苏东旭，于兴河，李胜利，单 新，周进松，韩小琴，苗亚男，王 娇

（1.中国地质大学（北京）能源学院，北京 100083； 2.陕西延长石油（集团）有限责任公司 研究院，陕西 西安 710075）

0 引言

基准面变化能够引起可容纳空间和沉积物供给量的相对变化，形成不同的地层叠置样式［1］，它受全球海平面变化、构造、气候及地貌综合控制.人们研究基准面变化对河流类型的影响，提出多种沉积演化模式.Shanley K W等研究Kaiparowits高原河流冲积体系，认为低位体系域主要发育下切谷充填，且随基准面变化，河流类型具有辫状河—曲流河—网状河的演化规律［2］.张周良研究贺兰山北段二叠系山西组河流相地层，认为低位体系域主要发育以河谷下切和阶地形成为特征的辫状河；水进体系域发育以垂相加积作用为主的网状河；高位体系域发育以侧积作用为主的曲流河形态特征［3］.刘招君等采用体系域四分法研究松辽盆地泉头组，认为低位体系域发育辫状河；水进体系域早期因基准面上升速度较慢发育曲流河；水进体系域晚期和高位体系域因河道垂相加积作用较强发育网状河；水退体系域因基准面缓慢下降，侧向加积作用增强，重新发育曲流河［4］，与Wright V P等的观点［5］一致.胡光明等研究苏里格地区盒8段认为水退体系域主要为阶地沉积，与河道充填物形成的时间不同［6］.目前，针对河流层序地层学的研究已经较为深入，提出多种演化模式，但基准面变化对三角洲分流河道类型和沉积特征的影响，以及与河流相是否存在区别的研究还不够清楚.

文中以鄂尔多斯盆地南部石盒子组为例，综合分析石盒子组不同阶段分流河道的砂岩结构、沉积构造、岩相组合、砂地比、测井响应、河道垂向叠置样式及平面形态等特征，以及分流河道河型的沉积演化特征，研究基准面变化对石盒子组三角洲分流河道沉积演化的影响，并总结成因和演化模式.石盒子组砂岩沉积特征研究对今后的勘探和开发具有指导意义.

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地为多旋回克拉通叠合盆地，总面积约为37×104km2，是我国第二大沉积盆地［7-8］，也是华北克拉通构造中最稳定的块体，盆地构造面貌总体为东翼缓而长、西翼陡而短、南北翘起的不对称大向斜.根据盆地构造形态和基底特征等，将鄂尔多斯盆地划分为渭北隆起带、西缘冲断构造带、陕北斜坡、晋西挠褶带、天环坳陷和伊盟隆起等6个一级构造带［9］.研究区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡南部（见图1），为绥德以南、环县以东、乡宁以西、正宁以北的区域，整体上为向西方向倾斜的单斜缓坡.研究层位为上古生界二叠系中二叠统石盒子组，地层岩性主要为灰白色、灰绿色砂岩和灰黑色、灰绿色、褐红色泥岩，整体厚度为200～370m，是一套陆相三角洲沉积.鄂尔多斯盆地东南部石盒子组气藏类型属于致密砂岩气藏，蕴含丰富的天然气［10］.

2 基准面变化阶段及分流河道特征

2.1 层序划分

研究区中二叠统石盒子组为一个完整的二级层序［11-13］.根据地震、测井及岩心资料显示，石盒子组与下伏山西组、上覆石千峰组均为不整合接触，下部的不整合对应石盒子组早期南北物源区的强烈抬升，上部与石千峰组接触处为区域性不整合面.地质年代上，石盒子组沉积期为270.0～253.5Ma，对应Vail的二级层序（3.0～50.0Ma）［14］.石盒子组底部为骆驼脖子砂岩底界，顶部为石千峰组平顶山砂岩底界，底顶界面上下的岩电特征差异明显.石盒子组整体上底部和顶部发育砂岩，中部以泥岩为主，砂岩层数具有多—少—多、整体厚度具有大—小—大的趋势，泥岩整体厚度具有小—大—小的趋势（见图2），对应一个由基准面上升和下降组成的完整旋回.因此，将石盒子组划分为一个不整合控制型二级层序较为合理.

