滨里海盆地东南缘石炭系MKT组“反向前积”构型的性质

代寒松，陈彬滔，郝晋进，刘雄志，洪 亮，赵 旭，邓国鑫

(1. 中国石油 勘探开发研究院西北分院 ，甘肃 兰州 730020； 2. 中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083)

中区块位于滨里海盆地东南缘扎尔卡梅斯-延别克隆起东缘边界，东部紧邻东南坳陷带(图1)。MKT组厚层泥岩是该区石炭系主要盖层之一，其内幕由一系列西倾(沉积期古隆起物源方向)“反向前积层”叠加而成。目前，由于该构型的成因缺乏合理解释，致使石炭系沉积演化规律认识不清晰，制约了后续勘探工作的深入。本文旨在以区域背景资料为前提，基于井震结合，在岩性、地震相、古地理位置与形态规模等方面进行分析对比，判定MKT组沉积性质，明确其发育模式，为后续勘探工作扫清障碍。

1 MKT组基本特征

中区块上石炭统MKT组，是莫斯科中期发育的一套陆棚斜坡相深水沉积，厚度在0～600 m，岩性以泥岩为主，夹薄层粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩与灰岩。钻井揭示泥岩含量介于60%～95%，平均为78%。该组底部与KT-Ⅱ组灰岩(莫斯科阶下段)突变接触，顶部与KT-Ⅰ组灰岩(莫斯科阶上段)呈渐变过渡关系，发育一套厚20～50 m的斜坡-台地相过渡沉积。MKT组面积约为2 500 km2，具东厚西薄、东高西低的特征，其内部由一系列西倾“前积层”构成，“前积层”相互以叠瓦或近平行斜列的方式排列，逐步向西倾没于KT-Ⅱ组顶部(图2)。

晚石炭世莫斯科期，滨里海盆地东南缘处于被动大陆边缘向弧后盆地转换的初始阶段，具有西高东低的古地形特征(图3)。二叠纪末强烈的乌拉尔造山运动才导致了盆地东侧构造抬升反转[1-3]。因此，MKT内部的西倾“前积层”与晚石炭世古构造方向相反，是典型的“反向前积”构型。

2 成因及性质推断

2.1 “反向前积”构型成因及特点

沉积学研究中，对于向陆迁移的 “反向前积”构型有水进退积楔模式与深水牵引流模式两种解释。

水进退积楔模式：Bruun(1962),Helland-Hansen(1994)和Antonio Cattaneo(2002)等学者在研究水进与海岸侵蚀关系时发现[4-6]，当海平面快速上升导致可容纳空间增加幅度明显大于陆源碎屑注入量时，在斜坡处沉积物可能形成丘-楔状堆积体，伴随着水体持续增加，物源供给的减弱，新的堆积体逐步向岸退积，并侧向叠置，最终形成类似向陆迁移的“反向前积”构型(图4)。

图1 滨里海盆地东南缘中区块位置Fig.1 Location of the middle block at the southeast margin of Pre-Caspian BasinⅠ.阿斯特拉罕地块;Ⅱ.北里海隆起;Ⅲ.库萨科夫隆起;Ⅳ.腊通-田吉兹隆起;Ⅴ比尔可扎特隆起;Ⅵ.克斯克乌尔隆起;Ⅶ.扎纳诺儿隆起Ⅷ.特梅尔隆起Ⅸ.卡扎钦隆起 ;Ⅹ.萨尔平坳陷

图2 滨里海盆地东南缘中区块LineX线解释图(a)及MKT顶面构造图(b)Fig.2 Interpretation map of Seismic Line X(a)and structural map of top MKT(b)in the middle block at the southeast margin of Pre-Caspian Basin

图3 中亚莫斯科期岩相古地理图(a)及滨里海盆地东南部莫斯科中期岩相古地理图(b)Fig.3 Lithofacies paleogeographic map of the Moscovian in Middle Asia(a)and the lithofacies paleogeographic map of the Middle Moscovian in southeast Pre-Caspian Basin(b)

水进退积楔多发育在陆棚上靠近滨岸带且具一定水体深度的区域。由于物源主要为滨岸带及后方侵蚀区的砂体，其岩性以细-粉砂岩为主。纵向上，退积楔岩性具向上变细的正旋回特征，印证了水体快速加深过程中，退积楔逐步向岸迁移的特点。

