中新世以來(lái)上印度扇水道-堤岸體系幾何學(xué)特征及演化

李章鵬，梁杰，李森，陳建文，廖晶，龔建明，張銀國(guó)，王建強(qiáng)，楊艷秋，楊傳勝，雷寶華

1. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島 266100

2. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，青島 266237

3. 嶗山實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，青島 266237

隨著深水沉積勘探領(lǐng)域的不斷升溫，深水沉積構(gòu)造成為近年來(lái)海洋地質(zhì)沉積構(gòu)造的研究熱點(diǎn)及油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的主力來(lái)源，并由此推動(dòng)了深水沉積理論體系的快速發(fā)展[1]。海底扇作為大型深水沉積構(gòu)造單元，在巴西、墨西哥灣以及西非等地區(qū)展現(xiàn)出優(yōu)秀的油氣產(chǎn)出能力，其中，深水水道沉積作為海底扇的重要組成部位，已經(jīng)被證實(shí)在海底扇的油氣富集作用中起到關(guān)鍵作用[2-4]。目前對(duì)重力流水道研究以露頭及地震資料為主，通過(guò)沉積學(xué)方法及地球物理方法對(duì)其進(jìn)行表征，進(jìn)而定性分析其形成過(guò)程、主控因素及形態(tài)結(jié)構(gòu)演化模式，但缺乏就水道自身的形態(tài)分析及對(duì)其剖面和平面形態(tài)內(nèi)在聯(lián)系的定量研究[5-7]。

上印度扇是現(xiàn)代近海盆地中最大的沉積體之一，其深水區(qū)是現(xiàn)今國(guó)際上油氣勘探的熱點(diǎn)區(qū)域，同時(shí)也是深水沉積勘探研究的優(yōu)良區(qū)域，在其扇體內(nèi)部形成了多期次、多級(jí)次、多疊覆的水道堤岸體系，是研究不同級(jí)次水道堤岸體系時(shí)空演化模式的最佳區(qū)域[8-9]。前人對(duì)上印度扇開(kāi)展了較多的地層與沉積特征調(diào)研，從其形成歷程、物源輸送、構(gòu)造演化以及沉積特征等角度進(jìn)行了分析，但仍缺少對(duì)地層中沉積體系的精細(xì)化認(rèn)識(shí)[10-12]。本文以地震地層學(xué)分析理論及技術(shù)作為研究基礎(chǔ)，使用新采集的高精度二維地震資料及解釋成果，選取區(qū)內(nèi)三條具備典型水道沉積特征測(cè)線為材料，根據(jù)上印度扇水道堤岸體系的實(shí)際發(fā)育情況，研究上印度扇中新世以來(lái)的水道-堤岸體系幾何學(xué)特征及形成演化，明確了上印度扇水道-堤岸體系在不同時(shí)期的沉積特征，為后續(xù)確定上印度扇油氣勘探有利目標(biāo)提供新的思路。

1 研究區(qū)概況

1.1 區(qū)域地理位置

印度扇是發(fā)育在巴基斯坦—印度被動(dòng)大陸邊緣西側(cè)的海底扇體（圖1），縱向展布距離達(dá)1.6×103km，寬約1.1×103km，覆蓋面積約1.25×105km2，扇體范圍內(nèi)最大沉積厚度約11 km，是世界上第二大海底扇。物源主要來(lái)自印度河流域，可進(jìn)一步將印度扇分為上扇、中扇、下扇[11-12]。研究區(qū)位于印度扇近海盆地，隸屬巴基斯坦專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，屬于上印度扇，水深400～3 000 m，印度扇近海盆地自北向南可劃分為默里脊、派肯坳陷和索拉斯特拉隆起3 個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元[8]。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置圖Fig.1 Location of the survey lines in the study area

1.2 區(qū)域地質(zhì)背景

印度板塊的形成與演化自侏羅紀(jì)末期岡瓦納大陸的裂解開(kāi)始，隨后印度板塊發(fā)生漂移并向著北東方向開(kāi)始移動(dòng)，研究區(qū)所處的現(xiàn)印度河盆地區(qū)域從非洲大陸裂離，至中生代形成裂陷盆地；在白堊世晚期，印度板塊漂移到留尼汪熱點(diǎn)之上，發(fā)生了長(zhǎng)時(shí)間的火山噴發(fā)活動(dòng)，在板塊西南部形成大面積溢流相的德干玄武巖覆蓋層，同時(shí)由于留尼汪地幔柱的形成，印度板塊加速北移；古新世期間，印度板塊火山活動(dòng)減少，火成巖臺(tái)地上開(kāi)始發(fā)育生物礁，至始新世早期一直處于緩慢沉降狀態(tài)。之后自始新世起，由于印度板塊與歐亞板塊的碰撞，大量碎屑沉積物注入印度板塊近海盆地中，印度扇開(kāi)始沉積發(fā)育[8-9,13]。

