林暢松

[中國地質大學(北京) 海洋學院，北京 100083]

盆地沉積充填的特征、分布、形成演化及控制因素研究是沉積盆地分析的基本內容，也是沉積地質資源，特別是油氣資源預測和勘探的重要基礎。盆地的地層結構、沉積構成特征和演化是各種控制因素，包括地球內、外動力地質作用的綜合結果。Matthews[1]較早就提出了地層動力學(dynamic stratigraphy)的概念，注重對盆地地層形成的動力學過程的研究。Allen[2]把對盆地成因地層的識別和解釋的研究稱為“過程地層學”(process stratigraphy)。這里提到的“盆地沉積動力學”分析，強調了從盆地形成演化的動力學背景出發(fā)，研究盆地的沉積充填特征與形成過程的響應關系及控制機制。這是盆地動力學分析的一個重要的組成部分[3-4]。盆地的沉積過程和演化是地球表層動力學演化的直接響應。因此，盆地沉積動力學分析是地球動力學研究的一項重要內容。

近一二十年來，圍繞著盆地沉積充填動力學分析的研究取得了一系列重要進展，如基于盆地形成和演化動力學背景的盆地沉積模式、構造地層學或構造沉積學，層序地層學或成因地層學，以及從沉積物分散體系到“源-匯”系統(tǒng)等方面的研究，都取得令人矚目的進展，產生了許多新的概念、新的理論和技術方法，成為當前沉積盆地分析及油氣地質勘探等領域的研究熱點。這些研究進展概括起來主要體現(xiàn)在下列幾個方面：①盆地沉積充填的層序結構、沉積體系(域)構成演化與響應機制研究；②盆地的構造沉積學分析；③源-匯系統(tǒng)與沉積物分散體系研究；④盆地沉積充填過程的動力學模擬等。值得指出，越來越多的研究表明，簡單地套用經典的地質“模式”已困擾了地質學的深入研究，也難以解釋不斷深入研究所遇到的各種地質現(xiàn)象。以“地質動力學過程”為主導的研究思想，已被廣泛接受。

盆地沉積動力學分析是一個涉及多學科、極其廣泛的研究領域。本文擬圍繞這一領域，結合作者多年的研究和國內外的相關進展，對盆地沉積充填動力學分析的一些相關的概念和理論進展作討論，重點闡述盆地的層序結構、沉積充填樣式及演化等的控制作用或過程響應分析的理論和分析方法。

1 盆地地層結構、沉積構成與過程響應

1.1 層序單元與盆地的等時地層格架

盆地的沉積充填可看作是由一系列不同級別、不同規(guī)模的地質界面所分隔的沉積地質體或沉積旋回所組成的。這些沉積體或地層單元的幾何形態(tài)、組合關系和界面特征，是構造作用引起的盆地沉降和隆升、沉積物的供給和分散過程以及沉積基準面變化等的綜合作用結果。源于被動大陸邊緣盆地的層序地層學經歷了近40年的發(fā)展，已成為較為完善的劃分地層單元和建立等時地層格架的理論和方法[5]，盡管推進層序地層模式的標準化還有較多爭論，包括層序界面、沉積體系域的劃分和術語等問題[6]。以不整合面及其對應的整合面來劃分高級別的層序地層單元(一至三級)；而在相對整合的基本層序或三級層序內主要依據水進界面(?；蚝好?劃分次一級的地層單元(四、五級)或體系域，這已取得了廣泛的共識(圖1)。

圖1 沉積層序內部地層結構(沉積成因單元和體系域)(a)和南海北部陸架邊緣第四系沉積層序內部結構分析(b)Fig.1 Depositional sequence stratigraphic architecture (depositional genetic units and systems tracts)(a) and the sequence architecture of the Quaternary at the northern margin of continental shelf in the South China Sea(b)NR.正常水退沉積；FR.強制性水退沉積；TR.水進沉積；AD.垂向加積沉積；HST.高位體系域；TST.水進體系域；LST.低位體系域；FSST.海退體系域；MFS.最大洪泛面；DPF.三角洲平原-近端前緣沉積；DDF.遠端三角洲前緣沉積；PD.前三角洲沉積；SM.斜坡泥質 沉積；IC.下切水道充填；SED.陸架邊緣三角洲沉積；SSD.斜坡滑塌-泥石流沉積；SLF.斜坡扇(水道)充填

沉積盆地充填中，高級別的地層單元，如巨層序(一級)和超層序(二級)常常是由區(qū)域性的構造不整合面為界，因而也稱“構造層序”，可在盆地中跨不同構造帶對比，包括在古隆起、古斜坡及坳陷帶上的追蹤對比。這種界面往往也是重要的海退面或氣候突變面，有些可能具有全球對比意義。在構造演化復雜的大型沉積盆地或疊合盆地中，這些界面常常分隔著盆地不同構造演化階段或不同原型盆地的沉積充填。追蹤這些界面建立的盆地區(qū)域性等時地層格架，對揭示盆地的地質結構特征極其重要，可為盆地構造-古地理再造、油氣聚集區(qū)帶和勘探戰(zhàn)略性研究等提供宏觀的等時地層對比基礎。中等尺度的地層單元，即層序或沉積層序(三級)是由局部不整合(盆地的邊緣或相對隆起帶)及其對應的整合面(如水進-水退轉換面、沉積相突變面等)所限定的一個較完整的沉積旋回所組成，是盆內可以追蹤對比的基本的等時地層單元。追蹤這一級別的地層單元建立的層序地層格架為沉積體系和沉積相分析等提供地層對比框架。層序內低級別的地層單元主要是依據水進面等劃分和追蹤對比的，如四、五級的層序地層單元(沉積旋回)和體系域等。重點劃分和追蹤這些地層單元所建立的地層格架可稱之為高精度的層序地層格架[7]。在盆地內重點區(qū)帶建立這種精細的地層對比格架，可為沉積體系和沉積相以及儲集體等的精細研究提供基礎。高精度層序地層格架的建立需要依賴于測井、露頭、巖心等資料的綜合分析，特別是高分辨三維地震資料和密集的鉆井控制。

盆地的沉積充填序列一般都可劃分出5個與沉積旋回相對應的層序地層單元，但不同盆地、不同地質年代的沉積層序有較大的差異[8]。盡管許多學者提出過不少有關層序級別及其時限的劃分方案，但在層序的時限范圍上是很不統(tǒng)一的。另外，各級層序單元界面的絕對年齡和層序的時限范圍往往是難以確定的。因此，在實際的研究中可采用兩級的層序劃分方案，即復合層序(composite sequence)和層序(sequence)。前者是由區(qū)域性的不整合面所限定的；而后者則是次一級的、由局部的不整合面及其對應的整合面所限定的。復合層序可以看作是一個二級層序，其內可劃分出若干層序。復合層序一般構成總體從水進到水退的沉積序列(succession)或層序組(sequence sets)，因此也存在一個最大的水進期。層序作為一個基本的地層單元，其內部構成最明顯的特征是可劃分出一定范圍內可追蹤對比的各種沉積體系域或沉積成因單元。這種劃分方法得到了較為廣泛的使用[9-12]。當層序的界面年齡得到約束時，則可建立等時的年代-層序地層格架。如在南海北部大陸邊緣盆地的層序界面由于得到連續(xù)的海相超微鈣化石帶、有孔蟲化石帶以及連續(xù)取心井的古地磁絕對年齡，可建立精度達0.5～1.0 Ma的年代-層序地層格架[12-13]。作為層序界面的不整合規(guī)模和分布范圍，有時可對層序的級次作定性的界定。如盆地范圍分布的角度不整合常常構成一級層序界面或原型盆地沉積充填的頂、底界面；盆地區(qū)域上分布的角度或微角度不整合多構成二級層序界面；而盆地邊緣或局部分布的微角度或平行不整合往往是三級層序的限定界面。海侵面或海泛面的規(guī)模、分布范圍同樣也是各級沉積旋回、體系域單元界定的重要標志。

