劉君龍，孫冬勝，紀友亮，尹偉，于海躍，王天云

（1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油大學(xué) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249；3.中國石油 東方地球物理公司 新興物探開發(fā)處，河北 涿州 072751）

淺水三角洲是指在水體較淺、地形較平緩的沉積區(qū)形成的以分流河道砂體及分流砂壩為主的三角洲類型，其研究已有數(shù)十年的歷史，并于20世紀80年代開始逐漸被中國學(xué)者關(guān)注[1-2]。經(jīng)多年勘探實踐證實，在中國大型拗陷湖盆和斷陷湖盆均發(fā)育淺水三角洲沉積，并具有巨大的資源勘探潛力[3-4]。國內(nèi)外學(xué)者基于現(xiàn)代沉積和古代地層實例，討論了淺水三角洲發(fā)育背景[5-6]，闡明了其沉積特征和分布規(guī)律[7-8]。研究認為：①地形平坦開闊、水體較淺是淺水三角洲發(fā)育的基本條件；②具有典型淺水三角洲識別標(biāo)志和沉積特征；③河流進積作用是淺水三角洲形成的主要控制因素；④波浪作用會對三角洲前緣進行不同程度的改造。但是，對淺水三角洲發(fā)育的控制因素分析尚不全面，如隨著岸線的不斷變化，由于湖浪淘洗、河流進積等因素的改造，淺水三角洲沉積與破壞的演化過程。因此，如何開展前陸盆地淺水三角洲的沉積特征和控制因素的研究，是一個十分有意義的科學(xué)問題。

在前人研究基礎(chǔ)上，筆者以川西地區(qū)晚侏羅世前陸盆地發(fā)育的淺水三角洲為例，利用地震數(shù)據(jù)、測井和錄井等資料，闡明前陸盆地發(fā)育的淺水三角洲沉積特征及主控因素，以期推動淺水三角洲理論在陸相湖盆研究中的發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

川西坳陷位于龍門山與龍泉山所限定的四川盆地西部，是晚三疊世以來形成的疊覆型盆地[9-11]。研究區(qū)中段西緣以龍門山?jīng)_斷帶為界（圖1），東緣以龍泉山隆起帶為界，北至安縣，南至成都，勘探面積約為1.1×104km2.

上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組沉積期，川西坳陷是一個再生前陸盆地[11-14]，地形平坦開闊，氣候炎熱干旱，發(fā)育了一套以淺水三角洲為主的沉積體系（圖2）[15-18]，構(gòu)造活動相對比較平穩(wěn)，盆地整體表現(xiàn)為持續(xù)下降的沉積背景。蓬萊鎮(zhèn)組厚度較穩(wěn)定，為800～1 100 m，具西厚東薄的特點，以灰綠色厚層塊狀中細粒長石質(zhì)石英砂巖與棕褐色泥巖互層為特征，自下而上分為蓬一段（J3p1）、蓬二段（J3p2）、蓬三段（J3p3）和蓬四段（J3p4）。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置（據(jù)文獻［11］修改）

圖2 川西地區(qū)侏羅紀前陸盆地構(gòu)造地層演化特征（剖面位置見圖1）

2 海平面變化與沉積特征

晚侏羅世，川西坳陷地形平坦開闊，氣候炎熱干旱，發(fā)育了一套以淺水三角洲為主的沉積體系[15-18]。川西坳陷的物源區(qū)主要有5個[16-18]，分別為龍門山北段—米倉山廣元（a）、龍門山中段安縣（b1）、漢旺（b2）、都江堰（b3）和龍門山南段寶興—霧中山一帶（c）。這一時期，川西坳陷共經(jīng)歷了2次大規(guī)模的湖平面上升和下降的過程[16]。

2.1 蓬一段沉積期

蓬一段沉積期（圖3a，圖3b），湖平面上升，來自不同方向的沉積體系展布范圍較小，向陸地方向退積。共發(fā)育長軸（a物源）和短軸（b1，b2和b3物源）2個方向的物源（圖3a，圖3b和圖4），受龍門山中段的逆沖推覆影響，短軸方向物源為這一時期的主要物源，b3物源尤為突出。研究區(qū)主要發(fā)育沖積扇—沖積平原—淺水三角洲—湖泊沉積體系，其中淺水三角洲是這一時期主要的沉積相類型，可以進一步劃分為淺水三角洲平原、內(nèi)前緣和外前緣3個亞相。淺水三角洲平原砂地比為0.4～0.5，主要分布在溫江地區(qū)，平行龍門山走向分布，面積約為2 704 km2；淺水三角洲內(nèi)前緣砂地比為0.2～0.4，主要分布在溫江—新都一帶，面積約為3 025 km2；淺水三角洲外前緣砂地比為0.1～0.2，主要分布在洛帶—中江—綿陽一帶，呈環(huán)帶狀和席狀，面積約為2 500 km2.

