扇三角洲相与副层序关系的探讨.doc

扇三角洲相与副层序关系的探讨 3聂逢君 33李思田( 中国地质大学 , 北京 , 100083)解习农( 中国地质大学 , 武汉 , 430074)( 中国地质大学 , 北京 , 100083)摘要 在湖泊中存在三种三角洲类型 ,即正常三角洲 , 辫状三角洲和扇三角洲 。它们均由三角洲平原 、三角洲前缘 、前三角洲三部分所组成 。陆相地层具有强烈的旋回性 ,只要将基准面看成海平面就完全可以运用层序地层学思路与方法 研究陆相地层 。扇三角洲相在断陷湖盆的陡坡一侧发育 ,通过与标准三角洲副层序模式对比 ,一个完整的扇三角洲序列 可以划分出两个副层序 。关键词分类号扇三角洲 ; 层序地层 ; 副层序p512 . 2陆相盆地的沉积速率远高于海相盆地 ,沉积与构造作用同 样 能 形 成 巨 厚 沉 积 , 这 给 构 造 解 释 带 来 影 响 ;3) 陆相盆地具多向物源 ,形成多向沉积体系 ,穿 插了众 多 的 河 流 决 口 , 形 成 了 自 旋 回 的 沉 积 朵 叶 体 ,使地层横向对比复杂化 ; 4) 陆相盆地的气候影 响远高于海相盆地 ; 5) 陆相地层缺少断带化石 , 同 位素定 年 工 作 量 太 大 , 给 地 层 定 年 带 来 很 大 的 困 难 ;6) 局部构造运动对陆相湖盆的影响很大 。鉴于 上述原因 ,有人认为陆相湖盆的层序地层格架难以 建立 ,难以运用层序地层学方法指导勘探 。但是陆 相湖盆的地层具有强烈的旋回性 ,只要把基准面的 变化看成海平面的变化 ,就可能把层序地层学的基 本概念和思路 、方法 ,运用到陆相盆地形成的地层 中的 ( 徐 怀 大 1998 年 的 讲 课 记 录 ) 。李 思 田 等 (1996) 指出 ,在陆内条件下层序地层学的若干基本 原理仍能应用 ,但必须从区域地质条件出发 ,而不 能使用基于大陆边缘条件所建立的模式 。陆相地 层中不整合及假整合界面更为清楚 ,可以划分出以0 前言扇三角洲相的存在已成为众人的共识 ,尤其是 陆相断陷湖盆的陡坡一侧 ,扇三角洲几乎是那儿沉 积体的主要组成部分 。扇三角洲 ( fan delta 或 fan2 delta) 的明确定义为 “, 从邻近高地直接进入稳定水 体的 冲 积 扇”。这 个 概 念 首 先 由 holmes ( 1965 ) 和 mc gowen (1970) 提出来的 , 历经 30 多年 , 世界各地 现代的和古代的扇三角洲相继发现 ,到目前为止 , 中国诸多盆地中已经发现扇三角洲沉积 ,如泌阳箕 状凹陷双河砂体的扇三角洲复合沉积 ( 王寿庆等 ,1982 ;朱水安等 ,1983 ;魏魁生 ,1989) ,松辽盆地中扇 三角 洲 的 沉 积 作 用 ( 石 国 平 等 , 1984 , 黄 衡 鉴 等 ,1981 ,李思田等 ,1982 ,1985) ,辽河裂谷渐新世初期 扇三角洲沉积 ( 李应暹 , 1982) , 洱海西岸的现代扇 三角洲沉积 ( 冯敏等 , 1984) , 鄂尔多斯盆地含煤建造中的扇三角洲发育 ( 林畅松等 , 1991) , 准葛尔盆 地南缘八道湾组的扇三角洲沉积 ( 李思田等 ,1996)等等 。越来越多的研究表明 ,随着工作的深入 , 更多的扇三角洲体系将被识别和建立 。 从地震地层学发展而来的层序地层学 ,在被动大陆边缘盆地的勘探中得到了广泛的应用 。地质条件与被动大陆边缘盆地有所不同的是陆相湖盆 中的层序地层的应用受到了很大的限制 。原因是 :1) 陆相湖盆的基准面不是水平的 ,而是一个起伏不平的面 ,是侵蚀与沉积作用达到平衡时的表面 ; 2)不整合 及 其 相 应 的 整 合 面 为 界 的 层 序 地 层 单 元 。陆相盆地中虽然不能直接看到海平面变化的影响 ,但沉积基准面的控制同样显著 。综上所述 ,陆相湖盆形成的地层是可以用层序 地层的思路和方法来进行分析的 。扇三角洲在陆 相盆地中的广泛发育 ,决定了探讨扇三角洲与层序 及副层序之间关系的理论和实际应用意义 。收稿日期 :19992092103 国家自然科学重点基金 49732005201 的资助 。3 3 聂逢君 ,36 岁 ,华东地质学院副教授 ,中国地质大学 (北京) 博士生 ,沉积学与石油地质专业 。2 . 2扇三角洲2 陆相湖盆中的扇三角洲2 . 1三角洲无论是在海相还是在陆相沉积中 ,三角洲沉积 体系是常见的 。