根據(jù)目前已有的上印度扇海上鉆井結(jié)果，結(jié)合區(qū)域重磁資料和構(gòu)造演化歷史，上印度扇陸域發(fā)育有中生界侏羅系、下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)，海域則缺少中生界鉆井資料；海域及陸域均發(fā)育新生界古近系古新統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)，新生界新近系中新統(tǒng)、上新統(tǒng)和新生界第四系更新統(tǒng)、全新統(tǒng)（圖2）[12,14]。

圖2 印度扇近海盆地海上—陸上地層柱狀圖[14]Fig.2 Bar chart of offshore and onshore strata of the Indian Fan Offshore Basin [14]

中生界主要為印度板塊脫離聯(lián)合古陸過(guò)程中發(fā)生的裂陷式沉積，范圍相對(duì)局限，主要發(fā)生在研究區(qū)的東部和北部，巖性種類較為復(fù)雜，晚白堊世時(shí)期由于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，火山活動(dòng)頻繁，發(fā)育有特征性火山巖沉積地層，沉積地層被火山巖侵入明顯，上白堊統(tǒng)下段地層二分性明顯，下部為泥巖，上部為厚層砂巖；下白堊統(tǒng)以泥巖為主，全區(qū)廣泛分布，是印度河盆地重要的生油巖，在陸架邊緣發(fā)育三角洲前緣和斜坡扇砂巖，為下印度河盆地重要儲(chǔ)集砂巖[14]。新生界地層廣泛發(fā)育碳酸鹽巖臺(tái)地，在喜馬拉雅山脈隆升后注入大量碎屑沉積，古新世至始新世期間為上印度扇碳酸鹽巖臺(tái)地形成并增厚的過(guò)程，隨著海平面持續(xù)上升，原有的火山巖臺(tái)地被海水覆蓋，賦予了碳酸鹽巖臺(tái)地沉積的條件，沉積過(guò)程較為穩(wěn)定[15-16]。漸新世時(shí)期發(fā)生退積，在上印度扇北部殘留地層中見(jiàn)部分漸新統(tǒng)巖性，主要以灰?guī)r和泥灰?guī)r為主，尚未有井位鉆遇漸新統(tǒng)地層[12]。中新世發(fā)育大型復(fù)合河道體系，巖性以砂巖、粉砂巖、泥頁(yè)巖為主，早中新世晚期見(jiàn)有明顯海平面下降，河道下切深度明顯增加，在印度扇北端喜馬拉雅山脈抬升剝蝕產(chǎn)生的大量沉積物質(zhì)供應(yīng)下，印度扇近海盆地沉積厚度大幅增加[17]。上新世至全新世期間上印度扇區(qū)域內(nèi)未有大型構(gòu)造活動(dòng)，盆地內(nèi)部持續(xù)沉降碎屑物質(zhì)，水道-堤岸體系不斷加積，在地震反射界面可見(jiàn)明顯側(cè)向遷移[18]。

2 材料與方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

本文所用數(shù)據(jù)收集自近年來(lái)最新采集的地震資料，采樣間隔為2 ms，道間距31.25 m，覆蓋次數(shù)96 次，炮間距為12.5 m，地震剖面以SEG-D8058 格式記錄。在記錄的地震剖面中，地震振幅強(qiáng)弱大致反映了沉積物的巖性[19]。

以近、中、遠(yuǎn)物源端為空間變量，以中新世、上新世、更新世至今3 個(gè)時(shí)期為時(shí)間變量，在研究區(qū)內(nèi)測(cè)線中分別在近端、中端、遠(yuǎn)端選取三條水道-堤岸體系發(fā)育結(jié)構(gòu)最為清晰的地震剖面，對(duì)中新世以來(lái)上印度扇的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、水道-堤岸體系演化進(jìn)行分析解釋（圖3、圖4）。

圖3 研究區(qū)水道-堤岸體系識(shí)別及劃分示意圖（中端西側(cè)）Fig.3 Identification and division of the channel-levee system in the study area (the western side of the middle end)

圖4 研究區(qū)水道-堤岸體系識(shí)別及劃分示意圖（中端東側(cè)）Fig.4 Identification and division of the channel-levee system in the study area (the eastern side of the middle end)

2.2 研究方法

2.2.1 水道-堤岸體系識(shí)別方法

本次研究參考Deptuck 等 （2003）定義的水道-堤岸體系概念，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)背景以及實(shí)際地震資料解釋成果，將研究區(qū)地震剖面數(shù)據(jù)中具備標(biāo)準(zhǔn)重力流水道結(jié)構(gòu)單元（自然堤岸、水道沉積等）提取出來(lái)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)劃分[9]。