2.2 蓬二段沉積期

蓬二段沉積期（圖3c，圖3d），湖平面開始下降，沉積體系范圍逐漸擴大，并向盆地中心大規(guī)模進積。在物源方面，與蓬一段沉積期相比，具有繼承發(fā)展性，共發(fā)育長軸（a物源）和短軸（b1，b2，b3和c物源）2個方向的物源（圖3c，圖3d和圖4），受龍門山北段—米倉山的逆沖推覆影響，長軸方向的a物源供給作用增強，是研究區(qū)的主要物源；長軸物源和短軸物源在綿陽—新都地區(qū)交會。研究區(qū)主要發(fā)育沖積扇—沖積平原—淺水三角洲—湖泊沉積體系，淺水三角洲是蓬二段沉積期主要的沉積相類型，可以進一步劃分為淺水三角洲平原、內(nèi)前緣和外前緣3個亞相。淺水三角洲平原砂地比為0.3～0.4，主要分布在什邡—文星一帶，面積約為4 225 km2；淺水三角洲內(nèi)前緣砂地比為0.2～0.3，主要分布在大邑—德陽—新場一帶，面積約為2 809 km2；淺水三角洲外前緣砂地比為0.1～0.2，主要分布在溫江—洛帶一帶，呈席狀，面積約為3 025 km2.

圖3 研究區(qū)蓬一段—蓬二段沉積體系展布

2.3 蓬三段沉積期

蓬三段沉積期（圖5a，圖5b），由于湖平面再次上升，與蓬二段沉積期相比，不同方向的沉積體系展布范圍減小，向陸地方向微弱退積。共發(fā)育長軸（a物源）和短軸（b1，b2，b3和c物源）2個方向的物源（圖5a，圖5b和圖4），伴隨著構(gòu)造作用的轉(zhuǎn)換，沉積體系也發(fā)生遷移，龍門山中段b1物源發(fā)生強烈進積作用，是這一時期的主要物源之一；長軸物源和短軸物源在綿陽—文星—中江地區(qū)交會。研究區(qū)主要發(fā)育沖積扇—沖積平原—淺水三角洲—湖泊沉積體系，其中淺水三角洲是這一時期主要的沉積相類型，可以進一步劃分為淺水三角洲平原、內(nèi)前緣和外前緣3個亞相。淺水三角洲平原砂地比為0.3～0.4，主要分布在什邡—新場—文星一帶，面積約為3 844 km2；淺水三角洲內(nèi)前緣砂地比為0.2～0.3，主要分布在大邑—新都一帶，面積約為3 025 km2；淺水三角洲外前緣砂地比為0.1～0.2，主要分布在洛帶—中江—綿陽一帶，呈環(huán)帶狀和席狀分布，面積約為3 136 km2.

2.4 蓬四段沉積期

蓬四段沉積期（圖5c，圖5d），湖平面再次下降，不同方向沉積體系范圍逐漸擴大，并向盆地中心強烈進積。在物源方面，與蓬三段沉積期相比，具有一定的繼承性，共發(fā)育長軸（a物源）和短軸（b1，b2，b3和c物源）2個方向的物源（圖5c，圖5d和圖4），由于這一時期前陸盆地的構(gòu)造作用整體增強，來自不同方向的物源都向坳陷中心強烈進積，長軸物源和短軸物源在綿陽—中江地區(qū)交匯。研究區(qū)主要發(fā)育沖積扇—沖積平原—淺水三角洲—湖泊沉積體系，淺水三角洲是蓬四段沉積期主要的沉積相類型，可以進一步劃分為淺水三角洲平原、內(nèi)前緣和外前緣3個亞相。淺水三角洲平原砂地比為0.3～0.4，主要分布在新都—什邡—新場和中江地區(qū)，面積約為4 900 km2；淺水三角洲內(nèi)前緣砂地比為0.2～0.3，主要分布在新都—洛帶—中江一帶，面積約為2 601 km2；淺水三角洲外前緣砂地比為0.1～0.2，主要分布在溫江—成都一帶，呈席狀，面積約為2 809 km2.

