深海重力流与底流交互作用的沉积响应及其勘探意义

顺坡而下的重力流(浊流)与沿坡流动的底流(等深流)之间的交互作用是当前国际沉积学研究的前沿领域与薄弱环节,交互作用沉积体系及其沉积特征相较于重力流或等深流沉积体系仍“知之甚少”。本文总结了论文作者所识别的两种典型交互作用沉积体系的形态特征、沉积特征与沉积样式,查明了交互作用成因优质储层的识别标志与分布模式。深水单向迁移水道具有不对称的剖面形态与持续稳定向陡岸一侧迁移叠加的沉积样式,可进一步分为迁移方向与参与其建造底流流向相同(顺向迁移)和相反(反向迁移)两种类型;深水单向迁移朵叶具有长轴方向与区域等深线平行的形态特征以及侧向迁移延伸方向与区域等深线一致的沉积样式。重力流(浊流)与底流(等深流)交互作用所形成的底流改造砂/交互作用砂具有与浊积砂迥异的沉积特征,如富含有孔虫和生物骨骼,无年龄倒序现象出现,突变非侵蚀接触顶界面,含有大洋水团所伴生的底栖有孔虫,可见牵引流沉积特征(如两到三段式累积概率分布特征、单峰正态的频率分布特征和位于C-M图牵引流沉积区等),这些沉积特征可作为底流改造砂的识别相标志。在剖面上,底流改造砂总是向水道迁移一侧不断迁移叠加,具有“单向叠加、有序展布”的分布模式;在平面上,底流改造砂总是沿区域等深线侧向迁移,具有“单向偏移、侧向叠置”的分布模式;时空上形成连续性好、分布范围广、面积大的超大型优质深水油气储集体。

深水重力流与底流交互作用研究进展

重力流和底流是深水环境下的两大基本流动体制,对二者交互作用的研究是当前沉积学研究的前缘和薄弱环节。底流及底流改造沉积物在岩芯上具有上部侵蚀面、双泥层、牵引流成因的各种层理等识别标志;底流成因的漂积体在剖面上呈现透镜状单元、迁移性特征及波状发射等地震反射特征。本文通过综述重力流与底流交互作用的研究成果,认为依据某段地质时期内深水盆地中主导沉积机制的不同,将重力流与底流的交互作用分为以下4种表现形式:①底流对前期重力流沉积进行改造;②重力流对前期底流沉积进行改造;③重力流与底流交互主导同一地区的沉积以及④底流与重力流同时作用于沉积物。相对海平面变化、气候(冰期—间冰期)变化、构造活动、地形地貌等因素,主要通过影响重力流与底流机制的相对强度大小,控制深水重力流与底流交互作用的进行。中国南海具有重力流与底流交互沉积的优越地质条件,发育有单向迁移水道、沉积物波等特色沉积记录。加强现今海流观测,对于南海底流循环格架的建立意义重大。

底流与重力流交互作用下的朵体沉积特征:以东非鲁伍马盆地中新统为例

底流与重力流的交互作用是重要的深水沉积作用类型,对海底沉积物再分配及海底地貌改造具有重要控制作用。目前对底流与水道中重力流的交互作用研究较成熟,但对底流影响下朵体的沉积特征研究较少。本研究以东非鲁伍马盆地古近系中新统朵体为目标,综合利用三维地震和测井资料,通过地震相和地震属性分析,确定朵体分布及内部岩性特征。在定量恢复重力流流速基础上,结合区域洋流资料,揭示底流与重力流交互作用对朵体沉积的控制作用。结果表明受向北流动的底流影响,早期水道向南迁移,北侧天然堤发育,在水道南侧形成负向地形,导致后期朵体沉积于水道南侧。底流作用下的朵体沉积特征受底流和朵体内重力流流向的影响。当底流与朵体延伸方向相反且斜交时,由于重力流流速远大于底流,朵体在逆底流流向一翼(南侧),重力流与底流流向几乎相反,底流影响被抑制,朵体从轴部向末端逐渐变薄,泥质含量增加;在顺底流流向一翼(北侧),重力流方向与底流斜交,重力流顶部泥质被底流淘洗出去,朵体以砂质沉积为主。当底流与重力流流向接近正交时,朵体受底流影响整体上一致,重力流顶部泥质被淘洗,逆底流流向一翼朵体以厚层砂质沉积为主,向顺底流流向一翼砂体厚度减小、泥质含量增加。

