高郵凹陷北斜坡戴二段辮狀河三角洲沉積特征和演化

李 坤，董桂玉，張振國，邱永峰，畢天卓，張麗春

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚州 225009)

高郵凹陷北斜坡戴二段辮狀河三角洲沉積特征和演化

李 坤1，董桂玉1，張振國1，邱永峰2，畢天卓2，張麗春1

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.中國石油化工股份有限公司江蘇油田分公司 地質(zhì)科學(xué)研究院，江蘇 揚州 225009)

以巖心、錄井、測井、分析化驗和地震資料為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，對高郵凹陷北斜坡戴二段沉積相類型、展布及其演化規(guī)律進行研究。在總結(jié)、比較各類型三角洲特征的前提下，認定北斜坡戴二段主要發(fā)育辮狀河三角洲相，局部發(fā)育曲流河三角洲和湖泊相。在此基礎(chǔ)上，重點對戴二段辮狀河三角洲各亞相、微相進行分析，劃分出辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲亞相，并針對各亞相對其包含的微相進行進一步劃分。在綜合考慮目標區(qū)域沉積背景和沉積特征的基礎(chǔ)上，對沉積相展布和演化進行分析，并對辮狀河三角洲形成機理進行了探討。

辮狀河三角洲；沉積演化；高郵凹陷；戴二段

引言

高郵凹陷位于揚州市北部，是蘇北盆地南緣一典型南斷北超的箕狀斷陷湖盆[1]，其東西長約100km，南北寬約20～30km[2]。高郵凹陷構(gòu)造單元從南至北劃分為南部斷階帶、中央深凹帶、北部斜坡帶3個次級構(gòu)造帶[3]。研究區(qū)北部斜坡帶位于高郵箕狀斷陷北部緩坡,西北與菱塘橋低凸起相鄰，東至吳堡低凸起，南至漢留斷層[4](圖1)。戴南組沉積于吳堡運動形成的不整合面之上，可分為戴一段(E2d1)和戴二段(E2d2)上下兩段[5]。

前人對高郵凹陷北斜坡戴南組沉積相進行了大量的研究。紀友亮認為北部緩坡帶主要發(fā)育三角洲-濱淺湖沉積體系[6]；馬文睿認為北斜坡戴南組發(fā)育三角洲沉積和湖泊相沉積[7]；張喜林認為戴一段高郵凹陷從南向北分別發(fā)育近岸水下扇、湖底扇、三角洲沉積，戴二段從南向北分別發(fā)育扇三角洲、湖底扇、三角洲沉積[8-9]；高麗坤認為三角洲分布在北斜坡[10]。前人基本認為北斜坡戴南組主要發(fā)育三角洲相，實際上北斜坡戴二段不同位置的三角洲沉積特征有所差異，因此有必要對北斜坡戴二段沉積相進行詳細研究。在總結(jié)前人對各類型三角洲認識的基礎(chǔ)上，對戴二段三角洲相進行詳細分析和區(qū)分，并對辮狀河三角洲沉積特征和演化進行詳細描述。

圖1 高郵凹陷北斜坡構(gòu)造略圖及其地理位置

Fig.1 Tectonic setting and location of the northern slope of the Gaoyou depression

1 辮狀河三角洲與其他三角洲差異

辮狀河三角洲是由辮狀河體系前積到停滯水體中形成的富含砂、礫的粗碎屑三角洲。通常由湍急洪水控制的季節(jié)性沉積作用形成[11-12]。由于(水下)河道遷移頻繁，導(dǎo)致(水下)天然堤不發(fā)育，并且疊覆沖刷嚴重。辮狀河三角洲是介于扇三角洲和曲流河三角洲之間的一種三角洲。

辮狀河三角洲與扇三角洲最根本的差異在于水流機制。扇三角洲以重力流為主，而辮狀河三角洲以牽引流為主。多位學(xué)者認為，對于扇三角洲，具明顯重力流沉積特征的三角洲平原是區(qū)別其與辮狀河三角洲(曲流河三角洲)的關(guān)鍵[13-17]。扇三角洲平原重力流特征表現(xiàn)為常見分選和磨圓都很差的雜基支撐礫巖、砂泥質(zhì)礫巖，具塊狀或遞變層理，剖面結(jié)構(gòu)呈反韻律或正韻律特征。辮狀河三角洲平原具多河道化、更深更持續(xù)的水流和很好的側(cè)向連續(xù)性特征，多表現(xiàn)為牽引流沉積。河道充填成熟度中等、中等偏差的顆粒支撐砂礫巖、含礫砂巖，具豐富的側(cè)積交錯層理和沖刷充填構(gòu)造等牽引流成因構(gòu)造，剖面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)(不完整的)正韻律特征。

