干旱湖盆邊緣淺水三角洲沉積特征與沉積模式

關鍵詞 干旱氣候；淺水三角洲；事件性沉積；沉積模式；比較沉積學

0 引言

淺水三角洲一般發育于水體較淺、物源供給充足、構造穩定的坳陷湖盆邊緣或陸表海環境[1-7]。現代淺水三角洲十分發育，典型的有Wax湖三角洲、Atchafalaya 三角洲、洞庭湖三角洲、鄱陽湖三角洲等[8]。古代地層記錄中也廣泛發育淺水三角洲，并可在合適的條件下形成優質的油氣儲層。近年來，地質研究人員在我國東西部含油氣盆地中發現了大量淺水三角洲成因的油氣儲層，包括松遼盆地[9-11]、鄂爾多斯盆地[12-14]、渤海灣盆地[15-16]及四川盆地[17-18]等。因此，自20世紀90年代以來，淺水三角洲一直以來都是沉積學和儲層地質學研究的熱點之一。

根據公開發表的文獻，目前研究的淺水三角洲實例主要形成于濕潤氣候下，具有穩定、長期的水流和沉積物供給且三角洲沉積區植被發育良好、水體基本穩定[6，12，19-23]，因而這類淺水三角洲的沉積過程較為穩定，發育過程連續，沉積物黏度高，河道化程度高[24]。與水深較大環境下形成的三角洲相比，淺水三角洲具有“頂積層—前積層—底積層”發育不典型、河道化沉積占主導、河口壩發育程度低等特征[20，25-26]。針對濕潤環境下形成的淺水三角洲實例，國內外學者進行了長期深入的研究，并建立了沉積模式[8，21-25]。然而截至目前，針對干旱炎熱氣候下坳陷湖盆邊緣發育的淺水三角洲體系的研究還極為有限。部分研究表明，無論干旱還是濕潤氣候都能發育淺水三角洲，松遼盆地三肇凹陷扶余油層、庫車凹陷克拉蘇沖斷帶巴什基奇克組、渤海灣盆地發育干旱淺水三角洲[27-28]。針對這類三角洲的研究表明，在干旱的背景下，湖盆水體分布更為局限，湖平面升降更為明顯，分流河道延伸較遠（可達20 km），沉積特征及其沉積構型特征明顯有別于濕潤氣候條件下的三角洲。為了明確干旱氣候條件下淺水三角洲的沉積特征與沉積模式，本文以青海尕斯庫勒油田下油砂山組為例，開展干旱湖盆淺水三角洲沉積特征與沉積模式研究，在現代沉積、巖心及測井資料的基礎上，采用比較沉積學方法分析沉積特征并探討沉積模式。

1 研究區概況

青海尕斯庫勒油田位于柴達木盆地西端，其北部為阿爾金山物源區、西南部為昆侖山物源區（圖1）。根據青海油田針對柴西南地區的巖相古地理研究，在下油砂山組沉積時期，研究區處于鐵木里克凸起的前端，由一西—東方向的大型物源供給，形成大面積連片的三角洲體系。尕斯庫勒油田位于該三角洲復合體的南部分支（圖1），這一區域物源大致為南東方向，因此，下油砂山組沉積時期，該油田位于一個大型三角洲復合體系的中前端，具備發育復雜疊覆三角洲體系的潛力（圖1a）。尕斯庫勒油田研究區內資料條件較為豐富，鉆遇VI油組的井共有495口，其中取心井3口（包括密閉取心井1口，Y8652）。

