滩坝沉积研究进展综述.pdf

第 1 7卷 第 4期 2 O l 5年8月 古 地 理 学 报 J OURN AL OF P AL AE OGE OGRAP HY V0 1 1 7 No 4 Aug 2 01 5 文章编号 1 6 7 1 1 5 0 5 2 0 1 5 0 4 0 4 2 7 1 4 DOI 1 0 7 6 0 5 g d l x b 2 0 1 5 0 4 0 3 6 滩坝沉积研究进展综述 木 姜在 兴 王俊辉 张元福 1 fl 国地质 大学 北京 能源学院 北京 1 0 0 0 8 3 2中国地质大学 北京 科 学研 究院 北京 1 0 0 0 8 3 摘 要 滩坝是发育于滨岸 带非 常重要 的一种沉积 相类 型和油 气储 集体 是 滩和 坝的总称 国外关于 滩坝 的研究 多集 中于对现代沉积与野外露头 的考 察 侧 重于成 因机 理 的解释 中国的沉 积学家 石 油地 质 学家则 偏重于陆相湖盆滩坝 的沉积特征 与油气地 质意义 的研 究 作者 从滩 坝 的成 因出发 对 滩坝 的分类 沉积模 式 控制 因素 古地理及油气意义进行 了总结梳理 提 出滩坝是 风 风 浪 一 源 物源 一 盆 盆地 演化 系统 内综 合作用下 的产物 表现在 波浪是滩坝形成 的动力 物 源是滩 坝形成 的物质 基础 盆地 层序一 构造 演化过 程 中 古地貌 与古水深决定 了滩坝 的发 育位置 与范围 研 究滩坝发 育 的控制 因素 有利于 为其在 垂 向上和 平面上 的分 布预测提供有力 的支持 具有重要 的油气勘探 意义 滩 坝砂体 记录 了其形成 时的古地 理条件 特 别地 通 过对 滩坝砂体沉积特征 的解剖 可 以一定程度上定量 反映其 形成 时的古风 浪条件 进 而可 以恢复古 大气流场 这 对 古气候 的恢复起到 了重要 的补充作用 关键词 滩坝 分 类 模式 控制 因素 古地理 油气 第一作者简介 姜在兴 男 1 9 6 2年生 中国地质大 学 北京 能源 学院教 授 博士 生导师 主要从 事沉 积学及层序地层学研 究 E ma i l j i a n g z x c u g b e d u c n 中图分类号 P 5 3 1 文献标 志码 A Ad v a n c e s i n b e a c h b a r r e s e a r c h A r e v i e w J i a n g Z a i x i n g W a n g J u n h u i Z h a n g Y u a n f u 1 C o l l e g e o f E n e r g y C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s B e n g B e n g 1 0 0 0 8 3 2 I n s t i t u t e of S c i e n t ifi c R e s e a r c h C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s B e ij i n g B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 Abs t r a c t Th e b e a c h b a r d e p o s i t s wh i c h i s a g e n e r a l t e r m o f t h e b e a c h a n d ba r i s a n i mp o r t a n t k i n d o f f a c i e s a nd pe t r o l e u m r e s e r v o i r de v e l o pe d i n t he ne a r s h o r e z o ne Mo s t o f t h e f o r e i g n r e s e a r c h e s o n b e a c h b a r de p o s i t s a r e c u s e d o n t h e i n t e r p r e t a t i o n o f t h e i r f o r ma t i o n me c h a n i s ms v i a g e o l o g y i n v e s t i g a t i o n o f mo d e r n de p o s i t s a n d fie l d o u t c r o p s wh i l e Ch i n e s e s e d i me n t o l o g i s t s a n d p e t r o l e u m g e o l o g i s t s h a v e f o c us e d o n t h e i r s e d i me n t a r y c h a r a c t e r i s t i c s a nd p e t r o l e u m s i g n i f i c a n c e s e s pe c i a l l y t h o s e f o r me d i n l a k e e n v i r o n me n t s I n t h i s p a pe r