浅水三角洲研究进展与陆相湖盆实例分析

刘自亮，沈 芳，朱筱敏，廖纪佳，张修强，孟 昊

(1.成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059; 2.中国石油大学 地球科学学院，北京 102249; 3.中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 4.西南石油大学，四川 成都 620500； 5.中国石油 东方地球物理公司研究院，河北 涿州 072750)

浅水三角洲研究进展与陆相湖盆实例分析

刘自亮1,2，沈 芳1，朱筱敏2,3，廖纪佳4，张修强5，孟 昊2

(1.成都理工大学 能源学院，四川 成都 610059; 2.中国石油大学 地球科学学院，北京 102249; 3.中国石油大学 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 4.西南石油大学，四川 成都 620500； 5.中国石油 东方地球物理公司研究院，河北 涿州 072750)

通过总结浅水三角洲的研究进展，结合鄂尔多斯盆地延长组浅水三角洲的研究，对浅水三角洲沉积特征进行讨论。结果表明：稳定的构造背景、盆地面积大、古地形坡度缓、湖平面频繁升降变化、水体浅及物源供给充分是浅水三角洲发育的基本条件；总体而言，浅水三角洲沉积缺少传统三角洲三层式结构特征，不同类型浅水三角洲沉积体存在差异，如浅水辫状河三角洲沉积物粒度粗，水体能量强，垂向上相序不完整，河口坝微相难于保存，而在浅水曲流河三角洲沉积体系中则河口坝砂较为常见。实例分析表明：鄂尔多斯盆地延长组下组合发育浅水辫状河三角洲和浅水曲流河三角洲两种类型，具有三角洲平原分布范围小、三角洲前缘分布广的特征。河道宽深比大，沉积物相对较粗，平原分流河道沉积中可见多次叠置的冲刷面构造和大型槽状、楔状交错层理等。三角洲前缘延伸远，长度可达一百多千米，水下分流河道在平面上多分支和分叉，垂向上多为间断正韵律。最后，讨论了研究区浅水三角洲沉积体系时空演化规律。

形成机理；分类体系；浅水三角洲；沉积相；延长组；鄂尔多斯盆地

自Fisk(1954)提出“浅水三角洲”的概念以来[1]，并且由于浅水三角洲沉积体中赋存丰富的油气资源，已成为油气工业部门勘探开发的重要目标，特别是近年来油气资源短缺的形势越来越严峻，更成为我国油气勘探地质学家，特别是沉积学家研究的热点[2-30]。因此，加强陆相湖盆浅水三角洲沉积特征、形成机理，深入分析和对比不同类型湖盆浅水三角洲发育特征、同一盆地内浅水三角洲沉积构成差异及形成机理等科学问题，具有重要科学价值。

国内鄂尔多斯盆地、松辽盆地、塔里木盆地、渤海湾盆地、准格尔盆地等坳陷和断陷湖盆均发育浅水三角洲。目前研究主要集中在浅水三角洲的概念和分类、形成地质背景及主要沉积特征等方面，且取得一些重要进展。但对于不同盆地类型浅水三角洲沉积特征，特别是同一盆地内不同类型浅水三角洲前缘沉积构成差异，包括相序演化，微观孔隙结构特征，砂体形态、内部构型和发育规律等方面，分歧仍然较大，这些都是需要深入探讨的沉积学问题。

鄂尔多斯盆地上三叠统延长组在不同地区的浅水三角洲沉积特征存在明显差异，比如盆地西南缘水下分流河道发育，残存或者缺少河口坝沉积物，而东北部则河口坝砂体富集。这些沉积记录的差异，在已发表的文献中，鲜有报道。因此，本文将在讨论国内外浅水三角洲研究进展的基础上，以鄂尔多斯盆地延长组为例，开展沉积学研究，明确延长组浅水三角洲沉积相和沉积体系类型，讨论沉积体系演化特征。

