块体搬运沉积体系地震地貌及沉积构型：以珠江口盆地和尼日尔三角洲盆地为例
李磊1，李彬2，王英民3，李冬4
(1. 西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安，710065；
2. 中国石油长城钻探工程有限公司 测井公司，辽宁 盘锦，124001；
3. 中国石油大学 地球科学学院，北京，102249；4. 中海油研究总院，北京，100027)
摘要：基于珠江口盆地和尼日尔三角洲盆地的高分辨率三维地震资料和钻测井资料，对块体搬运沉积体系的沉积构型进行研究。研究结果表明：识别出陆坡滑塌形成的滑块体(Ⅰ)、水道壁滑塌形成的滑块体(Ⅱ)以及滑块体与碎屑流沉积物复合体(Ⅲ) 3类块体搬运沉积体系。同一类块体搬运沉积体系的外部形态、内部结构、物理性质以及叠置样式具有一定相似性；Ⅰ类具有朵状几何外形，滑块体后部发育铲状滑塌槽。滑块体顺滑脱面滑动，并发生一定程度的旋转，内部具有铲式扇特征；Ⅱ类外部形态和内部结构与Ⅰ类的类似，但两者的分布区域、滑动方向及其所形成的滑塌槽走向差异较大；Ⅲ类具有较强的侵蚀能力，底部具有线性擦痕；其内部变形发育叠瓦逆冲构造，表面形态往往起伏不平。
关键词：地震地貌学；块体搬运沉积体系；沉积构型；珠江口盆地；尼日尔三角洲盆地
中图分类号：TE121.3+2 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2013)06-2410-07
Seismic geomorphology and sedimentary architectures of mass transport deposits: Cases from Pearl River Mouth Basin and Niger Delta Basin
LI Lei1, LI Bin2, WANG Yingmin3, LI Dong4
(1. School of Earth Sciences and Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China;
2. GWDC Well Logging Company, CNPC, Panjin 124011, China;
3. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;
4. CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China)
Abstract: Based on the study of Pearl River Mouth basin and Niger Delta Basin, making use of high-resolution 3-D seismic data, drilling and logging data as well as regional geological data, the sedimentary architectures of the MTDs were discussed. The results show that three type MTDs are identified; slide blocks originated from the failures of continental slope(type-Ⅰ), slide blocks of submarine channel wall (type-Ⅱ) and slide-debris flow deposits complex(type-Ⅲ). The same type MTDs have certain similarities in geometry, internal texture, physical property, and stacking pattern. Type-I displays a lobate form. There is listric slump escarpment at the tail of the slide. Rotated blocks lie above a detachment surface. Listric fans are observed within the rotated blocks. The geometry and internal texture of the type-Ⅱ are same with the type-Ⅱ. But they have different distribution range, slide direction, and strike of the slump escarpment. The linear basal scars of the type-Ⅱ represent the stronger erosion capability. The rough topography of the MTDs is caused by the inner deformation which is indicated by thrust faults.
