鄂爾多斯盆地三疊系延長組7段深水碎屑流沉積特征及成因

周新平，何 青，劉江艷，李士祥，楊 田

(1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018 2.中國石油 長慶油田分公司 勘探開發研究院，陜西 西安 710018 3.成都理工大學 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都，610059 4.成都理工大學 沉積地質研究院，四川 成都，610059 )

近年來，水下碎屑流成為了沉積學家和工程地質學家研究的熱點問題[1]，一方面水下碎屑流的活動會造成海底通訊電纜、輸油管道的變形折斷或海上鉆井平臺的傾斜損毀，帶來嚴重的經濟損失和人員傷亡，其研究對海底災害防治與保護具有重要意義[1-2]。另一方面，水下碎屑流是淺水沉積物進一步向深水搬運的重要沉積動力機制，且水下碎屑流形成的沉積物多與深水優質烴源巖緊鄰，利于油氣的富集，是油氣勘探的重要目標，具有十分重要的能源經濟意義[1,3-6]。

隨著Shanmugam[7]倡導的砂質碎屑流沉積理論在中國的廣為傳播，水下碎屑流沉積成為含油氣盆地深水重力流沉積研究中的重要組成部分[8-10]。水下碎屑流的研究始于Hampton[11]的水槽模擬實驗，在前期大量陸上碎屑流研究的基礎上，Hampton創造性的用水槽模擬實驗證實了水下碎屑流的存在，指出碎屑流為水下滑坡和濁流沉積之間的過渡流體類型，并特別強調了砂質碎屑流對濁流的形成起到重要控制作用。Shanmugam[12]對高密度濁流沉積的質疑使得砂質碎屑流研究進一步得到重視，他強調早期認為高密度濁流沉積形成的深水塊狀砂巖實際上多為砂質碎屑流沉積產物。Shanmugam[13]討論了顆粒流和泥質碎屑流的支撐機制、流變學特征和存在的問題，指出“砂質碎屑流”是介于傳統(泥質)碎屑流和顆粒流之間的過渡類型，代表了粘性和非粘性碎屑流之間的連續作用過程，從流變學特征看屬于塑性流，其沉積物支撐機制包括基質強度、分散壓力和浮力，并進一步提出了砂質碎屑流沉積主導的深水斜坡沉積模式[7]。水下碎屑流沉積的研究受到石油地質學家的廣泛重視，鄂爾多斯盆地三疊系延長組砂質碎屑流沉積的發現使得中國陸相含油氣盆地掀起了水下碎屑流沉積研究的熱潮[3,8-10]。但是，湖盆水下碎屑流沉積的研究前期主要聚焦在砂質碎屑流沉積方面；實際上，水下碎屑流流體類型多樣，沉積特征及形成機制存在顯著差異[14]；明確不同類型水下碎屑流沉積特征及其成因對于湖盆深水重力流沉積砂體的分布預測以及高效的深水重力流沉積常規與非常規油氣勘探意義重大[15]。

鄂爾多斯盆地三疊系延長組深水重力流沉積廣泛發育[16]，除了廣泛發育的砂質碎屑流沉積以外，也存在泥質碎屑流等多種碎屑流類型[17]，從而為系統對比湖盆不同類型水下碎屑流沉積特征及其成因提供了絕佳實例。以延長組7段(長7段)深水重力流沉積為主要的研究對象，對比分析不同類型碎屑流沉積特征，解析其成因機制，從而為準確地進行深水重力流砂體分布預測提供理論依據。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地是中國第二大含油氣盆地，大地構造處于中國東部構造域與西部構造域接合部位，古生代時屬大華北盆地的一部分，中生代后期晚三疊世發生的印支運動使揚子板塊北緣與華北板塊發生擠壓碰撞，在盆山耦合作用下，形成了鄂爾多斯大型內陸坳陷湖盆。構造區劃分為西緣逆沖帶、天環坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶、伊盟隆起和渭北隆起6個單元[18]。

晚三疊世延長期，華北陸塊和揚子板塊相撞，受秦嶺造山活動影響，發育一套大型坳陷盆地背景下的河流-三角洲-湖泊相碎屑巖沉積[16](圖1a,b)，延長期自上而下可分為10段(長1段—長10段)(圖1c)。其中，長7段沉積期，盆地周緣區域構造較活躍，盆地受西南方向強烈擠壓和東北方向垂向隆升的影響，發生了南北不均衡和不對稱的快速拗陷過程，湖盆基底呈“南陡北緩”的展布格局[19]。長7段沉積期是湖盆最大的擴張期，湖水深、水域廣，形成了面積達6.50×104km2的半深湖-深湖區，發育了一套以暗色泥巖和黑色頁巖為主，厚度達100 m左右的富有機質生油巖系，奠定了中生代陸相湖盆生油的基礎。同時，半深湖-深湖區廣泛發育薄層三角洲-重力流細粒砂巖沉積砂體，是鄂爾多斯盆地致密油氣與頁巖油氣富集的最佳場所(圖1a,b)。

2 深水碎屑流類型

水下碎屑流的分類是其深入研究的基礎，現階段針對水下碎屑流的分類主要包含根據物質來源[20]、物質組成[12]、形成過程[21]和流變學特征與沉積特征綜合[14]等多種分類方案。

