一系列較小規(guī)模的彎曲水道，其相互侵蝕—切割—充填，發(fā)育砂質(zhì)沉積。當(dāng)重力流能量進(jìn)一步減弱，沙泥比降低，沉積物濃度較低，復(fù)合水道內(nèi)部發(fā)育高彎曲的水道，彎曲水道具有一定的遷移特征，溢流/堤岸沉積發(fā)育。當(dāng)重力流消亡時(shí)，水道以半深水—深水泥質(zhì)沉積為主。值得注意的是，不同地區(qū)復(fù)合型水道各異，盡管水道發(fā)育過(guò)程較為類似，但是其主控因素，重力流流態(tài)變化及沉積過(guò)程都會(huì)有所不同，需要結(jié)合傳統(tǒng)地質(zhì)研究、數(shù)值及物理模式以及現(xiàn)代深海觀察等手段綜合研究。

4.2 垂向加積型水道形成機(jī)理

本類型水道較為特殊，在自然界中較為少見(jiàn)，對(duì)其形成機(jī)理研究相對(duì)較少。結(jié)合前人及團(tuán)隊(duì)研究成果，推測(cè)垂向加積型水道與復(fù)合型水道形成機(jī)理大致相同，但條件更為特殊。

1)規(guī)模相對(duì)較大，水道底部發(fā)育呈空白或弱地震反射的軸部沉積，頂部為連續(xù)性好、平行—亞平行的泥巖沉積(圖 2)，其沉積特征、演化過(guò)程與復(fù)合型水道類似，都需要大規(guī)模、高能量、侵蝕能力較強(qiáng)的重力流。

2)垂向加積水道內(nèi)部成層性特征較為明顯，無(wú)或很少小規(guī)模的重力流水道；水道以垂向加積為主，無(wú)遷移及相互侵蝕—切割特征；水道兩側(cè)發(fā)育小規(guī)模的溢流/堤岸沉積；水道內(nèi)部以砂巖、粉砂巖沉積為主，僅在水道底部見(jiàn)少量含礫砂巖(圖 2-C)。因此，推測(cè)垂向加積型水道內(nèi)部重力流可能規(guī)模相對(duì)復(fù)合型水道小，水道內(nèi)部重力流流態(tài)相對(duì)較為穩(wěn)定，沉積物濃度較低，既可形成較細(xì)的砂巖沉積，又可能發(fā)育稀釋性濁流或溢流，在水道兩側(cè)發(fā)育少量的堤岸/溢流沉積。但該類型水道形成機(jī)理還需進(jìn)一步的研究。

4.3 遷移型水道形成機(jī)理

遷移型水道是深水水道特殊類型之一，根據(jù)其彎曲度可分為順直和彎曲遷移型2種。前人對(duì)其成因進(jìn)行了較為深入的研究(Rasmussen，1994，2003;Séranne and Abeigne，1999;Keeviletal.， 2006;Labourdette，2007;Parsonsetal.， 2010;Zhuetal.， 2010;李華等，2011，2013;Heetal.， 2013;Lietal.， 2013;Gongetal.， 2016a，2018a)。目前，對(duì)于其成因主要有4種觀點(diǎn)，即(1)重力流自生環(huán)流(Keeviletal.， 2006;Labourdette，2007;Parsonsetal.， 2010)；(2)重力流與等深流交互作用(Rasmussenetal.， 2003;Hernndez-Molinaetal.， 2008;Biscaraetal.， 2010;Zhuetal.， 2010;Heetal.， 2013;Lietal.， 2013;Maetal.， 2015;Zhongetal.， 2015;Gongetal.， 2016a，2018a)；(3)海平面升降(Rasmussen，1994)；(4)上升流受科氏力作用(Séranne和Abeigne，1999)。其中，重力流自生環(huán)流主要用于解釋彎曲度較大的深水遷移型水道；而低彎度(順直)遷移水道則認(rèn)為是等深流與重力流交互作用而成。本部分重點(diǎn)論述重力流成因的遷移型水道。

