惠州地区位于珠江口盆地的东北部, 以惠州凹陷为主体, 也包含了西江凹陷、东沙隆起和陆丰凹陷的一部分。惠州凹陷位于珠江口盆地北部, 走向为北东方向, 其西北部与北部断阶带相邻, 东南部与东沙隆起相接(图1), 东西以斜坡过渡, 中段主要以断层为界。该凹陷新生界具有下断上拗的双层结构, 基底为前古近系变质岩和火山岩, 发育的地层自下而上依次为神狐组、文昌组、恩平组、珠海组、珠江组、韩江组、粤海组和万山组(表 1), 作者主要研究珠海组和珠江组。

作者主要论述A井和B井。A井位于惠州凹陷中部, 取心段3672.5~3691.5 m, 长度是19 m, 属于珠海组。B井位于东沙隆起边缘, 靠近惠州凹陷, 取心段2029~2047.91 m和2246~2263.82 m, 长度为36.73 m, 属于珠江组。珠海组属于古近系渐新统, 年代为32~23.8 Ma。珠江组属于新近系下中新统, 年代为23.8~16.0 Ma。在珠海期和珠江期惠州地区为海陆过渡相, 而这2口井正好位于珠江三角洲前缘。

惠州地区的重力流沉积特征主要是滑塌和液化变形发育, 浊流的鲍马序列不完整。

2.1 滑塌变形

滑塌是沉积物以块体形式在重力作用下顺斜坡滑动。在滑动过程中, 对下部的沉积物进行侵蚀, 并会产生变形和揉皱等(赵密福等, 2001; 饶孟余等, 2004b; 马晖等, 2010)。虽然滑塌沉积也呈块状, 无分选, 无粒序, 但是它与碎屑流不同, 滑塌体对下部地层进行改造所形成的变形或者团块等特殊的构造形态是其最为显著的特征。

在本地区的重力流沉积中, 滑塌变形最为典型, 发育较多。其主要特点是:(1)B井2043.81~2044.02, m处发育变形垮塌(图 2-A)。滑塌作用使得地层发生倾斜, 下部2043.90~2044.02 m处纹层倾角为13.03° , 上部2043.81~2043.90 m处纹层倾角为18.41° 。(2)A井3684.90~3685.10 m处发育包卷层理(图 2-B), 其厚度接近5 cm。(3)B井2043.24~2043.42 m处揉皱变形(图 2-C)。滑塌作用更为强烈, 破坏原有的地层, 层理也被破坏, 甚至形成了团块。

图1

Fig.1

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	图1 惠州地区构造划分Fig.1 Tectonic division of Huizhou area

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 珠江口盆地地层划分 Table 1 Stratigraphic division in Pearl River Mouth Basin

表1 珠江口盆地地层划分 Table 1 Stratigraphic division in Pearl River Mouth Basin

2.2 液化变形

液化沉积是结构松散的沙被液化后产生超孔隙压力(向上的粒间流)支撑的流体流。形成液化流沉积的关键条件是快速堆积和沉积物饱含水, 并多发生在沉积物较细的情况下。变形构造尤其是碟状构造是主要标志。

本区液化变形构造也较为发育, 其主要特点是:(1)B井2043.00~2043.21 m发育强烈的液化变形构造(图 3-A)。层理被破坏, 基本看不到。(2)A井3683.94~3684.07 m处见泄水构造, 呈雁行状排列(图 3-B)。(3)B井2249.70~2249.88 m处见一条泄水通道(图 3-C), 泄水通道长度为14 cm。

图2

Fig.2

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	图2 惠州地区珠江组和珠海组滑塌构造 A— B井, 变形垮塌, 新近系珠江组, 2043.81~2044.02 m; B— A井, 包卷层理, 古近系珠海组, 3684.90~3685.10 m; C— B井, 揉皱变形, 新近系珠江组, 2043.24~2043.42 mFig.2 Slump structure of the Zhujiang and Zhuhai Formations in Huizhou area

图3

Fig.3

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	图3 惠州地区珠江组和珠海组液化沉积 A— B井, 液化变形, 新近系珠江组, 2043.00~2043.21 m; B— A井, 泄水构造, 古近系珠海组, 3683.94~3684.07 m; C— B井, 泄水通道, 新近系珠江组, 2249.70~2249.88 mFig.3 Liquefaction deposits of the Zhujiang and Zhuhai Formations in Huizhou area

