王鑄坤，李宇志，操應(yīng)長(zhǎng)，王艷忠，楊 田，趙 博

[1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.勝利油田分公司 東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257094]

渤海灣盆地東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙河街組三段砂礫巖粒度概率累積曲線特征及沉積環(huán)境意義

王鑄坤1，李宇志2，操應(yīng)長(zhǎng)1，王艷忠1，楊 田1，趙 博2

[1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 2.勝利油田分公司 東辛采油廠，山東 東營(yíng) 257094]

沉積水動(dòng)力條件是沉積相研究的基礎(chǔ)，粒度分布特征是分析水動(dòng)力條件的關(guān)鍵。在巖心精細(xì)觀察描述和相分析基礎(chǔ)上，利用大量粒度分析資料對(duì)渤海灣盆地東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙河街組三段砂礫巖粒度概率累積曲線特征及其與水動(dòng)力機(jī)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究表明：研究區(qū)砂礫巖粒度概率累積曲線主要包括泥石流型、高密度濁流型、低密度濁流型和牽引流型4種基本類型和泥石流-低密度濁流過(guò)渡型和高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡型2種過(guò)渡類型。泥石流型包括寬緩上拱式和弧線-直線復(fù)合式，反映泥石流沉積特點(diǎn)，多發(fā)育在近岸水下扇主水道和扇三角洲平原。高密度濁流型包括懸浮一段式和低斜兩段式，反映高密度濁流沉積特點(diǎn)，多發(fā)育在近岸水下扇水道、扇三角洲水上及水下分流河道內(nèi)。低密度濁流型為低斜兩段式和低斜兩跳一懸式，反映低密度濁流特點(diǎn)，主要發(fā)育在近岸水下扇主水道間、辮狀水道間。牽引流型包括高斜兩段式、滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式、一跳一懸夾過(guò)渡式及兩跳一懸式，反映牽引流沉積特點(diǎn)，在近岸水下扇扇中、扇三角洲前緣最發(fā)育。泥石流-低密度濁流過(guò)渡型為臺(tái)階狀多段式，反映泥石流向濁流逐漸轉(zhuǎn)化，僅發(fā)育在扇三角洲水下分流河道。高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡型為一跳一斜加過(guò)渡式，反映濁流濃度降低的過(guò)程，只在近岸水下扇外扇深切水道內(nèi)發(fā)育。

粒度概率累積曲線；近岸水下扇；扇三角洲；沉積環(huán)境；沙河街組；永北地區(qū)；東營(yíng)凹陷；渤海灣盆地

粒度是碎屑巖顆粒最重要的結(jié)構(gòu)特征，粒級(jí)大小直接決定了巖石的類型和性質(zhì)[1]。粒度分布受到搬運(yùn)介質(zhì)性質(zhì)(風(fēng)、水、冰等)、搬運(yùn)介質(zhì)能量(流速、流量、啟動(dòng)能力)、搬運(yùn)方式(滾動(dòng)、跳躍、懸浮)等流體動(dòng)力學(xué)條件的控制[2-3]，反之可作為判別水動(dòng)力條件的標(biāo)尺和劃分沉積環(huán)境的依據(jù)[4]。應(yīng)用粒度概率累積曲線建立沉積環(huán)境的典型模式最早由Visher[5]提出，現(xiàn)已成為環(huán)境和沉積相分析的重要方法和手段[4]，在湖相灘壩、深水重力流、黃土沉積、現(xiàn)代沉積的水動(dòng)力學(xué)研究[6-14]及沉積相(微相)的判別中發(fā)揮重大的作用[15-18]。

近岸水下扇是陸源碎屑沿沖溝直接入湖、形成過(guò)程主要受重力流沉積作用的控制的典型的事件性沉積。扇三角洲多以陸上事件性洪流沉積為主體，具有復(fù)合水動(dòng)力機(jī)制，兼具牽引流、重力流特點(diǎn)，故沉積作用過(guò)程較為復(fù)雜[1]。本文以渤海灣盆地東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙河街組三段(簡(jiǎn)稱沙三段)砂礫巖沉積體為研究對(duì)象，利用激光粒度分析方法對(duì)研究區(qū)取心井進(jìn)行粒度分析，繪制120余塊樣品的粒度概率累積圖件，總結(jié)粒度概率累積曲線類型和不同沉積(微)相的粒度概率累積曲線組合特征，以期為研究區(qū)砂礫巖體沉積過(guò)程提供水動(dòng)力解釋，為其他類似地區(qū)近源砂礫巖體的沉積(微)相判別和研究提供參考。

1 研究區(qū)概況

東營(yíng)凹陷是中國(guó)東部典型的箕狀裂陷-坳陷湖盆，北部陡坡帶是由陳南鏟式扇形邊界斷層控制的近東西走向的陡斜坡構(gòu)造帶[19]。東營(yíng)凹陷沙三段沉積時(shí)期盆地繼承了沙四段初始裂陷和伸展的特點(diǎn)，陳南基底斷裂持續(xù)活動(dòng)，沉降速率可達(dá)到300～500 m/Ma[20]，在北部陡坡帶形成了高坡度、近物源、溝梁相間、鄰近深水區(qū)的沉積背景，縱向上發(fā)育巨厚的砂礫巖體[21]，重力流沉積作用明顯[2]。永北地區(qū)位于東營(yíng)凹陷北部陡坡帶東段，北臨陳家莊凸起，南鄰民豐洼陷，東靠青坨子凸起(圖1)，沉積與構(gòu)造特征與東營(yíng)凹陷具有一致性，在沙三段沉積時(shí)期沿陳南基底斷裂發(fā)育了大規(guī)模近岸水下扇和扇三角洲沉積體[22-24]。

