砂質(zhì)辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型特征及沉積演化

摘 要 【目的】砂質(zhì)辮狀河是一類常見的河流，可形成大規(guī)模油氣儲(chǔ)層，但其沉積構(gòu)型特征復(fù)雜。為了深入理解砂質(zhì)辮狀河沉積模式，以山西大同侏羅系云岡組的典型砂質(zhì)辮狀河沉積為對(duì)象，開展了沉積構(gòu)型解剖與演化過程研究。【方法】針對(duì)云岡組辮狀河沉積出露良好的8條剖面開展觀察、測(cè)量、精細(xì)解剖及分析測(cè)試，系統(tǒng)總結(jié)了砂質(zhì)辮狀河沉積體的幾何形態(tài)、規(guī)模、巖石結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造、巖相類型與巖相組合等特征。【結(jié)果】在研究區(qū)主要識(shí)別出10種巖相類型、8種巖相組合、5種四級(jí)構(gòu)型單元（心灘、辮流水道、廢棄水道、泛濫平原和決口扇）及落淤層?！窘Y(jié)論】云岡組露頭可識(shí)別10期主要的正旋回沉積韻律，各期內(nèi)發(fā)育的辮狀河經(jīng)歷周期性的洪水期—枯水期交替。心灘與辮流水道、廢棄水道、泛濫平原以及決口扇等間互伴生，周期性發(fā)育與消亡，形成“泛連通體”砂體。心灘復(fù)合體與主辮流水道構(gòu)成了砂質(zhì)辮狀河沉積的主體?；诖私⒘松百|(zhì)辮狀河沉積模式。研究成果可為砂質(zhì)辮狀河沉積演化的過程分析、儲(chǔ)層表征與建模的模式指導(dǎo)和定量參數(shù)的選取等提供重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 云岡組；砂質(zhì)辮狀河；構(gòu)型單元；辮流水道；巖相組合

第一作者簡介 何維領(lǐng)，男，1988年出生，博士，沉積學(xué)、儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)、油氣田開發(fā)地質(zhì)學(xué)，E-mail： halahwl@163.com

通信作者 李少華，男，教授，地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)、儲(chǔ)層建模，E-mail： jpishli@sina.com

中圖分類號(hào) P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

砂質(zhì)辮狀河具有距離物源近、沉積物粒度粗、河道寬且淺；水流能量較高、沖刷力度強(qiáng)以及遷移頻率高等顯著特點(diǎn)[1?2]。辮狀河河道中多條辮流水道無規(guī)律性、游蕩性分叉、交匯，不同期次、不同規(guī)模的砂礫質(zhì)沉積體側(cè)向遷移交錯(cuò)，垂向切疊并置，破壞性與建設(shè)性共存，在空間上呈“泛連通體”結(jié)構(gòu)[3?4]，具有較高的砂地比和較大的流體儲(chǔ)集空間，為有利的油氣儲(chǔ)集體[5?6]。

儲(chǔ)層構(gòu)型研究是根據(jù)沉積體的空間結(jié)構(gòu)剖析沉積特征的一種思路和方法。然而，砂質(zhì)辮狀河沉積過程錯(cuò)綜復(fù)雜，沉積界面模糊難辨，洪泛期與廢棄期形成細(xì)粒沉積隔夾層大大降低了儲(chǔ)集砂體的縱、橫向連通性，增強(qiáng)了儲(chǔ)層構(gòu)型界面識(shí)別的難度，導(dǎo)致了地下儲(chǔ)層三維空間精細(xì)表征和定量評(píng)價(jià)的多解性和不確定性。同時(shí)，辮狀河的發(fā)育受構(gòu)造、地形、氣候以及物源供給等諸多因素的綜合影響，具有一定的易變性和特殊性。因此，辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型的精細(xì)研究和定量描述仍然是國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家面臨的難題之一[7?8]。目前，針對(duì)特定沉積環(huán)境，選擇典型的野外露頭開展精細(xì)化和系統(tǒng)化的研究，是辮狀河儲(chǔ)層構(gòu)型剖析的最有效手段之一[4，9?16]。然而，由于露頭出露的完整性和研究尺度的差異性，前期研究大多集中于典型露頭的局部精細(xì)化剖析，缺乏對(duì)露頭整體性和空間對(duì)比的綜合分析，難以形成完整的沉積模式，無法厘定等時(shí)的沉積演化規(guī)律，從而制約了地下辮狀河儲(chǔ)層類比研究。