东非鲁伍马盆地深水X气藏海底扇储层构型研究:重力流—底流交互作用的指示意义

底流在陆缘深水环境下广泛存在,可对深水沉积过程及砂体分布产生重要影响。前人对重力流与底流的交互作用机制及沉积产物开展了大量研究,但目前有关底流改造型的海底扇储层构型模式仍然研究不够深入。东非鲁伍马盆地是当前重力流—底流交互作用研究的热点地区,文中以其代表性的下始新统海底扇水道体系为例,综合岩心、测井及三维地震资料开展储层构型精细表征,建立重力流—底流交互作用下的海底扇水道体系构型模式。研究表明,目标水道体系内部发育水道、溢岸及朵叶3种构型要素,其中水道可分为水道复合体、单一水道及其内部不同级次的构型单元。底流对细粒物质的搬运可形成非对称的溢岸沉积,导致水道复合体之间呈逆底流侧向迁移叠置样式,其间泥岩隔层容易保存;单一水道之间呈顺水道纵向迁移或逆底流侧向迁移样式,其中纵向迁移部位水道切叠连通,而侧向迁移部位容易保存泥质侧向隔挡体。受重力流沉积演化的影响,单一水道内部充填由砂泥交互型逐渐演化为富砂型,且在水道弯曲段的轴部砂体最为发育。

南海北部珠江口盆地重力流与等深流交互作用沉积特征、过程及沉积模式

通过地震及钻孔资料对南海北部珠江口盆地重力流及等深流沉积进行了研究。南海北部重力流及等深流沉积类型多样，包括峡谷、单向迁移水道、堤岸、朵叶及漂积体。单向迁移水道迁移方向分别为北东向和南西西向，为重力流与等深流交互作用形成。漂积体有大型长条状漂积体、限制型漂积体和陆坡席状漂积体，岩性为粘土、泥质粉沙。南海北部陆坡水深200-1200m范围内发育北东向迁移水道及小规模的漂积体，而水深约1200～3000m内则以朵叶及大规模的漂积体为主，见少量南西西向迁移水道。其中，漂积体多分布于峡谷、水道及朵叶的两侧，为等深流改造堤岸、朵叶等“细粒”沉积物而成。

一种新型底流与浊流交互作用形成的储集砂体——以北礁凹陷为例

目前地质学家对垂直于大陆斜坡发育的浊积水道研究已较为成熟,而对平行于大陆斜坡水道的研究还处于起步阶段。在深水环境中,底流与浊流交互作用较为普遍,但研究少且程度较低,与这种交互作用相关的平行斜坡水道亟待深入研究。通过二维地震资料对北礁凹陷的古地貌进行研究,再利用三维地震资料的时间域构造、均方根振幅等,结合三维区的地震剖面和该区沉积环境及海平面升降、古气候等因素对平行斜坡强振幅水道进行综合研究。结果表明:北礁凹陷中中新世具有狭窄通道古地形特征,东北部发育一条近平行斜坡水道,且主要分布在该狭窄通道的右侧,该水道呈指状或锥状展布。沿水道方向有前积现象,且水道头部也有前积现象,而中部、尾部均以平行充填为主,该水道下方不发育大型断层。该平行斜坡水道是垂直于斜坡的浊流与沿斜坡的底流在狭窄通道处交互作用的沉积结果,该水道是一种新型的岩性储集砂体,具有潜在的高孔、高渗特征,该水道形成时的古气候和狭窄通道的古地形是其主控因素,并提出了这种新型储集砂体的沉积模式,丰富了我国深水砂体的类型。该水道具有重要的古海洋、古气候意义,可能在深水环境下的狭窄通道处广泛分布,是南海深水油气勘探的潜在接替新区,应引起石油地质工作者的重视。

