地貌演化、源-汇过程与盆地分析

地球表面的地貌演化和源-汇系统的研究是当前地球科学领域颇为关注的重要课题。围绕这些课题的研究促进了多学科的广泛交叉和合作,对沉积盆地的深入研究和发展趋势产生了深刻的影响。盆地整体地貌的演化是盆地地球动力学背景演化的直接响应。盆地内的隆-坳格局、古隆起-古斜坡地貌、同沉积构造活动形成的构造古地貌等,是盆地古地貌研究的重要内容。从陆到洋的源-汇系统由物源区、冲积-滨海平原、浅海陆架、大陆斜坡及深海等多个区域性的地貌带所组成。物源的性质与母岩组成、构造及气候作用密切相关,揭示塑造山地地貌和产生物源的构造作用和气候变量是一项长期探索的课题。陆架斜坡至深海区是从陆到洋的源-汇系统的最终沉积区,其研究长期受到高度关注。大型内陆湖盆存在的源-汇系统,包括物源区、冲积平原、滨-浅湖、最后为深湖的多级地貌单元。构造活动的内陆碎屑湖盆中以近且多方向物源、构造差异活动明显、汇水盆地小、沉积物类型对气候变化响应敏感等为特征。依据物源区、沟谷(水道)及沉积体系类型划分的源-汇体系类型的研究,包括盆内古隆起形成的局部的源-汇过程,对盆地的沉积充填过程和沉积分布具有重要意义。基于高分辨率三维地震数据的地震地貌或地震沉积学分析,为地下沉积体系的沉积地貌和沉积过程的研究提供了最重要的手段。     

深时源—汇系统综合研究和沙垒田实例分析

【意义】源—汇系统研究是当今沉积地质学关注热点，其重建对理解区域构造、气候、海（湖）平面升降、物源供给、搬运通道和分散系统及其相互关系与规模性砂体预测均具有重要作用。【进展】源—汇系统可以根据时间尺度、成因机制、级次等要素进行分类，其主要研究内容包括物源体系、搬运通道及沉积体系研究。研究方法主要涉及碎屑矿物年代学定量示踪、源区地貌重建与定量古地貌分析、地貌比例关系分析、沉积物通量定量估算和地层正演模拟综合表征等；源—汇系统要素之间存在定量的收支平衡关系，基于收支平衡模型可预测砂体规模和有利储层分布。沙垒田地区源—汇系统研究表明，均一母岩组成与边界条件约束下汇水高差和汇水面积较大以及地形坡度较陡通常对应形成规模和厚度较大的扇体。【结论与展望】未来源—汇系统研究应加强基于盆地类型和成因的源—汇系统类型和级次划分，加强源—汇系统参数定量研究，不断提高深时源—汇系统要素表征精度，建立具有预测功能的深时源—汇系统要素耦合模型，有效预测砂体时空分布，不断实现多学科与多方法交叉融合，建立具有中国区域地质特色的源—汇系统模型。     

陆相断陷盆地源—汇系统要素表征及研究展望

源—汇系统是指剥蚀地貌形成的物源通过搬运路径到汇水盆地分散沉积下来的动力学系统,在地球科学领域具重要研究意义。源—汇系统包含物源、搬运路径和沉积体系3个重要组成要素,必须把3个要素作为一个系统过程来研究,才能完整地认识地球表层的动力学过程及其演化。陆相断陷盆地是我国重要的含油气沉积盆地类型,笔者等系统地分析了陆相断陷盆地结构特征,其内部陡坡带与缓坡带作为断陷盆地独立的次级构造单元,形成过程和地貌结构存在差异,进而导致相应源—汇系统要素也存在差异性。根据源汇系统耦合要素可将断陷盆地不同构造带源—汇系统类型划分为近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型和远源—长轴—湖泊三角洲型3种类型,其中陡坡带主要发育近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型两种源—汇系统耦合类型;缓坡带和盆地长轴方向主要发育远源—长轴—湖泊三角洲型源汇系统耦合类型。未来源—汇系统研究将通过多学科、多方法开展综合研究,聚焦深时物源体系、搬运通道和分散体系研究,强调源—汇系统要素定量表征及其耦合响应关系,预测规模性有利沉积砂体,为沉积矿产勘探开发提供预测性模型和地质基础。     