本次研究旨在通過具有相似成因的典型的野外露頭觀察、測(cè)量、精細(xì)解剖及實(shí)驗(yàn)分析，以巖相及巖相組合的特征研究為基礎(chǔ)，剖析干旱環(huán)境條件下砂質(zhì)辮狀河構(gòu)型單元類型和特征，通過剖面綜合柱狀圖的等時(shí)剖析，參考現(xiàn)代河流沉積原型，總結(jié)砂質(zhì)辮狀河的沉積演化特征和規(guī)律，構(gòu)建研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河沉積模式，為儲(chǔ)層精細(xì)表征與地質(zhì)建模提供有效的地質(zhì)模式和數(shù)據(jù)支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

山西大同云岡地區(qū)位于大同盆地的西北側(cè)，構(gòu)造單元屬于華北板塊的山西地塊[17]。中侏羅統(tǒng)云岡組沉積期，大同地區(qū)呈現(xiàn)差異性區(qū)域抬升，氣候干燥，發(fā)育一套典型的近源、粗粒、快速堆積的沖積扇—河流相碎屑體系地層[18?20]，距北部和東北部物源供給區(qū)約30 km，距東南部的湖泊沉積區(qū)大約100km[20?21]。云岡組分為三個(gè)亞段，自下至上分別為砂礫巖段、石窟段、泥巖段[5?6]（圖1a）。

研究區(qū)位于大同市西郊約8 km處，主要出露點(diǎn)為云岡石窟景區(qū)剖面、景區(qū)以東沿鐵路一線剖面和吳官屯村剖面，出露地層主要為云岡組石窟段。本次研究主要針對(duì)云岡石窟景區(qū)向東沿鐵路一線，剖面編號(hào)自西向東依次為1～8號(hào)，剖面走向近垂直于古水流方向[2，5?6，12]（圖1b）。剖面出露較完整，沉積現(xiàn)象豐富，充分體現(xiàn)了高能、粗粒辮狀河砂體的疊置樣式及空間展布特征，是砂質(zhì)辮狀河構(gòu)型研究的典型樣區(qū)。

通過衛(wèi)星地圖觀察和實(shí)測(cè)，1～8號(hào)剖面的走向整體沿東西方向，剖面形態(tài)呈“似饅頭狀”；各個(gè)剖面之間多被植被覆蓋，未見大規(guī)模出露，覆蓋區(qū)多以灰色、深灰色的細(xì)粒泥質(zhì)粉砂巖沉積為主。剖面間未出露部分在剖面上呈凹凸間隔的“準(zhǔn)正弦曲線”形態(tài)。結(jié)合野外露頭實(shí)測(cè)和衛(wèi)星地圖定位測(cè)量，1號(hào)剖面與8號(hào)剖面的直線距離1 353 m，2號(hào)剖面與7號(hào)剖面的直線距離為878 m；其中1～8號(hào)剖面出露寬度依次為76 m、67 m、46 m、45 m、201 m、130 m、66 m 和72 m，與之相對(duì)應(yīng)的各剖面之間未出露部分的寬度依次為286 m、58 m、44 m、77 m、35 m、40 m和211 m。