2 粒度概率累積曲線類型

在巖心精細(xì)觀察和描述的基礎(chǔ)上，結(jié)合宏觀層理發(fā)育特征和粒序變化，分析粒度概率圖直線段數(shù)目、線段分布區(qū)間、含量百分比、線段斜率、混合度、線段之間的交切點(diǎn)等特征，總結(jié)出4種基本類型及2種主要過(guò)渡類型。

2.1 基本類型

2.1.1 泥石流型

1) 寬緩上拱式

曲線形態(tài)表現(xiàn)為一寬緩上拱的弧形，滾動(dòng)總體、跳躍總體和懸浮總體漸變過(guò)渡而無(wú)明顯的轉(zhuǎn)折，粒度區(qū)間-1～8。曲線斜率逐漸變小，整體在20°，細(xì)尾部斜率最低，分選極差[1-2]，顆粒為遞變懸浮搬運(yùn)，巖相以塊狀層理、粒級(jí)混雜的雜基支撐中-細(xì)礫巖、礫質(zhì)砂巖為主，個(gè)別礫石可達(dá)粗礫，粒度圖上礫石含量一般高于10%，雜基的粒度范圍從粘土到細(xì)礫皆可出現(xiàn)。礫石成分復(fù)雜，可出現(xiàn)花崗巖礫石、石英質(zhì)礫石、灰?guī)r礫和泥巖礫等多種類型，反映了陣發(fā)性、高能條件下，砂、礫、泥質(zhì)來(lái)不及分選，碎屑物質(zhì)同時(shí)堆積而形成的泥石流沉積物。此類曲線多出現(xiàn)于近岸水下扇主水道微相(圖2a)。

圖1 東營(yíng)凹陷永北地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Yongbei area in the Dongying Sag

圖2 東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙三段泥石流型粒度概率累積曲線Fig.2 Probability cumulative grain-size distribution curves of debris flow pattern of the Es3 in Yongbei area of the Dongying Sag

2) 弧線-直線復(fù)合式

研究區(qū)發(fā)育一種特殊的粒度概率累積曲線類型，筆者稱之為弧線-直線復(fù)合式，曲線整體為一條弧線段與多條直線段組成的復(fù)合樣式。與寬緩上拱式不同，曲線在細(xì)尾部為直線段且斜率逐漸增大，向上逐漸“傾翹”，反映顆粒分選變好的特點(diǎn)，類似現(xiàn)代沉積中稀性泥石流的特點(diǎn)[25-26]。粗碎屑含量高，可達(dá)到50%左右，粒度圖中礫石組分可超過(guò)10%，表明流體仍具有較強(qiáng)的搬運(yùn)能力。相對(duì)于寬緩上拱式粒度曲線，粗碎屑顆粒間填隙物質(zhì)以砂、粗粉砂為主，細(xì)粉砂-粘土含量很低，導(dǎo)致顆粒之間的附加黏著力降低，較高的顆粒濃度形成了較大離散力，使泥石流沉積物不易發(fā)生卸載而崩潰。分析該粒度曲線的水動(dòng)力特征認(rèn)為，細(xì)粉砂-粘土形成的粘性漿體比重較小，聚集在稀性泥石流上部以懸移或跳躍形式搬運(yùn)，而下部粗碎屑以滾動(dòng)、推移形式搬運(yùn)，最終形成了稀性泥石流的“二層流”特征。需要指出，由于樣品分析范圍(粒徑小于2 mm)的局限性，分析結(jié)果不能代表泥石流沉積整體粒度特征，但復(fù)模態(tài)的泥石流沉積粗細(xì)混雜、整體懸浮搬運(yùn)-卸載的特點(diǎn)在寬緩上拱形和緩波浪形曲線上仍充分體現(xiàn)[2]。巖石類型以發(fā)育塊狀層理的中-細(xì)礫巖、礫質(zhì)砂巖為主，該類曲線僅發(fā)育在扇三角洲平原水上分流河道微相(圖2b)。

2.1.2 高密度濁流型

濁流是水和大量呈自懸浮的沉積物質(zhì)混合而成的一種密度流，在水體底部呈高速紊流狀態(tài)搬運(yùn)，湍流支撐機(jī)制，受阻抗降和離散壓力起支持作用的最低質(zhì)點(diǎn)濃度為20%～30%。含粗砂以上質(zhì)點(diǎn)的水流，質(zhì)點(diǎn)濃度小于20%則不穩(wěn)定；中砂以下質(zhì)點(diǎn)組成的濁流在各種濃度下都可以穩(wěn)定[1]，筆者以30%濃度為界，將研究區(qū)濁流劃分為粗砂-礫石濃度高于30%、以阻抗降、離散壓力支撐的高密度濁流和粗砂-礫石濃度小于30%、中砂以下質(zhì)點(diǎn)濃度為主、湍流支撐機(jī)制的低密度濁流。