盆地充填序列中不同級別的地層不整合、海侵或水進界面的構造、氣候的高分辨沉積記錄及其跨構造域的對比，是當前盆地分析和沉積地質學研究的一個前緣性課題。在高頻沉積旋回與Milankeweichi氣候周期的關系方面的研究取得了許多重要的進展，并為高頻沉積旋回的地層定年提供了重要手段。

1.2 沉積體系域與成因沉積單元

沉積體系域是指同一時期發(fā)育的、在成因上有聯(lián)系的沉積體系的組合[14]。在經典的層序地層模式中，沉積體系域的概念被予以了解釋的含義，用于描述一個沉積層序內、形成于海平面、處于相對低位、海侵或高位期的沉積體系組合。圍繞沉積層序內體系域的劃分，一直存在較多的爭論，這也促進了研究的深入。目前，一般可依據相對海平面變化(沉積基準面變化)劃分出低位體系域、水進或海侵體系域、下降體系域以及高位體系域[15-17]。然而，持爭議的一些學者認為最初依據海平面變化劃分沉積體系域的方法，已成為了一種把解釋與描述相混淆的“行業(yè)術語”廣泛使用，有礙于沉積層序內部構成的深入研究。為此，一些學者提出依據地層的疊置結構樣式劃分層序內的沉積單元，如“沉積成因類型”(genetic types of deposits)、“可容納空間序列”(accommodation succession)[6,9]或應用“坡折點軌跡”(trajectory)等分析層序內的沉積體系。

盆地沉積充填中的沉積旋回結構主要表現(xiàn)在水退-水進演變序列中形成的地層疊置樣式的變化上。沉積層序內依據地層疊置樣式可劃分出“正常水退”(normal regressive deposits)、“強制性水退”(forced regressive deposits)、“水進”(transgressive deposits)及“垂向加積”(aggradational deposits)等成因沉積單元(圖1)。這種依據地層疊置樣式進行層序內沉積成因單元的劃分，被認為比低位、水進和高位等依據沉積基準面變化的劃分方法更為客觀，也可能是推進層序地層標準化的努力方向[6]。Neal 和Abreu等也提出了相似的分析方法[9]，即依據可容納空間與沉積物供給量的比值變化導致的前積、退積和加積等地層疊置樣式劃分層序內沉積體系組合或沉積單元，把相對應于低位、水進和高位-下降體系域的沉積充填劃分為“前積-加積沉積”、“退積沉積”及“加積-前積-下降沉積”，并認為可應用于不同尺度的可容納空間序列，以避免層序的級次難以確定和資料分辨率變化所帶來的困擾。然而，依據沉積基準面變化劃分體系域的方法仍然是廣泛接受和使用的方法。沉積成因單元、可容納空間變化及坡折軌跡等分析可作為層序內部結構更進一步的精細解剖。

對于湖泊沉積層序的體系域劃分同樣可依據湖平面變化劃分出低位、水進、高位及下降體系域[10,18]。湖盆中的物源方向多變，沉積相構成復雜，受地形、地貌及局部構造影響明顯，層序內的沉積體系域構成和時空分布顯得更為復雜。在湖盆沉積序列中區(qū)分低位域和水進體系域一般是困難的，因為初始湖泛面的確定往往缺少地貌參照。作者曾在構造較活動的陸相盆地中提出過構造坡折帶的概念，由于斷裂等構造活動可形成盆地斜坡邊緣與盆地洼陷區(qū)的地貌坡折帶，在盆地發(fā)育演化的一定階段控制著重要的沉積環(huán)境和地貌分界，構成了低位域識別的重要地貌標志[19-20]。構造(斷裂)坡折帶的概念在我國得到了廣泛的應用，文后有進一步的討論。

在層序地層格架中，沉積體系的沉積構成特征隨沉積基準面升降變化的研究也頗為人們所關注。這在含油氣盆地分析中涉及到了有利儲層的精確預測。如三角洲體系的成因類型可按河流的類型及河流與波浪和潮汐作用的相對強弱等劃分[21-24]；但三角洲體系在沉積基準面的升降旋回中還受到水體深度和發(fā)育部位的地貌變化等的明顯影響[25-29]，如在高水位體系域中三角洲體系可經歷從高水位早期的灣頭三角洲、中期的內陸架-陸架(淺水)三角洲到晚期的外陸架-陸架邊緣三角洲的演化。在水進體系域中，多發(fā)育受波浪或潮汐改造的三角洲體系[27，30]。另外，各個體系域中，看來都可發(fā)育斜坡扇或盆底扇[31-32]，但相對富砂的斜坡扇或盆底扇常與陸架邊緣三角洲體系的發(fā)育有關。研究表明，推進到陸架邊緣的三角洲前緣與大陸邊緣斜坡復合可形成高角度前積體，沿這種斜坡易發(fā)生大規(guī)模的滑塌作用或發(fā)育下切谷，這為富砂的斜坡或盆底扇的發(fā)育提供了條件[12,29]。陸架邊緣三角洲體系推進到陸架邊緣主要與海平面的下降有關，但大量的沉積物供給也是發(fā)育廣泛分布的陸架邊緣三角洲體系的重要條件。近期的一些研究還表明，氣候條件(如季風、暖室和冰室氣候等)對物源供給具有重要影響，從而對陸架邊緣三角洲體系的發(fā)育演化產生重要的影響[12,30,33]。

1.3 前積體-坡折帶與坡折點遷移軌跡

近年來有關斜坡前積體(clinoform)和坡折點遷移軌跡(trajectory)分析方法引起了人們的關注。前積體或前積層事實上是較早就被注意到的沉積單元。20世紀70—80年代發(fā)展起來的地震地層學研究中，前積體被作為一種地震相單元進行過詳細的描述和研究[34]。然而，把前積體作為一種重要的沉積地貌單元，研究其地層幾何形態(tài)，追蹤其發(fā)育演化與層序結構、沉積成因類型等的關系，則是近些年來才得到廣泛關注的。