2 巖相與巖相組合特征

2.1 巖相特征

通過對(duì)8條露頭剖面沉積體的幾何形態(tài)、厚度、巖性、巖石結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造及沉積韻律的詳細(xì)描述、測(cè)量和分析，結(jié)合研究區(qū)沉積背景和Miall提出的巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)[1，7，22?23]，總結(jié)認(rèn)為山西大同侏羅系云岡組砂質(zhì)辮狀河主要發(fā)育10種典型的巖相類型。即：塊狀層理砂礫巖相（GSm）、塊狀層理中粗砂巖相（Sm）、槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）、沖刷充填含礫中粗砂巖相（SGe）、平行層理砂巖相（Sh1）、平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh2）、薄層狀細(xì)粉砂巖相（Fl）和塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fm），詳細(xì)內(nèi)容見表1。

2.2 巖相組合特征

通常情況下，巖相隨著水動(dòng)力大小、水流方向、碎屑物質(zhì)供給量以及卸載空間大小的變化而變化，形成一系列漸變或突變的巖相組合。相對(duì)于單個(gè)巖相而言，其不僅突出了各個(gè)巖相的特征，更突出了不同巖相在時(shí)間上的演化順序和疊置關(guān)系，可以反映沉積過程動(dòng)態(tài)演化的特征。

根據(jù)8個(gè)剖面點(diǎn)的詳細(xì)觀察、測(cè)量、描述與精細(xì)解剖，結(jié)合上文分析和總結(jié)的10種巖相類型，在研究區(qū)主要識(shí)別了8種典型的辮狀河沉積的巖相組合。即：沖刷充填含礫中粗砂巖相→平行層理中砂巖相（SGe→Sh1）、槽狀交錯(cuò)層理含礫中粗砂巖相→槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（SGt→St）、塊狀層理砂礫巖相→板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（GSm→Sp）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→平行層理中細(xì)砂巖相（SP→Sh1）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相→板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（SP→Sh2→Sp）、平行層理砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh1→Sh2）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（SP→Fm）和塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相→小型沙紋層理細(xì)砂巖相→塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fm→Fl→Fm）。

1） 沖刷充填含礫中粗砂巖相→平行層理中砂巖相（SGe→Sh1）

該巖相組合下部為暗灰色、紅褐色沖刷充填含礫中粗砂巖相，上部為灰色平行層理中砂巖相，呈突變接觸，底型呈下凹狀，具有明顯的沖刷下切的特征，充填形態(tài)呈頂平底凸形；后期被充填，發(fā)育平行層理中砂巖相，厚度0.1～1.0 m（圖3a）。反映了辮流水道不斷填平補(bǔ)齊的演化過程。

2） 槽狀交錯(cuò)層理含礫中粗砂巖相→槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（SGt→St）

該巖相組合下部為的灰色槽狀交錯(cuò)層理含礫中粗砂巖相，上部為灰色、灰褐色槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相，層面傾角由陡變緩，粒度向上逐漸變細(xì)（圖3b）。整體反映了從早期高能條件下心灘快速增生逐漸過渡到穩(wěn)定發(fā)育的演化過程。

3） 塊狀層理砂礫巖相→板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（GSm→Sp）

該巖相組合下部為灰白色塊狀層理砂礫巖相，厚0.2～1.0 m，上部發(fā)育具有沖刷跡象的灰色、灰褐色板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相，底界面呈“下凹型”（圖3c）。反映了早期高能環(huán)境下，心灘快速增生；隨著基準(zhǔn)面、水動(dòng)力或沉積物供給等因素影響，辮狀河河道發(fā)生橫向遷移或者調(diào)整，逐漸演變?yōu)榫哂袥_刷作用的辮流水道沉積。

4） 板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→平行層理中細(xì)砂巖相（SP→Sh1）

該巖相組合下部為灰色、灰白色的板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相，厚度在1 m以上，局部可見泥礫，上部發(fā)育一套灰色的平行層理中細(xì)砂巖相，呈突變式接觸（圖3d）。反映了早期水動(dòng)力較強(qiáng)，形成層系厚度可達(dá)20 cm的板狀交錯(cuò)層理中砂巖相；后期水動(dòng)力突然減弱，形成平行層理中細(xì)砂巖相。該組合序列反映了早期辮流水道或心灘快速生長到穩(wěn)定發(fā)育的演化過程。

5） 板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相→板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（SP→Sh2→Sp）

