礫質辮狀河型沖積扇巖相類型、成因及分布規律——以準噶爾盆地西北緣現代白楊河沖積扇為例

靳軍，劉大衛，紀友亮，楊召，高崇龍，王劍，段小兵，桓芝俊，羅妮娜

1.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249 2.中國石油新疆油田分公司實驗檢測研究院，新疆克拉瑪依 834000 3.中國科學院地質與地球物理研究所，北京 100029

0 引言

沖積扇砂礫巖儲層是一類重要的油氣儲層類型，尤其是準噶爾盆地瑪湖凹陷礫巖油田的發現，越加突出了沖積扇礫巖儲層的重要性。近年來，國內外沖積扇的研究越加系統和細致，研究手段、研究方法以及研究思路更加多樣，尤其是近些年來對地質災害、地外星體[1]、實驗模擬[2-3]、沖積扇內儲層展布[4-6]以及構型單元劃分的研究[7-17]，極大的推動了沖積扇的研究進程。沖積扇的發育受控于沉積自旋回(水動力條件)和沉積異旋回(構造[18-19]、氣候[20-21]、基準面變化[22]等)共同作用，因此在全球不同沉積區，不同沖積扇(即使同一盆地內發育的沖積扇)內巖相類型和發育規律也存在差異。在國內外，通常根據沉積基質的差異，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，對各類沖積扇內部巖相類型的劃分及成因解釋就顯的尤為重要，因為沖積扇內巖相可直觀反映沉積水動力條件，還原扇內沉積環境，甚至可以預測優質相帶展布規律。在油氣勘探上，對沖積扇砂礫巖儲層取芯井段巖相的正確識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一步建立儲層展布模型。

本文以準噶爾盆地西北緣現代白楊河沖積扇為例，在大量的野外露頭資料、文獻資料和粒度分析數據的基礎上，對現代白楊河沖積扇內出露的巖相類型及成因進行歸納闡釋，并總結各巖相粒度特征和展布規律，旨在闡釋辮狀河型沖積扇各類巖相沉積條件，為井下砂礫巖儲層的勘探提供豐富的野外資料和理論支撐。

1 區域地質概況

白楊河沖積扇位于準噶爾盆地西北緣的和什托洛蓋盆地內的白楊河凹陷中(圖1)，為第四紀時期沉積[36-37]。研究扇體扇體規模巨大，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山脈為主要供源山體，山體內部供源流域面積巨大(約15 508 km2)，南鄰扎伊爾山脈[38]。研究區現今扇面可見多條斷層活動，扇上供源河流下切形成現今的山區河流—白楊河谷。本次研究扇上共勘探點位100余個，挖掘野外探槽8條，對扇體各區域(扇根、扇中、扇緣區域)進行細致觀測。

2 巖相類型及成因解釋

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

2.1 重力流成因巖相

雜基支撐礫巖(Gmm)巖相為雜基支撐結構，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，沉積物內部可見“漂礫”現象，最大礫石直徑可達40～50 cm。沉積物分選極差，雜基含量極多，且成分多以粗砂—細礫級為主(圖2a,b)。此類巖相為重力流沉積的產物，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粒砂泥混合快速沉積[42]，或者為陣發性洪水事件或者暴雨導致的沉積物高度聚集并快速沉積的產物。雜基支撐礫巖巖相形態呈厚層席狀展布，內部由多期反旋回巖層組成，單個反旋回厚度約2～5 m，總厚度可達一百多米，橫向延伸距離可達數公里，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，粒徑分布寬區間(-6～6 φ)(圖3-1)。扇內雜基支撐礫巖巖相主要分布于扇根靠近出山口處的補給水道內。

塊狀礫巖(Gcm)巖相為顆粒支撐結構，礫石成分以中礫—粗礫為主，巖相整體呈塊狀構造，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—細礫級。此類巖相形成于高流態的水流環境中，為河道內負載沉積產物，或者為水流衰減時期河道底部的滯留沉積產物[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5～10 m，橫向延伸可達數公里，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，粒度分布寬區間(圖3-1)。扇內塊狀礫巖巖相主要分布于扇根補給水道內和扇中辮狀水道內。

