李相博，劉化清，鄧秀芹，王雅婷，龍禮文，魏立花，郝斌

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020

2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，西安 710018

0 引言

長(zhǎng)期以來(lái)，三角洲砂體被認(rèn)為是我國(guó)陸相含油氣盆地主要儲(chǔ)集類(lèi)型[1]，由此形成的三角洲成藏理論指導(dǎo)陸相盆地油氣勘探也取得了巨大成就[2-3]?？梢哉f(shuō)，在我國(guó)陸相盆地中，找油就是找三角洲，找到三角洲基本就能找到大油田。但近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些沉積學(xué)家提出在湖盆中央地區(qū)發(fā)育大規(guī)模河流扇砂體的新認(rèn)識(shí)，并認(rèn)為它們也是良好油氣富集相帶[4-8]。這一新觀點(diǎn)及其結(jié)論都源于他們對(duì)現(xiàn)代沉積、露頭剖面的詳細(xì)描述和對(duì)沉積—搬運(yùn)作用過(guò)程的精細(xì)研究，尤其是遙感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為沉積地質(zhì)學(xué)家在更大尺度上觀察沉積體系的整體形態(tài)和規(guī)模、進(jìn)而分析源匯系統(tǒng)提供了方便，代表了目前干旱環(huán)境下湖盆沉積研究的最新進(jìn)展。

事實(shí)上，以往在湖盆沉積相研究中，可能夸大了三角洲沉積的作用，就鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組而言，人們按照傳統(tǒng)思路所編制的沉積相圖為一種“滿盆三角洲模式”。這一情況也與現(xiàn)代沉積相悖，青海湖等現(xiàn)代沉積考察表明，一個(gè)湖泊在某一地質(zhì)時(shí)期最多發(fā)育1～2個(gè)主水系及相關(guān)三角洲體系。

河流扇概念的提出改變了以往陸相盆地砂體主要為三角洲成因的觀點(diǎn)，對(duì)于預(yù)測(cè)湖盆中心地區(qū)含油砂體分布具有重要作用。鑒于此，本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，一方面對(duì)河流扇概念、沉積特征及控砂機(jī)理進(jìn)行評(píng)述；另一方面，應(yīng)用這一概念，對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組原先普遍認(rèn)同的“三角洲控砂模式”進(jìn)行重新分析，以期為該區(qū)今后的油氣勘探部署提供科學(xué)依據(jù)。

1 干旱環(huán)境河流扇概念及研究進(jìn)展

1.1 河流扇相關(guān)概念術(shù)語(yǔ)與發(fā)展由來(lái)

追根溯源，河流扇（Fluvial Fans）概念的提出起始于人們對(duì)沖積扇（Alluvial Fan）的研究。最早認(rèn)為沖積扇是一種發(fā)育在干旱—半干旱地區(qū)的山前或地形陡變地帶呈扇狀分布的沉積體系，其沉積物顆粒通常較粗，主要發(fā)育辮狀河，泥石流，漫流和篩積物[9]。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)陸盆地中并非所有呈扇狀展布的沉積體系都具有沖積扇特征，于是根據(jù)“扇狀沉積體系”扇面上發(fā)育的河道類(lèi)型以及是否存在泥石流等現(xiàn)象，將其劃分為泥石流扇（Debris-flow Fan）、辮狀河扇、曲流河扇等類(lèi)型，后兩者統(tǒng)稱(chēng)為河流扇（Fluvial Fans）[9-10]。21世紀(jì)以來(lái)，對(duì)河流扇的研究不斷增多，Hartleyet al.[6]和Weissmannet al.[7]將半徑小于20～30 km的扇體成為沖積扇，將半徑在30～100 km的扇體稱(chēng)為河流扇，將半徑大于100 km的扇體稱(chēng)為巨型扇，并將三者統(tǒng)稱(chēng)為分支河流體系（Distributive Fluvial System，DFS）。

DFS概念將沖積扇、河流扇和巨型扇等整合在同一個(gè)術(shù)語(yǔ)體系，其提出得益于遙感技術(shù)的發(fā)展及其在地學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其衛(wèi)星遙感技術(shù)擴(kuò)大了人們的視野范圍，使得人們能夠?qū)Τ练e盆地內(nèi)發(fā)育的一系列沉積體系進(jìn)行總體的理解和把握，促進(jìn)了“扇狀沉積體系”分類(lèi)和描述的系統(tǒng)化、沉積微相和沉積模式研究的多樣化、沉積過(guò)程響應(yīng)解釋的精細(xì)化及源匯體系分析的定量化[8,11-12]。至此，人們對(duì)陸相盆地“扇狀沉積體系”的研究達(dá)到了一個(gè)新高度，也代表了目前陸相盆地河流沉積體系研究的最新進(jìn)展。