該巖相組合上部和下部發(fā)育灰色板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相，中部發(fā)育紅褐色薄層平行層理泥質(zhì)粉砂巖相，厚5～30 cm，呈“夾心式”組合特征，巖相之間為突變式接觸，層系界面明顯（圖3e）。反映了隨著基準(zhǔn)面、水動(dòng)力大小和碎屑物質(zhì)供給量的變化，心灘發(fā)育暫時(shí)性中止，洪水漫溢心灘，形成薄層的落淤層披覆沉積；后期，基準(zhǔn)面抬升、水動(dòng)力增強(qiáng)、碎屑物質(zhì)供給充分，心灘再次“復(fù)活”、大規(guī)模生長的演化過程。

6） 平行層理細(xì)砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh1→Sh2）

該巖相組合下部為灰色平行層理細(xì)砂巖相，上部為深灰色平行層理泥質(zhì)粉砂巖相，垂向上呈漸變式接觸，具有下凹“同心層”狀，屬于典型的廢棄河道的沉積特征（圖3f）。隨著基準(zhǔn)面的降低，水動(dòng)力減弱，卸載空間不斷減小，“同心層”半徑不斷收縮，由平行層理細(xì)砂巖相逐漸過渡到平行層理泥質(zhì)粉砂巖相，反映了辮流水道逐漸廢棄的演化過程。

7） 板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（SP→Fm）

該巖相組合下部發(fā)育灰色、灰白色板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相，厚0.3～2.0 m，上部發(fā)育深灰色、紅褐色塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相，平均厚度大于0.5 m，剖面上呈楔形，順下傾方向逐漸變厚（圖3g）。整體反映了早期基準(zhǔn)面抬升，碎屑物質(zhì)供給充足，大規(guī)模的心灘發(fā)育；隨后辮狀河河道水平面大幅下降，進(jìn)入枯水期，早期心灘暴露在河道外側(cè)，成為局部的“堤岸”；再次進(jìn)入洪水期，洪水越過“堤岸”，發(fā)育一套典型的塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相溢岸沉積，反映了辮狀河河道具有隨季節(jié)、氣候等條件差異而發(fā)生周期性收縮和外拓的遷移特征。

8） 塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相→薄層狀細(xì)粉砂巖相→塊狀層理平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fm→Fl→Fm）

該巖相組合上部和下部發(fā)育紅褐色塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相，厚0.3～1.2 m，中部夾薄層狀細(xì)粉砂巖相，厚3～10 cm，薄層狀細(xì)粉砂巖發(fā)育在塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相之上，延伸規(guī)模具有一定的局限性，在前積方向上呈楔形或透鏡狀，后期再被塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相披覆，巖相之間突變接觸，呈“夾心式”結(jié)構(gòu)（圖3h）。反映了長期的泛濫平原與暫時(shí)性決口扇交替演化的沉積過程。

3 不同級(jí)次構(gòu)型特征

根據(jù)野外剖面出露沉積體的幾何形態(tài)、沉積韻律、巖相組合等特征，在研究區(qū)云岡組石窟段主要識(shí)別出辮流水道、心灘、泛濫平原與決口扇、廢棄水道等5種四級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元及與心灘伴生的三級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元落淤層（表2）[23]。

3.1 辮流水道（CH）

辮狀河河道沉積中最典型的一種四級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元。其剖面形態(tài)呈“下凹型”，底部多見沖刷充填作用形成的礫巖和泥礫，其中礫石顆粒排列具有整體的一致性和定向性，泥礫則呈橢圓狀或不規(guī)則“撕裂狀”，近平行于底面分布（圖3a，c）。通常發(fā)育沖刷充填含礫中粗砂巖相→平行層理中粗砂巖相（SGe→Sh1）和板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→平行層理中細(xì)砂巖相（SP→Sh1）。單期辮流水道厚度介于1.5～5.5 m，寬度介于30～150 m，孔隙度介于3.01%～12.30%，平均值為7.77%；滲透率介于（0.01～2.20）×10-3 μm2，平均值為0.72×10-3 μm2。