A—黑海陸架西南部深水水道重力流次生環(huán)流觀察(據(jù)Parsons et al.， 2010)；B—物理模擬重力流次生環(huán)流(據(jù)Keevil et al.， 2006)； C—數(shù)值模擬重力流次生環(huán)流(據(jù)黃璐等，2013； 有修改)圖 6 遷移水道形成機(jī)理Fig.6 Mechanism of migrational channel

彎曲型遷移水道在西非尼日爾三角洲盆地、下剛果盆地、里奧穆尼盆地、巴西東部、東非魯伍馬盆地、墨西哥灣及南海北部較為發(fā)育。該類型水道彎曲度較大，形態(tài)與曲流河類似，并多在彎曲部分發(fā)生遷移，形成側(cè)積體沉積。前人通過(guò)現(xiàn)代觀測(cè)、地震、露頭、物理及數(shù)值模擬等對(duì)其成因進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究(Keeviletal.， 2006;Labourdette，2007;Parsonsetal.， 2010)。重力流在彎曲水道內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，特別是在水道彎曲部位，會(huì)產(chǎn)生螺旋型的次生環(huán)流，該環(huán)流與曲流河類似，其在凹岸以侵蝕沉積為主，而在凸岸發(fā)生沉積，形成側(cè)積體，導(dǎo)致水道彎曲度逐漸增大(圖 6)。盡管深水彎曲遷移型水道與曲流河存在諸多相似之處，但其沉積環(huán)境差異巨大，最明顯的區(qū)別在于次生環(huán)流方向相反(Keeviletal.， 2006;Amosetal.， 2010;黃璐等，2013)。

4.4 分支小水道形成機(jī)理

重力流水道在沿斜坡向下延伸過(guò)程中，由于外部環(huán)境及自身流體發(fā)生變化，具有分叉的趨勢(shì)，形成規(guī)模較小、數(shù)量眾多的分支小水道，其在平面上多呈發(fā)散狀、朵狀，剖面上為丘狀，這些分支小水道是朵葉(lobe)或前(末)端扇(frontal splay，terminal fan)的主體。分支小水道形成主要有2個(gè)方面的原因： 一是峽谷、堤岸發(fā)育的水道具有明顯的限制作用，當(dāng)水道在延伸過(guò)程中，隨著峽谷規(guī)模減小及堤岸逐漸消失，限制環(huán)境消失，重力流攜帶的大量沉積物將被卸載于水道末端，其內(nèi)部發(fā)育發(fā)散狀的分支小水道；二是水道在延伸過(guò)程中具有分叉的趨勢(shì)(李華等，2011)。

5 存在的主要問(wèn)題及發(fā)展方向

5.1 存在的主要問(wèn)題

重力流水道是重力流沉積的典型沉積單元，其研究時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)其研究已獲得了較為豐富的成果，但仍存在一系列問(wèn)題，主要如下：

1)綜合研究手段有待加強(qiáng)。重力流水道沉積研究多側(cè)重于定性分析，定量研究較少，并缺乏有效的綜合研究。目前，對(duì)重力流水道研究以露頭及地震資料為主，并結(jié)合少量測(cè)井及巖心資料(Janockoetal.， 2013a;Jollyetal.， 2016;Hansenetal.， 2017;Englertetal.， 2018;Palozzietal.， 2018)，通過(guò)地質(zhì)及地球物理方法對(duì)其進(jìn)行表征，進(jìn)而定性分析其形成過(guò)程、主控因素及儲(chǔ)集層分布規(guī)律。而現(xiàn)代觀測(cè)(Parsonsetal.， 2010)、室內(nèi)物理模擬及數(shù)值模擬等定量(Keeviletal.， 2006;Janockoetal.， 2013b;Motanated and Tice，2016;Reimchenetal.， 2016;Covaultetal.， 2017)、半定量研究工作較為薄弱。同時(shí)，地質(zhì)、地球物理、物理模擬及數(shù)字模擬等研究工作相對(duì)獨(dú)立，尚待進(jìn)一步的結(jié)合、完善。

