實驗結果表明,三角洲前緣產生滑塌的充要條件是要有壹定的觸發機制。觸發機制可以是外界的,例如地震作用、波浪作用等;也可以是內在的,如三角洲前緣砂體自身重力所產生的壓實沈陷等。在不同機制作用下,滑塌濁積體的形成過程和分布規律都有較大的差異性。
(壹)地震作用模擬
地震作用是壹種最直接的,也是最頻繁的外界機制,它不但可以產生斷層、形成溝谷,還可以誘發產生崩塌和滑坡。在斷陷盆地中地震活動尤其頻繁。
模擬實驗首先在底形上沈積形成壹個延伸距離長2.7m的三角洲沈積體,待池內水體澄清後,將24磅的磅錘擡高0.5m,讓其自由落體,敲打震源觸發點,至三角洲前緣產生明顯滑塌時***敲擊20下,歷時40s。在地震作用下,三角洲前緣發生液化滑塌和斷階滑塌兩種類型的滑塌,形成三種類型的滑塌濁積體,可明顯觀察到7個泥質溝道-濁積體系。它們分布在不同區帶內,在三角洲前緣形成了廣泛發育的滑塌濁積體系。
1.液化滑塌濁積體
在靠近震源壹側,由於受到的震動作用比較強烈,三角洲前緣發生強烈液化,整體塌陷前移。在液化體前方可形成小型濁積體,濁積體的物源來自泥質溝道初始端下部的砂質沈積,它們在液化作用下上湧至表面,然後在重力作用下沿著底形斜坡下傾方向遷移,移動過程中同時攜帶了表面的泥質沈積和水形成砂泥水的混合物,移動壹定距離後沈積下來形成濁積體。這種濁積體往往分布在前緣斜坡與底形坡折的中央部位,規模小、物性差。底形斜坡的存在是其遷移和沈積的重要前提。
2.斷階滑塌濁積體
在遠離震源壹側,基底的震動使三角洲前緣局部形成近於垂直的斷階。斷階上部斷開了三角洲體上部的頂積層,下部則沿著前積層層理發育。斷階之上的沈積物在重力作用下順著前緣斜坡向下滑動,先在坡腳處的較深水區分別形成對應的壹級滑塌砂體。隨著震動的繼續,壹級滑塌體前方的局部砂體會突然脫離主滑塌體而向深窪陷移動和沈積,在深窪陷內形成孤立的二級滑塌濁積體。
三角洲前緣實際上是由多個相對獨立的前積體組成。地震作用產生的斷階可斷掉前緣的多個前積體,使其成為滑塌濁積體的物源。不同位置的前積體具有不同的勢能,滑動過程中由於各單層前積體滑動次序的不同和速度的差異,使這些前積體互相疊置,在自身重力作用下下滑的同時也受到了後續滑塌前積體的推擠。滑塌初期,這些疊置體作為壹個整體沿著斜坡面向下滑動,到達坡腳後速度逐漸減慢。連續震動過程中的壹次強震形成新的疊置體,它以較高的速度沿斜坡面下滑並撞擊早期形成的疊置體,最前方的疊置體在碰撞力的作用下就會脫離整體而向深窪處移動。這就像連珠相撞壹樣,相互靠著的壹排圓球,如果撞擊最後壹個,則只有最前面的那個被撞出去,而其他的球仍然靠在壹起不動。當再壹次出現強震時,後方疊置體的撞擊力會使前方第二個疊置體脫離群體,形成壹個新的濁積體或與第壹個疊置體相接觸組成復合濁積體沈積(圖10-10)。
圖10-10 三角洲前緣斷階滑塌濁積體系剖面分布示意圖
二級滑塌濁積體發育規模較大、移動距離遠、物性相對較好,且多分布在深窪陷內部,具有良好的生儲蓋條件,往往是隱蔽油氣藏勘探的有利目標。
此外,在壹級滑塌體內部的前緣或側緣還發育另外壹種濁積體,它們規模很小,移動距離短,其產生滑塌的部分並不是三角洲前緣的壹個前積體,而是壹級滑塌體在遷移過程中新形成的小型濁積砂體,也可以將其稱為次生疊置濁積體。它們在重力作用下沿著底形斜坡的下傾方向移動,形成小型的泥質溝道-濁積體系。這種濁積體多在前緣斜坡坡腳處沈積,很難與壹級滑塌體區分開,因此不將其作為有利勘探目標。
總的來說,二級滑塌濁積體規模較大,最大可達30×18cm2,最小也有10×10cm2。兩個液化滑塌濁積體較小,大的為6×4cm2,小的為3×3cm2。兩個次生疊置滑塌濁積體面積也很小,都在3×3cm2左右。二級滑塌體的泥質溝道最長可由前緣斜坡根部延伸至水槽頂端,長達100cm,短的也有30cm長(次生疊置體除外)。溝道的寬度壹般與濁積體大小有關,濁積體越大溝道越寬。
