淺水三角洲研究進展與陸相湖盆實例分析

劉自亮，沈 芳，朱筱敏，廖紀佳，張修強，孟 昊

(1.成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059; 2.中國石油大學 地球科學學院，北京 102249; 3.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 4.西南石油大學，四川 成都 620500； 5.中國石油 東方地球物理公司研究院，河北 涿州 072750)

淺水三角洲研究進展與陸相湖盆實例分析

劉自亮1,2，沈 芳1，朱筱敏2,3，廖紀佳4，張修強5，孟 昊2

(1.成都理工大學 能源學院，四川 成都 610059; 2.中國石油大學 地球科學學院，北京 102249; 3.中國石油大學 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249； 4.西南石油大學，四川 成都 620500； 5.中國石油 東方地球物理公司研究院，河北 涿州 072750)

通過總結淺水三角洲的研究進展，結合鄂爾多斯盆地延長組淺水三角洲的研究，對淺水三角洲沉積特征進行討論。結果表明：穩(wěn)定的構造背景、盆地面積大、古地形坡度緩、湖平面頻繁升降變化、水體淺及物源供給充分是淺水三角洲發(fā)育的基本條件；總體而言，淺水三角洲沉積缺少傳統(tǒng)三角洲三層式結構特征，不同類型淺水三角洲沉積體存在差異，如淺水辮狀河三角洲沉積物粒度粗，水體能量強，垂向上相序不完整，河口壩微相難于保存，而在淺水曲流河三角洲沉積體系中則河口壩砂較為常見。實例分析表明：鄂爾多斯盆地延長組下組合發(fā)育淺水辮狀河三角洲和淺水曲流河三角洲兩種類型，具有三角洲平原分布范圍小、三角洲前緣分布廣的特征。河道寬深比大，沉積物相對較粗，平原分流河道沉積中可見多次疊置的沖刷面構造和大型槽狀、楔狀交錯層理等。三角洲前緣延伸遠，長度可達一百多千米，水下分流河道在平面上多分支和分叉，垂向上多為間斷正韻律。最后，討論了研究區(qū)淺水三角洲沉積體系時空演化規(guī)律。

形成機理；分類體系；淺水三角洲；沉積相；延長組；鄂爾多斯盆地

自Fisk(1954)提出“淺水三角洲”的概念以來[1]，并且由于淺水三角洲沉積體中賦存豐富的油氣資源，已成為油氣工業(yè)部門勘探開發(fā)的重要目標，特別是近年來油氣資源短缺的形勢越來越嚴峻，更成為我國油氣勘探地質(zhì)學家，特別是沉積學家研究的熱點[2-30]。因此，加強陸相湖盆淺水三角洲沉積特征、形成機理，深入分析和對比不同類型湖盆淺水三角洲發(fā)育特征、同一盆地內(nèi)淺水三角洲沉積構成差異及形成機理等科學問題，具有重要科學價值。

國內(nèi)鄂爾多斯盆地、松遼盆地、塔里木盆地、渤海灣盆地、準格爾盆地等坳陷和斷陷湖盆均發(fā)育淺水三角洲。目前研究主要集中在淺水三角洲的概念和分類、形成地質(zhì)背景及主要沉積特征等方面，且取得一些重要進展。但對于不同盆地類型淺水三角洲沉積特征，特別是同一盆地內(nèi)不同類型淺水三角洲前緣沉積構成差異，包括相序演化，微觀孔隙結構特征，砂體形態(tài)、內(nèi)部構型和發(fā)育規(guī)律等方面，分歧仍然較大，這些都是需要深入探討的沉積學問題。

鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組在不同地區(qū)的淺水三角洲沉積特征存在明顯差異，比如盆地西南緣水下分流河道發(fā)育，殘存或者缺少河口壩沉積物，而東北部則河口壩砂體富集。這些沉積記錄的差異，在已發(fā)表的文獻中，鮮有報道。因此，本文將在討論國內(nèi)外淺水三角洲研究進展的基礎上，以鄂爾多斯盆地延長組為例，開展沉積學研究，明確延長組淺水三角洲沉積相和沉積體系類型，討論沉積體系演化特征。