we r e v i e we d a n d r e fin e d t h e a d v a nc e s i n be a c h ba r r e s e a r c he s Fi r s t l y we s u mma r i z e d t he o r i g i n o f b e a c h b a r s a nd t h e n f o l l o we d b y t h e i r c l a s s i fic a t i o n d e p o s i t i o n a l mo d e l c o n t r o l l i n g f a c t o r s a n d t h e p a l a e o g e o g r a p h y a n d p e t r o l e um s i g n i f i c a nc e s W e p r o p o s e t h a t t h e b e a c h b a r i s f o r m e d i n t h e s y s t e m c o m b i n e d o f w i n d w i n d w a v e p r o v e n a n c e a n d b a s i n b a s i n a l e v o l u t i o n i e wa v e s a r e t h e o r i g i n a l po we r o f be a c h b a r f o r ma t i o n wh i l e t h e p r o v e na n c e p r o v i d e s t h e ma t e r i a l b a s e 国家 十二 五 科技重大专项 编号 2 0 1 1 Z X 0 5 0 0 9 0 0 2 资助 收稿 E t 期 2 0 1 5 0 6 0 2 改 回日期 2 0 1 5 0 6 2 8 4 2 8 古 地 理 学 报 2 0 1 5 年8 月 a n d t h e e v o l u t i 0 n o f t e c t o ni c a n d s e q u e n c e o f t h e ba s i n d e t e r mi n e s t h e p o s i t i o n a n d e x t e n t o f b e a c h b a r s S t u d y o n c o n t r o l l i n g f a c t o r s o f b e a c h b a r f o r ma t i o n c o u l d p r o v i d e p o we r f ul s u p po s i n p r o s p e c t i n g t h e d i s t r i bu t i o n p o s i t i o n o f b e a c h b a r s a n d bo d i e s v e r t i c a l l y a n d h o r i z o n t a l l y wh i c h i s o f g r e a t s i g n i fic a n c e i n p e t r o l e um r e s e r v o i r e x p l o r a t i o n An c i e n t b e a c h b a r d e p o s i t s r e c o r d e d t he p a l a e o g e 0 g r a p h i c c o nd i t i o n s d u r i n g t h e i r f o r ma t i o n Es p e c i a l l y p a l a e o wa v e c o n d i t i o n s c o u l d b e q ua n t i t a t i v e l y r e c o v e r e d b a s e d o n s e di me n t o l o g y a na l y s e s o n b e a c h b a r de p o s i t s a n d i n t u r n t he p a l a e o a t mo s p h e r i c flo w fie l d Thi s p l a y s a n i mpo r t a n t p r o mo t i v e a n d s up p l e me n t a l r o l e i n t h e s t u d y a r e a o f pa l a e o c l i ma t i c r e c o v e r y Ke y wo r d s be a c h b a r c l a s s i fic a t i o n mo de l c o n t r o l l i n g f a c t o r p a l a e 0 g e o g r a ph y h y d r o c a r b o n Ab o ut t h e f i r s t a ut h o r J i a n g Za i x i n