水道-堤岸體系由時(shí)間上連續(xù)發(fā)育的單期水道、堤岸沉積組成，在地震剖面中表現(xiàn)出典型的“U”型或“V”型形態(tài)結(jié)構(gòu)特征（圖5），內(nèi)部地震相較為均一，具有完整的水道沉積、內(nèi)堤岸、外堤岸及侵蝕基底結(jié)構(gòu)，單期水道在空間上呈垂向或側(cè)向疊置并連續(xù)展布，不存在強(qiáng)連續(xù)地震同相軸或地層分隔，在頂、底界面為局部下切侵蝕界面[20-21]。水道-堤岸體系可以獨(dú)立發(fā)育或處于更高級(jí)次的復(fù)合體系內(nèi)部，獨(dú)立發(fā)育的水道-堤岸體系表明上游發(fā)育下切水道但規(guī)模有限，活動(dòng)時(shí)間較短，沉積過(guò)程中水道被淹沒(méi)或物源停止輸送導(dǎo)致廢棄[22]。據(jù)此，在地震反射單元中依照屬性值特征、形態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)識(shí)別解釋水道-堤岸體系。

圖5 水道單元結(jié)構(gòu)地震剖面圖Fig.5 Seismic profile of the channel-unit structure

2.2.2 水道-堤岸體系劃分方法

依照地震反射特征以及巖性分層來(lái)劃分水道-堤岸體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的差異性：水道沉積呈中—強(qiáng)振幅、低連續(xù)性雜亂反射特征，可依據(jù)強(qiáng)振幅、連續(xù)下凸同相軸劃分不同期次水道充填；內(nèi)堤岸以弱振幅、低連續(xù)性特征為主，主要發(fā)育在水道帶內(nèi)中下部位置；外堤岸內(nèi)幕結(jié)構(gòu)清晰，同相軸連續(xù)性較強(qiáng)，可根據(jù)強(qiáng)振幅、高連續(xù)同相軸劃分不同沉積期次[23]。此外，單期水道經(jīng)外力因素影響常表現(xiàn)出多期疊覆的特征，在垂向及側(cè)向均有偏移疊加傾向（圖6），因此，在劃分不同級(jí)次水道-堤岸體系時(shí)應(yīng)當(dāng)注意水道內(nèi)部地震雜亂反射的垂向連續(xù)性及延伸性。

圖6 水道-堤岸體系疊覆發(fā)育類型圖[24]Fig.6 Pattern of overlaying development of the channel-levee system[24]

2.2.3 參數(shù)統(tǒng)計(jì)

依據(jù)深水沉積理論中關(guān)于重力流水道的沉積特征描述[25]，水道-堤岸體系在單期沉積形成時(shí)的初始階段，其寬度與厚度常表現(xiàn)出強(qiáng)烈的正相關(guān)性，而伴隨水道-堤岸體系的延伸，在遠(yuǎn)端處則表現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)性，故對(duì)水道-堤岸體系進(jìn)行寬度、厚度及寬厚比統(tǒng)計(jì)工作，所獲得的結(jié)果可以幫助解釋研究區(qū)內(nèi)近、中、遠(yuǎn)端水道-堤岸體系的沉積結(jié)構(gòu)發(fā)育情況。

本次研究主要進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)有：

（1）水道-堤岸體系厚度，水道沉積單元在垂向上從最高堤岸脊到水道底部的垂直距離；

（2）水道-堤岸體系寬度，水道沉積體外堤岸兩側(cè)末端之間的水平距離；

（3）水道-堤岸體系寬/厚比，水道-堤岸體系的寬度與厚度值之間的比值。

根據(jù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)得到的水道-堤岸體系的寬度、厚度及寬厚比值，可以從整體上總結(jié)出水道-堤岸體系在發(fā)育過(guò)程中的規(guī)模以及下切侵蝕程度的變化，從水道-堤岸體系的幾何學(xué)形態(tài)變化及其演化來(lái)得到水道-堤岸體系的演化模式。

3 結(jié)果與討論

在深水水道內(nèi)部結(jié)構(gòu)、剖面形態(tài)的相互影響及外部構(gòu)造活動(dòng)、火山活動(dòng)的制約作用共同控制下，水道沉積的發(fā)育程度往往有著顯著的差異性[26]。前人研究在深水沉積學(xué)理論中將外部影響因素對(duì)水道沉積演化過(guò)程中的控制作用已經(jīng)給出較多描述，但對(duì)水道沉積內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形態(tài)的發(fā)育程度等自身因素與其沉積演化的關(guān)系尚未有明確解釋[22]。因此，本次通過(guò)定量分析研究，獲取高精度的水道-堤岸體幾何學(xué)數(shù)據(jù)以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，為后續(xù)完善深水沉積理論及油氣勘探方向優(yōu)選提供思路。

