李一凡1，魏小潔2，樊太亮1
1. 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083
2. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京市海淀區(qū)，100081
導(dǎo)讀
隨著世界范圍內(nèi)非常規(guī)油氣勘探的不斷深入，海相泥頁巖的沉積特征及沉積過程日益引起學(xué)者們的關(guān)注，已在巖相分類、沉積過程解釋及層序地層劃分方面取得顯著進(jìn)展。筆者引用國內(nèi)外文獻(xiàn)，從海相泥頁巖巖相分類方案、沉積過程及沉積特征、層序地層的識(shí)別與劃分三個(gè)方面展開討論，系統(tǒng)總結(jié)了海相泥頁巖沉積過程研究進(jìn)展，進(jìn)一步完善了非常規(guī)油氣沉積學(xué)理論內(nèi)涵。
21世紀(jì)以來，受頁巖油氣革命的影響，人們對(duì)海相泥頁巖微觀非均質(zhì)性特征日益關(guān)注，識(shí)別出了豐富多樣的沉積構(gòu)造現(xiàn)象，揭示了泥頁巖可在多種水動(dòng)力條件下形成，打破了傳統(tǒng)“靜水”環(huán)境的認(rèn)知，泥頁巖沉積學(xué)研究進(jìn)入了新階段。在這一階段，對(duì)泥頁巖沉積過程的研究集中在水槽模擬實(shí)驗(yàn)、毫米-厘米級(jí)巖相微相識(shí)別與水動(dòng)力條件解釋、以及高精度層序地層單元?jiǎng)澐帧１疚耐ㄟ^梳理近年來關(guān)于海相泥頁巖沉積過程研究的相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合研究實(shí)例，介紹海相泥頁巖巖相分類方案、沉積過程與沉積特征和層序地層學(xué)的新進(jìn)展，期望能夠引起讀者的關(guān)注與討論。
海相泥頁巖的巖相命名方法應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)（粒度）、層理及礦物成分等特征，結(jié)構(gòu)方面著重參考砂級(jí)、粗泥級(jí)（粗粉砂級(jí)）、中泥級(jí)（細(xì)粉砂-中粉砂級(jí)）和細(xì)泥級(jí)（黏土級(jí)-極細(xì)粉砂）的占比，將泥巖劃分為砂質(zhì)泥巖、粗粒泥巖、中粒泥巖和細(xì)粒泥巖；層理描述注重紋層的連續(xù)性（連續(xù)或者不連續(xù)）、形態(tài)（板狀、波狀或者曲線狀）和幾何關(guān)系（平行或者不平行）；礦物成分則比較粘土礦物、石英和碳酸鹽巖礦物的相對(duì)含量，以50%為含量界限，將細(xì)粒沉積巖分為了粘土質(zhì)、硅質(zhì)和鈣質(zhì)，若三種成分的含量均未超過50%，則以最多的兩種成分排序命名。
圖1 異輕流、異重流和浪控沉積重力流形成示意圖
淺海陸棚是泥頁巖沉積的主要環(huán)境，其細(xì)粒沉積物主要搬運(yùn)與沉積過程包括風(fēng)成輸入、異輕流、重力流（前三角洲濁流、異重流和浪控沉積物重力流）及風(fēng)暴流（圖1）。風(fēng)源輸入的來源主要包括沙塵和火山灰，有時(shí)在底流改造作用下會(huì)保留層理特征，其中火山灰層可作為等時(shí)標(biāo)志層；異輕流主要由河流輸入的泥質(zhì)懸浮沉積組成，可漂浮幾百公里，懸浮沉積后形成水平紋層；前三角洲濁流由前三角洲斜坡的垮塌引起，持續(xù)時(shí)間短，搬運(yùn)距離近，其主控沉積物搬運(yùn)機(jī)制表現(xiàn)為沉積物重力流——牽引搬運(yùn)——懸浮沉積的變化過程；異重流是指河流輸入中的高密度流體，可由超大洪水或者是在潮濕環(huán)境下的高山地區(qū)河流中產(chǎn)生，完整的異重流沉積表現(xiàn)為對(duì)稱的粒序變化，體現(xiàn)了異重流搬運(yùn)能力由弱到強(qiáng)再由強(qiáng)到弱的變化周期；浪控沉積物重力流是由異輕流或者異重流（近三角洲區(qū)域）等沉積下來的沉積物在風(fēng)浪和底流的作用下進(jìn)行二次搬運(yùn)和沉積，搬運(yùn)機(jī)制表現(xiàn)為表現(xiàn)從牽引搬運(yùn)——沉積物重力流——懸浮沉積的轉(zhuǎn)換過程；風(fēng)暴流是指在風(fēng)暴浪的作用下，在岸線形成了一個(gè)向離岸方向運(yùn)動(dòng)的底流，沉積物搬運(yùn)機(jī)制表現(xiàn)為由混合流的侵蝕和牽引搬運(yùn)向懸浮沉積的轉(zhuǎn)換。