陆相断陷盆地源—汇系统要素表征及研究展望

源—汇系统是指剥蚀地貌形成的物源通过搬运路径到汇水盆地分散沉积下来的动力学系统,在地球科学领域具重要研究意义。源—汇系统包含物源、搬运路径和沉积体系3个重要组成要素,必须把3个要素作为一个系统过程来研究,才能完整地认识地球表层的动力学过程及其演化。陆相断陷盆地是我国重要的含油气沉积盆地类型,笔者等系统分析了陆相断陷盆地结构特征,其内部陡坡带与缓坡带作为断陷盆地独立的次级构造单元,形成过程和地貌结构存在差异,进而导致相应源—汇系统要素也存在差异性。根据源汇系统耦合要素可将断陷盆地不同构造带源—汇系统类型划分为3种类型: ① 近源—短轴—浊积扇型、② 近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型和 ③ 远源—长轴—湖泊三角洲型,其中陡坡带主要发育近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型两种源—汇系统耦合类型;缓坡带和盆地长轴方向主要发育远源—长轴—湖泊三角洲型源汇系统耦合类型。未来源—汇系统研究将通过多学科、多方法开展综合研究,聚焦深时物源体系、搬运通道和分散体系研究,强调源—汇系统要素定量表征及其耦合响应关系,预测规模性有利沉积砂体,为沉积矿产勘探开发提供预测性模型和地质基础。     

陆相盆地源－汇系统要素耦合研究进展

源－汇系统研究已成为世界范围内地球科学领域广为关注的重要课题.陆相盆地作为源－汇系统研究的重要方面,相对于洋陆边缘源－汇系统,其源－汇系统要素多样、过程复杂、沉积体系多变,耦合模型预测难度大,且尚处于起步阶段.陆相盆地源－汇系统研究主要集中于驱动机制及地球动力学过程、深时古气候、沉积盆地古物源区演化恢复与古水系重建、源－汇系统要素分析及剥蚀－搬运－沉积过程单因素分析与耦合模式探讨.基于钻井、岩心、分析化验数据的多方法物源示踪分析与三维地震数据的地震地貌学或地震沉积学分析,为地下陆相盆地古源区恢复、古水系重建及沉积体系的沉积地貌和沉积过程研究提供了重要的技术支撑.关注不同母岩区源－汇系统差异,开展现代考察与古代源－汇相结合,并尝试定量化源－汇系统耦合－过程研究,最终形成工业化标准与规范是陆相盆地源－汇研究的发展趋势.      

基于定量古地理的BQART模型深时古地势重建方法

源—汇系统分析下的古地势重建是当前沉积学领域的一个热点方向。古地势重建对于理解区域构造演化、气候变化、地表风化、物源供给及其相互关系具有重要作用。BQART沉积通量模型提供了入海流域中沉积通量与地质背景B、水流量Q、流域面积A、最大地势高度R、年均温度T之间的经验关系,逐渐发展为深时尺度下古流域地势重建的重要工具。本文在综合层序—古地理、旋回地层学、古水文比例关系和古地貌比例关系等方法的基础上,提出基于定量古地理的BQART模型深时古地势重建方法,结合沉积体积回填法可进一步获得构造抬升幅度与速率。通过该方法获得峨眉山大火成岩省内带古地势在晚二叠世期间持续缓慢上升,至晚二叠世末达200余米,累计构造抬升幅度约500~750 m。该深时古地势方法适用于气候温暖湿润、构造相对稳定条件下的中大型外流盆地,对能源盆地的勘探开发具有重要意义。     

