作者：（美） G.Shanmugam
出版社：石油工业出版社
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深水砂岩新论——— 成因、识别、触发机制与储层性质试读：
自序
本书是笔者之前著作《深水过程与相模式：对砂岩油气藏的意义》一书的延续。笔者在那本书和其他文章中，讨论了浊积岩相模式的弊端，并倡导砂质块体搬运沉积（SMTD）和底流改造砂岩（BCRS）作为深水储集相的重要性。尽管不久前这些观点还看似离经叛道，但近来日益成为“主流”。在推进这些新观点时，本书的主要目的是以岩石数据为基础，令读者信服SMTD和BCRS在石油地质中的重要性。现今解释深水砂岩大多是根据浊积岩和等深积岩相模式，本书是解决这一现象的良药。
在通过岩心和露头描述深水岩相时，50余年的从业经验为笔者检测岩石数据、获取深水海相和湖相复杂信息提供了机会。笔者曾任职于美孚石油公司（现为埃克森美孚）（1978—2000年），随后担任全球多家石油公司的顾问（2002—2010年），包括印度信诚工业有限公司（Reliance Industries Limited）、印度天然气公司、印度哈迪勘探生产公司（Hardy Exploration and Production）和中国石油勘探开发研究院。本书是笔者过去50年从业经验的总体反映，为了保持概念的一致性，重复了以前著作中的关键部分。
本书力图满足不同层次的需要，包括大专院校师生、科研人员和专业的石油地质家，但主要还是写给青年学生。因此，本书有以下几个特点：（1）采用了编号模式；（2）包括丰富的现代和古代实例插图；（3）针对长期存在的命名问题和概念问题提出了解决方案；（4）阐述新观点对油气藏观点的实际指导意义；（5）附有插图的概念、术语和方法的附录。为了反映在线刊物的高速增长，书中列出了相应的网站。本书包括367张插图和992条参考文献。
G.Shanmugam博士
E-mail:Shanshanmugam@aol.com
2011年8月2日
译者的话
随着全球油气资源需求的快速增长和陆上油气的日益减少，海洋油气资源的重要性越发凸显，其中深水油气勘探已成为海上油气勘探的热点和主要方向。1975年，Shell公司在美国密西西比峡谷水深约313m处发现Cognac油田，从而揭开了深水油气勘探的序幕。近些年世界深水油气勘探发展迅速。例如，在墨西哥湾的深水，仅2008年8就获得了15项深水发现，2002—2008年发现了超过66×10桶油当量。我国深水油气勘探还处于起步阶段，2006年Husky公司和中国海洋石油总公司在珠江口盆地1500m水深处发现了荔湾3-1深海天然气田，开启了我国深水油气勘探的序幕。
尽管全球深水砂岩油气藏有着巨大的经济意义，但其沉积成因仍有争议。自1950年Kuenen发表“浊流形成递变层理”一文以来，不断有学者提出新的深水沉积模式，其中最具影响的是Bouma的浊流模式和Normark的海底扇模式。随着深水沉积认识的不断深入，近年来不断有石油地质家开始质疑将所有深水砂岩都解释为浊积岩的做法。1994年美国石油地质家协会联合科罗拉多矿业学院、斯坦福大学、Exxon 公司等多家单位考察Ouachit山深水沉积剖面，并在AAPG撰文各抒己见，其中Shanmugam提出的砂质碎屑流概念引起了极大关注。国内学者对深水重力流研究也较多，但出于实用性考虑，研究多集中于沉积环境、相带划分与含油气性三个方面，而对深水砂岩的成因和流动机制研究涉及较少。我国广泛发育大型内陆湖盆，以往普遍认为湖盆中心只发育小规模浊积砂体。中国石油勘探开发研究院的科研人员受砂质碎屑流概念的启发，通过对中国重点盆地湖盆中心沉积的研究，认为湖盆中心可以形成大面积分布的砂质碎屑流，从而将鄂尔多斯盆地的勘探从湖盆边缘推进到了湖盆中心。
越来越多的地质家开始意识到传统浊积扇模式和相关的层序地层模式与复杂的深水体系现实不符。根据浊积岩模式，曾经在北海和南非打了一些干井，但因政治原因未被公开。基于勘探经济性的考虑，石油地质家们正在寻找比浊积岩相模式更有现实意义的替代模式来描述深水砂岩。
本书的目的是介绍关于深水砂岩的新认识、新观点，以35个研究实例（包括32个油气藏）、共计10000多米厚的岩心和露头的描述与解释为基础，力图使我们对深水砂岩沉积规律和分布模式有一个更加客观的认识。全书共分为四个部分，第一部分介绍深水的定义，指出传统浊流模式的缺陷；第二部分介绍砂质块体搬运沉积和底流改造砂岩的成因与识别方法；第三部分讨论深水沉积的触发机制，消除低位域控制深水砂岩沉积的神话；第四部分阐述深水砂岩油气藏的意义，并介绍全球典型的深水沉积实例。为便于深入探讨一些有争议的话题，本书还附有带插图的关键概念、术语和方法的附录。
砂质块体搬运沉积和底流改造砂岩在全球深水油气勘探的经济重要性正逐渐显现。为推动深水油气勘探的发展，普及和推广深水砂岩新观点、新方法，特将该书译为中文，供科研院所、高校和油公司专业人员参考。本书的翻译工作是在所有参与翻译、校译人员的共同努力下完成的，人员组成为中国石油勘探开发研究院四名从事石油地质学和储层沉积学研究的博士。自序、致谢由张志杰翻译；第1章、第2章、第3章由张志杰翻译，第4章由杨帆翻译，第5章由史艳丽翻译，第6章由杨帆、张志杰翻译，第7章和后记由王岚翻译，附录部分由张志杰、杨帆翻译。张志杰、杨帆对全书进行了系统的校对和统稿工作。本书的完成得到了中国石油勘探开发研究院邹才能副院长、地质所胡素云所长、张义杰书记及有关领导和专家的大力支持，在此表示衷心感谢！