3.2 心灘（CB）

研究區(qū)辮狀河河道沉積中最發(fā)育的一種四級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元。剖面形態(tài)基本呈底平頂凸?fàn)睿▓D3e，g，h），主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫中粗砂巖相→槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（SGt→St）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→平行層理中細(xì)砂巖相（SP→Sh1）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相→板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（SP→Sh2→Sp）。單期心灘厚度介于1.5～7.5 m，寬度介于50～200 m，頂部偶見小規(guī)模串溝（通常被相對(duì)細(xì)粒的細(xì)砂巖或泥質(zhì)粉砂巖充填），心灘內(nèi)部可見1～3 cm的間歇性薄層落淤層。孔隙度介于3.55%～13.90%，平均值為8.26%；滲透率介于（0.08～4.82）×10-3 μm2，平均值為1.00×10-3 μm2。

3.3 泛濫平原（FP）與決口扇（CS）

屬于溢岸沉積的兩種相伴生的四級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元。前者主要發(fā)育塊狀層理狀泥質(zhì)粉砂巖相（Fm），沉積厚度通常在0.5 m以上，垂向上，常與不同沉積期次的心灘或辮流水道相疊置發(fā)育；后者主要發(fā)育小規(guī)模的楔形或透鏡狀薄層細(xì)粉砂巖相（Fl），孤立式鑲嵌發(fā)育于泛濫平原沉積中（圖3g，h）。

3.4 廢棄水道（ACH）

廢棄水道的出現(xiàn)是辮流水道消亡的標(biāo)志。辮流水道發(fā)育的末期，一種情況是由于主水道遷移，主水流分布格局調(diào)整而導(dǎo)致次水道廢棄，形成廢棄水道；另一種情況則是由于河流處于季節(jié)性枯水期，辮流水道廣泛廢棄。任一情況的出現(xiàn)都反映了該期辮流水道發(fā)育的結(jié)束。在剖面形態(tài)上類似于辮流水道，呈底凹頂平狀，厚度一般介于20～60 cm，寬度介于3～6 m，最典型的巖相組合為平行層理細(xì)砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh1→Sh2）組合序列，具有典型的“二段式”結(jié)構(gòu)特征（圖3f）。

3.5 落淤層（SL）

屬于心灘的次一級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元。由于研究區(qū)河床整體為高能環(huán)境，落淤層發(fā)育偏少或者保留較少。以披覆形式發(fā)育在心灘內(nèi)部，近平行于心灘頂面，多呈近水平和穹隆狀延伸，界面處主要為平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh2）（圖3e），厚度介于2～10 cm，橫向介于12～30 m?？紫抖冉橛?.17%～7.99%，平均值為5.66%；滲透率介于（0.03～0.83）×10-3 μm2，平均值為0.27×10-3 μm2。

4 沉積演化特征

4.1 演化過程分析

在現(xiàn)代辮狀河沉積原型參考與借鑒的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步剖析不同剖面的沉積特征及各個(gè)剖面之間的關(guān)系，通過對(duì)1～8號(hào)剖面測(cè)量、精細(xì)解釋，結(jié)合前文對(duì)巖相類型、巖相組合及構(gòu)型特征的識(shí)別、刻畫與分析，將出露剖面的底界統(tǒng)一設(shè)置為0 m厚度基線?；跈M向等時(shí)性原則，根據(jù)各條剖面的厚度，自下而上依次編制8條剖面的綜合巖相柱狀圖，劃分了不同的構(gòu)型單元。進(jìn)一步對(duì)各條剖面進(jìn)行等時(shí)地層對(duì)比，分析不同構(gòu)型單元的發(fā)育規(guī)律，對(duì)比不同剖面之間的時(shí)空對(duì)應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)研究區(qū)綜合巖相柱狀圖分析可知（圖4），1號(hào)剖面和8號(hào)剖面主要發(fā)育平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh2）、塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fm）及平行層理中細(xì)砂巖相（Sh1），整體呈“泥包砂”的沉積特征，主要發(fā)育溢岸沉積的泛濫平原和決口扇。2～7號(hào)剖面砂礫質(zhì)沉積富集，結(jié)合研究區(qū)地質(zhì)背景和前人研究成果[2，5?6，20?21，24?25]，分析認(rèn)為其具有典型的砂質(zhì)辮狀河沉積特征，主要發(fā)育心灘、辮流水道、廢棄河道和落淤層。其中5號(hào)剖面的沉積厚度最大，是碎屑物質(zhì)最集中的沉積區(qū)，完整剖面的厚度大于10 m，在其頂部厚度8.5 m處發(fā)育一套具有“同心層”特征的平行層理細(xì)砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相組合，顯示廢棄河道沉積特征，反映了該期研究區(qū)進(jìn)入最大枯水期。