曲線形態(tài)為懸浮一段式或低斜兩段式，斜率一般不超過(guò)45°，整體分選很差，粒度組分以懸浮總體為主，粗碎屑(粗砂、礫石)含量超過(guò)40%，其中礫石的比重高于20%。懸浮一段式曲線表現(xiàn)為整體懸浮搬運(yùn)方式，分選差；二段式由分選較好、含量高的跳躍總體和分選差、含量較低的懸浮總體組成，兩者交切點(diǎn)在1.5(Φ)以下。兩段式中粗碎屑含量約50%～70%且多為跳躍搬運(yùn)方式，最粗的顆粒組分開始卸載，多出現(xiàn)在層的底部；懸浮一段式粒度偏細(xì)且粗碎屑含量低于前者，說(shuō)明流體負(fù)載能力減弱，多出現(xiàn)在層的中上部；巖相為發(fā)育塊狀層理、正粒序?qū)永淼募?xì)礫巖、礫質(zhì)砂巖和含礫砂巖，兩段式多出現(xiàn)于近岸水下扇主水道和辮狀水道底部，一段式在扇三角洲平原水上分流河道更為常見(圖3a)。

2.1.3 低密度濁流型

由粒度概率圖可知，粗碎屑(粗砂、礫石)含量低于30%且礫石的含量很低，一般在10%以下，反映低密度濁流的搬運(yùn)能力弱于高密度濁流。曲線主要由跳躍總體和懸浮總體組成，交切點(diǎn)粒徑Φ值在2～3.5，其中跳躍總體含量30%～40%，中、粗砂為主，斜率約30°～40 °，分選中等。懸浮總體含量較高，約60%～70%，包括細(xì)砂、粉砂和粘土等混雜組分，斜率約15°～20°，幾乎無(wú)分選。部分曲線發(fā)育雙跳躍組分，反映了低密度濁流搬運(yùn)過(guò)程中受到其他水動(dòng)力作用的影響，如風(fēng)暴作用。巖相主要為發(fā)育塊狀層理的含礫砂巖，該曲線類型在近岸水下扇主水道間、辮狀水道間較常見(圖3b)。

2.1.4 牽引流型

典型的牽引流型粒度概率累積曲線一般包括跳躍總體和懸浮總體兩段，有時(shí)發(fā)育滾動(dòng)總體。在河口處受到河流作用、波浪作用等復(fù)雜水動(dòng)力條件影響，跳躍總體可發(fā)育為兩個(gè)次總體或與懸浮總體之間發(fā)育過(guò)渡段(混合帶)。

圖3 東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙三段濁流型粒度概率累積曲線Fig.3 Probability cumulative grain-size distribution curves of turbidity current pattern of the Es3 in Yongbei area of the Dongying Sag

1) 一跳一懸兩段式

此類型反映了典型河流沉積物的粒度概率曲線特征，發(fā)育高斜率跳躍組分和低斜率懸浮組分，以跳躍組分為主，含量約60%～70%，最高可達(dá)到90%，以中、粗砂為主，含少量細(xì)砂、粗粉砂組分，斜率范圍在40°～70°，分選中等-好，與懸浮次總體截點(diǎn)在3～4(粒徑Φ值)。懸浮組分含量低，粒度跨度范圍>3(粒徑Φ值)，斜率約15°，分選差。巖相表現(xiàn)為發(fā)育平行層理、斜層理含礫砂巖、中-粗砂巖，底部可見弱沖刷現(xiàn)象，由粒度曲線分析可知，中-粗砂組分以跳躍形式搬運(yùn)且含量可高達(dá)40%，代表了高含沙量河流的中上游低彎度段沉積[15]。研究區(qū)該類曲線多發(fā)育在水流能量強(qiáng)、類似辮狀河道的扇三角洲水下分流河道微相、近岸水下扇辮狀水道間微相(圖4a)。

2) 滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式

該類曲線反映出一種下游河流沉積特征，由于水流分支，水動(dòng)力減弱，原來(lái)呈跳躍搬運(yùn)的部分轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)方式[15]。粒度曲線主要以跳躍組分構(gòu)成，含量約70%～80%，粗截點(diǎn)介于2～3(粒徑Φ值)，細(xì)截點(diǎn)在5.5(粒徑Φ值)附近，分選中等，直線斜率為45%～60%。滾動(dòng)組分含量低、分選差，為少量中砂組分，懸浮組分含量約15%，斜率13%左右。該曲線主要反映缺乏強(qiáng)水流的沉積條件，水流能量弱于前述兩段式曲線，巖相主要為發(fā)育平行層理、斜層理的含礫砂巖、中細(xì)砂巖。該類曲線多出現(xiàn)在扇三角洲前緣水下分流河道相序頂部、河道間微相(圖4b)。