由于水平有限，译文中错误和不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。
2013年6月
第1章 绪论
深水砂岩油气藏在21世纪仍然是石油工业的重要经济资产。例如，在墨西哥湾的深水，仅2008年就获得了15项深水发现（Nixon等，82009）。勘探钻井自2002年发现了超过66×10bbl油当量，是2005年报道的2倍。在生产方面，一些大型深水项目已经从勘探评价阶段过渡到生产阶段。如今，有近4000个在产的油气平台（图1.1）。自1996年开始，墨西哥湾北部的Lower Tertiary Trend共有17项深水发现（表1.1），其意义在于这17项发现不仅位于现今水深超过5000ft（1524m）的区域，还包括古代深水环境沉积的主要储层，如BAHA发现（Meyer等，2007）。图1.1 墨西哥湾北部近4000个在产油气平台位置图图片来自国家美国商务部海洋与大气管理局。http：//oceanexplorer.noaa.gov/explorations/06mexico/background/oil/media/platform_600.xhtml.2011年3月27日登录表1.1 墨西哥湾北部现今水深大于5000ft的17个发现列表（这些油气藏发现都与Lower Tertiary Trend有关）表1.1 墨西哥湾北部现今水深大于5000ft的17个发现列表（这些油气藏发现都与Lower Tertiary Trend有关）（续）-1数据来源：项目1和3～17——据Nixon等（2009）编制；项目2（Buckskin）——http：//www.chevron.com/news/press/release/？id=2009-05-05，2011年3月28日登录。a见Meyer等（2007）关于BAHA油藏的深水成因与Lower Tertiary Trend有关的论述。AC—Alaminos峡谷；KC—Keathley峡谷；LL—Llyod脊；WR—Walker脊。
尽管全球深水砂岩油气藏有着巨大的经济意义，但其成因仍有争议。Shanmugam在早期著作中就提出要试图解决这一沉积学困境（Shanmugam，2006a）。本书延续了这一目的，试图给出足够清晰的解释，来解决一贯盛行的将深水砂岩解释为浊积岩的根本问题，通过水下照片、侧向声呐扫描图像、速度测量、岩心和露头数据的系统文献编录，对现代海洋过程及其地质历史中的沉积物提供备选解释方案。
1.1 何为“深水”
何为“深水”？争议仍然很多，主要围绕在将古砂岩解释为深水成因（Mulder等，2009a；Higgs，2010；Muler等，2010）。对于石油地质家和钻井工程师来说，“深水”具有不同的含义。地质家所谓的深水是指地下油气藏的深水沉积成因，而钻井工程师则是指目的层的现今钻探深度，即使钻探目标是浅水沉积（见附录A中的“深水”）。
通常说来，“深水”是指水深大于200m范围的区域，向海方向为陆架坡折、陆坡、陆隆及海盆环境。然而，对“深水”水深的精确定义并未达成共识，Pickering等（1989）认为“深水”专指风暴浪底之下的环境。“风暴浪底”的深度并非恒定值，而是随热带气旋的风速变化而变化。气旋的最大持续风速从61km/h的“热带低气压”到超过249km/h的萨菲尔—辛普森暴风分级表的“5级飓风”（见附录A中的“热带气旋”）。一般而言，弱气旋期，风暴浪底在20～30m的水深范围，而在强气旋期，风暴浪底可能达到陆架坡折处或者更深（大于200m），使得沉积物可以搬运至陆架边缘之外（第5章）。也就是说，风暴浪底从20m至大于200m，并不是一个客观的标准。另外，丘状交错层理常被用作建立风暴浪底的标准，但其有效性仍有争议（Mulder等，2009a；Higgs，2010）。
墨西哥湾深、浅水的分界值为200～457m（Richardson等，2004）。美国内务部用“深水”和“超深水”分别表示水深超过1000ft（305m）和5000ft（1524m）（Nixon等，2009）。Gore（1992）认为陆架是水深小于180m的范围。西北非的大陆边缘，陆架坡折在100～110m之间的水深范围（Seibold和Hinz，1974）。Hesse和Schacht（2011）为了把海平面低位期的上陆坡沉积排除在外，将水深500m定义为深水。湖盆中可能没有很明显的陆架坡折，深水的定义标准就存在问题。要解决这些基本问题，建议遵守以下准则：（1）由于陆架边缘对大陆边缘沉积作用起着关键作用（Stanley和Moore，1983），建议将陆架边缘作为定义现代海洋深水环境的标准。实例有墨西哥湾（图1.2）、美国大西洋边缘（图1.3）和其他。然而，海底地形（图1.3）和水深的相应变化极其复杂、不可预知（图1.4）。陆架边缘在区别浅水和深水环境时，是有效的地貌学边界。