沉积盆地“源-汇”系统研究进展

"源-汇"系统指盆地中自剥蚀地貌中形成的剥蚀产物,搬运到沉积区或汇水盆地中最终沉积下来的过程。在当前沉积学领域中"源-汇"系统占有重要一席。通过系统梳理国内外文献,评述"源-汇"系统各要素及其耦合作用研究进展,认为源区是控制系统动态过程根本要素,搬运-沉积过程是物源供给不同级次的响应。源区古地理演化下物理和化学风化作用控制物源供给,物源供给时空属性则决定搬运方式和通道类型。之后搬运中地质作用重塑沉积物组分和结构,而源区扰动和搬运响应两者时间尺度关系决定改造效果。最终源区演化形成的沉积地貌变化造成盆内可容纳空间分异,促使沉积物选择性沉积,塑造了盆内千姿百态沉积面貌。"源-汇"系统先进于其正演化、定量化和动态化研究思路,但研究方法仍处于探索阶段,而要完善研究体系则需着眼于物源体系研究,多时间尺度地质定量化表征方法,多学科交叉动态化研究方法。     

渤海湾盆地埕北低凸起及围区古近系“源-汇”系统控砂原理定量分析

埕北低凸起及围区发育完整的"源-汇"系统。在"源-汇"思想的指导下,利用录井、测井、取心、三维地震等基础资料,在精细刻画埕北低凸起及围区沉积体系类型及特征的基础上,定量探讨了"源-汇"系统各要素之间的耦合关系。研究表明:古近纪,埕北低凸起基岩类型主要为中生界碎屑岩,源区内共发育9个有效物源区;埕北低凸起共识别出15条古沟谷型和2条断槽型输砂通道,其中古沟谷型输砂通道可细分为U型、V型及W型;埕北低凸起及围区陡坡带发育扇三角洲、半深湖—深湖沉积,扇三角洲平面上呈朵状展布,各扇体之间不连通,而缓坡带除局部构造早期发育扇三角洲外,整体发育辫状河三角洲、滨浅湖、半深湖—深湖等沉积,平面分布范围广,呈连片叠合分布;"源-汇"系统各要素定量分析表明,汇区沉积体面积及形态与有效物源区面积、沟谷的长、宽、宽深比等参数密切相关;从"源-汇"耦合模式分析认为,有效物源区面积控制沉积体系发育规模,输砂通道控制沉积体系的优势展布方向及形态。     

云南洱海现代湖盆源-汇系统划分、特征及差异

现代湖盆源-汇系统分析,可为古代源-汇系统研究提供参考依据.将云南洱海现代湖盆源-汇系统划分为西（S2S-W）、东（S2S-E）、北岸（S2S-N）3个独立的源-汇系统,S2S-E物源区母岩主要为碳酸盐岩,沉积体数量少、规模小（ < 10 km2）;S2S-W物源区母岩主要为变质岩及少量花岗岩、碳酸盐岩,沉积体数量多、规模大（> 40 km2）,相互叠置、连片分布;S2S-N为轴向物源型源-汇系统,母岩主要为碎屑岩,沉积物供应充足,形成大型沉积体.研究表明,同一盆地（洼陷）内可存在多个源-汇系统,由于母岩类型、构造活动、古地貌等因素的影响,可造成不同源-汇系统的流域面积、沉积区面积及沉积响应存在差异,在古代源-汇系统研究中需重视不同源-汇系统之间的差异性研究.      

沉积区－剥蚀区古地貌一体化恢复及古水系研究:以渤海湾盆地辽东东地区馆陶组为例

古地貌是控制古水系、沉积体系的关键因素之一.以渤海湾盆地渤中坳陷东部的辽东东地区中新世馆陶组为例,对馆陶组的沉积区和剥蚀区分别开展了基于残余地层厚度法和印模法的古地貌恢复,以增进对研究区古水系、源－汇系统的整体认识,为其物源体系、沉积环境、砂体分布的预测提供科学依据.两种方法的古地貌及古水系恢复结果对比研究表明,基于残余地层厚度法的沉积区古地貌恢复结果适用于目的层沉积区古水系的恢复;而基于印模法的沉积区－剥蚀区一体化的古地貌恢复结果实现了剥蚀区、沉积区古水系的统一解释.沉积区－剥蚀区一体化的古地貌恢复弥补了基于沉积区古地貌的古水系恢复中难以判断"源－汇体系"中源区古水系分布及从源到汇古水系派生关系的局限性.      

