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周川闽等：细粒沉积物理模拟研究进展与展望

科技 06-15 来源：沉积学报

细粒沉积物理模拟研究进展与展望

周川闽1,2，张志杰1,2，邱振1,2，成大伟1,2，袁选俊1,2，刘银河1,2，黄秀1,2

1. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083

2. 提高石油采收率国家重点实验室，北京 100083

导读

细粒沉积物理模拟是泥页岩沉积古环境恢复和岩相分布预测的有效手段，对于非常规油气“甜点”的成因分析和优选有重要意义。笔者主要从从细粒沉积物颗粒特性，细粒沉积物的侵蚀、沉积及底形特征，细粒沉积物输运机制与沉积模式，细粒沉积物与有机质的富集和保存及富有机质细粒沉积富集假说五个方面研究，进一步丰富了非常规油气沉积学的内涵。

细粒沉积物因所含颗粒的粒度细、浮重度小、粒间物理化学作用力强，极易发生絮凝，从而具有不同于无粘性沙的水动力学、沉积学和岩石学特征。其沉积物理模拟仍停留在以定性分析为主的阶段，无法满足近年快速崛起的非常规油气勘探的需求。通过系统的调研梳理，以石油地质最关注的富有机质泥/页岩的沉积和保存为重点，从细粒沉积物的颗粒属性、侵蚀和沉积机制及底形特征、输运机制与沉积模式、有机质富集和保存机制等四个方面介绍了细粒沉积物理模拟进展。在此基础上，结合现代青海湖研究提出了一种新的富有机质细粒沉积富集假说，进一步丰富了非常规油气沉积学的内涵。

01｜细粒沉积物颗粒的特性

不同于无粘性沙，细颗粒相互之间极易粘结（絮凝）形成絮团。通常只有粘性颗粒（主要是黏土矿物）能发生絮凝，黏土含量>20%的细粒沉积物即具有明显的粘性。絮凝主要受悬浮液（含细粒沉积物流体）的动力和电学性质控制。发生流动/紊动，或者注入一定量的电解质或有机质都可使含细粒沉积物流体发生絮凝。

02｜细粒沉积物的侵蚀、沉积及底形特征

因细颗粒之间的粘结力和物理化学作用力突出，细粒沉积物从侵蚀到沉积及底形都表现出不同于无粘性沙的特征：因需要克服细颗粒之间及其与床面的作用力，侵蚀所需的临界剪切力更大。输运和沉积过程更为复杂，无絮凝时细颗粒通常以冲泻质输运并沉降于静水区，絮凝形成絮团后则可以床沙质输运并沉积于较强的水动力环境。因沉积之后再次起动需要更大的床面剪切力，细粒沉积物所形成的底形通常更稳定且沙波偏小甚至不发育。

03｜细粒沉积物输送机制与沉积模式

细粒沉积物通常以悬移质甚至是冲泻质输运，河流洪水是陆上细粒沉积物入湖/海最主要的输运方式。洪水重力流和涌浪型浊流是细粒沉积物最为重要的输运机制。不同输运机制形成的细粒沉积物/岩可使用不同的沉积模式描述。如异重流沉积相模式、鲍玛序列、Stow序列和Haughton序列等。

04｜细粒沉积物与有机质的富集和保存

细粒沉积物理模拟研究表明细粒沉积引发的絮凝或对有机质的沉积和保存有重大影响。原因有二，一是絮凝可使有机质和无机细颗粒形成絮团，从而使密度较小的有机质获得更大的沉速脱离富氧水体，免遭分解；二是黏土矿物与有机质结合后可提高有机质的稳定性。

05｜富有机质细粒沉积富集假说

细粒沉积物沉积过程与输运机制分析结合现代青海湖研究（图1），提出一种新的富有机质细粒沉积富集假说：首先，在雨季，高含细粒沉积物的洪水入湖/海后会形成重力流；其次，该重力流（絮状物羽状流）在惯性力、湖/洋流等作用下沿特定路径流动，并在流动过程中以絮凝的方式对透光带中的藻类等有机质进行“收割”；最后，当絮状物羽状流推进并消亡于浪基面之内的半深湖—深湖区，由于沉积速率高、含氧量低、后期改造弱等，有机质将在絮状物羽状流的消亡区富集。