圖1 白楊河沖積扇區域地質概況圖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”現象；c.塊狀礫巖巖相(Gcm)，厚層層狀，礫石以中礫級為主，雜基以粗砂—細礫為主，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—細礫為主，為洪水攜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)巖相為顆粒支撐結構，發育遞變層理，呈正粒序，內部偶見薄層條帶狀砂巖，沉積物內礫石主要為中礫—粗礫級，磨圓中等，多為次圓狀—次棱角狀，最大礫徑達20～35 cm。沉積物分選極差，礫間雜基含量較多，多為中砂—細礫級(圖2e)。遞變層理礫巖巖相形態呈厚層席狀展布，垂向厚度可達十幾米，橫向延伸可達數百米(圖3-1)，為洪流所攜沉積物快速沉積的產物[39,45]。扇內遞變層理礫巖巖相主要發育于扇根補給水道前緣。

塊狀砂巖(Sm)巖相為顆粒支撐結構，沉積物成分以中—粗砂為主，含少量細礫，巖相整體呈黃色或淡黃色，內部無層理構造，呈塊狀構造，沉積物分選較差(圖2f)。塊狀砂巖巖相(Sm)可反映水流強度衰減期辮狀水道內的沉積環境，多代表辮狀水道內短期、高密度的水流事件沉積，形成時的水流流態相對較低，為壩頂沉積的標志[45-46]，這類巖相同樣可形成于生物擾動作用[42]。塊狀砂巖巖相常與塊狀礫巖巖相、交錯層理礫巖巖相相伴生，常可代表一期沉積事件的頂部沉積物，巖相形態多呈頂平底凸的透鏡狀，規模較小，巖相垂向厚度約20～30 cm，橫向延伸可達2～3 m，內部偶見生物鉆孔現象。巖樣概率累積曲線呈一段式，具較高斜率，頻率曲線有2～3個主峰，主峰之間有多個次峰(圖3-1)。扇內塊狀砂巖巖相常發育于扇中辮狀水道微相內。

2.2 高流態牽引流成因巖相

交錯層理礫巖(Gcc)巖相為顆粒支撐結構，發育低角度交錯層理(層理傾角<5°)，巖相整體呈正粒序，層理底部可見粗礫滯留、柔流變形結構，并可見明顯的沖刷侵蝕面。礫石以細礫—中礫級為主，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)。交錯層理礫巖巖相主要發育于辮狀水道沉積環境中，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]，或是淺河道內壩體的側向加積物形成的礫質沉積物[39]。交錯層理礫巖巖相根據內部沉積構造差異可進一步劃分為槽狀交錯層理礫巖巖相、板狀交錯層理礫巖巖相，其中槽狀交錯層理礫巖巖相較為常見，巖相內部紋層厚度約2～5 cm，層系厚度約25～50 cm，層系組厚度可達1～3 m，橫向延伸可達4～6 m；板狀交錯層理礫巖巖相常孤立出露，但規模較大，內部紋層厚度約5～15 cm，層系厚度約0.5～1 m，橫向延伸可達5～8 m。巖樣概率累積曲線呈“一滾兩跳一懸浮”特點，頻率分布直方圖為寬區間特征，頻率曲線具有多個主峰，標準偏差1～2.4，峰度0.56～1.25(圖3-1)。扇內交錯層理礫巖巖相主要發育于扇體發育間洪期的主槽和辮狀溝槽沉積微相內。

片流礫巖(Gcs)巖相為顆粒支撐結構，礫石多為細礫—中礫級，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—粗粒級砂巖(圖4c，d)。這類巖相形成于高流態水動力條件下(V水≈3～6 m/s)河道內或非限制河道內，是超臨界擴散水流條件下，漫洪沉積的產物[48]。片流礫巖巖相呈厚層席狀展布，內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間較寬，多峰，標準偏差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育于扇根片流帶微相以及扇中片流帶微相內。