盆地沉積充填中發(fā)育的前積體按其成因可劃分為濱岸或三角洲前積體、水下三角洲前積體、陸架邊緣前積體以及大陸邊緣前積體等類型[35]。相應地形成有濱岸或三角洲前緣坡折帶、水下三角洲坡折帶、陸架邊緣坡折帶以及大陸邊緣坡折帶等。濱岸坡折帶和陸架邊緣坡折帶是對沉積地貌、沉積相及沉積過程變化具有重要意義的地貌單元。前者構成陸相的河流、沖積平原與濱、淺海沉積-地貌區(qū)的分界；后者則分隔著以牽引流沉積為主的淺海陸架區(qū)與以重力流沉積為主的陸架邊緣斜坡-深海平原沉積地貌區(qū)。它們還是從大陸物源區(qū)到深海盆地“源-匯”系統(tǒng)中最重要的沉積物輸送樞紐帶。陸架內的濱岸-三角洲前緣坡折帶前積體形成的水深一般小于200 m，Steel 和 Olsen認為陸架內的三角洲前緣前積體一般為數十米或小于150 m[36]。大陸斜坡邊緣坡折帶前積體形成的水深一般大于200 m，直至1 000～2 000 m。但在海平面明顯下降時可能接近海平面，此時三角洲可推進到陸架邊緣形成陸架邊緣三角洲體系。在陸架內一些特殊的條件下，如高能的背景下，在三角洲前緣以外可發(fā)育水下三角洲前積體(subaqueous delta clinoform)，多由細粒沉積物所組成，厚度可達數百米[37-39]。

追蹤濱岸(線)和陸架邊緣地貌坡折點遷移軌跡可客觀地描述沉積體系隨時間的遷移變化，揭示伴隨著地貌坡折點遷移的沉積作用和沉積物或沉積相的變化。國際上圍繞這一科學問題開展過多次學術討論會。通過追蹤坡折點遷移軌跡分析層序內的沉積體系會比僅僅是依賴沉積體系域分析層序的方法要明顯優(yōu)越。這種分析方法是在一個連續(xù)的水進或水退過程中對沉積體系進行分析的，而不是把沉積體系劃分成孤立的沉積體系域進行分析，因而可更細致地分析沉積過程的響應關系。濱岸或陸架邊緣坡折點遷移軌跡可劃分為“上行水退”(ascending regressive)、“下行水退”(descending regressive)、“水進”(transgressive)和“靜止”(stationary)等類型[40](圖1)。不同沉積成因單元的遷移軌跡變化對沉積相帶的發(fā)育和保存具有明顯的影響。如具有高角度濱岸遷移軌跡的上行水退沉積具有明顯加厚的沉積相帶，缺少橫向、廣泛的侵蝕面，有利于濱岸沉積體系的保存；相反，具有低角度的下行水退沉積則沉積相帶變窄或缺失，有利于發(fā)育廣泛的侵蝕面，而不利于濱岸沉積體系的保存。上行的大陸斜坡坡折軌跡常常伴生著較厚的濱岸舌狀體沉積，缺少侵蝕面，輸送到深水盆地的沉積物少；而下行的大陸斜坡坡折軌跡預示著較薄的濱岸沉積，存在明顯的侵蝕面，大量沉積物可能輸送到深水盆地形成盆底扇體系。最近，Paumard對澳大利亞西北部大陸架邊緣的沉積充填研究識別出5種地層的疊置樣式[41]，揭示了從裂陷末期到裂后早期構造沉降、海平面變化以及沉積物供給變化對陸架邊緣沉積充填演化的控制作用。在南海被動大陸邊緣的研究表明，沉積層序內的成因沉積結構所反映的沉積基準面旋回變化并不是呈單一趨勢勻速變化的，如在海侵體系域中可包含有海退沉積，而在高位域中可發(fā)育水進沉積，岸線遷移軌跡在各個體系域中顯示出多種樣式的變化。識別這些變化顯然有利于對層序內沉積體系和沉積相的時空分布作出精確的預測。

1.4 沉積層序發(fā)育演化的控制因素

盆地的沉積充填特征和演化是各種盆地過程，包括盆地構造作用、海-湖平面變化、氣候變化、物源供給變化、各種搬運作用及水-盆地動能綜合作用的結果。但盆地的沉積充填演化首先受到盆地構造作用的總體控制。盆地的形成、演化到最后的衰亡是構造沉降到抬升的結果。不同成因的盆地具有不同的構造成因，也具有不同的沉積充填模式。盆地中區(qū)域性的沉積旋回往往是多期次或多旋回性地球表層構造作用的響應。因此，盆地充填中高級別的一、二級層序的形成多與區(qū)域性構造升降作用有關，層序界面往往是構造作用產生的構造不整合面或古構造運動面。從全球構造體制上，大陸板塊的裂解、海底擴張、板塊的聚合和造山作用等被看作是導致巨旋回或超旋回(一、二級層序)的沉積基準面或海平面變化的主要原因。這些區(qū)域性構造過程可導致大區(qū)域的沉降或隆升，引起盆地或洋盆體積和形態(tài)的明顯變化，對沉積基準面或海平面區(qū)域性長周期的變化產生重要影響；而區(qū)域板塊構造軌道驅動作用和盆地構造的脈沖作用等也可導致中、高頻的旋回變化[42]。在構造相對活動的盆地中，構造沉降速率的變化往往是沉積基準面或盆地基底升降的最重要的控制因素，因此也是可容納空間的最直接的控制因素[10,12]。由于盆地的構造-古地理及氣候背景是隨盆地的演化而不斷變化的，不同盆地演化階段的沉積充填樣式或沉積體系域配置等也隨之發(fā)生變化，這導致了層序地層模式的多樣化。因此，層序地層模式的建立，必須考慮盆地不同構造演化階段的構造格架和構造作用。如在裂陷湖盆形成的初期，以發(fā)育沖積-淺湖盆型沉積層序為特征；裂陷中期，盆內斷裂和次級凹陷連通，發(fā)育半深湖-深湖盆層序；裂后晚期，盆地沉降減慢，主要發(fā)育沖積-淺湖盆型層序[10-11](圖2)。近年來，對我國南海北部被動大陸邊緣盆地的研究表明，從裂陷的不同裂陷幕的沉積層序，到裂陷與漂移過渡期的破裂層序、漂移期(裂后晚期)層序及后海底擴張期層序等構造-沉積演化階段發(fā)育的沉積層序均具有明顯不同的沉積體系域模式[12,43]。在漸新世末破裂期形成的破裂層序，顯示出一個區(qū)域性的水進-水退旋回，并以發(fā)育大規(guī)模的陸架邊緣三角洲為特征[12](圖2)。這種破裂層序大體上可與大西洋的破裂層序相類比[44]。同沉積構造作用和構造古地貌等對層序發(fā)育的控制作用，在文后將進一步討論。

自Vail等試圖以全球性海平面變化周期來解釋沉積層序發(fā)育機制以來[5]，已經歷了近半個世紀的探討和爭論。海平面變化的研究一直在進行并不斷取得新的進展[45]。盡管全球海平面變化仍然是一個廣泛關注的科學問題，對于沉積層序或沉積旋回的制約因素更多是考慮其與相對海平面變化的聯(lián)系。不同區(qū)域或盆地中的海平面變化記錄受到了構造作用的疊加；同時，沉積物的供給變化還會導致局部地區(qū)海侵-海退的變化。研究表明，低級別的層序或高頻沉積旋回往往與Haq等[45]建立的全球海平面變化周期有較好的可對比性，表明它們的形成受到了全球海平面變化的控制；而高級別或區(qū)域性的沉積旋回或復合層序常常受到了構造抬升或沉降作用的疊加或控制。如對塔里木盆地奧陶紀碳酸鹽巖臺地的層序地層和海平面變化研究及對南海被動大陸邊緣盆地晚漸新世以來的沉積層序研究均表明，三級和部分四級層序所反映的沉積旋回與Haq的海平面變化周期基本可以對比，而復合層序(3～10 Ma)明顯受到構造沉降速率變化的制約[11,46]。另外，對于湖盆來說，湖平面變化對沉積相的分布和沉積旋回具有與海平面相似的控制機制。許多湖盆的沉積旋回變化都顯示出較穩(wěn)定的湖平面變化周期。但湖平面的變化相對要復雜，高頻的旋回變化不穩(wěn)定。在進行高頻湖泊層序對比時，必須在較多鉆井和高分辨地震資料的約束下進行。湖平面變化是否受到海平面變化的影響或存在聯(lián)系，還存在爭議。難以獲得層序界面的精確定年使得這一問題目前還不能解決。