g b o r n i n 1 9 6 2 i s a p r o f e s s o r a n d Ph D s up e r v i s o r o f Ch i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s B e i j i n g H e i s ma i n l y e n g a g e d i n s e d i m e n t o l o g y a n d s e q u e n c e s t r a t i g r a p h y E ma i l j i a n g z x c u g b e d u c n 滩坝是发育 于滨岸带 的一种 重要的沉积相类 型 对于滩 坝 砂 体 很 多 学 者 进 行 了 大 量 深 入 的研 究 在沉积环境 成 因 沉积特征 沉积模式等方 面 已取 得 了丰 富 的 研 究 成 果 早 在 2 0世 纪 初 期 就 已经有 了针 对滩坝 的研 究 国外 对滩坝 沉积 的研 究 主要是在针对现代海岸或湖岸沉积 A a g a a r d 1 9 90 S o r e g h a n a n d Co h e n 1 9 9 6 Ho us e r a n d Gr e e n wo o d 2 0 0 5 Ma s s e l i n k e t a 1 2 00 5 Sc h wa r t z 2 0 1 2 以 及 野 外 滩 坝 露 头 如 T a y l o r a n d R i t t s 2 0 0 4 进行考 察 与研 究 中 国 的 沉 积 学 家 及 石 油 地质学家对滩坝沉积特征 与油气地质意义 的研究 主要是集 中在 陆相湖 盆 朱筱 敏等 1 9 9 4 周丽 清等 1 9 9 8 宋 春晖等 1 9 9 9 李 国斌 等 2 0 0 8 操 应 长 等 2 0 0 9 D e n g e t a 1 2 0 1 1 J i a n g e t a 1 2 0 1 1 2 0 1 4 田继军和姜在兴 2 0 1 2 近年来 随着油气 勘探 程度 的提 高 中国油气 勘探 已进入隐蔽油气藏勘探 阶段 盆地内与油气密 切相关的薄层滩 坝储集体也逐 渐得到 了重视 孙 锡 年等 2 0 0 3 毛 宁波 等 2 0 0 4 滩 坝 储 集 体 具 有近油源 储集性能较好 生储盖组合配置好等有 利条 件 有 利 于 油 气 富 集 朱 筱 敏 等 1 9 9 4 张 善文 等 2 0 0 4 国 内外 的学 者 从 不 同 的 角 度 用 不 同 的手 段 对 滩 坝 砂 体 的 分 类 朱 筱 敏 等 1 9 9 4 邬金华等 1 9 9 8 陈世悦等 2 0 0 0 沉积 特征 朱筱 敏等 1 9 9 4 宋 春晖等 1 9 9 9 T a y l o r a n d R i t t s 2 0 0 4 李 国斌 等 2 0 0 8 张 宇 2 0 0 8 操 应 长 等 2 0 0 9 2 0 1 0 赵 宁 和 邓 宏 文 2 0 1 0 J i a n g e t a 1 2 0 1 1 2 0 1 4 田继 军和姜 在兴 2 0 1 2 地球物理特征 朱筱敏等 1 9 9 4 才 巨宏 2 0 0 5 刘 书 会 2 0 0 6 燕 兴 荣 等 2 0 0 6 罗 红 梅 等 2 0 1 1 赵东娜等 2 0 1 4 分布发育规律 邓宏 文 等 2 0 0 8 李 国斌 等 2 0 0 8 林 会 喜 等 2 0 1 0 成藏特征 李秀华等 2 0 0 1 孙锡年等 2 0 0 3 毛 宁波等 2 0 0 4 苏永进等 2 0 0 5 邹灵 2 0 0 8 王 永诗等 2 0 1 2 等方面做 了全方 面的研究 针 对 不同研究区的特征 建立了不 同的勘探方法理论 为滩坝沉积研究积累了丰富的经验 在 国内 虽然也 有很 多学 者 注意到 滩坝 是在 波 浪与沿岸流的控制下形成 但是对滩坝成因的论述 相对 比较 简单 结合 前人 的研 究成 果 作者 从滩 坝 的成 因 出发 进 而对 滩 坝 的分 类 沉积 模式 控 制 因素 古地理及油气意义进行 了较为系统的总结梳 理 提 出滩 坝 是 风 风 浪 一 源 物 源 一 盆 盆 地演化 系统综合 作用下的产物 具有重要 的古 地理意义与油气意义 期望能够对 中国油气勘探与 开发及古气候学 特别是古大气流场的研究产生积 极 的推动作用 1 滩坝 的成 因 滩坝是滨浅湖 海 区常见 的砂体 是滩 和 坝 的 总 称 其 形 成 主 要 受 波 浪 和 沿 岸 流 控 制 K o m a r 1 9 7 6 姜 在兴 2 0 1 0 滩 坝 在 形 成 过 程 中 沉积环境相似且常常共生 并且由于水平面的 大面积扩张与收缩 滩 坝 砂体通常相互 叠 置 有 时很 难 将 滩 与 坝 分 开 习 惯 用 滩 坝 来描 述滩 砂 和坝 砂 吴 崇 筠 1 9 8 6 朱 筱 敏等 1 9 9 4 也 可 统 称 为 滩 坝 复 合 体 D e n g e t a 1 2 0 1 1 但 两 者 在 成 因机 制 与 沉 积 特 征 等 方 面具有 很大 不 同 4 3 0 古 地 理 学 报 2 0 1 5 年8 月 第 2次甚至第 