將5號(hào)剖面頂部的平行層理細(xì)砂巖相→平行層理泥質(zhì)粉砂巖相組合設(shè)置為等時(shí)界面。根據(jù)巖相、巖相組合和沉積韻律特征，5號(hào)剖面自下而上依次劃分為10期正旋回沉積韻律，并和其他7條剖面進(jìn)行橫向等時(shí)對(duì)比分析。

第1沉積期，碎屑物質(zhì)供給充分，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）、平行層理砂巖相（Sh1）和板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）等。整體反映了心灘和辮流水道的沉積特征，其中2～4號(hào)剖面為辮流水道沉積，5～7號(hào)剖面為心灘沉積，該沉積期辮狀河河道邊界在2號(hào)剖面以西及7號(hào)剖面以東的位置。

第2沉積期，主要發(fā)育板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）、槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）和塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fm）等。其中2～3號(hào)剖面發(fā)育大套塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fm），反映了泛濫平原的沉積特征，4～7號(hào)剖面整體表現(xiàn)為心灘沉積特征。該沉積期辮狀河河道的范圍相對(duì)于第1沉積期明顯收縮，西側(cè)邊界介于3號(hào)和4號(hào)剖面之間，東側(cè)邊界則在7～8號(hào)剖面之間，反映了辮狀河河道向東遷移的特征。

第3沉積期，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）、塊狀層理中粗砂巖相（Sm）和平行層理砂巖相（Sh1）。整體反映了心灘沉積的特征，該沉積期辮狀河河道的范圍再次擴(kuò)張，大致和第1期沉積范圍相當(dāng)，河道邊界在2號(hào)剖面以西和7號(hào)剖面以東的位置。

第4沉積期，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）、塊狀層理泥質(zhì)粉砂巖相（Fm）和薄層狀細(xì)粉砂巖相（Fl）。其中2～3號(hào)剖面、6～7號(hào)剖面發(fā)育大套塊狀泥質(zhì)粉砂巖相（Fm），且夾有薄層狀細(xì)粉砂巖相（Fl），反映了典型的泛濫平原和小規(guī)模決口扇沉積的特征，4～5號(hào)剖面為主力心灘沉積區(qū)。該沉積期水位明顯降低，西側(cè)邊界介于3號(hào)和4號(hào)剖面之間，東側(cè)邊界在5～6號(hào)剖面之間，反映了辮狀河河道的范圍向河道中軸線大幅收縮，穩(wěn)定在河床中部。

第5沉積期，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）、沖刷充填含礫中砂巖相（SGe）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）和平行層理砂巖相（Sh1）。其中5號(hào)剖面底部發(fā)育典型的具有沖刷充填特征的辮流水道沉積，2號(hào)剖面發(fā)育向上變細(xì)的正旋回巖性序列，為辮流水道由發(fā)育到逐漸萎縮的過程，其他剖面整體表現(xiàn)為心灘沉積。該沉積期辮狀河河道明顯拓寬，為辮狀河發(fā)育的旺盛期，大致達(dá)到第1沉積期的發(fā)育規(guī)模。通過泛濫平原的發(fā)育位置判斷，該期辮狀河河道繼承了第2期向東遷移的演化特征。