1 浅水三角洲研究进展

20世纪80年代，国内学者开始对浅水三角洲进行研究，主要强调浅水三角洲与传统的吉尔伯特型三角洲模式的差异[3-6]。进入21世纪，国内学者主要集中在松辽盆地[7-14]、鄂尔多斯盆地[2，15-21]、四川盆地[21]等地区，展开浅水三角洲的研究(表1)。逐步从浅水三角洲类型、形成条件深入到对浅水三角洲形成动力学过程和形成机制的研究，从宏观沉积特征描述深入到内部结构解剖和形成机理的探讨。

1.1 概念与分类

Fisk在研究密西西比河三角洲时提出浅水三角洲的概念，将河控三角洲划分为深水型和浅水型[1]。Postma等将低能盆地中河控三角洲分为浅水型和深水型，并进一步区分出8种浅水三角洲类型和4种深水三角洲类型[31]，并考虑三角洲前缘坡度，将浅水三角洲划分为缓坡型浅水三角洲和陡坡吉尔伯特型三角洲。

楼章华等从浅水三角洲的展布形态角度，将浅水三角洲分为席状浅水三角洲、坨状浅水三角洲、枝状浅水三角洲和鸟足状浅水三角洲，强调从湖盆范围演化、湖平面升降变化的幅度和频率等方面，分析三角洲形态转化的动力学过程[22]。张昌民从沉积体成因角度，将浅水三角洲划分为分支砂坝型和分流水道型两种浅水三角洲类型[32]。邹才能等则以供源体系为基础，结合前缘斜坡坡度和古水深，将湖盆三角洲划分为6种浅水三角洲和3种深水三角洲[19]。朱筱敏强调供源系统对三角洲的控制作用，将浅水三角洲划分为浅水扇三角洲、浅水辫状河三角洲和浅水曲流河三角洲[27]。

1.2 形成条件

Donaldson等进一步研究浅水三角洲的形成条件后，认为在水体较浅和构造稳定的台地、陆表海或地形平缓整体缓慢沉降的坳陷盆地条件下易于形成浅水三角洲[33]。楼章华认为大型坳陷湖盆、地形平缓的浅水环境有利于浅水三角洲的形成[22]；朱筱敏也认为在大型坳陷湖盆的缓坡浅水区易于形成大型浅水三角洲[27]。大型坳陷湖盆浅水三角洲的形成主要受大地构造背景[33]、古水体深度[34]、河流作用强度[3,35]、湖(海)平面变化[36-39]、气候和物源[40]等众多地质条件的控制。

1.3 主要沉积特征

近年来，在Postma的分类基础上，国外对浅水三角洲的研究已逐步深入，主要涉及浅三角洲形成动力学，沉积作用过程，微相识别及砂体构型等，众多学者认为浅水三角洲主要形成于水体较浅、地形平缓、构造缓慢的条件下，以分流河道砂为骨架，河口坝不发育，砂体分布明显受水体深度[41]、河流作用[43-44]、湖平面变化[37-38]、气候及物源[44-45]等因素控制。

20世纪80年代开始，国内学者强调分析浅水三角洲沉积与吉尔伯特型三角洲在亚相划分[10,46]、沉积结构[4-6]、沉积模式[12,14,29,47]等方面的差异。近年来，则深入到对浅水三角洲沉积相带划分、砂体分布和影响因素的分析。但众多学者的看法并不一致，一些学者把浅水三角洲沉积体系划分为上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲亚相[8-9,21]。李元昊等则把浅水三角洲前缘细分为“内前缘”和“外前缘”，湖岸线控制了砂体展布的形态[17]。操应长等强调浅水三角洲砂体成因和分布主要受河流、波浪和湖流的共同作用[48]。朱筱敏等认为大型坳陷湖盆浅水三角洲平面上成宽广分布，呈现满盆含砂的特点[2，7,11,13-14]。