3.1 水道-堤岸體系結(jié)構(gòu)單元識(shí)別特征

在對(duì)3 個(gè)沉積時(shí)期地震剖面觀察與分析的基礎(chǔ)上，將各時(shí)期水道-堤岸體系結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行精細(xì)解釋，比對(duì)不同時(shí)期水道-堤岸體系的形態(tài)差異，為細(xì)化幾何學(xué)特征分析提供依據(jù)[19,21]。

（1）中新世

根據(jù)中新世時(shí)期典型水道-堤岸體系地震資料解釋（圖7a），可識(shí)別出下切水道、內(nèi)堤岸與外堤岸單元，下切水道單元內(nèi)地震以強(qiáng)—弱振幅、低連續(xù)—雜亂反射為主，可依據(jù)強(qiáng)振幅、連續(xù)下凸同相軸劃分不同期次水道充填；內(nèi)堤岸單元以弱振幅、低連續(xù)反射特征為主，主要發(fā)育在水道-堤岸體系內(nèi)部中下位置；外堤岸內(nèi)幕結(jié)構(gòu)清晰，同相軸連續(xù)性較強(qiáng)，可根據(jù)強(qiáng)振幅、高連續(xù)同相軸劃分不同沉積期次。

圖7 中新世以來(lái)典型水道-堤岸體系地震剖面Fig.7 Seismic profile of typical channel-levee system since the Miocene

（2）上新世

從典型地震剖面來(lái)看（圖7b），該期內(nèi)以多期疊置的水道-堤岸體系為主，發(fā)育有中新世以來(lái)規(guī)模最大、內(nèi)幕結(jié)構(gòu)最豐富的水道-堤岸體系。下切水道內(nèi)幕地震反射同相軸垂向上可見(jiàn)側(cè)向遷移擺動(dòng)，發(fā)育規(guī)模由早到晚逐漸變窄；內(nèi)堤岸結(jié)構(gòu)單元發(fā)育，由于水道擺動(dòng)在垂向上形成多套疊置關(guān)系；外堤岸單元內(nèi)幕強(qiáng)振幅連續(xù)同相軸發(fā)育，存在廣泛砂泥交互。

（3）更新世至今

更新世至今為印度扇發(fā)育的衰退期，該期內(nèi)水道-堤岸體系在整體上仍表現(xiàn)為多期疊置發(fā)育（圖7c），但單期內(nèi)下切水道更窄、堤岸沉積厚度加大。如圖所示，下切水道單元窄而深，地震同相軸以強(qiáng)振幅、低連續(xù)—雜亂反射為主，垂向上側(cè)向遷移擺動(dòng)；內(nèi)、外堤岸結(jié)構(gòu)較為發(fā)育，外堤岸以寬泛弱振幅、中—高連續(xù)地震同相軸為主，表明內(nèi)幕巖性組成均一。

3.2 幾何學(xué)特征

據(jù)新采集的二維地震剖面中水道-堤岸體系參數(shù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果（表1），除中新世由于大量沉積碎屑傾瀉于近端導(dǎo)致其近端處的厚度增加外，上新世、更新世至今兩個(gè)時(shí)期內(nèi)水道-堤岸體系的發(fā)育情況均表現(xiàn)出清晰的幾何學(xué)“折返”特征，即水道在由近至遠(yuǎn)端的規(guī)模先增大后減小。時(shí)間尺度方面，在近端、中端和遠(yuǎn)端的水道沉積發(fā)育情況也表現(xiàn)出曲折的變化關(guān)系。

3.2.1 不同空間位置水道-堤岸體系幾何學(xué)特征

中新世時(shí)期來(lái)自北部的巨量山脈隆升摩擦碎屑給予近物源端豐富的沉積物質(zhì)；上新世時(shí)期由于陸架向海推移，更多的粗粒沉積能夠到達(dá)中物源端位置并堆積；更新世至今，區(qū)域性沉積模式逐漸穩(wěn)定，水道-堤岸體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)單元展布范圍增加[12]。距物源區(qū)遠(yuǎn)近在很大程度上影響著水道-堤岸體系的演化成熟度，因此，將時(shí)間作為固定量，將距物源端遠(yuǎn)近為變量，研究水道-堤岸體系在不同空間位置的形態(tài)、規(guī)模特征變化。