3) 一跳一懸夾過(guò)渡式

曲線的跳躍組分含量約50%，粒度區(qū)間2～3.5(粒徑Φ值)，跳躍顆粒包含細(xì)砂、粗粉砂，直線段斜率55°～70°，分選較好，說(shuō)明水流穩(wěn)定、有很強(qiáng)的淘洗能力。過(guò)渡段含量25%～30%，斜率約30°～40°，分選中等-差，粗截點(diǎn)在13.5(粒徑Φ值)附近，細(xì)截點(diǎn)在4(粒徑Φ值)附近，其搬運(yùn)方式介于遞變懸浮搬運(yùn)和跳躍方式搬運(yùn)之間。懸浮組分含量15%～30%，斜率約15%，表明懸浮組分仍然占有較大比例，但分選很差，該曲線反映了枯(平)水期穩(wěn)定水流進(jìn)入湖盆后能量降低的水動(dòng)力特征[4,9]。過(guò)渡帶是河口地區(qū)快速沉積后的再分選的滯后現(xiàn)象：河流流入盆地后，水流能量降低，密度較大的河水快速下沉，加之湖灣地區(qū)波浪作用不強(qiáng)，下沉物質(zhì)來(lái)不及加工分選，使較細(xì)部分并入懸浮組分粗端使其粗端彎曲，較粗部分并入跳躍組分細(xì)端使其細(xì)端彎曲便形成了過(guò)渡帶[4]。巖相為發(fā)育平行層理、楔狀交錯(cuò)層理的粉細(xì)砂巖，該曲線僅出現(xiàn)在扇三角洲前緣水下分流河道內(nèi)(圖4c)。

4) 兩跳一懸式

曲線類型與兩段式粒度組成類似，由斜率較高、分選好的跳躍總體和斜率低、分選差的懸浮總體組成，但區(qū)別在于其跳躍總體由兩個(gè)斜率不同的次總體組成(簡(jiǎn)稱下次總體和上次總體)。上次總體與下次總體交切點(diǎn)在3(粒徑Φ值)附近，其中下次總體粒度分布在1～3(粒徑Φ值)，含量約8%～20%，斜率在45°左右，分選中等；上次總體粒度分布在3～4(粒徑Φ值)，含量約65%～80%，斜率較大，約60°～65°，分選更好，比上次總體反映更強(qiáng)的水動(dòng)力條件。懸浮組分與跳躍組分的截點(diǎn)處于4(粒徑Φ值)附近，含量約20%，斜率低于14 °。巖相為平行層理、反粒序?qū)永砑?xì)砂巖、粉砂巖，顆粒結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度很高。該類型曲線多發(fā)育在扇三角洲前緣河口壩微相，反映河口壩砂體受到河流作用和湖浪沖刷的雙重影響(圖4d)。

2.2 過(guò)渡類型

2.2.1 泥石流-低密度濁流過(guò)渡型

該曲線的典型特征是由若干斜率不等的直線段組成，在研究區(qū)永85井較發(fā)育。直線段數(shù)目較多，難以區(qū)分跳躍組分和懸浮組分，單條線段粒度區(qū)間跨度大多小于1(粒徑Φ值)，無(wú)穩(wěn)定的分選性。粒度曲線整體斜率為30°～60°，其中粗砂-礫石分選好，直線段斜率可達(dá)70°，中砂、細(xì)砂次之，粉砂-粘土組分的分選最差，反映了流體能量不穩(wěn)定且逐漸減弱，湍動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)[2]。在突發(fā)性洪水作用下，泥石流沖出水道進(jìn)入相對(duì)寬闊的水道或河道間地帶，由于湖水的頂托作用和沉積地形的急劇變化，導(dǎo)致水流能量的復(fù)雜多變，以至無(wú)法區(qū)分穩(wěn)定的搬運(yùn)方式。巖相主要為塊狀層理含礫砂巖、礫質(zhì)砂巖，主要發(fā)育在扇三角洲水下分流河道間微相(圖5a)。

2.2.2 高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡型

該類型曲線由斜率依次降低的跳躍總體、過(guò)渡段和懸浮總體組成，跳躍總體顆粒為粗碎屑(粗砂、礫石)，含量約50%，斜率60°左右，分選好。過(guò)渡段組分以中砂為主，含少量細(xì)砂，含量大約40%，粗截點(diǎn)在1(粒徑Φ值)附近，細(xì)截點(diǎn)在2.5(粒徑Φ值)附近。懸浮組分含量高于30%，斜率約15°，粒級(jí)分布介于2.5～8(粒徑Φ值)，分選極差，顆粒組分包括粉砂和部分細(xì)砂，反映水體不穩(wěn)定及較強(qiáng)的湍流條件。巖相以發(fā)育塊狀層理、斜層理粗砂為主。近岸水下扇辮狀水道中的高密度濁流在搬運(yùn)過(guò)程中粗碎屑不斷卸載，攜帶大量砂、粉砂、泥質(zhì)的低密度水流沖出辮狀水道末端，形成近岸水下扇前端的深切水道微相(圖5b)。

圖4 東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙三段牽引流型粒度概率累積曲線Fig.4 Probability cumulative grain-size distribution curves of tractive current pattern of the Es3 in Yongbei area of the Dongying Sag

2.3 不同粒度概率累積曲線類型對(duì)比

重力流與牽引流具有不同的流體力學(xué)性質(zhì)，在粒度概率累積曲線特征上有很好的反映。在巖相分析基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比研究區(qū)概率粒度圖的差異性，發(fā)現(xiàn)不同流體性質(zhì)在曲線形態(tài)、粗碎屑含量、組分含量、線段斜率有明顯的相應(yīng)特征(表1)。