最新研究表明，在DFS體系中，沖積扇與河流扇（含巨型扇，下同）雖然都呈扇狀分布，但沉積動(dòng)力、沉積特征與模式相差很大。其中河流扇是由曲流河反復(fù)決口（Successive Avulsions）而形成的扇狀沉積體系，常發(fā)育在地形地貌平坦的內(nèi)陸干旱地區(qū)，其沉積物粒度通常較細(xì)，主要為洪泛平原、河道與決口扇沉積[5,13]，有時(shí)伴有風(fēng)成沉積[14]，但不發(fā)育泥石流與篩積物。正因?yàn)榫哂猩鲜鎏卣?，也有人將河流扇稱(chēng)為“干旱曲流河末端體系”[13,15]、“末端河流扇”（Terminal Fluvial Fan）[14]及“洪水—河漫湖”[16]等，雖然術(shù)語(yǔ)不同，但指的基本上都是干旱—半干旱環(huán)境下、遠(yuǎn)離物源區(qū)的洪泛平原沉積體系。

此外，在河流扇河道描述中，Weissmannet al.[7]與Northet al.[5]還區(qū)分了Distributive與Distributary兩個(gè)單詞的含義。Distributive一詞帶有沉積學(xué)意義，意味著河道呈分支狀，但不一定同時(shí)期都在活動(dòng)，經(jīng)常反映不同時(shí)期的河道疊加復(fù)合而形成的放射狀水系；Distributary一詞包含了地貌學(xué)意義，即各分支河道都存在流水，是同時(shí)活動(dòng)的（除非主河道不是滿負(fù)荷的）。鑒于此，本文建議采用“分支型河道”與“分流型河道”兩個(gè)術(shù)語(yǔ)，分別與英文單詞Distributive channels與Distributary channels相對(duì)應(yīng)。對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分的意義在于不同河道（河流）類(lèi)型形成的砂巖儲(chǔ)層構(gòu)型、幾何形態(tài)及其連通性不同[5]，分流型河道砂巖連通性好，而分支型河道砂巖在縱向上多被泥巖分割，兩者的油氣勘探意義差別較大。

需要說(shuō)明的是，對(duì)河流扇概念的認(rèn)識(shí)還涉及到另外一個(gè)術(shù)語(yǔ)—末端扇（Terminal Fan）。末端扇一直是一個(gè)存在頗多爭(zhēng)議的概念[17-18]，其最初提出者是Friend[19]，但他只是對(duì)末端扇主要沉積特征做了描述（如向下游沿程方向砂巖粒度減小，粉砂質(zhì)成分增多，砂體厚度減?。ㄅc河流深度變淺有關(guān)），發(fā)育小型交錯(cuò)層理，河道底界面平直，無(wú)下切現(xiàn)象等），并沒(méi)有提及形成末端扇的河流特征。Kellyet al.[20]通過(guò)對(duì)印度北部的Markanda河與蘇丹的Gash河兩個(gè)典型現(xiàn)代河流沉積體系的觀察研究，建立了末端扇形成的河流分布模型（圖1a）。該模型明確地反映了一種分流河道體系（Distributary Channels）（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“分流型河道”），其特點(diǎn)是向下游方向河道分叉呈扇形撒開(kāi)，河道的平面形態(tài)較為順直，且是同期活動(dòng)的（Coeval Distributary Channels）。受這一觀點(diǎn)影響，一些學(xué)者又提出了河流分流體系（Fluvial Distributary Systems）概念[21-22]，將末端扇、非末端沖積扇和河流扇全部涵蓋其中，并試圖用如圖1a所示的“分流型河道”模式來(lái)解釋其成因。

Northet al.[5]對(duì)上述模式與觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。他通過(guò)對(duì)被“末端扇”理論支持者做為經(jīng)典范例的兩個(gè)現(xiàn)代沉積露頭即Markanda與Gash河流體系的重新考察，認(rèn)為“分流型河道”與地質(zhì)實(shí)際情況不相符合。Markanda與Gash兩個(gè)河流都是季節(jié)性河流，經(jīng)常處于干涸狀態(tài)，不存在各分支河道中同時(shí)有流水的情況，而且兩個(gè)地區(qū)都受到人類(lèi)活動(dòng)的嚴(yán)重干擾，包括灌溉、種植和河道治理等影響，很難區(qū)分目前的河流地貌形態(tài)是受到人為因素干擾還是自然條件的影響。于是，Northet al.[5]及后續(xù)研究者[14-15]通過(guò)對(duì)世界上不同地區(qū)多個(gè)現(xiàn)代沉積實(shí)例的深入解剖，提出了如前所述的河流扇模型（圖1b）。該模型揭示了一種分支河道體系（Distributive Channels）（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“分支型河道”）,反映了在洪泛平原環(huán)境中，河道的反復(fù)決口（Successive Avulsions）是形成這類(lèi)“扇狀沉積體系”的根本原因。

值得注意的是，在河流扇模型中，Northet al.[5]諸多研究者雖然都強(qiáng)調(diào)了“分支型河道”的主導(dǎo)作用，但并沒(méi)有否認(rèn)“分流型河道”或“末端扇”的存在，認(rèn)為洪泛平原上的決口扇在未形成新的河道之前就是一個(gè)小型的“分流型河道”或者末端扇，代表曲流河的河流末端未河道化部分[22]，只是其發(fā)育范圍非常有限或者很小，與整個(gè)河流扇的形成沒(méi)有多大關(guān)系[5]。