辮狀河三角洲與曲流河三角洲在水流機制上的差異僅在于辮狀河三角洲局部出現(xiàn)小規(guī)模重力流(在曲流河三角洲中少見)，故二者在沉積特征上相對更為接近。但辮狀河三角洲相對于曲流河三角洲，河道水淺流急、側(cè)向遷移頻繁、堆積迅速。這些因素在三角洲沉積特征上表現(xiàn)出的最明顯的差異在于在三角洲前緣剖面結(jié)構(gòu)上不具二元結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為厚層砂巖夾薄層泥巖，河道充填呈不完整的正韻律；而曲流河三角洲前緣砂泥間互，具明顯的二元結(jié)構(gòu)，河道充填多呈現(xiàn)完整的正韻律。此外，辮狀河三角洲相較曲流河三角洲，側(cè)積交錯層理、沖刷充填構(gòu)造、滑塌變形構(gòu)造更為發(fā)育，局部可見重力流成因構(gòu)造。

本次研究的辮狀河三角洲發(fā)育于戴二段時期，發(fā)育位置位于箕狀斷陷的緩坡。沉積構(gòu)造以牽引成因為主，只見少量重力流成因構(gòu)造。三角洲前緣巖性為顆粒支撐，分選性較好。河道充填剖面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為向上變細的不完整正韻律，不具二元結(jié)構(gòu)特征，故判定為辮狀河三角洲沉積。

2 辮狀河三角洲相標志

辮狀河三角洲的形成取決于有別于其他三角洲的控制因素，如古地貌特征、物源狀況、水流機制、氣候條件等，這些控制因素反過來左右了辮狀河三角洲的沉積特征，這些有別于其他三角洲的沉積特征構(gòu)成了辮狀河三角洲的識別標志。各種標志的綜合應(yīng)用，可以較為準確地識別出扇三角洲沉積體系類型[6]。

2.1 巖石類型及顏色

辮狀河三角洲不同亞相有著不同的巖石類型組合。三角洲平原表現(xiàn)為氧化色泥巖夾厚層砂礫巖、含礫砂巖、細砂巖，巖性粗；三角洲前緣同樣為泥巖夾厚層砂巖，砂巖主要為細砂和粉砂巖及含礫砂巖，砂巖粒度比平原細；前三角洲以泥巖為主，其中包括重力流成因塊狀砂巖、泥巖。由于辮狀河三角洲屬弱氧化-弱還原環(huán)境，泥巖和粉砂巖呈棕色、暗棕色和部分紫色、深灰色；砂巖顏色一般為灰色、棕色、黃灰色、淺灰色和灰白色等(圖2)。

2.2 沉積構(gòu)造

辮狀河三角洲沉積構(gòu)造類型多樣，以牽引流成因沉積構(gòu)造為主，如水平層理、平行層理、波狀層理、波狀交錯層理、爬升交錯層理、浪成波紋交錯層理、沖刷充填構(gòu)造。局部可見因自身重力失衡或外部激發(fā)所產(chǎn)生的重力流成因構(gòu)造，如遞變層理、漂礫構(gòu)造等。同時還包含一些生物成因、風(fēng)暴成因和古地震成因構(gòu)造，如生物擾動構(gòu)造、準同生變形構(gòu)造等。由于取心井限制，此次觀察到的辮狀河三角洲巖心集中在北斜坡南部邊界的永安和聯(lián)盟莊，導(dǎo)致一些應(yīng)該非常發(fā)育的構(gòu)造未能觀察到，如三角洲平原辮狀河道沉積常發(fā)育的大中型板狀和槽狀交錯層理等(圖3)。

2.3 粒度分析

粒度分析在區(qū)分沉積環(huán)境、判定物質(zhì)搬運方式、判別水動力條件和分析粒徑趨勢等方面具有重要作用[18]。聯(lián)盟莊區(qū)域沉積物粒度概率曲線呈現(xiàn)跳躍總體和懸浮總體兩段式。跳躍和懸浮總體交截點為4.2Φ左右，小于正常河道沉積跳躍與懸浮總體交截點粒徑(2.75～3.35Φ)[12]。跳躍總體含量大于85%，其曲線斜率較大，懸浮總體曲線斜率偏小，總體反映出水動力較強，分選相對較好的特點(圖4)。C-M值主要分布在遞變懸浮沉積段QR段，極少點分布在PQ段，最大C值小于700μm，反映出水動力較強、滾動組分少的特點(圖5)。上述特征表明其沉積環(huán)境為辮狀河三角洲前緣水下分流河道。