这是因为浅水陆架环境以波浪作用和潮汐作用为主，而深水陆坡环境以重力驱动过程为主。虽然古地层中的绝对水深难以解释，但陆棚相和陆坡相是可以合理解释的。图1.2 墨西哥湾海洋测深与海底地形三维透视图“深水”用来表示陆架边缘向海方向的区域。墨西哥湾的详细地质资料见Antonie（1972）、Uchupi（1975）、Gore（1992）。图件来源：美国国家商务部，海洋与大气管理局。http：//oceanexplorer.noaa.gov/technology/tools/mapping/media/gis_gulf.xhtml.2011年3月27日登录图1.3 美国大西洋边缘陆架边缘和“深水”区域注意复杂的海底地形。“北纬31°30′横切面”的线从乔治亚海岸延伸到2000m水深（见图1.4海洋测深剖面图）。图件获SCDNR的P.Weinbach许可。图件来源：美国国家商务部，海洋与大气管理局。http：//oceanexplorer.noaa.gov/explorations/04etta/background/plan/media/sig.xhtml.2011年3月27日登录图1.4 “北纬31°30′横切面”海洋测深剖面图（剖面位置见图1.3）该横切面是NOAA“河口到深海：沿北纬31°30′勘探”考察（2004年8月20至9月1日）的一部分。目的是运用各种抽样程序，将剖面延伸到水深2000m范围（首席专家：George Sedberry）。注意：陆架边缘位于剖面上深度约100m的位置。海底由于诸如查理斯敦凸起之类的海底浅滩而极不规则。查理斯敦凸起使墨西哥暖流发生偏转，形成涡流。图件来源：美国国家商务部，海洋与大气管理局。http：//oceanexplorer.noaa.gov/explorations/04etta/background/plan/media/profiles.xhtml.2011年3月27日登录（2）陆架边缘标志有其局限性。首先，类似于印度尼西亚海地区，一系列复杂航道连接了浅海和深海，并因印度尼西亚径流（Indonesian Throughflow，ITF）和潮汐能量耗散作用复杂化（Gordon等，2010），在相应的古代地层中很难区分陆棚相和陆坡相（参见第4章4.8.5部分）。其次，在海底峡谷环境中，陆架边缘标志不适用，因为陆架坡折在海底峡谷内并不存在。峡谷作为单一环境实体，自河口至峡谷水深不断增加（如扎伊尔峡谷和西非，参见第4章4.7.1部分），不存在陆棚相和陆坡相。但在峡谷之外，陆架坡折是两大主要海底区域（即陆棚和陆坡）的重要地貌学边界（Vanney和Stanley，1983）。大多峡谷充填沉积由块体搬运沉积（Mass-Transport Deposit，简称MTD）和潮汐沉积组成，分别相当于深水相和浅水相（Shanmugam，2003）。（3）现代白令海（图1.5）的陆架坡折在水深150～175m之间（Carlson和Karl，1988）。白令海边缘的意义在于它包含了世界上最3大的海底峡谷，体积为5800km的物质从陆架被搬运到陆坡（Carlson和Karl，1988）。1400km长的白令海陆坡向南延伸到阿留申（Aleutian）群岛，向北到西伯利亚边缘（图1.5）。陡峭的白令海陆坡平均坡度为5°，分隔了东部浅水（水深小于150m）白令陆架和西部深水（水深大于3600m）的阿留申盆地。南部地震多发的阿留申海沟（图1.6）使得情况更加复杂化。在此复杂背景下，深水相和浅水相有可能发生严重变形，从而形成砂岩侵入体（第6章6.8部分）。图1.5 南阿拉斯加海岸地形模式包括阿拉斯加湾、白令海、阿留申群岛和安克雷奇市。主要海底峡谷（那瓦林斯基（Navarinsky）、珍珠（Zhemchug）、普里比洛夫（Pribilof）和白令峡谷）的大概位置依据Carlson和Kail（1988）。该地形模式根据多种原始数据而建立，数据来源于美国国家地球物理数据中心、美国国家海洋服务处（National Ocean Service）、美国地质调查局、美国国家航空空间管理局和其他美国国家办事机构。图件来源：Lim，E.，B.W.Eakins，和R.Wigley，南阿拉斯加海岸地形模式，国家地球物理数据中心，NESDIS，美国海洋与大气管理局，2009。http：//www.ngdc.noaa.gov/mgg/coastal/s_alaska.xhtml.2011年3月31日登录（4）一般而言，深水相通过岩石中的物理、生物和化学参数加以区分（Rich，1950；Krumbein和Sloss，1963；Benedict和Walker，1978；Shanmugam和Benedict，1983）。地层层位（Krumbein和Sloss，1963；Shanmugam，1978；Shanmugam和Walker，1978）和相组合（Reading，2001）通常用于推断古沉积环境。尽管各种同位素也用于重建古气候和古海洋环流，但并不揭示水深信息。（5）由于墨西哥湾（McAdoo等，2000）和美国大西洋边缘（Twichell等，2009）及其他现代深水陆坡环境都是以MTD为特征，所以在岩石记录中水下MTD为优势相可以用作解释古深水海洋环境的标志。