2.3 浊流

浊流是重力流沉积中最为重要的类型, 是一种在水体底部形成的高速紊流状态的混浊流体, 是水和大量呈自悬浮的沉积物质混合成的一种密度流(卢龙飞等, 2006; 王海荣等, 2008; 赵俊兴等, 2008; 姜辉, 2010)。它是以鲍马序列为主要特征的。

惠州地区的浊流沉积较为少见, 鲍马序列保存不完整。这是因为A井和B井靠近古珠江物源(李潇雨等, 2007), 并且在珠海期和珠江期沉积物供应充足, 而且水动力较强, 鲍马序列受到影响和改造, 破坏了其完整性, 使其难以完整地保存下来。常见的鲍马序列为BC序列和BCD序列(图 4)。

图4

Fig.4

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	图4 惠州地区新近系浊流沉积的鲍马序列 A— B井, 鲍马序列BC组合, 新近系珠江组, 2262.66~2262.84 m; B— B井, 鲍马序列BCD组合, 新近系珠江组, 2029.49~2029.61 mFig.4 Bouma sequences of turbidity current deposits of the Neogene in Huizhou area

图5

Fig.5

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	图5 惠州地区珠江组和珠海组的潮汐层理 A— B井, 脉状层理, 新近系珠江组, 2252.09~2252.40 m; B— B井, 波状层理、透镜状层理, 新近系珠江组, 2038.20~2038.35 m; C— A井, 砂泥互层, 古近系珠海组, 3681.93~3682.10 mFig.5 Tidal beddings of the Zhujiang and Zhuhai Formations in Huizhou area

通过岩心观察发现惠州地区重力流沉积特征是滑塌变形、液化变形发育, 浊流鲍马序列不完整。滑塌变形是惠州地区重力流沉积最主要的特征。张关龙等(2006)对三角洲前缘的滑塌浊积体进行了实验室模拟, 认为触发机制是三角洲前缘发生滑塌和形成浊积体的前提。它包括地震、波浪等外界触发机制, 也包括前缘砂体自身重力所产生的压实沉陷等。惠州地区靠近古珠江物源, 并且A井和B井位于珠江三角洲的前缘, 在珠海期和珠江期物源供给充足, 大量沉积物快速堆积, 对先前的沉积物进行压实, 使其在重力作用下顺着三角洲前缘的缓坡向下滑动, 进而形成重力流沉积。由于三角洲前缘的坡度并不大, 形成的重力流沉积规模也不大, 主要就是由滑塌运动引起的, 故认为惠州地区的重力流沉积是三角洲前缘砂体垮塌再搬运沉积而形成的。

通过岩心观察发现, 在惠州地区重力流沉积中也出现了潮汐作用, 这是不同于一般重力流沉积的重要区别。

在A井和B井中发育有潮汐层理(图 5), 即脉状层理(图 5-A), 波状层理、透镜状层理(图 5-B)以及砂泥互层现象(图 5-C)。这些现象的存在反映该地区确实存在潮汐作用。在图6中显示了潮汐层理与重力流沉积相伴生的典型沉积现象。在图6-A中, 取心段为B井2038.20~2039.04 m, 取心段2038.57~2039.04 m发育为浊流沉积, 2038.45~2038.57 m发育脉状层理, 2038.20~2038.36 m发育波状、透镜状层理。在图6-B中, 取心段为B井2036.54~2037.38 m, 在本取心段中砂泥互层, 发育波状层理和脉状层理, 液化变形构造也常见。

图6

Fig.6

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	图6 惠州地区新近系重力流沉积与潮汐作用伴生 A— B井, 上部为潮汐沉积, 下部为浊流沉积, 新近系珠江组, 2038.20~2039.04 m; B— B井, 砂泥互层中夹杂有液化变形, 新近系珠江组, 2036.54~2037.38 mFig.6 Association of gravity flow deposits and tidal deposits of the Neogene in Huizhou area

珠江口盆地惠州地区珠江组和珠海组发育的重力流沉积中发现有潮汐层理, 潮汐作用和重力流沉积相伴生, 这是一个特殊的现象。潮汐作用的范围是有限的, 一般局限在陆架上, 即位于陆架坡折以上, 水深小于200 m。前人在对惠州地区进行研究时也发现发育有潮汐作用(邓宏文和郑文波, 2009; 赵宁和邓宏文, 2009)。潮汐作用的存在反映惠州地区的水体相对较浅, 属于较浅水的沉积环境。这主要是由于东沙隆起的遮挡作用使得惠州地区成为一个相对安静的地区, 水动力条件较弱。而典型的重力流沉积是发育在较深水环境中的, 如白云凹陷。在惠州地区的重力流沉积中滑塌、液化变形发育, 而浊流的鲍马序列不完整, 而且其中发现有潮汐作用的存在(图 7)。这都与传统意义上的深水重力流沉积产生了矛盾和冲突, 需要对重力流沉积重新加以审视。