1 淺水三角洲研究進展

20世紀80年代，國內(nèi)學者開始對淺水三角洲進行研究，主要強調(diào)淺水三角洲與傳統(tǒng)的吉爾伯特型三角洲模式的差異[3-6]。進入21世紀，國內(nèi)學者主要集中在松遼盆地[7-14]、鄂爾多斯盆地[2，15-21]、四川盆地[21]等地區(qū)，展開淺水三角洲的研究(表1)。逐步從淺水三角洲類型、形成條件深入到對淺水三角洲形成動力學過程和形成機制的研究，從宏觀沉積特征描述深入到內(nèi)部結構解剖和形成機理的探討。

1.1 概念與分類

Fisk在研究密西西比河三角洲時提出淺水三角洲的概念，將河控三角洲劃分為深水型和淺水型[1]。Postma等將低能盆地中河控三角洲分為淺水型和深水型，并進一步區(qū)分出8種淺水三角洲類型和4種深水三角洲類型[31]，并考慮三角洲前緣坡度，將淺水三角洲劃分為緩坡型淺水三角洲和陡坡吉爾伯特型三角洲。

樓章華等從淺水三角洲的展布形態(tài)角度，將淺水三角洲分為席狀淺水三角洲、坨狀淺水三角洲、枝狀淺水三角洲和鳥足狀淺水三角洲，強調(diào)從湖盆范圍演化、湖平面升降變化的幅度和頻率等方面，分析三角洲形態(tài)轉(zhuǎn)化的動力學過程[22]。張昌民從沉積體成因角度，將淺水三角洲劃分為分支砂壩型和分流水道型兩種淺水三角洲類型[32]。鄒才能等則以供源體系為基礎，結合前緣斜坡坡度和古水深，將湖盆三角洲劃分為6種淺水三角洲和3種深水三角洲[19]。朱筱敏強調(diào)供源系統(tǒng)對三角洲的控制作用，將淺水三角洲劃分為淺水扇三角洲、淺水辮狀河三角洲和淺水曲流河三角洲[27]。

1.2 形成條件

Donaldson等進一步研究淺水三角洲的形成條件后，認為在水體較淺和構造穩(wěn)定的臺地、陸表?；虻匦纹骄徴w緩慢沉降的坳陷盆地條件下易于形成淺水三角洲[33]。樓章華認為大型坳陷湖盆、地形平緩的淺水環(huán)境有利于淺水三角洲的形成[22]；朱筱敏也認為在大型坳陷湖盆的緩坡淺水區(qū)易于形成大型淺水三角洲[27]。大型坳陷湖盆淺水三角洲的形成主要受大地構造背景[33]、古水體深度[34]、河流作用強度[3,35]、湖(海)平面變化[36-39]、氣候和物源[40]等眾多地質(zhì)條件的控制。

1.3 主要沉積特征

近年來，在Postma的分類基礎上，國外對淺水三角洲的研究已逐步深入，主要涉及淺三角洲形成動力學，沉積作用過程，微相識別及砂體構型等，眾多學者認為淺水三角洲主要形成于水體較淺、地形平緩、構造緩慢的條件下，以分流河道砂為骨架，河口壩不發(fā)育，砂體分布明顯受水體深度[41]、河流作用[43-44]、湖平面變化[37-38]、氣候及物源[44-45]等因素控制。

20世紀80年代開始，國內(nèi)學者強調(diào)分析淺水三角洲沉積與吉爾伯特型三角洲在亞相劃分[10,46]、沉積結構[4-6]、沉積模式[12,14,29,47]等方面的差異。近年來，則深入到對淺水三角洲沉積相帶劃分、砂體分布和影響因素的分析。但眾多學者的看法并不一致，一些學者把淺水三角洲沉積體系劃分為上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲亞相[8-9,21]。李元昊等則把淺水三角洲前緣細分為“內(nèi)前緣”和“外前緣”，湖岸線控制了砂體展布的形態(tài)[17]。操應長等強調(diào)淺水三角洲砂體成因和分布主要受河流、波浪和湖流的共同作用[48]。朱筱敏等認為大型坳陷湖盆淺水三角洲平面上成寬廣分布，呈現(xiàn)滿盆含砂的特點[2，7,11,13-14]。