在陆相盆地中 ,常见三种三角洲类 型 (图 1) :1) 即正常三角洲 ,是由曲流河携带沉积物扇三角洲沉积在陆相盆地中非常常见 ,新生代与裂谷作用有关的盆地边缘粗碎楔状体多数应定为扇三角洲 (李思田等 ,1996) 。和正常三角洲一样 ,扇三角洲也是由三部分组成 ,即扇三角洲平原 、扇三角洲前缘 、前扇三角洲在倾向剖面上 ,扇三角洲是一个由粗屑物组成的楔状或棱柱状沉积体 ,从盆地边缘往中心依次为近源扇 中源扇 远源扇 前三角洲 陆架/ 深湖 ,沉积物由粗变细 ( 图 3 所示) ; 在平面上呈扇形 、叶状体或伸长形 ,取决于物源供给条件及扇前缘是否被改造等因素 。扇三角洲的基本特征有人总结为 :1)具陆上 、过度带 、水下三种环境 ,陆上为冲积扇 , 近源的砾质辫状河沉积 ,过渡带为河流与湖 、海的联合作用形成泥 、砂 、砾石透镜层呈指状交互 ;2) 地形坡降大 、沉积面积小 ,正常三角洲的坡降为 0 . 1 ,图 1 一湖盆中三角洲类型fig 1 deltaic typ e s of co ntine ntal ba sin 经过较长距离的搬运在湖盆中沉积的富细粒的三 角洲 ,常常发育于湖盆地的端部 (见图 2) ,即长轴方 向 ;2) 辫状三角洲 ,是由辫状河流系统进积到稳定 的水体中而形成的富砾石的三角洲 (mcpherson 等 ,1987) ,常形成于陆相湖盆的缓坡一侧 ( 见图 2) ; 3)扇三角洲 ,冲积扇从邻近的高地直接进入稳定的水 体而形成的富砾石的三角洲 (mcpherson 等 ,1987) ,通常形成于陆相湖盆的陡坡一侧 (见图 2) 。从定义中可知 ,后两种三角洲沉积搬运的距离短 ,尤其是 扇三角洲沉积物 ,风化剥蚀物几乎未经搬运就于水 体中沉积下来 ,这就决定了扇三角洲的种种特性 。而扇三角洲的坡降为 10 86 不等 ,扇体面积为几至几十平方公里 ,有的不到 1 平方公里 ; 3) 颗粒粗 、成熟度低 ,多数是砂砾混杂 ,泥质含量高 ,分选磨圆均差 ; 4) 进积型向上变粗序列 ,一个完整的进积型扇三角洲沉积序列自下而上为 :前扇三角洲泥岩 扇三角洲前缘末端席状粉砂 、细砂岩 扇三角洲前缘河 道 砂 岩 、含 砾 砂 岩 扇 三 角 洲 平 原 砂 砾岩 、砾岩 。3 扇三角洲与副层序3 . 1层序界面层序 ( sequence) 是一套相对整一的 、成因上存图 2 陆相断陷盆地填充模式图 (据李思田等 ,1996 修改)fig 2 the ba sin2fll mo del of co ntine ntal f acie s第 1 期聂逢君等 :扇三角洲相与副层序关系的探讨3图 3 扇三角洲体系倾向剖面图 ( ethridge et al . , 1984 修改)fig 3 the dia gra m showing dip cro s s sectio n of f a n2delta syste m在联系的 、顶底以不整合面或与之对应的整合面为界的地层单元 (mitchum ,1977) 。根据定义层序界面 就是不整合或与之对应的整合 ,它们将上下的新老 地层分开 。要确定层序 ,其界面识别是关键 , 综合 起来 ,层序界面的标志有 :1) 陆上的侵蚀不整合 ;2) 地层颜色 、岩性及沉积相的垂向不连续或错位 ; 3) 河流回春形成的深切谷 ; 4) 生物化石断带或灭绝 ;5) 测井曲线的突变响应 ; 6) 体系域类型 、副层序类 型突变 。3 . 2 副层序界面副层序 ( parasequence) :由海泛面或其对应面限 定的一组相对连续有成生联系的层和层组 。在层序里的特殊位置上 ,副层序可能要么上面 ,要么下面被层序界面限定 (van wagoner ,1985) 。从定义中 可知 ,副层序界面就是海泛面和它的对应面 ,其界面的识别就是海泛面或湖泛面的识别 。综合 wag2oner 等 (1990) 四种环境下 (波浪或河流控制的海滩 ,河流或波浪控制的三角洲 ,沉积速率等于可容空间 的海滩及潮坪 、潮下) 副层序界面的特征如下 :1) 界面上下岩性突变 ; 2) 界面上层厚度锐减或剧增 ; 3)界面下纹层可能有轻微的削截 ;4) 生物扰动强度自 层面向下减弱 ; 5) 界面上有海绿石 、磷块岩 、壳屑 、富有机质页岩等等 ;6) 穿过界面向上沉积环境的水 深突然增加 。3 . 