1.2 河流扇的空間分布與主要沉積特征

Northet al.[5]認(rèn)為河流扇并不是只在河流末端才能形成（這也是他反對(duì)Kellyet al.[20]末端扇的理由之一），在河道交匯處更常見(jiàn)，尤其當(dāng)支流的流量超過(guò)干流時(shí)會(huì)造成主河道堵塞而形成河道匯聚型扇體（Tributary-Junction Fans）。在干旱環(huán)境洪水季節(jié)，情況更加復(fù)雜，由于每次的洪水流量不同，加上水體流動(dòng)過(guò)程中蒸發(fā)下滲消耗，只有少數(shù)情況下沉積物才能搬運(yùn)到河流體系的末端，大多數(shù)情況下陸源碎屑沉積物被卸載到搬運(yùn)路途中的不同位置上，如澳大利亞的Cooper Creek河就是這種情況。而且Northet al.[5]認(rèn)為河流扇上的河道也不是圖1a中那樣的順直河道（這是他反對(duì)Kellyet al.[20]末端扇的又一理由），而是向下游方向逐漸變窄變淺的高彎度的曲流河。

圖1 “分流型”與“分支型”河道模式（據(jù)North et al.[5]修改）（a）分流型河道，表示所有分支河道同期都含水；（b）分支型河道，每個(gè)時(shí)期通常只有一條河道含有水（T1、T2、T3分別代表不同時(shí)期，X代表河道T2改道至T3的位置，Y代表新河道T3疊加在廢棄河道T1的位置）Fig.1 Different patterns of(a)distributary channels;and(b)distributive channels(modified from North et al.[5])

總體來(lái)看，河流扇環(huán)境的上游近端河道較寬、深度較大，向下游沿程河道截面積逐漸減小直到河道完全消失。由于河道向下游變窄變淺，洪水容易越過(guò)或沖刷侵蝕堤岸形成決口扇[15]。事實(shí)上，決口扇是干旱環(huán)境下河流扇沉積體系的標(biāo)志性特征。Liet al.[23]通過(guò)對(duì)Colorado河末端區(qū)域主河道決口扇的研究發(fā)現(xiàn)，從上游到下游，決口扇在數(shù)量上具有明顯遞增趨勢(shì)，而且新的決口扇傾向發(fā)育于先存決口扇間的低地處，從而造成多期決口扇相互疊加，形成面積較大的席狀砂。河流扇體系的另一個(gè)特征是河流改道現(xiàn)象頻繁。改道主要是在先前決口河道的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而形成。與決口扇分布一樣，下游末端區(qū)域河流改道頻率遠(yuǎn)大于近端區(qū)域[13]。由此看來(lái)，河流扇體系的主要沉積單元包括河道沉積、天然堤、以及以決口扇沉積體為特色的洪泛平原沉積。其中河道沉積包括點(diǎn)壩沉積和河道充填，洪泛平原沉積（以決口扇微相為主）主要以泥巖和粉砂巖為主，發(fā)育水平紋層，大部分缺乏沉積構(gòu)造，風(fēng)化作用強(qiáng)烈，可能發(fā)育植被或者沒(méi)有[13]。

1.3 河流扇控砂機(jī)理

如上所述，河流扇主要形成于干旱區(qū)，那里的植被稀少，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量。尤其在熱漠環(huán)境（Hot Desert）中，氣溫晝夜變化無(wú)常，巖石的頁(yè)狀剝落、劈裂、壓碎等機(jī)械風(fēng)化作用強(qiáng)烈，加之在這種環(huán)境中，風(fēng)是主要地質(zhì)營(yíng)力，風(fēng)吹砂和塵土的磨蝕作用會(huì)進(jìn)一步加劇巖石的機(jī)械風(fēng)化作用[24]。長(zhǎng)此以往，在母源區(qū)形成了豐富的細(xì)粒碎屑物質(zhì)，為河流扇中砂質(zhì)沉積物準(zhǔn)備了充足的物源。

同時(shí)，在這種干旱環(huán)境中，由于降雨頻率極低，缺少大面積匯水區(qū)，地表徑流水源主要由高山冰雪融水及雷暴引發(fā)的洪水，尤其洪水能夠引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害并形成事件沉積。據(jù)文獻(xiàn)記載[24]，干旱區(qū)降雨從每年幾次到每10年或20年幾次，這樣的降雨可以快速發(fā)生，在短期內(nèi)形成大量雨水和地表徑流，由于缺乏植被覆蓋，河流快速流動(dòng)并容易造成暴洪，瞬間裹挾著大量泥沙沉積物長(zhǎng)距離向湖盆中心推進(jìn)。在此過(guò)程中，由于旱區(qū)的強(qiáng)烈蒸發(fā)與下滲作用，大部分的洪水與河流會(huì)消失在干旱湖盆岸線以上的荒漠中，同時(shí)也將攜帶的沉積物卸載于同一地帶[15,23,25]。多次洪水事件，能夠在湖盆中心地帶堆積大規(guī)模的砂質(zhì)沉積物。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組具有“滿盆含砂”的沉積特征，也許與此過(guò)程有關(guān)，詳見(jiàn)后文。