VI油組屬于新近系下油砂山組下部沉積，平均厚度為80 m，可分為2個砂組和18個小層，各小層呈等厚加積方式，其巖性以中—粗砂巖、細砂巖、粉砂質泥巖為主，偶見含礫粗砂巖，總體上屬于中—細粒沉積體系，水動力總體偏弱。VI 油組砂地比約為35%，砂體連片程度較低[29-31]，泥巖廣泛發育并多呈紅色，巖心分析化驗資料顯示下油砂山組沉積時期古鹽度為16‰～40‰，泥巖硼元素含量高于普通淡水泥巖（硼元素含量高達（89.6～170.4）×10-6 mg/L，平均為131×10-6 mg/L，根據硼元素含量計算可得古鹽度為15%～67.2‰），Sr/Ba比值為0.37～1.05（平均為0.58），屬于典型的半咸水環境沉積產物[32]。綜合來看，VI油組沉積時期長期處于暴露環境。取心井（Y8652、Y7640及YX6551井）分析化驗結果表明，儲層碎屑成分主要由長石（58.6%）、石英（32.7%）和巖屑（主要為巖漿巖巖屑，8.7%）組成。長石風化程度中等，表面干凈，可見少量云母碎片且具定向性。因此，VI油組沉積時期具有明顯的近源—偏細粒沉積特點。測井曲線與巖心資料顯示，VI油組主力砂體存在頻繁的正、反韻律垂向、側向組合[30-31]，這與油砂山對應層位露頭上識別的分流河道—河口壩組合匹配[32]。綜上，VI油組屬于干旱炎熱條件下的淺水三角洲沉積。

由于地下測井和巖心資料往往較為有限，難以把握三角洲沉積體空間展布特征，在研究中選取硝爾塔拉湖干旱淺水三角洲進行比較沉積學研究。硝爾塔拉湖位于新疆柯坪縣境內、南天山南部一背馱盆地內，其周緣為巴依瓦克塔格山、其克塔格山、塔塌爾別勒套山所轄，屬于典型的內流湖（圖2a）。周緣山體海拔高度為2 000～2 500 m，湖區海拔高度為1 366 m，山頂至湖區距離約10 km。硝爾塔拉湖水源主要來自于上述三座逆沖斷裂形成的山體，由于南北兩座山（巴依瓦克塔格山、其克塔格山）近平行分布，所轄山谷長約30 km，硝爾塔拉湖沉積體系的主體受到東西向峽谷匯集的水流和沉積物供給，形成了硝爾塔拉湖三角洲（圖2）。柯坪縣屬大陸性暖溫帶干旱氣候，年均降水量為73.8 mm，年蒸發量2 864.8 mm，蒸發量為降雨量的40倍以上，氣候非常干旱。年平均氣溫11.4 ℃，極端氣溫最高43.1 ℃，最低-29.3 ℃，平均日溫差14.6 ℃，在沉積活躍的夏秋兩季，日間平均氣溫為30 ℃以上，月均降雨量僅為50 mm，因而硝爾塔拉湖三角洲體系整體呈褐紅色的氧化特征（圖2）。利用全球海拔高程模型（DEM）資料實測發現，硝爾塔拉湖東岸淺水三角洲發育區（圖2b）地形坡度平均為0.04°，屬于典型的緩坡。與尕斯庫勒油田下油砂山組VI油組沉積相比，兩者沉積氣候環境相當，沉積物顏色相近，具有較好的對比條件。

2 VI油組沉積特征與微相類型

根據巖心、測井及分析化驗資料，綜合分析VI油組沉積微相特征并劃分了微相類型。在VI油組內共識別出5種微相類型，包括主干分流河道、末端分流河道、河口壩、席狀砂、壩間泥巖（圖3）。

主干分流河道。在垂向上一般孤立分布或與河口壩疊切發育，其巖性一般為含礫粗砂巖—細砂巖（圖4a，b），自下而上逐漸變細，呈現明顯的正韻律特征，底部一般發育含礫粗砂巖，具有大型槽狀交錯層理，向上逐漸過渡為低角度交錯層理[32]。根據巖心分析化驗資料，其粒度、孔隙度及空氣滲透率均存在明顯的正韻律特征（圖3），主干分流河道厚度一般為1～5 m（表1）。

末端分流河道。一般為薄層中—細砂巖（圖4f），垂向上孤立分布。這類河道分布于主干分流河道的末端，為多分支狀河道，其厚度往往小于1 m（表1），規模較小但數量較多（圖3）。自然伽馬（GR）和電阻率曲線幅值明顯低于主干分流河道但同樣存在明顯的正韻律特征（圖3），露頭研究表明，這類水道往往存在較小規模的槽狀交錯層理和低角度交錯層理[32]。