1.4 沉积机理

进入21世纪，国内学者深入到对浅水三角洲形成动力学过程和形成机制的研究，从宏观沉积特征描述深入到内部结构解剖和形成机理的探讨，但认识和观点上存在分歧。主要观点认为后期席状化改造[12]、河流作用、古地形[49]、湖平面变化[14]影响浅水三角洲发育的类型和规模。河水能量[32]、物源和水量[51-52]、古地貌、湖岸线[17]、湖平面变化[14]等因素控制了浅水三角洲砂体形态等。近年来，金振奎等人也试图通过现代现代湖泊浅水三角洲考察，分析和讨论浅水三角洲的形成机理[52-53]。

2 湖盆浅水三角洲研究实例

2.1 鄂尔多斯盆地地质背景

鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组沉积期为大型坳陷湖盆，在东南部与大华北盆地相连。研究区西部为天环坳陷，并与西缘冲断构造带相邻，东部为陕北斜坡的西南部，南部与渭北隆起区相邻，包括面积达5×104km2的西峰、庆阳、环县和华池等地区(图1)。延长组沉积时，表现为西高东低，发育一套随构造沉降和湖平面变化而改变的冲积扇与辫状河—三角洲—湖泊陆源碎屑沉积体系。

2.2 沉积相特征

2.2.1 三角洲平原亚相

三角洲平原亚相以砂/泥岩互层以及泥炭沼泽沉积为主，主要发育分流河道和河间洼地微相。分流河道沉积最为典型，具有底冲刷面，向上变细的沉积序列，发育槽状交错层理、平行层理和砂纹交错层理等，在平原亚相发育典型的薄煤层或者煤线，在垂向上组成向上粒度变细的沉积序列(图2)。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元划分及研究区位置

2.2.2 三角洲前缘亚相

前缘亚相主要发育细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩与粉砂质泥岩。常见冲刷面和岩性突变面。发育各种反映牵引流成因的沉积构造，如平行层理、槽状交错层理、波状交错层理、砂纹层理等，常见植物碎片和虫孔构造。水下分流河道是前缘中最重要的沉积单元，常与分流间湾频繁互层。河口坝沉积不发育，在水下分流河道底部能见到残余的河口坝沉积。

图2 鄂尔多斯盆地陇东地区辫状河三角洲平原沉积序列特征(演40井)

1) 水下分流河道

由于水体较浅、河流作用强、发育规模大、延伸远，水下分流河道为浅水三角洲前缘的主要沉积单元。平面上多分叉，垂向上表现为复合正韵律或间断正韵律(图3)，常见多个冲刷面相互叠置，表现为多层定向排列的泥砾层。常见反映强水动力条件的沉积构造，粒度概率曲线主要为强水动力作用的两段式，反映了分流河道能量高、跳跃式搬运、沉积快的牵引流特征[12]。常对应平行层理、各种交错层理的中砂岩、细砂岩。测井相特征明显，电阻率曲线和自然电位曲线常呈钟形和箱形，钟形反映了典型向上变细的垂向系列，箱形尤其是厚层状箱形反应多期河道砂体垂向叠置的特征。

2) 分流间湾

分流间湾微相主要以悬浮沉积为主，岩性为层状灰黑色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩。常见植物叶片化石。常见沙纹层理，层理面炭屑富集，垂向虫孔发育。自然电位曲线相对低平，自然伽马曲线中高值，电阻率曲线呈中低幅齿状。

3) 河口坝

由于水体较浅、河流能量强，河口坝不太发育或者由于前期河口坝被后期河道冲刷破坏，很少被保存下来，仅在少量钻井岩心上见到残余的河口坝沉积物。主要为灰色、深灰色细粒砂岩、粉砂岩沉积，分选较好，表现为反粒序结构的垂向沉积序列，常见平行层理、沙纹层理和小型交错层理。自然电位、自然伽马曲线通常呈漏斗形。