需要說(shuō)明的是，長(zhǎng)期以來(lái)，在沖積扇—辮狀河—曲流河—三角洲沉積體系中，受傳統(tǒng)沉積模式影響，人們一直認(rèn)為三角洲是沉積物卸載的最主要場(chǎng)所，砂體主要分布在三角洲相帶上，而河流相（包括辮狀河與曲流河）為長(zhǎng)條形的相帶，砂體分布有限。從上述干旱背景河流扇形成過(guò)程可以看出，陸上河流的反復(fù)改道與遷移形成的河流扇，同樣發(fā)育大規(guī)模富砂儲(chǔ)集相帶[11]。我國(guó)陸相盆地眾多，沉積演化歷史長(zhǎng)，古氣候干濕交替頻繁，沉積模式多樣。因此，正確應(yīng)用當(dāng)代國(guó)際沉積學(xué)界上在內(nèi)陸坳陷湖盆研究方面取得的新成果和新理論，對(duì)提高我國(guó)陸相盆地油氣勘探成功率、促進(jìn)石油工業(yè)發(fā)展具有重要的理論和經(jīng)濟(jì)意義。

1.4 河流扇與其它相關(guān)沉積微相區(qū)別

從上述河流扇形成過(guò)程不難看出，在干旱環(huán)境下，洪水量向河流的下游方向不斷減少，沖涮侵蝕能力也不斷減弱。雖然河流扇上存在數(shù)條呈“分叉狀”或“放射狀”分布的河道，但在洪水季節(jié)，通常也只有一條河道是活動(dòng)的（有水），其它均為廢棄河道；在非洪水季節(jié)，這些河道處于干涸狀態(tài)或存在由高山冰雪融水形成的少量水量。所有的這些特征，與在潮濕環(huán)境下，由于支流的匯入，河流向下游方向水量增大、河道加寬、侵蝕沖刷能力增大的情況大相徑庭。

河流扇沉積容易被誤認(rèn)為是三角洲沉積，尤其是因?yàn)槠淙菀着c潮濕環(huán)境下的淺水三角洲體系相混淆。如前所述，河流扇的形成與河流入湖（海）處的三角洲分流作用無(wú)關(guān)，而是由不同時(shí)期的河流改道遷移和疊加所形成。它們?cè)诔练e過(guò)程與模式方面存在明顯差異，如表1所示。

表1中清楚地表明，河流扇體系中河流并沒(méi)有進(jìn)入湖泊水體，而是消失在湖岸線邊緣或者岸線以上區(qū)域，因此不能稱(chēng)為三角洲。實(shí)際上，河流扇所在盆地的湖泊水位受季節(jié)性降水控制，通常為雨季時(shí)存儲(chǔ)一定水量，一旦雨季停止，湖水快速蒸發(fā)甚至干枯。例如玻利維亞烏尤尼鹽湖常年處于無(wú)水狀態(tài)，僅是雨季階段有水，因而Colorado河流扇體系不發(fā)育水下分流河道和河口壩[13]。相比較而言，三角洲是陸上河流入海（湖）后形成的常具有扇形特征的沉積體，其形成與水體關(guān)系密切，既有河口區(qū)湖盆（洋盆）水體的頂托與分流作用，也有和波浪和潮汐有關(guān)的改造作用。就陸相淺水三角洲而言，其通常發(fā)育在水深數(shù)十米范圍內(nèi)[27]，由于位于相對(duì)潮濕地區(qū)，所在湖泊水位較高，河流入湖，容易形成河口壩，進(jìn)而形成分枝狀模式[26]。

表1 干旱環(huán)境河流扇與淺水三角洲的區(qū)別特征一覽表Table 1 Contrast between fluvial fan in arid environment,and shallow water delta in humid environment

除了河流扇與淺水三角洲容易混淆外，如前所述，在河流扇下游，由于頻繁的漫溢事件形成了大量的決口扇。填平補(bǔ)齊過(guò)程促使決口扇沉積體相互疊加，形成面積更大的席狀砂，而這種薄且分布范圍大的砂體容易被誤認(rèn)為是三角洲前緣席狀砂體[13]。區(qū)分二者的關(guān)鍵是要搞清沉積背景。在以往的延長(zhǎng)組研究中，可能正是被這種“席狀砂體”所迷惑，所以才夸大了對(duì)三角洲沉積的認(rèn)識(shí)。

總之，氣候差異是導(dǎo)致河流扇與淺水三角洲及三角洲前緣席狀砂在沉積環(huán)境、沉積模式方面存在差異的根本原因。也許正因?yàn)槿绱?，中?guó)學(xué)者在進(jìn)行現(xiàn)代淺水三角洲沉積研究時(shí)，均以我國(guó)南方溫濕氣候條件下的鄱陽(yáng)湖為例[26,28]，而在研究河流扇或者季節(jié)性河流沉積作用時(shí)，都無(wú)一例外的選擇中國(guó)西北干旱環(huán)境下的新疆地區(qū)[8,29]或河西走廊與寧夏內(nèi)蒙地區(qū)[30-32]為例。