图1.6 沿南阿拉斯加海岸地形模式中阿留申海沟及附近地区的地震点分布图本图为2011年6月24日发生的阿留申群岛中福克斯（Fox）群岛7.3级地震的海啸预警001号公报中的一部分。注意震中位于珍珠峡谷附近。http：//ptwc.weather.gov/ptwc/？region=1&id=pacific.2011.06.23.032024&msg.2011年7月8日登录（6）大多湖相盆地是地势平缓的浅水环境，但也有以块体搬运沉积物为主的高陡地形的深水湖相环境（Link和Osborne，1978）。在全球最深的贝加尔湖（最大水深1637m），水深675m处取得的岩心显示为砂质滑塌沉积（Charlet等，2005）。在北美俄勒冈的全球第二深的火山口（Crater）湖（622m），大陆坡脚裙以块体搬运过程沉积的粗粒相为特征，块体搬运过程包括岩崩、滑坡、滑塌、颗粒流、碎屑流（Nelson等，1986）。因此，MTD的存在也是解释古深水湖相的合理标志。
1.2 有缺陷的“浊流模式”
浊流模式在过去60年里已颇具影响（图1.7）。然而，该模式存在缺陷，该模式的建立大部分是靠古岩石记录中得来的相模式（如“鲍马序列”，见附录A），而不是基于现代海洋中“浊流”的经验数据。不同的浊流模式曾深入地质家的脑海，使他们认为各种深水砂岩都可以解释为或曾经解释为某种浊积岩（图1.8）。浊流模式影响如此之深，即使是碎屑流沉积物也被称为浊积岩（图1.9）。由于浊积相模式和相关的思维倾向，野外地质的基本原则（即保持观察与解释的区别），也不再被秉持（Shanmugam，1997a）。Mulder（2011）最近的书中就有一个这样的浊积岩思维倾向极端实例。Mulder（2011）再次使用了Shanmugam的一幅插图（图1.10）来说明理想浊积岩16分的可能性。有趣的是，Shanmugam绘制此图是对比Lowe（1982）、Bouma（1962）、Stow和Shanmugam（1980）三种浊积相模式，以说明理想浊积岩应由16个部分组成（图1.10）。其目的是想说明在同一地层中将浊积岩相模式分为16段的荒谬，因为没有人在地质记录中或水槽实验中记录过这一现象！但Mulder（2011）完全忽略了该图的原始意图。图1.7 浊积岩相模式历史简图注意深水研究不同阶段的不同观点。Walker（1973）和Stow（1985）认为在1950年和1983年达到了Kuhn（1996）科学发展阶段论的正统科学阶段。Shanmugam坚决主张目前仍处于危机阶段。据Shanmugam（2002），获Elsevier复制许可图1.8 公开发表的实例汇编所有深水沉积物，无论其原始沉积结构如何，都被解释为某种类型的“浊积岩”。左边一列为发表实例的不同岩相和相关特征。中间一列为原作者解释的沉积过程。右侧一列为原作者给出的浊积岩解释。Shanmugam增加了块状砂岩、波纹状砂岩、无粒序泥岩的岩相图，以及流体流变学、流动状态及沉积物负载性质等附加信息（中间一列中括弧里的内容）。注意：正递变砂岩和反递变砂岩都曾被解释为浊积岩。据Shanmugam（1997a），获Elsevier复制许可图1.9 “浊积岩”的两种定义Sanders（1965）将浊积岩定义为浊流的特有沉积物。Mutti等（1999）定义为所有沉积物重力流的沉积物，包括浊流、液化流、碎屑流和颗粒流的沉积物都是浊积岩。本书沿用了Sanders（1965）的定义。据Shanmugam（2002a），获Elsevier复制许可图1.10 粗粒浊积岩、经典浊积岩和细粒浊积岩纵向相模式对比粗粒浊积岩相模式以Lowe（1982）为代表，经典浊积岩相模式即众所周知的鲍马序列，细粒浊积岩相模式由Stow和Shanmugam（1980）提出。此对比模式包括理想上的、并不现实的16个浊积岩小层（详见文字部分）。Lowe（1982）将粗粒浊积岩中S3小层对应鲍马序列中的Ta。Pickering等（1989）对经典浊积岩和细粒浊积岩的多种划分方案进行了对比。据Shanmugam（2000），获Elsevier复制许可
在浊流模式的影响下，地质家习惯将厚层（大于1m）深水砂岩解释为浊积岩（Bouma，1962；Mutti，1992），如上更新统浊积砂岩层厚57m（Normark和Reid，2003），再如意大利中新统Marnoso-Arenacea浊积砂层厚3～9m（Ricci Lucchi，1981）。这些实例的意义在于，在地质历史中，大型砂质浊流或许可以在陆架坡折附近被激发，运移数百千米，跨过海底扇（Mutti和Ricci Lucchi，1972；Mutti，1992）和海底平原（Ricci Lucchi和Valmori，1980）沉积为厚层浊砂岩。然而，浊流模式最大的问题在于，没有人在现代海洋中通过纵向沉积物浓度剖面和粒度测量记录过砾质浊流或砂质浊流的经验数据；也没有任何人在水槽实验中再现可以在悬浮状态下携带粗砂和砾的紊态浊流。