根據物質來源可以將水下碎屑流劃分為火山碎屑流與正常碎屑流。火山碎屑流主要是在水下爆發的火山形成的火山碎屑物質與環境水體混合形成的高密度流體[20]；除火山碎屑流之外，形成于水下的碎屑流統稱為正常碎屑流。根據物質組成的水下碎屑流分類主要是考慮碎屑流中的細粒沉積物比例，早期多將其劃分為泥流和顆粒碎屑流[22]，Shanmugam[12]又在Hampton[11]研究的基礎上，將顆粒碎屑流進一步劃分為砂質碎屑流和泥質碎屑流。Hampton[23]的實驗表明，顆粒支撐的碎屑流沉積中的粘土含量低至1.50%甚至更低的情況下，仍然可能快速流動形成碎屑流沉積，由于其粘土含量低，砂質顆粒含量高而被稱為“砂質碎屑流”[11-12,21]。Haughton等[21]進一步根據碎屑流的形成過程將水下碎屑流劃分為兩種類型，一種為孤立塊狀、雜基支撐富含泥質碎屑的碎屑流；另一種為與下部濁流沉積相伴生的聯合成因的碎屑流，這種碎屑流多由于濁流侵蝕下伏的泥質基底，導致流體上部泥質雜基含量增加，濁流的流體湍動受到抑制，進而轉化為高雜基含量塑性流變性質的碎屑流。

Talling等[14]在總結前人針對水下碎屑流分類系統研究的基礎上，基于碎屑流的物質組成、流變學性質和沉積特征，提出了一個綜合性的分類方案。水下碎屑流根據泥質雜基的含量由低到高可以首先劃分為非粘性碎屑流、弱粘性碎屑流和粘滯性碎屑流3大類型。非粘性碎屑流沉積等價于特凈砂巖碎屑流沉積，類似于顆粒流沉積；弱粘性碎屑流沉積等價于凈砂巖碎屑流沉積，類似于砂質碎屑流沉積；粘滯性碎屑流沉積則等價于泥質碎屑流沉積。粘滯性碎屑流根據泥質雜基強度的高低進一步劃分為高強度、中等強度和低強度3種類型。高強度粘滯性碎屑流可形成厚10.00 m以上的沉積層，單層厚度數十米左右；可支撐直徑超過數米的泥質碎屑。中等強度粘滯性碎屑流多形成厚度2.00 m以下的沉積層，單層厚度分布在1.00～2.00 m，可支撐直徑大于數毫米的泥質碎屑，偶而可見直徑接近1.00 m的泥質碎屑。低強度粘滯性碎屑流多形成厚度小于1.00 m的沉積層，單層厚度0.02～1.00 m，以薄層常見，可支撐砂質顆?；蛑睆叫∮跀岛撩椎哪噘|碎屑。同時，泥質沉積中以塊狀固結的方式形成厚度分布在0.02～1.00 m的塊狀泥巖，不具備支撐砂質顆粒的能力，與低強度的粘滯性碎屑流具有相似的流變學特征，將這類流體作為水下碎屑流的極端情況稱為泥流，泥流是細粒沉積物形成的重要搬運沉積機制。如此，Talling等[14]實際上將水下碎屑流劃分為了6種類型。

3 深水碎屑流沉積特征

考慮到陸相湖盆的實際地質情況及分類方案的實用性，本次研究對水下碎屑流的分類方案在Talling等[14]的基礎上進行了一定的修改。由于鄂爾多斯盆地延長組中非粘性碎屑流(顆粒流)極為少見，因而不將其列為單獨的流體類型；弱粘性碎屑流在鄂爾多斯盆地延長組廣泛發育，為了便于理解和記憶且尊重前人研究認識，以砂質碎屑流代替；粘滯性碎屑流在鄂爾多斯盆地延長組以中、低強度為主，為了便于識別，根據其支撐的泥質碎屑的大小，進一步劃分為中高強度的粘滯性碎屑流(泥質碎屑直徑多大于數毫米)和低強度的粘滯性碎屑流(泥質碎屑直徑小于數毫米)，為了方便記憶同時尊重前人分類，前者稱為泥質碎屑流，后者稱為泥流。因此，將鄂爾多斯盆地長7段深水碎屑流劃分為砂質碎屑流、泥質碎屑流和泥流3種主要類型。

