點物源扇三角洲的巖相與構型特征：以希里溝湖現代扇三角洲為例

孫洪偉，周新茂，李順利，于興河*，馬 嫡，高明軒

（1.中國地質大學（北京）能源學院，北京 100083；2.中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

0 引言

礫巖油藏越來越受到公眾的重視，隨著油田開發程度的不斷深入，為滿足粗粒油藏剩余油挖潛的需求，其內部構型研究迫在眉睫（于興河等，2018）。構型研究主要集中在曲流河及辮狀河上，且已相對比較成熟（Miall,1985,1988；陳彬滔等，2015；胡光義等，2017）。在河流基礎上，沖積扇的構型研究也逐步展開并建立了一定的研究體系（吳勝和等，2016）。

而針對扇三角洲開展的儲層構型研究則比較薄弱，并且研究對象多是古代油藏，以巖電震等手段對儲層單一河道邊界及規模的識別、構型要素的單井相劃分及組合模式（姜建偉等，2016；李巖，2017；潘進等，2019；孫樂等，2017a；王玨等，2016）、儲層夾層類型的劃分（林煜等，2013）、構型界面的分級（宋璠等，2015）、水進水退對構型展布的控制作用（孫樂等，2017b）等方面內容所進行的分析，著重于砂體的刻畫，缺乏對構型組合方式與相帶分布規律系統的認識。

沖積扇主要發育在盆地邊緣，斷層的組合特征控制著沉積物的搬運和沉積（Feng et al.,2013；吳孔友等，2014）。沖積扇主要沉積于各單一斷裂坡折內部可容納空間較大的部位（即斷距大的部位），扇體沿著坡折帶內低部位的連線遷移（王英民等，2003），內部由多個側向遷移、疊覆的朵葉構成（印森林等，2014）。根據斷層對扇體物源的控制類型，可以將扇體劃分為點狀物源供給、線狀（多點）物源供給（Reading and Richards,1994）。扇三角洲作為沖積扇入水形成的沉積體系（于興河，2008），在物源上同樣受到構造破折的控制，也可以分為點物源扇三角洲與線物源扇三角洲（Wescott and Ethridge,1980）。

野外露頭觀察與描述是石油地質研究中的一項基礎工作，現代沉積的觀測有助于建立完整的模式和揭示系統的規律，在油氣地質勘探和開發過程中有至關重要的作用。形成比油氣區井網更加精細的露頭尺度地質規律認識，是指導地下儲層構型模式的建立的關鍵。探地雷達（Ground Penetrating Radar）是一種高效的淺層地球物理探測技術，它通過向地下發射高頻電磁脈沖，利用地下介質電性參數差異，根據回波的振幅、波形和頻率等特征來分析和推斷淺層沉積體結構和物性特征（Bristow,2016），在沉積構型分析方面具有十分突出的優勢（James et al.,2003）。

本次研究旨在通過對希里溝湖現代扇三角洲天然剖面的實測、探地雷達的解譯、精細構型解釋和定量化，厘清點物源扇三角洲的構型單元類型、組合特征及分布規律，定量表征構型單元的幾何屬性，為儲層分布的分析與預測和剩余油挖潛提供必要的基礎地質依據。

1 區域地質概況

1.1 地理位置與氣候

研究對象位于青藏高原西北部，青海省烏蘭縣正南方7 km 處，發源于希里溝湖南山，向北展開，扇體形態規整，半徑約為7.4 km，展角約117°，總面積約為50 km2。物源出山口海拔3 200 m，湖面海拔2 934 mm，物源區與沉積區高差約300 m。該地區為典型的內陸高原半干旱高寒氣候區，氣候干燥，氣溫年較差和日較差大，據烏蘭縣氣象站近年來氣候數據統計，年平均降水量為211.16 mm，年平均氣溫為4.33 °C（呂順昌，2018）。

1.2 構造沉積特征

希里溝湖位于狹長的NWW 向?！惻璧?，處于柴達木盆地東北部盆緣地帶，為逆沖斷層圍限的山間斷陷盆地（呂順昌，2018）。盆緣受傾向正北、傾角30°的正斷層所控制，斷塊撕裂形成溝谷，成為了希里溝湖扇三角洲出山口，以單點方式為扇體發育供源。在平面上扇體具有“大平原、小前緣”的相帶分布特征，根部發育主水道，向端部逐漸形成分支水道向側面展布而形成扇形。在垂向上希里溝湖具有間歇性河流沉積特點（高崇龍等，2020；張春生等，2000），垂向序列以多期沖刷疊置、單期較薄為典型特征（圖1）。