圖4 研究區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組井震結(jié)合沉積相分析（剖面位置見圖3）

3 主控因素分析

陸相湖盆淺水三角洲的形成受多種因素控制，包括自旋回因素，如河流的進積作用；異旋回因素，如構(gòu)造運動[19]、氣候變化[20]、基準(zhǔn)面升降[21]和物源供給[22]等。對一個完整的源—匯—聚系統(tǒng)而言，在中游和下游，沉積體系的演化主要受海（湖）平面（近似基準(zhǔn)面）升降控制[19]，而在上游，海（湖）平面升降所引起的基準(zhǔn)面變化基本不會影響淺水三角洲的形成與發(fā)育，山前構(gòu)造抬升作用所導(dǎo)致的基準(zhǔn)面變化，是控制淺水三角洲演化的主要因素[19，23]。

在晚侏羅世，研究區(qū)所發(fā)育的淺水三角洲處于整個河流沉積體系的中游和下游，因此，河流能量和基準(zhǔn)面變化是控制蓬萊鎮(zhèn)組淺水三角洲發(fā)育的重要因素。在構(gòu)造方面，由于研究區(qū)距離龍門山北段—米倉山推覆構(gòu)造帶較遠，因此，構(gòu)造活動相對比較平穩(wěn)，盆地整體表現(xiàn)為穩(wěn)定下降的沉積背景[12-13]。然而，在前陸盆地，幕式造山運動是其典型特征[14]，構(gòu)造抬升控制著物源區(qū)的遷移，進而分配其內(nèi)部沉積物的充填，因此，幕式構(gòu)造抬升作用也是蓬萊鎮(zhèn)組淺水三角洲發(fā)育的主控因素之一。

3.1 河流能量

前人在對典型淺水三角洲—密西西比三角洲研究過程中認為，河流能量和侵蝕能力是控制其分支河道體系發(fā)育的2個重要因素[24]。盡管密西西比三角洲是一個海洋三角洲，但是，在陸上河流沖積體系部分，與湖泊三角洲具有一定對比性。蓬萊鎮(zhèn)組淺水三角洲分支河道體系主要發(fā)育在一個相對平坦開闊、巖性均一的沖積平原之上[15-18]，河流對下伏地層的侵蝕能力可以視作一個常數(shù)。因此，本文將重點討論河流能量對淺水三角洲的控制作用。

河流能量與地形坡度呈線性相關(guān)，控制著淺水三角洲河道體系的形成與演化（圖3，圖5）。若不考慮洪水期，在上游方向，由于地形坡度較陡，距離物源較近，河流能量最大；在下游方向，由于地形坡度逐漸變緩，河道分叉[24-25]，河流能量逐漸減小，所攜帶沉積物粒度也逐漸減?。▓D6）。另外，在相對炎熱和干旱的氣候條件下，由于蒸發(fā)作用和滲流作用[25]，也會導(dǎo)致河流能量逐漸減小。因此，從上游向下游方向，河流能量逐漸減弱，其對下伏地層的侵蝕能力也逐漸降低。

圖5 研究區(qū)蓬三段—蓬四段沉積體系展布

圖6 研究區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組長軸方向物源（a物源）礦物成分和粒度分析

3.2 幕式構(gòu)造抬升

除了自旋回因素，異旋回因素也對蓬萊鎮(zhèn)組淺水三角洲具有重要的控制作用。川西坳陷在蓬萊鎮(zhèn)組沉積期受板塊的差異擠壓應(yīng)力影響，周圍山脈發(fā)生幕式抬升[26-27]，控制著物源體系的變遷，進而控制沉積體系格局。主要包括龍門山中段前陸盆地階段（蓬一段沉積期）、龍門山北段—米倉山前陸盆地階段（蓬二段沉積期）和龍門山中段前陸盆地階段（蓬三段和蓬四段沉積期）（圖7，圖8）。

圖7 研究區(qū)晚侏羅世前陸盆地交替式、幕式抬升（據(jù)文獻［26］和文獻［27］修改）

龍門山中段前陸盆地階段（蓬一段沉積期），構(gòu)造應(yīng)力主要集中在龍門山中段前緣，山體發(fā)生強烈隆升，大量碎屑物質(zhì)從龍門山中段搬運下來，向坳陷內(nèi)部匯聚，是研究區(qū)的主要物源。受構(gòu)造運動的影響，研究區(qū)淺水三角洲呈現(xiàn)“短軸為主”的沉積格局（圖3a，圖3b），主要分布在溫江—新都—什邡一帶。

龍門山北段—米倉山前陸盆地階段（蓬二段沉積期），受揚子板塊差異性擠壓的影響，構(gòu)造作用發(fā)生遷移，前陸盆地的前緣坳陷發(fā)生轉(zhuǎn)換，由龍門山中段轉(zhuǎn)移到龍門山北段—米倉山前緣[26-27]。與此同時，由于山體強烈隆升，長軸方向的物源開始出現(xiàn)，主要為研究區(qū)供源。研究區(qū)淺水三角洲呈現(xiàn)“長軸為主、短軸為輔”的沉積格局（圖3c，圖3d），分別分布在中江以東地區(qū)和新都—德陽—文星一帶。