3.1 砂質碎屑流沉積特征

以鄂爾多斯盆地三疊系長7段的深水重力流沉積為主要研究對象，發現砂質碎屑流沉積以塊狀砂巖最為常見，整體以中細砂巖為主，內部均一，不顯任何層理和粒序(圖2a)，分選磨圓較好，泥質雜基含量一般小于10.00%，最低可至4.80%[24]，整體厚度較大，多大于0.50 m，含油性較好。部分砂質碎屑流沉積的頂部可見漂浮狀泥質碎屑的集中分布(圖2b，c)，并且具有成層排列的特征，指示泥質碎屑受浮力作用，簸選到流體上部沉積的特征，從而間接說明了流體整體的塑性較強；部分泥質碎屑具有中間厚兩邊薄的外形特征，指示流體在搬運過程中，由于砂質與泥質抗剪強度的差異，泥質碎屑在搬運過程中被逐漸拉斷變形的特征(圖2b)。拉斷后的泥質碎屑在進一步的搬運中其邊緣會逐漸被磨蝕，形成磨圓較好的泥礫(圖2c)，這些泥質碎屑和泥礫普遍較小，其直徑一般小于5.00 cm。同時，大量的塊狀砂質碎屑流沉積中會發育大量的位于砂體中部的孤立漂浮狀泥巖撕裂屑(圖2d，e)，這些泥巖撕裂屑多具有撕裂茬(圖2d)或者發生旋轉變形(圖2e)，指示了整體塑性流變背景下，泥質碎屑在砂質形成的外部環境中的差異搬運和變形過程，這些泥質碎屑的直徑多小于5.00 cm。部分塊狀砂質碎屑流沉積從下到上均可見漂浮的泥質碎屑(圖2f)，這些泥質碎屑以邊緣向兩邊拉伸延長或撕裂茬發育為典型特征，為典型的泥巖撕裂屑，多呈層狀排列，并且直徑多大于5.00 cm(圖2f)；可能指示了砂質碎屑流形成初期，砂巖與泥巖撕裂屑混合發育的特征。部分厚度較薄的塊狀砂質碎屑流沉積則較好的呈現了其與下伏基底和上覆沉積物之間的接觸關系(圖2g)，塊狀砂質碎屑流中部和上部同樣發育孤立漂浮狀泥巖撕裂屑，指示了整體塑性流變學特征；同時，塊狀砂質碎屑流與下伏基底泥巖和上覆泥巖之間均表現出明顯的突變接觸(圖2c,g)，進一步指示了塑性流變學特征的砂質碎屑流整體固結沉降的特征。

在明確砂質碎屑流沉積典型沉積特征的基礎上，通過對鄂爾多斯盆地三疊系長7段約70余口取心井的觀察分析，對累計近300層砂質碎屑流的沉積厚度進行統計(圖3)。砂質碎屑流沉積層單層厚度分布在0.07～11.90 m，厚度較大的砂質碎屑流沉積層內部可見部分的砂巖融合面，指示為多期砂質碎屑流垂向疊置的總厚度(圖3a)。通過盒須圖對砂質碎屑流沉積厚度的統計學分析則表明其單層厚度主要分布在0.24～1.10 m，平均厚度為0.55 m(圖3b)，這種中-厚層的砂質沉積構成了鄂爾多斯盆地三疊系長7段深水砂質沉積的主體。

3.2 泥質碎屑流沉積特征

泥質碎屑流系指中-高強度的粘滯性碎屑流(泥質碎屑直徑多大于數毫米)，在鄂爾多斯盆地三疊系長7段發育的泥質碎屑流沉積包含兩種主要類型(圖4a—c,j)。一種以單一厚層塊狀，上、下與泥巖突變接觸為主要特征(圖4a,b)，整體以泥質砂巖或砂質泥巖為主，由于泥質雜基含量較高，顏色普遍較深(圖4)；內部可見大小差異顯著的漂浮狀泥質碎屑，但粒徑多大于5.00 cm，泥質碎屑分布雜亂，有的呈平行狀，有的呈直立狀，反映流體整體塑性的流變學特征(圖4a)[7,12]；泥質碎屑普遍磨圓較好，指示經歷過較長搬運距離。此外，以泥質砂巖或砂質泥巖為主體的沉積中可見部分的砂質團塊，砂質團塊呈漂浮狀，直徑多小于5.00 cm(圖4b)。厚度較薄的塊狀泥質碎屑流沉積指示了其與下伏基底和上覆泥巖之間的突變接觸特征，進一步指示了其塑性流變學特征，整體固結沉降的特征(圖4b)[25]。

圖2 鄂爾多斯盆地三疊系長7段砂質碎屑流沉積巖心照片Fig.2 Core photos showing sandy debris flow deposits in the Triassic Chang 7 Member,Ordos Basina.砂質碎屑流沉積整體塊狀，城96井，埋深2 028.50 m；b.砂質碎屑流沉積整體塊狀，頂部泥質碎屑富集，城96井，埋深2 001.06 m；c.砂質碎屑流沉積整體塊狀，頂部泥質碎屑富集，上部與泥巖突變接觸，城96井，埋深1 972.97 m；d.砂質碎屑流沉積整體塊狀，中部漂浮具有撕裂茬的泥質碎屑，城96井，埋深2 029.90 m；e.砂質碎屑流沉積整體塊狀，中部漂浮發生旋轉的泥質碎屑，城96井，埋深2 079.10 m；f.砂質碎屑流沉積整體塊狀，漂浮泥質碎屑在不同地方均有發育，正70井，埋深1 645.60 m；g.砂質碎屑流沉積整體塊狀，頂底突變接觸，中部和上部偶見漂浮泥質碎屑，寧70井，埋深1 710.88 m

圖3 鄂爾多斯盆地三疊系長7段砂質碎屑流沉積厚度分布Fig.3 Thickness distribution of sandy debris flow deposits in the Triassic Chang 7 Member,Ordos Basina.砂質碎屑流沉積單層厚度分布直方圖；b.砂質碎屑流沉積厚度分布盒須圖

