单一断陷湖泊区(某一凹陷或洼陷区所限定的区域, 具有明显的边界大断裂)从区带上可分为陡坡带、缓坡带及深槽带, 也可发育水下隆起带(Wang, 2014; Wei, 2016)。水下扇主要分布于近岸陡坡、二级断坡或湖底等相对水体较深区域, 尤其在断陷盆地边界大断层的下降盘, 水下扇容易出现(Huo, 1990)。因此水下扇总体应归结为湖泊深水重力流沉积(图 2, 表 1), 其中碎屑流与浊流最为发育(鲜本忠等, 2012; Wang and Xu, 2016)。

图 2

Fig.2

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	图 2 断陷湖泊深水沉积与水下扇类型Fig.2 Deep water sedimentary facies and subaqueous fans in fault lacustrine environment

表 1

Table1

表 1(Table1)

表 1 断陷湖泊(深水)重力流类型与特征 Table1 Types and characteristics of gravity flow in deep water lacustrine environment 类型 沉积位置 搬运方式或机制 外部形态 组成颗粒/岩石类型 源渠供给 水 下 扇 近岸水下扇 陡坡 块体流与浊流复合 扇形 砾岩、砂岩、泥岩均发育, 砾石含量高 近岸山地, 有或无供给水道 斜坡滑塌扇 二级断坡之下 再次滑塌, 块体流与浊流复合 扇形或透镜状 砂岩、泥岩为主, 可含砾, 也可见砾岩 水下扇、(扇)三角洲前缘、滩砂坝等, 有或无供给水道 水下隆起滑塌扇 水下隆起 周缘分布 块体流或浊流 扇形或透镜状 砂岩、泥岩为主, 可见含砾砂岩 三角洲前缘或滩砂坝, 有或无供给水道 远岸浊积扇 远岸湖底 浊流为主, 常发育供给水道 扇形或透镜状 砂岩、泥岩为主, 砾石含量中— 低 冲积扇— 扇三角洲, 水道供给 类复理石浊积砂 中深湖区 浊流为主 席状或透镜状 砂岩、泥岩为主, 极少见砾石 三角洲或滩砂坝 断槽重力流水道 陡坡顺断层 走向分布 碎屑流或浊流 常为弯曲的水道 砂岩、泥岩为主, 可见砾石 水下扇、(扇)三角洲前缘, 水道供给 注: 碎屑流为块体流的一种, 块体流包括滑动、滑塌及碎屑流。

表 1 断陷湖泊(深水)重力流类型与特征 Table1 Types and characteristics of gravity flow in deep water lacustrine environment

除水下扇外, 湖泊深水重力流沉积还有类复理石浊积砂与断槽重力流水道(朱筱敏等, 1991; 张晶等, 2015), 近年来人们通过地震信息刻画, 尤其是通过地震属性的分布来识别水道(周宗良等, 2010; 刘化清等, 2014), 提高了湖泊深水重力流的识别精度。

根据水下扇发育的部位或沉积作用的不同, 可分为近岸水下扇(陡坡之下)、斜坡滑塌扇(二级断坡之下)、水下隆起滑塌扇(水下隆起周缘)及远岸浊积扇(缓坡湖底)。这些不同类型的水下扇在沉积位置、搬运方式或机制、外部形态、颗粒组成及源渠供给方面存在着差异(表 1)。除近岸水下扇(狭义水下扇)为近岸快速滑塌堆积外, 其余3种均与二次滑塌(搬运)机制有关。斜坡滑塌扇常分布于二级断阶之下, 可由水下扇再次滑塌形成。而水下隆起滑塌扇常由于隆起之上形成的三角洲前缘或滩砂坝再次滑塌搬运而形成。这3种水下扇均与快速滑塌作用有关, 常与同生断层的活动息息相关, 因而搬运机制上要么块体流(包括滑动、滑塌及碎屑流)十分发育, 要么块体流与浊流复合出现。同时, 这3种水下扇可发育明显供给水道, 也可能直接滑动、滑塌堆积而无明显水道(图 3)。