（1）中新世水道-堤岸體系

中新世時(shí)期水道-堤岸體系與上新世、更新世至今兩個(gè)時(shí)期的幾何學(xué)特征存在明顯差異（圖8），中物源端處水道-堤岸體系的平均寬度相較于近物源端處大幅提高，但平均沉積厚度反而明顯減??；遠(yuǎn)物源端處仍表現(xiàn)出參數(shù)緯度上的回縮，但其平均寬度仍大于近物源端處（圖8a）。該時(shí)期內(nèi)水道-堤岸體系在近端與中端處均發(fā)育寬度更大、平面展布更廣的水道滯留沉積，推斷原因?yàn)橹行率涝缙谙鄬?duì)海平面的下降，使得陸架邊緣環(huán)境具有不穩(wěn)定性，陸架坡折區(qū)由于海底滑塌作用發(fā)育規(guī)模大小形態(tài)不一的海底峽谷，切割早期高位域時(shí)期沉積的陸架三角洲，開(kāi)辟了上印度扇近海盆地內(nèi)水道的物源通道。在上陸坡處由于陸坡較陡，主要發(fā)育侵蝕性水道，且物源隨深水重力流沖擊拓寬水道，至下陸坡部位，由于海底坡度變緩，水道沉積滿溢外堤，侵蝕性減弱而沉積作用加強(qiáng)，在中物源端及遠(yuǎn)物源端發(fā)育更大規(guī)模的水道-堤岸體系。

表 1 中新世以來(lái)水道-堤岸體系平均寬度、平均厚度、平均寬厚比Table 1 The average width, thickness, and width-thickness ratio of the channel-levee system since the Miocene

圖8 不同空間位置水道-堤岸體系幾何學(xué)特征差異Fig.8 Geometric characteristics in different spatial positions of the channel-levee system

（2）上新世水道-堤岸體系

上新世時(shí)期，陸坡峽谷區(qū)整體向盆地推進(jìn)，同時(shí)供源峽谷數(shù)量增多，規(guī)模明顯擴(kuò)大[12]。盆地內(nèi)水道-堤岸體系整體上呈NE-SW 向展布，水道-堤岸體系在中物源端處的平均寬度為17 608 m，平均厚度571 m，高于近端與遠(yuǎn)端的寬度與厚度（圖8b）；遠(yuǎn)物源端處僅有寬度回落幅度較大，平均厚度相比于中物源端處僅略有縮減，且遠(yuǎn)物源端處水道-堤岸體系的形態(tài)似扁平透鏡體，水道滯留沉積較薄，在整體上仍表現(xiàn)出形態(tài)先增大后減小的折返特征。從整體上看，上新世水道-堤岸體系以水道結(jié)構(gòu)單元為主，平面展布范圍較大，砂質(zhì)沉積范圍廣，且中物源端的高寬厚度主要以下切水道內(nèi)部砂質(zhì)沉積為主。

（3）更新世至今水道-堤岸體系

更新世至今，供源峽谷在數(shù)量上有所減少[13]，盆地內(nèi)水道-堤岸體系在數(shù)量上雖然有所減少，但單期次水道-堤岸體系在規(guī)模上進(jìn)一步擴(kuò)大。在中物源端處的水道-堤岸體系寬度與厚度的參數(shù)緯度均遠(yuǎn)超近物源端處（圖8c），其平均寬度自近物源端水道的5 328 m 發(fā)展至中物源端處19 087 m，平均厚度自近端547 m 至中端738 m，而在遠(yuǎn)物源端處兩個(gè)參數(shù)相比中端均大幅回落，厚度略薄于近物源端，平均寬度稍大于近物源端處，在規(guī)模上表現(xiàn)出典型的折返形態(tài)。相較于前兩個(gè)時(shí)期，該時(shí)期內(nèi)水道結(jié)構(gòu)單元展布最廣，平面分布范圍最大，砂質(zhì)沉積范圍最大。

3.2.2 不同時(shí)期水道-堤岸體系幾何學(xué)特征

在不同期次內(nèi)發(fā)生的專屬地質(zhì)活動(dòng)影響著水道-堤岸體系的形成，因此，將距物源區(qū)遠(yuǎn)近作為固定量，時(shí)間期次為變量，研究水道-堤岸體系在同一地理位置的不同時(shí)期所形成的形態(tài)、規(guī)模特征。

