浅谈沉积物重力流分类与深水沉积模式_李相博

需要说明的是，Shanmugam 在提出砂质碎屑流 新认识的同时，对浊流理论的基础“Bouma 序列”提 出了严厉批评，并在其发表的“浊积岩十大神话”论 文中彻底否定了“Bouma 序列是浊流成因”的著名 论断（ Shanmugam，2002） 。但从我国 60 年深水沉积 研究历史看，有关浊积岩与 Bouma 序列的典型范例 非常之多（ 李继亮等，1978； 孙枢和陈海鸿，1987； 李 祯等，1995； 李文厚等，1997； 雷怀玉等，1999； 陈全红 等，2006； 郑荣才等，2006； 夏青松和田景春，2007； 孟 庆任等，2007； 傅强等，2008） ，笔者在鄂尔多斯陆相 湖盆延长组深水砂体的露头和岩芯中也见到过具有 典型 Bouma 序列的浊积岩（ 李相博等，2009，2010a， 2010b，2011； Li Xiangbo et al． ，2011） ，因此，笔者认 为“Bouma 序列”的客观存在是不容置疑的，只不过 其成因可能存在多解性，既可以由浊流作用在一次 事件中产生，也可以像 Shanmugam 认为的由碎屑流
关键词： 浊流； 砂质碎屑流； 沉积物重力流； 深水沉积模式
深水沉积领域是当前全球油气勘探与研究的前 缘（ 庞雄等，2007） ，然而，目前国内外对深水沉积过 程、沉积作用及沉积模式的理解存在较大分歧 （ 李 祥辉等，2009； 李云等，2011； 李存磊等，2012） ，表现 在近年来文献中出现了许多新名词，如高密度浊流、 低密度浊流与砂质碎屑流等，再如海底扇、深水扇与 浊积扇等。其实有些术语描述的是同一沉积过程或 现象，而有些术语虽然大家都用，但含义却各有所指 （ 如浊积岩） 。过多的分类和名词术语，容易造成对 同一地质现象的概念偏差和误解及认识分歧。
液化流
屑
颗粒流
流 泥流或粘性碎屑流
沉积物搬运机制
流体湍动
逃逸孔隙流体（ 完全支撑） 逃逸孔隙流体（ 部分支撑）
分散压力 基质强度
第4 期
李相博等： 浅谈沉积物重力流分类与深水沉积模式
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图 1 Mulder 的沉积物重力流分类（ 据 Mulder and Alexander，2001 ） Fig． 1 Classification of sediment gravity flow （ after Mulder and Alexander，2001）
上述 Middleton 和 Hampton （ 1973 ） 以 及 Lowe （ 1979，1982 ） 的 分 类 具 有 一 定 实 用 性 （ 李 林 等， 2011） 。然而，这些分类本身存在着如下无法克服 的问题： ① 通常只考虑了单一支撑机制的情况，然 而在自然流体中涉及的支撑机制绝对不止一个； ②
Lowe （ 1979，1982 ） 综 合 了 Dott （ 1963 ） 与 Middleton 和 Hampton（ 1973） 的分类优点，他首先依 据流体的流动状态将沉积物重力流划分为流体流和 碎屑流两大类，然后再根据不同的颗粒支撑机制，细 分为浊流、流体化流 、液化流、颗粒流和黏性碎屑流 等 5 类（ 表 1） 。Lowe （ 1979） 区分了通常当作同义 词使用 的 液 化 流 （ liquefied flow ） 和 流 体 化 流 （ fluidized flow ） ，在液化流中，颗粒仅受到向上逃逸 流体的部分支撑（ 流体阻力） ，而在流体化流中，颗 粒受到向上逃逸流体的完全支撑。
仅考虑的是沉积物在搬运过程中的支撑机制，然而 研究人员面对的沉积物反映的却是在沉积阶段的支 撑机制； ③ 如何根据沉积记录确定搬运机制是一个 问题，目前人们可以利用沉积特征推断在沉积作用 的最后阶段占优势的作用，但是这些特征不一定与
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地质论评
2013 年
整个搬运过程有关，目前还没有一个公认的标准从 沉积物中确定搬运机制（ Shanmugam，2000） 。 2. 3 Mulder 的新分类
从浊流理论建立至 20 世纪末期，深水沉积学研 究取得了极大的丰富和进展，主要表现在以下两个 方面： 一 是 在 20 世 纪 60 年 代 初，Kuenen 的 学 生 Bouma（ 1962） 根据野外观察，对浊流沉积形成的垂 向上的沉积结构、岩相组合特征进行了系统分析和 总结，建立了著名的 Bouma 序列，这一相模式至今 仍在沉积岩研究中得到广泛的应用。二是在 Bouma 序列研究基础上，建立了多个深水沉积的扇模式，如 Normark （ 1970，1978 ） 的 现 代 扇 模 式 （ Modern-fan model） 、Mutti（ 1977） 及 Mutti 和 Ｒicci （ 1972） 的古代 扇模式（ Ancient-fan model） 、Walker（ 1978） 的综合扇 模式（ General-fan model） 以及 Vail 等（ 1991） 的层序 地层模式（ Sequence-stratigraphic models） 等，其中以 Walker（ 1978） 的综合扇模式最为经典，被广泛使用。 这些扇模式的建立将浊流与浊积岩研究推向了高 潮，可以说在上世纪 70 ～ 80 年代，Bouma 序列和各