图 3

Fig.3

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modified from Zhang et al., 2015)'>	图 3 歧南斜坡重力流水道砂体沉积特征及沉积模式(据张晶等, 2015; 有修改)Fig.3 Sedimentary characteristics and depositional model of gravity-flow channel in Qi'nan slope (modified from Zhang et al., 2015)

而远岸湖底扇(也称远岸浊积扇)常为浊流沉积, 具明显的供给水道, 常由缓坡发育的冲积扇与扇三角洲(或辫状三角洲)通过浊积水道带入湖底而形成。鉴于这4种水下扇的形成过程、发育部位不同, 其碎屑颗粒组成也有差异, 其中近岸水下扇中的砾岩最为发育, 分选磨圆程度最差, 常发育巨厚— 厚层状的砾岩— 角砾岩。而其余3种水下扇中砾岩的发育程度视源渠供给的差异而有所不同(表 1)。

从前文论述可知, 水下扇的分布与供源体系有关, 因此我们把断陷湖盆中的沉积物源体系分为两大类型, 即外部物源体系与内部物源体系。外部物源体系为湖盆周边供源, 由周边山系或河流(也可有火山碎屑)组成, 形成冲积扇、河流— 三角洲、扇三角洲(或辫状三角洲)及近岸水下扇(图 4, 图 5)。

图 4

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	图 4 断陷湖泊沉积体系分布概念模式Fig.4 Conceptual model of sedimentary system distribution in fault lacustrine environment

图 5

Fig.5

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	图 5 断陷湖泊沉积体系分布剖面概念模式Fig.5 Conceptual model of sedimentary system distribution in fault lacustrine environment in a cross section

而内部物源体系为盆内局部隆起(甚至是水下隆起)及外部物源体系形成的沉积体系构成, 内部物源体系形成的沉积体主要位于湖泊相对深水区域, 主要由外部物源体系形成的沉积体再次搬运沉积而形成, 或者由于盆内隆起(水上或水下)、火山喷发物质搬运沉积而形成(图 4)。以渤海湾盆地南大港潜山(水下隆起)下降盘五断块为例, 由于同生大断层的持续活动, 潜山披覆沉积发生二次滑塌, 在断层下降盘形成相对远源的水下扇沉积, 沉积序列总体具有远源、细粒、块状层理为主的沉积特征(图 6), 平面上扇体呈现相带分异快、主水道延伸距离短的特点(图 7)。

图 6

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	图 6 南大港断层下降盘q123井沉积综合柱状图(据刘圣等, 2018; 有修改)Fig.6 Sedimentary comprehensive column of Well q123 in the downthrown block of southern Dagang fault (modified from Liu et al., 2018)

图 7

Fig.7

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	图 7 南大港断层下降盘五断块水下扇沉积模式(据刘圣等, 2018)Fig.7 Sedimentary pattern of a subaqueous fan in the 5th fault block of downthrown block of southern Dagang fault (from Liu et al., 2018)

由此可见, 水下扇总体属湖泊相对深水区域的沉积体, 它们既可由外部物源体系形成, 即近岸水下扇; 也可由内部物源体系形成。但总体来看, 湖泊水下扇在湖泊低位域与湖侵域相对更发育, 而在高位域不够发育(图 5), 这与断陷湖盆沉积充填、地形与坡度等条件有关。湖泊水下扇的分布面积相对有限, 除近岸水下扇外其垂向规模也相对有限。