3次破碎 形成 内破 浪带 图 1 钱 宁和万 兆 惠 1 9 9 1 这样 在 滨 岸 带 可 能形 成 多 列 几 乎 与岸线 平行 的沙 坝 这种模 型 已经在 室 内水 槽 实 验 与现代 沉积 观察 中得 到 了证 实 1 1 3冲浪成 因机 制 波浪破碎之后 的最终 归宿是变成 冲浪 形 成 冲浪带 或 冲流带 湖水借惯性力冲向岸边 没有渗入沉积物中的水直接 回头沿坡而下成为退浪 或 回流 b a c k w a s h 直 至 消 失 或 与 下 一个 冲 浪 相撞 在 冲浪 回流带 冲流 的搬 运能力 要 强于退 流 Ma s s e l i n k e t a 1 2 0 0 5 因此 波浪有 效地将 较 粗的沉积物搬运向岸 泥沙被 向上带到上冲流达到 的最高位置并在那里堆积下来 形成沿岸线展布的 沙坝 称 为沿 岸坝 图 1 沿岸 坝 的沉 积物 组成 包 括来 自水 盆地 的沉 积物 还包 括 了原地 的蚀余 沉 积 物 标志 着上 冲流搬 运 泥沙所 能达 到 的最大 高度 因此 按照沙坝发育位置的不同 可建立不同 水动力带与沙坝的对应分布模型 将发育在破浪带 的沙坝称为远岸坝 发育在碎浪带或内破浪带 的沙 坝称为近岸坝 发育于冲浪回流带后方的沙坝称为 沿岸坝 图 1 在不 同的水动力带 所形成沙坝的 形态 沉积特征 以及 生物组合 等不甚相 同 反过 来 依据滨岸带的滩坝特征也可为划分破浪带 碎 浪带 冲浪 回流带提供依据 1 1 4沿岸 螺旋流 成 因机 制 沙 坝 的螺旋 流成 因机 制 由 S c h w a r t z 2 0 1 2 提 出 S c h w a r t z 2 0 1 2 通 过 研 究 北 美 Mi c h i g a n湖 提出了在风浪低角度斜交岸线入射的情况下 会产 生沿岸方向前进的螺旋流 图 2 根据波流性质的 不同 这种螺旋流由 3部分组成 入射波产生的振 荡 流 风生 沿岸 流和 破浪导 致 的沿岸 流 在这 种 沙 坝体系中 受到平行岸线前进的螺旋流的控制 沉 积物发生发散与堆积 沉积物堆积形成沙坝 沉积 物发散形成 坝间 凹槽 在 沙坝一坝间 凹槽微 地貌 中 凹槽 主 要受沿 岸 流控制 而 沙坝则 主要 受 波浪 振 荡流 控制 从 凹槽 中线 向坝顶 沿岸 流减 弱 水 质 点轨道速 度 振荡 流 增 强 在这 样 的条件 下 沉 积物从 凹槽 中 剥 离 向 两 侧 搬 运 爬 坡 形 成 沙 坝 因此 在 凹槽 中 以侵 蚀作 用为 主 粗 碎 屑集 中甚 至形成滞 留沉积 沙坝则主要 由剥选出来的较细沉 积物沉积而成 最终形成了以侵蚀作用为主的凹槽 和以沉积作用为主的沙坝 在这种机制 中 净输沙 量是 沿岸 方 向 的 坝 顶 处 虽 然 主要 受 振 荡 流控 制 但也 会受 到沿 岸流 的影 响 在 现代 滨岸 沉积 的考 察 中 这 种 机 制 已 被 证 实 G r e e n w o o d a n d M i t t l e r 1 9 8 4 Gr e e n wo o d a n d Os b o r n e 1 99 1 S c h wa r t z 2 0 1 2 但将这 种机 制应 用 到古代 沙坝 的成 因解 释 尚未见 报 道 1 1 5 沿 岸浪 生流 的改造 作 用 近岸带 由波浪产生的流动在平面上 的分布十分 复杂 除 了直 接 由波 浪产 生 的 往 复运 动外 还 有 2 种控制水体运动的浪生流系统 它们是 1 裂流 与其伴生 的沿岸流共 同组成 的环流 系统 和 2 向岸的斜射波所产生的沿岸流 K o m a r 1 9 7 6 图 3 一 A 3 B 这 2种 浪生 流系统 通 常 同时存在 在 波浪 破碎 之后 由于近岸 带地 形 的复杂 性 以 图 2 沙坝 的沿岸螺旋 流成 因机 制示 意图 据 S c h w a r t z 2 0 1 2 F i g 2 S c h e ma t i c d i a g r a m o f l o n g s h o r e h e l i c a l fl o w a n d f o r m a t i o n o f l o n g s h o r e b a r s a f t e r S c h w a r t z 2 0 1 2 4 3 2 古 地 理 学 报 较深 水 中的外 沙 坝 远 岸 坝 活 动 性 大 得 多 从 而形 成平 坦 的沙席 演 变成水 下 沙滩 坝 间滩 在 冲浪 回流带 内既 有碎 浪或 涌浪借 惯性 力作 用 形成 的进 浪和 减速 回流 又有 湖平 面 的升 高 即风 壅 水面高度 水动力作用强且复杂 会对沉积物进行 反复的冲洗 其中 冲流克服摩擦力 重力 将沉 积物 向上 搬运 回流克 服摩擦 力 将沉 积 物 向下 搬 运 该带内常形成沙滩 尤其是在较平缓带 可以 形 成 较宽 阔 的沙滩 称 为沿岸 滩 除 了滨岸 带 的滩 沙 之 外 波 浪 在 传 播 过程 中 遇到 水下 隆起 波 能 由于触底 而 衰减 携带 而来 的 沉积物将发生沉积 并在波浪的作用下形成波纹 也具有水下沙滩 的特征 在东营凹陷中央隆起区沙 四段 田继军和姜在兴 2 0 0 9 惠民凹陷中央隆 起 区沙 四段 张鑫和张金亮 2 0 0 9 解释 