砂质浊流经验数据的不足。有文章声称直接对现代浊流进行了测量，但这些文章中呈现的数据不足以服人。要陈述这些遗留问题，这里先给出浊流及其沉积物（即，浊积岩）的定义。以下浊流及其沉积物狭义解释是必要的，以保持其原始含义，防止偏离到怪异类型，如滑塌浊流（Dzulynski等，1959）、地震浊流（Mutti等，1984a）、巨浊流（Labaume等，1987）、非典型浊流（Stanley等，1978）和高密度浊流（Lowe，1982）等。这些所谓的浊流类型在现代海洋中从未被记录过。只有一种浊流，其特征如下：（1）浊流是一种遵循牛顿流变学的、紊态的沉积物重力流，其沉积物靠流体紊流支撑，沉积作用以悬浮沉降方式发生（Kuenen和Migliorini，1950；Dott，1963；Sanders，1965；Middleton和Hampton，1973；Shanmugam，1996a，2006a）。（2）浊流主要以悬浮方式搬运细粒沉积物（大部分是泥和粉砂）。所谓的粗粒浊流是谬论，在现代海洋中未有证实。（3）浊流是灾变性（Middleton，1993）急流事件，无法达到水动力平衡（Allen，1973）。（4）浊流是不稳定的非均质流（Allen，1985）。（5）当浊流速率随时间降低时（见附录A中的“衰减流”），沉积作用发生，从而形成正递变（图1.11）。正递变不应该包括漂浮碎屑（见附录A中的“正递变”）。Middleton和Hampton（1973）将浊积岩中的正递变归因于初始紊流衰减和浊流末端搬运能力的下降。
使用以上这些主要的概念定义，来检验以下关于现代浊流的声明：（1）Heezen和Ewing（1952）根据1929年加拿大纽芬兰（New Foundland）海上7.2级（Fine等，2005）的大浅滩地震（图1.12），认为高速浊流可能造成海底电缆向海方向依次折断。将电缆折断与浊流相关联的关键证据是左慕（Sohm）深海平原的1m厚的全新统递变砂岩（Heezen等，1954）。尽管Shepard（1954）对此假说存有怀疑，但这种观点仍广为流传（Piper等，1988；Fine等，2005）。但该假说并不成立，原因如下：
① 所有电缆在主震发生后大约13h内折断（图1.13）。但浊积砂沉积的时间与1929年11月18日地震发生时间并不一致。如此精确的相关性是不可能的，因为目前的放射性碳测年法不能测定砂层侵位在某一天的具体时间。完全可以认为浊积砂层可能是早在1929年11月18日地震发生之前就已经沉积。图1.11 具有底突变接触、正递变层理和顶渐变接触的浊积单元岩心照片箭头表示底部细粒砂岩（浅灰色）向上渐变为近顶部泥岩（深灰色）的正递变组合。注意：这些薄层在地震上无法识别出来。赤道几内亚上新统Zafiro油田。据Shanmugam（2006a），获Elsevier复制许可图1.12 1929年大浅滩地震图图示了大浅滩地震在加拿大纽芬兰的震中位置、震中附近的滑塌带、海底电缆折断的位置和时间（主震后的时间单位，min）和浊积砂岩的范围（Fruth，1965）。据Piper等（1988），获GSA（美国地质学会）复制许可
② Piper等（1999，文献中图16、图17）认为，地震发生之后，旋转滑塌流转化为碎屑流，进一步转化为浊流，使电缆折断。在该模式中，浊流是电缆折断的唯一原因，在滑塌为主的近源区和浊流为主的远源区都是如此[图1.13（A）]。流态的转化是复杂的渐近现象，可能发生在沉积物流长期搬运过程中。Fisher（1983）提出沉积物重力流转化的四种类型：体转化、重力转化、表面转化和淘洗转化。但是，没有客观的沉积学标志来识别岩石记录中流动转化的类型（Shanmugam，2006a）。Piper等（1999）未提供任何关于浊流中流动转化的实际证据。没有实际证据，很难想象发生在震中周围的两种流体的快速转化（即，从滑塌到碎屑流的转化和从碎屑流到浊流的转化）。另外一种解释是地震震动（见第5章5.2.1部分）、断层运动和3合计200km的巨大滑塌（Bornhold等，2003；Fine等，2005）可以在震中附近轻易地瞬间折断电缆，而不是浊流[图1.13（B）]。图1.13 1929年大浅滩地震及相关的电缆折断的剖面概要图图示了大浅滩地震的震中位置、陆坡和陆隆。（A）原有模式，认为浊流是所有海底电缆折断的根本原因（Heezen和Ewing，1952；Piper等，1999）。震中、滑塌带、测深数据和电缆折断时效的详细资料见图1.12。（B）建议的替代模式，地震震动和相关的滑动、滑塌造成近源区电缆瞬间折断，而碎屑流造成了远源区的电缆折断。图件据Piper等（1988）的资料绘制
③ 将正递变浊积砂岩作为支持电缆被浊流折断的主要依据的做法比较牵强。因为浊流的正递变形成于流动衰减的条件下，衰减流的强度不足以冲断电缆。
④ 另一种解释是，穿过该区域的碎屑流（Piper等，1999）可以轻易地冲断电缆。碎屑流假说的优势在于碎屑流具有很高的沉积物浓度（见第2章）。具高沉积物浓度（即流动强度）的碎屑流比浊流具有更高的冲断电缆的强度。碎屑流也可以快速流动。圣海伦火山在1980年5月18日喷发时引发的陆上碎屑流的速率估计高达70m/s（Voight等，1983）。海底碎屑流的高速率估计值有14m/s（Elverhøi等，2000）、16m/s（Imran等，2001）和30m/s（De Blasio等，2004）。这些速率估计值与1929年浊流19m/s的估计值相当或者更高（Piper等，1988）。
