礫質(zhì)辮狀河型沖積扇巖相類型、成因及分布規(guī)律——以準(zhǔn)噶爾盆地西北緣現(xiàn)代白楊河沖積扇為例

靳軍，劉大衛(wèi)，紀(jì)友亮，楊召，高崇龍，王劍，段小兵，桓芝俊，羅妮娜

1.中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249 2.中國石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測研究院，新疆克拉瑪依 834000 3.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

0 引言

沖積扇砂礫巖儲(chǔ)層是一類重要的油氣儲(chǔ)層類型，尤其是準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖油田的發(fā)現(xiàn)，越加突出了沖積扇礫巖儲(chǔ)層的重要性。近年來，國內(nèi)外沖積扇的研究越加系統(tǒng)和細(xì)致，研究手段、研究方法以及研究思路更加多樣，尤其是近些年來對(duì)地質(zhì)災(zāi)害、地外星體[1]、實(shí)驗(yàn)?zāi)M[2-3]、沖積扇內(nèi)儲(chǔ)層展布[4-6]以及構(gòu)型單元?jiǎng)澐值难芯縖7-17]，極大的推動(dòng)了沖積扇的研究進(jìn)程。沖積扇的發(fā)育受控于沉積自旋回(水動(dòng)力條件)和沉積異旋回(構(gòu)造[18-19]、氣候[20-21]、基準(zhǔn)面變化[22]等)共同作用，因此在全球不同沉積區(qū)，不同沖積扇(即使同一盆地內(nèi)發(fā)育的沖積扇)內(nèi)巖相類型和發(fā)育規(guī)律也存在差異。在國內(nèi)外，通常根據(jù)沉積基質(zhì)的差異，將沖積扇的類型劃分為以重力流成因巖相為主的泥石型沖積扇[23-26]，以牽引流成因巖相為主河流型沖積扇[27-33]，以及無流水參與(巖體崩落或雪崩)成因巖相類型為主的巖崩型沖積扇[34-35]。由此看來，對(duì)各類沖積扇內(nèi)部巖相類型的劃分及成因解釋就顯的尤為重要，因?yàn)闆_積扇內(nèi)巖相可直觀反映沉積水動(dòng)力條件，還原扇內(nèi)沉積環(huán)境，甚至可以預(yù)測優(yōu)質(zhì)相帶展布規(guī)律。在油氣勘探上，對(duì)沖積扇砂礫巖儲(chǔ)層取芯井段巖相的正確識(shí)別有助于厘定鉆遇扇體類型，從而判定鉆遇沉積相帶類型并進(jìn)一步建立儲(chǔ)層展布模型。

本文以準(zhǔn)噶爾盆地西北緣現(xiàn)代白楊河沖積扇為例，在大量的野外露頭資料、文獻(xiàn)資料和粒度分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)代白楊河沖積扇內(nèi)出露的巖相類型及成因進(jìn)行歸納闡釋，并總結(jié)各巖相粒度特征和展布規(guī)律，旨在闡釋辮狀河型沖積扇各類巖相沉積條件，為井下砂礫巖儲(chǔ)層的勘探提供豐富的野外資料和理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

白楊河沖積扇位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的和什托洛蓋盆地內(nèi)的白楊河凹陷中(圖1)，為第四紀(jì)時(shí)期沉積[36-37]。研究扇體扇體規(guī)模巨大，橫向展布長度約36～38 km，縱向展布長度約19～27 km，扇面坡度平緩(1‰～7‰)，露頭出露條件較好。白楊河沖積扇北鄰的烏克拉嘎爾山脈和謝米斯臺(tái)山脈為主要供源山體，山體內(nèi)部供源流域面積巨大(約15 508 km2)，南鄰扎伊爾山脈[38]。研究區(qū)現(xiàn)今扇面可見多條斷層活動(dòng)，扇上供源河流下切形成現(xiàn)今的山區(qū)河流—白楊河谷。本次研究扇上共勘探點(diǎn)位100余個(gè)，挖掘野外探槽8條，對(duì)扇體各區(qū)域(扇根、扇中、扇緣區(qū)域)進(jìn)行細(xì)致觀測。

2 巖相類型及成因解釋

根據(jù)沉積物類型、沉積構(gòu)造及水動(dòng)力條件，在白楊河沖積扇內(nèi)共識(shí)別出16種巖相類型，巖相命名符號(hào)的依據(jù)Miall的巖相分類命名并有所修改。巖相類型依據(jù)沉積物形成時(shí)的流體動(dòng)力差異劃歸為5類成因，即重力流成因、高流態(tài)牽引流成因、低流態(tài)牽引流成因、靜水沉積成因以及風(fēng)成沉積成因(圖2～5)，各類巖相形態(tài)及粒度特征詳見圖3-1和圖3-2。

