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现代河流沉积层序及沉积模式探究

1、引言
对现代河流沉积研究最早起源于19世纪, 但真正对现代河流沉积的广泛研究兴起于20世纪50年代末和60年代初, 特别是20世纪70~80年代召开的第二次国际河流沉积学会议,再次促进了现代河流沉积学的发展,这一时期发表了大量的河流沉积学研究成果及著作。几十年来,通过河流沉积学的研究,人们已归纳出了曲流河、辫状河及网状河的沉积模式及其环境演化模式,河流沉积的二元结构已普遍被接受,虽然这些模式已成为对比和认知古代河流沉积体的一个标准框架,但由于河流沉积的复杂性和多样性,难以用一种模式囊括古代众多复杂的河流沉积过程。特别是随着油田勘探开发工作的不断深入,传统的经典的河流沉积模式已满足不了油田勘探开发工作的需求,正如J D Collinson指出的那样“很多实例的广泛经验,比之有限数量高度提炼过的相模式知识,似乎是解释新例子的更好基础”。本文即是一个很好的实例,它以嫩江大马岗沉积体为例,揭示了一种复杂的河流复合沉积模式和沉积层序,为地下河流相地层的识别提供了一个新的可以借鉴的依据。
2、地质概况
嫩江发源于内蒙古大兴安岭东北端的伊勒呼里山,流经内蒙古、黑龙江两省区,在黑龙江省肇源县境内汇入松花江,全长约870km, 流域面积为2.2×108m2 。该流域在地质构造上位于大兴安岭—内蒙古海西褶皱带东南边缘松嫩中断(坳)陷带的西部(图1) 。 嫩江上游河段位于大小兴安岭山区,河道大多呈“V”字型,以切割侵蚀为主,属于典型的山区河流;中下游河段位于广阔的松嫩平原区,河道宽阔,呈“U”字型,多蛇曲,以冲积沉积为主,属于平原河流,大马岗段处于该河段上。
 
3、嫩江大马岗沉积体沉积特征及岩相类型
3. 1 沉积特征
通过对大马岗河流沉积体九个探槽剖面、十九个探坑(图2)的细致观察及描述,发现大马岗沉积体主要由三种类型沉积物组成:砾质沉积、砂质沉积及泥质沉积,并以泥质沉积为主,按其沉积的岩性、颜色、粒度及沉积构造等特征,将大马岗沉积体由下至上共划分为10个层,分别用N10—N1表示[15 ],具体沉积特征如下(图3):
N10:黄褐色粗砂质细砾沉积,受探槽剖面限制,在最深探槽处该层厚1.4m仍未见底。其砾石成分混杂、大小不一,分选、磨圆差,最大直径为14cm,最小为0.2cm,一般2.5~3.0cm。
N9:白灰色或灰白色含粉砂泥或纯泥, 厚30~150 cm。具水平层理, 富含植物根。
N8:为褐色粉砂质泥,厚0~190m, 富含植物根及铁质。在工区内发育不全,仅在探槽III及探槽VIII 南部见到,向工区北部逐渐尖灭。
N7:灰黄色粉砂质细砂与白灰色粉砂质泥互层沉积,厚0~392 cm。细砂单层厚3~4cm,具小型低角度槽状交错层理,富含植物根、铁质及碳屑。粉砂质泥单层厚3~4cm,发育波状层理。
N6:黄色中砂质细砂,厚40~470cm。层理发育,主要发育的层理类型有:大型低角度槽状交错层理、小型低角度槽状交错层理、同沉积变形层理及波状层理等。
N5:灰褐色粉砂质泥,厚94~254cm ,富含植物根、铁质、钙质及碳屑,局部见钙质结核及团块。
N4:灰黄色粉砂质细砂与黄灰色粉砂质泥薄互层沉积,厚30~204cm。单砂层厚2~8cm,泥质层单层厚3~4 cm;砂层内具波状层理,富含碳屑及植物根。
N3:黄灰色泥质粉砂,厚0~210cm,发育波状层理,富含植物根、碳屑及钙质结核。
N2:黄色细砂质粉砂,厚20~204cm,发育小型槽状交错层理,富含植物根、铁质及钙质。
