青海隆务峡地区三叠系深水沉积

吴佳男，蔡铮，李林，范国章，许小勇，鲁银涛，马宏霞，张颖，王红平，左国平，丁梁波，吕福亮，邵大力，王彬，李伟强

1.中国石油 杭州地质研究院，杭州 310023；2.中油国际(缅甸)凯尔公司，仰光 11181

0 引言

随着深水油气勘探领域的不断升温，深水油气资源成为近年全球油气勘探热点及增储上产的主力来源[1--3]，由此推动了深水沉积理论体系的极大发展。沉积物重力流的流体机制研究是深水沉积体系的重要理论基础。尽管国内外在深水重力流分类上仍有分歧，但近年来对沉积物重力流流体特征的认识已经有了很大的提高[4--6]。深水沉积结构单元的刻画是深水沉积体系研究的另一重点。目前被广泛采用的深水沉积结构单元包括水道、越岸沉积、朵体(或席状砂)、水道--朵体过渡带和块体搬运沉积等[3--4,7--9]。而生产实际中，由于深水作业和取芯的成本，地震的精度难以对沉积物重力流的流体特征和深水沉积结构单元进行精细刻画。野外深水露头的研究相对成本较低，且有更高的分辨率。基于露头得到的地质模型，有助于提高沉积储层的预测准确率，从而更好地指导油气勘探与开发工作。

笔者以青海隆务峡地区1号隧道南北的两条剖面为例，通过对剖面的实地考察、测量和岩石学特征的分析，总结了深水重力流发育特征及形成机制，并初步探讨了不同流体可能存在的演化关系。同时，在岩相和岩相组合特征分析的基础上，分析了该地区沉积结构单元的沉积特征，并建立了沿着流径方向变化的沉积演化模式。

1 地质背景

研究区位于青海省同仁县以北, 尖扎县以南的隆务峡1号隧道附近。在大地构造位置上，位于秦岭、祁连和昆仑造山带交汇部位(图1)。该地区构造演化非常复杂，经历了超大陆裂解、秦祁昆大洋形成演化、碰撞造山、板内伸展和陆内叠覆造山等多个阶段的构造演化过程；随着扬子板块和华北板块在三叠纪末期接触碰撞, 拉丁晚期自东而西快速关闭海槽，三叠系形成复杂褶曲变形，并最终完成构造演化全过程[11--27]。

图1 研究区大地构造位置图[10]Fig.1 Tectonic location of study area

研究区靠近于西秦岭一侧，三叠纪发育深水沉积地层。前人在区域上开展过较为详细的地质调查工作, 包括地层划分、沉积环境和古地理的研究[11--18]，地球化学、构造环境和构造演化的研究[19--27]，以及浊积岩中的遗迹化石研究[28]等。但前人在隆务峡地区展开的工作比较少，罗根明等[11]将三叠系深水沉积分为果木沟组和江里沟组两段，并对本区的沉积相做了研究，认为在海平面变化上表现为一次海退作用和一次海侵作用(图2)。郁东良[12]在牙形石和岩性特征方面做的研究结果显示，本区为陆架斜坡环境下的浊积扇沉积。张立军[13]通过古水流及重矿物等分析，认为研究区物源来自北部的祁连造山带。本文在前人的研究基础上，重点分析了隆务峡1号隧道南北两条剖面(图2)重力流沉积机制和结构单元发育特征。

图2 研究区综合岩性柱状图及实测剖面位置[11]Fig.2 Stratigraphic classification and logging location of study area

2 沉积机制分析

野外常被描述的沉积物重力流有两种，分别为碎屑流和浊流。本文所指的碎屑流，其他近似术语有块体流、黏性流等[4--5]。碎屑流具有基质强度, 由泥质中细颗粒间的静电引力产生，是一种黏性流(cohesive flow)；而浊流的颗粒则分散在水中，靠紊流支撑搬运，是一种摩擦流(frictional flow)。浊流的沉积方式是选择性沉积,而碎屑流则是整体沉积。高密度浊流是一种比较特殊的类型，其上部沉积物颗粒的含量较低，处于紊流状态，类似于浊流，亦可称为低密度浊流。争议比较大的是其下部，下部颗粒的含量较高，以颗粒之间的相互作用(分散压力)为主要支撑机制，兼具碎屑流的流体性质。有些学者也将其称为砂质碎屑流、超高密度流、高密度流和浓密度流等[4,6,9]。在隆务峡1号隧道两侧的剖面，笔者在岩性、粒度和沉积构造特征等分析的基础上，划分出3种重力流沉积类型。