2.1 重力流成因巖相

雜基支撐礫巖(Gmm)巖相為雜基支撐結(jié)構(gòu)，具有反粒序特征，成分主要以中礫—粗礫為主，磨圓中等，礫石多為次圓狀—次棱角狀，沉積物內(nèi)部可見“漂礫”現(xiàn)象，最大礫石直徑可達(dá)40～50 cm。沉積物分選極差，雜基含量極多，且成分多以粗砂—細(xì)礫級(jí)為主(圖2a,b)。此類巖相為重力流沉積的產(chǎn)物，為泥石流沉積成因[25,39-41]，即泥石流沉積之后少量礫石與細(xì)粒砂泥混合快速沉積[42]，或者為陣發(fā)性洪水事件或者暴雨導(dǎo)致的沉積物高度聚集并快速沉積的產(chǎn)物。雜基支撐礫巖巖相形態(tài)呈厚層席狀展布，內(nèi)部由多期反旋回巖層組成，單個(gè)反旋回厚度約2～5 m，總厚度可達(dá)一百多米，橫向延伸距離可達(dá)數(shù)公里，巖相概率累積線呈平滑上拱形，低斜率，頻率分布直方圖呈鋸齒狀，粒徑分布寬區(qū)間(-6～6 φ)(圖3-1)。扇內(nèi)雜基支撐礫巖巖相主要分布于扇根靠近出山口處的補(bǔ)給水道內(nèi)。

塊狀礫巖(Gcm)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，礫石成分以中礫—粗礫為主，巖相整體呈塊狀構(gòu)造，無粒序變化，礫石磨圓中等，多為次圓狀—次棱角狀，最大礫石直徑可達(dá)20～30 cm。沉積物分選極差甚至無分選(圖2c,d)，礫間雜基多為中砂級(jí)—細(xì)礫級(jí)。此類巖相形成于高流態(tài)的水流環(huán)境中，為河道內(nèi)負(fù)載沉積產(chǎn)物，或者為水流衰減時(shí)期河道底部的滯留沉積產(chǎn)物[39,41,43-45]，塊狀礫巖巖相同樣也可以形成于侵蝕河道底部，即湍流形成的底型沉積。塊狀礫巖巖相展布形態(tài)呈厚層席狀或者透鏡狀，其中呈厚層席狀展布巖相垂向厚度可達(dá)5～10 m，橫向延伸可達(dá)數(shù)公里，底部可見明顯的沖刷侵蝕面；透鏡狀塊狀礫巖巖相常分布于河道底部，垂向厚度約1～2 m，橫向長度可達(dá)5～10 m，為河道底部滯留沉積并常見凹形侵蝕面。巖樣概率累積曲線呈“簡單懸浮一段式”或低斜率兩段式，頻率分布直方圖呈鋸齒狀，粒度分布寬區(qū)間(圖3-1)。扇內(nèi)塊狀礫巖巖相主要分布于扇根補(bǔ)給水道內(nèi)和扇中辮狀水道內(nèi)。

圖1 白楊河沖積扇區(qū)域地質(zhì)概況圖Fig.1 Regional geology of Poplar River alluvial fan

圖2 重力流成因巖相野外照片a.雜基支撐礫巖巖相(Gmm),礫石以中礫—粗礫為主，雜基含量多并以粗砂—細(xì)礫為主，重力流沉積成因，厚層層狀展布；b.雜基支撐礫巖巖相(Gmm)，反粒序，可見大礫石的“飄礫”現(xiàn)象；c.塊狀礫巖巖相(Gcm)，厚層層狀，礫石以中礫級(jí)為主，雜基以粗砂—細(xì)礫為主，洪流沉積物快速卸載成因；d.塊狀礫巖巖相(Gcm)，透鏡狀，河道底部滯留沉積成因；e.遞變層理礫巖巖相(Gcg)，厚層層狀展布，礫石以中礫—粗礫為主，雜基含量多并以粗砂—細(xì)礫為主，為洪水?dāng)y帶沉積物快速堆積而成；f.塊狀砂巖巖相(Sm)，透鏡狀，中—粗砂為主，短期高密度水流事件成因Fig.2 Field photographs of debris-flow lithofacies

圖3-1 各巖相形態(tài)及粒度特征Fig.3-1 Characteristic of lithofacies form and granularity curve

遞變層理礫巖(Gcg)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)育遞變層理，呈正粒序，內(nèi)部偶見薄層條帶狀砂巖，沉積物內(nèi)礫石主要為中礫—粗礫級(jí)，磨圓中等，多為次圓狀—次棱角狀，最大礫徑達(dá)20～35 cm。沉積物分選極差，礫間雜基含量較多，多為中砂—細(xì)礫級(jí)(圖2e)。遞變層理礫巖巖相形態(tài)呈厚層席狀展布，垂向厚度可達(dá)十幾米，橫向延伸可達(dá)數(shù)百米(圖3-1)，為洪流所攜沉積物快速沉積的產(chǎn)物[39,45]。扇內(nèi)遞變層理礫巖巖相主要發(fā)育于扇根補(bǔ)給水道前緣。

塊狀砂巖(Sm)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，沉積物成分以中—粗砂為主，含少量細(xì)礫，巖相整體呈黃色或淡黃色，內(nèi)部無層理構(gòu)造，呈塊狀構(gòu)造，沉積物分選較差(圖2f)。塊狀砂巖巖相(Sm)可反映水流強(qiáng)度衰減期辮狀水道內(nèi)的沉積環(huán)境，多代表辮狀水道內(nèi)短期、高密度的水流事件沉積，形成時(shí)的水流流態(tài)相對(duì)較低，為壩頂沉積的標(biāo)志[45-46]，這類巖相同樣可形成于生物擾動(dòng)作用[42]。塊狀砂巖巖相常與塊狀礫巖巖相、交錯(cuò)層理礫巖巖相相伴生，?？纱硪黄诔练e事件的頂部沉積物，巖相形態(tài)多呈頂平底凸的透鏡狀，規(guī)模較小，巖相垂向厚度約20～30 cm，橫向延伸可達(dá)2～3 m，內(nèi)部偶見生物鉆孔現(xiàn)象。巖樣概率累積曲線呈一段式，具較高斜率，頻率曲線有2～3個(gè)主峰，主峰之間有多個(gè)次峰(圖3-1)。扇內(nèi)塊狀砂巖巖相常發(fā)育于扇中辮狀水道微相內(nèi)。