2 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組“滿盆砂”成因模式討論

鄂爾多斯盆地是我國(guó)第二大沉積盆地，三疊系延長(zhǎng)組是該盆地的主要產(chǎn)油層系，為一套連續(xù)分布的、厚度達(dá)千余米的碎屑巖巖系（1 000～1 500 m），前人根據(jù)沉積特征自下而上劃分長(zhǎng)10—長(zhǎng)1共10個(gè)油層組，其中長(zhǎng)7油層組為最大湖泛期，發(fā)育了盆地內(nèi)最主要的一套烴源巖系—張家灘頁(yè)巖。過(guò)去一直認(rèn)為，整個(gè)延長(zhǎng)組沉積期為溫暖潮濕氣候環(huán)境[33-34]，受其控制，每個(gè)油層組沉積時(shí)期都發(fā)育了完整的河流—三角洲—湖泊沉積體系，只是不同時(shí)期湖泊與三角洲面積有大有小而已。近期，筆者通過(guò)野外考察及室內(nèi)綜合研究，認(rèn)為延長(zhǎng)組沉積期古氣候具有干濕交替演變特征，其中在潮濕時(shí)期，匯水區(qū)面積大，湖盆發(fā)育三角洲沉積體系；而在干旱時(shí)期，匯水區(qū)較小或者不存在大面積匯水區(qū)，三角洲沉積作用有限，砂體以洪水主導(dǎo)的河流扇沉積為主。下面主要從古氣候及沉積特征方面對(duì)延長(zhǎng)組“滿盆砂”成因做簡(jiǎn)要討論。

2.1 延長(zhǎng)組沉積時(shí)古氣候具有三分性

大量證據(jù)顯示，只有延長(zhǎng)組中期（長(zhǎng)7油層組沉積時(shí)期）為溫暖潮濕氣候，而延長(zhǎng)組早期（長(zhǎng)10—長(zhǎng)8油層組沉積時(shí)期）屬于干旱氣候環(huán)境，晚期（長(zhǎng)6—長(zhǎng)1油層組沉積時(shí)期）屬于半干旱—半濕潤(rùn)氣候。

2.1.1 古生物證據(jù)

孢粉植物群是陸地生態(tài)系統(tǒng)和氣候環(huán)境信息的重要載體，孢粉化石組合的發(fā)生、發(fā)展、繁盛和消亡與氣候環(huán)境有密切的關(guān)系，因此通過(guò)孢粉組合與古植物群的研究能夠恢復(fù)其生存時(shí)期的古氣候環(huán)境[35]。本次研究的孢粉樣品取自湖盆中心地區(qū)慶36井，通過(guò)對(duì)整個(gè)延長(zhǎng)組孢粉化石組合的系統(tǒng)分析，顯示各層位似乎鮮有自己獨(dú)有的屬種。但比較各種植物發(fā)育的豐富程度，差異還是較為明顯（圖2）。

長(zhǎng)8—長(zhǎng)10油層組蕨類(lèi)植物孢子含量明顯高于裸子植物花粉含量（分別占71.1%和28.9%）[36]。其中光面三角孢屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，顯示孢粉分異度相對(duì)較低，植物種類(lèi)單調(diào)，指示氣候較為干旱。

長(zhǎng)8—長(zhǎng)10油層組相比較，長(zhǎng)7油層組沉積時(shí)期，植物的分異度顯著增大，除蕨類(lèi)植物孢子含量仍然較高外，裸子植物花粉含量明顯增加，分別為55.8%、44.04%。植物種屬也明顯增多，蕨類(lèi)植物中以光面圓形孢屬（Punctatisporites）和旋脊孢屬（Duplexisporites）最為豐度，分別達(dá)17.8%和13.68%，其次是紫萁孢（Osmundacidites）屬，占8.02%。另外，還發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的松柏類(lèi)植物花粉（如云杉粉屬）和蘇鐵類(lèi)植物花粉（單溝粉）。此外，前人在長(zhǎng)7暗色泥頁(yè)巖中還發(fā)現(xiàn)了大量介形蟲(chóng)、雙殼類(lèi)、魚(yú)類(lèi)化石及光球型疑源類(lèi)、葡萄藻藻類(lèi)等反映淡水沉積環(huán)境的化石組合[37]，所有這些均指示氣候轉(zhuǎn)為潮濕溫暖環(huán)境。

長(zhǎng)6—長(zhǎng)2油層組沉積時(shí)期以松柏類(lèi)為主的裸子植物花粉含量有所上升，為51.82%，其中以松型粉屬、云杉粉屬、開(kāi)通粉屬、單脊雙囊粉屬等含量較高。此時(shí)，蕨類(lèi)植物孢子含量相對(duì)減少，光面圓形孢屬和旋脊孢屬等含量較長(zhǎng)7也顯著減少。上述信息揭示，長(zhǎng)6—長(zhǎng)2時(shí)期的氣候條件可能已經(jīng)由長(zhǎng)7時(shí)期的溫暖潮濕演變?yōu)榇藭r(shí)的相對(duì)干旱溫涼。

2.1.2 稀土微量元素證據(jù)

