現(xiàn)代河流沉積層序及沉積模式探究

1、現(xiàn)代河流沉積層序及沉積模式探究    1、引言對現(xiàn)代河流沉積研究最早起源于19世紀, 但真正對現(xiàn)代河流沉積的廣泛研究興起于20世紀50年代末和60年代初, 特別是20世紀7080年代召開的第二次國際河流沉積學(xué)會議,再次促進了現(xiàn)代河流沉積學(xué)的發(fā)展,這一時期發(fā)表了大量的河流沉積學(xué)研究成果及著作。幾十年來,通過河流沉積學(xué)的研究,人們已歸納出了曲流河、辮狀河及網(wǎng)狀河的沉積模式及其環(huán)境演化模式,河流沉積的二元結(jié)構(gòu)已普遍被接受,雖然這些模式已成為對比和認知古代河流沉積體的一個標準框架,但由于河流沉積的復(fù)雜性和多樣性,難以用一種模式囊括古代眾多復(fù)雜的河流沉積過程。特別

2、是隨著油田勘探開發(fā)工作的不斷深入,傳統(tǒng)的經(jīng)典的河流沉積模式已滿足不了油田勘探開發(fā)工作的需求,正如J D Collinson指出的那樣“很多實例的廣泛經(jīng)驗,比之有限數(shù)量高度提煉過的相模式知識,似乎是解釋新例子的更好基礎(chǔ)”。本文即是一個很好的實例,它以嫩江大馬崗沉積體為例,揭示了一種復(fù)雜的河流復(fù)合沉積模式和沉積層序,為地下河流相地層的識別提供了一個新的可以借鑒的依據(jù)。2、地質(zhì)概況嫩江發(fā)源于內(nèi)蒙古大興安嶺東北端的伊勒呼里山,流經(jīng)內(nèi)蒙古、黑龍江兩省區(qū),在黑龍江省肇源縣境內(nèi)匯入松花江,全長約870km, 流域面積為2.2×108m2 。該流域在地質(zhì)構(gòu)造上位于大興安嶺內(nèi)蒙古海西褶皺帶東南邊緣松嫩

3、中斷(坳)陷帶的西部(圖1) 。 嫩江上游河段位于大小興安嶺山區(qū),河道大多呈“V”字型,以切割侵蝕為主,屬于典型的山區(qū)河流；中下游河段位于廣闊的松嫩平原區(qū),河道寬闊,呈“U”字型,多蛇曲,以沖積沉積為主,屬于平原河流,大馬崗段處于該河段上。 3、嫩江大馬崗沉積體沉積特征及巖相類型3. 1沉積特征通過對大馬崗河流沉積體九個探槽剖面、十九個探坑(圖2)的細致觀察及描述,發(fā)現(xiàn)大馬崗沉積體主要由三種類型沉積物組成：礫質(zhì)沉積、砂質(zhì)沉積及泥質(zhì)沉積,并以泥質(zhì)沉積為主,按其沉積的巖性、顏色、粒度及沉積構(gòu)造等特征,將大馬崗沉積體由下至上共劃分為10個層,分別用N10N1表示15 ,具體沉積特征如下(圖

4、3)：N10：黃褐色粗砂質(zhì)細礫沉積,受探槽剖面限制,在最深探槽處該層厚1.4m仍未見底。其礫石成分混雜、大小不一,分選、磨圓差,最大直徑為14cm,最小為0.2cm,一般2.53.0cm。N9：白灰色或灰白色含粉砂泥或純泥, 厚30150 cm。具水平層理, 富含植物根。N8：為褐色粉砂質(zhì)泥,厚0190m, 富含植物根及鐵質(zhì)。在工區(qū)內(nèi)發(fā)育不全,僅在探槽III及探槽VIII 南部見到,向工區(qū)北部逐漸尖滅。N7：灰黃色粉砂質(zhì)細砂與白灰色粉砂質(zhì)泥互層沉積,厚0392 cm。細砂單層厚34cm,具小型低角度槽狀交錯層理,富含植物根、鐵質(zhì)及碳屑。粉砂質(zhì)泥單層厚34cm,發(fā)育波狀層理。N6：黃色中砂質(zhì)細砂

5、,厚40470cm。層理發(fā)育,主要發(fā)育的層理類型有：大型低角度槽狀交錯層理、小型低角度槽狀交錯層理、同沉積變形層理及波狀層理等。N5：灰褐色粉砂質(zhì)泥,厚94254cm ,富含植物根、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)及碳屑,局部見鈣質(zhì)結(jié)核及團塊。N4：灰黃色粉砂質(zhì)細砂與黃灰色粉砂質(zhì)泥薄互層沉積,厚30204cm。單砂層厚28cm,泥質(zhì)層單層厚34 cm；砂層內(nèi)具波狀層理,富含碳屑及植物根。N3：黃灰色泥質(zhì)粉砂,厚0210cm,發(fā)育波狀層理,富含植物根、碳屑及鈣質(zhì)結(jié)核。N2：黃色細砂質(zhì)粉砂,厚20204cm,發(fā)育小型槽狀交錯層理,富含植物根、鐵質(zhì)及鈣質(zhì)。N1：灰黑色粉砂質(zhì)泥,厚10298cm,富含植物根,近地表已被土壤