2.2 高流態(tài)牽引流成因巖相

交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)育低角度交錯(cuò)層理(層理傾角<5°)，巖相整體呈正粒序，層理底部可見粗礫滯留、柔流變形結(jié)構(gòu)，并可見明顯的沖刷侵蝕面。礫石以細(xì)礫—中礫級(jí)為主，磨圓較好，呈次棱角狀—次圓狀。礫間雜基含量分布不均，但整體含量較少，雜基多為中砂—粗砂(圖4a,b)。交錯(cuò)層理礫巖巖相主要發(fā)育于辮狀水道沉積環(huán)境中，為河床底型遷移(水流流速2～3 m/s)形成的壩體沉積[32,44,47]，或是淺河道內(nèi)壩體的側(cè)向加積物形成的礫質(zhì)沉積物[39]。交錯(cuò)層理礫巖巖相根據(jù)內(nèi)部沉積構(gòu)造差異可進(jìn)一步劃分為槽狀交錯(cuò)層理礫巖巖相、板狀交錯(cuò)層理礫巖巖相，其中槽狀交錯(cuò)層理礫巖巖相較為常見，巖相內(nèi)部紋層厚度約2～5 cm，層系厚度約25～50 cm，層系組厚度可達(dá)1～3 m，橫向延伸可達(dá)4～6 m；板狀交錯(cuò)層理礫巖巖相常孤立出露，但規(guī)模較大，內(nèi)部紋層厚度約5～15 cm，層系厚度約0.5～1 m，橫向延伸可達(dá)5～8 m。巖樣概率累積曲線呈“一滾兩跳一懸浮”特點(diǎn)，頻率分布直方圖為寬區(qū)間特征，頻率曲線具有多個(gè)主峰，標(biāo)準(zhǔn)偏差1～2.4，峰度0.56～1.25(圖3-1)。扇內(nèi)交錯(cuò)層理礫巖巖相主要發(fā)育于扇體發(fā)育間洪期的主槽和辮狀溝槽沉積微相內(nèi)。

片流礫巖(Gcs)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，礫石多為細(xì)礫—中礫級(jí)，分選較差，磨圓中等，次棱角狀—次圓狀，巖相整體呈正粒序，單層底部可見局部低角度排列的礫石(傾角約2°～5°)，礫間雜基多為中—粗粒級(jí)砂巖(圖4c，d)。這類巖相形成于高流態(tài)水動(dòng)力條件下(V水≈3～6 m/s)河道內(nèi)或非限制河道內(nèi)，是超臨界擴(kuò)散水流條件下，漫洪沉積的產(chǎn)物[48]。片流礫巖巖相呈厚層席狀展布，內(nèi)部可見多套正韻律薄層砂礫巖互層疊置，多期疊置厚度大于4 m，橫向延伸距離大于3 km。巖樣概率累積曲線呈平滑上拱形，低斜率，頻率分布直方圖顯示粒度分布區(qū)間較寬，多峰，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.65～2.42，峰度0.16～0.46，沉積物主體為跳躍組分(圖3-2)。片流礫巖巖相主要發(fā)育于扇根片流帶微相以及扇中片流帶微相內(nèi)。

疊瓦狀排列礫巖(Gci)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，礫石以中礫—粗礫級(jí)為主，分選較差，磨圓中等，次棱角狀—次圓狀，礫間雜基含量較多，粒級(jí)為極粗砂—細(xì)礫級(jí)。巖相整體呈正粒序，內(nèi)部礫石具疊瓦狀排列現(xiàn)象，向源傾斜，礫石傾角約20°～30°(圖4e, f)。這類巖相形成于高流態(tài)水流條件下的主河道底部環(huán)境[41]。疊瓦狀礫巖巖相形態(tài)呈席狀展布，常與塊狀礫巖巖相伴生，底部可見明顯的沖刷侵蝕現(xiàn)象，該巖相垂向厚度約1～3 m，橫向延伸可達(dá)數(shù)百米(圖3-2)。疊瓦狀排列礫巖巖相主要發(fā)育于扇根補(bǔ)給水道微相以及扇中辮狀水道微相底部。