出了这 种 成 因 的滩 坝砂 体 一般 来说 这 些隆 起相 对远 离 物 源 区 也 可 能 形 成 碳 酸 盐 岩 沙 滩 朱 筱 敏 等 1 9 9 4 杨 剑 萍等 2 0 1 0 2 滩砂与坝砂 的特征 滩 砂与 坝砂 的特 征如 表 1 所 示 其 中 坝 砂 多 表现为与湖岸线斜交或平行 的窄条带状砂体 在平 面上包围于滩砂之中 包括沙嘴 沿岸沙坝 堡岛 和障壁岛等 岩性主要为中一细砂岩 粉砂岩 也 有 少量 的含砾 砂 岩和 泥质 粉砂 岩 在 垂 向上 多表 现 为 薄层 泥岩 与厚层 砂 岩互层 砂 岩层 数少 但单 层厚 度 较大 一般 大 于 2 m 砂 体 横 剖 面 呈 双 凸型 或 底平 顶 凸透镜 状 坝 砂顶底 既 可突变 也 可渐变 粒 度 上多 为反 粒序 也 可见少 量 正韵律 或 者是 先反 后正的复 合韵 律 冯 增 昭等 1 9 9 4 李 秀华 等 2 0 0 1 姜在 兴 2 0 0 3 沉 积构 造 主要有 波状 层理 楔状 层理 块 状层 理 和平行 层理 等 层 面可见 浪成 波痕和剥离线理等 李 国斌等 2 0 0 8 J i a n g e t a 1 2 0 1 1 滩 相砂 体 的垂 直 剖 面 是 砂 岩 与 泥 岩 的频 繁 互 层 大 的互 层 中又套 次一 级 的互层 砂 层多 但厚 度 小 一般小于 2 m 多为反粒 序或粒序不 明显 平行岸线分布 呈较宽缓 的条带状或席状 田继 军和姜在兴 2 0 0 9 分 布面积较大 岩性 以粉 砂 岩 粉 细砂 岩和 细砂 岩为 主 少量 泥质 粉砂 岩 沉 积 构造 主要 有 波 状一 微 波 状层 理 波状 复 合 层 理 冲洗交错层理 透镜状层理和浪成沙纹层理等 主 要层面构造有浪成波痕 干涉波痕 修饰波痕和微 波 痕 李 国斌 等 2 0 0 8 J i a n g e t a 1 2 0 1 1 表现在地球物理方面 坝相砂体的测井曲线形 态 多为箱 型 带齿 的箱型 漏 斗型 异 常幅度 比较 高 而滩相多为高幅度 的指型 燕兴荣等 2 0 0 6 蒋解 梅 等 2 0 0 7 D e n g e t a 1 2 0 1 1 J i a n g e t a 1 2 0 1 1 2 0 1 4 滩坝砂体在地层倾角矢量图上呈乱 模 式 反 映 了受 多 方 向水 流 作 用 的沉 积 特 点 刘 寅 2 0 0 9 滩 坝所 对应 的地 震波 形特 征常 显示 为 滩相 层 多 为 一 振 幅 弱 主 频 相 对 较 高 的 复 合 波 呈席状强反射 而坝相层则表现为一振幅相对 较强 频率相对较低 的单波 田崇鲁 等 1 9 8 6 可显 示为 丘形 反射 但 较小 的 沙坝可 能 只有小 幅 度 同轴弯曲 振幅异常或无显示 刘寅 2 0 0 9 3 滩坝 的分类 滩坝 的分 类方 案依 据较 多 可 以依据 滩坝 的组 成成 分 分 布位置 物 源条 件 以及滩 坝形 成 的水 动 力条件等进行分类 朱筱敏等 1 9 9 4 例如 陈 世悦等 2 0 0 0 根据滩坝组 成成分将其 分为砂质 滩坝和生物碎屑滩坝 类似地 邬金华等 1 9 9 8 把 滩 坝划 分为 陆源碎 屑 滩坝 和碳 酸盐 岩滩 坝 表 1 滩砂 和坝砂 的区别 据 田继 军和姜在兴 2 0 0 9 有修 改 T a b l e 1 Di f f e r e n c e s b e t w e e n b e a c h s a n d a n d b a r s a n d mo d i f i e d f r o m T i a n a n d J i a n g 2 0 0 9 第 1 7卷第 4期 姜在 兴等 滩 坝沉 积研 究进展综述 4 3 3 3 1 按照组成成 分的分类 3 1 1碳酸 盐岩 滩坝 1 9 7 4年 Wi l l i a m s o n和 P i c a r d在 对 U i n t a盆 地 G r e e n R i v e r 组进行研 究时分辨出一个沙坝 壳灰 岩或鲡粒 湖岸和受其保护 的渴湖沉积 环境 首 先 提 出了 湖相碳 酸盐 岩滩 坝沉 积 碳 酸盐 岩滩 坝主 要 受气 候 物源 区岩 性 人湖河 流及 湖泊 水 动力条 件等所控制 多形成 于气候温暖潮湿 湖水清澈 物源区为碳酸盐岩 陆源碎屑匮乏的比较安静的滨 岸环境 中 常德 双等 2 0 0 4 在 盆地 的缓坡 地 带 水下隆起处更 易形成 谢天 阁 1 9 8 9 薛叔 浩 2 0 0 2 碳酸 盐岩滩 坝 多 以淌湖泥 为沉 积基 底 少部分为砂质滩坝 邬金华等 1 9 9 8 主要 由粒屑 灰岩 和生 物碎 屑灰 岩组成 前者 主要 为 内碎 屑和鲕粒 后者主要为藻屑 介形虫化石和螺壳灰 岩 粒 屑灰 岩滩 坝通 常 由亮 晶鲕粒 灰岩 亮 晶生物 碎屑灰岩 藻丘灰岩 亮晶内碎屑灰岩或 白云岩组 成 J a n s o n e t a 1 2 0 0 7 例如 中国 四川 盆 地 东 北部地区飞仙关组中普遍发育鲕粒滩和坝 岩性主 要为亮晶生屑鲕粒 亮 晶鲕粒灰岩及含砾屑鲕粒灰 岩 杨雨等 2 0 0 2 碳酸盐岩滩坝在渤海湾盆地 古近 系的 湖相沉 积 中也 广 泛 存 在 周 自立 和 杜 韫 华 1 9 8 6 郑 