許多學(xué)者利用微量元素特征對(duì)延長(zhǎng)組氣候進(jìn)行過(guò)研究，雖然他們的研究區(qū)域不同，所選用的微量元素種類(lèi)與方法各異，但結(jié)論基本是一致的，即延長(zhǎng)組中期為潮濕溫暖環(huán)境，早期與晚期為相對(duì)干旱環(huán)境。例如，張才利等[38]利用微量元素對(duì)長(zhǎng)7油層組沉積時(shí)古水介質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)Sr/Ba值為0.19～0.65、Th/U值為0.36～5.03，V/Ni值為1.75～5.53，認(rèn)為屬陸相淡水還原環(huán)境。范玉海等[39]利用喜干型元素Sr和喜濕型元素Cu的比值對(duì)盆地西部定邊—吳起地區(qū)延長(zhǎng)組沉積介質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示長(zhǎng)8—長(zhǎng)9的Sr/Cu比值總體大于長(zhǎng)7，尤其長(zhǎng)9的Sr/Cu比值大于10，認(rèn)為該地區(qū)長(zhǎng)9期氣候較為干旱，長(zhǎng)7期轉(zhuǎn)為溫濕氣候。羅順社等[40]通過(guò)對(duì)姬塬地區(qū)長(zhǎng)8泥巖樣品微量元素Sr/Ba比值的研究，發(fā)現(xiàn)Sr/Ba比值變化于0.1～0.4，平均0.24，顯示湖泊水體為微咸水。最近，譚聰?shù)萚34]系統(tǒng)測(cè)試了盆地中下三疊統(tǒng)Sr/Ba變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)10油層組與下伏地層紙坊組一樣，具有較高鹽度。水體鹽度的變化與氣候環(huán)境有關(guān)，較高鹽度被認(rèn)為是氣候干旱、蒸發(fā)量大造成的[41]。此外，張新建等[42]利用稀土微量元素研究證實(shí)，延長(zhǎng)組晚期為半干旱—半濕潤(rùn)環(huán)境。

2.1.3 深湖—半深湖面積分布證據(jù)

湖泊水體面積、尤其深湖范圍增大—減小往往與氣候的干濕變化過(guò)程相對(duì)應(yīng)。不同時(shí)期深湖—半深湖面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（圖3），延長(zhǎng)組沉積期水域面積表現(xiàn)為震蕩式擴(kuò)張—萎縮特征，其中長(zhǎng)10期主要為河流相，缺少湖相沉積[43]，長(zhǎng)9期湖盆開(kāi)始發(fā)育，深湖區(qū)面積有限，僅占盆地總面積的1.24%，為4 336 km2（以厚度大于6 m的深色泥巖計(jì)算）[44]，主要分布在盆地東南部志丹—富縣一帶。長(zhǎng)8期未見(jiàn)明顯深水區(qū)，其泥巖中普遍含炭質(zhì)泥巖、劣質(zhì)煤線及淺水生物遺跡化石，總體屬于淺覆水沼澤環(huán)境。長(zhǎng)7期湖平面快速上升，深湖面積達(dá)到最大，達(dá)65 000 km2，占盆地總面積的17.57%，水深達(dá)50～120 m[38]，長(zhǎng)6期以后湖盆面積迅速減小至26 781 km2，至長(zhǎng)1期，除陜北子長(zhǎng)地區(qū)殘留有小面積匯水區(qū)外，深湖區(qū)基本消失[45]。上述特征同樣反映了延長(zhǎng)組沉積時(shí)期古氣候環(huán)境由早期干旱轉(zhuǎn)向潮濕再向干旱變化的過(guò)程。

圖3 延長(zhǎng)組各時(shí)期深湖區(qū)面積Fig.3 Areas of deep lakes in each period of the Yanchang Formation

2.1.4 古土壤證據(jù)

本次通過(guò)對(duì)陜北地區(qū)多條露頭剖面（宜川仕望河、延河）觀察與實(shí)測(cè)（圖4a），在延長(zhǎng)組下部的長(zhǎng)10—長(zhǎng)8及上部的長(zhǎng)6—長(zhǎng)1共發(fā)現(xiàn)了近20層古土壤，它們主要分布在河流相沉積韻律的最上部洪泛平原或者天然堤環(huán)境中，主要特征是巖石普遍呈疏松狀，層理不發(fā)育，除個(gè)別顏色較深，可能為潮濕環(huán)境下形成外（圖4d，e），大多數(shù)古土壤層的顏色呈現(xiàn)黃色與淡黃色，普遍見(jiàn)植物根系、垂直蟲(chóng)孔等生物遺跡化石（圖4b，c），常伴生高嶺土黏土層、鈣質(zhì)結(jié)核或鐵質(zhì)氧化層等。

圖4 延河剖面延長(zhǎng)組長(zhǎng)7—長(zhǎng)6段沉積相與古土壤露頭照片（a）長(zhǎng)7—長(zhǎng)6段實(shí)測(cè)巖性柱狀圖（據(jù)鄒才能等[28]修改）；（b）長(zhǎng)62頂面古土壤層（位置見(jiàn)圖4b）；（c）照片b的局部放大,淡黃色泥質(zhì)粉砂巖中見(jiàn)大量植物根系，指示干旱環(huán)境；（d）長(zhǎng)7頂面古土壤層（位置見(jiàn)圖4d）；（e）照片d的局部放大,淡灰色—黑色泥質(zhì)粉砂巖中見(jiàn)大量植物根系，蟲(chóng)孔等，指示潮濕環(huán)境（注：白色雙向箭頭及數(shù)字表示古土壤層的位置及厚度）Fig.4 Sedimentary facies and paleosol outcrops of 7-6 member,Yanchang Formation(Yanhe section)