重力流粒度概率累積曲線以寬緩上拱式、弧線-直線復(fù)合式、直線一段式、低斜率兩段式為主，濁流型和泥石流型曲線形態(tài)特征有較大差別。泥石流型曲線形態(tài)分為寬緩上拱式和弧線-直線復(fù)合式，代表遞變懸浮搬運(yùn)作用，而濁流粒度曲線類型為低斜率兩段式和直線一段式，這由兩者搬運(yùn)機(jī)制所決定：泥石流作用是碎屑帶動(dòng)流體的運(yùn)動(dòng)，整體搬運(yùn)、“凍結(jié)”[27]，粗碎屑顆粒(如不同粒級(jí)的礫石、砂)分散彌漫于粘土、粉砂中，形成的復(fù)模態(tài)沉積物分選極差；高密度濁流顆粒間流體比重增加，以擴(kuò)散應(yīng)力、阻抗降為支撐，隨著流體能量的降低，碎屑顆粒便根據(jù)粒度的大小依次沉積；低密度濁流沉積物顆粒間流體比重繼續(xù)增加，顆粒之間碰撞幾率少，水體紊動(dòng)性強(qiáng)，湍流作為主要的搬運(yùn)、支撐機(jī)制[1]，分選變好。高密度濁流型和低密度濁流型曲線都可發(fā)育低斜兩段式，區(qū)別在于高密度濁流型粗碎屑含量高且曲線斜率大，而低密度濁流恰恰相反。

圖5 東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙三段過(guò)渡類型粒度概率累積曲線Fig.5 Probability cumulative grain-size distribution curves of transitional pattern of the Es3 in Yongbei area of the Dongying Sag

表1 東營(yíng)凹陷永北地區(qū)沙三段砂礫巖粒度概率累積曲線類型對(duì)比

Table 1 Comparison of probability cumulative grain-size distribution curves of the coarse clastic rocks of the Es3in Yongbei area of the Dongying Sag

曲線類型泥石流型高密度濁流型低密度濁流型牽引流型泥石流-低密度濁流過(guò)渡型高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡型曲線特征形態(tài)寬緩上拱式、弧線-直線復(fù)合式低斜兩段式、兩跳一懸式、懸浮一段式低斜兩段式高斜兩段式、三段式、一跳一懸夾過(guò)渡式、兩跳一懸式臺(tái)階狀多段式一跳一懸夾過(guò)渡式粗碎屑含量/%40～70>30<30<1010～3030～50懸浮總體含量/%10～10030～10060～100<30—20～30跳躍總體含量/%40～50<600～40>70—40～50斜率懸浮總體/%25～40<25<20<15—15～20跳躍總體/%20～2540～50<40>60—60～65巖相特性沉積構(gòu)造塊狀層理塊狀層理、正粒序?qū)永韷K狀層理平行層理、交錯(cuò)層理、反粒序?qū)永韷K狀層理塊狀層理、斜層理巖石類型雜基支撐中-細(xì)礫巖、礫質(zhì)砂巖細(xì)礫巖、礫質(zhì)砂巖含礫砂巖中-粗砂巖砂巖、粉砂巖礫質(zhì)砂巖、含礫砂巖粗砂巖沉積微相近岸水下扇主水道、扇三角洲平原水上分流河道近岸水下扇主水道辮狀水道、扇三角洲水上分流河道河道間近岸水下扇主水道間、辮狀水道間扇三角洲水下分流河道、河道間、河口壩、近岸水下扇辮狀水道間扇三角洲水下分流河道近岸水下扇深切水道流體性質(zhì)泥石流(碎屑流)高密度濁流低密度濁流牽引流泥石流向低密度濁流轉(zhuǎn)化高密度濁流向低密度濁流轉(zhuǎn)化

牽引流型粒度概率累積曲線明顯由直線段構(gòu)成，包括兩段式、三段式、兩跳一懸式和一跳一懸夾過(guò)渡式4種類型，不同沉積微相、相同沉積微相不同位置水動(dòng)力的差異性導(dǎo)致粒度曲線類型的差異。牽引流水動(dòng)力作用同樣具有相似性，在粒度曲線上表現(xiàn)出相似的特點(diǎn)：粗碎屑、懸浮組分含量較低且分選很差，形成粒度曲線的粗尾和細(xì)尾，是對(duì)水動(dòng)力條件最為敏感的組分；一般跳躍總體含量很高，組成粒度曲線的主體，這說(shuō)明牽引流搬運(yùn)能力相對(duì)泥石流和濁流弱但分選好，有利于形成成熟度高的砂體，發(fā)育巖石類型主要有交錯(cuò)層理、平行層理、斜層理等典型牽引流成因的砂巖、粉砂巖。濁流沉積物也發(fā)育兩段式曲線類型，但與牽引流型兩段式形態(tài)特征有很大差別，其水動(dòng)力學(xué)意義也截然不同。濁流型兩段式斜率明顯低牽引流型兩段式，反映流體對(duì)碎屑顆粒的分選程度不同。濁流型兩段式中，粗砂和礫石可以跳躍總體的形式搬運(yùn)，也可作為較粗的懸浮組分，牽引流型兩段式跳躍組分最大達(dá)粗砂粒級(jí)，懸浮組分一般為較細(xì)的粉砂、粘土。濁流型兩段式懸浮組分含量很高，甚至沉積物整體呈懸浮搬運(yùn)方式，反映濁流較強(qiáng)的湍動(dòng)性，搬運(yùn)能量高；牽引流型兩段式中跳躍組分為主體，懸浮組分含量低，表明水動(dòng)力弱，水體流動(dòng)態(tài)為層流。