清 和 信 荃 麟 1 9 8 7 秦 云龙 1 9 8 8 杜韫 华 1 9 9 0 王 冠 民 等 2 0 0 2 王 英 华 等 1 9 9 3 在 中国湖相碳酸盐岩 一书中 对湖相 碳酸盐岩滩坝的沉积做了从成因到岩石微观分析的 研究 生物碎屑滩坝多形成在有利于生物的大量繁殖 和碳酸盐岩形成的条件下 往往是气候潮湿 陆源 碎屑供应严重缺乏 水体加深或水体清澈 的环境 当大量 的 生物碎 屑堆 积与 碳酸盐 岩 沉积在 一起 可 形成生 物 碎屑 滩 坝 陈 世悦 等 2 0 0 0 其 中生物 含量大于 5 0 郑清和信荃麟 1 9 8 7 朱筱敏等 1 9 9 4 对断陷湖盆生物碎 屑滩 的岩性 古生物 电性 地震反射以及平面展布等各方面的沉积特征 做 了详细的描述 并建立了相应的沉积模式 3 1 2 陆源 碎屑 滩坝 根据沉积物粒度 的不同 陆源碎屑滩坝可以分 为砂质滩坝与砾质滩坝 陆相湖泊多以陆源碎屑沙 泥沉 积为 主 这 些 陆 源 碎 屑 物 质 如 扇 三 角 洲等近岸 浅水砂体 基岩 等 杨 勇强等 2 0 1 1 为砂质 滩 坝 的形 成提 供 了物质 基础 经 由波 浪和沿 岸流的筛选 在水动力 古地貌条件的控制下形成 砂质滩坝 砂质滩坝非 常普遍 可发育 于滨岸带 水下隆起区和潜 山周缘等 如在世界各地的沿海地 区 发 育 大量 的 砂 质滩 坝 T a m u r a 2 0 1 2 并 可 能形成 优 质 沙 滩 如 澳 大利 亚 黄金 海 岸 中 国北 戴河等 内陆 湖泊如 鄱 阳湖 青 海湖 宋 春 晖 等 1 9 9 9 等也发 育有典 型的砂质滩 坝 具有重 要的科研价值 在古代沉积 中砂质 滩坝也广泛存 在 并可能形成潜力巨大的油气藏 例如在中国的 渤海湾 盆地 其 中东 营 凹陷沙 四段 J i a n g e t a 1 2 0 1 1 2 0 1 4 王永诗等 2 0 1 2 车镇 凹陷沙二段 邓宏 文 等 2 0 0 8 D e n g e t a 1 2 0 1 1 沾 化 凹 陷 沙二段 赵宁等 2 0 1 0 惠民凹陷 张鑫和张金 亮 2 0 0 9 田继 军 和姜 在 兴 2 0 1 2 板 桥 凹 陷 周丽 清等 1 9 9 8 等 均发 现 了典 型 的砂 质滩 坝油 气藏 近 年来 在 中 国西 部 准 噶 尔 盆 地 车 排 子 地 区 也发 现 了 典 型 的滩 坝 砂 油 气 藏 向奎 等 2 0 0 8 赵东 娜等 2 0 1 4 在 岸线 附 近 可 能发 育 以砾石 为主 的滩 坝 砾 质滩坝相对砂质滩坝比较少见 分布比较局限 其 发育需要 3个重要条件 充足的物源供应 较强而 持续的水动力条件和比较平缓 的有利古地形 砾质 滩坝的岩性为砾岩 含砾砂岩等 砾石往往大小混 杂堆积 分 选 较差 但 磨 圆度 较 高 杨 勇 强等 2 0 1 1 在中国的海南 岛三亚湾地区以及周围地区 普遍发育一种海岸海滩 多分布在珊瑚岛礁和基岩 后的波浪影响区或者珊瑚礁平 台旁侧及后侧 这里 水动力条件强 波浪作用持久 有利于砾质滩坝发 育 多为砂和砾石滩混杂堆积 分选差但磨圆度高 毛龙 江等 2 0 0 6 是 比较典型 的砾质滩坝沉积 地区 青海湖南北岸也发育典 型的砾质滩 宋 春 晖等 1 9 9 9 古代沉积如渤海湾盆地东 营凹陷博 兴洼陷沙四段时期 在南部古岸线附近也识别出了 典 型 的砾 质滩 坝 J i a n g e t a 1 2 0 1 1 3 2按照发育位置 的分类 依据滩坝发育的地理位置 李秀华等 2 0 0 1 划分为靠近湖岸边 的近岸滩坝和断鼻构造侧翼或倾 没部位 的远岸滩坝 朱筱敏等 1 9 9 4 根据物源 供给条件 分布地理位置以及滩坝形成 的水动力 因 素 把陆相湖盆滩坝分成 4种类型 即湖岸线拐弯 处滩 坝 图 4 一 A 水 下 古 隆 起 处 滩 坝 图 4 一 B 4 3 6 古 地 理 学 报 化影响沉积作用的发生 在低位期 湖平 面降低 沉积 范 围退 缩 物 源 作 用 增 强 物 源 供 给 指 数 增 大 往往形成进积式砂体组合 在高位期 由于沉 积范 围扩 大 局部小 物 源 的作 用减 弱或 消失 物源 供给指数小 并 且遭受波浪作用 的强烈破坏与改 造 在 物源作 用 与相 对 湖 平 面此 消 彼 长 的 过程 中 在相对湖平面下降 上升的转换 面附近 即低可容 纳空间控制的相对湖平面上升期间最有利于滩坝砂 体 的发育 此 时 物源供 给充 分 水动力 条件 也开 始增 强 5 3 物源对滩坝砂体 分布的控制 物源是控制沉积物的类型及其分布的基本 因素 之一 是 物质基 础 对 于二次搬 运沉 积而 形成 的滨 浅湖滩坝 其物源主要来 自波浪对早期形成的沉积 物 的改造 和二 次分配 因此物源 的富集和 贫乏 对滩 坝 的形成起 到决 定性作 用 在物 源供 应充 足 的情 况 下 砂质滩坝非常发育 而在物源供应匮乏处 则 常形 成 碳 酸 盐 岩 滩 坝 图 6 杨 勇 强 等 2 0 1 1 也 根 据物 源区 与滩坝关 系 建立 了以物源 为基 础 的 滩坝分类方案 将东 营凹陷发 育 的滩坝分为 2大 类 富源型和贫源型 其中富源型可以分为基岩一 滩 坝 正常 三角 洲一滩 坝 和扇三 角洲一 滩 坝 贫 