Key words: seismic geomorphology; mass transport deposits; sedimentary architecture; Pearl River Mouth Basin; Niger Delta Basin
近年来，世界各沉积盆地所开展的地震地貌学研究是地球物理学与地貌学相结合的新学科，主要利用高分辨率三维地震资料开展盆地地形研究及沉积体系的识别、解释和预测[1-4]。块体搬运沉积体系是深水沉积地层的重要组成部分[2, 5-6]。块体搬运沉积体系(mass transport deposits，缩写为MTDs)是指除浊积岩之外的各种重力诱使的沉积体，主要由滑块体和碎屑流沉积物所组成[7-8]。MTDs作为深水沉积地层的重要组成部分日益受到广泛关注[5-7, 9-12]。高分辨率三维地震资料和计算机成像技术在识别、解释和推测MTDs的外部形态、内部结构及其演化发挥了重要作用[6, 9-12]。近年来，MTDs的地球物理响应特征及其与天然气水合物溶解、海平面升降等因素关系在国内受到极大的关注[6, 9-12]。MTDs对后期沉积体系的影响以及与水道(水道堤岸复合体)、深海泥质披覆沉积等组成的沉积序列的成因将是今后研究的热点和难点[6, 10, 12]。本文作者以尼日尔三角洲盆地和珠江口盆地为例，基于高分辨率三维地震资料、钻测井数据，利用计算机成像及地震正演模拟技术对深水区所发育的MTDs进行识别、解释和推测，对深水沉积地层所发育的MTDs进行分类，并对不同类型的MTDs的沉积构型(外部形态、内部结构、物理性质和叠置样式)进行研究。
1 MTDs地球物理特征
1.1 MTDs地震响应特征
1.1.1 MTDs剖面特征
MTDs既有来自局部隆起的垮塌，也有来自陆架边缘和上陆坡的垮塌。在大陆边缘演化期间，任何时间都可以出现MTDs[13]。超压沉积物和弱变形面的存在是导致块体运动的基本原因[14]。陆坡和峡谷壁的重力失稳均可形成MTDs[1, 15-16]。此外，构造事件和气体水合物溶解事件也有可能导致陆架边缘和陆坡滑 塌[6, 17-18]。
深水沉积地层一般存在2种类型的滑块体：一种是陆坡垮塌形成的滑块体(图1(a)和1(b))，另一种是峡谷和水道壁垮塌形成的滑块体(图1(c))。陆坡重力失稳形成的滑块体发生旋转、变形，在平面上形成铲状滑塌槽，其走向往往平行于陆坡走向(图1(a)和1(b))。水道内重力流不断对水道壁侵蚀，导致水道壁过陡而发生滑塌，形成滑块体，滑块体后部的滑塌槽则与水道走向基本平行(图1(c))。滑块体往往发生旋转或平移，内部具有变形特征。
图1 MTDs典型地震剖面
Fig. 1 Typical seismic profiles of MTDs
由滑块体和碎屑流沉积物组成的MTDs，由于沉积物种类和内部地层的变化，其地震反射特征差异极大，在尼日尔三角洲盆地和珠江口盆地深水沉积地层均见低振幅、半透明、杂乱、丘状地震反射特征(图1(d)和1(e))。一般认为，泥质滑块和碎屑岩占主体，砂岩含量变化大以及内部的差异压实形成的高波阻抗值差异等因素导致MTDs呈斑点状杂乱反射特征。MTDs对下伏地层具有较强的侵蚀能力，其底部见典型的侵蚀擦痕(图1(d)和1(e))。部分MTDs的前端由于收缩作用发育逆冲推覆构造(图1(e))。杂乱或透明反射的MTDs在垂向上与后期的丘形水道-堤岸复合体、深海披覆沉积(图1(d))或与后期的浊积水道、深海披覆沉积构成沉积旋回(图1(e))。
1.1.2 MTDs的平面特征
滑动或滑塌形成的滑块往往具有朵状特征，其面积从几平方米到几十平方米。滑块体后部往往具有铲状滑塌槽(图1(a)，1(b)和1(c))。MTDs具有很强的侵蚀能力，其底部往往具有典型的侵蚀擦痕(图1(d)，1(e)和图2)。侵蚀擦痕相对平直，宽度达1~2 km。MTDs对早期沉积地层进行侵蚀，侵蚀擦痕之间所保留的早期地层称为残余沉积(图1(d)和图2)，其厚度、规模和分布取决于MTDs的强度和下伏地层的岩性。
海底地形影响MTDs的几何形态、面积和厚度。在非限定性海底环境，MTDs分布广泛，而在限定性海底环境，MTDs具有面积小、厚度大的特点。MTDs的厚度和面积变化很大，厚度从几米到几百米，面积从几百平方米到几千平方公里。MTDs一方面受古海底地形的制约，另一方面其表面的起伏地形也影响后期的深水沉积[1, 17, 19]。MTDs的不规则表面常常被后期的浊流和底流所改变，其上部往往发育水道和朵体(图1(d)和1(e))。
1.1.3 MTDs地震正演模拟
MTDs的地质模型依据典型地震剖面(图1(d)和1(e))所显示的MTDs构型特征而建立(图3(a)和3(b))。该MTDs的地质模型主要由泥岩组成，内部夹有随机分布的粗砾岩和巨砾岩。MTDs宽5 km，厚400 m，且发育侵蚀擦痕，前端发育叠瓦逆冲构造。MTDs的下伏地层与上覆地层均为低速泥岩层。
利用零偏移距褶积模型对MTDs模型进行地震模拟(图3(c)和3(d))。模拟结果显示：MTDs内部地震反射呈斑点状杂乱反射特征，随地震频率的增加杂乱程度相应增加，更能反映实际MTDs的内部泥砾混杂的特征。低频地震反射很难刻画MTDs内部变形构造，而高频地震反射可以清楚地刻画内部的逆冲断面。MTDs起伏表面以及对下伏地层的典型侵蚀特征在合成地震剖面上均有呈现。