陆相流域盆地沉积通量模拟及古地貌意义——以西藏尼玛地区为例

青藏高原新生代的地貌演变一直是国际地球科学研究的前沿领域和热点问题。目前对于高原中部新生代地貌演变及其动力学机制的认识仍旧存在较大的争议,并且通过不同研究手段得到的结论也存在较大不同。流域盆地内的沉积物不仅记录了其沉积场所的大地构造背景、古气候和古环境特征等重要信息,同时也记录了源区的剥露历史,以及整个流域盆地的时空展布、地貌演变、风化强度和沉积通量变化等重要的地表过程。高原中部至少在早中新世就已形成的内流水系为进一步认识高原地貌演化提供了可能。基于源—汇系统质量平衡原则,以高原中部新生代尼玛盆地及其物源区构成的陆相盆地源—汇系统为研究对象,以沉积通量数值模拟（BQART-MCS）为研究方法,尝试重建高原中部新生代晚期的地貌格局。模拟结果表明:只有在年均气温为2 ℃~10 ℃、最大地势为1~3 km、干旱—半干旱的地貌条件下,源区产生的碎屑物质总量才可以与汇区沉积物总量达到平衡。本项研究是深时沉积通量数值模拟方法（BQART-MCS）在青藏高原的首次尝试,为在陆相盆山源—汇系统开展沉积物定量研究提供了新的思路。     

碎屑岩沉积从源到汇的“物-坡”耦合效应*

碎屑岩沉积体系的三维展布特征及其成因机制是建立沉积模式与预测其砂体分布的关键,更是沉积学研究的关键性科学问题。国内外绝大多数学者认为其平面形态和剖面充填型式均与其沉积的地形坡度、粒度粗细有密切的联系,但其定量关系并不清楚。建立不同类型沉积体中粒度和坡度之间的定量关系,对于预测沉积体中不同颗粒的运动方式及其分布至关重要。应用“源-汇”系统研究的思路,分析了供源区、搬运(输送)区及汇积区各自的地质特点,从单向水流对不同质量颗粒在静止/运动中的受力分析与沉积前总体地形斜坡设定2个角度,系统分析、推导并模拟了不同碎屑颗粒在纵向剖面上的运动轨迹,其表现为随着设定的坡型呈抛物线变化,反映出沉积物输送营力的变换及其随坡度变化的响应特征。建立了陆相碎屑岩沉积体系纵向剖面的流速与坡度的计算方程,明确指出沉积物的流速或流态决定其沉积方式,阐述了汇积区碎屑颗粒的加积型式与沉积物分布上的总体规律,由此提出碎屑岩沉积体系的“物-坡”耦合效应及其主要内涵,并从多个维度与源-汇的各区段,阐述了“物-坡”耦合效应在各种沉积体系的沉积物类型及其空间形态特征上的地质响应。     

蒙古国塔木察格盆地塔南凹陷早白垩世构造古地貌控砂机制*

构造活动是源-汇系统中形成古地貌和砂分散体系的重要影响因素。塔木察格盆地塔南凹陷在早白垩世是一个典型的断陷湖盆,经历了多期幕式断陷活动,但同沉积构造活动及其配置所产生的古地貌对层序结构特征、沉积体系及砂体分布的控制作用仍不明确。文中以地震、测井、岩心资料为基础,以层序地层学理论和古地貌控砂理论为指导,建立了塔南凹陷下白垩统层序地层格架;结合断层活动性分析,阐明了不同类型古地貌对沉积体系和砂体分布的控制作用和规律。构造演化和沉积充填的综合研究表明: 受控盆主断裂的幕式断陷活动及同沉积断裂的差异断陷活动影响,塔南凹陷发育横向凸起和走向斜坡2种类型的构造调节带,这些构造调节带是水系入盆的通道,控制着盆地的主体物源方向、沉积体系类型与分布特征;根据断层的几何形态及发育部位,共识别出4种类型构造坡折带,分别是陡坡断崖型坡折带、陡坡断阶型坡折带、缓坡反向断阶型坡折带和盆内坡折带,它们各自控制了不同类型沉积体系的形成与分布;沉积物入盆后,沉积物分散体系和砂体的分布特征受同沉积断裂的组合样式控制,研究区共发育梳状断裂系、叉状断裂系和平行断裂系3种同沉积断裂平面组合;与构造调节带相对应的断裂坡折带低部位是大型储层砂体,特别是低位扇三角洲或盆底扇砂体发育的有利部位,是寻找砂岩油气藏的有利区带。研究成果对于深化断陷湖盆源-汇系统理论、指导断陷湖盆砂体分布预测具有重要的理论意义和实际价值。     