支撐礫巖(Gco)巖相為顆粒支撐(巖石骨架支撐)結(jié)構(gòu)，礫石主要為細(xì)礫—中礫級(jí)，少見粗礫級(jí)，分選較好，磨圓中等，次棱角狀—次圓狀，礫間雜基含量極少甚至不含雜基。巖相整體呈正粒序，礫間孔洞發(fā)育，并具有一定規(guī)模與延伸距離(圖4g, h, i)。支撐礫巖的命名并未采用“沉積構(gòu)造+巖性”命名規(guī)則，而是采用“結(jié)構(gòu)樣式+巖性”命名原則，一方面是為了不與遞變層理礫巖命名相混淆，突出其骨架顆粒間雜基含量極少的特點(diǎn)，國內(nèi)外也將這類巖相命名為“骨架礫巖”、“洪積礫巖”；另一方面支撐礫巖形成水動(dòng)力條件為溢散的超臨界水流，而非牽引流下砂波底型遷移的結(jié)果，故而不能套用“沉積構(gòu)造+巖性”的命名原則。支撐礫巖巖相主要發(fā)育于限制性的辮狀水道環(huán)境中，為河道內(nèi)常流水區(qū)湍流持續(xù)淘洗產(chǎn)物，或者形成于超臨界水流條件下，水流對(duì)底部沉積物的淘洗再沉積作用的產(chǎn)物[35,49]，該巖相是一類特殊的巖相單元，根據(jù)其形成環(huán)境和分布樣式的差異，將支撐礫巖巖相劃分為沿溝槽底部分布支撐礫巖、沿層理面分布支撐礫巖、片流帶內(nèi)分布的支撐礫巖，其中沿溝槽底部分布支撐礫巖孤立分布，厚度約10～20 cm，長度約2～3 m；沿層理面分布支撐常成套分布，分布密度大，單層厚度約5～10 cm，長度約0.5～1 m；片流帶內(nèi)支撐礫巖主要沿片流層面分布，支撐礫巖成套出露且密度較大，單層厚度約2～5 cm，長度約4～8 m。巖相粒度概率曲線呈“高截點(diǎn)兩段式”，粒徑-6～1 φ占總體95%以上，頻率分布直方圖區(qū)間較窄，少峰，反映分選較好(圖3-1)。扇內(nèi)支撐礫巖巖相常發(fā)育于扇根和扇中的片流帶內(nèi)以及扇中的辮狀溝槽微相內(nèi)。

圖4 高流態(tài)牽引流成因巖相野外照片a.槽狀交錯(cuò)層理礫巖巖相(Gcc)，礫石以細(xì)礫—中礫為主，礫間雜基以中砂—粗砂為主，河道內(nèi)底型遷移成因；b.板狀交錯(cuò)層理礫巖巖相(Gcc)，礫石以細(xì)礫—中礫為主，礫間雜基以中砂—粗砂為主，河道內(nèi)底型遷移成因；c.片流礫巖巖相(Gcs)，礫石為細(xì)礫—中礫級(jí)，雜基為中砂—粗砂，非限制漫洪成因，厚層層狀展布；d.單期片流礫巖巖相(Gcs)，礫石具定向性，可見遞變層理、支撐礫巖現(xiàn)象，薄層狀延伸；e.疊瓦狀排列礫巖巖相(Gci)，礫石以中礫—粗礫為主，礫間雜基以中砂—極粗砂為主，為主槽內(nèi)高流態(tài)水流成因，層狀展布；f.疊瓦狀排列礫巖巖相(Gci)，辮狀河內(nèi)高流態(tài)水流成因，礫石傾角∠20°～∠30°；g.支撐礫巖(Gco)，沿溝槽底部分布，礫石以細(xì)礫—中礫為主，雜基以中砂為主，為水流淘洗成因，頂平底凸的透鏡狀(厚0.2 m×長2 m)；h.支撐礫巖(Gco)，片流帶內(nèi)分布，礫石以細(xì)礫—中礫為主，雜基以中砂為主，與片流沉積物伴生，超臨界水流淘洗成因，條帶狀(厚0.05 m×長5 m)；i.支撐礫巖(Gco)，沿層理面分布，礫石以細(xì)礫—中礫為主，雜基以中砂為主，與沉積層理匹配，超臨界水流淘洗成因，呈條帶狀(厚0.1 m×長1 m)；j.“S”型前積層理礫巖(Gcf)巖相，礫石主要為細(xì)礫—中礫級(jí)，礫間雜基含量較高且為中砂—極粗砂，為河道內(nèi)壩體前積增生成因，底平頂凸的透鏡狀(厚0.75 m×長6 m)；k.平行層理砂巖(Sh)巖相，細(xì)砂—中砂為主，含少量細(xì)礫，河床沙丘底型遷移成因；l.平行層理砂巖巖相(Sh)，透鏡狀(厚0.2 m ×長 1.5 m)夾于礫巖層中，河床底型遷移成因；m.大型交錯(cuò)層理砂巖巖相(Scl)，粗砂—極粗砂，沙丘底型遷移成因，頂平底凸透鏡狀(厚0.3 m ×長 1.5 m)；n.大型交錯(cuò)層理砂巖巖相(Scl)，中砂—極粗砂，具有高角度層理傾角(∠10°～∠15°)，河床底型遷移成因，頂平底凸透鏡狀Fig.4 Field photographs of upper-flow regime lithofacies

“S”型前積層理礫巖(Gcf)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，礫石主要為細(xì)礫—中礫級(jí)，沉積物分選較差，礫間雜基含量較高，雜基多為中砂—極粗砂(圖4j)，主要形成于河道內(nèi)壩體遷移側(cè)積[39]。巖相形態(tài)呈底平頂凸的透鏡狀，整體厚度約0.5～1 m，橫向長度約4～8 m，單個(gè)前積層厚度約20～30 cm，沿前積層面可見支撐礫巖巖相分布(圖3-1)。扇內(nèi)“S”型前積層理礫巖巖相主要發(fā)育于扇中辮狀水道微相內(nèi)。