圖2 北斜坡戴二段辮狀河三角洲巖石類型及顏色

Fig.2 Rock types and colour of the braided delta deposits in the second member of the Dainan Formation

圖3 北斜坡戴二段辮狀河三角洲沉積構(gòu)造

Fig.3 Sedimentary structures in the braided delta deposits in the second member of the Dainan Formation

3 辮狀河三角洲亞相微相特征

北斜坡戴二段辮狀河三角洲主體北倚柘垛低凸起向湖盆延伸發(fā)育，自北向南可劃分出辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣和前辮狀河三角洲亞相。由于三角洲朵體前端已超出北斜坡范圍，延伸至漢留斷層以南，故在北斜坡，前三角洲見于辮狀河三角洲兩側(cè)緣。辮狀河三角洲平原可劃分出辮狀河道和越岸沉積微相；辮狀河三角洲前緣可劃分為水下分流河道、水下分流河道間、河口砂壩、遠砂壩、席狀沙等微相；前辮狀河三角洲的微相為前三角洲泥。

3.1 辮狀河三角洲平原

辨狀河三角洲平原亞相是辮狀河三角洲海(湖)岸線以上的部分，主要由辮狀分流河道和越岸沉積組成(圖6)。

辮狀河道充填物為寬厚比高、寬平板狀的多側(cè)向(含礫)砂巖帶，巖性較粗，表現(xiàn)為較低的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度。由于平原發(fā)育區(qū)域和層位缺乏取心，并未直接觀察到辮狀河道理應(yīng)非常發(fā)育的沖刷面、平行層理、板狀交錯層理和槽狀交錯層理。SP測井曲線呈不規(guī)則箱型或鐘形，垂向上呈正韻律。

圖4 聯(lián)盟莊地區(qū)粒度概率圖[5]

Fig.4 Grain size probability accumulation curves for the sediments from the Lianmengzhuang region(after Dong Guiyu et al, 2013)

圖5 聯(lián)盟莊地區(qū)C-M圖[5]

Fig.5C-Mpatterns for the sediments from the Lianmengzhuang region(after Dong Guiyu et al., 2013)

越岸沉積以泥巖夾薄層粉砂為特征，顏色為灰白色、淺灰色、棕色或紫色，具波狀層理、水平層理，可見植物炭屑。

3.2 辮狀河三角洲前緣

辮狀河三角洲前緣亞相是辮狀河三角洲平原外側(cè)向海(湖)方向，處于海(水)平面以下，是河流和海(湖)水的劇烈交鋒帶，是辮狀河三角洲沉積的主體?？蛇M一步細分為水下分流河道、分流間灣、河口砂壩、遠砂壩、前緣席狀砂微相(圖7)。

水下分流河道是辮狀河道的水下延伸部分，是前緣沉積的主體。由近源到遠源部位，巖性由(含礫)細砂巖過渡到粉砂巖，沖刷面、板狀交錯層理和槽狀交錯層理等辮狀河道常見層理無論規(guī)模還是數(shù)量都有所減小。同時發(fā)育側(cè)積交錯層理、平行層理、波狀交錯層理、爬升交錯層理、浪成波紋交錯層理和生物擾動構(gòu)造等。SP測井曲線特征與辮狀河道類似，垂向上具正韻律特征。

分流間灣是水下分流河道之間的部分，其遠源端可與前辮狀河三角洲相接。巖性以灰色、深灰色泥巖、粉砂巖為主，發(fā)育水平層理、波狀層理、生物擾動構(gòu)造，見植物炭屑。

河口砂壩、遠砂壩分布于水下分流河道前端，是河道水流受到湖水頂托作用的結(jié)果，二者巖性以細砂和粉砂巖為主，局部含礫。受湖浪作用的影響，河口砂壩常見浪成波紋層理、平行層理。遠砂壩巖性比河口砂壩略細，垂向上砂巖厚度薄，常與泥巖呈薄互層。席狀砂是河口砂壩、遠砂壩經(jīng)較強波浪作用形成的、粉砂和泥巖互層的環(huán)帶狀連片砂體。三者結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度較高，垂向上常呈反韻律特征,對應(yīng)的SP曲線呈漏斗型。