6、化。 3. 2巖相類型巖相指在一定條件下形成的巖石類型及其沉積構(gòu)造的綜合,相當于沉積能量單元,按照Miall 3, 16提出的河流相巖相分類方案,結(jié)合大馬崗河流沉積體的沉積特征,在大馬崗嫩江現(xiàn)代沉積體內(nèi)共劃分出16種巖相類型, 即：塊狀層理細礫相(Gm )、大型低角度槽狀交錯層理細砂相(St1)、小型低角度槽狀交錯層理相(St2)、同沉積變形層理細砂相(Ssd)、小型高角度槽狀交錯層理粉砂相(Ft)、平行層理細砂相(Sh)、板狀交錯層理細砂相(Sp )、反向交錯層理細砂相(Stcb)、波狀交錯層理細砂相(Shcs)、波狀層理細砂相(Sw )、薄層狀粉沙質(zhì)泥與細沙互層相(Sm )、微波

7、狀層理粉砂相(Fw )、塊狀層理泥質(zhì)粉沙相(Fm )、水平層理泥相(Fsc)； 塊狀層理粉沙質(zhì)泥相(Mm ) 及土壤層相(Mpr), 各巖相具體特征見表1，其分布特征如下。表1嫩江大馬崗河流沉積體巖相類型及其特征序號 巖相代碼 巖     相 巖性 沉積構(gòu)造 沉積環(huán)境1 Gm 塊狀層理細礫相 粗砂質(zhì)細礫 塊狀層理,顆粒支撐,疊瓦狀構(gòu)造 辮狀河礫質(zhì)壩2 St1 大型低角度槽狀交錯層理細砂相 中砂質(zhì)細砂 大型低角度槽狀交

8、錯層理 曲流河點壩3 St2 小型低角度槽狀交錯層理細砂相 中砂質(zhì)細砂 小型低角度槽狀交錯層理 曲流河點壩4 Ft 小型高角度槽狀交錯層理粉砂相 細砂質(zhì)粉砂 小型高角度槽狀交錯層理 曲流河決口扇5 Ssd 同沉積變形層理細砂相 細砂 同沉積變形層理 曲流河點壩6 Sh 平行層理細砂相 中砂質(zhì)細砂 平行層理 曲流河點壩7 Sp 板狀交錯層理細砂相 細砂

9、0;板狀交錯層理 曲流河點壩8 Stcb 反向交錯層理細砂相 細砂 反向交錯層理 曲流河點壩9 Shcs 波狀交錯層理細砂相 細砂 波狀交錯層理 曲流河點壩及天然堤10 Sw 波狀層理細砂相 細砂 波狀層理 曲流河點壩上部及天然堤11 Sm 薄層狀粉砂質(zhì)泥與細砂互層相 粉砂質(zhì)泥及粉砂質(zhì)細砂 紋理狀至塊狀 曲流河點壩上部及天然堤12 Fw 微波狀層理粉砂相 粉

10、砂 微波狀層理 曲流河決口扇13 Fm 塊狀層理泥質(zhì)粉砂相 泥質(zhì)粉砂 塊狀或不顯層理 曲流河漫灘14 Fsc 水平層理泥相 粘泥 水平層理 辮狀河河間沼澤15 Mm 塊狀層理粉砂質(zhì)泥相 粉砂質(zhì)泥 塊狀或不顯層理 曲流河漫灘及辮狀河溢岸16 Mpr 土壤層相 粉砂質(zhì)泥 植物根 曲流河洪泛沉積土壤化(1) 塊狀層理細礫相(Gm)在研究區(qū)分布廣泛,位于嫩江大馬崗河流沉積體的最下部,主

11、要由礫石及充填于礫間的粗砂組成。礫石大小不一,成分混雜,分選差, 呈次棱角狀,最大礫石直徑14cm , 一般為1115 cm；礫石呈迭瓦狀排列。(2) 大型低角度槽狀交錯層理細砂相(St1)此巖相在大馬崗沉積體中部比較發(fā)育,厚1115m不等,是構(gòu)成該沉積體內(nèi)曲流河點壩的主要巖相類型之一。主要由分選較好的中細砂構(gòu)成,發(fā)育大型低角度槽狀交錯層理,其紋層傾角小于10°,一般57°,層系厚度514cm, 紋層主要由碎屑顆粒的粒度粗細不同而顯現(xiàn)出來。此巖相內(nèi)富含炭化植物根及鐵質(zhì)。(3) 小型低角度槽狀交錯層理細砂相(St2)發(fā)育于大馬崗沉積體點壩中部,其不同于巖相St1的特點是槽狀交