1.4 沉積機理

進入21世紀，國內(nèi)學者深入到對淺水三角洲形成動力學過程和形成機制的研究，從宏觀沉積特征描述深入到內(nèi)部結構解剖和形成機理的探討，但認識和觀點上存在分歧。主要觀點認為后期席狀化改造[12]、河流作用、古地形[49]、湖平面變化[14]影響淺水三角洲發(fā)育的類型和規(guī)模。河水能量[32]、物源和水量[51-52]、古地貌、湖岸線[17]、湖平面變化[14]等因素控制了淺水三角洲砂體形態(tài)等。近年來，金振奎等人也試圖通過現(xiàn)代現(xiàn)代湖泊淺水三角洲考察，分析和討論淺水三角洲的形成機理[52-53]。

2 湖盆淺水三角洲研究實例

2.1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組沉積期為大型坳陷湖盆，在東南部與大華北盆地相連。研究區(qū)西部為天環(huán)坳陷，并與西緣沖斷構造帶相鄰，東部為陜北斜坡的西南部，南部與渭北隆起區(qū)相鄰，包括面積達5×104km2的西峰、慶陽、環(huán)縣和華池等地區(qū)(圖1)。延長組沉積時，表現(xiàn)為西高東低，發(fā)育一套隨構造沉降和湖平面變化而改變的沖積扇與辮狀河—三角洲—湖泊陸源碎屑沉積體系。

2.2 沉積相特征

2.2.1 三角洲平原亞相

三角洲平原亞相以砂/泥巖互層以及泥炭沼澤沉積為主，主要發(fā)育分流河道和河間洼地微相。分流河道沉積最為典型，具有底沖刷面，向上變細的沉積序列，發(fā)育槽狀交錯層理、平行層理和砂紋交錯層理等，在平原亞相發(fā)育典型的薄煤層或者煤線，在垂向上組成向上粒度變細的沉積序列(圖2)。

圖1 鄂爾多斯盆地構造單元劃分及研究區(qū)位置

2.2.2 三角洲前緣亞相

前緣亞相主要發(fā)育細砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖。常見沖刷面和巖性突變面。發(fā)育各種反映牽引流成因的沉積構造，如平行層理、槽狀交錯層理、波狀交錯層理、砂紋層理等，常見植物碎片和蟲孔構造。水下分流河道是前緣中最重要的沉積單元，常與分流間灣頻繁互層。河口壩沉積不發(fā)育，在水下分流河道底部能見到殘余的河口壩沉積。

圖2 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)辮狀河三角洲平原沉積序列特征(演40井)

1) 水下分流河道

由于水體較淺、河流作用強、發(fā)育規(guī)模大、延伸遠，水下分流河道為淺水三角洲前緣的主要沉積單元。平面上多分叉，垂向上表現(xiàn)為復合正韻律或間斷正韻律(圖3)，常見多個沖刷面相互疊置，表現(xiàn)為多層定向排列的泥礫層。常見反映強水動力條件的沉積構造，粒度概率曲線主要為強水動力作用的兩段式，反映了分流河道能量高、跳躍式搬運、沉積快的牽引流特征[12]。常對應平行層理、各種交錯層理的中砂巖、細砂巖。測井相特征明顯，電阻率曲線和自然電位曲線常呈鐘形和箱形，鐘形反映了典型向上變細的垂向系列，箱形尤其是厚層狀箱形反應多期河道砂體垂向疊置的特征。

2) 分流間灣

分流間灣微相主要以懸浮沉積為主，巖性為層狀灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖。常見植物葉片化石。常見沙紋層理，層理面炭屑富集，垂向蟲孔發(fā)育。自然電位曲線相對低平，自然伽馬曲線中高值，電阻率曲線呈中低幅齒狀。

3) 河口壩

由于水體較淺、河流能量強，河口壩不太發(fā)育或者由于前期河口壩被后期河道沖刷破壞，很少被保存下來，僅在少量鉆井巖心上見到殘余的河口壩沉積物。主要為灰色、深灰色細粒砂巖、粉砂巖沉積，分選較好，表現(xiàn)為反粒序結構的垂向沉積序列，常見平行層理、沙紋層理和小型交錯層理。自然電位、自然伽馬曲線通常呈漏斗形。