深水牵引流模式：深水牵引流普遍发育在海洋水体较深的区域(陆棚斜坡、陆隆或深海洋盆)，有等深流与内波两种流体形式，其沉积作用主要体现在对先期或同期松散沉积物的二次改造[7-11]。

图4 水进退积楔发育模式图(据文献[6]修编)Fig.4 Development model of transgressive retrogradation wedge(modified from reference[6])

等深流指由地球旋转以及海水温盐差异而形成的平行于陆坡以及海底等深线作稳定流动的环流，其向陆迁移作用表现为等深流体在科式效应下形成螺旋流，并对向陆一侧的松散沉积物进行侵蚀、扬弃形成雾状层(图5a-1)，之后在向海盆一侧沿不同海水密度面悬浮漂移过程中逐步沉降。当雾状层中存在少量细粉砂等较大颗粒时，悬浮漂移距离减小，整体沉积速度加快形成一系列向陆迁移的“反向前积层”[7-10](图5a-2)。内波是海水不同水层或密度梯度之间，由于扰动等作用影响形成的波动传递。其相关成因模式指近沉积底面高密度水层中，内波引起的底流方向与其传播方向相反(内波通常由浅水向深水传播)，导致松散沉积物在不发生悬浮的情况下形成与内波形态规模相当的沉积底形，并逐步向陆方向发生迁移，从而形成一系列的“反向前积层”[7,11](图5b)。

近40年来，全球海洋中大量新生代深水牵引流沉积(如中国南海、北大西洋周缘、新西兰坎特伯雷与爱尔兰Feni地区等[7-13])以及众多古生代深水牵引流沉积露头的发现(塔中、浙江桐庐，湘西北九溪与沅古坪地区等[7,14-16])，进一步证实了“反向前积”是该类沉积体中的常见构型。

研究表明，深水牵引流沉积形成于快速水进期，在陆棚斜坡普遍发育，形态上多呈丘状，内部“反向前积层”多平行于构造线分布[12,14]。由于物源供给较为缺乏，其岩性主要以泥岩夹薄层碎屑岩和灰岩为主，而沉积体内“反向前积”与岩性无相关性，泥岩与非泥岩段均有“反向前积层”发育[9-14]。深水牵引流受控于区域性(或全球性)大范围海水温盐差与密度差，其作用范围普遍较大，相关沉积体发育规模普遍大于常规重力流沉积[7,13]，如北大西洋周缘发育的16个大型现代等深岩丘，长度在数十至数百公里，宽度可达数十千米，其中佛罗里达海峡北部等深岩丘长100 km，宽60 km，厚600 m，面积达3 000 km2[12]。

2.2 MKT组性质的判定

结合实际资料情况，本文通过以下几方面对MKT组性质进行判定。

1) 古地理背景

晚石炭世莫斯科期，东欧克拉通与哈萨克斯坦板块频繁碰撞，乌拉尔洋逐步闭合，滨里海盆地东南缘开始从被动大陆边缘向弧后盆地边缘转变，沉积环境以滨海台地-陆棚斜坡相交替为主[1-2]。MKT组沉积期(莫斯科中期)，盆地东南缘发生整体沉降，水体加深，滨海台地相萎缩，陆棚斜坡相扩展至卡扎梅尔斯-比伊克扎尔隆起带以东和以南区域(图3b)。稳定延伸的斜坡带、较深的水体、远离浅水流体作用的低能环境，有利于深水牵引流作用的凸显，并在沉积过程中占据主导。

2) 岩性特征

MKT组为厚层深灰色泥岩夹薄层细粉砂岩与灰岩，平均泥岩含量为78%，宏观上无明显的旋回性，该特征和水进退积楔岩性特征相反(正旋回、细-粉砂岩为主)，与典型深水牵引流沉积岩性更为相似(图6)。

3) 地震相特征

MKT组地震相特征与典型深水牵引流沉积相似，其内部“反向前积层”与岩性无明显的相关性，过井剖面揭示泥岩、非泥岩段均有大量前积层发育，同一前积层横向上地震相也存在明显变化，表明岩性横向上存在变化(图7)。

同时，“反向前积层”走向整体平行于古构造，呈NE-SW展布。统计表明，前积层平面分布与岩性含量无相关性，钻井显示碎屑岩与灰岩段相对发育区也多呈近NE-SW向展布，表现出受后期流体改造再分布的特征(图8)。

图5 深水牵引流沉积“反向前积”形成机理Fig.5 Genetic mechanism of “reverse progradation” of deep water tractive current depositsa.等深流沉积，据文献[10]修编；b.内波沉积，据文献[11]修编