基于以上原因，震中附近的电缆可能是由于地震震动和相关的滑动和滑塌瞬间折断，其他地区的电缆则是被碎屑流折断[图1.13（B）]。重要的是，没有经验数据记录电缆是被浊流还是被碎屑流折断。（2）在20世纪70年代，现代浊流经验数据的缺乏，归因于对浊流强度足以破坏海底仪器的认识（Inman等，1976）。这种想法一部分是基于1964年的一项研究，强大的沿峡谷向下的事件不仅使直径2.5cm的钢杆变形90°（图1.14），而且造成了加利福尼亚斯克利普斯（Scripps）海底峡谷测流计的丢失（Inman等，1976）。当潜水员发现仪器时，钢杆向峡谷弯曲，平行于峡谷壁，自由端指向峡谷下倾方向。Inman等（1976）相信，弯曲的钢杆是重要证据，以证明使砂和藻类顺峡谷运动的浊流具有很高的强度。1968年11月24日，测到速率为190cm/s的持续流，并持续2.5h。Inman等认为稳定高速事件是浊流。但持续的高流速并非定义浊流的标准（前面已经讨论过）。因此，没有经验数据证明浊流是造成钢杆变形的根本原因。另一种解释是，造成钢杆变形的“事件”也可以是碎屑流。事实上，Zakeri等（2008）用实验证明了非牛顿流体的海底碎屑流完全可以折断管道。2005年，墨西哥湾外陆架的5级飓风Katrina破坏了46个石油平台，另有20个平台受损（MMS，2006）。Katrina引发的泥流至少破坏了6段管线（Alvarado，2006）。图1.14 因强大的顺峡谷“事件”而变形的2.5cm直径钢杆“事件”发生在1964年4月24日，加利福尼亚斯克利普斯（Scripps）海底峡谷。测流计丢失，钢杆发生90°弯曲，并平行于峡谷壁。据Inman等（1976），获Annual Reviews复制许可（3）Hay等（1982）宣称，他们应用远程声学探测的地球物理方法，在现代环境中识别出了浊流。然而，这种技术并不能解决浊流的紊流态或牛顿流变学问题。重要的是，Hay等（1982）并未提供沉积物浓度或粒度方面的任何数据。（4）Dengler和Wilde（1987）发表了题为“陡坡上的浊流：岩崩型数字模型在海洋热能转换上的应用”的论文，在第411页，Dengler和Wilde阐述道：“1982年11月23日，飓风Iwa通过期间，一系列滑塌和（或）浊流事件发生时，在夏威夷Oahu的Kahe Point放置的为海洋热能转换研究而设的沿管线的流动传感锚沿斜坡向下发生了位移……”问题依然是该事件到底是滑塌还是浊流，仍然没有直接证据。（5）Normark（1989）发表了题为“苏必利尔湖（Superior Lake）的Reserve扇水道中浊流的观测参数”的文章，但这并非自然事件，而是Reserve矿业（公司）在苏必利尔湖北岸作业时倾倒铁燧石矿渣（即，从母岩中提取低级铁的副产品）的人为事件。重要的是，Normark（1989）没有记录到流动的紊流态和牛顿流变学特征。在沉积岩心中也没有正递变发育。简言之，这些人造流是否浊流仍未可知。由于环境条例已禁止向苏必利尔湖倾倒矿渣，因此，不可能再证明这些流动的属性。（6）Hay等（1982）和Prior等（1987）报道的现代峡湾的浊流中，Middleton（1993）断定这些水流强度很弱，比地质家关注的水流更为连续。此外，Middleton（1993，P98～99）观察到现代湖泊中的水流相对连续、相对低速、相对低密度，这意味着这些湖流与深水浊流不同。在评价Dengler等（1984）提出的高速（3m/s）浊流时，Middleton（1993，P100）评论说：“……根本没有直接测量流动厚度，或如此强流在纵向上的速率和沉积物浓度。”（7）Khripounoff等（2003）发表题为“扎伊尔水深4000m的海底峡谷强浊流活动的直接观测”一文。文中将浊流的识别标准确定为高粒子通量和121.4cm/s的最大实测速率。但未提供纵向上的粒度变化、沉积物浓度变化的关键数据。而速率并非浊流的定义标准。（8）Parson等（2003，P839）宣称：“事实上，我们（JDP）有人（通过遥控潜水器）亲自观察了伊尔（Eel）峡谷中内波再悬浮作用的稀释浊流。”但作者未提供关于确定为浊流沉积物浓度的任何信息，也没有提供再悬浮作用的雷诺数信息。（9）Xu等（2004）发表了题为“浊流中速率结构的原地测量”。他们记录了四个事件，其中一个是通过倾倒造成的“人造”事件，倾倒物质来自加利福尼亚蒙特里（Monterey）峡谷源头的摩斯兰丁（Moss Landing）港附近。另三个自然事件沉积物浓度值小于1kg/3m。海水中“高密度”流（近似为浊流）的沉积物浓度必须达到340kg/m（Mulder和Syvitski，1995；Imran和Syvitski，2000），比蒙特里（Monterey）峡谷测量值高了一个数量级。尽管Xu等（2004，文献中图3）提供了四个事件的纵向速率剖面，但并未提供任何纵向上的粒度变化和沉积物浓度变化剖面。（10）Mulder等（2003）将高密度流的适用范围从浅水（三角洲）环境扩展到深水（陆坡和深海盆地）环境。但在现代海洋中，没有经验证据表明砾和砂从河口被直接搬运到深海盆地。浅水泥质高密度流不能与深水砂质浊流相混淆。（11）Crookshanks和Gilbert（2008）发表了“育空（Yukon）（加拿大）地区库鲁阿尼（Kluane）湖中连续的、每日波动的浊流”一文。作者没有在流体流变学和流态方面对浊流进行定义。Lambert等（1976）测量了瑞士湖的高密度底流速率，但在文中他们谨慎地避免了使用“浊流”。