此外，三角洲前緣前端，由于自身重力失衡或受到突發(fā)性的風(fēng)暴或古地震的影響，往往可見具有一定規(guī)模的準同生變形構(gòu)造。

3.3 前辮狀河三角洲

前辮狀河三角洲亞相位于三角洲末端，與濱淺湖相接，沉積物大部分在波基面以下深度形成。與各類三角洲的前三角洲亞相相似，均以深灰色泥質(zhì)沉積物為主，SP表現(xiàn)為泥巖基線。然而，由于辮狀河三角洲前緣亞相快速堆積的不穩(wěn)定沉積體受自身重力影響或受到地震和風(fēng)暴等作用激發(fā)，形成沿前緣斜坡運動的重力流，嵌入到前三角洲泥中，形成砂質(zhì)碎屑流沉積、泥質(zhì)碎屑流沉積和部分濁流沉積，同時伴生有一系列準同生變形構(gòu)造。相反，曲流河三角洲內(nèi)類似成因的重力流鮮見，故辮狀河三角洲前緣與前三角洲交界處的重力流沉積是區(qū)分其與曲流河的明顯標志之一。

此外，前三角洲上游可與分流間灣相接，下游與濱淺湖泥相接，三者均以泥質(zhì)沉積為主，界限往往難以區(qū)分。

圖6 沙xx井辮狀河三角洲平原沉積特征

Fig.6 Vertical section of the braided delta plain deposits through the Sha-xx well

圖7 富xx井辮狀河三角洲前緣沉積特征

Fig.7 Vertical section of the braided delta front deposits through the Fu-xx well

圖8 聯(lián)xx井前辮狀河三角洲沉積特征
Fig.8 Vertical section of the prodelta deposits through the Lian-xx well

4 辮狀河三角洲沉積相展布及演化

高郵凹陷北斜坡戴南組辮狀河三角洲發(fā)育在戴二段時期，該時期總體上呈基準面下降的、巖性下細上粗的半旋回沉積序列，期間發(fā)生過一次小規(guī)模的湖侵。戴二段初期，辮狀河三角洲倚柘垛低凸起向湖盆方向發(fā)育，其規(guī)模涵蓋馬頭莊以東、柘垛低凸起-高郵以南的北斜坡大部分區(qū)域。辮狀河三角洲前緣向南超出北斜坡，延伸至漢留斷層以南的區(qū)域，其物源主要來自柘垛低凸起方向(圖9a)。隨后盆地發(fā)生短暫相對快速沉降，湖水侵入，但這次湖侵規(guī)模小，對辮狀河三角洲影響較小，三角洲朵體規(guī)模整體上略有縮小。西部辮狀河三角洲有所擴張，辮狀河三角洲平原略微向柘垛低凸起壓縮(圖9b)。短暫沉降之后盆地開始緩慢抬升，倚柘垜低凸起發(fā)育的辮狀河三角洲規(guī)模有所擴大，辮狀河三角洲平原位置向湖盆略有推進，主流線有向東偏移的趨勢。北斜坡西部曲流河三角洲向辮狀河三角洲轉(zhuǎn)化，辮狀河三角洲發(fā)育區(qū)向西部延伸擴大，此時靠西部的辮狀河三角洲物源來自菱塘橋低凸起方向(圖9b-e)。在此過程中，北斜坡北部地勢較高區(qū)域開始發(fā)生剝蝕，伴隨盆地抬升過程，剝蝕區(qū)自北向南不斷擴大。戴二段末期僅在沿漢留斷層以北、地勢相對低洼的區(qū)域地層殘存，主要為辮狀河三角洲前緣沉積(圖9e)。

圖9 高郵凹陷北斜坡戴二段沉積相

Fig.9 Distribution of the sedimentary facies in the second member of the Dainan Formation in northern Gaoyou depression