12、錯層理的規(guī)模較小,層系厚度34cm, 剖面上層系延伸長度2090cm, 此巖相常與同沉積變形層理巖相交互出現(xiàn),砂層內(nèi)富含植物根、鐵質(zhì)及炭屑。(4) 小型高角度槽狀交錯層理粉砂相(Ft)在大馬崗沉積體上部比較發(fā)育,主要由細砂質(zhì)粉砂組成,其槽狀交錯層理的層系厚度340cm,層系在剖面上延伸長度約2050cm,紋層傾角一般在1520°,砂層內(nèi)富含炭屑。(5) 同沉積變形層理細砂相(Ssd)發(fā)育于大馬崗沉積體內(nèi)點壩砂體的中下部,由細砂組成,內(nèi)部紋層變形呈揉皺狀與層系界面相交,層系厚度小,多為68cm, 在紋層面上鐵質(zhì)比較富集。(6) 平行層理細砂相(Sh)僅在大馬崗沉積體西部探槽剖面上見到,

13、分布范圍較小, 由中細砂組成,紋層近于水平。(7) 板狀交錯層理細砂相(Sp)主要發(fā)育于沉積體內(nèi)點壩砂體的下部,且常見有平行層理與其伴生,由細砂組成,交錯層與層系界面平行,內(nèi)部紋層以一定角度與層系界面相交,其紋層傾向相反,呈低角度“人”字型,層系厚度多為45cm, 在層系的紋層面上,鐵質(zhì)比較富集,沿紋層面分布。 (8) 反向交錯層理細砂相(Stcb)在大馬崗沉積體內(nèi)不多見,僅在研究區(qū)西部橫探槽剖面上見到。其特征是相鄰層系中紋層的傾斜     方向相反,呈羽狀。層系厚度多在50cm以上,兩組對稱相反的層系,厚度相近,在橫剖面上其延伸范圍約10m,

14、 紋層傾角小于30°。巖性主要為細砂,分選較好。薛培華(1991) 在拒馬河定興點壩現(xiàn)代沉積中也發(fā)現(xiàn)了此類巖相,并認為是在水流方向急劇改變的條件下沉積作用的結(jié)果,分布于曲流的轉(zhuǎn)彎處。 (9) 波狀交錯層理細砂相(Shcs)在大馬崗沉積體西部曲流河點壩頂部及天然堤中比較發(fā)育,主要由細砂組成,厚度50120cm, 層系厚度1020cm, 層系界面呈微波狀起伏,紋層傾角一般在510°,局部與水平層理混雜,砂層內(nèi)富含鐵質(zhì)及植物根,鐵質(zhì)多沿層面分布。(10) 波狀層理細砂相(Sw)發(fā)育于大馬崗沉積體的上部及下部,其巖相為細砂,波狀紋層厚35cm, 砂層內(nèi)富含鐵質(zhì)及炭屑,該巖

15、相厚約310cm, 在研究區(qū)內(nèi)分布較穩(wěn)定。(11) 薄層狀粉砂質(zhì)泥與細砂互層相(Sm)在大馬崗沉積體的上部及下部均比較發(fā)育,包括如下2種類型。1) 黃灰色粉砂質(zhì)泥與細砂薄層互層,主要出現(xiàn)于大馬崗沉積體上部曲流河天然堤薄的互層沉積物中,是水流周期性越岸沉積而成,以兩種形式出現(xiàn),一種是砂薄泥厚,單砂層厚一般23cm, 粉砂質(zhì)泥厚一般45cm, 構(gòu)成45個小韻律；另一種是砂厚泥薄,單砂層厚810cm, 粉砂質(zhì)泥單層厚23cm, 砂層內(nèi)具微波狀層理,砂層及泥層厚度穩(wěn)定,連續(xù)分布,富含鐵質(zhì)、植物根及炭屑。2) 白灰色粉砂質(zhì)泥與細砂互層,在大馬崗沉積體下部辮狀河溢岸沉積物中比較發(fā)育,在研究區(qū)分布范圍較窄,僅見于南部, 其特點是白灰色粉砂質(zhì)泥與細砂呈薄的互層,單砂層厚約56cm, 泥質(zhì)層單層厚約45cm , 砂層內(nèi)富含鐵質(zhì)、少量植物根及炭屑。(12) 微波狀層理粉砂相(Fw)發(fā)育于大馬崗沉積體的上部,主要由細砂質(zhì)粉砂組成, 紋層具微波狀層理,含植物根及少量鐵質(zhì)。巖相厚度2060cm 不等,在全區(qū)分布比較廣泛。(13) 塊狀層理泥質(zhì)粉