2.2.3 前三角洲

前三角洲亚相的沉积物以深灰色泥岩沉积为主，泥岩较为纯净，见水平层理和季节纹层，常夹粉砂岩薄层，为河流携带入湖的泥质和细粉砂等细粒沉积物，呈悬浮状态搬运到水体较深、水动力能量较弱的安静环境下沉积形成。

2.3 沉积相演化特征

鄂尔多斯盆地延长组基本继承了纸坊组沉积时东北高西南低的不对称的坳陷特征。长10段沉积期鄂尔多斯盆地己具雏形，长轴呈北西-南东向展布，湖区的面积约3.6×104km2。进入长9段沉积期，盆地下沉速度明显加快，湖盆面积约6.3×104km2，明显比长10油层组的湖盆范围大。

长9段沉积期湖岸线在虎洞-演武-镇原-丰台-太昌-关家川一线，该线西南为三角洲平原沉积，东北为三角洲前缘沉积。研究区不发育深湖相，以辫状河三角洲沉积为主，主要发育四支三角洲沉积体系(图4)。4条三角洲砂体宽约30～70 km，砂体厚度10～70 m，延伸距离远，多分叉，形成多个朵叶体。如沿丰台-庆阳-白马-城壕-白豹一线发育的辫状河三角洲前缘砂体，宽度62 km左右，地层厚度27～85 m，砂体厚度6～25 m，砂地比23%～70%。砂体呈条带状展布，砂体发育规模最大，主要为三角洲前缘水下分流河道，由西南向东北向深水区推进，不断向两侧分叉，发育多个朵叶体。砂体推进至庆阳时，河道分为三支：一支向正北偏西驿马方向推进，宽度15 km左右，延伸较短，在桐川附近尖灭；另两支均继续沿正北偏西方向推进，宽度约20 km，东侧一支在南梁附近尖灭，西侧一支在城壕一带与东侧一支连为一片，又延伸入深湖，在白豹一带呈朵状展开。

图3 鄂尔多斯盆地陇东地区辫状河三角洲前缘垂向沉积序列特征(西64井)

长8段沉积期，盆地基底仍然是处于沉降的过程，湖盆面积扩大，整体仍处于湖盆的发展阶段。三角洲沉积体基本上继承了长9段沉积时的展布形态，并沿物源方向，围绕湖岸线呈环带状分布，形成浅水三角洲群，主要发育浅水三角洲平原、浅水三角洲前缘和滨浅湖等亚相，深湖相不发育(图5)。该时期由于物源的差异，三角洲发育规模发生变化，来自西南部物源区的三角洲规模变小，而来自东北部物源区的浅水曲流河三角洲发育规模变大，开始进入陇东地区。

图5 鄂尔多斯盆地陇东地区长82沉积期沉积体系分布

长8段沉积期，湖岸线位于虎洞-殷家城-武沟-镇原-泾川-太昌一线。围绕湖盆，共发育来自西和西南部物源多支浅水辫状河三角洲和来自北部和东北部物源的浅水曲流河三角洲。浅水三角洲前缘分布范围广、厚度大。不同物源的浅水三角洲在类型和平面形态均存在差异。在研究区西部和西南部主要发育来自南部和西部西南部物源区的浅水辫状河三角洲沉积体系，其沉积砂体单层厚度较长9段沉积期变薄，砂地比变小，三角洲前缘朵叶体成鸟足状。如在宁县-正宁地区，主要发育来自南部物源主要发育4支浅水辫状河三角洲，整体呈南北向展布。宽度达10～27 km，砂体厚度8～28 m，砂地比20%～55%。水下分流河道不断分叉，形成多个鸟足状朵叶体。在研究区东北部主要发育来自东北部物源的浅水曲流河三角洲，主要发育浅水曲流河三角洲前缘亚相，平面上呈条带状，局部地区连片(图5)。