在石盒子二级层序中进一步划分8个三级层序（见图2），其中盒7、盒6和盒5段的底界面为区域性河道下切面，测井曲线呈箱型或钟型突变；盒4段的底界面为区域性暴露面（桃花泥岩），测井曲线呈孤立的自然伽马高尖峰；盒3、盒2和盒1段的底界面为区域性河流下切面，盒1段的顶界面为石千峰组底部的不整合面.根据层序地层学理论，初次洪泛面和最大洪泛面是将每个三级层序划分低位体系域、水进体系域及高位体系域的重要标志［15］.根据石盒子组二级层序内基准面变化划分基准面低位阶段、上升阶段和高位阶段，分别对应石盒子组的盒8段（俗称“骆驼脖子砂岩”）、盒7段—盒5段及整个上石盒子组，以讨论相对基准面变化不同阶段三角洲分流河道的特征.

2.2 沉积特征

以研究区延321井为例（露头资料来源于文献［16-17］），分别在基准面变化的低位阶段、上升阶段和高位阶段选取代表性的盒8段、盒5段和盒2段，分析石盒子组不同阶段三角洲分流河道沉积特征.

2.2.1 低位阶段

盒8段整体以灰白色亚岩屑粗粒砂岩为主，其次为亚岩屑含砾粗砂岩和亚岩屑中粗粒砂岩，石英质量分数约为70%，长石质量分数为4%～5%，岩屑质量分数为25%～26%.颗粒分选为差—中等，磨圆以次棱状为主，颗粒支撑，反映辫状河型特征.在沉积构造特征方面，盒8段砂体标志性沉积构造为强水动力条件下形成的大规模槽状交错层理（见图3（a）、（c））和高角度下截型板状交错层理（见图3（b）），槽状交错层理的层系面上常见直径为3～4mm的砾石略呈定向排列，砾石主要成分为石英，冲刷面发育，泥砾少见，最大粒径多为1～2cm.典型的岩相组合序列为Gm—St—Gm—St—Sp—M.砂岩十分发育，常见10cm左右的泥岩夹层（见图3）.

2.2.2 上升阶段

上升阶段包括盒7—盒5段，以盒5段为例，整体为浅灰色中粒、中细粒石英砂岩、亚岩屑砂岩，石英质量分数为86%，长石极少见，岩屑质量分数为13%～14%.颗粒分选较好，次圆状，颗粒—杂基支撑，总体上与盒8段相比粒度较细，石英质量分数较大，长石和岩屑质量分数较少，反映远离物源、水动力较弱的曲流河型沉积特征.同时，盒5段槽状交错层理的规模和板状交错层理的角度明显变小（见图3（e）、（f）），且冲刷面上泥砾增多，可见最大粒径为9cm的椭球形泥砾（见图3（d））.盒5段河道砂体为明显正粒序，由下到上粒度逐渐减小，沉积构造变化为槽状交错层理、板状交错层理和流水沙纹层理.典型的岩相组合序列为St—Sp—Sr—M.泥岩厚度较大，整体上泥多砂少，砂泥比为1.0∶3.0～2.0∶3.0（见图3）.

