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

沖積扇砂礫巖儲層是一類重要的油氣儲層類型，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)儲層展布[4-6]以及構(gòu)型單元劃分的研究[7-17]，極大的推動了沖積扇的研究進(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(jìn)一步建立儲層展布模型。

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，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，挖掘野外探槽8條，對扇體各區(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)造及水動力條件，在白楊河沖積扇內(nèi)共識別出16種巖相類型，巖相命名符號的依據(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—細(xì)礫級。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，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(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(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個主峰，主峰之間有多個次峰(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

交錯層理礫巖(Gcc)巖相為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)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(jié)構(gòu)，并可見明顯的沖刷侵蝕面。礫石以細(xì)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(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(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，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(tài)水動力條件下(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(xì)礫級。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，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(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，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，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(jié)構(gòu)，礫石主要為細(xì)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(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，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)的水動力環(huán)境或者向高流態(tài)轉(zhuǎn)化的水動力條件下，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(fā)育的逆向傾角，在大型交錯層理礫巖內(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(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，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(qū)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(qū)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(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(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(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(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(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)部共識別劃分出16種巖相類型，根據(jù)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(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)于沉積水動力變化。