冲积扇, 扇三角洲及水下扇具有不同的含义, 其沉积特征也存在明显差异(表 2)。冲积扇出现在陆上, 形成部位具有一定的坡度, 通常是指山谷中的季节性洪水进入盆地时, 由于坡降变缓, 水的流速急剧降低, 水流分散, 形成许多分流河道, 洪水所携带的大量碎屑物质在山口外, 顺坡向下堆积所形成的沉积体(姜在兴等, 2010)。冲积扇因为临近物源区, 其岩性主要以砾岩、砂砾岩、中粗砂岩夹杂泥岩为主; 可见块状层理、交错层理、平行层理和冲刷面等构造; 分选和磨圆很差。冲积扇可发育泥石流沉积、辫状河道沉积、漫流沉积和筛状沉积4种主要沉积类型(曾允孚和夏文杰, 1986), 可分为扇根、扇中及扇端(或扇缘)3个亚相带。在垂向上主要形成内扇— 中扇— 外扇的下粗上细的正粒序(孙永传和李惠生, 1985)。

表 2

Table2

表 2(Table2)

表 2 冲积扇、扇三角洲及水下扇沉积的差异 Table2 Differences of alluvial fan, fan delta and subaqueous fan 扇体类型 冲积扇 扇三角洲 水下扇 定义 冲积扇是指山谷中的季节性洪水进入盆地时, 由于坡降变缓, 水的流速急剧降低, 水流分散, 形成许多分流河道, 洪水所携带的大量碎屑物质在山口外, 顺坡向下堆积所形成的沉积体 扇三角洲是指发育于活动大陆边缘和岛弧处, 且大多是近物源、坡降大、沉积物以砾质粗碎屑为主的沉积体系 水下扇常指发育于断陷陡坡带断层下降盘且临近物源的深湖中快速堆积形成的近岸水下扇以及近岸水下扇、扇三角洲、辫状河三角洲等通过二次搬运于湖底或斜坡而形成的滑塌扇和湖底扇的总称 发育部位 陆上 陆上和水下 水下 地形坡度 较陡 陡缓均可, 缓坡较多 陡坡 岩性特征 扇三角洲的岩性主要以砾岩, 砂砾岩, 粗砂岩为主, 其间夹有细粉砂岩和泥岩 岩性主要以砾岩, 砂砾岩, 中粗砂岩夹杂泥岩为主 近岸水下扇粒度较粗, 以砾岩, 砂砾岩, 粗砂岩为主滑塌扇和湖底扇粒度较细, 主要为中细砂岩, 粉砂岩, 泥岩为主 分选磨圆 较差— 差 较差 差或较好 沉积构造特征 块状层理, 交错层理, 平行层理, 冲刷面及暴露构造等 板状, 槽状交错层理, 透镜状层理, 波状层理 块状层理, 水平层理, 鲍马序列, 泥岩撕裂屑, 包卷层理, 变形层理 生物化石 基本不含或极少 植物茎杆, 浅水及间歇性暴露地表形成的化石 介形虫及双壳类 测井曲线特征 扇根高幅齿化箱型与高幅齿化指状; 扇中中幅箱形或钟型; 扇端低幅平直与齿化指状 辫状河道主要为箱型, 河口坝为漏斗形, 河道间为平直型, 支流间湾为齿形, 指形和齿化钟形 内扇主要为齿化箱型 中扇主要为复合钟形 外扇主要为平直型 沉积序列 及沉积组合 主要形成内扇— 中扇— 外扇的下粗上细的正粒序 主要形成前扇三角洲— 三角洲前缘— 三角洲平原的向上变粗的反粒序 主要为内扇— 中扇— 外扇的向上变细的正粒序

表 2 冲积扇、扇三角洲及水下扇沉积的差异 Table2 Differences of alluvial fan, fan delta and subaqueous fan

扇三角洲发育于活动大陆边缘、岛弧或湖盆边缘, 发育有陆上与水下2部分(谭程鹏等, 2014), 通常水下相对更发育(刘磊等, 2015)。它们大多是近物源、坡降大、沉积物以砾质粗碎屑为主的沉积体(邹妞妞等, 2015)。扇三角洲沉积的岩性主要以砾岩、砂砾岩和粗砂岩为主, 其间夹有细粉砂岩和泥岩; 主要发育块状层理、递变层理和交错层理等沉积构造, 分选和磨圆较差。扇三角洲可分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲3个亚相带, 在垂向上主要形成前扇三角洲— 三角洲前缘— 三角洲平原的向上变粗的反粒序(赵澄林, 1984)。