源 型主 要为碳 酸盐 岩滩 坝 5 4水深对滩 坝的控 制 水深决 定 了水动 力 的分带 在湖 泊环 境 中形成 了 4个 重要 的界 面 洪水 面 枯 水面 正 常浪基 面 和风暴浪基面 并据此将湖泊相分为了滨岸 浅湖 和深 湖 3 个 亚 相 姜 在兴 2 0 1 0 在 正 常浪 基 面 之上的不同深度 波浪的特征及其对沉积物搬运 沉积作用的影响亦不相同 再次将滨岸亚相细分为 临滨 前滨和湖岸沙丘 图 6 滨岸环境位于浪基 面之上 是 水动 力作 用强烈 而 复杂 的地 区 是滩 坝 砂体发育的主要场所 准确划分浪基面的位置 等 于确定 了滩 坝在 空 问上潜 在 的发育 范围 由于脉动式构造运动及周期性气候影响造成的 水 深变 化 导致 湖岸 线也 随之 发生频 繁 的脉动 式进 退 古 岸线 较大 幅度 的频 繁摆 动造成 各期 砂体层 层 叠 置 并导 致滩 坝 向盆地 内部进 积尖 灭 或 向盆地 外侧退积萎缩 另外 古水 深是 碳酸 盐岩 滩坝发 育 的重要 控制 因素 王延章 2 0 1 1 古水深控制 了碳酸盐岩 的 产 率 水体 过浅 碳 酸盐 岩 保 存 的可 容 纳空 间较 小 形 成 的碳酸 盐岩 不利 于保存 水 体过 深 可能指 示蒸 发作用相对较 弱 碳 酸盐产率 明显下 降 王延章 图 6 湖盆沉积模式示 意图 据姜在兴 2 0 1 0 l 一湖缘 峡谷 2 近岸 水下扇 3 扇三 角洲 4 一湖底 扇 5 辫状 河三角 洲 6 一冲积 扇 7 一 曲流河 8 一曲流河三角洲 9 一风暴 岩 1 o 滑塌浊 积岩 1 1 一远岸沙 坝 l 2 碳 酸盐 岩滩坝 1 3 一 近岸沙 坝 l 4 一 沿岸沙 坝 l 5 一 风成沙 丘 1 6 一沼泽 F s 一洪水 面 D S 枯水 面 wB 一正 常浪基 面 S B 风暴浪 基面 第 1 7卷第 4期 姜在 兴等 滩 坝沉 积研 究进展综述 4 3 7 2 0 1 1 通 过对 东 营凹 陷沙 四上纯 下 亚 段碳 酸 盐 岩 滩 坝 的研 究 认 为在该 地 区碳酸 盐岩 的主要 发 育 区 间为 3 3 2 m 最 大 产 率 峰 值 对 应 的 水 深 为 2 4 5 m 5 5 风浪对滩坝 的控 制 在 盆地 的迎 风侧 波浪 在从 深水 区进 入浅 水 区 并逐渐 向岸线 的传播过程 中 从深水波变 为浅水 波 会 产生 一系列 的 变化 在浪 基面 以浅 的范 围 内 依次为波浪遇浅变形 破浪 波浪重生 重生波破 碎 碎 浪和 冲 浪 图 1 在 不 同环 境 和 不 同 水 深 区 波 浪 的能 量 不 同 波 浪 特 征 及 沉 积 物 搬 运 过 程 沉 积作 用也不 同 比重 形 状相 似 的沉 积 颗粒 聚 集 在 上 述 水 动 力 带 内 形 成 滩 坝 相 间 的 格 局 浅水区的沙坝在后期波浪要素发生改变的新波 浪的影响下 在形态上会做出相应的调整 这种沙 坝 的堆 积 由于水动 力 的不 同具有 明显 的分带 性 另 外 风浪的传播方 向 对滩坝的分布格局具有显著 的控制作用 一般而言 正向入射的波浪 往往形 成 平行 岸线 的滩 坝 格 局 而 斜 交 岸线 入 射 的 波 浪 沙 坝则往 往 斜交岸 线 图 3 由于岸 线 的不规则 和水 下地 形 的复杂 形态 会 导致波浪折射 进而 引起 波能 的分散或集 中 例 如 凸岸与脊岭状 的微地 貌使波 向线 向中间处集 中 而凹岸与峡谷状微地 貌则使波 向线 向两侧分 散 波 能在 幅聚处 集 中并迅 速 消耗 而在 幅散 处波 能 分散 因此在 凸岸 正 向构造 单元 周 围与斜 坡单 元的迎风 面一般 为波浪运动能量突然减弱 的消能 带 是滩坝发育的有利场所 有利于厚层坝砂体的 发育 而凹岸带与负向构造单元水动力能量相对较 低 形成滩砂体的可能性较大 这种波浪能量的差 异 导致 了滩坝 沿岸 方 向上 的微相 分异 而 在等 深线 平行 且岸 线顺 直 的滨岸 带 不 同的水 动力带 与 岸线 接 近平行 往 往形 成平 行于 岸线 的条 带状滩 坝 上述讨论的各控制因素并非单独起作用 水动 力 条件 物 源 的供 给 古地 貌形 态 和相对 湖平 面 的 旋 回变化共同作用控制 了滩坝的发育 可以概括为 是 风 风浪 一 源 物源 一 盆 盆地演化 系统控 制滩坝 其中 波浪是滩坝形成的动力 风的作用 形成波浪 波浪的水动力分带控制滩坝砂体的分布 格 局 物 源是 形成 滩 坝 的 物 质基 础 物 源 的 强 弱 方位 会影 响滩 坝平 面上 的分 布特 征与 沉积模 式 盆 地演 化过 程 中古地 貌 与古水 深决 定 了滩坝 发育 位置 与范 围 平 面上 宏 观古地 貌控 制 了滩坝 砂体 的横 向展布 微观古地貌影 响 了局部 的水动 力能量变 化 鼻 状构 造侧翼 和水 下 古 隆 起 发 育 区水 体 较 浅 多发育坡折带 有利于湖浪改造或沉积滩坝砂体 控制了局部砂体展布 整体上 迎风面 缓坡带 正向地形 物源充足 并且处于湖平面低位一 水进 转 换 阶段 时 容 易 形 成 面 积 大 厚 度 大 的 滩 坝 砂 体 而在物源供应不足 水动力条件较弱 的地 区 可 以形 成广 泛分 布 的碳酸 盐岩 滩坝 6 滩坝沉积的古地理和油气意义 