圖4 鄂爾多斯盆地三疊系長7段泥質碎屑流沉積與泥流沉積Fig.4 Core photos and thin sections showing muddy debris flow deposits and mud flow deposits in the Triassic Chang 7 Member,Ordos Basina.泥質碎屑流沉積整體塊狀，白526井，埋深2 162.80 m；b.城96井，埋深1 987.16 m，泥質碎屑流沉積整體塊狀長，內含泥質碎屑與砂質團塊；c.城96井，埋深2 029.40 m，雙層結構重力流混合事件層上部泥質碎屑流沉積；d.泥流沉積，內部泥質碎片平行排列，城96井，埋深2 030.10 m；e.泥流沉積，內部泥質碎片平行排列，城96井，埋深2 032.30 m；f.雙層結構重力流混合事件層上部泥流沉積，內含泥質碎片平行排列，城96井，埋深2 036.80 m；g.雙層結構重力流混合事件層上部泥流沉積，內含泥質碎片平行排列與砂巖液化脈，城96井，埋深2 076.84 m；h.雙層結構重力流混合事件層上部泥流沉積，內含漂浮泥質碎屑，正40井，埋深1 441.05 m；i.雙層結構重力流混合事件層上部泥流沉積，內含砂質團塊，正40井，埋深1 442.00 m；j.泥質碎屑流沉積泥質砂巖鏡下特征，木138井，埋深2 328.30 m；k.泥流沉積砂質泥巖鏡下特征，正40井，埋深1 441.05 mH1.混合事件層下部富砂段；H3.混合事件層上部富泥段(a—i為巖心照片；j，k為薄片粘片。)

另一種泥質碎屑流沉積以整體泥質砂巖或砂質泥巖沉積為主，與下伏塊狀砂巖和上覆泥巖之間呈突變接觸為典型特征(圖4c)。泥質碎屑流沉積與下伏的砂質沉積之間由于泥質雜基含量的巨大差異，顯示出明顯的淺灰色與深灰色顏色差異對比而易于識別。泥質碎屑流沉積中富含漂浮狀泥質碎屑與砂質團塊，指示了其塑性流變學性質(圖4c)[7,12]，泥質碎屑直徑多大于5.00 cm，磨圓較好，部分泥質碎屑顯示拉張變形的特征，進一步指示了流體經過一定搬運距離，泥質碎屑由于與周圍基質之間的摩擦而逐漸圓化；砂質團塊多呈孤立狀，可能與下部塊狀砂巖的液化泄水作用之間存在一定聯系[26]。泥質碎屑流沉積與下部塊狀砂質沉積的密切伴生關系則進一步指示了泥質碎屑流主要為下部的高密度濁流侵蝕泥質基底，導致流體中的泥質碎屑和泥質雜基含量的增加，隨著搬運過程中砂質沉積的不斷沉淀以及泥質碎屑和泥質雜基在自身浮力作用下向上聚集，上部流體的湍動受到抑制，最終轉化為泥質碎屑流沉積[21]。

對累計72層泥質碎屑流的沉積厚度進行統計(圖5a,b)，泥質碎屑流沉積層單層厚度差異大，從0.05～10.37 m均有分布(圖5a)，厚度較大的泥質碎屑流指示了其流體強度較大，在搬運過程中不易與環境水體混合而發生轉化。通過盒須圖對泥質碎屑流沉積厚度的統計學分析則表明其單層厚度主要分布在0.21～1.29 m，平均厚度為0.60 m(圖5b)，泥質碎屑流沉積的平均厚度大于砂質碎屑流沉積，但是其出現的頻率要遠遠低于砂質碎屑流沉積。

3.3 泥流沉積特征

鄂爾多斯盆地三疊系長7段發育的泥流沉積整體灰黑色，顏色偏暗反映泥質雜基含量較高，內部可見毫米至厘米級別的漂浮泥質碎屑(圖4d—i,k)。根據泥流沉積的上下組合關系，可以將研究區內的泥流沉積進一步劃分為兩種主要類型，一種以單一塊狀上下與泥巖突變接觸為主(圖4d,e)，這種塊狀泥流沉積整體為泥質砂巖或砂質泥巖，內部可見部分漂浮狀的泥質碎片，泥質碎片厚度較薄，多為毫米級別(圖4k)，但長度相對較大，多為厘米級別。單個泥質碎片呈現中間厚，兩邊薄的紡錘狀特征，兩邊可見拉張斷裂的撕裂茬結構(圖4d,e)；泥質碎片多呈層狀排列，指示了流體的層狀流動特征(圖4d,e)。

另一類型的泥流沉積出現在雙層結構的重力流混合事件層的上部，整體以泥質砂巖或砂質泥巖沉積為主，由于泥質雜基含量較下部凈砂巖明顯增高，以下部灰白色砂巖同上部灰黑色泥流沉積的突變接觸為典型特征，由于顏色差異顯著，易于識別(圖4f—i)。這種類型的泥流沉積與孤立塊狀的泥流沉積特征類似，其內部可見漂浮狀成層排列的毫米級別的泥質碎片(圖4f,g)或漂浮狀的直徑厘米級別的泥質碎屑(圖4h)與砂質團塊(圖4i)，指示了塑性流變特征；泥質碎片呈現中間厚，兩邊薄的紡錘狀特征，兩邊可見拉張斷裂的撕裂茬結構(圖4f)，部分泥流沉積中可見泄水成因的砂巖液化脈(圖4g)，進一步指示了下部干凈砂巖的泄水作用對上部泥流的搬運和沉積的控制作用，泥流中發育的砂質團塊很可能也是泄水成因。上部泥流沉積與下部塊狀砂質沉積之間的伴生關系指示了其多為濁流侵蝕泥質基底導致濁流轉化為泥流成因[21]。