N1:灰黑色粉砂质泥,厚10~298cm,富含植物根,近地表已被土壤化。
 
3. 2 岩相类型
岩相指在一定条件下形成的岩石类型及其沉积构造的综合,相当于沉积能量单元,按照Miall [3, 16]提出的河流相岩相分类方案,结合大马岗河流沉积体的沉积特征,在大马岗嫩江现代沉积体内共划分出16种岩相类型, 即:块状层理细砾相(Gm )、大型低角度槽状交错层理细砂相(St1)、小型低角度槽状交错层理相(St2)、同沉积变形层理细砂相(Ssd)、小型高角度槽状交错层理粉砂相(Ft)、平行层理细砂相(Sh)、板状交错层理细砂相(Sp )、反向交错层理细砂相(Stcb)、波状交错层理细砂相(Shcs)、波状层理细砂相(Sw )、薄层状粉沙质泥与细沙互层相(Sm )、微波状层理粉砂相(Fw )、块状层理泥质粉沙相(Fm )、水平层理泥相(Fsc); 块状层理粉沙质泥相(Mm ) 及土壤层相(Mpr), 各岩相具体特征见表1,其分布特征如下。
表1 嫩江大马岗河流沉积体岩相类型及其特征
序号 岩相代码 岩  相 岩  性 沉积构造 沉积环境
1 Gm 块状层理细砾相 粗砂质细砾 块状层理,颗粒支撑,叠瓦状构造 辫状河砾质坝
2 St1 大型低角度槽状交错层理细砂相 中砂质细砂 大型低角度槽状交错层理 曲流河点坝
3 St2 小型低角度槽状交错层理细砂相 中砂质细砂 小型低角度槽状交错层理 曲流河点坝
4 Ft 小型高角度槽状交错层理粉砂相 细砂质粉砂 小型高角度槽状交错层理 曲流河决口扇
5 Ssd 同沉积变形层理细砂相 细砂 同沉积变形层理 曲流河点坝
6 Sh 平行层理细砂相 中砂质细砂 平行层理 曲流河点坝
7 Sp 板状交错层理细砂相 细砂 板状交错层理 曲流河点坝
8 Stcb 反向交错层理细砂相 细砂 反向交错层理 曲流河点坝
9 Shcs 波状交错层理细砂相 细砂 波状交错层理 曲流河点坝及天然堤
10 Sw 波状层理细砂相 细砂 波状层理 曲流河点坝上部及天然堤
11 Sm 薄层状粉砂质泥与细砂互层相 粉砂质泥及粉砂质细砂 纹理状至块状 曲流河点坝上部及天然堤
12 Fw 微波状层理粉砂相 粉砂 微波状层理 曲流河决口扇
13 Fm 块状层理泥质粉砂相 泥质粉砂 块状或不显层理 曲流河漫滩
14 Fsc 水平层理泥相 粘泥 水平层理 辫状河河间沼泽
15 Mm 块状层理粉砂质泥相 粉砂质泥 块状或不显层理 曲流河漫滩及辫状河溢岸
16 Mpr 土壤层相 粉砂质泥 植物根 曲流河洪泛沉积土壤化
(1) 块状层理细砾相(Gm)
在研究区分布广泛,位于嫩江大马岗河流沉积体的最下部,主要由砾石及充填于砾间的粗砂组成。砾石大小不一,成分混杂,分选差, 呈次棱角状,最大砾石直径14cm , 一般为1~115 cm;砾石呈迭瓦状排列。
(2) 大型低角度槽状交错层理细砂相(St1)
此岩相在大马岗沉积体中部比较发育,厚1~115m不等,是构成该沉积体内曲流河点坝的主要岩相类型之一。主要由分选较好的中细砂构成,发育大型低角度槽状交错层理,其纹层倾角小于10°,一般5~7°,层系厚度5~14cm, 纹层主要由碎屑颗粒的粒度粗细不同而显现出来。此岩相内富含炭化植物根及铁质。
(3) 小型低角度槽状交错层理细砂相(St2)
发育于大马岗沉积体点坝中部,其不同于岩相St1的特点是槽状交错层理的规模较小,层系厚度3~4cm, 剖面上层系延伸长度20~90cm, 此岩相常与同沉积变形层理岩相交互出现,砂层内富含植物根、铁质及炭屑。
(4) 小型高角度槽状交错层理粉砂相(Ft)