重力流与等深流交互作用沉积特征及演化——以鄂尔多斯盆地西南缘奥陶系平凉组为例

重力流与等深流交互作用沉积作为深水沉积研究的热点之一,仍存在鉴别标志不完善及形成机理不明确等问题。基于野外露头、粒度数据及薄片等资料,分析了鄂尔多斯盆地西南缘陇县地区奥陶系平凉组沉积类型与特征,探讨了重力流与等深流交互作用沉积形成机理。结果表明陇县地区奥陶系平凉组沉积构造较丰富,粒度参数垂向差异明显,反映了3个演化期次:①中低能改造砂沉积,岩相表现为砂泥互层,见重力流与等深流沉积特征;②高能浊流沉积,表现为块状砂岩,见有正粒序层理等重力流沉积特征;③低能改造砂沉积,表现为砂泥互层,见有重力流与等深流沉积特征。平凉组沉积时期,浊流与处于海槽限制性环境内向西运移的等深流进行交互作用,沉积类型及演化主要受浊流水动力强度控制。陇县地区奥陶系平凉组重力流与等深流交互作用沉积可分为2种机制:①浊流间歇期,后期等深流对早期未固结浊流沉积改造,即等深流改造重力流机制;②浊流活跃期,同地同期在垂向空间尺度上浊流与等深流彼此影响,即等深流与重力流同时作用机制。

莺歌海盆地东方区黄流组重力流砂体的底流改造作用

莺歌海盆地东方区上中新统黄流组一段为浅海重力流沉积,但浅海环境下水动力能量和方向十分复杂,关于重力流砂体的沉积过程和成因机制等方面还存在争议,特别在是否具有底流改造作用方面争议较大,故基于岩心、铸体薄片、测试数据以及元素地球化学数据对研究区底流改造作用进行识别,并探讨底流对重力流砂体的改造作用过程。底流改造作用的证据主要表现在:1垂直重力流方向,底流改造作用造成砂体展布范围更广;岩心上具有典型牵引流沉积构造特征,表现出波纹交错层理、脉状层理、S型交错层理,泥质条带可呈现丘形,细砂岩向上显示突变接触,且其内部具有弱侵蚀和截切构造特征,局部发育悬浮沉积泥质;2岩石成分、粒度特征及物性方面,由于底流的改造作用,其跳跃组分明显增加,细砂岩中泥质含量减少,粒度变大,底流改造砂岩平均孔隙度19.2%,平均渗透率106.9 mD,平均孔喉半径8.34μm,使其物性明显好于重力流砂岩,且底流改造砂岩的有孔虫生物壳体多被破坏,而重力流砂岩的生物壳体大多保留完整;3砂岩元素地球化学特征方面,B/Al、Cr/V、Co/Ni及稀土元素指标均反映存在富氧水团的底流作用改造。综合区域演化特征可知,研究区存在内波内潮汐发育的基本条件,在重力流砂体沉积后不久,底流主要是对早期重力流厚砂体的上部进行改造,将原始重力流砂体中的泥质等细粒组分带走,使其孔喉半径增大,物性变好。底流改造砂体可作为优质储层,对后期开发具有重要实际意义。