圖 5 鄂爾多斯盆地三疊系長7段泥質碎屑流沉積厚度分布Fig.5 Thickness distribution of muddy debris flow deposits in the Triassic Chang 7 Member,Ordos Basina.泥質碎屑流沉積單層厚度分布直方圖；b.泥質碎屑流沉積厚度分布盒須圖；c.泥流沉積單層厚度分布直方圖；d.泥流沉積厚度分布盒須圖

對累計124層泥流沉積厚度進行統計(圖5c,d)，泥流沉積整體厚度較薄(圖5c)，其厚度分布在0.01～3.00 m，部分厚度較大的泥流沉積可能存在統計時與泥質碎屑流沉積混淆的情況。盒須圖對泥質碎屑流沉積厚度的統計學分析則表明其單層厚度主要分布在0.20～0.60 m，平均厚度為0.30 m(圖5d)，泥流沉積的平均厚度遠小于泥質碎屑流沉積的厚度，但是泥流沉積出現的頻率要高于泥質碎屑流沉積，指示了濁流侵蝕泥質基底，更容易轉化為泥流沉積的特征。

4 深水碎屑流沉積序列

4.1 砂質碎屑流沉積序列

在明確砂質碎屑流沉積特征的基礎上，對典型砂質碎屑流沉積井位取心深度段的巖心進行巖相分析，以寧70井的巖相分析結果解析其沉積序列組合特征(圖6a)。寧70井的1 676.00～1 690.00 m深度段主要以塊狀砂質碎屑流沉積垂向疊置為主要特征，其發育的砂質碎屑流沉積主要包含整體塊狀和上部泥質碎屑發育塊狀兩種類型，以上部泥質碎屑發育塊狀為主，砂質碎屑流沉積之間可以互層疊置或被背景泥巖、薄層正粒序低密度濁流沉積分割，砂質碎屑流厚度多大于0.50 m(圖6a)。這種中厚層塊狀砂質碎屑流沉積的垂向疊置，指示了砂質碎屑流沉積中部的沉積特征。巖心照片清晰地指示了砂質碎屑流沉積特征及其沉積序列組合(圖6b)。下部主要為塊狀砂質碎屑流沉積與低密度濁流沉積形成的砂泥互層沉積組合，砂質碎屑流沉積厚0.50 m左右，內部不含泥質碎屑；其上部的薄層砂泥互層沉積特征顯著，薄層砂質沉積中可見明顯的正粒序。上部發育兩個厚度大于1.00 m塊狀砂質碎屑流沉積單元的組合，下部單元頂部發育漂浮狀的泥巖撕裂屑，而上部砂質碎屑流沉積單元呈整體均一塊狀(圖6b)。

在沉積特征和單井沉積序列綜合對比分析的基礎上，將研究區的砂質碎屑流塊狀沉積序列劃分為3種類型(圖6c—e)。第一種為整體均一塊狀，內部不含任何的沉積構造和含有物，底部可見微弱的滑動剪切構造(圖6c)；第二種為整體塊狀，其中上部發育有形態和成分各異的漂浮狀泥質碎屑，泥質碎屑根據外部形態可進一步劃分為具有一定磨圓特征的泥礫和具有撕裂、拉長變形特征的泥巖撕裂屑，沉積序列的底部同樣可見微弱的滑動剪切構造(圖6d)；第三種為整體塊狀，內部形態和成分各異的漂浮狀泥礫和泥巖撕裂屑廣泛發育，但基質以雜基含量較低的砂質為主，底部可見微弱的滑動剪切構造(圖6e)。泥質碎屑的發育可能主要與早期沉積物中砂泥互層發育程度或者流體的侵蝕能力之間存在一定的聯系[27]；同時，不同沉積位置的砂質碎屑流沉積序列特征存在一定差異，沉積近端多以厚層、泥質碎屑不發育的砂質碎屑流沉積為主；沉積中部以中厚層泥質碎屑發育的砂質碎屑流沉積為主；沉積遠端以中薄層泥質碎屑不發育的砂質碎屑流沉積為主(圖6a)。