2.1 碎屑流沉积

碎屑流沉积在研究区较为罕见，隆务峡1号隧道南剖面底部发育一套厚度约3 m的灰白色含砾泥灰岩(图3a)。顶底面相对平整，砾石以碳酸盐岩颗粒为主，偶见火成岩等颗粒。粒径多在1～4 cm之间，最大可见8 cm砾径的碳酸盐岩颗粒。整体颗粒大小混杂，沉积构造不发育，基质为泥灰质，野外滴稀盐酸起泡强烈，故将其解释为碎屑流沉积。

深水区富含碳酸盐颗粒的碎屑流沉积，推测其是由早期陆架边缘碳酸盐岩沉积物，因失稳滑塌，形成富灰泥质碎屑流，并依靠基质强度和浮力支撑，搬运至深水环境再沉积而成。

2.2 低密度浊流沉积

低密度浊流沉积，野外识别特征为发育典型的或不完整的鲍马序列(图3b)。本区识别的浊积岩砂体厚度一般<50 cm，砂体底部以中--细砂为主，常具正粒序结构。底部偶见冲刷面、槽模(图3c)、沟模、重荷模等构造，平行层理、波纹层理及软沉积物变形(图3d-e)等沉积构造发育。其反映了流体经过一段距离搬运后，粗粒沉积物卸载，流体速度降低，最终以尾部的悬浮沉积结束的过程。

a．含砾泥灰岩；b.平行层理向上过渡到波纹层理;c.槽模构造;d.包卷层理;e.负载构造;f.块状构造上覆平行层理。图3 不同重力流沉积特征及识别标志Fig.3 Identification marks and characteristics of different types of sedimentary gravity flows

2.3 高密度浊流沉积

研究区内高密度浊流沉积较为常见，其特征为：近块状或弱正粒序结构(图3f)，底部可含砾石或少许泥砾，以极粗--粗砂岩为主，其上部常发育有鲍马序列/部分鲍马序列，砂岩整体厚度一般>50 cm，侧向延伸稳定。高密度浊流沉积常通过叠合面叠置在一起形成沉积复合体，叠合面上下常有粒度突变。横向追踪叠合面有时可见砂岩间未被完全侵蚀掉的薄层泥岩。叠合面多平直，偶见下切侵蚀特征。高密度浊流沉积砂体常具有粒度粗、厚度大及侵蚀特征强的特征，指示相对高能的沉积环境。

碎屑流与浊流的转化关系是目前国际的研究热点。Haughton et al.[29]提出的沿着流径方向的碎屑流到浊流的演化模式，对本区有重要的借鉴意义。尽管本区碎屑流沉积与高/低密度浊流沉积的碎屑颗粒成分特征有所差别，前者以碳酸盐岩屑为主，后者以陆源碎屑为主，二者可能来自不同物源体系，但也不能完全排除碎屑流和浊流存在类似的演化关系(图4)：即早期陆架边缘沉积物，经滑动或滑塌作用衍生出富灰泥质碎屑流；在沿径流的搬运过程中，随着周围海水的混入、紊流作用加强，整个流体的混合和稀释作用随之加强，流体进一步转化，碎屑流转化成非黏性的高密度浊流；随着高密度浊流在近端的沉积卸载，流体演化为低密度浊流，沉积典型的鲍马序列。而在远端流体能量进一步衰减，浊积岩沉积厚度变薄、沉积颗粒变细，呈现以鲍马序列Tc、Td、Te段组合为主的特征。

a．不同流体类型对应的流体结构、流体特征及其沉积物；b.碎屑流到浊流的流体转换。图4 重力流沿流径方向演化图[29]Fig.4 Evolution of sedimentary gravity flow in longitudinal direction

3 结构单元分析

早期郁东良、罗根明等[11--12]将本区解释为浊积扇的内扇、中扇和外扇沉积，但是近年来这种分类方案被认为过于简化[4]，对深水沉积体系结构单元的划分和描述越来越被广泛接受[3--4,30]。笔者在前人研究的基础上，根据岩相及岩相组合特征，对本区的结构单元进行了分析。