台湾峡谷HD133柱状样中重力流、底流交互沉积的证据

在台湾峡谷水深3284m处全长699cm的HD133柱状样中共识别出1个厚沙层(厚127cm)和8个薄沙层(单层厚度8～15cm),这些沙层中含大量浅水底栖有孔虫,反映其为来自浅水区的陆源物质以重力流方式形成的沉积物。然而,单用重力流无法对这些沙层的成因作出合理的解释:该样中的厚沙层以中沙为主,平均粒径范围1～2Φ,薄沙层以粉沙-细沙为主,平均粒径范围3～4Φ;沙层的分选系数小于2.5,局部接近于1,分选好—极好,长石/石英比值低,具有很高的结构成熟度和成分成熟度;在粒度特征上,其频率分布曲线为单峰,累积概率曲线为2～3段式;特别是在垂向序列上,沙层顶底呈突变接触;以上特征均表现为明显的牵引流特征。此外,在柱状样中发现含有太平洋深层水所特有的底栖有孔虫Bulimina aculeata、Planulina wuellerstor fi、Eggerella brad yi种类,且大量生物壳呈棱角状破碎,表明该样在沉积过程中受到太平洋深层水的入侵,这些证据支持了前人关于研究区内可能发育活跃的底流作用的推断。综合分析认为HD133柱状样中的沙层是重力流和底流交互作用的产物。

壳幔物质流变的底辟作用孕育大地震——卫星重力资料的证据

根据2-180阶与2-360阶的数字全球模型恢复的卫星重力场数据,主要源于地下18～36km深处的密度变化,多数大地震的震源也正是位于该层段。因此卫星重力场资料对于地震研究有很大的意义。笔者详细分析了中国汶川、墨脱、仲巴、伽师和台湾等地的卫星重力资料(这些地区在近几十年来均发生过6级以上的大地震),惊奇地发现,在这些地区,卫星重力场的样式具有极大的相似性,它们表现在:(1)卫星重力场的正负异常值成对出现;(2)震中通常位于重力场峰值间的陡梯度带;(3)由低阶到高阶的重力场正异常的峰值增大而宽度变窄;(4)正、负峰值间的距离随所处的大地构造背景而变;(5)不同应力场壳幔物质底辟的样式不同,从地质上看,高密度壳幔物质的流变底辟作用,可以合理地解释这种独特的样式变化。文中提出高密度生长指数的概念,用以度量密度由深部到浅部的增加。岩石圈断裂带、深大断裂带及多层次滑脱层是壳幔高密度塑性物质底辟活动的优势通道。壳幔物质的非均质性反映了大陆板块构造动力学过程的复杂性。

过渡型流体转换对洪水型重力流沉积研究的启示及地质意义

洪水型重力流是重力流沉积学的研究热点,以往研究认为洪水型重力流具有紊流支撑的流体性质,对于其流体性质转化及其沉积记录的识别不够深入。近年研究揭示重力流沉积过程中可形成多种过渡型流体,具有特殊流体转换机制和沉积特征。通过调研国内外最新文献,系统介绍了过渡型流体基本特征、沉积机制方面的研究进展,并讨论了其对洪水型重力流沉积研究的启示及地质意义。研究结果表明:在少量黏土矿物影响下,沉积物重力流流体的性质即可由紊流向层流转化,形成特殊的过渡型流体。转化过程主要取决于黏土矿物含量和类型控制的流体内聚力和流速控制的紊流应力二者之间的相互作用。过渡型流体可以产生大型流水沙纹(large current ripple)、砂质纹层—泥质纹层间互形成的低幅度沙波(low amplitude bed wave)等独特的底床类型。尽管实验研究揭示了过渡型流体可能形成的沉积底床特征,针对洪水型重力流沉积记录中过渡型流体的解释仍十分缺乏,尤其是过渡型流体转换机制及其沉积响应仍亟待深入探索。过渡型流体的沉积底形是研究洪水型重力流沉积动力机制的重要载体,可为深入理解洪水型重力流沉积过程提供新视角,同时可能具有更广泛的沉积学研究意义。

重力浓缩过程中底流浓度和比浓缩面积的确定

研究了重力浓缩过程中特征浓度线与沉积曲线之间的关系，利用两相流波理论分析了特征浓度线的初始性质．在此基础上，推导出计算连续浓缩机底流浓度和比浓缩面积的公式，并验证了这种新方法的可行性．