1 深水沉积研究历史回顾
深水沉积体系的研究始于对浊流的认识和相关
突破，其中 1950 年 Kuenen 和 Migliorini（ 1950） 联名 发表的“浊流是递变层理的形成原因？”一文具有划 时代意义，它突破了传统的机械沉积分异观点，标志 着浊流理论的正式建立，从此揭开了深水沉积学研 究的新篇章。而在这之前，地质学家普遍认为深海 平 原 是 一 个 宁 静 世 界，仅 仅 接 受 远 洋 悬 浮 沉 积 （ Shanmugam ，2000） 。
注： 本文为国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（ 课题编号： 2008ZX05044 2-8-2） 研究成果。 收稿日期： 2013-01-14； 改回日期： 2013-05-03； 责任编辑： 黄敏。 作者简介： 李相博，男，1965 年生。理学博士，高级工程师。主要从事石油地质及深水沉积研究。通讯地址： 730020，兰州市中国石油勘探 开发研究院西北分院； Email： lixiangbo911@ sina． com。
新世纪初期，Mulder 和 Alexander（ 2001） 根据流 体的物理性质和颗粒搬运机制，提出了一种新的沉 积物重力流分类方案，该方案首先根据沉积物颗粒 是否具有 黏 结 性，将 沉 积 物 重 力 流 分 为 黏 结 流 （ cohesive flow） 和摩擦流（ frictional flow） 两大类； 再 根据流体中沉积物颗粒的含量和主要的颗粒支撑机 制将摩擦流细分为超高密度流 （ hyperconcentrated density flow） ，高密度流（ concentrated density flow） 和浊流 3 类（ 图 1） 。
2 沉积物重力流分类
进行科学的分类是地学研究的重要内容之一， 过去 60 年来，沉积学家在不同阶段从各自不同角度 出发，建立了各种不同的沉积物重力流分类方案。 2. 1 早期流变学或支撑机制分类
Dott（ 1963） 最早按照流体的流动机制将沉积物 重力流划分为塑性流（ 碎屑流） 和黏性流体流（ 浊 流） 两大类。随后，Middleton 和 Hampton（ 1973） 将 颗粒的支撑机制作为划分依据引入到沉积物重力流 的分类中，将沉积物重力流沉积系统划分为 4 个类 型，即泥石流（ 或碎屑流） 、颗粒流、液化沉积物流和 浊流。由于这些分类仅考虑了单一因素情况，后人 在其基础上进行了修改。 2. 2 流变学与支撑机制的综合分类
表 1 Lowe 的沉积物重力流分类表（ 据 Lowe ，1982） Table 1 Classification of sediment gravity flow，according
to Lowe（ 1982）
流体性质
流体类型
液态
塑性 （ 宾汉体）
液 体 浊流 态
低密度浊流 高密度浊流
流
液体化流
碎
与底流共同作用而产生（ Shanmugam ，2000） 。 综上所述，从上世纪 50 年代初期开始认识浊
流，到 60 ～ 80 年代 Bouma 序列和相关扇模式的建 立与广泛使用，再到 90 年代对 Bouma 序列与相关 扇模式的质疑与否定，最后到 21 世纪今天砂质升旋回。
当前，我国深水（ 包括深海地区与陆相盆地半 深湖—深湖区） 油气勘探在即，客观上要求对深水 砂岩储层进行准确预测，而实现这一目的关键是对 深水沉积作用及其过程理论体系的精细研究。本文 在查阅大量文献资料基础上，对沉积物重力流研究 历史与进展进行了简要回顾与总结，试图通过对重 力流各种分类方案及相应沉积模式等基础问题的对 比分析，理清存在的问题和分歧原因，并提出自己的 看法，以期对促进我国陆相湖盆深水沉积研究有所 裨益。
第59 卷 第4 期 2013 年7 月
地质论评
GEOLOGICAL ＲEVIEW
Vol. 59 No. 4 July 2 0 1 3
浅谈沉积物重力流分类与深水沉积模式
李相博，卫平生，刘化清，王菁
中国石油勘探开发研究院西北分院，兰州 ，730020
内容提要： 从浊流理论创立到现在的 60 余年时间里，深水沉积学研究已经取得了长足进展。但由于水下过程的 复杂性，对沉积物重力流及沉积模式的认识存在颇多分歧。本文在对深水沉积研究历史与进展进行回顾与总结的 基础上，对重力流各种分类方案及相应沉积模式进行了对比分析，认为： ① 人们对深水沉积的认识经历了一个螺旋 式上升旋回； Bouma 序列成因存在多种解释； 砂质碎屑流概念是对 Bouma 序列、扇模式的发展。② 沉积物重力流分 类必须遵循流变学和沉积物搬运机制的重力流分类方法。③ Shanmugam 新近建立的碎屑流主导斜坡模式解决了斜 坡区的砂体成因分布问题（ 原来认为此处“过路不停”无砂质沉积） 。④ 地震沉积学的发展与应用必将促进人们对 深水沉积的认识，从而建立更合理的深水沉积模式。