疊瓦狀排列礫巖(Gci)巖相為顆粒支撐結構，礫石以中礫—粗礫級為主，分選較差，磨圓中等，次棱角狀—次圓狀，礫間雜基含量較多，粒級為極粗砂—細礫級。巖相整體呈正粒序，內部礫石具疊瓦狀排列現象，向源傾斜，礫石傾角約20°～30°(圖4e, f)。這類巖相形成于高流態水流條件下的主河道底部環境[41]。疊瓦狀礫巖巖相形態呈席狀展布，常與塊狀礫巖巖相伴生，底部可見明顯的沖刷侵蝕現象，該巖相垂向厚度約1～3 m，橫向延伸可達數百米(圖3-2)。疊瓦狀排列礫巖巖相主要發育于扇根補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)結構，礫石主要為細礫—中礫級，少見粗礫級，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，礫間孔洞發育，并具有一定規模與延伸距離(圖4g, h, i)。支撐礫巖的命名并未采用“沉積構造+巖性”命名規則，而是采用“結構樣式+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，國內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果，故而不能套用“沉積構造+巖性”的命名原則。支撐礫巖巖相主要發育于限制性的辮狀水道環境中，為河道內常流水區湍流持續淘洗產物，或者形成于超臨界水流條件下，水流對底部沉積物的淘洗再沉積作用的產物[35,49]，該巖相是一類特殊的巖相單元，根據其形成環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“高截點兩段式”，粒徑-6～1 φ占總體95%以上，頻率分布直方圖區間較窄，少峰，反映分選較好(圖3-1)。扇內支撐礫巖巖相常發育于扇根和扇中的片流帶內以及扇中的辮狀溝槽微相內。

圖4 高流態牽引流成因巖相野外照片a.槽狀交錯層理礫巖巖相(Gcc)，礫石以細礫—中礫為主，礫間雜基以中砂—粗砂為主，河道內底型遷移成因；b.板狀交錯層理礫巖巖相(Gcc)，礫石以細礫—中礫為主，礫間雜基以中砂—粗砂為主，河道內底型遷移成因；c.片流礫巖巖相(Gcs)，礫石為細礫—中礫級，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，為主槽內高流態水流成因，層狀展布；f.疊瓦狀排列礫巖巖相(Gci)，辮狀河內高流態水流成因，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)，片流帶內分布，礫石以細礫—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，礫石主要為細礫—中礫級，礫間雜基含量較高且為中砂—極粗砂，為河道內壩體前積增生成因，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，細砂—中砂為主，含少量細礫，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)巖相為顆粒支撐結構，礫石主要為細礫—中礫級，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)，主要形成于河道內壩體遷移側積[39]。巖相形態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“S”型前積層理礫巖巖相主要發育于扇中辮狀水道微相內。

平行層理砂巖(Sh)巖相沉積物主要為細砂—中砂級，含少量細礫，分選中等偏好，巖相整體呈土黃色或黃色，整體以及內部層理皆為正粒序，層理呈平行—低角度的層狀，巖石相內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造(圖4k, l)。平行層理砂巖巖相形成于河道內高流態的水動力環境或者向高流態轉化的水動力條件下，也可以形成于河道內陣發性洪水沉積或由此產生的溢岸沉積[27,31,35]。巖相形態呈頂平底凸的透鏡狀，是河道內較高流態下的沉積產物，巖相內部紋層厚度約1～2 cm，巖相整體規模較小，垂向厚度約0.3～0.5 m，橫向長度約2～3 m，內部可見生物鉆孔及植物根莖。巖樣概率累積曲線為三段式，其中滾動搬運組分所占比例最大(60%～70%)，其次是跳躍搬運組分(22%～35%)，懸浮搬運組分小于5%，頻率分布直方圖粒度分布區間窄，單峰，標準偏差0.77～3，峰度0.68～1.67，整體較尖銳，分選較好(圖3-1)。扇內平行層理砂巖巖相主要發育于扇中辮狀溝槽沉積環境內。

大型交錯層理砂巖(Scl)巖相以沉積物以中砂巖—極粗砂巖為主，含少量細礫和中礫，正粒序，分選中等，其中槽狀交錯層理砂巖和板狀交錯層理砂巖常見，少見楔狀交錯層理砂巖，具高角度(∠10°～∠15°)交錯層理傾角以及局部發育的逆向傾角，在大型交錯層理礫巖內部可見粗礫滯留、同生變形構造現象(圖4m,n)。該巖相一般形成于主河道內平坦河床底部大型波紋和沙壩遷移，形成時的水流流態較高(V水≈0.7 m/s)[50-52]。大型交錯層理砂巖巖相形態為頂平底凸的透鏡狀，內部可見植物根莖以及生物挖掘痕跡，大型板狀交錯層理呈板狀形態并向兩側逐漸減薄，巖相內部紋層厚度約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；大型槽狀交錯層理整體呈頂平底凸的透鏡狀，巖相內部紋層厚度約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。大型交錯層理砂巖巖相概率累計曲線呈四段式，粒度分布區間較寬，以單峰或雙峰為特征，標準偏差為1.2～3.5(圖3-2)。大型交錯層理砂巖巖相常發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。