1.2 MTDs测井响应特征
MTDs的岩性反映了已变形沉积物的特性。MTDs一般具有较高的泥岩含量。尼日尔三角洲西部深水区N2井在2 400~2 700 m钻遇2套深水沉积旋回：MTDs—水道—深海披覆沉积和朵体—深海披覆沉积序列(图4)。所钻遇的近100 m厚、具有斑点状杂乱反射特征的MTDs主要由泥岩、粉砂质泥岩组成，呈高自然伽马(GR)、低电阻特征，内部夹薄层细砂岩，呈低GR、高电阻、锯齿状特征(图4(a))。
图2 MTDs平面特征
Fig. 2 Planar maps of distribution of MTDs
图3 MTDs地质-地球物理响应
Fig. 3 Geological-geophysical responses of MTDs
图4 尼日尔三角洲深水区MTDs测井及地震响应
Fig. 4 Well log and seismic responses of MTDs, deepwater Niger Delta
2 MTDs岩心特征
岩心数据所显示的MTDs规模比地震数据所揭示的规模小，常见厘米级至米级的小滑块体。白云深水区L1井岩心(3 062.17~3 062.42 m)揭示上部为暗色泥岩，下部为具滑塌变形构造的滑塌碎屑流沉积(图5)。碎屑流沉积为主的MTDs为浅灰色同生砾岩，同生砾石呈大小不一的棱角状和塑性变性状，成分为粉—细粒砂岩，被泥质支撑。岩心资料揭示了滑块和碎屑流沉积组成MTDs高混杂、事件性沉积特征。MTDs直接被深海泥质披覆沉积所覆盖，垂向上构成沉积旋回。
图5 白云深水区MTDs岩心照片
Fig. 5 Core photograph of typical MTDs in Baiyun deepwater area
3 MTDs沉积构型
基于尼日尔三角洲盆地和珠江口盆地白云凹陷的高分辨率三维地震资料和钻测井资料对MTDs进行识别、描述和推测。研究表明MTDs主要包括3类：陆坡滑动或滑塌形成的滑块体(Ⅰ类)、水道或峡谷壁滑塌形成的滑块体(Ⅱ类)以及滑块体与碎屑流沉积物复合体(Ⅲ类)。
Ⅰ类MTDs主要是陆坡重力失稳，滑动、滑塌形成的滑块体，具有朵状几何外形，滑块体后部发育铲状滑塌槽(图1(a)，1(b)和图6(a))。滑块体顺滑脱面滑动，并发生一定程度的旋转，内部具有铲式扇构造特征。滑块体的岩性取决于陆坡岩性，沉积物具有揉皱变形构造。
Ⅱ类MTDs主要是深水重力流对峡谷或水道长期侵蚀，水道壁重力失稳，导致水道壁滑塌形成的滑块体(图1(c)和图6(b))。Ⅱ类MTDs与Ⅰ类MTDs在外部形态和内部结构上均类似。但也存在一些差异，主要体现2个方面：(1) 分布区域不同，Ⅰ类MTDs主要分布于上陆坡坡度较陡的区域，Ⅱ类MTDs主要沿水道分布；(2) 滑块体运动方向不同，Ⅰ类MTDs滑动方向主要是沿陆坡向下，其后部的滑塌槽近似平行于陆坡走向。而Ⅱ类MTDs滑动方向主要沿水道壁向谷底滑动，其后部的滑塌槽与水道壁大致平行。
图6 主要MTDs沉积构型模式图
Fig. 6 Sketch maps of architecture of main MTDs
Ⅲ类MTDs主要由滑块体和碎屑流沉积物组成，其平面分布受海底地形的影响，形态各异(图1(d)，1(e)，图2，图4，图5及图6(c))。由于内部挤压作用，其前端发育逆冲构造，表面起伏不平，具有挤压脊(图1(e))。MTDs对下部地层的侵蚀，发育大量侵蚀擦痕(图1(d)，1(e)，图2和图3)。
4 结论
(1) MTDs是深水地层的主要组成部分，按其成因分为陆坡滑塌形成的滑块体、水道壁滑塌形成的滑块体以及滑块体与碎屑流沉积物复合体3类。MTDs的岩性主要受物源区(陆架边缘、上陆坡和峡谷壁)的影响，变化较大。同一类MTDs的沉积构型(外部形态、内部结构、物理性质以及叠置样式)具有一定相似性。陆坡滑塌形成的滑块体具有朵状几何外形，滑块体后部发育铲状滑塌槽。滑块体顺滑脱面滑动，并发生一定程度的旋转，内部具有铲式扇构造特征。水道壁滑塌形成的滑块体外部形态和内部结构与陆坡滑塌形成的滑块体均类似，但两者的分布区域、滑动方向及其所形成的滑塌槽走向差异较大。滑块体与碎屑流沉积物复合体对下伏地层具有明显的侵蚀作用，底部发育线性擦痕。MTDs的内部由于变形作用发育叠瓦逆冲构造，其表面地形往往起伏不平。后期的浊积岩往往被MTDs起伏不平地表所限定，在垂向上构成MTDs-浊积岩沉积序列。
(2) 基于尼日尔三角洲西部深水区和白云凹陷深水区的地震、钻井、测井、岩心等资料对MTDs的沉积构型进行了初步探讨。下一步要应进一步加强MTDs的外部形态、内部结构、物理性质及叠置样式之间的联系研究以及MTDs起伏地表对后期浊流的沉积过程及其响应的影响研究。
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(编辑 杨幼平)
收稿日期：2012-06-18；修回日期：2012-09-09
基金项目：国家重点基础研究发展规划(“973”计划)项目(2009CB219407)；国家自然科学基金资助项目(40572067)
通信作者：李磊(1979-)，男，山东曹县人，博士，从事深水沉积及储层预测研究；电话：15353500877；E-mail：lihanlei@sina.com