圖1 研究區概況及野外剖面綜合柱狀圖Fig.1 Photos and the measured columnar section of the study area

2 巖相類型與垂向序列

2.1 巖相類型

巖相的主要識別標志在于巖性、粒度、沉積構造以及顏色（于興河，2008）。Miall（1988）對河流沉積物劃分出22 種巖相，本文沿用Miall 的劃分方法，同時根據實際構造特征略有修改。巖相的劃分以及命名，采用“巖性+沉積構造+其他”的表達方式，首先依據巖性劃分出：G—礫巖、S—砂巖、F—粉砂巖、M—泥巖；依據沉積構造劃分：t—槽狀交錯層理、p—板狀交錯層理、m—塊狀層理等；若有其他典型特征時，用相應描述的縮寫代表，例如礫石質雜基支撐礫巖相為Gmg。

通過對野外21 個觀測剖面的詳細描述，在希里溝湖扇三角洲共識別出16 種巖相（圖2），其中礫巖相9 種，包括：礫石質雜基支撐漂浮礫巖相（Gmg）、砂質雜基支撐漂浮礫巖相（Gms）、多級顆粒支撐礫巖相（Gcm）、同級顆粒支撐礫巖相（Gcs）、疊瓦狀礫巖相（Gi）、槽狀交錯層理礫巖相（Gt）、板狀交錯層理礫巖相（Gp）、粒序層理礫巖相（Gg）及支撐巖相（Gco）；砂巖相5 種，包括：板狀交錯層理砂巖相（Sp）、槽狀交錯層理砂巖相（St）、平行層理砂巖相（Sh）、沖洗層理砂巖相（Ss）及浪成沙紋粉砂巖相（Fr）；泥巖相2 種，包括暗色泥巖（M）與炭質泥巖相（Mc）。

圖2 希里溝湖扇三角洲典型巖相照片Fig.2 Photos showing lacus fan delta sedimentary facies of the Xiligou Lake

2.2 垂向序列

根據野外剖面的精細描述與沉積成因分析，希里溝湖扇三角洲主要發育8 種典型的垂向序列類型（圖3）。

圖3 希里溝湖扇三角洲巖相垂向序列類型Fig.3 Sedimentary sequences of the lacus fan delta deposits of the Xiligou Lake

2.2.1 FA-1 垂向序列：Gms-Gmg-Gg-Sm

該巖相序列為典型的碎屑流主辮狀水道沉積。礫石以中、細礫石為主，偶見粗礫石，分選極差、磨圓極差?；祀s堆積，塊狀或弱的正粒序，可見大量直立礫石。下切侵蝕能力較強，整體厚度較大，約2.0～4.5 m。底部發育沖刷面，典型碎屑流沉積（Gms），沉積速度快，塊狀結構（靳軍等，2019）；向上砂質雜基相對減少，以礫石基質支撐為主（Gmg），由于浮力的作用而呈現微弱反粒序；上部由于沉積相對較慢，重力分異作用明顯而呈現正粒序（Gg）；在巖相頂部或發育洪退期塊狀砂。

2.2.2 FA-2 垂向序列：Gg-Gi-Gcs-Sh

該巖相代表了洪水期溢散流沉積。礫石以中、細礫石為主，分選相對較好、磨圓極差。整體呈現明顯的正粒序，厚度相對較薄，為1.0～2.5 m。底部發育沖刷面，砂質基質支撐，重力分異作用明顯，礫石不明顯定向排列（Gg）。向上雜基含量明顯降低，礫石呈現明顯定向排列（Gi）。頂部沉積較細礫石，多級顆粒支撐，礫石無定向排列特征（Gcs）。頂部發育平行層理砂巖。在垂向上構成了水動力逐漸減弱的垂向序列，中部沉積呈現片流特征，頂部沉積向牽引流水道過渡。