2 扇三角洲序列与副层序wagoner 等 (1990) 关于三角洲环境下副层序的 标准模式如图 4 (a) 所示 ,自底部的前三角洲至上 部的河口坝为一个向上变粗的副层序 ,除粒度向上变粗外 ,层的厚度也变大 。pollard 等 ( 1982) 研究了挪威西部 hornelen 盆地的中泥盆统湖相扇三角洲 沉积特征 ,其垂向序列见图 4 (b) ,从底部的湖相泥 岩至顶部的分流河道砂岩可以分出两个副层序 ,从 湖相泥岩至河口坝砂岩为一向上变浅的副层序 ,这与 wagoner 的标准模式完全一致 ,第二个副层序是从间湾的泥岩向上变为粗粒的分流河道砂岩 ,也是 一个向上变浅的序列 。kleinspehn 等 ( 1984) 研究了 北欧 spitsbergen 西部晚石炭至早二迭 系 的 砾 石 质 扇三角洲沉积 ,如图 4 ( c) 所示 ,这是一个海相的扇 三角洲 ,而且距物源很近 , 其垂向上的特征与图 4 (b) 十分类似 ,从前三角洲泥岩至河口坝充填可划 分出一个副层序 ,从三角洲前缘泥至平原河道沉积 可划分出第二个副层序 。图 4 (b) 是珠江口盆地珠 三坳陷文昌 192121 井文昌组湖相扇三角洲的沉积 序列 。珠三坳陷在文昌组时期湖泊非常发育 ,湖泊 中心区形成优质烃源岩 ,在南部边缘陡坡区形成扇 三角洲沉积 ,从 3 830 m 至 3 840 m 范围内 ,形成两 个副层序 ,极粗粒 (砾石层) 沉积物快速推进到湖相 泥岩上或推进到三角洲前缘的薄层砂泥互层之上 。综上所述 ,无论是湖相还是海相扇三角洲 , 其 特征与正常三角洲十分相似 ,一个完整的扇三角洲 序列可以划分出两个副层序 ,即从底部的深水泥岩 至中部的河口坝砂岩为一个向上变浅的副层序 ,从 河口坝上的间湾泥岩至平原分流河道的砂岩砾岩 为另一个副层序 。扇三角洲的副层序厚度不一 ,有 的几米 ,有的十几米 ,一般不超过 20 至 30 m 。副层 序界面上下岩性突变非常明显 ,水深突然变深 , 在 垂向上的规律性很强 。4结论1) 和 正 常 三 角 洲 一 样 , 扇 三 角 洲 有 三 角 洲 平 原 、三角洲前缘 、前三角洲三部分所组成 。2) 一个完整的扇三角洲序列可以划分出两个 副层序 ,从底部的深水泥岩至中部的河口坝砂岩为 一个副层序 ,间湾泥岩至平原分流河道的砂岩砾岩为另一个副层序 。副层序的界面特征为岩性突变 ,水深突然增加 。图 4 三角洲 、扇三角洲与副层序的关系fig . 4 the relatio n of delta a nd f a n2delta f acie s to p ara se que nce第 1 期聂逢君等 :扇三角洲相与副层序关系的探讨5canadian society of petroleum geologists memvoir 10 , 21723513 holmes , a. , 1965 , principles of physical geology , 2nd edition. newyork : the roland press co . ,128814 kleinspehn , k. l . , steel , r. j . ,johannessen , e. , and netland , a. ,1984 , conglomeratic fan2delta sequenseces , late carboniferous early permian ,westerm spitbergen , in koster , e. h. , and steel , r. j . , eds. , sedimentology of gravels and conglomerates : canadian society of petroleum geologists memvoir 10 , 279294 .15 mc gowen ,j . h. ,1970 , gum hollow fan delta ,nueces bay ,texas ,bu2 reau of economic geology , the university of texas at austin , report of investigation 72 ,5716 mcperson ,j . g. , shanmugam , g. ,and