圖2 (a)斷陷湖盆沉積充填樣式及物源和斷裂坡折帶(構造古地貌)對沉積物分散體系的控制示意圖；(b)以南海北部大陸邊緣為例建立的破裂層序的沉積模式及其形成背景(據林暢松等修改，2004，2018)Fig.2 (a) Schematic diagram showing the sedimentary filling pattern of lacustrine fault depression basin and the control of provenances and fault slope breakzone (tectonic palaeogeomorphology) on sediment dispersal systems;(b) the sedimentary pattern and forming setting of the breaking sequences—a case study of the northern margin of the continental shelf in South China Sea (modified after Lin Changsong,et al.,2004,2018)

氣候變化是海或湖平面變化的重要控制因素。全球氣候變化可引起冰蓋的消長，從而導致海水體積和海平面的變化。由于湖泊受氣候變化的影響遠比海洋大，湖面變化的頻率可能比海平面變化的頻率還高，幅度也很大。米蘭科維奇天文周期變化引起的地球日照量的周期性變化，被認為是引起氣候高頻周期性變化的重要因素。這種周期性的氣候變化引起極地冰蓋層的消長，從而導致海水體積和海平面的周期性變化。許多海或湖盆沉積中識別出的四級(0.08～0.5 Ma)和五級(0.03～0.08 Ma)高頻沉積旋回，被認為與米蘭科維奇天文氣候周期變化有關。這方面的研究已成為國際地質研究的一個熱點，并不斷取得許多重要的進展。

2 沉積物分散體系與源-匯系統(tǒng)分析

沉積盆地分析一直重視對盆地沉積物來源、搬運及沉積過程的研究。在最早的盆地分析經典著作《盆地與古流分析》中就強調了盆地研究中沉積物搬運古水流方向分析的重要性[47]。Galloway把相當于沉積體系域的成因地層單元看作是同一時期沉積物分散體系的沉積[48]。沉積物分散體系(sediment dispersal systems)是指盆地中沉積物被搬運、分散和堆積的路徑及過程，也就是說沉積體系中沉積物的搬運和堆積過程。沉積物注入盆地后，其搬運路徑或分散過程是極其復雜的，與盆地古構造、古地貌及盆內的沉積動能等因素密切相關。在某一特定沉積體系域形成期，沉積物分散體系的格局受控于盆地的構造作用、?；蚝矫孀兓虺练e基準面變化[17]。

盡管沉積盆地分析一直重視對沉積物源及分散體系的研究，但從來沒有像今天這樣深刻認識到從“源”到“匯”整個系統(tǒng)的研究對揭示地球表層演化歷史的重要性?！霸?匯系統(tǒng)”把從物源區(qū)形成的物源最終搬運到深海盆地沉積下來的整個過程作為地球表層的動力學系統(tǒng)加以研究。許多重大的國際地球科學計劃設立了有關源-匯系統(tǒng)的長期性研究計劃。如美國國家自然科學基金會和聯(lián)合海洋學協(xié)會組織的“大陸邊緣科學計劃(Margins Program Science Plans 2004)”，把從造山帶到深海的源-匯系統(tǒng)列為地球科學的一個重要的研究領域。源-匯系統(tǒng)中保存下來的地質信息，是沉積物從物源區(qū)到最終沉積區(qū)整個地球表層動力學過程的記錄，也是巖石圈深部與地球表層物理、化學、生物及氣候條件等相互作用的結果。因此，源-匯系統(tǒng)的研究是地球動力學系統(tǒng)研究的重要組成部分?，F(xiàn)代高精度的測試技術、高分辨率的地球物理探測及模擬技術使概念性的理論分析變成可行的工作思路和研究方案?！霸?匯系統(tǒng)”的研究將深刻影響地球動力學研究的發(fā)展趨勢和方向。

2.1 源-匯系統(tǒng)的類型、規(guī)模與地貌構成

從剝蝕區(qū)形成的物源，包括風化剝落的顆粒沉積物和溶解物，搬運到沉積區(qū)或匯水盆地中最終沉積下來，這一過程被稱之為源-匯系統(tǒng)[49-50]。地球表層事實上存在著不同類型、不同規(guī)模的“源-匯系統(tǒng)”，具有特定的剝蝕和沉積地貌的構成特征。

現(xiàn)今從大陸到深海平原的源-匯系統(tǒng)構成地球表面一級的源-匯系統(tǒng)。這一源-匯系統(tǒng)包括了從匯水(剝蝕)區(qū)、沖積-濱海平原區(qū)、淺海陸架區(qū)、大陸斜坡區(qū)及深海盆地區(qū)等多個區(qū)域性的剝蝕-沉積地貌單元(圖3)。源-匯系統(tǒng)分析需要對這些不同的地貌區(qū)帶發(fā)育的地形、水道或溝谷地貌以及沉積體系開展定量或半定量的描述，探討包括物理、生物和化學作用的剝蝕、搬運及沉積的動力學過程并進行過程模擬分析[50-51]。

圖3 從物源區(qū)到深水盆地低水位期(a)和高水位期(b)的源-匯系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic map showing the “Source-to-Sink” systems from drainage area to deepwater basin during highstand(b) and lowstand(a) periods

許多陸內大型湖盆周邊為造山帶或長期隆起區(qū)所圍限，也存在一個從物源區(qū)、沖積平原到濱-淺湖、最后為深湖的多級地貌單元組成的源-匯系統(tǒng)[52](圖2a)。在我國中、新生代以來發(fā)育了許多大型陸內湖盆。這些盆地周邊物源區(qū)的形成與陸內的造山作用、斷塊隆升或古老隆起區(qū)的隆升作用等有關。盆地的類型和構造背景決定著盆地地貌和源-匯系統(tǒng)的基本特征。如陸內前陸盆地、斷陷盆地等構造活動盆地，其物源體系近且方向多、匯水盆地相對小、沉積物類型多且對氣候變化響應敏感；而大型的內陸坳陷盆地，物源體系相對穩(wěn)定、沉積相帶寬、水系發(fā)育且氣候變化對沉積旋回影響十分明顯。構造活動性、氣候條件及湖平面變化等共同控制著不同地貌帶和沉積相帶的發(fā)育及寬、窄的變化[52]。