泥石流-低密度濁流過(guò)渡型、高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡型介于泥石流型和低密度濁流型之間，兼具兩者的特征。泥石流-低密度濁流過(guò)渡型在粒度概率圖上為典型的臺(tái)階狀多段式，說(shuō)明流體不穩(wěn)定且湍動(dòng)性極強(qiáng)，其特點(diǎn)更接近濁流沉積。高密度濁流向低密度濁流轉(zhuǎn)化類型的粒度概率累積曲線以一跳一懸夾過(guò)渡式為主，與牽引流型粒度曲線中的一跳一懸夾過(guò)渡式不同，前者粗碎屑含量高，跳躍組分含量低、斜率低、分選差，而后者以高斜率跳躍組分為主體，懸浮組分含量很低且?guī)缀鯚o(wú)分選，同時(shí)發(fā)育低流態(tài)、過(guò)渡流態(tài)條件下的平行層理和斜層理。

3 不同沉積微相粒度概率累積曲線特征

通過(guò)沉積相分析，將研究區(qū)砂礫巖劃分為近岸水下扇相和扇三角洲相，其中近岸水下扇相發(fā)育扇根、扇中、扇端亞相，扇根包括主水道和水道間微相，扇中包括辮狀水道、辮狀水道間微相，扇端以發(fā)育深切水道微相為主；扇三角洲相發(fā)育扇三角洲平原、扇三角洲前緣、前扇三角洲，其中扇三角洲平原包括水上分流河道和水上分流河道間微相，扇三角洲前緣包括水下分流河道、水下分流河道間、河口壩微相，前扇三角洲以泥質(zhì)為主，不劃分微相。

3.1 近岸水下扇扇根

3.1.1 主水道微相

水道充填物主要由雜基支撐的礫石、碎屑支撐的礫巖夾暗色泥巖組成[1]。研究區(qū)主水道主要發(fā)育塊狀層理礫巖、礫質(zhì)砂巖，向上可過(guò)渡為含礫砂巖，礫石缺乏定向性，雜亂排列甚至直立，灰?guī)r礫含量高，底沖刷明顯，粒度概率累積曲線發(fā)育反映泥石流沉積作用的寬緩上拱式和反映高密度濁流作用的兩段式，反映了近物源、分選差、高能量、快速堆積的特點(diǎn)[28]。

3.1.2 水道間微相

洪水能量的不穩(wěn)定性導(dǎo)致規(guī)模較大者常漫出水道形成漫溢沉積，形成水道間充填，巖性主要由含礫砂巖、砂巖夾雜泥巖組成，砂巖底部有弱沖刷現(xiàn)象，由于主水道較為穩(wěn)定，水道間沉積物保存較好。洪水沖出水道后向周圍散開，較粗碎屑物質(zhì)，流體水動(dòng)力減弱，粒度曲線主要由反映低密度濁流作用的低斜兩段式組成。

3.2 近岸水下扇扇中

3.2.1 辮狀水道微相

辮狀水道區(qū)是扇的主體，由于湖水頂托作用，能量消耗快，辮狀水道較主水道寬、淺，且遷移擺動(dòng)能力強(qiáng)。辮狀水道以高密度砂、礫質(zhì)濁流沉積為特征，相序中、下部以礫質(zhì)砂巖、砂礫巖為主，塊狀層理、正粒序發(fā)育，礫石分選較差，有一定磨圓，成熟度低，底部沖刷-充填構(gòu)造發(fā)育，垂向上過(guò)渡為塊狀、正粒序?qū)永砗[砂巖。相序中、下部粒度曲線以代表高密度濁流作用的直線一段式和兩段式為主，隨著搬運(yùn)距離增大，流體能量消耗，顆粒間流體比重增加，負(fù)載能力降低，相序上部粒度曲線為高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡類型，流體性質(zhì)開始向低密度濁流轉(zhuǎn)化。

3.2.2 辮狀水道間微相

辮狀水道間微相與主水道間微相形成機(jī)理類似，都是由洪水溢出水道形成的細(xì)粒沉積物。由于辮狀水道穩(wěn)定性差，水道之間沉積物保存條件差，具體表現(xiàn)為大套砂礫巖層之間砂、泥互層，但整體厚度較小。曲線類型主要為高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡型和低密度濁流型，隨著距辮狀水道的距離越遠(yuǎn)，辮狀水道沉積開始發(fā)育牽引流型高斜兩段式曲線，反映洪水溢處水道后水體密度小但湍動(dòng)性較強(qiáng)，隨著搬運(yùn)距離增大，水動(dòng)力逐漸降低，攜砂能力大大減弱，流體呈明顯的牽引性質(zhì)。

