经典的浊流理论与海底扇(浊积扇)模式长期影响着沉积学家对沉积物重力流(以下简称重力流)的认识, 深水砂岩通常被解释为浊积岩^[1-8]。基于模拟实验、剖面的详细描述和对沉积作用过程的精细研究, 众多沉积学家开始质疑对“鲍马序列”的传统解释, 并相继提出了复杂的深水沉积过程与砂质碎屑流的概念^[9-10], 代表了目前深水沉积研究的最新进展。国内石油勘探部门将上述理论认识广泛运用于鄂尔多斯盆地^[11-12]、渤海湾盆地^[13-14]、松辽盆地^[15-16]等重力流沉积模式的研究中, 在深水区含油砂体的分布预测中发挥了重要作用, 为油气勘探部署提供了科学依据。

渤中25-1油田位于渤海海域南部, 古近系沙三段为主力油层段之一, 前人研究认为沙三段时期研究区整体发育浊积扇沉积。但勘探结果表明, 沙三段砂体发育程度、储层物性差异较大, 开发过程中也存在储量控制程度低、不同井区产能差异大的问题, 传统上较为简单的湖底扇模式已难以解释上述差异性特征的成因, 需进一步对重力流成因类型进行识别划分, 对其富砂机制进行精细的分析。本次研究综合重力流沉积理论最新进展, 系统研究了渤中25-1油田沙三段重力流类型、沉积特征、岩相组合以及砂体空间展布特征, 建立了重力流沉积过程与发育模式, 明确了优质重力流储层类型, 以期深化、完善该区重力流认识, 并为渤海海域深水砂岩储层勘探与开发提供参考与借鉴。

与三角洲、河流沉积相研究相比, 深水重力流研究起步较晚。Johnson^[17]首次提出了“浊流”(Turbidity current)的概念, 认为其是一种富含悬浮固体颗粒高密度水流, 其密度大于周围海水, 在重力驱动下顺坡向下流动。Kuenen提出海底峡谷可能由高密度流侵蚀形成, 并发表“浊流形成粒序层理”一文, 代表了重力流理论研究的开端^[1]。20世纪50到70年代, 不断有学者提出深水沉积模式, 鲍马序列(Bouma, 1962)被认为是浊流乃至所有重力流的产物^[18], Walker^[19]将Normark的现代扇模式^[20]和Mutti的古代海底扇概念^[21]结合起来, 提出的海底扇(浊积扇)模式具备一定的预测能力, 一度在油气勘探中受到重视。由于过分强调浊流及其沉积物, 缺乏对水动力机理的考虑, 众多学者认为浊流可涵盖所有重力流类型^[1-8]。

随着对深水沉积认识的深入, 逐渐有学者开始质疑传统的“鲍马序列”解释和海底扇模式, 并指出重力流沉积是极其复杂的过程。源于Bagnold的密度分层流实验, Sanders^[22]首次明确地区分了层态碎屑流和紊态浊流, 并强调“浊积岩”应该严格定义为由浊流的紊态悬浮作用形成, 而沉积物重力流应包括颗粒流、碎屑流、液化流、浊流等多种类型^[9]。基于早期被认为是浊流沉积的沃希托山多个深水沉积露头的详细考察, Shanmugam^[23]建立了具有深远意义的深水沉积过程并完善了砂质碎屑流(Sandy debris flows)的概念。随后, Shanmugam^[24-25]在对鲍马序列的标准剖面—法国阿尔卑斯山脉的Annot砂岩剖面进行重新详查后发现, 经典的鲍马序列中发育反递变、泥砾、砾石囊、透镜状砂岩以及波状层理等, 这实质上是砂质碎屑流与底流改造而成的产物, 而非浊流。大量的模拟实验也证实了砂质碎屑流与浊流在流态以及沉积特征上的明显区别, 砂质碎屑流是层流, 而浊流是紊流, 只有正粒序层理才是鉴别浊流的标志^[23-27]。对于建立在浊积岩相组合基础上的海底扇模式, Shanmugam et al.通过对密西西比扇^[28]和Jackfork群^[23]多个露头的重新解释, 认为其均为砂质碎屑流沉积, 由此对以往所识别的大量浊积扇提出了质疑, 而海底扇模式也由于其局限性而逐渐被研究人员、甚至提出者Walker本人所弃用^[29]。

尽管以Shanmugam为代表的沉积学家提出的沉积物重力流新认识不可避免的存在着争议与缺陷^{[12, 30]}, 但已代表了现阶段对深水重力流沉积现象较为科学与合理的解释。本文基于国内外研究最新进展, 总结出了不同类型的深水沉积及相应的鉴别标志(表 1)^{[10-12, 14, 31-32]}, 为深化研究区重力流认识提供理论依据与实际支撑。