平行層理砂巖(Sh)巖相沉積物主要為細(xì)砂—中砂級(jí)，含少量細(xì)礫，分選中等偏好，巖相整體呈土黃色或黃色，整體以及內(nèi)部層理皆為正粒序，層理呈平行—低角度的層狀，巖石相內(nèi)部可見生物鉆孔和植物根莖，底部可見沖刷侵蝕面，局部存在柔流變形構(gòu)造(圖4k, l)。平行層理砂巖巖相形成于河道內(nèi)高流態(tài)的水動(dòng)力環(huán)境或者向高流態(tài)轉(zhuǎn)化的水動(dòng)力條件下，也可以形成于河道內(nèi)陣發(fā)性洪水沉積或由此產(chǎn)生的溢岸沉積[27,31,35]。巖相形態(tài)呈頂平底凸的透鏡狀，是河道內(nèi)較高流態(tài)下的沉積產(chǎn)物，巖相內(nèi)部紋層厚度約1～2 cm，巖相整體規(guī)模較小，垂向厚度約0.3～0.5 m，橫向長度約2～3 m，內(nèi)部可見生物鉆孔及植物根莖。巖樣概率累積曲線為三段式，其中滾動(dòng)搬運(yùn)組分所占比例最大(60%～70%)，其次是跳躍搬運(yùn)組分(22%～35%)，懸浮搬運(yùn)組分小于5%，頻率分布直方圖粒度分布區(qū)間窄，單峰，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.77～3，峰度0.68～1.67，整體較尖銳，分選較好(圖3-1)。扇內(nèi)平行層理砂巖巖相主要發(fā)育于扇中辮狀溝槽沉積環(huán)境內(nèi)。

大型交錯(cuò)層理砂巖(Scl)巖相以沉積物以中砂巖—極粗砂巖為主，含少量細(xì)礫和中礫，正粒序，分選中等，其中槽狀交錯(cuò)層理砂巖和板狀交錯(cuò)層理砂巖常見，少見楔狀交錯(cuò)層理砂巖，具高角度(∠10°～∠15°)交錯(cuò)層理傾角以及局部發(fā)育的逆向傾角，在大型交錯(cuò)層理礫巖內(nèi)部可見粗礫滯留、同生變形構(gòu)造現(xiàn)象(圖4m,n)。該巖相一般形成于主河道內(nèi)平坦河床底部大型波紋和沙壩遷移，形成時(shí)的水流流態(tài)較高(V水≈0.7 m/s)[50-52]。大型交錯(cuò)層理砂巖巖相形態(tài)為頂平底凸的透鏡狀，內(nèi)部可見植物根莖以及生物挖掘痕跡，大型板狀交錯(cuò)層理呈板狀形態(tài)并向兩側(cè)逐漸減薄，巖相內(nèi)部紋層厚度約10～15 cm，層系厚度約0.2～0.3 m，橫向延伸約4～6 m，層系組厚度約0.4～0.6 m，橫向延伸約5～8 m；大型槽狀交錯(cuò)層理整體呈頂平底凸的透鏡狀，巖相內(nèi)部紋層厚度約1～3 cm，層系厚度約0.2～0.3 m，長度約0.5～1 m，層系組厚度0.4～0.6 m，橫向長度約2～4 m。大型交錯(cuò)層理砂巖巖相概率累計(jì)曲線呈四段式，粒度分布區(qū)間較寬，以單峰或雙峰為特征，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2～3.5(圖3-2)。大型交錯(cuò)層理砂巖巖相常發(fā)育于扇中辮狀水道微相、扇中辮狀溝槽微相以及扇緣徑流水道微相內(nèi)。

2.3 低流態(tài)牽引流成因巖相

小型交錯(cuò)層理砂巖(Scs)巖相沉積物以細(xì)砂—粗砂為主，含少量細(xì)礫，分選中等，整體為正粒序，呈黃色或土黃色。巖相內(nèi)部多見槽狀交錯(cuò)層理，少見板狀或楔狀交錯(cuò)層理，層理的傾向一致，底部可見明顯的沖刷侵蝕面(圖5a，b)。該巖相多形成于低流態(tài)的水流條件下，發(fā)育于間洪期辮狀溝槽沉積環(huán)境中[31-32,42]。巖相形態(tài)呈頂平底凸的透鏡狀，規(guī)模較小，主要形成于小規(guī)模河道內(nèi)，巖相內(nèi)紋層厚度約0.5～1 cm，層系厚度約5～10 cm，長度約30～40 cm，層系組厚度約20～30 cm，橫向長度約0.8～1 m。巖樣概率累積曲線呈四段式，具兩個(gè)跳躍總體，頻率曲線為單峰，標(biāo)準(zhǔn)偏差1～2，峰度0.5～2(圖3-2)。扇內(nèi)小型交錯(cuò)層理砂巖巖相常發(fā)育于扇中辮狀溝槽微相內(nèi)，或者扇緣徑流水道中。