前文所述的細(xì)粒沉積物搬運(yùn)與沉積過程主要分布在陸棚海區(qū)域，其搬運(yùn)的最遠(yuǎn)距離可達(dá)上百公里，搬運(yùn)所需的最小坡度為0.03 。相較而言，陸表海的延伸范圍更廣，可達(dá)上千公里，坡度更緩，大部分區(qū)域坡度在0.001-0.005 之間，顯然，廣大陸表海區(qū)域的細(xì)粒沉積物無法被上述的水動(dòng)力能量所搬運(yùn)。近年研究表明，廣大陸表海區(qū)域的細(xì)粒沉積物搬運(yùn)機(jī)制主要為在潮汐作用或者季風(fēng)作用下形成的遠(yuǎn)岸底流。水槽實(shí)驗(yàn)顯示，在底流的作用下，細(xì)粒沉積物會(huì)形成砂級(jí)大小的絮凝狀顆粒，以推移載荷的形式向前搬運(yùn)，形成流水波紋。然而，由于細(xì)粒沉積物的高含水率，早期形成的流水波紋在后期的壓實(shí)作用下會(huì)形成“平行”層理或者低角度斜層理。在古代陸表海泥頁巖中廣泛分布的“平行”層理或者低角度斜層理都可能是底流作用下形成的流水波紋（圖2）。
圖2 海相泥頁巖中的典型沉積特征
A 美國猶他州Tropic頁巖鉀質(zhì)斑脫巖層中的殘余丘狀交錯(cuò)層；B 四川井研地區(qū)筇竹寺組頁巖中的水平層理；C美國紐約州Sonyea Group頁巖中的濁流沉積；D 美國猶他州白惡系Ferron頁巖中典型的異重流沉積層，可見多個(gè)對(duì)稱性粒序?qū)?；E 美國懷俄明州Mowry頁巖中的浪控沉積物重力流層理；F 四川井研地區(qū)筇竹寺組頁巖中的風(fēng)暴流層理；G 貴州習(xí)水地區(qū)龍馬溪組頁巖中的流水波紋（黃色虛線標(biāo)識(shí)）；H 美國猶他州Mowry頁巖中的流水波紋
沉積特征的精細(xì)描述推動(dòng)了泥頁巖層序地層格架的建立，三級(jí)層序界面的識(shí)別在于尋找可對(duì)比的主要侵蝕面，泥頁巖中常見的主要侵蝕面包括：粉砂質(zhì)滯留沉積（幾厘米厚指示主要侵蝕面）；砂質(zhì)滯留沉積；生物骨架滯留沉積；黃鐵礦滯留沉積（10毫米以上指示主要侵蝕面）；低角度削截；變形構(gòu)造；突變接觸的頁巖層面；而層序內(nèi)準(zhǔn)層序的劃分除了要尋找次要侵蝕面外，還需依靠對(duì)精細(xì)描述的沉積特征進(jìn)行定量化統(tǒng)計(jì)與分析，通過定量統(tǒng)計(jì)泥頁巖微相沉積特征的縱向變化及分布趨勢(shì)，分析其主控水動(dòng)力條件，可以分別建立了風(fēng)浪、河流和潮汐作用下的泥質(zhì)陸棚準(zhǔn)層序模式。
不難看出，厘米-毫米級(jí)沉積特征精細(xì)描述與定量化分析和水槽模擬實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合已是當(dāng)前海相泥頁巖沉積過程的主要研究思路與方法。
論文相關(guān)信息
第一作者：李一凡博士，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)副教授，主要從事細(xì)粒沉積學(xué)、沉積地球化學(xué)及非常規(guī)油氣勘探等方面的教學(xué)與研究工作，E-mail: liyifan@cugb.edu.cn
基金資助：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41702124，41802155）；國家自然科學(xué)基金企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金項(xiàng)目（U19B6003-01-02）
DOI：10.14027/j.issn.1000-0550.2020.131
引用格式：李一凡,魏小潔,樊太亮.海相泥頁巖沉積過程研究進(jìn)展[J/OL].沉積學(xué)報(bào)：1-23[2020-12-24]. https://doi.org/10.14027/j.issn.1000-0550.2020.131