2.3 低流態牽引流成因巖相

小型交錯層理砂巖(Scs)巖相沉積物以細砂—粗砂為主，含少量細礫，分選中等，整體為正粒序，呈黃色或土黃色。巖相內部多見槽狀交錯層理，少見板狀或楔狀交錯層理，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的水流條件下，發育于間洪期辮狀溝槽沉積環境中[31-32,42]。巖相形態呈頂平底凸的透鏡狀，規模較小，主要形成于小規模河道內，巖相內紋層厚度約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，具兩個跳躍總體，頻率曲線為單峰，標準偏差1～2，峰度0.5～2(圖3-2)。扇內小型交錯層理砂巖巖相常發育于扇中辮狀溝槽微相內，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)。該巖相常發育于小規模(河道淺)限制性河道內，為流水單元環境中細粒沉積物[32]，也可發育于非限制河道內，為低流態水流中細粒物質運移的沉積產物[39,42]。巖相形態呈頂平底凸的透鏡狀，內部可見不明顯的波紋層理，巖相規模較小，垂向厚度約15～20 cm，橫向長度約30～50 cm(圖3-2)。扇內波紋層理粉砂巖巖相常發育于扇緣徑流水道微相以及扇緣濕地微相內，代表著河道演化后期的沉積產物。

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—細砂級，含有細礫，分選中等，巖相內部無明顯的層理構造，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期，是高泥質含量水流中懸浮沉積的產物，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呈頂平底凸的透鏡狀，規模較小，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成，頻率直方圖粒度呈窄區間，單峰或雙峰，標準偏差1.22～2.36，峰度1.05～1.47(圖3-2)。扇內塊狀粉砂巖巖相常發育于扇根補給水道微相以及扇中辮狀水道微相內，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，塊狀構造(圖5e, f)，為靜水條件下細粒沉積物懸浮沉降的沉積產物[50]。根據巖相形態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，主要分布于河道流溝，是河道演化后期的沉積產物，規模較小，垂向厚度約0.2～0.3 m，橫向長度可達2～3 m；厚層塊狀巖相規模較大，呈厚層席狀展布，巖相垂向厚度可達十幾米(扇緣巖芯資料顯示)，橫向延伸距離可達數公里，巖相內部可見大量的植物根莖和生物鉆孔現象(圖3-2)。塊狀泥巖巖相主要分布于扇上流溝和扇緣濕地內。

圖5 低流態牽引流成因、靜水沉積成因及風成成因巖相野外照片a.小型交錯層理砂巖巖相(Scs)，細砂—粗砂巖，發育于地表流溝內；b.小型交錯層理砂巖巖相(Scs)，細砂—粗砂巖，發育于礫質壩體內部，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，低流態水流中細粒推移質的沉積產物；d.塊狀粉砂巖巖相(Fm)，發育于扇根區域礫巖層中，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，扇緣發育，植被覆蓋；g.風成交錯層理砂巖巖相(Se)，極細砂—中砂，分選好，底平頂凸的透鏡狀(厚0.15 m ×長0.4 m)；h.風成交錯層理砂巖巖相(Se)，發育于扇面植被背風一側，透鏡狀堆積Fig.5 Field photographs of lower-flow regime, hydrostatic sediment and aeolian lithofacies

2.5 風成成因巖相

風成交錯層理砂巖(Se)巖相沉積物以極細砂—中砂為主，分選較好，顯黃色。巖相形態呈底平頂凸的透鏡狀，露頭出露較少(圖5g)。風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側(圖5h)。該巖相規模很小，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，為多個跳躍總體復合的特征，粒度分布區間較窄，頻率曲線顯示單峰，峰度1.15～1.34，標準偏差為0.77～1.22(圖3-2)。風成交錯層理巖相往往發育于扇中和扇緣亞相內，在扇根亞相內少見，多分布于扇中辮狀溝槽微相、槽間帶微相內。