從剝蝕區(qū)到大陸邊緣、盆地深水區(qū)的“源-匯”系統(tǒng)概念事實上是一個理想化的、總體上的“源-匯”概念，而忽視了盆地內或次一級的源-匯關系或沉積物搬運、分散過程與沉積體系發(fā)育的關系。后者研究恰恰是對沉積環(huán)境或沉積相、沉積砂體分布預測的關鍵。首先，盆地可能接受來自不同匯水區(qū)的沉積物供給。如在中國東部的中、新生代斷陷盆地中，都發(fā)育有盆地陡坡背景的橫向的近物源體系、盆地軸向的遠源體系以及盆地緩坡背景的近源或遠源體系，分別形成陡坡沖積扇或扇三角洲沉積體系、緩坡的河流-河流三角洲體相帶及軸向或縱向的河流三角洲體體系，盆地中部的深湖濁積體系可接受多方向的物源供給。在海洋盆地中，同樣存在不同的源-匯體系，Schattner 和Lazar 等[53]在研究地中海東部的源-匯系統(tǒng)時劃分出“主要的軸向源-匯系統(tǒng)”和“次要的軸向源-匯系統(tǒng)”，橫向的洋流活動可提供這些源-匯體系之間的次級的物源。這些源-匯系統(tǒng)對海平面變化的響應是不同的，受到構造、地貌等明顯影響。事實上，各類盆地都具有相當復雜的物源-沉積物分散-沉積充填系統(tǒng)。

盆地沉積充填中，沉積物分散體系(搬運通道，如河道、重力流水道等)及其沉積體的源-匯關系可看作是更次一級的“源-匯系統(tǒng)”。如山間溝道與沖積扇或扇三角洲、分流河道與三角洲朵體、大陸斜坡邊緣下切峽谷與斜坡扇或海底扇等的源-匯關系。追蹤沉積物搬運通道及其沉積體在含油氣盆地的有利儲集砂體的分布預測具有重要意義。具有高分辨率的地震地貌和地震沉積學分析技術為這些研究提供了新的有效手段。在我國含油氣盆地的分析中，儲層沉積學者較早就注意到了“源、溝、扇”成因關系的分析并應用于砂巖油氣藏的預測中。在這些盆地的沉積充填研究中還深刻地認識到，同沉積構造、特別是同沉積斷裂活動對沉積物分散路徑及其最終的沉積充填和分布等具有重要控制作用[20]。

2.2 剝蝕區(qū)地貌與物源分析

從沉積記錄追索母巖性質、來源及物源區(qū)的構造事件或背景，已有很長的研究歷史。沉積物源的性質、供給量變化等與物源區(qū)的母巖組成、構造作用及氣候條件等密切相關。山區(qū)的剝蝕地貌是由構造運動與氣候驅動的剝蝕動力學過程所決定的。造山帶的構造作用具有強大的破壞力，構造的擠壓、碰撞或構造-熱隆升導致巖層的破壞、崩塌，可產生大量的沉積物源；風化、侵蝕又在很大程度上依賴于氣候因素。長期的剝蝕作用把剝蝕區(qū)雕刻成縱橫交錯的山谷地貌。在地質記錄中恢復古剝蝕區(qū)地貌是極其困難的。被淹沒的古隆起的頂面形態(tài)是一個最終的、殘余的狀態(tài)。高分辨的三維地震數據為這項研究提供了較可靠的手段。當前，國際上廣泛開展對現(xiàn)代剝蝕作用及其與沉積物形成的關系及制約因素等的研究。這不僅對認識近代環(huán)境變化有重要意義，也有助于對古代剝蝕過程和物源條件的分析和類比。

沉積層(巖)的巖礦組分和礦物巖石地球化學等被廣泛用于判別物源的構造背景和母巖性質[54-55]，如Dickinson的物源三角圖解，當前仍然是物源性質及物源區(qū)背景分析最有用的方法之一。重礦物組合類型和穩(wěn)定系數是分析母巖性質和來源方向的重要依據。這些方法使用簡便，但常常提供有關物源母巖及構造背景分析的重要信息。氣候條件對物源區(qū)的影響已開展過不少的研究，但試圖從沉積巖特征上完整提取物源區(qū)的氣候信息，還任重道遠。近些年來，一些地球化學分析方法在物源區(qū)分析中的應用發(fā)展迅猛，如碎屑鋯石年代分析[56-57]，可提供物源的精確定年和構造背景的信息，是當前國際上的研究熱點。物源的供給量取決于物源區(qū)的剝蝕速度和匯水面積，而供給量的變化對盆地的沉積充填具有十分重要的控制作用。值得指出，從源于剝蝕區(qū)的沉積物可能經歷了多次的沉積、剝蝕再搬運、再沉積的過程。部分沉積物最終堆積到深水盆地，部分可能沉積到盆地的其他部位。河流的再沖刷作用，各種洋流、波浪、滑塌和重力流等的再搬運和再沉積作用，使得沉積物源的追蹤分析變得十分復雜。

2.3 斜坡溝谷地貌與斜坡扇、盆底扇體系

盆地中的坡折帶是最易形成下切溝谷和重力滑塌再搬運的地貌帶。陸架邊緣斜坡或坡折帶是從陸架區(qū)向深海區(qū)過渡的地貌突變帶[58]。由于這一區(qū)帶是形成重要油氣藏的有利區(qū)帶，長期以來還受到石油地質研究和油氣工業(yè)勘探的高度重視。在相對高水位期，來自剝蝕區(qū)的沉積物主要堆積于廣闊的陸架區(qū)；而在低水位期，沉積物越過大陸斜坡邊緣坡折帶搬運到下斜坡至深海平原堆積(圖3)。因此，該帶是淺海陸架區(qū)與深海盆地之間的物源輸送的樞紐帶，成為源-匯系統(tǒng)研究的一個重點區(qū)。陸架坡折帶下切溝谷、峽谷的發(fā)育和重力滑塌等與斜坡扇或海底扇體系發(fā)育的關系是研究的一個聚焦點。在我國南海珠江口盆地，大量地震、鉆井資料的綜合研究表明，陸架邊緣三角洲體系與前三角洲斜坡-陸架邊緣的富砂斜坡扇沉積具有密切的源-匯關系[12]。源于大陸邊緣斜坡泥質的上斜坡滑塌或溝谷化侵蝕的物源形成以泥質為主的斜坡扇，斜坡溝谷在海平面上升期主要由泥質沉積物所充填。深切陸架斜坡并延伸到深海區(qū)的一些大型海底峽谷的發(fā)育，不僅與海平面的下降有關，也可能與物源區(qū)的構造強烈隆升有聯(lián)系。如在瓊東南盆地上新世以來發(fā)育的大型下切溝道-海底扇體的研究發(fā)現(xiàn)，大量的物源供給與河流的源頭區(qū)，即青藏高原的隆升有關[10]。

有些斜坡水道的沉積充填具有單向遷移的特點，成為一種特定的、由海洋底流與重力流聯(lián)合作用的斜坡水道沉積模式。最為壯觀的這類斜坡水道體系是發(fā)育在我國南海北部晚中新世以來的斜坡溝道體系[12,43,59]。這些溝谷的寬窄不一，幾百米到千余米；單個水道為“V”型，并呈側向或斜向多個水道疊置?！癡”型斜坡溝谷主要源于外陸架-上斜坡區(qū)，被認為主要是在海平面處于低水位期形成的重力流水道，而水道主要是由沿斜坡走向的底流形成的前積層充填的。這種由底流沿橫向搬運細粒沉積物充填重力流在低水位期侵蝕形成的斜坡水道，在被重力流水道侵蝕順坡搬運沉積物供給斜坡扇或海底扇堆積，形成了一種特殊的源-匯體系。顯然，揭示不同源-匯系統(tǒng)的形成演化的控制機制，即構造、氣候及海-湖平面變化等因素相互作用的地表地球動力過程的約束，是建立具有預測或類比意義的源-匯模式的關鍵。