（1）近物源端水道-堤岸體系

近物源端處的水道-堤岸體系幾何學(xué)特征差異圖（圖9a）顯示，中新世時(shí)期水道-堤岸體系的平均寬度為10 520 m，平均厚度為629 m，均遠(yuǎn)超上新世與更新世的平均寬厚數(shù)值，這一特征與該時(shí)期陸域邊緣碰撞產(chǎn)生的大量碎屑沉降對(duì)應(yīng)[15]。在中新世時(shí)期近物源端獲得更大數(shù)量級(jí)的碎屑物質(zhì)，因此形成的水道-堤岸體系在3 個(gè)期次內(nèi)規(guī)模最大、展布最廣；上新世在近物源端處形成的水道-堤岸體系平均厚度又薄于更新世至今時(shí)期，推斷是由于上新世5.1 MaBP 前的海平面快速上升造成了該時(shí)期內(nèi)沉積厚度的差異特征，該期內(nèi)水道-堤岸體朵體構(gòu)造的形成位置以及水道延伸距離更遠(yuǎn)證明了這一點(diǎn)。

圖9 不同時(shí)期水道-堤岸體系幾何學(xué)特征差異Fig.9 Geometric characteristics in different periods of the channel-levee system development

（2）中物源端水道-堤岸體系

中物源端處自中新世至今的水道-堤岸體系平均寬度變化幅度不大（圖9b），但平均厚度穩(wěn)定增加，水道-堤岸體系在此處的沉積演化較為穩(wěn)定，來(lái)自峽谷的物源供給持續(xù)且充足，在上新世時(shí)期來(lái)自陸源的碎屑供應(yīng)通道增加了兩條峽谷來(lái)源通道，在上新世末期消失。在中物源端處，水道-堤岸體系的最厚時(shí)期為中新世（19 755 m），最薄時(shí)期為上新世（17 608 m），但上新世時(shí)期同時(shí)也發(fā)育了最多的水道-堤岸體系，上新世晚期盆地內(nèi)共沉積了9 條規(guī)模不等的水道-堤岸體系。

（3）遠(yuǎn)物源端水道-堤岸體系

根據(jù)遠(yuǎn)物源端水道-堤岸體系幾何學(xué)特征差異（圖9c），中新世、上新世、更新世至今時(shí)期內(nèi)的水道-堤岸體系在遠(yuǎn)物源端處均表現(xiàn)出沉積厚度增加的趨勢(shì)，但平均寬度在總體上略有下降。由于喜馬拉雅山脈隆起產(chǎn)生的巨量碎屑持續(xù)供應(yīng)，印度扇近海盆地的沉積物質(zhì)來(lái)源充足，且遠(yuǎn)物源端處海底坡度較緩，滿溢水道泥質(zhì)沉積豐富，外堤厚度較大，水道-堤岸體在尾端易形成朵體。

3.2.3 幾何學(xué)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，建立不同時(shí)期各個(gè)位置水道-堤岸體系平均寬度與厚度模式圖（圖10），可以更加直觀地比較上述差異及特征。

圖10 不同時(shí)期各個(gè)位置統(tǒng)計(jì)結(jié)果模式圖Fig.10 Statistical models of different positions and different periods

在空間尺度方面，近物源端處的中新世時(shí)期水道-堤岸體系平均寬度與厚度明顯大于上、更新世時(shí)期，在中、遠(yuǎn)物源端則相反。中新世時(shí)期由于海平面下降，使得陸架邊緣環(huán)境具有不穩(wěn)定性，陸架坡折區(qū)由于海底滑塌作用發(fā)育規(guī)模大小形態(tài)不等的海底峽谷，切割早期高位域時(shí)期沉積的陸架三角洲，在近物源端由于坡度較陡，主要發(fā)育了侵蝕型水道-堤岸體系，至遠(yuǎn)物源端，由于地形坡度變緩，水道沉積侵蝕性減弱，沉積作用加強(qiáng)，同時(shí)由于粗粒碎屑大量堆積于近物源端，在遠(yuǎn)物源端發(fā)育大規(guī)模多期次水道-堤岸體系復(fù)合結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)物源端處沉積物發(fā)生卸載，部分能量較強(qiáng)的水道攜帶沉積物繼續(xù)向深海流入，部分能量較弱的則會(huì)散開(kāi)沉積，從而形成大規(guī)模疊置的朵體沉積。

在時(shí)間尺度方面，不同時(shí)期各個(gè)位置的水道-堤岸體系幾何學(xué)特征變化較為明顯，上印度扇內(nèi)部自中新世到更新世至今呈現(xiàn)出由“單期水道-扁長(zhǎng)型”到“多期水道-厚窄型”的演化特點(diǎn)（圖7）。中新世水道-堤岸體系多以單期發(fā)育為主，水道及天然堤內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不同期次水道-堤岸體系空間上相互分隔且距離較遠(yuǎn)；上新世水道-堤岸體系多以多期疊置為主，水道及天然堤內(nèi)部可根據(jù)下切侵蝕面或強(qiáng)振幅連續(xù)界面劃分出不同期次，不同二級(jí)體系空間上往往發(fā)生一定程度疊置；更新世至今水道-堤岸體系規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，以多期疊置為主，內(nèi)堤岸結(jié)構(gòu)清晰，不同水道-堤岸體系在空間上疊置程度加大。