河口壩。在垂向上一般呈多期疊置或孤立分布式，單一河口壩厚1.5～5 m，疊切厚度可達8 m（圖3）。河口壩呈現明顯的反韻律特征，巖心分析化驗數據顯示河口壩組合體垂向上存在明顯的粒度分異，自下而上中值粒徑從0.2 mm增大到0.55 mm，孔隙度、滲透率同樣存在明顯的反韻律特征（圖3、表1）。巖心照片顯示，河口壩下部為分選性較差、泥質含量較高的細砂巖（圖4c），中部則為分選較好的中砂巖（圖4d），上部為粗砂巖，偶見礫石（圖4e）。相對于主干分流河道，河口壩的發育厚度往往較大、沉積物分選性更好。

席狀砂。一般為粉—細砂巖，泥質含量較高，一般呈淺灰綠色（圖4g），測井曲線上往往表現為小幅度高值，幅值明顯低于河口壩和河道，根據取心井觀察和測井曲線識別結果，其厚度一般為0.2～0.5 m（表1），在垂向上一般孤立分布（圖3）。

壩間泥巖。一般為較純凈的氧化色泥巖（圖4h），GR值較高，SP曲線則一般為貼近基線的層段極小值（圖3、表1）。

3 新疆硝爾塔拉湖干旱淺水三角洲沉積特征與比較沉積學研究

為了明確干旱淺水三角洲沉積特征并構建沉積模式，采用現代沉積特征與平面微相結構樣式分析和地下儲層沉積相分析相結合的手段，通過比較沉積學方法構建沉積相模式。

3.1 硝爾塔拉湖東岸淺水三角洲沉積背景

干旱淺水三角洲具有明顯有別于濕潤氣候背景下其他類型三角洲的沉積條件。一般而言，表現為水流供給條件變化劇烈、湖平面升降頻繁、廣泛長期暴露等特征，導致這類三角洲的沉積存在高頻率事件性特征。

新疆柯坪地區的累年各月降雨量數據顯示，每年4、6、8月為強降雨時期，其他各月降雨量均較低（圖5），湖區周邊無雪山融水供給（圖6），導致硝爾塔拉湖三角洲的主要沉積活躍期為氣溫較高的夏秋季。

近年來的衛星圖像顯示，雖然在每年的不同季節湖岸線和湖區面積存在一定幅度的波動，但整個三角洲沉積區域內沉積物的顏色和樣式均未出現明顯變化（圖6），硝爾塔拉湖東岸三角洲岸線波動范圍在1.5 km內，波動區域為三角洲前緣沉積的主體區域。由于硝爾塔拉湖為內流湖，其東岸三角洲的進退或沉積過程基本上是由季節性水流控制的：洪水季節水位上漲、由進積轉向退積；枯水期水位快速下降，造成原有分流河道體系下切并向湖盆中心區域供給沉積物形成新的三角洲前緣。

3.2 干旱淺水三角洲沉積體系平面分布樣式

3.2.1 河壩組合分布特征

硝爾塔拉湖東岸淺水三角洲具有典型的河控特征，每一條上游供給河流進入三角洲沉積區后均可形成一個河流—河口壩復合體（圖7）。由于三角洲平原整體地勢平坦，湖內水位升降頻繁，供給河流的生存周期一般較短，不同時期的供給河流及其兩側附屬的河口壩沉積物往往存在復雜的疊切關系，一般發生下切作用的是供給水道及其延伸河道而發生疊置的則為河口壩（圖7b）。

根據河網的發育關系，可將三角洲體系中的河壩組合單元逐一識別，在硝爾塔拉湖東岸三角洲發育的主體區域內共識別出5個獨立的河壩復合體（圖7c）。供給河流進入三角洲沉積區后往往會出現分流，由一條河道分散為2～5條分流河道。供給河道的上游段側緣除了河口壩外，還可發育少量決口水道—朵體復合體，而下段則以多個分流河道—河口壩復合體為主（圖7c）。單一供給河道—河口壩復合體的規模一般在數百米至數千米，不同復合體形狀差異較大，主要表現在分支數量、分支長度等。