波紋層理粉砂巖(Fr)巖相沉積物主要為粉砂，含有少量中細(xì)砂巖，分選較好，底部具不明顯的沖刷侵蝕面，并具有一定程度的成土作用(圖5c)。該巖相常發(fā)育于小規(guī)模(河道淺)限制性河道內(nèi)，為流水單元環(huán)境中細(xì)粒沉積物[32]，也可發(fā)育于非限制河道內(nèi)，為低流態(tài)水流中細(xì)粒物質(zhì)運(yùn)移的沉積產(chǎn)物[39,42]。巖相形態(tài)呈頂平底凸的透鏡狀，內(nèi)部可見不明顯的波紋層理，巖相規(guī)模較小，垂向厚度約15～20 cm，橫向長度約30～50 cm(圖3-2)。扇內(nèi)波紋層理粉砂巖巖相常發(fā)育于扇緣徑流水道微相以及扇緣濕地微相內(nèi)，代表著河道演化后期的沉積產(chǎn)物。

2.4 靜水沉積成因巖相

塊狀粉砂巖(Fm)巖相沉積物主要為粉砂—細(xì)砂級(jí)，含有細(xì)礫，分選中等，巖相內(nèi)部無明顯的層理構(gòu)造，呈塊狀，底部可見沖刷面，顏色為黃色或土黃色。塊狀粉砂巖巖相常與塊狀礫巖巖相、交錯(cuò)層理礫巖巖相伴生，常指示單期沉積旋回的頂部沉積物，巖相內(nèi)部可見植物根莖和生物的挖掘痕跡，具有一定的成土作用(圖5d)。該巖相常形成于水流流速急劇減弱時(shí)期，是高泥質(zhì)含量水流中懸浮沉積的產(chǎn)物，該巖相常指示洪水后期或泥石流沉積事件后期階段[32,42,50]。塊狀粉粉砂巖巖相形態(tài)呈頂平底凸的透鏡狀，規(guī)模較小，垂向厚度約15～20 cm，橫向長度約1～3 m。巖樣概率累積曲線呈兩段式，由跳躍組分和懸浮組分構(gòu)成，頻率直方圖粒度呈窄區(qū)間，單峰或雙峰，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.22～2.36，峰度1.05～1.47(圖3-2)。扇內(nèi)塊狀粉砂巖巖相常發(fā)育于扇根補(bǔ)給水道微相以及扇中辮狀水道微相內(nèi)，常指示扇上廢棄河道沉積。

塊狀泥巖(M)巖相沉積物以泥巖—粉砂為主，塊狀構(gòu)造(圖5e, f)，為靜水條件下細(xì)粒沉積物懸浮沉降的沉積產(chǎn)物[50]。根據(jù)巖相形態(tài)可分為透鏡狀泥巖和厚層塊狀泥巖，其中透鏡狀泥巖呈頂平底凸形態(tài)，主要分布于河道流溝，是河道演化后期的沉積產(chǎn)物，規(guī)模較小，垂向厚度約0.2～0.3 m，橫向長度可達(dá)2～3 m；厚層塊狀巖相規(guī)模較大，呈厚層席狀展布，巖相垂向厚度可達(dá)十幾米(扇緣巖芯資料顯示)，橫向延伸距離可達(dá)數(shù)公里，巖相內(nèi)部可見大量的植物根莖和生物鉆孔現(xiàn)象(圖3-2)。塊狀泥巖巖相主要分布于扇上流溝和扇緣濕地內(nèi)。

圖5 低流態(tài)牽引流成因、靜水沉積成因及風(fēng)成成因巖相野外照片a.小型交錯(cuò)層理砂巖巖相(Scs)，細(xì)砂—粗砂巖，發(fā)育于地表流溝內(nèi)；b.小型交錯(cuò)層理砂巖巖相(Scs)，細(xì)砂—粗砂巖，發(fā)育于礫質(zhì)壩體內(nèi)部，頂平底凸的透鏡狀(厚0.2 m ×長0.9 m)；c.波紋層理粉砂巖巖相(Fr)，粉砂巖，低流態(tài)水流中細(xì)粒推移質(zhì)的沉積產(chǎn)物；d.塊狀粉砂巖巖相(Fm)，發(fā)育于扇根區(qū)域礫巖層中，為局部滯留水體中沉積物懸浮沉降成因，頂平底凸的透鏡狀(厚0.5 m ×長2 m)；e.塊狀粉砂巖巖相(Fm)，發(fā)育于扇中外帶礫巖層中；f.塊狀泥巖(M)，靜水沉降成因，扇緣發(fā)育，植被覆蓋；g.風(fēng)成交錯(cuò)層理砂巖巖相(Se)，極細(xì)砂—中砂，分選好，底平頂凸的透鏡狀(厚0.15 m ×長0.4 m)；h.風(fēng)成交錯(cuò)層理砂巖巖相(Se)，發(fā)育于扇面植被背風(fēng)一側(cè)，透鏡狀堆積Fig.5 Field photographs of lower-flow regime, hydrostatic sediment and aeolian lithofacies