5 辮狀河三角洲形成機理

戴二段時期，北斜坡具備形成辮狀河三角洲的古地貌、物源供給和氣候條件。首先，儀征和吳堡兩次抬升運動造就了南斷北超、呈箕狀的高郵凹陷。北斜坡是箕狀凹陷的緩坡，北高南低，具寬緩的特征，加之該時期水位不高，形成了涵蓋北斜坡大部分區(qū)域的淺水環(huán)境；其次，北部的柘垜低凸起整個時期都在遭受剝蝕，為北斜坡中東部地區(qū)的沉積提供了持續(xù)而又充足的物源供應(yīng)；再次，戴二段時期，北斜坡屬于濕潤的中-南亞熱帶氣候[5]，旱季和雨季的交替造成周期性的洪水事件。戴二段時期充沛的降水沖刷緊鄰北斜坡的柘垛低凸起，并卷攜碎屑物質(zhì)匯聚成辮狀河順斜坡而下，寬緩的地形加劇了河道的分叉，形成多條辮狀河道。當較為強勁的水流突入淺水中，辮狀河道進一步分叉形成更多規(guī)模更小的水下分流河道。向湖盆方向，由于受到湖水頂托，水動力逐漸降低，水下分流河道規(guī)模逐漸變小直至消失，水流攜帶的碎屑物質(zhì)也隨之逐級卸載，形成不同類型的沉積砂體。枯水期，水動力較弱，河道遷移不明顯；洪水期突發(fā)性的、攜帶更充足碎屑物質(zhì)的強水動力水流使水道的側(cè)向遷移更為頻繁，最終形成比正常三角洲更寬的沉積朵體。戴二段中后期，受盆地緩慢差異抬升的影響，斜坡北部高部位更多區(qū)域暴露在水面之上，受到剝蝕，物源供給增加，同時水動力有所增強。二者的共同作用一方面使三角洲朵體不斷向湖盆進積,另一方面讓局部的曲流河三角洲性質(zhì)發(fā)生改變，轉(zhuǎn)變成辮狀河三角洲。

6 結(jié)論

(1)辮狀河(曲流河)三角洲與扇三角洲的明顯差異是后者具顯著的重力流沉積特征，辮狀河三角洲與曲流河三角洲最為顯著的特征是其河道充填不具曲流河三角洲特征性的二元結(jié)構(gòu)。

(2)北斜坡戴二段時期主要發(fā)育辮狀河三角洲，其朵體北倚柘垛低凸起向南部湖盆方向延伸，物源主要來自柘垜低凸起方向。此外，北斜坡戴二段時期，在其西部還發(fā)育小規(guī)模曲流河三角洲，物源來自菱塘橋低凸起。

(3)北斜坡戴二段時期整體呈現(xiàn)水位向上變淺的基準面下降半旋回，期間發(fā)生過一次明顯的水進過程，剖面總體上呈現(xiàn)下細上粗特征。

(4)辮狀河三角洲相比曲流河三角洲，其形成條件要求近物源、較大的坡度、更強的水動力以及更充足的物源供給。當水動力和物源供給增強時，發(fā)育在具一定坡度的斜坡上的近物源曲流河三角洲可以向辮狀河三角洲轉(zhuǎn)變；反之，辮狀河三角洲同樣可以向曲流河三角洲轉(zhuǎn)變。

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Sedimentary characteristics and evolution of the braided delta deposits in the second member of the Dainan Formation in northern Gaoyou depression, Jiangsu

LI Kun1, DONG Gui-yu1, ZHANG Zhen-guo1, QIU Yong-feng2, BI Tian-zhuo2, ZHANG Li-chun1

(1.CollegeofMiningEngineering,NorthChinaUniversityofScienceandTechnology,Tangshan063009,Hebei,China; 2.ResearchInstituteofGeologicalSciences,JiangsuOilFieldCompany,SINOPEC,Yangzhou225009,Jiangsu,China)

In the light of core examination, well logs, laboratory data and seismic data, the type, distribution and evolution of sedimentary facies are dealt with for the braided delta deposits in the second member of the Dainan Formation in northern Gaoyou depression, Jiangsu. The second member of the Dainan Formation is dominated by the braided delta facies, followed by the meandering and lake facies. The braided delta facies in the study area may be subdivided into the delta plain subfacies including the braided channel and overbank microfacies, delta front subfacies including the subaqueous distributary channel, subaqueous interdistributary bay, channel mouth bar, distal bar and sheet sands microfacies, and prodelta subfacies including the prodelta mud microfacies. The distribution and evolution of the sedimentary facies and genetic mechanism of the braided delta are examined in detail in this study.

braided delta; sedimentary evolution; Gaoyou depression; second member of the Dainan Formation

1009-3850(2016)03-0083-08

2015-10-21； 改回日期： 2015-12-03

李坤(1988-),男，碩士研究生,主要研究方向:儲層沉積與油氣勘探。E-mail：likunsbrt@163.com

董桂玉(1976-),男,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事沉積學(xué)與含油氣盆地分析方面的教學(xué)與研宄工作。 E-mail：dguiyuchengdu@sina.com

河北省自然科學(xué)基金(D2013209045)、河北省科技計劃項目(12274203)

TE121.3

A