3.2.2 單一供給河道—河口壩復合體沉積特征

供給河道—河口壩復合體由一條供給河道控制，從三角洲平原延伸入湖并形成主干分流河道—末端分流河道及相應河口壩共同組成的大型復合體。以河壩復合體—供給河道—河口壩組合體為例，該復合體由一條寬約15 m的供給河道控制，延伸距離約2 km。該復合體順源存在較明顯的變化，上游河道規模較大但河口壩規模有限，而下游河道分支為多條分流水道但河口壩規模和數量較大（圖8a）。根據2009年7月4日（湖泊干涸）和2010年10月7 日（高水位）兩個時間節點的衛星照片對比顯示，該組合的順源分布與湖岸線的分布存在關聯，在干涸時期三角洲完全暴露，整體均處于高溫干旱氧化環境，而在高水位時期，上游部位依然暴露而下游部位則完全被水體覆蓋。在上游部分，供給河道兩側存在少量流程較短、規模較小的河口壩體，一般形成于較高水位時期；而在下游部分，由于其沉積時期大部分沉積作用發生在水下，因而供給河道往往分支為多條分流水道，并產生對應數量且規模較大的河口壩，在河道的多次分支影響下，下游部分可分為多個級別的數十條分流河道（圖8）。需要指出的是，由于每年降雨時間存在一定程度的波動，高峰降雨過程可能出現在夏—秋季的某個不確定時間段，或早或晚。2009年7月4日，雖本地區已進入歷年統計結果中的降雨高峰期，但仍未發生較大的降雨事件，湖區仍然保持干涸狀態。實際上，湖泊每一年的主要沉積活躍期會隨著大規模降雨事件發生的早晚波動而存在一定程度的差異，但仍集中在夏秋兩季，三角洲沉積物的氧化作用也較強。

3.2.3 單一供給河道—河口壩復合體內部分流河道與河口壩沉積特征

在每個供給河道—河口壩復合體內部，由于供給河道存在多次分支，可形成多個分流河道—河口壩組合（圖9）。

這類分流河道處于整個體系的末端，因而也可稱為末端分流河道。由于供給河道在一個或多個部位分支為多條末端分流河道，不同位置的分流河道形態、樣式及水動力條件存在一定的差異，對應地，不同的末端分流河道形成的河口壩形態及規模也存在差異。根據衛星照片顯示的形態特征，可將末端河壩組合按照形態分為兩種基本類型，包括河道側緣決口形成的分流河道—決口朵體型和分流河道入湖形成的河道—河口壩型（圖9）。

分流河道側緣決口的方式一般包括河道兩側決口（圖9a1～a4）、河道單側決口（圖9b～c）兩種亞類型，其中雙側決口一般是順著窄且較為順直的分流河道發育，而單側決口則往往是受到三角洲地貌的起伏影響，地貌較低的河道一側發生決口。決口往往形成決口水道與決口朵體組合（圖9b，c）。

分流河道入湖形成河道—河口壩一般由多條分流河道控制，單一分流河道可供給形成一個分流河道—河口壩組合，多條分流河道控制的河壩組合側向疊置、拼接，最終可形成面積較大、砂體發育較好的連片狀復合體（圖9d～g）。

3.3 VI 油組淺水三角洲沉積體系分布樣式

VI油組沉積背景與硝爾塔拉湖東岸三角洲具有類似的沉積環境和沉積物供給條件等，因而兩者沉積特征也較為相近。根據巖心分析、巖電標定及測井響應，利用495口井砂體解釋與單井相解釋結論，通過繪制砂體厚度等值線圖、主流線分布圖及沉積微相圖，明確了VI油組干旱淺水三角洲沉積特征及其分布樣式（圖10）。