3.3 上印度扇水道-堤岸體系演化階段

在海平面周期性升降旋回的不同階段，深水沉積的沉積供應(yīng)類型與數(shù)量存在差異。一個(gè)理想的深水沉積層序具有4 個(gè)階段：海退期、低位域期、海侵期、高位域期，上印度扇水道-堤岸體系的演化過(guò)程亦受海平面升降約束，在其幾何學(xué)特征中可以看出深水沉積的階段性表現(xiàn)。

3.3.1 中新世

綜合多類地質(zhì)、地球物理資料，包括二維多道地震測(cè)線（網(wǎng)格密度5 km×5 km、9 km×9 km）剖面解釋、鉆井?dāng)?shù)據(jù)（Kekra-1、Pak G2-1 井）以及對(duì)其寬厚參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析等[14,27-28]，對(duì)中新世上印度扇水道-堤岸體系幾何學(xué)特征、平面展布進(jìn)行了分析。其中，二維地震資料分別采集自20 世紀(jì)90 年代和21 世紀(jì)初，地震數(shù)據(jù)覆蓋了陸坡至盆地超深水環(huán)境（200～3 500 m 以上）。

（1）中新世前期

中新世早期（圖11a），深水水道體系主要發(fā)育于研究區(qū)西北部（靠近陸緣一側(cè)），水道-堤岸體系的平均寬度、厚度較小，砂質(zhì)沉積較少，相互之間的規(guī)模有所差異，在近物源端偶見(jiàn)大規(guī)模水道沉積，整體軸向呈NE-SW 向。

圖11 中新世水道-堤岸體系平面展布圖Fig.11 The development of the channel-levee system in the Miocene

（2）中新世中期

中新世中期，來(lái)自峽谷的砂質(zhì)沉積物持續(xù)供給，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育有6 條水道-堤岸復(fù)合體系（圖11b），數(shù)量較早期翻倍，上印度扇深水水道沉積體系正式開(kāi)始形成，且整體向研究區(qū)東部發(fā)生明顯遷移，呈NW-SE 向展布。

（3）中新世晚期

該時(shí)期研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育4 條水道-堤岸體系（圖11c），數(shù)量較中期相對(duì)減少，但每個(gè)水道-堤岸體的規(guī)模較前期增大，寬度與厚度出現(xiàn)明顯增加，在參數(shù)統(tǒng)計(jì)中出現(xiàn)個(gè)別水道寬、厚遠(yuǎn)超平均值的現(xiàn)象，水道沉積中砂質(zhì)碎屑明顯增多。在空間上進(jìn)一步發(fā)生逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，呈NNW-SSE 向。

中新世時(shí)期為印度扇發(fā)育的初始時(shí)期，印度板塊與歐亞板塊加速擠壓碰撞，碎屑物質(zhì)通過(guò)印度河充注阿拉伯海。除此之外，由于海平面下降以及印度河汛期洪水，漸新世時(shí)期于陸架邊緣處形成的退積沉積物失穩(wěn)，以滑動(dòng)-滑塌-碎屑顆粒流的形式沿陸坡進(jìn)入上印度扇。上印度扇在中新世時(shí)期沉積速率持續(xù)增加，在晚中新世達(dá)到（20～30）×103km3/Ma，對(duì)該時(shí)期內(nèi)的水道-堤岸體系的沉積演化產(chǎn)生深刻影響[12]，在近物源端與遠(yuǎn)物源端形成了中新世以來(lái)最為寬厚的水道-堤岸體系（圖12a）。

圖12 不同時(shí)期水道-堤岸體系寬厚比浮動(dòng)條形圖Fig.12 Floating bar chart in width-depth ratio of different periods channel-levee system

3.3.2 上新世

綜合前人對(duì)印度扇沉積演化的研究[8,29]，結(jié)合參數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，上新世時(shí)期陸坡峽谷區(qū)整體向上印度扇推進(jìn)，提供陸源碎屑供給的峽谷數(shù)量增加，且陸源碎屑數(shù)量、規(guī)模明顯增大，中新世中后期停止、較少供源的峽谷重新開(kāi)啟供源，并且在數(shù)量上增多，為上印度扇西北部水道-堤岸體系的形成提供了豐厚物質(zhì)來(lái)源。因此上新世時(shí)期盆地內(nèi)水道-堤岸體系的數(shù)量、規(guī)模較中新世時(shí)期有所擴(kuò)大，在中物源端形成水道-堤岸體系體量上的峰值（圖12b），是上印度扇水道沉積的快速發(fā)育期。