2.2.3 高位阶段

高位阶段包括整个上石盒子组，以盒2段为例，整体为中粗粒、中粒长石砂岩、长石岩屑砂岩，石英质量分数为52%，长石平均质量分数为7%，变化幅度较大，在2%～25%之间变动，岩屑质量分数为22%.颗粒分选为差—中等，磨圆以次棱状为主，颗粒支撑，孔隙式胶结.盒2段河道砂体最显著的特征为颗粒大小和颜色迅速变化，在20～30cm之间沉积物迅速由含砾粗砂变为细砂岩，且颜色在灰绿色和浅灰色间变动（见图3（h）、（i）），反映网状河次分叉河道季节性过水河道的特征［18］.同时，冲刷面上常见3～4cm的泥砾（见图3（g）），与盒5段相比泥砾个数增多、规模减小，反映较高弯曲度和较低水动力的沉积环境.测井曲线常呈下部箱型、上部钟型的组合样式，体现网状河型水道早期洪水冲刷的含砾粗砂、粗砂沉积和晚期水流稳定的中细粒沉积的叠加.典型的岩相组合序列为Gm—St—Sp（Sh）—M，其中板状交错层理砂岩相为低角度下切型的交错层理.整体上呈砂泥互层，砂泥比为1.0∶2.5～2.0∶1.0（见图3）.

2.3 垂向特征

为研究石盒子组不同阶段三角洲分流河道河型变化和砂体叠置样式，选取一条横切物源方向的剖面AA′进行河道砂体剖面对比（见图4），不同阶段河道砂体间存在很大变化，下石盒子组由底到顶呈现河道连片—孤立—部分连通的特征.低位阶段分流河道砂体纵向上相互叠置，横向上连片分布，砂体总厚度大，单个砂体宽厚比大，具明显的辫状河型河道特征；上升阶段分流河道砂体呈孤立状分布，地层由下到上有河道减少的趋势，单个河道砂体厚度较大，具明显曲流河型河道特征；高位阶段分流河道砂体较为发育，部分连通性较好，但单个砂体横向上延伸范围受局限，砂体厚度较小，向上粒度变细较为明显，具迁移高弯曲度网状河型河道特征.由于低位体系域和高位体系域时期物源供给充足，水进体系域时期可容纳空间的增长远大于沉积物的供给速率，使得盒8段—盒1段每段的顶底部，即石盒子组每个三级层序的低位体系域和高位体系域都发育较多河道；每段中部，即三级层序的水进体系域都以泥质为主，较少发育河道砂体.

2.4 平面特征

在研究区选取基准面低位阶段的盒8段、上升阶段的盒5段及高位阶段的盒2段作为研究对象，利用砂体厚度［19-20］（见图5）研究基准面变化不同阶段三角洲分流河道在平面上的展布特征.人们认为石盒子组具有浅水三角洲的特征，盒7段—盒1段发育曲流河三角洲，盒8段发育辫状河三角洲［21-23］，河口坝较少发育［24-25］.在测井曲线上砂体常呈箱型和钟型，为河道沉积，河口坝反粒序形成的漏斗型少见，岩心上常见槽状交错层理、冲刷面和泥砾等构造，少见反粒序砂体，表明石盒子组三角洲以分流河道沉积为主，少见河口坝沉积.

石盒子组由下至上三角洲分流河道整体上呈辫状河型—曲流河型—网状河型的平面展布特征.盒8段砂体整体厚度大，主要发育分流河道（见图6），河道较平直，发育较多心滩，具辫状河型特征，泥质和粉砂质的分流间湾沉积较少；盒5段砂岩厚度整体偏小，主要发育三角洲分流间湾的泥质沉积，分流河道数量有限，呈孤立状，具有一定曲流河型的特征；盒2段的整体厚度介于盒8段和盒5段的之间，分流河道数量增多，弯曲度大，但单个河道宽度较小，具网状河型特征.

3 不同阶段河型特征及演化模式

3.1 河型特征

Shumm S A认为基准面变化使曲流河河谷和河道梯度发生改变，从而使河流的弯曲度发生变化［26］.基准面下降时，下游河流产生向源侵蚀，河谷坡度变大，河流弯曲度增大，使河流的水面坡度保持稳定；基准面上升时，河流产生溯源侵蚀，弯曲度减小［27］.三角洲分流河道的长度有限且不受河谷的限制，它受基准面变化的影响与河流相的有所不同（见图6）.