2.2.3 前三角洲

前三角洲亞相的沉積物以深灰色泥巖沉積為主，泥巖較為純凈，見水平層理和季節(jié)紋層，常夾粉砂巖薄層，為河流攜帶入湖的泥質(zhì)和細粉砂等細粒沉積物，呈懸浮狀態(tài)搬運到水體較深、水動力能量較弱的安靜環(huán)境下沉積形成。

2.3 沉積相演化特征

鄂爾多斯盆地延長組基本繼承了紙坊組沉積時東北高西南低的不對稱的坳陷特征。長10段沉積期鄂爾多斯盆地己具雛形，長軸呈北西-南東向展布，湖區(qū)的面積約3.6×104km2。進入長9段沉積期，盆地下沉速度明顯加快，湖盆面積約6.3×104km2，明顯比長10油層組的湖盆范圍大。

長9段沉積期湖岸線在虎洞-演武-鎮(zhèn)原-豐臺-太昌-關家川一線，該線西南為三角洲平原沉積，東北為三角洲前緣沉積。研究區(qū)不發(fā)育深湖相，以辮狀河三角洲沉積為主，主要發(fā)育四支三角洲沉積體系(圖4)。4條三角洲砂體寬約30～70 km，砂體厚度10～70 m，延伸距離遠，多分叉，形成多個朵葉體。如沿豐臺-慶陽-白馬-城壕-白豹一線發(fā)育的辮狀河三角洲前緣砂體，寬度62 km左右，地層厚度27～85 m，砂體厚度6～25 m，砂地比23%～70%。砂體呈條帶狀展布，砂體發(fā)育規(guī)模最大，主要為三角洲前緣水下分流河道，由西南向東北向深水區(qū)推進，不斷向兩側(cè)分叉，發(fā)育多個朵葉體。砂體推進至慶陽時，河道分為三支：一支向正北偏西驛馬方向推進，寬度15 km左右，延伸較短，在桐川附近尖滅；另兩支均繼續(xù)沿正北偏西方向推進，寬度約20 km，東側(cè)一支在南梁附近尖滅，西側(cè)一支在城壕一帶與東側(cè)一支連為一片，又延伸入深湖，在白豹一帶呈朵狀展開。

圖3 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)辮狀河三角洲前緣垂向沉積序列特征(西64井)

長8段沉積期，盆地基底仍然是處于沉降的過程，湖盆面積擴大，整體仍處于湖盆的發(fā)展階段。三角洲沉積體基本上繼承了長9段沉積時的展布形態(tài)，并沿物源方向，圍繞湖岸線呈環(huán)帶狀分布，形成淺水三角洲群，主要發(fā)育淺水三角洲平原、淺水三角洲前緣和濱淺湖等亞相，深湖相不發(fā)育(圖5)。該時期由于物源的差異，三角洲發(fā)育規(guī)模發(fā)生變化，來自西南部物源區(qū)的三角洲規(guī)模變小，而來自東北部物源區(qū)的淺水曲流河三角洲發(fā)育規(guī)模變大，開始進入隴東地區(qū)。

圖5 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長82沉積期沉積體系分布

長8段沉積期，湖岸線位于虎洞-殷家城-武溝-鎮(zhèn)原-涇川-太昌一線。圍繞湖盆，共發(fā)育來自西和西南部物源多支淺水辮狀河三角洲和來自北部和東北部物源的淺水曲流河三角洲。淺水三角洲前緣分布范圍廣、厚度大。不同物源的淺水三角洲在類型和平面形態(tài)均存在差異。在研究區(qū)西部和西南部主要發(fā)育來自南部和西部西南部物源區(qū)的淺水辮狀河三角洲沉積體系，其沉積砂體單層厚度較長9段沉積期變薄，砂地比變小，三角洲前緣朵葉體成鳥足狀。如在寧縣-正寧地區(qū)，主要發(fā)育來自南部物源主要發(fā)育4支淺水辮狀河三角洲，整體呈南北向展布。寬度達10～27 km，砂體厚度8～28 m，砂地比20%～55%。水下分流河道不斷分叉，形成多個鳥足狀朵葉體。在研究區(qū)東北部主要發(fā)育來自東北部物源的淺水曲流河三角洲，主要發(fā)育淺水曲流河三角洲前緣亞相，平面上呈條帶狀，局部地區(qū)連片(圖5)。