3.3.3 更新世至今

通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)測(cè)線L1 至測(cè)線L3 剖面中水道-堤岸體系的參數(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，綜合區(qū)域地質(zhì)演化情況[16,30-32]，由于構(gòu)造活動(dòng)趨于穩(wěn)定，在更新世至全新世期間通過(guò)河流輸運(yùn)沉積物質(zhì)不斷累積，水道-堤岸體系的沉積演化多為繼承發(fā)育，在峽谷-陸坡-盆地存在多條大規(guī)模水道-堤岸體系，研究區(qū)內(nèi)的水道-堤岸體系在疊合的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出更高的寬厚比，在中物源端水道-堤岸體系的寬厚比平均值達(dá)到中新世以來(lái)的峰值。另一方面，由于水道沉積的順暢發(fā)育，沉積物質(zhì)經(jīng)歷較長(zhǎng)距離搬運(yùn)，重力流沉積物的粒度在遠(yuǎn)物源端整體偏細(xì)，水道-堤岸體系也在遠(yuǎn)物源端發(fā)生分叉，大量細(xì)粒沉積物溢出水道形成較寬的外堤岸，故遠(yuǎn)物源端寬厚比表現(xiàn)出增大的趨勢(shì)（圖12c），但水道沉積整體仍發(fā)育良好。

綜上，上印度扇水道-堤岸體系的形成主要經(jīng)歷了3 個(gè)演化時(shí)期：① 中新世時(shí)期，水道-堤岸體數(shù)量較少，延伸距離短，近物源端接收大量碎屑沉降形成規(guī)模較大水道-堤岸體系；② 上新世時(shí)期，峽谷供源增加，水道數(shù)量、規(guī)模增大，延伸距離更遠(yuǎn)，水道滯留砂質(zhì)沉積范圍占比快速增加；③ 更新世至今，水道數(shù)量有所減少，但單一水道-堤岸體系規(guī)模更大，下切水道平面分布最寬，水道-堤岸體系在此時(shí)期內(nèi)平穩(wěn)沉積，疊覆堆積形成復(fù)合體系。

據(jù)此，上印度扇水道-堤岸體系的形成歷程為：“單期水道-側(cè)向遷移-扁長(zhǎng)型發(fā)育”到“多期水道-垂向疊置-厚窄型”。研究區(qū)內(nèi)水道-堤岸體系在3 個(gè)時(shí)期內(nèi)的發(fā)育演化具有相似的過(guò)程，由單一深水水道沉積經(jīng)過(guò)遷移、疊合、繼承發(fā)育成為復(fù)合型水道-堤岸體系，單期水道沉積之上不斷發(fā)生水道疊覆，多期疊覆后外堤岸寬度逐漸減小，進(jìn)一步限制了水道在平面上的寬度，使得多期水道累積后形成“厚窄型”的整體形態(tài)（圖13）。

圖13 中新世以來(lái)上印度扇整體水道-堤岸體系沉積演化模式Fig.13 Sedimentary evolution model of the Upper Indian fan integral channel-levee system since the Miocene

4 結(jié)論

（1）根據(jù)地震剖面識(shí)別出的水道侵蝕界面，上印度扇中新世以來(lái)的水道-堤岸體系大致可劃分為3 期：中新世、上新世和更新世至今。其中，水道-堤岸體系在中新世中期發(fā)生逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)，水道整體向NW-SE 向偏轉(zhuǎn)，期間主要以單期發(fā)育為主，水道沉積內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，未見(jiàn)其他期次下切侵蝕面，內(nèi)堤岸發(fā)育不完全，外側(cè)主要以天然堤橫向拓展為主；上新世水道-堤岸體系垂向多期次疊覆較多，內(nèi)堤岸發(fā)育，水道滯留沉積厚度增加；更新世至今水道-堤岸體系的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，水道多以疊置繼承沉積存在，內(nèi)部堤岸結(jié)構(gòu)清晰。

（2）水道-堤岸體系在形成初期往往形成寬度、厚度均較大的形態(tài)，在后續(xù)的繼承發(fā)育過(guò)程中，后期疊覆水道-堤岸體系受到早期水道結(jié)構(gòu)的限制，寬度往往與初期水道寬度相似。而上印度扇水道-堤岸體系在3 個(gè)階段的發(fā)育初期均表現(xiàn)出寬度大、深度小的發(fā)育特點(diǎn)，依據(jù)幾何學(xué)特征分析，中新世以來(lái)上印度扇水道-堤岸體系的發(fā)育存在清晰的幾何學(xué)“折返”特征，在形成過(guò)程中表現(xiàn)出由“寬淺型”結(jié)構(gòu)向“窄深型”結(jié)構(gòu)發(fā)育的深水沉積特征。