上述大多數(shù)古土壤層顏色、層理構(gòu)造、生物遺跡等特征與前人在現(xiàn)今鄂爾多斯盆地東緣豫西地區(qū)的發(fā)現(xiàn)與研究基本是一致的[46-47]。豫西地區(qū)濟(jì)源盆地油房莊組（與延長(zhǎng)組長(zhǎng)10—長(zhǎng)8地層相當(dāng)）、譚莊組（與延長(zhǎng)組長(zhǎng)2—長(zhǎng)1地層相當(dāng)）普遍發(fā)育古土壤及鈣質(zhì)結(jié)核，一般認(rèn)為是干旱環(huán)境下沉積物（巖石）土壤化作用的結(jié)果。此外，在延長(zhǎng)組古土壤層頂部，經(jīng)常伴生有薄層有機(jī)質(zhì)層如炭屑、植物碎片、炭質(zhì)泥巖及劣質(zhì)煤線等，有時(shí)還伴生泥裂現(xiàn)象，這些也代表淺覆水或干旱暴露現(xiàn)象。

2.2 延長(zhǎng)組沉積中存在多期洪水事件層

受上述潮濕氣候環(huán)境影響，長(zhǎng)7油層組沉積期匯水區(qū)面積大（包含長(zhǎng)63油層組），為湖盆發(fā)育鼎盛時(shí)期，全盆地以富含有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖（烴源巖）湖泊沉積體系為主，并廣泛發(fā)育三角洲體系。這一時(shí)期湖盆中心地區(qū)的砂體主要為重力流成因或三角洲與重力流復(fù)合成因等，目前已有眾多研究成果發(fā)表[48-51]，不再贅述。

除長(zhǎng)7油層組外，其它油層組砂巖均以河流相為主，單層砂體厚度幾十公分到數(shù)十米不等，內(nèi)部普遍發(fā)育平行層理、大型槽狀、楔狀及板狀交錯(cuò)層理等牽引流沉積構(gòu)造特征。在最近的野外考察中，作者在這些砂巖中發(fā)現(xiàn)了大量樹(shù)木化石，其保存狀態(tài)指示了這些樹(shù)木曾遭受過(guò)洪水襲擊，其宿主砂巖可能屬于洪水成因。

樹(shù)木化石大多分布在河道砂巖與古土壤層界面附近，一般樹(shù)莖稈部分分布在砂巖底界面以上的決口扇砂巖中，根系部分保存在洪泛平原頂部的古土壤層附近（圖5）。它們的形態(tài)各異，有的樹(shù)木根系與莖干部分均保留完整（圖5e～g）；有的因受洪水襲擊，莖干已被完全折斷或部分折斷，折斷的莖稈或原地倒伏（圖5a，b）或被洪水沖走缺失（圖5c，d），殘留部分與根系一起呈歪斜狀態(tài)分布在地層中，歪斜方向指示了洪水流動(dòng)的方向（圖5a～d）。此外，在河道砂巖底部，常見(jiàn)大量呈定向分布的炭化植物莖稈，單個(gè)莖稈長(zhǎng)度通常3～50 cm不等，直徑在1～8 cm，顯然，它們也是洪水事件的產(chǎn)物。

圖5 延長(zhǎng)組洪水事件地質(zhì)露頭特征（a）被折斷的植物莖稈與根系一起呈斜歪狀態(tài)展布，歪斜方向指示古洪水流向，延河剖面羅子山長(zhǎng)9露頭；（b）照片a的解釋?zhuān)唬╟）植物莖干大部分被折斷缺失，殘留的少部分與根系一起呈斜歪狀態(tài)展布，歪斜方向指示古洪水流向，薛峰川剖面長(zhǎng)3露頭；（d）照片c的解釋?zhuān)?e）在地層中直立分布的樹(shù)木化石，其根系部分宿主巖石為暗紅色粉砂質(zhì)泥巖，發(fā)育大量生物遺跡化石，顯示為洪泛平原微相；莖干部分宿主巖石為含泥質(zhì)粉細(xì)砂巖，塊狀，無(wú)層理，底面平直，顯示為沉積速率很高的決口扇沉積，由此推測(cè)該樹(shù)木當(dāng)時(shí)位于河流末端低洼處，因洪水決口被一次性掩埋而成化石，延河剖面黑家堡長(zhǎng)3露頭；（f，g）在地層中直立分布的樹(shù)木化石,其宿主巖性與照片e基本相似，照片f為延河剖面長(zhǎng)4+5露頭，照片g與照片e位置相同.圖中藍(lán)色箭頭指示洪水流動(dòng)方向，紅色箭頭指示化石分布位置。Fig.5 Sedimentary characteristics of flood events in Yanchang Formation

上述特征充分表明，在2億年前的延長(zhǎng)組沉積時(shí)期，洪水事件頻繁發(fā)生，這些形態(tài)各異的植物化石，正是遭遇了洪水襲擊的結(jié)果，其宿主砂巖應(yīng)該屬于洪水成因。實(shí)際上，洪水事件形成的植物化石，在延長(zhǎng)組各砂巖層段均有分布，這意味著大部分砂巖可能屬于洪水成因，相關(guān)研究工作將另文討論。