2.5 風(fēng)成成因巖相

風(fēng)成交錯(cuò)層理砂巖(Se)巖相沉積物以極細(xì)砂—中砂為主，分選較好，顯黃色。巖相形態(tài)呈底平頂凸的透鏡狀，露頭出露較少(圖5g)。風(fēng)成沉積物往往形成于扇表低洼處[35]，也可以形成于地表植被的背風(fēng)側(cè)(圖5h)。該巖相規(guī)模很小，紋層厚度約0.5～1 cm，整體厚度約10～15 cm，橫向長度約30～50 cm。巖樣概率曲線呈高斜率，為多個(gè)跳躍總體復(fù)合的特征，粒度分布區(qū)間較窄，頻率曲線顯示單峰，峰度1.15～1.34，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.77～1.22(圖3-2)。風(fēng)成交錯(cuò)層理巖相往往發(fā)育于扇中和扇緣亞相內(nèi)，在扇根亞相內(nèi)少見，多分布于扇中辮狀溝槽微相、槽間帶微相內(nèi)。

3 巖相分布規(guī)律及類型劃分

根據(jù)沖積扇內(nèi)巖相分布統(tǒng)計(jì)(圖6、表1)，片流礫巖巖相(Gcs)、交錯(cuò)層理礫巖巖相(Gcc)、塊狀礫巖巖相(Gcm)這3類巖相在扇內(nèi)出露比例大，出現(xiàn)頻率高。在扇根區(qū)域，向扇緣方向主要出露雜基支撐礫巖巖相(局部占比45%)、塊狀礫巖巖相(45%→15.5%)、片流礫巖巖相(4.5%→41%)、交錯(cuò)層理礫巖巖相(4%→33%)，在局部出露遞變層理礫巖巖相(20%)、大型交錯(cuò)層理砂巖巖相(4%)以及支撐礫巖巖相(1%)等；扇中區(qū)域，向扇緣方向主要出露塊狀礫巖巖相(15%→27%)、交錯(cuò)層理礫巖巖相(27%→49%)以及片流礫巖巖相(61%→6%)，在局部區(qū)域出露小型交錯(cuò)層理砂巖巖相(2.5%)、塊狀粉砂巖巖相(1.5%)及支撐礫巖巖相(1%)等；扇緣區(qū)域主要發(fā)育塊狀泥巖巖相(90%)和少量次物源礫巖巖相(10%)(圖7)。

根據(jù)各巖相沉積構(gòu)造、粒度特征及展布規(guī)模，可將巖相大致劃分為四類(表1)：Ⅰ類巖相沉積構(gòu)造特征明顯并具有較大展布規(guī)模，如交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相；Ⅱ類巖相沉積構(gòu)造特征明顯但展布規(guī)模局限，如支撐礫巖(Gco)、交錯(cuò)層理砂巖(Sc)巖相；Ⅲ類巖相為不具層理構(gòu)造但具有較大展布規(guī)模的巖相，如塊狀礫巖(Gcc)、片流礫巖(Gcs)巖相；Ⅳ類巖相不具層理構(gòu)造并且展布規(guī)模局限，如遞變層理礫巖(Gcg)、雜基支撐礫巖(Gmm)、塊狀砂巖(Sm)巖相等。Ⅰ類和Ⅱ類巖相為多為牽引流成因，Ⅲ類和Ⅳ類巖相多為重力流成因，其中Ⅰ類和Ⅱ類巖相極可能繼承性發(fā)育為地下較好的儲(chǔ)集相帶，為優(yōu)勢勘探巖相。

圖6 巖相出露比例隨距離關(guān)系圖Fig.6 Relationship between lithofacies proportion and distance表1 沖積扇內(nèi)巖相類別劃分Table 1 Type classification of lithofacies in alluvial fan

類別巖相特征巖相類型Ⅰ類內(nèi)部層理構(gòu)造發(fā)育,粒度曲線為三段式,展布規(guī)模大交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相;Ⅱ類內(nèi)部層理構(gòu)造發(fā)育,粒度曲線為多段式,展布規(guī)模小支撐礫巖(Gco)、交錯(cuò)層理砂巖(Sc)巖相等;Ⅲ類內(nèi)部層理構(gòu)造不發(fā)育,粒度曲線多為一段式,展布規(guī)模大交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)、片流礫巖(Gcs)巖相;Ⅳ類內(nèi)部層理構(gòu)造不發(fā)育,粒度曲線多為一段式,展布規(guī)模小遞變層理礫巖(Gcg)、雜基支撐礫巖(Gmm)、塊狀砂巖(Sm)、塊狀泥巖(M)巖相等

沖積扇的演化可大致劃分為洪水期和間洪期兩個(gè)時(shí)期。洪水期扇根區(qū)域主要發(fā)育補(bǔ)給水道沉積環(huán)境和扇根片流帶沉積環(huán)境，其中扇根補(bǔ)給水道沉積環(huán)境主要發(fā)育雜基支撐礫巖(Gmm)巖相、塊狀礫巖(Gcm)巖相、遞變層理礫巖(Gcg)巖相，為重力流沉積主控區(qū)域；扇根片流帶沉積環(huán)境主要發(fā)育片流礫巖(Gcs)巖相、支撐礫巖(Gco)巖相、遞變層理礫巖(Gcg)巖相，為高流態(tài)牽引流和重力流共同控制區(qū)域。扇中區(qū)域主要發(fā)育扇中片流帶沉積環(huán)境以及扇中辮狀水道沉積環(huán)境，扇中片流帶沉積環(huán)境主要發(fā)育片流礫巖(Gcs)巖相、支撐礫巖(Gco)巖相、塊狀礫巖(Gcm)巖相，為高流態(tài)牽引流沉積主控區(qū)域(含少量重力流沉積)；扇中辮狀水道沉積環(huán)境主要發(fā)育交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相、大型交錯(cuò)層理砂巖(Scl)巖相、塊狀礫巖(Gcm)巖相，為高流態(tài)牽引沉積主控區(qū)域。扇緣區(qū)域主要發(fā)育扇緣徑流水道和扇緣濕地沉積環(huán)境，其中扇緣徑流水道沉積環(huán)境主要發(fā)育大型交錯(cuò)層理砂巖(Scl)巖相、小型交錯(cuò)層理砂巖(Scs)巖相、交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相，為低流態(tài)牽引流沉積主控區(qū)域；扇緣濕地沉積環(huán)境發(fā)育的主要巖相為塊狀泥巖(M)巖相、小型交錯(cuò)層理砂巖(Scs)巖相、波紋層理粉砂巖(Fr)巖相等，為靜水沉積主控區(qū)域(圖8a)。