(二)無外界觸發機制作用模擬
無任何外界觸發機制作用下,三角洲前緣滑塌濁積體產生的根本原因是前緣砂體的壓實沈陷作用。前緣主溝道入水口處的砂體在自身重力作用下向下部泥巖壓實沈陷,從而導致三角洲前緣局部位置的滑塌,並進壹步產生遠距離搬運的濁積砂體。
三角洲平原分支河道的頻繁改道,也是三角洲不斷發育生長的主要方式。在河道間歇期,三角洲平原以漫流沈積為主,不發育主河道,大量的泥質沈積物被帶入前緣的湖盆中。由於泥質濁流的搬運距離比較遠,在三角洲前緣會形成較厚的、表面平直的泥巖,它直接覆蓋在前緣斜坡底部之上。該層泥巖未固結,而且飽含水,壹旦上部有物質沈積,則處於欠壓實狀態,因此是無觸發機制作用下三角洲前緣發生滑塌的重要前提。
在主河道發育期,大量的砂質沈積物經河道搬運至三角洲前緣,形成具有固定前緣斜坡的前積體。這組前積體直接形成在河道間歇期的泥巖之上,當其規模和沈積厚度達到壹定時,其自身的重力開始大於下部泥巖的承受能力,這時前緣會產生壹條高角度的正斷層,斷層上盤的砂巖前積體在自身重力的作用下滑塌沈陷,取代下部的泥巖沈積,並迫使泥巖向下坡方向推移。同時,砂巖前積體滑塌後,前緣斜坡的坡度變得平緩,砂巖可沿泥質沈積物表面滑移更遠的距離,滑塌砂體規模越大則移動越遠。對下部的泥巖,這些砂體質量同樣是超載的,因此沿著滑塌砂巖的分布可形成多條同生正斷層,各斷層下降盤的砂巖隨著主滑塌的繼續同樣也發生滑塌和變形,在移動過程中形成火焰構造、揉皺構造等各種變形構造,砂泥接觸面上還可以形成重荷模等反映重力流沈積的標誌。泥巖的揉動變形使原來就被斷層斷開的滑塌砂體變得更加孤立,在三角洲前緣形成壹系列孤立的濁積體。同時,由於飽含水的泥巖在上部沈積物的重力作用下還可以發生液化現象,使主砂體前方本來就已經發生變形的區域變得更為復雜。
由於底形坡度的存在,滑塌砂體以及液化形成的砂、泥、水混合濁流在重力作用下會沿著底形滑動,沖蝕出壹條近於垂直岸線的深水溝道,沈積物沿溝道緩慢移動和沈積。其中的砂質沈積物在移動過程中會先沈積下來,沿著溝道形成斷續相連或孤立的小型濁積砂體。在底形的坡折處,由於坡度驟減以及砂質沈積物含量的減少,剩下的泥質沈積物失去了遷移的動力而在坡折附近發散,形成舌形發散體(圖10-11)。
圖10-11 無外界觸發機制下三角洲前緣滑塌體系平面分布圖(單位:cm)
河道發育期過後,整個前緣剖面繼續接受泥質沈積,並等待下壹期主河道的來臨。而下壹期主河道同樣會發生這樣的變化。同時,後壹組塌陷還可以將前壹組已經或幾乎已經孤立的砂巖體向湖盆方向推擠,在離母源區更遠的地方保存下來。多期的壓實沈陷作用使該類濁積體分布更復雜。早期壓實沈陷形成的深水溝道內的濁積體,甚至早期的主滑塌砂體也可能被逐步孤立在後期三角洲下面。
(三)波浪作用模擬
波浪對湖岸有較強的侵蝕作用。斷陷盆地內構造的頻繁活動不僅會產生強烈的地震,而且會攪動湖盆內水體引起湖嘯,所形成的波浪可以破壞和改造三角洲前緣,進而誘發形成濁積砂體。這類濁積體不是滑塌成因的,而是前緣砂體再沈積的產物。
波浪作用的模擬是在湖平面基本保持不變的基礎上進行的,待水體澄清後在水槽末端的中央位置通過容器在水中的上下起伏來制造波浪,造波時間4min,平均波高8cm。
在波浪作用下,岸線附近的沈積物被波浪攪起,形成濁流,並被波浪的回流作用攜帶至湖盆內部,在最大浪基面以下接受再沈積。靜水面與最大浪基面之間的前緣沈積被波浪的回流作用帶走後,在三角洲前緣形成壹個環帶狀的液化區。液化區是壹個平坦的沈積區,由於該區上部的原始沈積物被波浪回流作用帶走,下部飽含水的砂、泥巖因上部壓力的突然消失而湧上地表,形成砂火山、泥火山等液化現象,最後液化區的砂巖沈積表面被泥巖所覆蓋,並顯示出明顯的區帶性。
