一、重力流沉积基准面旋回的识别
沉积物重力流在滑塌位置流动和搬运主要依靠其本身所具有的惯性和势能。其中,重力流所具有的惯性大小是沉积物质量和浓度的函数。对于特定的海(湖)底扇复合体来说,由于物源供给体系大致相同,沉积物质量和浓度变化范围较小,因此惯量基本为常量,所以,能量是影响流体流动的主要变量。沉积物重力流进入盆地后,形成的海(湖)底扇规模大小、沉积物类型、沉积构造和沉积结构主要取决于其流动时所具有的能量。能量大小又主要取决于流体流动时所具有的势能,因而势能是重力流流动的根本动因。
高分辨率层序地层学
势能大小与盆地斜坡的地形梯度密切相关。在盆地斜坡区,盆地基底沉降速率明显控制着地形的坡度。在特定的坡度下,较高粘度的流体沉积在上坡位置,较低粘度的流体沉积在下坡位置。不同梯度和浓度的重力流所形成的沉积物结构与构造不同,因而可根据重力流相序特征反映出的地形梯度的变化,分析可容纳空间与沉积物供给比值(A/S)的减小和增大,从而识别基准面旋回。现代和古代露头、岩心观察发现,从基质支撑的、具混杂结构的重力流到高密度流浊流再到低密度浊流,随着沉积物堆积时地形梯度和流体浓度的降低,重力流成因的砂岩或砂砾岩的沉积构造如图5-1所示(Cross,1999)。
在水下扇某一特定的地理位置,当A/S值变化时,扇体发生进积作用或退积作用,地形梯度的变化是扇复合体进积与加积作用交替的产物。随着扇面的坡度变化,重力流沉积物的相序也发生相应响应。当水下扇向盆地进积的时候,扇近源部分、较高梯度的“相”叠加在扇远源部分、较低梯度“相”之上;当扇退积的时候,扇远源部分、较低梯度的“相”叠加在高梯度“相”之上。因而扇体的进积和退积作用形成的垂向相序记录了地形梯度随时间的变化,即能量旋回,也是基准面变化旋回。地形梯度逐渐变陡的相序自下而上是:鲍马CDE段,鲍马AE段,鲍马AC段,含分散细砾的砂岩,薄层无构造砂岩,旋卷纹层,混杂结构,香肠构造、蝶状构造、枕状构造、管状构造、羽状构造,纹理砂岩、厚层无构造砂岩。该相序记录了基准面下降半旋回(A/S值减小),与之相对应的“镜像”序列则代表基准面上升半旋回(图5-2)。因而可以根据相序特征识别基准面旋回。二、重力流沉积层序地层划分与对比
图5-1 反映流体流变学特征的各种沉积构造
图5-2 重力流沉积构造序列与基准面旋回界面的位置
重力流进入盆地后,在斜坡部位发生侵蚀作用,形成沟谷地形。在沟谷末端沿着斜坡流向盆地或沿古地貌残存的“沟”“槽”流动,在“洼地”发生沉积作用(图5-3)。当“沟槽”或“低地”填满时重力流块体发生转移,流向另外的低洼处。因而深水盆地或盆地中的“地形低”是盆地可容纳空间最大的位置,也是重力流沉积作用发生的地点。
图5-3 重力流沉积物在洼地发生沉积作用示意图
根据上述原理,厚层碎屑流沉积物开始堆积的位置是盆地内地形坡度最缓的位置,该位置盆地的可容纳空间最大。重力流块状体或复合扇体沉积的过程是可容纳空间逐渐降低的过程,反映在地质记录中是进积或加积旋回的形成。当“地形低”填满之后,沉积物可堆积的可容纳空间最低,沉积作用发生转移,开始在另外的“低地”沉积(图5-4)。在原来的堆积地点则表现为重力流水道的下切作用或路过冲刷作用,或由于扇体的后退形成退积旋回。
图5-4 重力流沉积舌状体充填盆地的过程——沿着低地流动并沉积
在进行重力流沉积地层对比时,人们常常选取的对比等时面有以下几种(图5-5):①砂砾岩体上部或下部的泥页岩标志层,这是在进行重力流地层对比时人们的通常作法,它假设这种标志层是一致的、连续的、平的,即没有另外的物源体系沉积物对地形的补偿,标志层在下伏沉积物对地形补偿的基础上形成。即使如此,我们只能把它作为基准面上升与下降的转换位置,仍然满足不了对重力流沉积内部界面划分的需要。②砂砾岩复合体的底界面,这也是人们通常采用的作法。如果选择这种界面作为等时面,只有是假设砂岩沉积物在平坦的地表面同时沉积,这显然违反了重力流沉积物充填低地的规律。③砂砾岩复合体的顶界面,如果选择这个界面,只能是沉积物的沉积同时结束,没有退积的舌状体,没有河道的决口,这显然违反了沉积物建造地形的原理。根据上述的重力流沉积物首先充填低地的原理,我们在进行重力流沉积基准面旋回对比时,通常是采用另一种等时界面,即:④砂砾岩复合体内部进积作用与退积作用转换的位置,即基准面下降到上升的转换位置。该界面形成于重力流沉积物充填低地之后、退积舌状体重建地形差之前的地形起伏最小的时期(图5-6),是重力流沉积等时对比界面的最佳选择。
图5-5 重力流沉积物对比界面的选择
图5-6 在固定的地理位置海(湖)底扇的相和组成随时间变化
此外,根据基准面旋回变化中由于可容纳空间增加速率的改变导致的沉积物的体积分配作用,当某一位置重力流沉积物仅出现基准面下降半旋回厚层沉积时,表明在相同时间内,重力流在斜坡位置通过古地貌上残存的沟槽进入盆地,此时水道仅起搬运沉积物的作用,沉积物路过并没有发生沉积;当出现基准面上升半旋回沉积时,表明水下扇体向陆方向退积,河道开始发生充填作用并形成代表河道充填的向上变细的沉积旋回。根据基准面旋回的对比原则,盆地内基准面下降旋回的厚层重力流沉积应与斜坡部位河道旋回的底界面对比,而盆地内厚层重力流堆积的顶界面应与斜坡部位河道充填沉积物对比。这是水下扇重力流沉积物经常发生的沉积现象,在对比时应加以注意。