2.4 盆內古隆起的局部源-匯系統(tǒng)

盆內古隆起發(fā)育期遭受剝蝕可提供盆地充填的局部物源。識別古隆起及其伴生的物源體系，對正確恢復盆地古地貌和古地理再造十分重要。近年來，在對渤海灣盆地的研究揭示了與盆內古隆起有關的源-匯過程。在同裂陷期，廣泛發(fā)育有盆內古隆起或斷隆構造，不同古隆起形成多方向的、近距離的源-匯體系。依據不同的古隆起物源與相應的沉積體系，可劃分出盆內不同古隆起的源-匯體系。古隆起邊緣的同沉積斷裂或構造古地貌特征對沉積物分散體系、層序結構及砂體分布具有重要的控制作用。裂后期，盆內的古隆起被逐漸淹沒和超覆，隨著這一過程被超覆于盆內的局部物源形成的砂質沉積體系，具有良好的成藏條件，油氣勘探已證實可形成十分重要的油氣藏。對大型的、經歷了長期地質演化和多期構造變革的沉積盆地或疊合盆地，盆內常常發(fā)育有多個古隆起，它們遭受剝蝕形成的源-匯系統(tǒng)的識別和恢復對盆地古地理再造和沉積充填歷史的研究具有重要意義。

從盆地的形成到衰亡，是一個漫長的地質演化歷史。盆地的構造背景、古地理格局、氣候條件及海-湖平面的升降等都經歷過重大變化，源-匯系統(tǒng)也發(fā)生過深刻變化。在等時的地層格架中恢復不同盆地演化階段的源-匯體系，重塑包含有源-匯概念的盆地沉積充填演化史，應是盆地沉積充填分析的一個重要的發(fā)展方向。

3 盆地構造沉積學分析

構造地層學 (tectonostratigraphy)或構造沉積學(tectonosedimentology)的概念由來已久，人們早期更多是強調大地構造沉積學研究，把大地構造或板塊構造作用與沉積充填相結合進行分析。然而，近20年來，大量的研究成果來自盆地尺度的構造地層或構造沉積分析[7,60-62]。構造沉積分析已成為涉及到從大地構造沉積學到盆地中同沉積構造或構造古地貌對沉積充填控制分析的一個廣泛的研究領域。這里討論的盆地構造沉積學分析,主要強調把盆地的沉積充填過程與盆地的構造作用相結合的分析方法。近年來,在構造相對活動的沉積盆地中，結合盆地構造作用與盆地古地貌、沉積物分散體系以及沉積充填樣式的成因分析,取得了許多顯著的進展。在陸內含油氣盆地中的大量研究表明，把盆地構造作用與沉積充填過程相結合分析是揭示沉積層序和沉積體系分布，以及建立生、儲、蓋的時空配置并建立有效預測模式的重要基礎。我國沉積地質學者近20余年來在裂陷盆地、陸內前陸盆地以及大型疊合盆地等的構造沉積學分析研究中，不斷獲得創(chuàng)新成果，并為指導油氣勘探提供了的基礎。以下對一些重要的盆地構造作用的沉積響應作簡要分析。

3.1 盆地階段性、多幕性構造演化過程的沉積充填響應

盆地形成演化過程中的構造作用，如盆地構造演化的多旋回性或階段性、盆地構造格架樣式的演化和隆-坳格局的變遷以及同沉積構造(斷裂)活動等的沉積充填響應研究，是沉積盆地沉積充填分析的中心內容。前面已指出，盆地構造階段性或多旋回性的演化，常?？刂浦璧貐^(qū)域性沉積旋回的發(fā)育。它們多為構造作用產生的不整合面所分隔，構成了盆內高級別的成因地層單元，并顯示出特定的源-匯體系配置或沉積體系域樣式[19,61]。

在裂谷型盆地中，幕式的裂陷作用往往是形成同裂陷期區(qū)域性沉積旋回的直接因素[10,42,63]。我國東部濱太平洋構造域中、新生代的斷陷或裂谷型盆地的形成演化都表現(xiàn)出多幕的裂陷過程。這種過程可應用定量的數值模擬方法加以再現(xiàn)[64-65]，松遼、二連、渤海灣、東海和南海等裂陷或裂谷盆地的區(qū)域性沉積旋回，包括一、二級層序或復合層序，一般都屬構造控制的構造層序。這種成因的聯(lián)系主要體現(xiàn)在：①分隔區(qū)域性沉積旋回的不整合界面往往是具有角度或微角度接觸關系的古構造運動面，包括盆地基底不整合、分隔不同裂陷幕沉積充填的裂陷幕不整合、裂后或破裂不整合、破裂末不整合以及拗陷期的構造反轉不整合等；②區(qū)域性沉積旋回與幕式的構造沉降速率變化具有較好的對應關系；③由同沉積斷裂生長系數或活動速率反映出不同裂陷幕的斷裂活動強度具有明顯變化；④不同裂陷幕的盆地構造格架發(fā)生明顯變化，如隆-坳格局或同沉積斷裂展布方向的變化等；⑤沉積物源和沉積體系的發(fā)育和分布樣式的變化等。分隔不同裂陷幕的不整合面的形成與每一裂陷幕末期的構造抬升和下一裂陷幕開始的構造變動有關。裂后或破裂不整合和破裂末不整合的形成則主要與裂后的熱隆起及破裂期和破裂末期的構造作用有關[12,44]。拗陷期的構造反轉主要是由區(qū)域構造應力場變化引起的構造反轉或隆起事件，如擠壓或走滑擠壓作用，形成拗陷期的構造不整合界面，這也常表現(xiàn)出幕式或多期次的特點。

在前陸構造背景中，盆-山耦合過程的沉積響應機制是被廣泛接受的構造-沉積響應模式。前陸逆沖造成的巖石圈撓曲沉降過程也具有明顯的階段性或多幕性的特點，控制著區(qū)域性沉積旋回的發(fā)育演化。我國中西部分布有中、新生代眾多的陸內前陸盆地。這些盆地的物源體系和沉積充填過程受到了盆-山構造作用的明顯控制。造山帶剝蝕作用與盆地沉積充填的響應關系研究一直是這一領域研究的一個熱點。在塔里木盆地庫車前陸坳陷的研究表明，在強烈逆沖和造山作用期，形成了山前帶巨厚的、同逆沖構造期扇或扇三角洲沉積；隨之是快速撓曲沉降導致了區(qū)域性的水進。后期逆沖造山作用的減弱，應力松弛和剝蝕導致回彈隆起，盆地沉降變緩至抬升，結束一個區(qū)域性沉積旋回的發(fā)育過程。這種過程是多期次的，控制著來自前陸逆沖帶、前隆斜坡帶及軸向物源-沉積物分散體系和沉積體系域的時空配置和演化[20,65]。沿前陸斜坡發(fā)育的、橫向廣泛分布的辮狀河和辮狀河三角洲沉積體系，是前陸斜坡帶發(fā)育的一種典型的沉積體系[66-68]。這些辮狀河和辮狀河三角洲的橫向遷移形成大面積分布的砂體，可形成重要的油氣儲層。應用回剝分析法恢復的前陸擠壓撓曲構造沉降曲線和沉降速率的變化可為這種機制的解釋提供重要的佐證[20]。