進入龍門山中段前陸盆地階段（蓬三段和蓬四段沉積期），在蓬三段沉積期，構(gòu)造格局再次發(fā)生變換，區(qū)域擠壓應(yīng)力由龍門山北段—米倉山轉(zhuǎn)移到龍門山中段前緣。短軸方向的物源再次承擔(dān)重要角色，與長軸物源共同為研究區(qū)供源；與第二階段相比，長軸方向的物源雖然有所減弱，但也是主要物源之一，以此區(qū)別于第一階段。研究區(qū)淺水三角洲的展布呈現(xiàn)“短軸為主、長軸為輔”的沉積格局（圖5a，圖5b），分別分布在新都—什邡—新場—文星一帶和中江地區(qū)。在晚侏羅世晚期，與蓬三段沉積期相比，構(gòu)造活動整體增強。這一時期，來自短軸方向的物源大規(guī)模向前進積，與長軸方向物源一起，為研究區(qū)供源；淺水三角洲的展布呈現(xiàn)“長短軸共同存在、此消彼長”的沉積格局（圖5c，圖5d），短軸物源主要分布在新都—什邡—新場—文星一帶，長軸物源主要分布在中江及以東地區(qū)。

圖8 異旋回因素對研究區(qū)淺水三角洲的控制作用（據(jù)文獻［26-27，29-30］修改）

3.3 基準(zhǔn)面變化

基準(zhǔn)面是指一個潛在的能量界面，用于描述地層的沉積狀態(tài)。在界面之上的地層容易發(fā)生剝蝕作用，在界面之下，一般發(fā)生沉積作用，而在界面附近，一般發(fā)生過路不沉積?；鶞?zhǔn)面的變化對湖—陸過渡沉積體系具有重要的影響，其控制著可容空間的大小，進而決定了沉積物的充填。一般地，對于陸相湖盆淺水三角洲，湖平面就是近似基準(zhǔn)面。因此，湖平面的升降是影響陸相湖盆淺水三角洲復(fù)合砂體形成的重要因素。陸相湖盆與海洋環(huán)境不同，具有水體淺、體積小、能量弱等特點[28]。在這樣一個環(huán)境下，湖平面的變化會相當(dāng)敏感，季節(jié)性降水、河流注入量等因素都會影響湖平面的升降，進而影響基準(zhǔn)面的變化。

在蓬萊鎮(zhèn)組沉積期，研究區(qū)湖平面變化頻繁[29-30]。假設(shè)盆地物源供給量為一個常數(shù)，在低頻層序（二級—三級，約為3×106a，對應(yīng)于本文的段）發(fā)育過程中，周期性的湖平面升降，控制著淺水三角洲的進積和退積（圖8）。通過對研究區(qū)蓬萊鎮(zhèn)組層序地層研究發(fā)現(xiàn)，這一時期，共發(fā)育2個三級層序，指示了2次較大規(guī)模的低頻湖平面上升和下降的過程。以蓬一段—蓬二段沉積期為例，湖侵體系域（TST）發(fā)育時期（圖3a，圖3b），由于湖平面的緩慢上升，來自不同方向的沉積體系不斷向陸地退積，湖域面積最廣；在湖退體系域（RST）發(fā)育時期（圖3c，圖3d），湖平面開始逐漸下降，各個方向的物源體系開始大規(guī)模向盆地中心進積，湖域面積發(fā)生萎縮。在蓬三段—蓬四段沉積期（圖5），湖平面變化、沉積體系演化與蓬一段—蓬二段沉積期具有相似的規(guī)律。

4 結(jié)論

（1）川西地區(qū)晚侏羅世前陸盆地發(fā)育的淺水三角洲沉積體系具有長軸、短軸物源共存的特點，并且在不同沉積階段，長軸、短軸方向物源體系供源能力具差異性。

（2）前陸盆地發(fā)育的淺水三角洲主要受自旋回作用（如河流能量）和異旋回作用（如基準(zhǔn)面變化和幕式構(gòu)造抬升作用）等因素控制。河流能量強弱與地形坡度呈線性相關(guān)，控制著淺水三角洲分支河道的形成與遷移。湖平面（基準(zhǔn)面）的升降，控制著淺水三角洲的進積與退積。

（3）在前陸盆地中，構(gòu)造作用控制著物源體系的變遷，進而分配沉積體系格局，幕式構(gòu)造抬升對淺水三角洲的控制作用，是前陸盆地區(qū)別于拗陷盆地和斷陷盆地的主要特征。