水下扇为发育于断陷陡坡带断层下降盘且临近物源的深湖中快速堆积形成的近岸水下扇以及近岸水下扇、扇三角洲和辫状河三角洲等通过二次搬运于湖底或斜坡而形成的滑塌扇和湖底扇的总称。水下扇一般完全位于水下, 形成位置坡度较陡, 反映快速堆积(图 8)。其中, 近岸水下扇岩性粒度较粗, 以砾岩、砂砾岩和粗砂岩为主(赵澄林等, 1984); 滑塌扇和湖底扇粒度较细, 可含砾岩, 但与近岸水下扇相比, 砾岩含量相对较少(张鑫和张金亮, 2008), 主要以中细砂岩、粉砂岩和泥岩为主。可分为内扇、中扇和外扇3个亚相带。在垂向上主要为内扇— 中扇— 外扇的向上变细的正粒序(赵澄林等, 1984)。

图 8

Fig.8

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	图 8 典型水下扇沉积模式(据王星星等, 2015; 有修改)Fig.8 Depositional model of typical subaqueous fan (modified from Wang et al., 2015)

冲积扇最典型的识别特征是它体现出典型陆上冲积平原氧化环境的沉积特征; 泥岩多表现出杂色、紫红色等偏氧化色的特点, 反映暴露的沉积构造常见; 砾岩及砂砾岩比较发育, 岩性混杂, 碎屑流/泥石流十分发育, 且可见明显的筛积沉积; 粒序以正粒序为主; 基本很少见古生物及其化石。测井曲线上冲积扇扇根为高幅齿化箱型与高幅齿化指状; 扇中为中幅箱形或钟型; 扇端为低幅平直与齿化指状。地震剖面上反映的地形坡度通常较陡, 发育在盆缘断裂附近但未入湖, 表现出“ 杂乱反射, 丘状下超” 特点(于兴河, 2008)。

扇三角洲通常发育在水上(氧化)与水下(还原)2种沉积背景下; 泥岩从杂色到灰绿及灰色均可发育; 砂砾中重力流(如碎屑流、粒序层理等)与牵引流(如板状、槽状交错层理, 通常纹层角度较高)均常见, 且具有间或发育的特点, 同时也常见波浪改造形成的波状与透镜状层理等; 正、反粒序均比较发育; 古生物可见植物茎杆; 可见浅水及间歇性暴露地表形成的沉积构造。测井曲线上辫状河道主要为箱型, 河口坝为漏斗形, 齿化现象不明显; 而河道间测井曲线多表现为平直型, 支流间湾为齿、指形和齿化钟形。地震剖面上坡度可陡可缓, 盆缘断裂与斜坡带均可出现, 坡度陡时大型高角度前积层结构十分明显。

水下扇基本为相对深水的沉积, 因此沉积体全部位于水下, 多以深灰或黑灰色泥岩为背景; 岩石粒度有时非常粗且厚度大, 碎屑流十分发育, 如近岸水下扇发育巨厚砾岩与砂砾岩层; 有时也比较细与薄, 浊流十分常见, 如远源浊积扇的中— 细砂岩; 粒序以正粒序为主。沉积构造可见块状层理、水平层理、鲍马序列、泥岩撕裂屑、包卷层理和变形层理等构造; 古生物相对发育, 可见介形类和双壳类等古生物化石。测井曲线上, 内扇主要为齿化箱型, 中扇主要为复合钟形, 外扇主要为平直型。地震剖面上反映的地形坡度通常相对很陡, 近岸带盆缘断裂之下迅速进入深水区, 厚层块状杂乱反射结构明显; 盆内远源区表现为厚层深灰色泥岩中突出发育中— 厚层状砾岩、砂砾岩或砂岩的结构, 可见明显水道下切式反射结构。