2)形成機(jī)制及主控因素研究尚待深入。重力流在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沉積動(dòng)力、流體動(dòng)力學(xué)變化過(guò)程及沉積響應(yīng)是當(dāng)前重力流研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一(Janockoetal.， 2013a，2013b;Hughes，2016;Leeuwetal.， 2016;Motanated and Tice，2016;Reimchenetal.， 2016;Covaultetal.， 2017;Paulletal.， 2018;Stevensonetal.， 2018)。其中，重力流水道的形成機(jī)制及主控因素研究涉及到諸多問(wèn)題尚待研究。包括各種類型水道的形成、演化及主控因素；彎曲水道的形成及演化，低彎度和高彎度水道形成機(jī)理有何差異，是否有內(nèi)在聯(lián)系；水道彎曲度、充填過(guò)程與哪些因素有關(guān)；重力流水道分叉及決口扇發(fā)育規(guī)律及影響因素；水道—朵葉轉(zhuǎn)化的條件及因素；不同影響因素的互補(bǔ)關(guān)系如何等。

3)儲(chǔ)集層分布規(guī)律研究較為薄弱。重力流水道儲(chǔ)集層分布規(guī)律是油氣勘探的重要研究?jī)?nèi)容。而深水區(qū)“源-匯”系統(tǒng)及重力流流體演化對(duì)有利儲(chǔ)集層分布有著重要的影響(Gongetal.， 2016b，2018b，2019)。盡管重力流通常攜帶大量的沉積物，但是其礫、沙、泥、水等混雜，導(dǎo)致重力流沉積通常儲(chǔ)集性能差異明顯，具有明顯的非均質(zhì)性。前人對(duì)重力流水道儲(chǔ)集層研究較為薄弱，研究手段較為單一，主要為地震和露頭資料，缺乏豐富的測(cè)試資料(Mayalletal.， 2006;Cuietal.， 2015;Zhangetal.， 2015;Belletal.， 2018)，有必要綜合運(yùn)用多種手段對(duì)水道儲(chǔ)集性能進(jìn)行研究。

5.2 發(fā)展方向

針對(duì)深水重力流水道研究存在的主要問(wèn)題，綜合多種手段，系統(tǒng)對(duì)比研究不同背景下的重力流水道形成機(jī)制，是未來(lái)發(fā)展方向。具體表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1)綜合現(xiàn)代觀測(cè)、地球物理、物理及數(shù)值模擬等綜合研究手段，進(jìn)行定性、半定量及定量多尺度、全方位研究重力流水道是今后的發(fā)展趨勢(shì)。其中，建立及運(yùn)用全球深水重力流水道大數(shù)據(jù)是其研究的新方向，有利于促進(jìn)重力流水道的綜合研究。

2)系統(tǒng)對(duì)比研究不同背景、不同類型重力流水道形成機(jī)理，探討其形成過(guò)程與重力流性質(zhì)及流態(tài)變化的聯(lián)系。具體可從2個(gè)方面進(jìn)行： 一是基于露頭、地震、測(cè)井及鉆孔等資料，對(duì)重力流的物源供給、沉積物分布、粒度、規(guī)模、坡度、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候等靜態(tài)因素進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比研究；二是結(jié)合現(xiàn)代觀察、物理及數(shù)值模擬等手段，對(duì)重力流演化過(guò)程中的速度、濃度、濁度和Fr等進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合分析，研究重力流的流體演化及沉積動(dòng)力變化規(guī)律，進(jìn)而研究其沉積響應(yīng)。

3)加強(qiáng)重力流水道儲(chǔ)集層分布規(guī)律研究，提高儲(chǔ)集層的預(yù)測(cè)精度。復(fù)合型、加積型、遷移型及大規(guī)模的分支小水道形成機(jī)理不同，儲(chǔ)集層分布各異。不同時(shí)期的水道及水道的不同位置儲(chǔ)集層分布也有所不同?；凇霸?匯”系統(tǒng)及重力流演化，對(duì)不同類型、期次和部位的重力流水道儲(chǔ)集層進(jìn)行研究，仍是主要方法和手段。

致謝審稿專家及編輯提出了寶貴的意見(jiàn)和建議，研究生吳廣完成了圖 6-B的清繪工作，在此表示感謝。