图7

Fig.7

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	图7 惠州地区重力流沉积垂向序列Fig.7 Vertical series of gravity flow deposits of the Zhujiang and Zhuhai Formations in Huizhou area

重力流经过几十年的发展不断成熟和完善, 但人们对于重力流沉积也产生了一些认识上的局限, 也就是误区。主要包括以下3个方面:

第一, 简单地将重力流沉积等同于浊流沉积。重力流包括4种类型:泥石流、碎屑流、颗粒流和浊流。但是一旦说到重力流沉积, 人们首先想到的就是浊流, 依据浊流的理论体系来认识和研究重力流。由于4种重力流类型的支撑机制、结构构造和产物都是不相同的, 这种错误的观点最终影响了人们的判断。在对重力流进行分类时主要是依据支撑机制, 但是在现实观察和研究中支撑机制并不容易进行判别, 这也影响了人们对重力流类型的识别。以Shanmugam(1996, 1997)为代表的一些学者对浊流提出很多质疑, 提出了对于浊流认识的7大误区, 提出了砂质碎屑流的概念, 认为高密度浊流沉积和碎屑流之间是难以区分的。他们通过对全球许多地区的浊流沉积再次进行研究后, 认为以前很多被解释成浊流的地区90%是碎屑流和底流的改造。这么多地方是不是碎屑流和底流的改造还值得商榷, 但这也说明碎屑流和底流的改造确实大量存在。重力流的4种类型需要详加判别, 不能简单划归为浊流。

第二, 将重力流沉积局限在深水地区。传统意义上人们认为重力流发育在深水地区, 即位于陆架坡折以下。在珠江口盆地的白云凹陷等地区也发育有重力流沉积, 该地区位于陆架坡折之下, 白云凹陷的重力流沉积即为通常意义上的深水重力流沉积。而实际上, 重力流的形成和搬运经历了岩崩、蠕动、滑坡和滑塌等一系列过程, 在这个过程中每一个阶段形成的产物都可以称之为重力流沉积。惠州地区的重力流是早期沉积物在后来沉积物的重力压实作用下沿着三角洲前缘的缓坡向下滑动而形成的, 它不是纯粹意义上的重力流, 以滑塌和液化变形为主, 鲍马序列不发育, 使其难以很好地界定, 但确实是在重力机制的作用下形成的, 还属于重力流的范畴。该地区所形成的重力流就是位于陆架坡折之上的。所以不论是在陆架坡折以下还是陆架坡折以上, 都有可能形成重力流。

第三, 鲍马序列的滥用。自从1962年Bouma提出鲍马序列以后, 人们对它的认识根深蒂固, 一提到重力流首先就想到鲍马序列, 就形成了模型引导下的解释。任何模式都有自己的适用条件, 鲍马序列只适用于典型浊流沉积, 并不适用于所有的重力流沉积, 不能一味地套用这个模式。此外, 在解释和描述之间是存在有区别的。一段砂岩如果被标注为Ta序列(块状层理段), 就会指示一系列现象。但是具有这些现象的砂岩段, 并不一定就代表为Ta序列。要使用鲍马序列, 首先就得符合它的适用条件, 然后才能得出合理的解释。不符合它的条件的, 不能滥用, 要建立新的模式去重新认识。

1)惠州地区的重力流沉积特征以滑塌为主, 滑塌沉积中变形垮塌和揉皱变形发育; 液化沉积中泄水构造发育; 浊流沉积鲍马序列不完整。惠州地区的重力流沉积是三角洲前缘砂体垮塌再搬运沉积而形成的。

2)惠州地区的重力流沉积的重要特点是潮汐沉积与重力流沉积相伴生。

3)在进行重力流研究时, 不仅要考虑到浊流还要考虑到其他重力流类型, 如碎屑流。重力流不仅发育在陆架坡折以下, 在陆架坡折之上也同样发育。对于鲍马序列的使用, 需要符合它的适用条件, 不能滥用。

重力流虽然历经很多年的发展, 但是依然有很多问题没有解释清楚。在海洋沉积学研究中重力流的影响和改造作用是不能忽视的, 这还需要进行深入的探究。