2.2.3 FA-3 垂向序列：Gcm-Gt-St-Sh-M

該巖相序列為典型的辮狀水道沉積。以中、細礫石沉積為主，分選磨圓中等，雜基含量低，整體呈現明顯的正粒序（盛和宜，1993），不對稱二元結構，厚度為1.5～2.0 m。底部發育沖刷面，河底滯留沉積（Gcm）。向上發育槽狀交錯層理、板狀交錯層理，頂部發育平行層理砂巖與塊狀泥巖。

2.2.4 FA-4 垂向序列：Gmg-Gcm-Gcs-Sm

該巖相序列為典型的辮流壩沉積。以中、粗礫石沉積為主，分選磨圓中等，雜基含量低，整體呈現明顯的反粒序，厚度為2.0～3.0 m。底部發育礫質基質支撐礫巖相，塊狀層理，向上雜基逐漸減少，并具有明顯的沉積分異作用，由多級顆粒支撐過渡為同級顆粒支撐。頂部或發育洪水期漫溢沉積塊狀砂。

2.2.5 FA-5 垂向序列：Gms-Sm-Sp-M

該巖相序列代表了洪水期漫溢，分支水道間沉積。是分支水道中水流漫溢出水道邊界，裹挾著附近的沉積物形成的二次搬運沉積，厚度為1.0～1.5 m。底部?？梢娸^大礫石孤立漂浮于較細粒礫石沉積中，塊狀構造。上部沉積發育以砂為主的平行層理或者板狀交錯層理，以板狀交錯層理為主。頂部發育洪退期塊狀泥。

2.2.6 FA-6 垂向序列：St-Sp-Sh-Fr-M

該巖相序列是典型的水下分流河道沉積。以含細礫中粗砂沉積為主，厚度為0.5～1.0 m。底部發育槽狀交錯層理，礫石在底部巖紋層定向排列；向上過渡為板狀交錯層理、平行層理。頂部發育流水沙紋與塊狀炭質泥。

2.2.7 FA-7 垂向序列：Fh-Sp-Gp-M

該巖相序列代表了河口壩沉積。以中粗砂、細礫沉積為主，厚度為1.0～1.5 m。底部水平層理粉砂巖向上發育板狀層理砂與板狀層理細礫石，頂部發育炭質泥。該壩體發育以河流作用為主，受波浪影響不大。

2.2.8 FA-8 垂向序列：Sh-Ss-Sw-M

該巖相序列代表了席狀砂/分流間灣沉積。發育席狀砂典型層理特征——沖洗層理，以及平行層理和浪成沙紋，頂部發育炭質泥。由于該扇三角洲波浪作用不大，因此席狀砂發育規模較小，厚度為0.3～0.5 m。

3 構型單元類型

詳細的野外剖面實測和探地雷達精細解譯結果表明，希里溝湖扇三角洲發育8 種典型的構型單元（表1）。

表1 希里溝湖扇三角洲構型單元特征Table 1 Characteristics of configuration units of the lacus fan delta deposits of the Xiligou Lake

3.1 水道（CH）

辮狀水道是最常見的構型單元之一，在剖面上通常呈頂平底凹的透鏡狀。根據發育的位置以及水動力類型分為主辮狀水道（MCH）（圖4a）和分支辮狀水道（DCH）（圖4b）。主辮狀水道（MCH）在靠近出山口位置，以碎屑流作用為主（McPherson et al.,1987），構型內部發育巖相序列FA-1。隨著水動力的減弱與沉積物的卸載，流態逐漸向牽引流過渡，分支辮狀水道（DCH）發育，對應發育巖相序列FA-3。野外剖面實測結果與探地雷達剖面解譯表明，河道構型單元的厚度介于1.5～4.5 m，寬度介于50～200 m，寬厚比約為30～50。

圖4 希里溝湖扇三角洲雷達剖面構型單元劃分Fig.4 Configuration units identified by GPR in the lacus fan delta deposits of the Xiligou Lake.