在大马岗沉积体上部比较发育,主要由细砂质粉砂组成,其槽状交错层理的层系厚度3~40cm,层系在剖面上延伸长度约20~50cm,纹层倾角一般在15~20°,砂层内富含炭屑。
(5) 同沉积变形层理细砂相(Ssd)
发育于大马岗沉积体内点坝砂体的中下部,由细砂组成,内部纹层变形呈揉皱状与层系界面相交,层系厚度小,多为6~8cm, 在纹层面上铁质比较富集。
(6) 平行层理细砂相(Sh)
仅在大马岗沉积体西部探槽剖面上见到,分布范围较小, 由中-细砂组成,纹层近于水平。
(7) 板状交错层理细砂相(Sp)
主要发育于沉积体内点坝砂体的下部,且常见有平行层理与其伴生,由细砂组成,交错层与层系界面平行,内部纹层以一定角度与层系界面相交,其纹层倾向相反,呈低角度“人”字型,层系厚度多为4~5cm, 在层系的纹层面上,铁质比较富集,沿纹层面分布。
 (8) 反向交错层理细砂相(Stcb)
在大马岗沉积体内不多见,仅在研究区西部横探槽剖面上见到。其特征是相邻层系中纹层的倾斜方向相反,呈羽状。层系厚度多在50cm以上,两组对称相反的层系,厚度相近,在横剖面上其延伸范围约10m, 纹层倾角小于30°。岩性主要为细砂,分选较好。薛培华(1991) 在拒马河定兴点坝现代沉积中也发现了此类岩相,并认为是在水流方向急剧改变的条件下沉积作用的结果,分布于曲流的转弯处。
 (9) 波状交错层理细砂相(Shcs)
在大马岗沉积体西部曲流河点坝顶部及天然堤中比较发育,主要由细砂组成,厚度50~120cm, 层系厚度10~20cm, 层系界面呈微波状起伏,纹层倾角一般在5~10°,局部与水平层理混杂,砂层内富含铁质及植物根,铁质多沿层面分布。
(10) 波状层理细砂相(Sw)
发育于大马岗沉积体的上部及下部,其岩相为细砂,波状纹层厚3~5cm, 砂层内富含铁质及炭屑,该岩相厚约3~10cm, 在研究区内分布较稳定。
(11) 薄层状粉砂质泥与细砂互层相(Sm)
在大马岗沉积体的上部及下部均比较发育,包括如下2种类型。1) 黄灰色粉砂质泥与细砂薄层互层,主要出现于大马岗沉积体上部曲流河天然堤薄的互层沉积物中,是水流周期性越岸沉积而成,以两种形式出现,一种是砂薄泥厚,单砂层厚一般2~3cm, 粉砂质泥厚一般4~5cm, 构成4~5个小韵律;另一种是砂厚泥薄,单砂层厚8~10cm, 粉砂质泥单层厚2~3cm, 砂层内具微波状层理,砂层及泥层厚度稳定,连续分布,富含铁质、植物根及炭屑。2) 白灰色粉砂质泥与细砂互层,在大马岗沉积体下部辫状河溢岸沉积物中比较发育,在研究区分布范围较窄,仅见于南部, 其特点是白灰色粉砂质泥与细砂呈薄的互层,单砂层厚约5~6cm, 泥质层单层厚约4~5cm , 砂层内富含铁质、少量植物根及炭屑。
(12) 微波状层理粉砂相(Fw)
发育于大马岗沉积体的上部,主要由细砂质粉砂组成, 纹层具微波状层理,含植物根及少量铁质。岩相厚度20~60cm 不等,在全区分布比较广泛。
(13) 块状层理泥质粉砂相(Fm)
发育于大马岗沉积体上部,厚度为42~50cm 不等, 在研究区分布较为广泛,主要由泥质粉砂组成,纹层不显,内含植物根及岩屑,偶见钙质结核。
(14) 水平层理泥相(Fsc)
发育于大马岗沉积体下部,厚度20~80cm 不等,主要由白灰色含粉砂泥组成,纹层与层系界面平行,在全区分布较为广泛。
(15) 块状层理粉砂质泥相(Mm)
主要分布于大马岗沉积体的中部,由黄灰色粉砂质泥组成,纹层不显,厚度120~133cm, 是构成大马岗沉积体的一种主要岩相,富含植物根、铁质及炭屑。

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