3 结论及讨论

1) 浅水三角洲的研究起始于20世纪50年代，目前仍处于发展时期。近年来，国内外学者在浅水三角洲的分类、形成条件、主要沉积特征、内部结构特征及形成机理等方面，都取得了一些列重要的认识和进展。但需要进一步讨论不同盆地类型浅水三角洲沉积特征，包括浅水环境鉴别标志、相序演化，微观孔隙结构，砂体形态、内部构型和发育规律，以及对同一盆地内大量发育的浅水三角洲沉积构成特征和形成机理等。

2) 鄂尔多斯盆地构造背景相对简单、盆地面积大、水体浅、周边物源供给充分，具备了发育浅水三角洲的地质条件。延长组下组合发育典型的浅水三角洲沉积，可划分为浅水辫状河三角洲平原、浅水辫状河三角洲前缘和前浅水辫状河三角洲，具有“小平原、大前缘”的特征，其前缘是该区有利储层发育带，是目前油气勘探开发的重点地区。

3) 长9-长8段沉积期，物源相对较近，河道宽深比大，沉积物相对较粗。辫状河三角洲平原主要发育含砾石的中-粗砂岩和泥炭沼泽沉积，沉积粒度向上变细的平原分流河道沉积，可见多期冲刷面构造垂向和大型槽状、楔状交错层理等，泥炭沼泽中可见到薄层的煤和煤线。浅水辫状河三角洲前缘延伸长度可达一百多千米，水下分流河道是优质储层砂体主要发育相带，平面上多分叉和分支，垂向上多为间断正韵律。

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(编辑 张亚雄)

Progress of shallow-water delta research and a case study of continental lake basin

Liu Ziliang1,2,Shen Fang1,Zhu Xiaomin2,3，Liao Jijia4，Zhang Xiuqian4,Meng Hao2

(1.CollegeofEnergyResources,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu，Sichuan610059,China;2.SchoolofGeoscience,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.StateKeyLaboratoryofGeologicalProcessesandMineralResources,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;4.SouthwestPetroleumUniversity,Chengdu,Sichuan620500,China；5.ResearchInstituteofBEG,CNPC,Zhuozhou,Hebei,072750,China)

By summarizing the research progress of shallow water delta and combining with the study of shallow delta of the Yanchang Formation in Ordos Basin,this paper discussed the sedimentary characteristics of the shallow water delta.The results indicate that the basic conditions for development of shallow water delta include s

genetic mechanism，classification system，shallow-water delta，sedimentary facies，Yanchang Formation，Ordos Basin

2014-08-30;

2015-06-20。

刘自亮(1978—)，男,讲师，沉积学与层序地层学。E-mail:bugliu2001@163.com。

国家科技重大专项(2011ZX05001-003-03)。

0253-9985(2015)04-0596-09

10.11743/ogg20150409

TE121.3

A

Fig.tectonic setting,large basin area,low relief of paleotopography,frequent changes of lake level,shallow water and abundant provenance supply.In general,shallow water delta deposition lacks the traditional characteristics of three-tier structure.There are differences between different types of shallow water delta sedimentary bodies.For example,shallow braided river delta features in coarse grained sediments,strong water energy,incomplete vertical facies sequence,and poor preservation of mouth bar.In contrast,mouth bar is common in shallow water meandering river delta.The case study of continental lake basin shows that the Yanchang Formation of Ordos Basin developed shallow water braided delta and shallow water meandering delta,which are characterized by small area of delta plain and widespread delta front zone.Its width-depth ratio of channel is large,the sediments are coarse,and it is common to find multiple superimposed erosion surfaces and large trough-shaped,wedge-shaped cross-bedding in plain distributary channel deposits.Delta front can extend more than one hundred kilometers and underwater distributary channels are characterized by lateral branches and bifurcate and vertical intermittent fining upwards rhythm.Moreover,the space-time evolution of shallow water delta sedimentary system in the study area is also discussed.