我國諸多規(guī)模較大的沉積盆地，如塔里木盆地、鄂爾多斯盆地及四川盆地等均經歷過漫長的、多期次的構造變革，具有極其復雜的、多旋回的構造-沉積演化和獨特的油氣聚集過程。這些盆地多期次的構造變革形成了多個區(qū)域性的或盆地范圍分布的構造不整合面。這些重要不整合面分隔著單一原型盆地的沉積充填。這種界面上、下的盆地古構造、古地理以及海、陸、源區(qū)分布發(fā)生了重大變化。以這些不整合為標志的盆地變革期的古構造、古地理、古氣候等往往發(fā)育突變；而每一原型盆地發(fā)育過程中的構造古地理背景是相似的，或是漸變的。盆內重要油氣藏的形成和分布、再調整或重新配置與這些重要的變革密切相關[67]。研究盆地關鍵變革期的構造-古地理的演變，即重要不整合面上、下構造-古地理的變化，是一個十分值得關注的重要課題。如塔里木盆地中奧陶世末至晚奧陶世早期的構造變革，導致了盆地大型碳酸鹽巖臺地的分異，改變了隆-坳格局和古地理展布，形成了近東西向展布的中央(塔中)隆起帶、沿東南緣分布的塘古巴孜斯坳陷以及北部坳陷帶[69]。這期盆地變革主要與南部北昆侖洋的閉合、碰撞導致的向北擠壓作用有關，此時盆地發(fā)生了從被動邊緣-克拉通臺地向聚斂構造背景的重大轉化[46]。晚奧陶世，盆地出現(xiàn)了大規(guī)模海侵，形成了盆地范圍的深水盆地環(huán)境，以發(fā)育深水濁積體系、深水陸棚及混積淺海-半深海體系為特征。分布于滿加爾坳陷北緣的大規(guī)模的陸源碎屑海底扇可能來源于北緣的隆起帶，北緣庫魯克塔格露頭剖面上測得的古流方向由北西指向南東；而盆地東部滿加爾坳陷東緣的塔東區(qū)陸源碎屑濁積扇從砂體展布及巖石組構等特征表明來自東南緣的阿爾金隆起帶。受古隆起地貌的制約，深海重力流盆地充填顯示出一種特定的沉積體系配置樣式[11]。

3.2 構造(斷裂)坡折帶與構造古地貌

同沉積構造，特別是同沉積斷裂對沉積充填的控制作用，是沉積盆地分析長期關注的研究內容。同沉積斷裂會導致沉積中心和厚度和沉積相等的突變，控制著沉積相帶的發(fā)育和分布。事實上，同沉積構造對沉積的控制主要體現(xiàn)在對沉積地貌的控制。尤其是明顯活動的同沉積斷裂，可形成突變的地貌帶或斜坡帶，對沉積物的搬運流體和沉積過程及沉積體系或沉積相的發(fā)育和分布產生重要的影響。

我們曾提出過構造(斷裂)坡折帶的概念[70-72]。構造(斷裂)坡折帶是指盆地中長期活動的同沉積構造，特別是同沉積斷裂形成的古地貌突變帶或斜坡帶。構造坡折帶常?？刂浦囟ǔ练e相帶或沉積體系域的發(fā)育部位，構成古構造、古地貌、古環(huán)境單元以及古水文條件的分界(圖2)。在層序地層學分析中，坡折(帶)是一個重要的概念。濱岸坡折和陸架邊緣坡折是沉積層序分析中兩個最重要的地貌特征或標志。在不同類型的盆地中，包括裂陷盆地、前陸盆地和碳酸鹽巖臺地等，都可發(fā)育這些由構造或斷裂形成的坡折帶，對沉積體系的發(fā)育和分布起到重要的控著作用。在我國許多陸相盆地中，規(guī)模較大的同沉積斷裂或基底斷裂的長期活動形成的古地貌斜坡或坡折帶，不僅對沉積體系的發(fā)育和分布，而且對油氣藏的形成和分布都起到了重要的控制作用(圖3)。構造坡折帶的概念提出后在我國許多盆地的層序地層和沉積充填分析以及砂巖油氣藏預測勘探中得到了廣泛的應用，取得了重要的經濟效益。構造或斷裂坡折帶從成因類型上可劃分出斷裂坡折帶(斷坡帶)、斷彎坡折帶和褶皺彎曲坡折帶等[73-75]。構造坡折帶的研究，需要對構造坡折帶的構造樣式和動力學成因、坡折帶古地貌、沉積物分散體系以及層序結構等進行綜合分析。圍繞這一研究已形成一個涉及沉積學、構造地質學以及油氣聚集成藏的綜合研究方向。

盆地沉積期相對宏觀的地貌、地形變化主要受控于盆地的沉降差異，而沉降差異主要與同沉積構造的活動有關。從區(qū)域的或盆地范圍，我們把同沉積構造活動所形成的地貌稱為構造古地貌[71,76]。盆內的古構造單元或構造帶，事實上構成了盆內不同的地貌單元。盆地的隆-坳格局，即古隆起-古斜坡和古坳陷的發(fā)育和分布，是盆地中高級別的地貌單元，決定著盆地的基本地貌特征。盆地中各種同沉積構造活動在規(guī)模和組合樣式上是多樣化的，可產生復雜的構造古地貌，并受控于構造應力場、先存斷裂系再活動及重力調節(jié)作用。如在斷陷盆地中，不同沉積斷裂的活動可造成復雜的地貌變化，常見的如斜列狀斷裂構成的構造調節(jié)帶、受主干斷裂與其近于垂直的調節(jié)斷裂構成的“梳狀”斷裂系、帚狀斷裂系及叉形相交的同沉積斷裂系等形成的構造古地貌。它們對沉積物的搬運或分散路徑和沉積相的發(fā)育分布起到主導性的控制作用。因此，再造盆地不同時期的構造古地貌是闡明沉積物分散和堆積過程，并對沉積體系或砂體等的分布作出準確預測的基礎。沉積盆地的古(構造)地貌是近年來在國際上頗受關注的研究課題。以地震資料為基礎的古地貌恢復研究，即“地震古地貌學”，已成為沉積地質和盆地分析領域一個重要的新分支學科。

盆地和山脈地貌的變更或轉換，是地球表面地貌對地球動力學過程的直接響應。大陸的裂解、大洋閉合、板塊聚合和碰撞造山，是引起地表大尺度地貌變化的動力學成因。盆地地貌演變是對區(qū)域構造背景演化的響應。因此，盆地的構造格局及其演化決定著盆地構造地貌的總體變化。盆內的沉積物堆積在不斷地改變著盆地的地貌特征，但盆地總體的地貌格局和演化，主要是受到盆地構造格架及其演化的控制的。