4.2 泥質碎屑流沉積序列

泥質碎屑流沉積序列組合特征相對簡單，以正70井的巖相分析結果解析其沉積序列特征(圖7a)。正70井1 643.00～1 650.00 m深度范圍，以厚層的塊狀泥質碎屑流沉積、塊狀砂質碎屑流沉積和厚層穩定的泥巖沉積為典型特征，塊狀泥質碎屑流沉積間的隔層厚度較大，指示不同期次的泥質碎屑流沉積間隔時間較長；泥質碎屑流包含整體以泥質砂巖為基質和整體以砂質泥巖為基質兩種類型，內部大量發育漂浮狀的泥巖撕裂屑及軟沉積物變形構造，指示整體塑性流變特征。正70井1 651.00～1 656.00 m深度范圍內的泥質碎屑流沉積與下伏的砂質沉積之間組成雙層結構，泥質碎屑流沉積厚度大于2.00 m，內部大量發育漂浮狀的泥巖撕裂屑及軟沉積物變形構造(圖7a)，指示整體塑性流變特征。正70井的1 648.00～1 653.50 m深度范圍內的巖心照片進一步指示了泥質碎屑流沉積序列的垂向疊置特征(圖7b)。整體深灰色厚層的塊狀泥質碎屑流沉積被穩定的厚層紋層狀泥巖所分割，泥質碎屑流沉積多大于1 m，內部發育大量的深灰色漂浮狀泥質碎屑或砂質團塊，泥質碎屑在沉積序列的不同部位均有分布，頂底部與厚層紋層狀泥巖呈突變接觸，指示整體塊狀固結的沉積方式[28-29]。

在沉積特征和單井沉積序列綜合對比分析的基礎上，將研究區的泥質碎屑流塊狀沉積序列劃分為兩種主要類型(圖7c,d)。第一種為整體塊狀，內部發育有形態和成分各異的漂浮狀泥質碎屑，泥質碎屑根據外部形態可進一步劃分為具有一定磨圓特征的泥礫和具有撕裂、拉長變形特征的泥巖撕裂屑；此外，可見一些漂浮狀的砂、礫碎屑顆粒及變形狀泥質條帶和砂質團塊，整體以砂泥混雜漂浮碎屑顆粒常見為特征，反映流體整體較強的粘性和內聚力(圖7c)。第二種為與下部砂質沉積相伴生的塊狀泥質碎屑流沉積(圖7d)，類似于重力流混合事件層中富含泥質碎屑的泥質碎屑流沉積段(H3段)[2,21,30]，下部與砂質沉積突變接觸，上部與泥質沉積突變接觸，整體塊狀，以泥質碎屑和砂質團塊發育為典型特征，局部可見部分的液化砂巖脈，指示下部的砂質沉積泄水過程對上部泥質碎屑流搬運沉積起到控制作用[26]。泥質碎屑流沉積序列普遍泥質碎屑發育，主要因為原始沉積物富含泥質沉積；泥質碎屑的大小及形態則與泥質碎屑流的搬運和沉積過程關系密切[27]。

圖6 鄂爾多斯盆地三疊系長7段寧70井砂質碎屑流沉積巖相分析Fig.6 Lithofacies of sandy debris flow deposits in the Triassic Chang 7 Member from Well Ning 70,Ordos Basina.砂質碎屑流沉積巖相和巖相組合分析；b.砂質碎屑流沉積巖心特征；c.塊狀砂質碎屑流沉積序列；d.上部富含泥質碎屑砂質碎屑流沉積序列；e.整體富含泥質碎屑砂質碎屑流沉積序列

4.3 泥流沉積序列

泥流沉積序列特征多變，具有多種分布特征和組合類型，以西191井的巖相分析結果解析其沉積序列特征(圖8a)。西191井的2 087.00～2 109.00 m深度段主要以雙層結構的重力流混合事件層垂向疊置為主要特征，混合事件層的上部主要為泥流沉積，整體為泥質砂巖沉積或砂質泥巖沉積，其內部的泥質碎屑相較泥質碎屑流沉積普遍偏小，2 087.00～2 103.00 m深度范圍，混合事件層中泥流的沉積厚度以小于下部凈砂巖沉積厚度為主；2 103.00～2 109.00 m深度范圍，泥流沉積厚度以大于與其下部伴生的凈砂巖沉積厚度為主(圖8a)。西191井2 087.00～2 097.00 m深度范圍內的巖心照片進一步指示了泥流沉積序列的垂向疊置特征(圖8b)。整體以深灰色泥流沉積同中厚層的砂質沉積互層疊加為典型特征，形成下部塊狀砂巖沉積、上部泥流沉積的兩段式重力流混合事件層[1]，垂向上構成11層混合事件層垂向疊加(圖8b)。泥流沉積厚度多分布在0.20～0.50 m，僅3層厚度大于0.50 m，整體泥質雜基含量高，內部多發育漂浮狀泥質條帶，厚度較薄且呈中間厚兩邊薄的紡錘狀，分布范圍較大。

圖7 鄂爾多斯盆地三疊系長7段正70井泥質碎屑流沉積巖相分析Fig.7 Lithofacies of muddy debris flow deposits in the Triassic Chang 7 Member from Well Zheng 70,Ordos Basina.泥質碎屑流沉積巖相和巖相組合分析；b.泥質碎屑流沉積巖心特征；c.塊狀泥質碎屑流沉積序列；d.聯合成因的泥質碎屑流沉積序列H1.混合事件層下部富砂段；H3.混合事件層上部富泥段