3.3 近岸水下扇扇端

粗碎屑大多在扇端、扇中已發(fā)生卸載，扇端發(fā)育懸浮沉積為主的深灰色泥巖夾薄層砂，與深湖相泥呈指狀交錯(cuò)[29]。由于本身具有很高能量，規(guī)模較大的陣發(fā)性高密度洪流除形成扇根、扇中水道砂體，可以達(dá)到扇主體以外的扇端區(qū)域形成深切水道，發(fā)育具鮑馬層序的濁積序列。研究區(qū)深切水道微相巖心資料和粒度數(shù)據(jù)缺乏，巖相以發(fā)育塊狀層理、正粒序?qū)永淼拈L(zhǎng)英質(zhì)粗砂巖為主，且含較多暗色礦物，粒度曲線為代表高密度濁流向低密度濁流過(guò)渡的一跳一懸夾過(guò)渡式，反映沉積物經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)距離的搬運(yùn)，分選性變好，成熟度增加。

3.4 扇三角洲平原

3.4.1 水上分流河道微相

水上分流河道是扇三角洲平原亞相的主體，多表現(xiàn)為近源的礫質(zhì)辮狀河沉積[1]，以陸上水流和沉積物重力流的高密度濁流沉積充填為特征，泥質(zhì)、粉砂質(zhì)雜基含量高，巖相以發(fā)育塊狀層理的礫巖、礫質(zhì)砂巖為主，底部可見到明顯的河道沖刷-充填構(gòu)造。由于形成于濱淺湖環(huán)境，顆粒碰撞幾率高，故礫石磨圓較好，但因靠近源區(qū)，顆粒分選很差。粒度曲線主要為弧線-直線復(fù)合式泥石流型、高密度濁流型和反映泥石流向低密度濁流轉(zhuǎn)化的過(guò)渡類型，牽引流型曲線不發(fā)育。研究區(qū)發(fā)育稀性泥石流，碎屑以滾動(dòng)、跳躍和懸浮搬運(yùn)，具有“二層流”特征，反映沉積時(shí)期濕潤(rùn)的氣候條件。泥石流沉積可局限在一定的河道內(nèi)，也可在側(cè)向上呈席狀或朵葉狀延伸到河道間，沉積剖面上泥石流常與水?dāng)y沉積交互出現(xiàn)。

3.4.2 水上分流河道間微相

扇三角洲平原水上河道間沉積是水流攜帶的高密度沉積物溢出水道而成，或由水道延伸至河道間的泥石流沉積。巖相以泥巖夾發(fā)育塊狀層理、正粒序?qū)永淼牡[質(zhì)砂巖和含礫砂巖為主。由于水上分流河道間微相屬于陸上環(huán)境，缺乏湖盆水體的頂托作用，洪水期流體越岸后能量仍較強(qiáng)，粒度曲線以直線一段式最為常見，反映泥石流沉積作用和高密度濁流作用的特點(diǎn)。

3.5 扇三角洲前緣

3.5.1 水下分流河道微相

水下分流河道是水上分流河道入湖后向湖盆中央的延伸部分，除具有水上分流河道的特點(diǎn)外，牽引流取代重力流成為優(yōu)勢(shì)沉積作用類型。靠近河口處發(fā)育塊狀層理的礫質(zhì)砂巖、含礫砂巖，底部沖刷面明顯，粒度曲線可見臺(tái)階狀多段式、直線式、一跳一懸夾過(guò)渡式等類型，反映水流入湖后受到湖水頂托作用能量迅速降低，在靠近河口處粗碎屑卸載，顆粒間流體比重增加，流體類型由泥石流向濁流轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)。隨著搬運(yùn)距離的增加，湖盆水體的頂托和動(dòng)蕩性愈來(lái)愈明顯，攜帶的沉積物受到多組水流的作用，粒度概率累積曲線以反映牽引流作用的高斜兩段式、三段式和一跳一懸夾過(guò)渡式為主，這是水下分流河道受到多向、多組水流影響的具體表現(xiàn)，沉積作用由濁流向牽引流過(guò)渡。

3.5.2 水下分流河道間微相

相對(duì)陸上、近物源的水上分流河道間沉積，水下分流河道間微相具有粒度細(xì)、雜基含量低的特征，巖相以大套泥巖夾平行層理、交錯(cuò)層理砂巖、粉砂為主，靠近河口處巖相較粗，主要為泥巖夾塊狀層理、平行層理的礫質(zhì)砂巖、含礫砂巖，這也反映了隨著搬運(yùn)過(guò)程的進(jìn)行流體湍動(dòng)性減弱、牽引流性質(zhì)增強(qiáng)的特點(diǎn)。

3.5.3 河口壩微相

河口壩微相位于水下分流河道的河口處，扇三角洲河口壩的形成需要河道相對(duì)穩(wěn)定和相對(duì)較弱的湖水能量[9]，巖性以中-細(xì)砂、粗粉砂為主，分選磨圓好，砂體以明顯反粒序?yàn)樘卣鱗30，31]，可發(fā)育平行層理、波狀交錯(cuò)層理、低角度交錯(cuò)層理。粒度曲線主要為兩跳一懸式，是牽引流和湖浪作用共同影響的結(jié)果[32]，其中下跳躍段斜率低，代表河流搬運(yùn)的較粗組分；上跳躍段斜率高，代表湖浪反復(fù)淘洗簸選的較細(xì)組分。