3 結論及討論

1) 淺水三角洲的研究起始于20世紀50年代，目前仍處于發(fā)展時期。近年來，國內(nèi)外學者在淺水三角洲的分類、形成條件、主要沉積特征、內(nèi)部結構特征及形成機理等方面，都取得了一些列重要的認識和進展。但需要進一步討論不同盆地類型淺水三角洲沉積特征，包括淺水環(huán)境鑒別標志、相序演化，微觀孔隙結構，砂體形態(tài)、內(nèi)部構型和發(fā)育規(guī)律，以及對同一盆地內(nèi)大量發(fā)育的淺水三角洲沉積構成特征和形成機理等。

2) 鄂爾多斯盆地構造背景相對簡單、盆地面積大、水體淺、周邊物源供給充分，具備了發(fā)育淺水三角洲的地質(zhì)條件。延長組下組合發(fā)育典型的淺水三角洲沉積，可劃分為淺水辮狀河三角洲平原、淺水辮狀河三角洲前緣和前淺水辮狀河三角洲，具有“小平原、大前緣”的特征，其前緣是該區(qū)有利儲層發(fā)育帶，是目前油氣勘探開發(fā)的重點地區(qū)。

3) 長9-長8段沉積期，物源相對較近，河道寬深比大，沉積物相對較粗。辮狀河三角洲平原主要發(fā)育含礫石的中-粗砂巖和泥炭沼澤沉積，沉積粒度向上變細的平原分流河道沉積，可見多期沖刷面構造垂向和大型槽狀、楔狀交錯層理等，泥炭沼澤中可見到薄層的煤和煤線。淺水辮狀河三角洲前緣延伸長度可達一百多千米，水下分流河道是優(yōu)質(zhì)儲層砂體主要發(fā)育相帶，平面上多分叉和分支，垂向上多為間斷正韻律。

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(編輯 張亞雄)

Progress of shallow-water delta research and a case study of continental lake basin

Liu Ziliang1,2,Shen Fang1,Zhu Xiaomin2,3，Liao Jijia4，Zhang Xiuqian4,Meng Hao2

(1.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu，Sichuan610059,China;2.SchoolofGeoscience,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;4.SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan620500,China；5.ResearchInstituteofBEG,CNPC,Zhuozhou,Hebei,072750,China)

By summarizing the research progress of shallow water delta and combining with the study of shallow delta of the Yanchang Formation in Ordos Basin,this paper discussed the sedimentary characteristics of the shallow water delta.The results indicate that the basic conditions for development of shallow water delta include s

genetic mechanism，classification system，shallow-water delta，sedimentary facies，Yanchang Formation，Ordos Basin

2014-08-30;

2015-06-20。

劉自亮(1978—)，男,講師，沉積學與層序地層學。E-mail:bugliu2001@163.com。

國家科技重大專項(2011ZX05001-003-03)。

0253-9985(2015)04-0596-09

10.11743/ogg20150409

TE121.3

A

Fig.tectonic setting,large basin area,low relief of paleotopography,frequent changes of lake level,shallow water and abundant provenance supply.In general,shallow water delta deposition lacks the traditional characteristics of three-tier structure.There are differences between different types of shallow water delta sedimentary bodies.For example,shallow braided river delta features in coarse grained sediments,strong water energy,incomplete vertical facies sequence,and poor preservation of mouth bar.In contrast,mouth bar is common in shallow water meandering river delta.The case study of continental lake basin shows that the Yanchang Formation of Ordos Basin developed shallow water braided delta and shallow water meandering delta,which are characterized by small area of delta plain and widespread delta front zone.Its width-depth ratio of channel is large,the sediments are coarse,and it is common to find multiple superimposed erosion surfaces and large trough-shaped,wedge-shaped cross-bedding in plain distributary channel deposits.Delta front can extend more than one hundred kilometers and underwater distributary channels are characterized by lateral branches and bifurcate and vertical intermittent fining upwards rhythm.Moreover,the space-time evolution of shallow water delta sedimentary system in the study area is also discussed.