中国含煤岩系古地理及古环境演化研究进展*

随着含煤岩系沉积学从最初的旋回层理论到沉积模式,再到现阶段层序地层学理论的发展,中国学者已经在含煤岩系沉积学研究领域取得了显著的成果。(1)层序地层格架下基于可容空间增加速率与泥炭堆积速率之间平衡关系的厚煤层聚集模式受到重视,层序地层学提供了等时性地层单元,用于中国六大聚煤区等时性层序地层格架下岩相古地理的重建,为预测各聚煤期聚煤中心及富煤带的分布起到指导性作用。随着层序地层学理论的深入研究,煤相及沉积有机相的发育特征、研究方法以及划分方案也取得了新的进展。(2)近年来,煤系共伴生矿产已经成为当今煤地质学研究的热点问题之一,含煤盆地的煤层气、页岩气、天然气水合物、铀矿、三稀矿产、石墨等矿产资源具有重要的经济价值,部分共伴生矿产潜在的价值甚至超过煤炭本身。古地理作为研究煤系矿产资源的先决条件,与之联系密切,为这些矿产的研究和勘探提供极大的帮助。(3)煤作为泥炭地的产物和重要的沉积载体,其中蕴藏着丰富的“深时”古气候信息。以米兰科维奇旋回作为地层时间的“度量”工具,可以通过分析煤中碳的聚集速率,进而分析泥炭地的碳聚集速率、净初级生产力以及大气CO₂的变化趋势;而随着对煤中惰质组成因的重新认识,蕴含在煤中的古野火信息越来越受到重视,基于煤中惰质组的含量对地质历史中古泥炭地野火事件以及大气氧含量的估算也成为古环境研究的新方向。中国聚煤模式及聚煤古地理今后的研究需进一步加强对不同构造背景下含煤盆地的层序地层模式、各聚煤期的聚煤古地理及聚煤规律、有益煤系共伴生矿产的古地理重建、含煤岩系“深时”古气候信息以及大数据驱动下的含煤岩系古地理定量化研究等方面的探索。     

动态古地貌再造: Badlands软件在盆地分析中的应用*

近几年来的研究发现,当存在较强的构造活动时,古地理特征变化将会加快,而常规方法很难对这一构造活动过程中的古地理和古地貌进行有效的恢复和研究。Basin and Landscape Dynamics(Badlands)软件正是基于前人的研究工作而开发的一款数值模拟软件,用于模拟各种空间和时间尺度的地貌演化。它可用于研究地表演化过程、预测侵蚀和沉积速率并评估沉积物通量,从而实现对古地理和古地貌进行更为精细化的研究。笔者介绍了Badlands软件的基本原理和方法,并将此方法应用于东海陆架盆地南部中生代地貌及地质演化过程的研究: 首先利用研究区域内现有的地震剖面、测井、平衡剖面等资料获得中生代早期的古地形;再通过恢复的古地形构建数值模型,并加载降雨量、岩石侵蚀性、海平面变化、动力地形调整和地壳弹性层厚度等相关参数进行模拟研究,以分析强烈的构造运动对盆地地貌演化的影响;最后对比模拟结果与已知的中生代的地貌特征和沉积分布,并据此进一步分析中生代盆地演化过程中的沉积物分布规律以及三维古地理和古地貌演化特征。该方法可以为沉积盆地充填过程分析和能源矿产勘探提供有益的思路。     