間洪期扇根區(qū)域主要發(fā)育主槽沉積環(huán)境，主要巖相類型有交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相、大型交錯(cuò)層理砂巖(Scl)巖相、塊狀層理粉砂巖(Fm)巖相(廢棄河道沉積)，為高流態(tài)牽引流沉積主控區(qū)域。扇中區(qū)域主要發(fā)育扇中辮狀溝槽沉積環(huán)境，主要巖相類型有交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相、大型交錯(cuò)層理砂巖(Scl)巖相、平行層理砂巖(Sh)巖相、小型交錯(cuò)層理粉砂巖(Scs)巖相，為高流態(tài)牽引流和低流態(tài)牽引流共同主控區(qū)域。扇緣主要發(fā)育扇緣濕地沉積環(huán)境，主要巖相類型有塊狀泥巖(M)巖相、小型交錯(cuò)層理砂巖(Scs)巖相、波紋層理粉砂巖(Fr)巖相，為靜水沉積主控區(qū)域(圖8b)。

總的來說，優(yōu)勢巖相(Ⅰ類、Ⅱ類巖相)主要發(fā)育于洪水期的扇中區(qū)域和間洪期的扇根、扇中區(qū)域，往往形成于高流態(tài)牽引流流和低流態(tài)牽引流主控的沉積環(huán)境內(nèi)，需要注意的是，在洪水期扇根區(qū)域(扇根外帶區(qū)域)同樣可發(fā)育少量優(yōu)勢巖相—支撐礫巖(Gco)巖相。

圖7 扇根至扇中外帶野外實(shí)測巖相柱刻畫Fig.7 Lithofacies pillars from proximal to inner external-intermediate part of the alluvial fan

圖8 白楊河沖積扇主要沉積環(huán)境及巖相分布模式圖Fig.8 Main sedimentary environments and lithofacies distribution pattern in Poplar River alluvial fan

4 結(jié)論

(1) 白楊河沖積扇為礫質(zhì)辮狀河型沖積扇，內(nèi)部共識(shí)別劃分出16種巖相類型，根據(jù)巖相形成的流體動(dòng)力差異劃歸為5類成因，即重力流成因、高流態(tài)牽引流成因、低流態(tài)牽引流成因、靜水沉積成因以及風(fēng)成沉積成因。其中重力流以洪流沉積為主；高流態(tài)牽引流主要包括片流沉積和湍流沉積；低流態(tài)牽引流以砂(礫)質(zhì)河道沉積為主；靜水沉積以蓄水細(xì)粒沉積為主；風(fēng)成沉積以風(fēng)攜細(xì)粒沉積為主。

(2) 扇根區(qū)域主要的巖相類型以雜基支撐礫巖、塊狀礫巖、片流礫巖、交錯(cuò)層理礫巖巖相為主；扇中區(qū)域主要的巖相類型以塊狀礫巖、交錯(cuò)層理礫巖、片流礫巖巖相為主；扇緣區(qū)域主要以塊狀泥巖巖相為主。

(3) 根據(jù)巖相內(nèi)沉積構(gòu)造、粒度特征及展布規(guī)模，可將巖相大致劃分為四類：Ⅰ類巖相沉積構(gòu)造特征明顯并具有較大展布規(guī)模，如交錯(cuò)層理礫巖(Gcc)巖相；Ⅱ類巖相沉積構(gòu)造特征明顯但展布規(guī)模局限，如支撐礫巖(Gco)、交錯(cuò)層理砂巖(Sc)巖相；Ⅲ類巖相不具層理構(gòu)造但具有較大展布規(guī)模，如塊狀礫巖(Gcc)、片流礫巖(Gcs)巖相；Ⅳ類巖相不具層理構(gòu)造并且展布規(guī)模局限，如遞變層理礫巖(Gcg)、雜基支撐礫巖(Gmm)、塊狀砂巖(Sm)巖相等。其中Ⅰ類和Ⅱ類巖相可繼承性發(fā)育為地下較好的儲(chǔ)集相帶，為優(yōu)勢勘探巖相。

(4) 優(yōu)勢巖相(Ⅰ類、Ⅱ類巖相)主要發(fā)育于洪水期的扇中區(qū)域和間洪期的扇根以及扇中區(qū)域，往往形成于高流態(tài)牽引流和低流態(tài)牽引流主控的沉積環(huán)境內(nèi)。總的來說，巖相類型及分布規(guī)律響應(yīng)于沉積水動(dòng)力變化。