3.2 片狀洪流沉積（SF）

片狀洪流沉積是發育規模較小的構型單元，通常呈薄板狀（圖4b，圖5a），平面延伸距離與水動力強弱成正相關。垂向序列對應于巖相序列FA-2。隨著沉積物卸載，頂部可發育小型辮狀水道，沉積平行層理中粗砂。野外剖面實測結果與探地雷達剖面解譯表明，片狀洪流沉積構型單元的厚度介于1.0～2.5 m，寬度可達幾十米至幾百米，平面展布通常無固定形態。

圖5 希里溝湖扇三角洲露頭剖面構型單元劃分Fig.5 Configuration units identified in outcrops in the lacus fan delta deposits of the Xiligou Lake

3.3 辮流壩（CB）

辮流壩是另一個常見的構型單元，在剖面上通常呈底平頂凸的透鏡狀（圖4b），垂向序列對應于巖相序列FA-4。頂部通常因后期水流沖刷而形成小型沖溝（James et al.,2003）。野外剖面實測結果與探地雷達剖面解譯表明，辮流壩構型單元的厚度介于2.0～3.0 m，寬度介于100～200 m，寬厚比約為50～70?？傮w而言，辮流壩構型單元與河道構型單元的厚度范圍相近，但是辮流壩構型單元的寬度和寬厚比明顯大于辮狀水道構型單元。

3.4 洪漫沉積（OF）

洪漫沉積是分支辮狀水道間沉積的構型單元，通常呈薄餅狀（圖5a），平面延伸距離與水動力強弱成正相關。垂向序列對應于巖相序列FA-5。該構型以二次搬運再沉積為主要特點，在沉積物上表現為孤立大礫石漂浮于較小粒度沉積中。野外剖面實測結果與探地雷達剖面解譯表明，洪漫沉積構型單元的厚度介于1.0～1.5 m，寬度可達到幾十米至上百米，平面展布通常無固定形態。

3.5 水下分流河道（UCH）

水下分流河道是一個常見的構型單元，在剖面上通常呈頂平底凹的透鏡狀（圖5b），垂向序列對應于巖相序列FA-6。水下河道水動力較弱，以垂向加積作用為主，隨著向水體推進逐漸消亡。野外剖面實測結果與探地雷達剖面解譯表明，水下分流河道構型單元的厚度介于0.5～1.0 m，寬度介于40～70 m，寬厚比約為70～80。

3.6 河口壩（RMB）

河口壩在剖面上通常呈底平頂凸的透鏡狀（圖5b），垂向序列對應于巖相序列FA-7。河口壩是河流作用與波浪作用的共同產物，但扇體波浪作用較弱，相應沉積構造不發育，壩體以板狀交錯層理為主要特征。野外剖面實測結果與探地雷達剖面解譯表明，河口壩構型單元的厚度介于1.0～1.5 m，寬度介于80～140 m，寬厚比約為80～90。

3.7 席狀砂（SS）

席狀砂在剖面上通常呈薄層席狀（圖5b），垂向序列對應于巖相序列FA-8。席狀砂是波浪對河口壩改造，使得砂體在平面鋪開形成的構型單元。野外剖面實測結果與探地雷達剖面解譯表明，席狀砂構型單元的厚度介于0.3～0.5 m，平面范圍無定形態，可延伸幾十米至上百米。

水下分流間灣沉積常與河口壩以及席狀砂交互出現，以炭質泥沉積為主要特征，在河流作用間歇期常發育在河口壩、水下分流河道與席狀砂頂部，因此在構型上與席狀砂不作區分。

4 構型單元分布規律

希里溝湖扇三角洲具有“大平原、小前緣”的特征，因此其扇三角洲平原特征與沖積扇極其相似，并且平原流態存在碎屑流過渡為洪流，繼而為牽引流的特征（李維鋒等，1999；張春生等，2000）。根據沖積扇扇根、扇中的劃分依據，將希里溝湖扇三角洲平原分為上平原與下平原。同期次構型單元具有5 種組合方式（表2）。

表2 希里溝湖扇三角洲構型單元組合類型Table 2 Combination types of configuration units in the lacus fan delta deposits of the Xiligou Lake

上平原以碎屑流主水道、片狀洪流沉積為主要構型單元，在剖面上表現為碎屑水道孤立發育于片狀洪流沉積中。垂向上表現為多期碎屑水道的疊置，新水道在舊水道上繼承發育，由于供源大小的不同，而使得原有水道擴寬或縮窄（圖6A）。在上平原壩體不發育，主要原因在于碎屑流黏度較大，塊狀沉積，內部沉積分異較差（McPherson et al.,1987）。