3.3 古隆起與不整合分布樣式

古隆起是沉積盆地中最重要的構造單元之一。古隆起的形成演化研究長期以來受到廣泛重視。古隆起或古隆起帶對沉積作用和油氣聚集具有重要的控制作用，往往是重要的油氣富集帶。盆內古隆起可以是基底構造繼承發(fā)育的,或在盆地某一階段形成的,與盆地基底的分異或盆地形成演化過程中的各種隆升作用有關。盆內許多規(guī)模較大的古隆起都會在隆升期遭受暴露和強烈剝蝕,形成角度或微角度不整合。隨后，盆地的沉降使大部分古隆起被淹沒，有些保存原有形態(tài)，有些則受到后期強烈的改造。古隆起剝蝕區(qū)的分布可通過追蹤地層削蝕點的分布加以圈定。不整合剝蝕量的估算，可應用聲波時差法、鏡質體反射率法或其他熱演化指標進行估算，但這些方法都受到不整合面埋藏深度和鉆井資料的限制。在具備網狀地震剖面或連井剖面的約束下，可依據剝蝕面下伏地層結構外延估算剝蝕量。這種方法是進行剝蝕量平面分布追蹤和編圖的基本方法。被淹沒的古隆起地貌可通過拉平古隆起頂面的沉積層來恢復，這需要對拉平面下伏至古隆起面之間的地層厚度進行去壓實和古水深的校正[69]。

圖4 古隆起與不整合分布樣式(a)和古隆起形成演化對沉積體系域發(fā)育的控制作用示意圖(b)Fig.4 Paleouplifts and distribution pattern of unconformities(a) and the schematic diagram showing the control of paleouplifts on depositional system tracts(b)

在構造活動的大型盆地中，常常發(fā)育多個不整合并顯示出復雜的分布和組合樣式[62]。研究發(fā)現(xiàn)，通過分析不整合的組合結構特征，可恢復古隆起的原始分布及其地貌特征。主要不整合面的接觸關系在不同的構造帶上常呈現(xiàn)有序的變化，可從高角度不整合過渡為微角度或平行不整合至整合接觸，反映了從高隆剝蝕區(qū)到斜坡及坳陷區(qū)的古地貌變化。在高隆帶，多期次的強烈剝蝕常導致多個不整合的合并、復合。從古隆起區(qū)向坳陷區(qū)，不整合的組合樣式可劃分出：①不整合復合帶，為長期或多次抬升古隆起的高隆帶；②不整合削蝕(對下伏地層)三角帶或超覆(上覆地層)不整合三角帶，代表從古隆起向坳陷區(qū)的過渡帶或古斜坡帶；③微角度到平行不整合帶，為古斜坡帶向坳陷區(qū)過渡的下斜坡帶；④平行不整合帶，為坳陷的連續(xù)沉積區(qū)(圖4)。不整合三角帶是形成大型不整合油氣圈閉的有利地帶。圈定這些不整合分布帶對再造古隆起地貌和預測地層圈閉油氣藏的分布等具有重要意義。

4 盆地沉積充填響應過程的動態(tài)模擬

地質過程模擬分析，可動態(tài)地再現(xiàn)地質演化的過程、檢驗地質解釋或地質模式，以達到進行準確地質預測的目的。模擬包括物理和數字的過程模擬。數字模擬分析是通過應用定量的描述和分析方法，建立理論模型，借助計算機技術動態(tài)模擬或仿真地質過程，以達到檢驗地質解釋和預測的目的。沉積過程的模擬分析，已有很長的發(fā)展歷史，從交錯層理到盆地整體不同尺度的沉積過程的模擬分析，國際上有大量的研究范例。近一二十年來，隨著層序地層學和盆地沉積動力學研究的深入，沉積充填模擬研究得到了更廣泛的發(fā)展。

盆地沉積充填過程是多種因素疊加、相互作用的一個復雜的過程。這些因素可歸納為兩組基本的控制因素：一是控制可容納空間的產生或消亡的因素，如構造升降、重力均衡作用及沉積物壓實等；另一組則是控制沉積物搬運和堆積過程的因素，如水-盆地動能條件、沉積地貌或斜坡及沉積物搬運作用和供給量變化等。這些因素相互作用的結果將反映在沉積層的幾何形態(tài)和沉積相的分布樣式上。沉積盆地充填過程模擬系統(tǒng)需要綜合考慮上述兩個部分。盆地的沉降可結合回剝法和不同構造沉降的正演模型；而沉積層序或沉積體的形態(tài)和分布可考慮各種沉積地質營力一定時期內相互作用的結果。在達到均衡的條件下,沉積體幾何關系和總的巖相格局一般可用所謂的沉積均衡面來描述。沉積均衡面事實上是盆地動能條件與沉積地貌達到均衡的狀態(tài)。從陸相至海洋沉積環(huán)境的沉積均衡面具有一定的變化趨勢，與沉積盆地不同部位的能量有關。沉積均衡面的確定,可依據前人對現(xiàn)代環(huán)境觀察的結果,并結合地震剖面顯示的沉積形態(tài)加以分析確定(要去壓實和消除構造的影響)。不同的沉積域或沉積相域，可用不同的沉積斜坡或曲線來表示。

圖5 SSMS 模擬系統(tǒng)的概念模型(a)、模擬工作流程(b)及模擬實例(c)Fig.5 The conceptual model(a),process modelling(b),and a simulation example(c) of the SSMS system

基于上述原理，我們曾建立了二維沉積充填模擬系統(tǒng)(SSMS)，再現(xiàn)各種層序界面的形成過程，揭示沉積體系和沉積相帶的遷移及其時空分布樣式，探討構造升降、海平面或湖平面變化等相互作用對盆地沉積充填的控制(圖5)。對南海被動大陸邊緣沉積層序的模擬研究表明，盆地構造沉降對區(qū)域性沉積旋回和海平面總體的變化趨勢有明顯控制作用，而高頻旋回主要與高頻的海平面變化有關[70]。針對構造相對活動盆地，如斷陷盆地的沉積充填模擬分析揭示，內陸盆地沉積充填過程中[10,77]，一個拉伸幕從快到慢沉降速率的變化和反轉是裂陷期不同裂陷幕復合層序及其界面形成的重要控制因素；而斷塊掀斜造成的差異沉降與高頻湖平面波動的聯(lián)合作用可能是相對三級或更低級別層序發(fā)育的成因。同時，不同湖泊層序類型，如深湖盆層序、淺湖盆層序及河流-淺湖盆層序的發(fā)育，主要受控于沉積物供給量與構造產生的可容納空間的相對大小?？焖俚臉嬙斐两怠⒏叩暮矫婧痛罅康某练e物供給是形成深水扇三角洲的必要條件;而沉積物的供給量變小及構造沉降量加大有利于形成水下扇或近岸湖底扇。斷陷湖盆陡坡邊緣斷裂形成的古地貌坡折對濁積扇或湖底扇的發(fā)育部位具有明顯的控制作用。這些認識得到地質觀察的佐證。

5 結語

盆地沉積充填動力學分析，是當前沉積盆地分析的一個涉及多學科交叉的前緣領域。層序地層學研究的深化研究、構造-沉積學及源-匯系統(tǒng)等是目前國際上的研究熱點。高新技術的不斷發(fā)展、大量資料的積累和新資料的不斷獲取，為這一領域的研究提供了重要支持。盆地沉積充填動力學分析不僅可為地球動力學演化提供高分辨的沉積記錄，而且不斷為難度日益增大的沉積地質資源，特別是能源資源的勘探和開發(fā)提供新的理論支撐。盆地沉積充填動力學分析預示了深遠的、廣泛的發(fā)展前景。