鄂尔多斯盆地中东部奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系沉积特征与天然气成藏潜力

鄂尔多斯中东部地区奥陶系马家沟组发育巨厚的碳酸盐岩与膏盐岩交互的沉积体系,但对其沉积发育的规律性及其内部天然气成藏聚集的基本地质特征尚未形成明确的认识。通过对奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩体系形成时的构造与古地理背景、沉积特征、储层发育、烃源供给及圈闭聚集等方面的分析,形成新的观点与地质认识:(1)受盐洼周边古隆起影响,奥陶系碳酸盐岩-膏盐岩共生体系形成于与外部广海周期性隔绝的局限海蒸发环境,导致其岩性“相控”与“层控”分布特征极为显著;(2)首次提出“非层状沉积分异”的概念,并认为它是控制奥陶系内幕“溶孔型”储层发育的决定性因素;(3)受区域岩性相变及后期构造反转的控制,奥陶系盐下层系具有形成大区域分布的岩性圈闭体系的有利条件;(4)盐下层系虽自身的海相烃源岩生烃潜力有限,但由于燕山期东部构造抬升与西侧上古生界煤系烃源“供烃窗口”及膏盐封盖层区域性连续分布等要素密切配合,仍具有规模供烃、大区带成藏的潜力。     

南海北部古河流演变对欧亚大陆东南缘早新生代古地理再造的启示

欧亚大陆东南缘早新生代古地理演变包含了华南沿海中生代山脉的逐步消减与南海的逐步扩张形成等重大事件。南海北部始新统—下中新统“源-汇”路径研究发现,南海沉积物物源在该时期发生了巨大改变。在始新世和早渐新世,源自南海西部古隆起的“昆—莺—琼”河流系统向南海东部地区输送了大量沉积物,包括珠二坳陷在内的南海北部南侧大部分地区受南海西部物源的控制,仅在珠一坳陷接受来自华南大陆珠江的沉积物;晚渐新世,南海西部物源逐步被北部珠江物源取代;到早中新世,珠江来源沉积物全面越过番禺低凸起进入珠二坳陷,大量来自华南内陆的沉积物被珠江运输至南海盆地,“昆—莺—琼”古河流进一步萎缩,仅在南海西部琼东南盆地分布,并且由西向东沉积物源区昆嵩地块逐渐被海南岛取代。南海西部自晚中新世以来发育的中央峡谷正是该古河流的残余。南海新生代早期“昆—莺—琼”河流系统的发现及珠江演变过程的构建,对于深刻认识该地区新生代早期古地理特征、整个欧亚大陆东南缘的古地貌重建以及盆地的油气勘探均具有重要意义。     

陆相盆地河—湖沉积源—汇系统收支分析

源—汇系统分析已成为沉积学领域的研究热点,其中关键参数定量恢复是源—汇系统分析的重要内容。以柴北缘鱼卡地区中侏罗世发育的陆相盆地源—汇系统为例,通过支点法进行源—汇系统收支定量分析。首先识别干流河道沉积,测量或计算河道尺寸,进行粒度分析;然后计算瞬时满岸水流量及沉积物流量,结合古气候与流域分析,对年均沉积物量进行计算,得出在给定地层持续时间内输送的沉积物量;再对沉积区的沉积物量进行测量统计,并与计算出的沉积物量进行对比,分析源—汇系统收支状况。对柴北缘鱼卡地区中侏罗统石门沟组下部沉积的源—汇系统收支定量分析显示,目标研究层段河流沉积的干流满岸深度在3.1~3.3 m,河道宽度为69~77 m,流经了较缓的坡度（0.000 204 6~0.000 217 8）,流速一般为1.046~1.048 m/s,搬运了中—细砂为主的沉积物。该时期流域面积约为3 209.8~3 781.6 km2,流域长度介于177.8~196.2 km,满岸水流量为239.9~286.2 m3/s,满岸推移载荷流量为0.043~0.048 m3/s,满岸悬浮载荷流量范围为0.083~0.094 m3/s。基于现代类似河流的对比研究,计算出鱼卡地区干流年均沉积物搬运量介于158 862.4~179 242.3 m3,在层序S2所持续的2.2 Ma共向沉积区输入349.5~394.3 km3的沉积物,与沉积区所统计的沉积体积（322 km3）大致相符。河流沉积物输入体积的高值约为支点下游沉积区统计体积的1.22倍,如果这一分析结果准确,则表明存在一定程度的沉积物遗失现象,研究区局限发育的重力流沉积可能是沉积物遗失的主要方式。建立的收支模型可进一步推广应用于陆相河湖沉积组合的源—汇系统分析。