总之，没有基于对现代海洋中砂质浊流的直接监测而得到的经验数据。在上述所有例子中，“浊流”用于很多实例，毫无科学的严谨。河流泛滥而形成的稀释泥流在湖中卸载，不能等同于砂质浊流。尽管缺乏现代海洋中自然砂质浊流的经验数据，砂质浊积岩却是古地层记录中最常见的解释相（Lowe，1982；Bouma等，1985；Mutti，1992；Reading和Richrads，1994）。如果古海洋真的砂质浊流泛滥，那么在现代海洋中也应该随处可见。如果砂质浊流在自然界中无处不在，人们应该很容易就监测到，就像河流一样（Morisawa，1968）。但现实却是砂质浊流在现代海洋中如同隐形。这种截然不同的现象是不是意味着将今论古原理不成立呢？答案是绝对成立！现代砂质浊流经验数据的缺乏仅说明这样的浊流并不是重要的自然过程。岩石记录中普遍存在的砂质浊积岩仅是人造的假象。但这些问题从未威胁到浊积岩爱好者们将惯用的浊流模式不断推进（Mutti等，2009；Mulder，2011；Sepm Strata，2011）。
1.3 新观点：砂质块体搬运沉积（SMTD）和底流改造砂岩（BCRS）
尽管在早期试图理解复杂的深水环境时，有必要建立简单的浊流模式（Kuenen，1950a；Kuenen和Migliorini，1950；Bouma，1962，1983，1984；Bouma和Brouwer，1964；Mutti和Ricci Lucchi，1972；Piper，1978；Stow和Shanmugam，1980；Lowe，1982；Mutti和Normark，1987；Mutti，1977，1979，1985，1992；Shanmugam和Moiola，1988；Vail等，1991），但这些模式如今已不适用（Shanmugam等，1985，1988a，1995a，b，c；Shanmugam，1990b，1996a，1997a，2000，2007，2008a，b，2009a；Normark，1991；Shanmugam和Moiola，1995）。甚至在20世纪60年代，一些重实效的石油地质家就开始怀疑所有深海砂岩都解释为浊积岩的教条主义（Hsü，2008）。浊积岩以富泥岩相为主，从储层角度来看，浊积岩并不重要（Pettijohn，1957；Sanders和Friedman，1997）。
过去60年浊积岩泛滥的情况正在改观，浊积岩正在被砂质块体搬运沉积（SMTD）和底流改造砂岩（BCRS）等新观点所替代（Shanmugam，2011a）。这些观点是通过对现代海洋中的过程和沉积物合理的直接观测建立起来的。
1.3.1 直接观测
与难以捕获的砂质浊流形成鲜明对比的是，砂质块体搬运过程广为记录，现代海底峡谷（Dill，1964，1966；Shepard和Dill，1966；Shepard等，1969）（表1.2）、海底扇朵叶（Gardner等，1996）和开阔陆隆（USGS，1994）的直接观测和水下照片中都有记录。表1.2 现代海底峡谷的直接观测和水下照片记录表1.2 现代海底峡谷的直接观测和水下照片记录（续）-1表1.2 现代海底峡谷的直接观测和水下照片记录（续）-2表1.2 现代海底峡谷的直接观测和水下照片记录（续）-3表1.2 现代海底峡谷的直接观测和水下照片记录（续）-4a根据原文中的描述和照片信息，建议用“砂质碎屑流”或“砂质滑动”。这些文章中有些发表于Hampton（1972）提出砂质碎屑流概念之前。b Shanmugam在其他地方陈述了与“高密度浊流（HDTC）”有关的概念问题和实际问题（Shanmugam，1996a）。（1）海沟中深40m的梯级砂流向下到达巴·加利福尼亚的圣卢卡斯（San Lucas）峡谷（图1.15）。有人在该区观测到运移速率0.2节（约11cm/s）的砂质流（Shepard和Dill，1966，P107）。这些纯砂流（砂质流）极易在岩石记录中形成厚层块状砂岩，以海底峡谷环境中的SMTD为代表。（2）R.F.Dill在加利福尼亚的拉由拉（La Jolla）峡谷深1070m处，拍摄到块状砂岩中孤立漂砾形成的半固结峡谷壁棱角块状沉积物（图1.16）。Shepard等（1969，P394）将此过程描述为：“……相对坚硬的黏土块显然是逐渐向下滑到海底，在界面之上30cm或更向上的范围内可见。”在岩石记录中，该岩相可以解释为砂质滑动或砂质碎屑流。图1.15 巴·加利福尼亚从深40m海沟流入圣卢卡斯峡谷的梯级砂流水下照片这样的纯砂流将在岩石记录中形成块状砂层，照片自R.F.Dill，据Shepard和Dill（1966），Rand Mcnally&Campany图1.16 块状砂岩中孤立漂砾形成的半固结峡谷壁棱角块水下照片加利福尼亚拉由拉峡谷深1070m处，中间的棱角块宽60cm。