3 巖相分布規律及類型劃分

根據沖積扇內巖相分布統計(圖6、表1)，片流礫巖巖相(Gcs)、交錯層理礫巖巖相(Gcc)、塊狀礫巖巖相(Gcm)這3類巖相在扇內出露比例大，出現頻率高。在扇根區域，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%)、大型交錯層理砂巖巖相(4%)以及支撐礫巖巖相(1%)等；扇中區域，向扇緣方向主要出露塊狀礫巖巖相(15%→27%)、交錯層理礫巖巖相(27%→49%)以及片流礫巖巖相(61%→6%)，在局部區域出露小型交錯層理砂巖巖相(2.5%)、塊狀粉砂巖巖相(1.5%)及支撐礫巖巖相(1%)等；扇緣區域主要發育塊狀泥巖巖相(90%)和少量次物源礫巖巖相(10%)(圖7)。

根據各巖相沉積構造、粒度特征及展布規模，可將巖相大致劃分為四類(表1)：Ⅰ類巖相沉積構造特征明顯并具有較大展布規模，如交錯層理礫巖(Gcc)巖相；Ⅱ類巖相沉積構造特征明顯但展布規模局限，如支撐礫巖(Gco)、交錯層理砂巖(Sc)巖相；Ⅲ類巖相為不具層理構造但具有較大展布規模的巖相，如塊狀礫巖(Gcc)、片流礫巖(Gcs)巖相；Ⅳ類巖相不具層理構造并且展布規模局限，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育為地下較好的儲集相帶，為優勢勘探巖相。

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

類別巖相特征巖相類型Ⅰ類內部層理構造發育,粒度曲線為三段式,展布規模大交錯層理礫巖(Gcc)巖相;Ⅱ類內部層理構造發育,粒度曲線為多段式,展布規模小支撐礫巖(Gco)、交錯層理砂巖(Sc)巖相等;Ⅲ類內部層理構造不發育,粒度曲線多為一段式,展布規模大交錯層理礫巖(Gcc)、片流礫巖(Gcs)巖相;Ⅳ類內部層理構造不發育,粒度曲線多為一段式,展布規模小遞變層理礫巖(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時期。洪水期扇根區域主要發育補給水道沉積環境和扇根片流帶沉積環境，其中扇根補給水道沉積環境主要發育雜基支撐礫巖(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域；扇根片流帶沉積環境主要發育片流礫巖(Gcs)巖相、支撐礫巖(Gco)巖相、遞變層理礫巖(Gcg)巖相，為高流態牽引流和重力流共同控制區域。扇中區域主要發育扇中片流帶沉積環境以及扇中辮狀水道沉積環境，扇中片流帶沉積環境主要發育片流礫巖(Gcs)巖相、支撐礫巖(Gco)巖相、塊狀礫巖(Gcm)巖相，為高流態牽引流沉積主控區域(含少量重力流沉積)；扇中辮狀水道沉積環境主要發育交錯層理礫巖(Gcc)巖相、大型交錯層理砂巖(Scl)巖相、塊狀礫巖(Gcm)巖相，為高流態牽引沉積主控區域。扇緣區域主要發育扇緣徑流水道和扇緣濕地沉積環境，其中扇緣徑流水道沉積環境主要發育大型交錯層理砂巖(Scl)巖相、小型交錯層理砂巖(Scs)巖相、交錯層理礫巖(Gcc)巖相，為低流態牽引流沉積主控區域；扇緣濕地沉積環境發育的主要巖相為塊狀泥巖(M)巖相、小型交錯層理砂巖(Scs)巖相、波紋層理粉砂巖(Fr)巖相等，為靜水沉積主控區域(圖8a)。

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

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

圖7 扇根至扇中外帶野外實測巖相柱刻畫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 結論

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

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

(3) 根據巖相內沉積構造、粒度特征及展布規模，可將巖相大致劃分為四類：Ⅰ類巖相沉積構造特征明顯并具有較大展布規模，如交錯層理礫巖(Gcc)巖相；Ⅱ類巖相沉積構造特征明顯但展布規模局限，如支撐礫巖(Gco)、交錯層理砂巖(Sc)巖相；Ⅲ類巖相不具層理構造但具有較大展布規模，如塊狀礫巖(Gcc)、片流礫巖(Gcs)巖相；Ⅳ類巖相不具層理構造并且展布規模局限，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類巖相可繼承性發育為地下較好的儲集相帶，為優勢勘探巖相。

(4) 優勢巖相(Ⅰ類、Ⅱ類巖相)主要發育于洪水期的扇中區域和間洪期的扇根以及扇中區域，往往形成于高流態牽引流和低流態牽引流主控的沉積環境內。總的來說，巖相類型及分布規律響應于沉積水動力變化。