結果表明，在VI油組內，供給河道自北向南流動，并在研究區中部入水，形成多分支的末端分流河道。隨著河道的逐級分流，其寬度由20～40 m逐步減小為5～10 m（圖10），更多更小規模的末端分流河道受限于資料的局限性而難以表征。

在VI油組內部，河網廣布，這與下油砂山組露頭上高頻發育的小規模分流河道具有很好的對應性[32]。河口壩的規模往往有限，其寬度為50～300 m（圖11），并呈現為兩種樣式：其一為河道末端疊覆式末端分流河道—河口壩復合體，其二為順流程較長、寬度有限但較為順直的河段側緣發育的決口水道—決口扇復合體。

結合沉積相平面剖面展布圖分析，大型河壩組合寬度為200～300 m，分流河道發育于河口壩頂部中軸部位（圖11，A—A’和C—C’剖面）；小型河壩組合則發育于分流河道末端，其規模有限，寬度小于100 m（圖11，B—B’剖面）。分流河道順源發育穩定，延伸距離較長（圖11，D—D’剖面）。

3.4 VI 油組干旱淺水三角洲與硝爾塔拉湖東岸淺水三角洲比較研究

為了明確硝爾塔拉湖現代干旱淺水三角洲與VI油組三角洲之間的關聯性，分別從沉積物分布規律與顏色分異特征、沉積微相類型與分布規律、沉積體規模等方面進行對比分析。

3.4.1 沉積物顏色分異特征與分布規律

硝爾塔拉湖淺水三角洲衛星圖像解析結果表明，干旱淺水三角洲湖平面升降頻繁且湖岸線往往在干旱季節降至三角洲前緣之外（圖8），造成三角洲整體遭受暴露，三角洲沉積物整體呈現氧化特征。由于每一次湖平面升降過程中砂質沉積物主要分布于三角洲前緣，以河口壩、河道等厚度較大的微相為主且砂質成分往往在暴露環境下保持原色，因而砂巖遭受氧化的程度較低；相反，泥巖沉積較為均勻，因而在三角洲平原、前緣及前三角洲范圍內呈現大面積連續薄層展布樣式，在暴露環境下易受到徹底的氧化而呈暗紅色特征（圖4，12）。

兩個三角洲體系內沉積物分布也具有較好的對應關系，主要體現在不同巖性、顏色的沉積物的分布規律相似性。在河道主體部位，沉積物粒度較粗，為灰色砂巖或雜色砂巖（圖12b，e）；在河口壩上，一般為雜色中細砂巖（圖12d）；在決口扇遠端則可見紅色泥巖（圖12a），與油砂山露頭上決口扇巖層顏色觀察結果相符[32]；在前三角洲，巖心呈典型的暗紅色并發育垂直蟲孔，這與硝爾塔拉湖前三角洲區域顏色和較大的水深特征一致（圖12c）。

3.4.2 沉積微相類型與分布規律

根據硝爾塔拉湖東岸三角洲體系完全暴露時期衛星照片分析結果可知，干旱淺水三角洲的基本結構單元為一條三角洲平原供給河道向湖延伸并逐漸分支，形成順源方向上依次發育供給河道（主干分流河道）、供給河道側緣決口朵體、末端分流河道、河口壩（圖8，9）。這一基本結構在VI 油組也能清晰呈現，即由一條主干分流河道供給，并向湖逐漸延伸、分支為多條河道，每條河道均供給沉積物形成河口壩（圖10）。在當前條件下，VI油組沉積相解剖精度受限于資料條件且沉積微相單元特征具有相似性，因而并未對供給河道、分流河道和決口扇、河口壩進行精細區分與表征。