在沉積特征和單井沉積序列綜合對比分析的基礎上，將研究區的泥質碎屑流塊狀沉積序列劃分為兩種主要類型(圖8c,d)。第一種為孤立塊狀，上下與泥巖突變接觸，整體厚度較薄，內部發育少量的漂浮狀泥質碎片，多呈平行條帶狀分布，指示流體整體粘性較弱的特征(圖8c)。第二種為與下部砂質沉積相伴生的塊狀泥流沉積(圖8d)，類似于重力流混合事件層的H3段[2,21]，下部與砂質沉積突變接觸，上部與泥質沉積突變接觸，整體塊狀，以泥質碎片和砂質團塊發育為典型特征，局部可見部分的液化砂巖脈，整體厚度以及泥質碎片的大小明顯小于泥質碎屑流沉積。毫米尺度的泥質碎片多呈平行條帶狀分布，指示流體粘度較低，多為流體演化晚期的沉積產物[2,21]。

5 深水碎屑流成因機制

5.1 砂質碎屑流成因機制

不同沉積序列的砂質碎屑流沉積在研究區廣泛發育，通過對與砂質碎屑流沉積相伴生的重力流沉積的精細研究，進一步分析砂質碎屑流形成的成因機制。通過對深水重力流沉積成因的分析，發現研究區存在兩種成因的深水重力流沉積，即三角洲前緣沉積物垮塌再搬運形成的盆內成因的深水重力流沉積和洪水持續補給盆外成因的深水重力流沉積[16,31-32]。兩種成因的深水重力流沉積在平面上存在顯著差異(圖9)，盆外成因的深水重力流沉積主要分布在盆地東南角，而深湖半深湖其他地方多為盆內成因的深水重力流沉積。不同成因的深水重力流沉積中砂質碎屑流沉積均廣泛發育，指示了不同的深水重力流形成過程均可形成砂質碎屑流沉積。

圖9 鄂爾多斯盆地三疊系長7段砂質碎屑流成因(據文獻[27]修改)Fig.9 Formation mechanisms of sandy debris flow deposits in the Triassic Chang 7 Member,Ordos Basin(modified after reference[27])

盆外成因的深水重力流沉積中砂質碎屑流的發育程度主要受物源供給情況和洪水能量強弱的控制[33]。當物源區以富砂質沉積為主，并且洪水能量較強的時候，洪水攜帶的大量砂質沉積物會沿潛入點迅速下潛，高濃度的沉積物在自身重力和地形坡度作用下沿著盆地底部向前搬運，形成砂質碎屑流沉積(圖9)。低密度的沉積物能夠繼續被異重流向深水盆地搬運，形成逆-正粒序層理發育的低密度異重流沉積[34-35]。因而，洪水異重流搬運成因的砂質碎屑流沉積多與低密度異重流沉積伴生，而滑動和滑塌沉積相對少見[31]。盆內成因的深水重力流沉積中砂質碎屑流沉積廣泛發育，是砂質碎屑流沉積最為重要的成因機制[8]。三角洲前緣快速堆積的沉積物在地震和火山等外界觸發機制作用下會導致前緣半固結狀態的沉積物發生垮塌再搬運，搬運過程中伴隨環境水體的卷入稀釋，會依次發生滑動—滑塌—碎屑流—濁流的有序演化過程(圖9)[1,7,14]。砂質碎屑流的發育受原始淺水沉積物砂質含量以及地形坡度的綜合控制，富砂的淺水沉積物在地形坡度較陡情況下再搬運的過程中，易于環境水體的卷入，從而轉化為砂質碎屑流沉積，多與滑動滑塌塊體搬運沉積相伴生[9,16]；另一方面，原始淺水沉積物中的泥質含量則進一步控制了其所形成的砂質碎屑流沉積中的泥質碎屑流的類型及其分布，決定了砂質碎屑流沉積序列的多樣性[36]。

5.2 泥質碎屑流成因機制

泥質碎屑流沉積存在差異顯著的兩種沉積序列，其成因也存在顯著的差異。孤立塊狀結構的泥質碎屑流的成因與砂質碎屑流成因類似，包含盆外與盆內兩種成因類型[16,31-32]。盆外成因的泥質碎屑流主要是在物源區以富泥物質為主，且洪水能量較強的前提下，洪水攜帶的大量砂、泥和礫混雜的沉積物會沿潛入點迅速下潛，高濃度的沉積物在自身重力和地形坡度作用下沿著盆地底部向前搬運，形成泥質碎屑流沉積(圖9)。這種泥質碎屑流沉積多與低密度異重流沉積伴生，而滑動和滑塌沉積構造相對少見[27]。盆內成因的泥質碎屑流沉積主要是指富泥的淺水沉積物在地形坡度較陡情況下再搬運的過程中，隨著環境水體的卷入，逐漸轉化為泥質碎屑流，多與滑動滑塌塊體搬運沉積相伴生(圖9)。由于研究區發育的孤立塊狀結構的泥質碎屑流沉積內部飄浮狀礫石和砂質沉積物少見，因而多屬于盆內成因。