2.3 延長(zhǎng)組“滿盆砂”成因模式探討

綜上所述，延長(zhǎng)組沉積的氣候具有三分性，其中延長(zhǎng)組中期（長(zhǎng)7）為潮濕氣候，匯水區(qū)面積較大，主要發(fā)育三角洲及重力流砂體，其沉積模式以湖泊—三角洲—重力流為主導(dǎo)（圖6b）。延長(zhǎng)組早期（長(zhǎng)10—長(zhǎng)8）、晚期（長(zhǎng)6以上）砂巖沉積均以河道牽引流為特色，砂巖層與層之間常被干旱環(huán)境古土壤層所分割，砂體內(nèi)部沉積構(gòu)造主要為平行層理、大型交錯(cuò)層理，常見(jiàn)植物莖干化石及泥礫，總體反映了一種反映水淺流急、水動(dòng)力強(qiáng)、河道擺動(dòng)頻繁、水體間歇性活動(dòng)的特征，結(jié)合前述的干旱氣候特征，作者認(rèn)為屬于河流扇沉積（圖6a）。其形成大致過(guò)程是，在長(zhǎng)期的干旱環(huán)境下，由于強(qiáng)烈的機(jī)械物理風(fēng)化作用，在盆地內(nèi)部及周緣積累形成了豐富的細(xì)粒碎屑物質(zhì)，當(dāng)百年或千年一遇的暴雨發(fā)生時(shí)，地表徑流或洪水裹挾著大量泥沙沉積物從四面八方向盆地中心方向推進(jìn)，由于蒸發(fā)與下滲作用，大部分的洪水會(huì)消失在干旱湖盆岸線以上的沿程路徑上或者荒漠中，同時(shí)在湖盆岸線附近形成泥沙沉積物堆積區(qū)。由于洪水事件經(jīng)常伴隨著河流改道，多次這樣洪水事件與河流頻繁改道，最終在湖盆中心地帶形成類(lèi)似三角洲一樣的扇狀砂質(zhì)沉積物，這也許就是鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組“滿盆含砂”形成的原因。

圖6 延長(zhǎng)組沉積模式圖（a）干旱時(shí)期的河流扇沉積模式，圖中揭示在干旱環(huán)境下，陸相盆地匯水區(qū)面積較小，主要沉積單元為洪泛平原、河道與決口扇，河流扇中的“扇狀沉積體系”主要由洪水期曲流河決口、改道遷移而形成；（b）潮濕時(shí)期的湖泊—三角洲—重力流模式，圖中揭示在潮濕環(huán)境下，陸相盆地匯水區(qū)面積大，主要沉積單元有河流、三角洲，深湖—半深湖及重力流沉積。Fig.6 Sedimentary model of fluvial fan of Yanchang Formation in arid period

需要說(shuō)明的是，目前的大多數(shù)研究者都傾向于延長(zhǎng)組砂體成因?yàn)椤昂慈侵蕖被蛘摺皽\水三角洲”觀點(diǎn)[28,52-55]。如前所述，區(qū)分兩者的關(guān)鍵是要確認(rèn)是否存在一定規(guī)模的匯水區(qū)以及河流是否匯入到了水體當(dāng)中，筆者認(rèn)為這需要結(jié)合古氣候、古地理以及巖性巖相等多方面的資料綜合判斷（詳見(jiàn)表1）。

3 討論與結(jié)語(yǔ)

湖盆在不同沉積演化階段，通常具有不同的砂體成因類(lèi)型。過(guò)去人們一直沿用一種固定模式即三角洲模式來(lái)解釋延長(zhǎng)組所有的沉積體系與砂體分布，導(dǎo)致整個(gè)延長(zhǎng)組從長(zhǎng)10到長(zhǎng)1表現(xiàn)為一種“滿盆三角洲”的沉積格局，這在現(xiàn)代沉積中很難找到實(shí)例，令人費(fèi)解。

筆者從前述古氣候演變角度出發(fā)，認(rèn)為延長(zhǎng)組中期長(zhǎng)7油層組（在湖盆中心地區(qū)，可能包含長(zhǎng)63油層組）沉積期為湖盆發(fā)育鼎盛時(shí)期，氣候溫暖潮濕，匯水區(qū)面積大，全盆地以富含有機(jī)質(zhì)的泥頁(yè)巖（烴源巖）湖泊沉積體系及三角洲—重力流體系為主；延長(zhǎng)組下部長(zhǎng)10—長(zhǎng)8與上部長(zhǎng)6—長(zhǎng)1油層組沉積期，氣候炎熱干燥，湖盆蒸發(fā)量大于降水量，缺少大面積匯水區(qū)，全盆地沉積以河流扇為主。

在以往延長(zhǎng)組沉積研究中，夸大了三角洲的沉積作用，實(shí)際上許多砂體是干旱背景下、由河流作用形成的事件沉積，即河流扇，與三角洲作用無(wú)關(guān)。河流扇體系的砂巖與潮濕環(huán)境水進(jìn)域富有機(jī)質(zhì)泥巖相匹配，十分有利于大型巖性油氣藏的形成，從而使延長(zhǎng)組由“滿盆含砂”變?yōu)椤皾M盆含油”。該研究完全改變了以往大型坳陷湖盆以“三角洲模式”為主導(dǎo)的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，對(duì)豐富發(fā)展陸相盆地沉積理論認(rèn)識(shí)及指導(dǎo)油氣勘探實(shí)踐均有積極意義。

致謝 阿根廷南方國(guó)立大學(xué)Carlos Zavala教授參加了野外地質(zhì)考察工作，在此深表感謝！