3.6 前扇三角洲

前扇三角洲由河道搬運(yùn)至此的陸源懸浮泥質(zhì)成分和湖盆靜水懸浮物質(zhì)組成，與湖相泥呈指狀交互接觸，巖性以泥巖為主，夾雜薄砂層。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 劃分了泥石流型、高密度濁流型、低密度濁流型、牽引流型等4種基本類型和泥石流-高密度濁流型、高密度濁流-低密度濁流過(guò)渡型2種過(guò)渡類型。

2) 近岸水下扇扇根主水道發(fā)育泥石流和高密度濁流，粒度曲線為寬緩上拱式、低斜兩段，水道間發(fā)育低密度濁流，粒度曲線為低斜兩段式；扇中辮狀水道主要發(fā)育高密度濁流和低密度濁流，粒度曲線為低斜兩段式，辮狀水道間發(fā)育低密度濁流和牽引流作用，粒度曲線為低斜兩段式和高斜一跳一懸兩段式；扇端深切水道粒度曲線為一跳一懸夾過(guò)渡式，反映高密度濁流向低密度濁流的轉(zhuǎn)化。

3) 扇三角洲平原水上分流河道發(fā)育稀性泥石流沉積，粒度曲線為弧線-直線復(fù)合式，水上分流河道間以高密度濁流為主，粒度曲線為一段式；扇三角洲前緣水下分流河道以牽引流作用為主，兼具濁流作用特征，粒度曲線可發(fā)育兩段式、一跳一懸夾過(guò)渡式、兩跳一懸式和臺(tái)階狀多段式，水下分流河道間以牽引流為主，粒度曲線為高斜一跳一懸式和滾動(dòng)-跳躍-懸浮三段式，河口壩發(fā)育反映河流作用和波浪作用共同影響的典型兩跳一懸式粒度曲線。

4) 粒度分布對(duì)水動(dòng)力條件最為敏感，但類似水動(dòng)力條件可出現(xiàn)于不同的環(huán)境，不同成因的碎屑沉積物又可能混合出現(xiàn)，因此將粒度分析資料與沉積構(gòu)造、生物特征等資料有效結(jié)合起來(lái)，才能對(duì)沉積環(huán)境解釋提供更有說(shuō)服力的證據(jù)。

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(編輯 張亞雄)

Probability cumulative grain-size distribution curves and their implications for sedimentary environment identification of coarse clastic rocks of the Es3in Yongbei area,the Dongying Sag,Bohai Bay Basin

Wang Zhukun1，Li Yuzhi2，Cao Yingchang1，Wang Yanzhong1，Yang Tian1，Zhao Bo2

(1.SchoolofGosciences，ChinaUniversityofPetroleum，Qingdao,Shandong266580，China；2.DongxinOilPlant，SINOPECShengliOilfieldCompany，Dongying,Shandong257094，China)

Sediment hydrodynamic conditions are the basis of the study on sedimentary facies and the key to hydrodyna-mic analysis is the distribution of grain size.On the basis of elaborate observation of cores and facies analysis,characteristics and its relationship with sedimentary environment of probability cumulative grain-size distribution curves of coarse clastic rocks of Es3in Yongbei area of the Dongying Sag,Bohai Bay Basin are systematically studied through mass grain size data.The grain-size distribution curves can be classified into 4 basic types(including debris flow type,high-density turbidity current type,low-density turbidity current type and tractive current type) and 2 transitional types(including debris flow to low-density turbidity current transitional type and high-density turbidity current to low-density turbidity current transitional type).The debris flow type includes broad convex arc pattern and arc-linear composte pattern reflecting debris flow deposition,and mostly develops in main channels of inner fan of the nearshore subaqueous fan and the fan-delta plain.The high-density turbidity current type consists of one suspension segment pattern and low-slope two-segment pattern reflecting high-density turbidity current deposition,and develops in channels of the nearshore subaqueous fan and aquatic or subaqueous distributary channels of the fan-delta.The low-density turbidity current type contains low-slope two-segment pattern and low-slope two bouncing segment-one suspension segment pattern reflecting low-density turbidity current deposition,and mainly develops in space between main channels and space between braided channels of the nearshore subaqueous fan.The tractive current type includes high-slope two-segment pattern,one roll segment-one bouncing segment-one suspension segment pattern,one bouncing segment-one suspension segment-one transitional zone pattern and two bouncing segment-one suspension segment reflecting tractive current deposition,and mainly develops in middle fan of the nearshore subaqueous fan and fan-delta front.The debris flow to low-density turbidity current transitional type shows step-like multi-segment pattern representing transition from debris flow to turbidity current and develops in subaqueous distributary channels of the fan-delta.The high-density turbidity current to low-density turbidity current transitional type is of one bouncing segment-one suspension segment-one transitional zone pattern and only develops in deeply-cutting channels of the outer fan on behalf of the density decline phenomenon of turbidity current.

probability cumulative grain-size distribution curve，nearshore subaqueous fan，fan-delta，sedimentary environment，Shahejie Formation，Yongbei area,Dongying Sag,Bohai Bay Basin

2016-01-31;

2017-02-20。

王鑄坤(1990—)，男，博士研究生，層序地層學(xué)與沉積學(xué)。E-mail:wangzhukun1126@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(U1262203)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(15CX08001A)。

0253-9985(2017)02-0230-11

10.11743/ogg20170203

TE121.3

A