浊积岩范式50年(1950s-1990s)--从批判视角来看深水沉积过程和相模式

摘要

受盛行的浊积岩模式影响,人们在应用“浊积岩”概念时不严谨(即呈牛顿流体性质和紊动状态的浊流沉积),它经常被用来描述塑性层流状态的碎屑流沉积。例如,由于“高密度浊流”基于3个不同的因素(流体密度、粒度和驱动力)定义,因此对其沉积物缺乏统一的识别标准,结果导致深水环境中源于碎屑流的块状砂岩经常被误认为是高密度浊积岩。作为浊流的一种,增强流的概念尚存疑问,因为它是基于速率定义的,而不是基于流体流变学和流体状态;增强流的概念可能使得反粒序砂岩被误认为浊积岩。或许,最有疑问的争论点是能否将人工水槽实验观察到的冲积水道牵引底床沉积作为鲍马序列(即源于悬浮沉积的经典浊积岩)5个层段的模拟体。这是因为人工水槽实验是在均衡流体条件下完成的,而自然条件下的浊流沉积发生在不均衡的减弱流条件下。就这些深水沉积过程与沉积相模式等问题,笔者将会在此篇文章中阐述个人见解。基于流体流变学和流体状态因素,将重力流分为牛顿流(如浊流)和塑性流(如碎屑流)是有意义的、可行的;尽管通用的深水沉积相模式是基于搬运机制建立的,但难以在沉积过程中找到可靠的标准来解释(确定)搬运机制。根据现今的浊积岩沉积相模式,理想的浊积岩(有着砂砾到粘土粒径组成的正粒序沉积)应有16段组成部分,然而,在现代和古代地层中还没有发现这样的沉积。通过深海底流(也归类于等深流)来识别沉积单元是很困难的。牵引结构是底流改造的良好指示,区分漫溢浊流沉积与底流沉积对完善沉积模式具有重要意义,其对油气勘探和开采有重要影响,然而要做到这点并非易事。笔者认为,砂质碎屑流是深水环境中砂体搬运与沉积的主控因素。根据砂质碎屑流实验得知,低含量粘土(可低至1%)足以提供砂质碎屑流所需的强度。实验中的砂质碎屑流沉积以含块状砂体、突变接触、凝浮碎屑、反粒序、含碎屑正粒序和水溢结构等为特征。以浊流为主的扇模式主要适用于海底环境,与此对应,斜坡模式应运而生,其被应用于水道或无水道型的以碎屑流为主的沉积系统。与一般观点不同,砂质碎屑流沉积可以成为厚层的、区域延伸的、纯净的(泥质含量少)优质储集层。高频流体易于形成侧向连通性好的席状碎屑流沉积。具有浊积水道和朵叶状海底扇模式已经在我们的头脑中存在了近35年,然而,正是这些陈旧的固定思维阻碍了我们的前进。外扇朵叶的概念为建立扇模式提供了基础,也建立了席状浊积砂岩和丘状地震相显示的关系,由此影响了沉积学和层序地层学。然而,最近此概念却被它的建立者所弃用,这使得被广泛接受的层序地层学扇模式处于摇摇欲坠的境遇;因此,一个模式的转变必将在21世纪上演,这个转变将印证深水块状砂岩是碎屑流沉积,而非“高密度浊流”沉积。然而,现在还很难找到标准的垂向相模式来广泛地应用于碎屑流、等深流或砂质碎屑流沉积。科学研究就像旅行,而正确相模式的确立是这旅行的目的地。