基准面处于低位阶段时，河道下切作用明显，形成较大的地形梯度；该时期物源供给非常大，但可容纳空间增加速率有限，粗粒的砂砾岩充填河道，很难形成泥质沉积.随着河道演化，不同的辫状河型分流河道在侧向上加宽［28］，河道在摆动的过程中形成以粗粒床沙载荷为主的片状砂体.这些宽浅型的辫状河型分流河道砂体间彼此切割，在纵向上互相叠置、横向上互相连通，形成大面积分布的砂体.

基准面处于上升阶段时，可容纳空间增加速率较快；该时期气候较干旱，沉积物的供给明显小于可容纳空间增加的速率.侵蚀作用减弱，沉积作用增强，沉积物在垂向上快速加积，使地形坡度变缓.较低的坡度使水动力条件减弱，对三角洲分流间湾的泥质沉积形成极为有利条件.大量的三角洲分流间湾细粒沉积及细粒物质限定的河道砂质沉积，构成以细粒沉积为主的分流间湾和彼此孤立的曲流型分流河道砂体，整体砂泥比很小，以悬浮负载的泥岩和粉砂岩为主.

基准面处于高位阶段时，可容纳空间的增加速率逐步降低，沉积物供给速率增长，沉积物的加积速率与可容纳空间增加的速率相当，平衡剖面向湖方向移动，使分流河道加积作用增强；同时，较低的坡度使河道搬运能力降低，形成以加积作用为主的高弯曲度网状河型分流河道.剖面上，沉积物由河床沙和悬浮载荷的物质混合组成.该时期分流河道的砂泥比低于基准面处于低位阶段时的，但高于基准面处于上升阶段时的.

三角洲坡度越大，分流河道的数量越少；坡度越小，分流河道的数量越多［29］.基准面处于高位阶段时，分流河道下切作用与河流的溯源堆积一样减弱，三角洲整体坡度减小，分流河道数量增多；基准面处于低位和上升阶段时，分流河道下切作用相对较强，三角洲整体坡度增大，形成较少的复合辫状河型和曲流河型分流河道.基准面处于高位阶段时，物源供给充足，河道加积作用较强，易形成决口［30］和较多的网状河型分流河道.

3.2 演化模式

一个完整的基准面旋回变化规律分3个阶段，即低位阶段、上升阶段和高位阶段；低位阶段对应于基准面开始上升的早期，上升阶段对应于基准面上升的晚期，高位阶段对应于基准面下降的时期.在基准面变化的不同阶段，沉积物供给与可容纳空间不同，导致三角洲分流河道的流量和沉积物负载发生变化，从而使河道的类型发生变化［26］.

研究鄂尔多斯盆地南部石盒子组的分流河道沉积特征、河道砂体垂向叠置方式及平面展布特征，早期基准面低位阶段到后期基准面高位阶段，分流河道存在由连片辫状河道到孤立曲流河道，再到连通性较好的网状河道转变的演化特征，同时分流河道弯曲度有逐渐增大的趋势.平面上河型具有辫状河型—曲流河型—网状河型的演化模式（见图7）；垂向上分流河道砂体具有连片分布—孤立分布—部分叠置的演化模式.

4 结论

（1）根据不整合面、区域下切面和区域性露头资料，将鄂尔多斯盆地南部石盒子组划分为1个二级层序和8个三级层序，为一个完整的基准面旋回.

（2）相对基准面变化引起石盒子组砂体沉积特征变化，在基准面处于低位阶段—上升阶段—高位阶段时，分流河道砂体粒度具有粗—细—较粗的特征，测井曲线响应具有箱型—孤立钟型—叠加钟型的特征，砂泥比具有大—小—较大的特征.

（3）在基准面变化的不同阶段，沉积物供给与可容纳空间不同，导致河道的流量和沉积物负载发生变化，使河道的类型也相应发生变化.在基准面由低位阶段到高位阶段变化过程中，分流河道弯曲度逐渐增大，整体上呈连片辫状河型—孤立曲流河型—部分叠置网状河型的演化特征.

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