波浪回流作用所攜帶的沈積物在三角洲前緣斜坡腳的再沈積是進壹步形成三角洲前緣濁積體的重要前提。前緣坡腳處沈積的砂巖在重力作用下沿著三角洲前緣的底形斜坡進壹步向前移動,形成指狀砂體(圖10-12)。這些指狀砂體根部與坡腳沈積的主砂體相連,向深湖方向指狀變窄。指狀砂體在移動過程中能量逐漸減弱,指根砂體受主砂體的牽引會很快停止移動,而指尖砂體在重力和慣性力的作用下會沿著底形斜坡繼續移動,直至其能量全部消失,在前緣形成孤立的濁積砂體。
圖10-12 三角洲前緣波浪改造示意圖
這種濁積體是以塊體流的形式遷移的,由於沒有後續能量的補充,其遷移動力很快消散,因此並不會移動很遠的距離。此外,指尖砂體規模太小也可能是它移動距離不遠的原因之壹,這就導致了實際勘探中很難將該類濁積體與三角洲主砂體區分開。
波浪作用形成的濁積體規模小,數量少,且靠近三角洲主砂體。實驗中只有壹個指狀砂體形成的濁積體最為明顯,形成兩個小型孤立的濁積體,前方的濁積體大小為2×3cm2,距坡腳主砂體55cm遠(泥質溝道的距離);後方濁積砂體相對較大,有3×5cm2大小,距坡腳主砂體30cm遠,泥質溝道寬2~3cm。
(四)滑塌濁積體分布規律
不同機制形成的三角洲前緣濁積體,其沈積特征、發育規模、分布規律等也都不壹樣。地質歷史上,各種成因機制可以是同時存在、***同作用,也就是說,三角洲前緣發育的濁積體往往是混合成因的,不同類型的濁積砂體在三角洲前緣成片、成帶出現,這使我們既看到了三角洲前緣隱蔽油氣藏類型的多樣性和較好的勘探前景,同時又增添了我們預測的難度。
根據水槽實驗模擬結果可以發現,三角洲前緣滑塌濁積體的分布具有明顯的區帶性。各種成因機制下,三角洲前緣的主體滑塌都會沈積在前緣斜坡的坡腳處。這些主滑塌沈積的砂體往往與三角洲前緣斜坡砂體在垂向上相互疊置,平面上緊密相連。通過沈積構造的差別雖然可以將它們區分開,但由於二者連通性較好,並不能將主滑塌體沈積作為獨立的濁積體來分析。
主滑塌砂體的前方才是孤立的滑塌濁積體發育的場所。根據水槽實驗模擬結果,將三角洲前緣滑塌濁積體的分布劃在四個區帶內,區帶Ⅰ是緊鄰主滑塌沈積體的區域,也是波浪成因的濁積體(圖10-13①,圖10-14①)和地震作用產生的次生疊置濁積體(圖10-13④,圖10-14④)發育的有利場所。區帶Ⅱ是三角洲前緣與底形坡折之間的中央區帶,強水流作用下三角洲前緣重力壓實沈陷形成的深水溝道內的濁積砂體(圖10-13②,圖10-14②)以及振動作用下液化滑塌形成的小型濁積體(圖10-13③,圖10-14③)由於動力作用的逐漸消失而多沈積於該區帶內。區帶Ⅲ位於底形坡折附近,是強水流作用下形成的滑塌濁積體系的舌形發散體(圖10-13⑤,圖10-14⑤)沈積的場所。區帶Ⅳ為三角洲前緣的深水窪陷區,地震作用產生的斷階滑塌所形成的二級滑塌濁積體(圖10-13⑥,圖10-14⑥)主要沈積在該區域。
相對而言,區帶Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ中的濁積砂體是較為有利的勘探目標,尤其是區帶Ⅳ中的濁積砂體,規模較大、砂質含量較高,又發育在深窪陷內,直接與生油巖相接觸,是三角洲前緣最為有利的巖性油氣藏。區帶Ⅰ和Ⅱ中的濁積砂體規模小,分布的規律性差,是次壹級的有利目標。區帶Ⅲ沈積的濁積體雖然規模較大,但沈積物泥質含量高,物性差且厚度薄,是最次壹級的三角洲前緣濁積體勘探目標。
圖10-13 三角洲前緣濁積體平面分布規律示意圖
圖10-14 三角洲前緣濁積體剖面分布規律示意圖