照片自R.F.Dill，据Shepard（1969），获AAPG复制及进一步应用许可（3）R.F.Dill在巴·加利福尼亚的洛费来勒斯（Los Frailes）峡谷底部拍摄到块状砂质基岩中的圆石砾囊（图1.17），砾石直径达15cm。在岩石记录中，此含漂浮砾石的砂质岩相可以解释为砂质碎屑流岩。（4）在记录一个活动砂流中的漂浮岩石碎屑时（图1.18），Shepard和Dill（1966，P110）写道：“……直径达6in（15cm）的岩石碎屑在流砂中像漂流一样被携带而来。”该岩相易形成含悬浮岩屑的厚层块状砂岩层，以海底峡谷环境中砂质碎屑流岩为代表（参见第3章3.4部分）。（5）R.F.Dill在巴·加利福尼亚深29m的洛费来勒斯峡谷一个主干峡谷内拍摄到一个小型海底扇（图1.19）。与陆上冲积扇相比（McPherson等，1987），该海底扇主要由块体搬运过程形成，本例中的块体搬运过程为砂流（即砂质碎屑流）。这些小型砂质碎屑流扇不应被误认为是大型泥质浊积扇。图1.17 块状砂质基岩中的圆石砾囊水下照片巴·加利福尼亚的洛费来勒斯峡谷深130m处，圆砾石直径达15cm。照片自R.F.Dill，据Shepard和Dill（1966），Rand Mcnally&Campany图1.18 向下的粗砂流中漂浮岩石碎屑（箭头所指）水下照片巴·加利福尼亚的圣卢卡斯峡谷深270m处，岩石碎屑直径达15cm。坡度25°～30°。照片自R.F.Dill，据Shepard和Dill（1966），RandMcnally&Campany（6）Paul等（2005）记录了加利福尼亚蒙特里（Monterey）峡谷的谷底，发育有含漂浮粗砾和中砾的纯净块状砂（砂质碎屑流岩）（参见第7章7.1部分）。（7）TOBI（拖曳洋底仪器）侧向扫描声呐调查显示，在蒙特里（Monterey）扇的最新沉积朵叶上发育众多漂砾，漂砾直径20m或更大[图1.20（A）]。漂砾既有孤立发育，也有群状发育（Gardner等，1996）；共发现492个漂砾。群状发育的漂砾呈定向发育，与被解释为沉积物搬运流模式的反向散射方向近似[图1.20（B）]。Gardner等将其解释为大型块体搬运流的沉积物。从蒙特里（Monterey）扇取得的岩心也在砂中发现漂浮的粉砂岩碎屑（Lee等，1996；文献中图13.11）。该岩相可以解释为砂质碎屑流沉积。图1.19 小型海底扇水下照片巴·加利福尼亚的洛费来勒斯峡谷一个主干峡谷深29m处，该扇由砂流的沉积作用形成。照片自R.F.Dill，据Shepard和Dill（1966），Rand Mcnally&Campany。也见Dill（1964）图1.20 物搬运流的模式声谱图中的箭头表示声透射方向（即，声呐照度）。据Gardner等（1996，文献中图12—17），图件发表于剑桥大学出版社，不受美国版权法限制，获J.V.Gardner复制许可（8）在美国东部陆架边缘的哈德逊（Hudson）峡谷西南部，USGS（1994）记录了碎屑流的证据。1989年RV Alvin Dive2163项目期间拍摄的水下照片显示，在新泽西和纽约海上（39°N，73°W）的陆隆2485m水深处发育直径约2m的漂砾。后来在纽约Bight海上的Alvin Dive项目中也多次观测到这样的漂砾（Hanselman和Ryan，1983；Rawson和Ryan，1983；Ryan和Farre，1983）。这些始新统泥岩漂砾从坡脚到陆隆12～45km都能被观测到。在距坡脚11km的陆隆上部发现了半固结泥岩中含较小的粗砾（直径10cm）。显然，这些漂砾是坡上的沉积物失稳，造成的碎屑流和相关块体搬运过程顺坡向下搬运几十千米后沉积下来的产物（图1.21）。图1.21 1989年RV Alvin Dive 2163观察到的漂砾水下照片新泽西和纽约海上陆隆，水深2485m。据USGS（1994）（9）与现代块体搬运过程类似，全球各地均有现代底流的文字记载，有直接流速测量，也有沉积物水下照片（Heezen和Hollister，1971；Pequgnat，1972；Howe和Humphrey，1995；Howe，2008）。Shepard和Dill（1966）在巴·加利福尼亚的圣卢卡斯峡谷观测到的干涉状不对称波痕，指示为潮汐成因的逆峡谷流（图1.22）测得的流速为0.4节（21cm/s）。图1.22 细粒云母砂岩中干涉状的不对称波痕水下照片不对称波痕表明为潮汐成因的逆峡谷流。巴·加利福尼亚的圣卢卡斯峡谷，水深270m。流速0.4节（21cm/s）。照片由R.F.Dill拍摄。据Shepard和Dill（1996），Rand Mcnally&Campany
尽管在现代海洋中直接观测到这些块体搬运过程，但这些概念的认可度和在古记录中的应用仍进展缓慢。自从Hampton（1972）提出砂质碎屑流概念以来，早期在岩石记录中应用砂质碎屑流岩概念仅是个别现象（Hiscott和Middleton，1979）。但最近20年，此概念迎来了强劲势头（Nemec，1990；Shanmugam，1996a，1997a，2002a，
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