moiola , r. j . ,1987 , fan2deltas and braid deltas :varieties of coarse2grained deltas , geological society of american bulletin ,v99 ,33134017 mitchum ,r. m. ,1977 , seismic stratigraphy and golbal changes of sea level ,part 11 ; glossary of terms used in seismic stratigraphy , in c. e. payton , ed. , seismic stratigraphy applications to hydrocarbon explo2 ration :aapg memoir 26 ,p . 20521218 pollard ,j . e. , steel , r. j . ,and undersand , e. ,1982 , facies sequence and trace fossils in lacustrine fan delta deposits , hornelen basin ,western norway ,sedimentary geology ,vol . 32 ,no . 1219 van wagoner ,j . c. ,1985 ,reservoir facies distribution as controlled by sea2level change (abs. ) : sepm mi . . . year meeting , golden ,colorado ,august 1114 . p . 919220 van wagoner ,j . c. ,r. m. mitchum , k. m. campion and v. d. rah2 maniann ,1990 , siliclastic sequence stratigraphy in well logs , cores , and outcrop concepts for high2resolution correlation of time and facies :aapg methods in exploration series 7 ,55参 考 文 献1冯敏等. 洱海西岸扇三角洲沉积. 中国科学院南京地理所集刊 ,第 2 号. 北京 :科学出版社. 1984黄衡鉴 ,曹文富. 松辽盆地白垩纪沉积相模式. 石油与天然气地 质 ,1981 ,2 (3)李思田等. 中国东北部晚中生代断陷型煤盆地沉积作用与构造 演化. 地球科学 ,1982 , (3) :275294李思田 ,夏文臣. 阜新盆地晚中生代沙海组浊流沉积和相的空 间关系. 地质学报 ,1985 (1) :6173李思田等. 扇三角洲沉积特征及发育的构造背景. 李思田主编 : 含能源盆地沉积体系 - 中国内陆和近海主要沉积体系类型的典 型分析 ,1996 . 97106李应暹. 辽河裂谷渐新世初期扇三角洲. 石油勘探与开发. 1982 (4)李畅松等. 贺兰山 - 桌子山地区太原组和山西组三角洲沉积体系的沉积构成和聚煤作用. 煤炭学报 ,1991 ,16 (3) :6176石国平等. 试论松辽盆地湖盆三角洲沉积类型. 石油实验地质 ,1984 (4)王寿庆等. 双河油田 ii 油组扇三角洲砂体研究. 石油勘探与开 发. 1982 (5)2345678910 魏魁生. 河南泌阳凹陷双河地区核桃园组第三段重力流沉积研究. 西南石油学院学报 ,1989 ,15 (3)11 朱水安等. 泌阳凹陷双河水下冲积扇的沉积特征. 石油学报 ,1983 ,4 (1)12 ethridge f g and wescott w a. 1984 ,tectonic setting ,recognition and hydrocarcon reservoir potential of fan delta deposits , in koster , e. h. , and steel , r. j . , eds. , sedimentology of gravels and conglomerates :discussion on fan2