隆务峡1号隧道两条剖面具有以下3个特征：①砂岩多呈板状和席状展布，侧向上砂岩厚度无明显变化；砂岩顶底面相对平整，罕见明显下切侵蚀特征；②沉积构造非常发育，主要有交错层理、平行层理、块状层理、波纹层理及软沉积物变形构造等；③以高密度浊流沉积和低密度浊流沉积的沉积组合为主，碎屑流沉积相对少见。

基于以上特征分析，隆务峡露头剖面符合朵体/朵体复合体沉积结构单元的发育特征，并可进一步划分为近端、中端和远端/边缘次级结构单元(图5)。朵体一般是指发育在非限制性海底地形上的、深水水道末端的、具有朵叶状外形的重力流沉积区[3,30--31]。单个朵体的厚度约3～15 m，多期朵体在垂向上相互叠置，从而形成朵体复合体；朵体复合体厚度约40～60 m，不同朵体复合体之间常由> 0.5 m的薄层砂岩与粉砂岩/泥岩互层隔开。

照片中白色圆圈的标杆为2 m图5 研究区朵体/朵体复合体结构单元沉积模式图[31]Fig.5 Sedimentary model of architectural elements of lobe/lobe complex in study area

本区朵体近端以中--厚层含砾极粗砂岩--中粗砂岩沉积为主，单层砂岩厚度一般>50 cm，砂岩与砂岩直接接触的叠合面广泛发育，偶夹厚度<5 cm的薄层泥岩或粉砂岩，最大叠合厚度约2 m。流体类型以高密度浊流为主，流体能量及侵蚀作用强。中端以中--厚层中粗砂岩夹薄层泥岩沉积为主，单层砂岩的厚度一般>20 cm。流体类型以高密度浊流和低密度浊流为主，流体能量相比近端减弱，侵蚀作用中等。远端/边缘由中--薄层细砂岩/粉砂岩与泥岩互层组成，单层砂岩厚度普遍<20 cm。流体类型以低密度浊流为主，流体的能量减弱到最低状态。朵体从近源到远源的岩相变化特征表现为砂岩厚度和砂地比值变小，粒度变细，与高/低密度浊流从近端到远端的演化特征相类似。基于以上分析，隧道南剖面以朵体近端、中端沉积为主，隧道北剖面以远端/边缘沉积为主。同时，张立军[12]认为本区的古水流方向主要为自东向西，本次研究的测量结果与之相似。因此，在纵向上，剖面由下至上(从老到新)反映了朵体/朵体复合体的侧向迁移或东西向物源后退的过程。然而由于地层产状近于直立，朵体/朵体复合体横向上仅能追踪形态，细节变化难以判断。

4 结论

(1)在岩性、粒度和沉积构造特征等分析的基础上，共识别出碎屑流沉积、高密度浊流和低密度浊流沉积3种重力流沉积类型。深水区富含碳酸盐颗粒的碎屑流沉积，推测其是由早期陆架边缘碳酸盐岩沉积物，因失稳滑塌搬运至深水环境再沉积而成。低密度浊流沉积野外识别特征为发育典型的或不完整的鲍马序列；高密度浊流沉积发育近块状或弱正粒序结构，常具有粒度粗、厚度大及侵蚀特征强的特征。碎屑流和浊流可能来自不同物源，或存在一定的流体转化的关系。

(2)根据岩相及岩相组合特征，在本区建立了朵体/朵体复合体结构单元沉积模式，并细分出近端、中端、远端/边缘3种次级结构单元。近端以中--厚层含砾极粗砂岩--中粗砂岩沉积为主，单层砂岩厚度一般>50 cm，砂岩与砂岩直接接触的叠合面广泛发育，偶夹厚度<5 cm的薄层泥岩或粉砂岩，最大叠合厚度约2 m。流体类型以高密度浊流为主，流体能量及侵蚀作用强。中端以中--厚层中粗砂岩夹薄层泥岩沉积为主，单层砂岩的厚度一般>20 cm。流体类型以高密度浊流和低密度浊流为主，流体能量相比近端减弱，侵蚀作用中等。远端/边缘由中--薄层细砂岩/粉砂岩与泥岩互层组成，单层砂岩厚度普遍<20 cm。流体类型以低密度浊流为主，流体的能量减弱到最低状态。