下平原以辮狀水道、辮流壩以及洪漫沉積為主要構型單元，在剖面上同期次表現為兩道夾一壩、兩道間洪漫，不同期次垂向上道壩接割頻繁。水道分叉的根本原因在于流態降低的沉積分異作用，先滯留下來的沉積物對水流造成阻礙，使得滯留堆積不斷加大（Postma,1990），最終形成分支水道（圖6B）。下平原是辮流壩發育的主要相帶，也是儲層物性較好的相帶。

前緣以水下分流河道、河口壩以及席狀砂為主要構型單元，在剖面上變現為孤立水道、孤立壩體、兩道夾一壩，間灣可以發育在兩道之間、兩壩之間以及兩道之間。前緣構型組合雖然也是“道壩間”的模式，但是其組合類型較下平原更為豐富（圖6C），主要原因在于水下間灣發育較為廣泛，同時水下分流河道的水動力較低，難以形成一定規模的分支河道。通常在下平原河道入水后，由于水動力驟減，沉積物卸載形成河口壩，分支水道入水后延伸不遠隨即消失。由于河口壩沉積多為懸浮搬運物質的卸載，因此礫石較為不發育。前緣礫石多以河底滯留沉積形式存在。

席狀砂是河口壩等砂體經過波浪改造后的產物（于興河，2008），席狀砂較為發育代表了河口壩的破壞。席狀砂通常發育在河口壩的底部，代表在洪退期、間洪期，河流作用減弱，波浪作用為主的砂體沉積與改造。

正因前緣相帶存在河流與波浪的共同作用，其沉積物往往分選、磨圓好，雜基含量低。同時由于不斷的物源輸入，河口壩的沉積規模不斷增大，經過成巖作用以后能夠形成規模大的優質儲層，是勘探開發的有利相帶。

5 結論

（1）希里溝湖點物源扇三角洲野外觀測發育16 種典型的巖相類型、8 種垂向序列，總體以河道下切侵蝕、側向遷移擺動以及充填形成的塊狀層理砂礫、槽狀交錯層理砂礫、板狀交錯層理砂為主。

（2）點物源扇三角洲發育8 種構型單元，分別為主水道（MCH）、片狀洪流沉積（SF）、分支辮狀水道（DCH）、辮流壩（CB）、洪漫沉積（OF）、水下分流河道（UCH）、河口壩（RMB）和席狀砂（SS）。辮狀水道寬度50～150 m，寬厚比25～30，辮流壩寬度100～200 m，寬厚比50～70。壩體規模約為河道的2 倍，寬厚比也約為2 倍。水下分流河道寬度40～70 m，寬厚比70～80，河口壩寬度80～140，寬厚比80～90。壩體發育規模約為河道的2 倍，但寬厚比接近。這主要是由于蓄水體對流水作用的限制，使得河道與壩體均以垂向加積作用為主。

（3）同一沉積時期，點物源扇三角洲存在5 種基本構型組合單元，上平原由于碎屑沉積黏度較大，水道孤立發育與片狀洪流中，形成片狀洪流-主水道-片狀洪流組合類型（SF-MCH-SF）；下平原流體性質向牽引流過渡，分支水道形成，發育洪漫沉積-分支辮狀水道-辮流壩-分支辮狀水道-洪漫沉積（OF-DCH-CB-DCH-OF）；前緣由于河道入水動力不同，水下分流河道發育規模存在差異，形成間灣/席狀砂-水下分流河道-河口壩-水下分流河道-間灣/席狀砂（SS-UCH-RMB-UCH-SS）、間灣/席狀砂-河口壩-間灣/席狀砂（SS-RMB-SS）、間灣/席狀砂-水下分流河道-間灣/席狀砂（SS-UCHSS）三種組合類型。不同時期的構型單元空間分布，為以上5 種組合類型在垂向和橫向上的重復或疊加。

（4）扇三角洲前緣相帶存在河流與波浪的共同作用，沉積物的物性好。同時由于不斷的物源輸入，沉積規模相對較大，經過成巖作用以后能夠形成大規模的優質儲層，是勘探開發的有利相帶。其次為扇三角洲下平原相帶，因辮流壩廣泛發育而具有相對較高的儲集性能，但是分布零散，單個儲層規模較小。

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