重力流沉积:理论研究与野外识别

重力流沉积是(半)深海和深湖环境中一种重要的沉积现象,因此准确识别重力流沉积对恢复古代沉积环境具有重要意义。从沉积物重力流的基本理论出发,介绍四类重力流沉积的特点和野外鉴别特征。碎屑流沉积表现为颗粒大小混杂,底面平坦,板条状砾石平行层面排列;超高密度流沉积的砂岩呈厚层状或块状,砂岩内部经常出现较大砾石或泥岩碎片,泄水构造和液化构造常见,具逆粒序的颗粒流也属于超高密度流;高密度流沉积兼具超高密度流和浊流沉积的特点;鲍玛层序Ta-d段是一次浊流事件的产物,但只有Ta段为浊流沉积,Tb-c段为牵引流沉积,Td段为悬浮沉积。在重力流发展过程中可出现各种流动转换。底流和过路流对重力流沉积的改造也是一种普遍现象。

深水交互作用沉积研究进展——以南海北部珠江口盆地为例

深水区水动力条件复杂多样,重力流、等深流与内波及内潮汐等作用均显著,其相互作用明显,并形成丰富多样的沉积体。根据地震资料,对南海北部珠江口盆地重力流与等深流交互作用沉积的类型、特征及沉积模式进行了研究。研究区重力流与等深流极其活跃,发育典型的重力流与等深流交互作用沉积,包括峡谷、单向迁移水道、大型长条状漂积体、限制型漂积体及陆坡席状漂积体等。中上陆坡区发育北东向迁移水道、大型长条状漂积体及少量陆坡席状漂积体,为重力流与北东向运动的中层水等深流共同作用区。中下陆坡区发育南西西向迁移水道、朵叶、水道-堤岸、大型长条状漂积体、限制型漂积体及陆坡席状漂积体等,重力流与深层水等深流作用明显。重力流与等深流交互作用可形成单向迁移水道,迁移方向与等深流运动方向相同。等深流可对重力流沉积物进行搬运、改造、再沉积并形成漂积体、偏转型的朵叶和不对称堤岸。

鄂尔多斯盆地南部上三叠统重力流沉积的主控因素

结合前人研究成果,对鄂尔多斯盆地南部上三叠统重力流沉积特征进行分析,并运用地震沉积学、沉积构造学等理论,结合测井、岩心观察、野外露头等资料,对鄂尔多斯盆地南部不同类型重力流特征、沉积模式和主控因素进行研究。研究表明,盆地南部地区晚三叠世发育滑塌沉积、砂质碎屑流沉积、泥质碎屑流沉积和浊流沉积等4种重力流沉积类型;其中,滑塌砂体发育揉皱变形及微褶皱、火焰状构造、球枕构造,泥岩中有砂岩注入体,砂质碎屑流、浊流砂岩底部见平行层理和小型砂纹层理,浊积岩底部常见槽模、沟模等底模构造。受不同水动力条件及盆地底型的影响,不同类型重力流沉积在平面上分布在坡折带及其附近的不同部位。研究认为,沉积物源供应是盆地南部重力流沉积的物质基础,盆地底型为重力流沉积提供空间条件,构造活动是重力流沉积的触发机制。通过鄂尔多斯盆地不同类型重力流沉积模式和主控因素的研究,为盆地其他地区和其他克拉通盆地的重力流沉积研究提供依据。

重力流沉积砂岩的成因、改造及油气勘探意义

在前人研究基础上,结合最新研究成果,以深水砂岩形成为线索,讨论重力流沉积砂岩成因机制以及后期底流改造作用,分析争议问题,探讨解决方法,并揭示油气勘探意义。重力流沉积砂岩成因机制复杂,将浊流严格定义为紊流支撑,悬浮沉降的重力流,有利于砂岩成因机制解释及砂体分布预测。具有正粒序构造的砂岩为浊流成因,块状砂岩和逆粒序砂岩为砂质碎屑流成因。浊流砂岩沉积在平面上向四周散开,形成朵叶状砂体,碎屑流砂岩沉积沿流体搬运方向展布,形成舌状砂体。重力流沉积受后期底流改造而形成含牵引流构造的砂岩,但牵引流构造不是底流改造砂体所特有的标志,需结合砂体分布特征及沉积环境加以鉴别。水道内重力流沉积受底流影响,天然堤不对称发育,水道发生单向迁移,砂体平面展布范围变大,但砂体垂向厚度变小。同时,受底流改造的天然堤之间会形成局部负向地形,为后期水道、朵体有利沉积场所,易形成连续垂向叠置砂体。深水砂岩预测需将重力流沉积和底流改造结合起来。