第6沉積期，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）、板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）、平行層理砂巖相（Sh1）和平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh2）。其中5號(hào)和6號(hào)剖面下部為辮流水道沉積，上部逐漸過渡到層面具有同心層特征的廢棄河道沉積，反映了大型復(fù)合心灘中暫時(shí)性次辮流水道的發(fā)育。該沉積期辮狀河河道的卸載中心主要位于2號(hào)、3號(hào)和4號(hào)剖面。相對(duì)于第5沉積期，辮狀河河道規(guī)模明顯減小。通過廢棄河道的發(fā)育位置判斷，該期辮狀河河道遷移方向與第5期相反，具有向西遷移的趨勢(shì)。

第7沉積期，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）、塊狀層理砂礫巖相（GSm）、平行層理砂巖相（Sh1）和平行層理泥質(zhì)粉砂巖相（Sh2）。其中6號(hào)剖面下部為辮流水道沉積，上部為塊狀層理砂礫巖相（GSm）的心灘沉積，辮流水道被快速填平補(bǔ)齊，3號(hào)剖面和7號(hào)剖面地層未見保留，其他剖面均反映了心灘沉積的特征。通過2號(hào)剖面心灘發(fā)育的特征判斷，該沉積期辮狀河河道在第6沉積期基礎(chǔ)之上延續(xù)了向西遷移的趨勢(shì)。

第8沉積期，主要發(fā)育槽狀交錯(cuò)層理含礫粗砂巖相（SGt）、槽狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（St）和板狀交錯(cuò)層理中粗砂巖相（Sp）。2號(hào)剖面和5號(hào)剖面中心灘發(fā)育，其他剖面未見地層保留。

第9～10沉積期，僅5號(hào)剖面有地層保留。早期心灘發(fā)育，后期辮狀河河道整體進(jìn)入枯水期，沉積范圍大幅收縮，沉積作用減弱，辮狀河整體進(jìn)入廢棄、消亡期。

綜上，以5號(hào)剖面為沉積中心，辮狀河經(jīng)歷了收縮（第2期）—擴(kuò)張（第3期）—收縮（第4期）—擴(kuò)張（第5期）—收縮與遷移（第6期）—穩(wěn)定與遷移（第7～8期）—收縮、消亡（第9～10期）的生命演化周期。

4.2 演化規(guī)律

山西大同地區(qū)侏羅系云岡組砂質(zhì)辮狀河臨近北部物源供給區(qū)，整體處于較強(qiáng)水動(dòng)力主導(dǎo)的沉積區(qū)段，沉積速率受物源供給量和水動(dòng)力影響顯著。受構(gòu)造抬降、季節(jié)性水流和氣候等因素影響，基準(zhǔn)面周期性變化，堤岸對(duì)寬緩辮狀河河道的限制作用較弱，辮流水道不定期遷移，頻繁改道，形成垂向上不同巖相、不同構(gòu)型單元高頻轉(zhuǎn)換的一系列正韻律沉積組合。結(jié)合沉積演化過程分析，由于干旱條件下無法保障河流持續(xù)性水源供給，砂質(zhì)辮狀河河道經(jīng)歷了周期性的洪水期—枯水期交替，河道規(guī)模周期性地收縮—擴(kuò)展變化，隨著基準(zhǔn)面下降而最終消亡的完整演化過程。

5 砂質(zhì)辮狀河沉積模式

5.1 現(xiàn)代辮狀河沉積原型

Lynds et al.[26]選取了美國內(nèi)布拉斯加州東部的Niobrara河和中部的North Loup河兩條砂質(zhì)辮狀河作為研究目標(biāo)，通過航拍觀察和水深測(cè)量，進(jìn)行了詳細(xì)的定量研究（圖5）。結(jié)果顯示，Niobrara 河發(fā)育3～5條主辮流水道，每條主辮流水道水深55～120 cm，平均77 cm，寬10～20 m；North Loup河發(fā)育3～4條主辮流水道，其最大水深26～89 cm，平均34 cm，寬5～20 m；各個(gè)辮流水道之間則為多期心灘疊合生長的復(fù)合心灘沉積。