與下部塊狀砂巖相伴生的泥質碎屑流沉積多為流體侵蝕成因或砂體液化成因(圖10a)。其下部的塊狀砂巖段與下伏地層之間可表現為侵蝕接觸關系，同時，泥質碎屑流沉積中的泥巖撕裂屑邊緣多參差不齊、雜亂分布且具有一定的磨圓(圖4c)，這些泥礫很可能指示了流速較快，搬運沉積物粒度較粗的流體對泥質基底的強侵蝕作用，然后，泥質碎屑在浮力作用下向上搬運聚集到流體上部，隨著泥質碎屑搬運過程中的磨損，上部泥質含量增加，最終轉化為泥質碎屑流沉積[21,37](圖10a)。此外，在下部的塊狀砂巖段中存在大量的垂直泄水通道(圖10a)，廣泛發育的泄水作用可能也是導致上部泥質碎屑流沉積形成的重要原因。原始沉積組構如下部塊狀沉積、上部砂泥互層沉積的高密度濁流沉積，其下部塊狀沉積的泄水作用會刺穿上部的砂泥互層沉積組構，導致泥巖破裂形成類似泥巖撕裂屑[38]與砂泥混雜的沉積組構，類似泥質碎屑流沉積[39-40]。

5.3 泥流成因機制

泥流沉積存在差異顯著的兩種沉積序列，其成因也存在顯著的差異。孤立塊狀結構的薄層泥流的成因與泥質碎屑流成因類型，包含盆外與盆內兩種成因類型[16,31-32]。盆外成因的泥流主要是在物源區以富泥物質為主且洪水能量較弱的前提下，洪水攜帶的大量以泥質沉積為主的沉積物會沿潛入點迅速下潛，形成泥流沉積[14]。盆內成因的泥流沉積主要是指富泥的淺水沉積物在局部小尺度的再搬運過程中，隨著環境水體的卷入，逐漸轉化為泥流。此外，這種薄層的塊狀泥流沉積也可認為是泥質碎屑流進一步稀釋轉化的沉積產物[41]。

與下部塊狀砂巖相伴生的泥流沉積由于其與下部砂巖厚度的不同，可能具有不同的成因[21,35]。流體減速膨脹導致的流體轉化是上部泥流沉積單元厚度小于下部砂質沉積單元厚度的可能成因(圖10b)。一方面，該種情況下部分砂質段中保留了部分的似平行層理牽引沉積構造(圖10b)；另一方面，其上部的泥流沉積段一般厚度較薄，且發育部分平行排列的長條狀泥質條帶(圖10b)，指示了流體相對較弱的內聚力[42]。重力流搬運過程中由于局部限制減弱，導致流體膨脹減速，粗粒沉積物在底部優先富集沉淀，上部薄層流體由于泥質含量不斷增加轉化為泥流而整體固結沉積。

圖10 鄂爾多斯盆地三疊系長7段泥質碎屑流與泥流成因Fig.10 Formation mechanisms of muddy debris flow deposits and mud flow deposits in the Triassic Chang 7 Member,Ordos Basina.底部侵蝕與泄水作用形成泥質碎屑流沉積，城96井，埋深1 978.01 m；b.流體減速膨脹形成的泥流沉 積，城96井，埋深1 974.60 m；c.流體差異沉降形成的上部泥流沉積，城96井，埋深1 958.50 mH1.混合事件層下部富砂段；H3.混合事件層上部富泥段

泥流中碎屑顆粒的差異沉降過程是下部砂質沉積單元厚度小于上部泥流沉積單元厚度的可能成因(圖10c)。一方面，該種情況下砂質沉積厚度較薄，塊狀為主，不顯或顯微弱的正粒序(圖10c)；另一方面，其上部的泥流沉積段一般厚度較大，泥質雜基呈分散狀且可見部分分散狀泥片，指示具有一定的流體強度，為泥流沉積產物(圖10c)。整體以泥流沉積為主，指示在泥流停止搬運后，孔隙水釋放的過程中會導致其內部的砂質顆粒重排，在下部聚集形成薄層的砂質沉積段[43-45]。

6 結論

1) 鄂爾多斯盆地三疊系長7段深水碎屑流主要發育砂質碎屑流、泥質碎屑流和泥流3種類型。砂質碎屑流沉積以塊狀砂巖最為常見；泥質碎屑流沉積整體塊狀，內部大量發育漂浮狀的泥巖撕裂屑、砂質團塊及軟沉積物變形構造；泥流沉積整體為泥質砂巖或砂質泥巖，內部可見漂浮狀成層排列的毫米級別的泥質碎片。

2) 砂質碎屑流沉積發育整體均一塊狀、整體塊狀中上部漂浮狀泥質碎屑富集和整體塊狀內部漂浮狀泥礫和泥巖撕裂屑富集3種沉積序列；泥質碎屑流沉積發育整體塊狀內部漂浮狀泥質碎屑富集序列和與下部砂質沉積相伴生的塊狀泥質碎屑流沉積兩種沉積序列；泥流沉積發育孤立塊狀內含量漂浮狀泥質碎片序列和與下部砂質沉積相伴生的塊狀泥流沉積兩種沉積序列。

3) 高濃度砂質沉積物或泥質沉積物搬運過程中環境水體卷入導致的流體轉化是形成砂質碎屑流、孤立塊狀泥質碎屑流和泥流沉積的主要原因。與下部塊狀砂巖相伴生的泥質碎屑流沉積多為流體侵蝕成因或砂體液化成因；與下部塊狀砂巖相伴生的泥流沉積包含流體減速膨脹導致的流體轉化、碎屑顆粒的差異沉降過程等成因。