莺歌海盆地东部黄流组重力流沉积特征及其控制因素

重力流沉积体系已成为南海西部重点勘探领域。为系统开展莺歌海盆地东部黄流组重力流沉积体系成因及控制因素研究,利用钻井、测井、地震资料,通过位移-距离法、3Dmove古构造恢复等技术方法,对盆地东部中新世黄流组坡折类型、物源供给通道、盆地沉降等方面进行了综合研究。结果表明,盆地东部边缘走滑转换带大型沟谷发育,控制了主物源注入通道;挠曲坡折处坡度加大促发了重力流形成;大规模海平面下降与凹陷内异常沉降作用耦合控制了低位域重力流砂体分布;盆内底辟活动改变了微古地貌格局,从而影响了重力流沉积卸载位置。该成果认识为LD10-F井厚层砂岩气藏发现提供了理论支持。

降低护坦式底流消能数值模拟

采用VOF多相模型对某重力坝降低护坦式底流消能进行了三维数值模拟,得到了计算区域中物相、压强、速度矢量的分布云图以及流线分布图,展示了不同时刻水跃的发展变化情况。

珠江口盆地白云凹陷中新统珠江组潮流改造的砂质海底扇沉积

近年来,浅海扇和底流改造作用的较多发现对深水扇术语、鲍马序列等传统认识带来了挑战,有待进一步研究.珠江口盆地白云凹陷是我国海底扇油气勘探的重要场所之一,中新统珠江组SQ21层序(层序底界年龄21 Ma)是该凹陷砂质海底扇发育和油气发现的主力层位.采取岩心观察与测井相、地震反射结构、地震地貌分析相结合,揭示了该层序下降期体系域和低位体系域发育为数众多的海底扇,由重力流水道、天然堤和席状朵叶体构成,在地震属性图上分别表现为均方根振幅高值条带和朵状形态.上陆坡带重力流水道由块状-递变层理中-细砂岩、波状层理粉-细砂岩组成,具有正旋回、箱型-钟型测井相、水道充填地震相等识别标志.其中,波状层理粉-细砂岩夹较多泥岩纹层,局部表现为单粘土层和双粘土层构造,且富含潜穴、生物扰动构造和菱铁质结核,指示该时期海平面大幅下降直至陆架坡折以下,上陆坡带逐渐演化为浅海环境,导致研究区砂质海底扇发育及其重力流水道沉积在上陆坡带遭受明显的潮流改造.地震地貌分析方法的应用,保证了潮流改造型海底扇沉积相的准确识别.此外,本文的研究还表明,鲍马序列可以是底流改造成因;“深水扇”术语并非广泛适用.

台湾峡谷中段沉积特征及流体机制探讨

海底峡谷、高弯度水道等深水沉积单元中的流体活动方式是人们关注的热点。本次研究利用高分辨地震资料,结合地形地貌特征对台湾峡谷中段的沉积特征及流体活动方式进行初步探讨。台湾峡谷中段发育内堤岸(inner levee),它成层性好、地层产状倾斜,地震反射特征与峡谷西岸和下覆滑塌体明显不同,内部结构表现为逐级上超的特征,以侧向加积为主。曲流河和深水高弯度水道的点坝均发育于河(水)道拐弯处,由于离心力作用,沉积物在凸岸堆积形成点坝。该内堤岸位于峡谷中段直线型地段,不具备形成点坝的地形地貌条件,综合分析认为该内堤岸是由垂直于峡谷轴向、自西向东的底流与沿峡谷向下的重力流交互作用形成的。