4) 形态与规模

MKT组形态上为NE向大型丘状沉积体的一部分，与典型深水牵引流沉积体形态上相似。在NW向剖面，该组表现为由西倾“反向前积层”组成的半丘状沉积体(图7a)。在NE向剖面则由北向南厚度均匀减薄，内幕层系由水平逐步转变为下倾收敛(图7b)。MKT组发育规模较大(仅研究区面积达2 500 km2，厚度最大近600 m)，这与深水牵引流沉积体规模相符合，而常规重力流沉积通0常难以达到如此规模。

综合上述分析认为MKT组应属于深水牵引流沉积，“反向前积”是沉积物向陆迁移过程中形成的沉积构型，也是深水牵引流沉积典型的沉积构型。

3 沉积演化模式

结合盆地东南缘石炭纪区域背景，本文将MKT组沉积演化分为4个阶段。

1) 初始形成阶段

KT-Ⅱ沉积后(莫斯科中期初始)，盆地东南整体快速下沉，沉积相由开阔台地转为深水陆棚斜坡相(图3b)，接受泥岩沉积，西侧隆起区少量碎屑混入其中，深水牵引流作用开始显现(图9a,b)。

图6 滨里海盆地东南缘中区块MKT组钻井剖面与深水牵引流沉积岩性剖面对比 (据[14-16]修编)Fig.6 Correlation of the MKT Formation well log with the lithologic profile of deep water tractive current deposits in the middle block of southeast margin of Pre-Caspian Basin(modified from references[14-16])

2) 强烈作用阶段

随着水体逐步加深，深水牵引流作用不断增强，等深流在松散沉积物上形成水道，道内环流将向陆一侧的沉积物侵蚀，并堆积在向盆的一侧，随着构造整体下沉，等深流水道相对位置逐步上移，向岸一侧逐步侵蚀、向盆一侧不断堆积，形成一系列向陆倾斜的侧积体，而内波作用也使沉积物以波状形态向陆方向迁移。该阶段MKT组发育成底部平缓的长条形丘状沉积体，其内部由一系列向陆攀升的“反向前积”组成，水道西侧则为平行于斜坡的较平缓层状松散沉积物堆积(图9c,d)。

3) 晚期衰退阶段

MKT晚期盆地东南部缓慢抬升，海平面降低，沉积相开始由陆棚斜坡向开阔台地转变，等深流、内波作用逐步减弱，沉积作用转变为整体水平沉积为主，在MKT组顶部发育了一套由陆棚斜坡向开阔台地转换的过渡岩性(图9e,f)。

4) 后期调整阶段

石炭纪末西升东降的抬升剥蚀，使盆地东南缘西侧(包含研究区西侧)MKT组沉积大范围剥蚀殆尽，仅东侧丘状沉积体得以保存(图9f,g)。早二叠世末—现今的构造调整最终形成了MKT组东高西低的构造形态(图9h)。

图8 滨里海盆地东南缘MKT组厚度及岩性含量统计Fig.8 Isopach and lithologic content cartogram of the MKT Formation at the southeast margin of Pre-Caspian Basin

图9 滨里海盆地东南缘中区块MKT组沉积演化模式Fig.9 Sedimentary evolution model of the MKT Formation of the middle block at the southeast margin of Pre-Caspian Basin

4 结论

1) 滨里海盆地东南缘MKT组是晚石炭世莫斯科中期快速水进背景下发育的深水牵引流沉积，其内部“反向前积层”是沉积物向陆迁移形成的沉积构型。该组沉积性质的确定有利于完善盆地东南缘石炭纪的沉积演化规律，为后续勘探工作扫清障碍。

2) MKT组深水牵引流沉积的发现不仅丰富了滨里海盆地的沉积类型，也证明了其东南缘晚石炭世存在较复杂的水动力环境。

3) 目前已知的古-中生代深水牵引流沉积多为野外露头，难以从形态、规模和沉积构型等方面进行全面研究。MKT组深水牵引流沉积的发现，为古代深水牵引流沉积研究提供了宝贵的实例，具有较高的研究价值。

4) 由于内波、等深流形成条件与环境较为一致，其对应沉积体形态上也具相似性，两类沉积作用的进一步区分更依赖于岩心、薄片资料的观察与分析。受掌握资料限制，本文仅能判定出MKT组属于深水牵引流沉积，而等深流、内波作用在沉积过程中主次关系的划分还有待资料的丰富与完善。