通過對(duì)Niobrara河和North Loup河的研究可知，現(xiàn)代辮狀河的復(fù)合心灘為辮狀河砂質(zhì)沉積的主體，其兩側(cè)發(fā)育細(xì)粒沉積為主的主辮流水道，起到疏通水流的作用。復(fù)合心灘內(nèi)部或頂部發(fā)育次辮流水道。以此作為類似對(duì)比目標(biāo)，為古代砂質(zhì)辮狀河沉積模式研究提供有效的研究思路和可靠的指導(dǎo)模式。

5.2 沉積模式

結(jié)合野外露頭和現(xiàn)代辮狀河沉積原型的觀測(cè)與分析，砂質(zhì)辮狀河河道寬緩，兩側(cè)堤岸較低，對(duì)水流的限制作用較弱，在沉積中心相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，造成了辮狀河河道不定期收窄或拓寬，水流中線不定期擺動(dòng)和遷移，反映了辮狀河的絕對(duì)游蕩性。不同期次的心灘、季節(jié)性發(fā)育的次辮流水道、廢棄水道及串溝等構(gòu)型單元在空間上疊置、拼接，形成具有較高凈毛比、錯(cuò)綜復(fù)雜的“泛連通體”，即復(fù)合心灘，構(gòu)成近源砂質(zhì)辮狀河的“骨架”，體現(xiàn)了辮狀河的相對(duì)穩(wěn)定性。復(fù)合心灘之間為長期穩(wěn)定發(fā)育的主辮流水道，以平行層理砂巖相、平行層理泥質(zhì)粉砂巖相等細(xì)粒沉積為主，構(gòu)成近源砂質(zhì)辮狀河的“動(dòng)脈”。復(fù)合心灘與主辮流水道構(gòu)成了砂質(zhì)辮狀河河道沉積的主體。受到季節(jié)性河流溢岸的影響，在辮狀河河道外緣發(fā)育間歇性的泛濫平原和決口扇沉積，構(gòu)成砂質(zhì)辮狀河的“側(cè)翼”（圖6）。

6 結(jié)論

（1） 山西大同侏羅系云岡組石窟段發(fā)育一套典型的砂質(zhì)辮狀河沉積，通過露頭精細(xì)解剖，主要識(shí)別出了10種巖相類型、8種巖相組合、5種四級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元（辮流水道、心灘、泛濫平原、決口扇和廢棄水道等），以及與心灘伴生的三級(jí)儲(chǔ)層構(gòu)型單元——落淤層。

（2） 沉積演化過程分析顯示，研究區(qū)砂質(zhì)辮狀河河道發(fā)育了10期沉積正旋回，在第1期河道沉積的基礎(chǔ)上，先后經(jīng)歷了收縮（第2期）—擴(kuò)張（第3期）—收縮（第4期）—擴(kuò)張（第5期）—收縮與遷移（第6期）—穩(wěn)定與遷移（第7～8期）—收縮、消亡（第9～10期）。砂質(zhì)辮狀河河道經(jīng)歷了周期性的洪水期—枯水期交替演化，并最終消亡的完整生命周期。

（3） 辮狀河河道向兩側(cè)擴(kuò)張或者收縮、向單側(cè)整體遷移，心灘、辮流水道和廢棄河道等在時(shí)間—空間上疊置組合，構(gòu)成呈“泛連通體”結(jié)構(gòu)的大型復(fù)合心灘，復(fù)合心灘之間為長期穩(wěn)定發(fā)育的主辮流水道，辮狀河河道外緣發(fā)育間歇性的泛濫平原和決口扇沉積。在此基礎(chǔ)之上，提出了以大型復(fù)合心灘與主辮流水道為河道沉積主體、具有高頻時(shí)變性和錯(cuò)綜復(fù)合性特征的砂質(zhì)辮狀河沉積模式。

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