6 1 古地 理意义 滩 坝沉 积是 风 风 浪 一 源 物 源 一 盆 盆地 演 化 系统 控 制下 的产 物 一 定 程 度 上 记 录 了其 形成时的古地理条件 大规模发育的滩坝往往指示 了构造稳定 的缓坡带 浅水环境 和强 波浪动力条 件 滩坝砂体的发育程度与垂向叠置关系还可 以指 导层序划分 判断湖面的动荡情况 陆源碎屑滩坝 大量发育指示周缘大量陆源碎屑的供应 而碳酸盐 岩滩坝则指示气候温暖潮湿 湖水清澈 物源区为 碳酸盐岩或陆源碎屑匮乏的比较安静的滨岸环境 在 古气 候 的研究 中 有关 古风 场 的研究较 为 薄 弱 主要是 由于研究手段匮乏 难于挖掘保存有古 大气 流 场 信 息 的 地 质 资 料 刘 立 安 和 姜 在 兴 2 0 1 1 作 为风浪 作 用 的产 物 滩 坝 沉 积 可 以 记 录 其形成时的古波况乃至古风场 滩坝类型之一 沙嘴通常发育在湖 海 的凸岸 其延伸方 向一 般和 泥沙纵 向运 动方 向保 持 一 致 受 古水 流控 制 在开阔湖泊风驱水流的作用下 沙嘴的延伸方 向可 以反 映 其 形 成 时 的 古 风 向 K r i s t a n d S c h a e t z l 2 0 0 1 滩坝 沉积 中保存 有 大 量 的 波 痕 准 确 提取 出单纯 由风浪作 用形 成 的波痕 可 以根 据这类 波 痕 的波脊走向垂直于风向的特点重建古风向 P o c h a t e t a 1 2 0 0 5 砾 质 滩 坝 中成 叠 瓦 状 排 列 的砾 石 是由碎屑颗粒在风浪作用下选择性移动造成的 这 种结构也可以为古风 向的重建提供信 息 T a n n e r 1 9 9 6 除了定性的恢复 滩坝沉积物具有定量恢复古 波况 乃至 古风 场 的潜力 1 通过 波 浪作 用 于 沉 积 物而形 成 的波 痕参 数 主要 是波 高 波 长 结 合 构成沉 积 颗粒 的粒 度 密度 等其他 参数 可 以计 算 4 3 8 古 地 理 学 报 形 成 这 些 波 痕 的 临 界 波 浪 条 件 T a n n e r 1 9 7 1 Al l e n 1 9 8 4 D u r p e 1 9 8 4 Di e m 1 9 8 5 进 而 可以结合风浪关系 求得形成这些波浪的古风力 2 通 过 分 析 岸线 附 近 发育 的砾 质 滩 中 的砾 石 大 小分布特征 可以计算搬运某颗砾石所需要的临界 波浪条件 进而根据风浪关系可求得形成这些波浪 的古 风 力 B P T技 术 A d a m s 2 0 0 3 2 0 0 4 3 破 浪 带 沙 坝 的发 育 受 到 破 浪 的 严 格 控 制 其 厚 度 和规模 与破 浪 大小具 有严 格 的对应 关 系 通 过 破 浪 带沙 坝 的厚 度 可 以定 量 恢 复 其 形 成 的破 浪 大 小 进而也 可 以恢 复古 风力 6 2油气 意义 油气 勘 探 和 开 发 实 践 表 明 滩 坝 砂 具 有 物 性 好 生储 盖组合 好 近油 源 的地质 特征 因此常 能 形成较大规模 的油气 田 朱 筱敏等 1 9 9 4 赵 澄 林等 1 9 9 9 孙锡年等 2 0 0 3 是 中国含油气 盆 地 中重要 的储集 类 型之一 已经发 现 了相 当数量 的 含油气滩坝砂体 从而成为近期以及未来重要的油 气勘探 目标 目前 形成于盆地断陷期的开阔浅湖 滩 坝储 集体 和形 成 于盆地 断拗 期 的水下 古 隆起 处 的 滩坝储集体 已成为重要的产油气层 研究表明 滩坝砂体经波浪的淘洗筛选 成熟 度较高 泥质含量小 中砂岩和细砂岩常见 尤其 是坝砂体 由于单砂层厚 粒度适 中 原生孔隙丰 富 加上溶蚀作 用产生 的次生孔 隙可能提高渗 透 率 是很好 的油气储集 层 张金亮 1 9 9 5 通 过 对东营凹陷河间油 田的研究 叙述 了砂体的含油性 和沉 积旋 回特 征 指 出滩 坝 的层序 特征 并分 析 了滩 坝 油 气 藏 的成 藏 特 征 周 丽 清 等 1 9 9 8 对 黄 骅 坳陷板桥 凹陷 的沙河街组滩坝砂 体进行 了沉积 特 征 层序特征和储集层物性的分析 但滩坝砂体横向变化快 砂泥频繁互层 孙锡 年 等 2 0 0 3 通 过 对 东 营 凹 陷 西 部 沙 四段 的油 气 成藏条件分析 指出物性好且单层具有一定的厚度 的坝砂 具有 较好 的成 藏性 滩 砂分 布虽 广 但单 层 延伸较近 横向上连通性差 对成藏不利 曾发富 等 1 9 9 8 也 对 滩 坝砂 体从 层 内非 均 质 层 间 非 均质 平面非均质做 了深入的分析 描述了滩坝不 同微 相储集 层 的特 点 滩坝砂体常形成地层一岩性油气藏 常德双等 2 0 0 4 在 研 究 大 港 探 区 湖 泊 浅 水 滩 坝 油 气 藏 时 认 为 浅水 滩 坝容 易形成 岩性 尖灭 油气 藏 透 镜体油气 藏和地 层超覆 油气 藏 陶宗 普 2 0 0 6 总结 博兴 洼 陷高 8 9井 区 把 圈 闭类型 也分 为 4类 1 断席状圈闭 2 上倾尖灭型圈闭 3 低 幅 度构造 型 圈闭 4 凸镜 体型 圈 闭 陆相湖泊碳酸盐岩滩坝多与陆源碎屑沉积相伴 生 虽然大多数陆相湖泊为淡水一半咸水湖泊 主 要以陆源碎屑沉积为主 但也有碳酸盐沉积 并且 主要 以滩 坝形 式 出现 盆