這一基本的結構單元一方面發育數量較多，可在平面上形成多期次切割疊置的復合體，另一方面則可進一步細分為一系列的微相單元。

3.4.3 沉積體規模

在平面沉積相分布樣式對比的基礎上，進一步將硝爾塔拉湖東岸三角洲、VI油組及油砂山露頭分流河道—河口壩組合規模的實測數據進行對比分析（圖13）。結果表明，三種數據具有相似的長寬關系，但規模各有不同，VI油組實測得到的河壩組合規模較大，現代沉積（硝爾塔拉湖東岸三角洲）實測得到的河壩組合規模較小，油砂山露頭實測數據則介于前兩者之間。其主要原因是現代沉積實測數據測量精度更高，而VI油組解剖精度相對較低。從VI油組中識別出的河壩組合規模可能相當于硝爾塔拉湖東岸現代淺水三角洲衛星照片中識別的多個關聯性河壩組合。綜上，實測數據顯示，露頭、現代沉積及地下沉積學解剖獲得的定量規模數據具有一致的規律（圖13）。

4 干旱湖盆邊緣淺水三角洲沉積模式

綜合VI油組沉積學解剖與硝爾塔拉湖東岸淺水三角洲沉積學解析，采用比較沉積學方法，建立了干旱湖盆邊緣淺水三角洲沉積模式（圖14）。干旱條件下，淺水三角洲的基本沉積單元為一條供給河道（主干分流河道）供給，并順源形成供給河道—決口河道與朵體—分流河道—河口壩組合（圖14c）。這一組合近端分布于三角洲平原，供給河道為沉積主體，決口水道與決口朵體規模較小、厚度較薄（圖14a），進入湖區后，主干分流河流分叉為多條分流水道，并形成一個河口壩復合體（圖14a）。

分流河道控制的單一河壩組合體（圖14c），為三角洲前緣部位主要的沉積體，可認為是主力儲層類型。由近向遠，分流河道仍存在逐步分流，并形成由厚變薄的多層垂向加積（圖14d～f）和順源前積（圖14h～i）的河口壩，末端的細小的分流河道內嵌在河口壩內部（圖14c）。

對比濕潤氣候條件下發育的淺水三角洲，干旱湖盆邊緣淺水三角洲存在明顯的事件性特征，其發育過程往往受到不同尺度的極端干旱事件打斷，因而其分流河道一般規模較小，延伸較近，河壩組合規模亦較小。干旱背景下的河流生命周期明顯較短，導致河流—河口壩組合體發育不穩定，其數量較多但規模明顯較小[8]。

5 結論

基于硝爾塔拉湖東岸干旱湖盆邊緣淺水三角洲沉積學解析與VI油組的比較沉積學研究表明，干旱湖盆邊緣緩坡背景下形成的淺水三角洲體系是一類特殊的三角洲類型，其沉積特征明顯有別于濕潤氣候淺水三角洲。

（1） 在干旱湖盆邊緣，由于氣候炎熱干燥，且存在短期較劇烈的氣溫變化，湖平面存在頻繁的、較大尺度的升降變化，岸線進退變化劇烈且高頻。特殊的沉積背景條件導致三角洲沉積過程中，水流與沉積物供給水道存在生命周期明顯偏短，進一步引起單一供給河道控制的沉積體規模有限且順源分異明顯。

（2） 干旱淺水三角洲的基本成因單元是以單一供給河道/主干分流河道為骨架、決口水道—朵體與分流水道—河口壩順源復合而成的組合體。受到頻繁的湖平面升降與高頻的沉積間斷控制，上述組合體呈現從物源點出發、呈輻射狀切割疊置的結構樣式，經過復雜的疊覆過程，最終形成大面積復合體。

（3） 單一供給河道在平原一般為下切河道，其側緣往往發育小規模決口水道及與之關聯的決口扇/決口朵體；進入前緣后，供給水道往往分叉為多個分流水道，每一條分流水道又供給生成一個河口壩，前緣分流河道—河口壩復合體往往側向疊覆并形成較大面積的連續砂體。分流河道—河口壩組合一般呈“河在壩上走”的樣式。

（4） 干旱淺水三角洲內部，平原亞相主力儲層為主干分流水道，而在前緣則為分流河道—河口壩組合。湖平面頻繁升降導致平原與前緣沉積反復垂向疊置并造成地層整體呈現較強的非均質特征。