沉积相类型及沉积特征

Answer 1

在湖盆的地质发育过程中，由于构造、物源、水介质条件等因素影响湖泊沉积作用，在不同的沉积位置湖盆的沉积环境特征及相应的沉积产物也是不同的，据此可以将牛庄洼陷沙二段划分出三角洲相、湖泊相、河流相等沉积相类型。

( 一) 三角洲相

三角洲是在河流与海洋、湖泊的汇合处所形成的扇形或舌形的碎屑沉积体。三角洲形成受多种因素制约，主要有河流的流速、泄水量、搬运砂泥量; 泄水和蓄水体的相对密度的大小，沉积介质类型 ( 河流、波浪、潮汐、海流) 和强度; 沉积盆地的构造性质，其中包括沉积盆地的稳定性，沉降速度和海水进退等。如果河流较大，搬运来的泥砂多，而海 ( 或湖) 水作用弱，则三角洲迅速生长发育，并不断向盆地方向推进; 反之，三角洲发育缓慢，甚至不发育，而以河口湾环境出现，因而，三角洲沉积是河流和海 ( 湖) 相互作用的产物。

三角洲沉积由三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等亚相所组成。对于牛庄洼陷沙二段来说，上述亚相类型都有所出现。

1. 三角洲平原

三角洲平原是三角洲陆上为主的部分，区内所能识别的垂向微相类型为分流河道沉积、分流河道间、决口扇等。分流河道是河流进入三角洲后不断分叉所形成的枝状河道，不与湖水直接接触; 岩性上相对较粗，含砾砂岩、粗 － 中砂岩等较为常见; 沉积物颜色为灰白色或浅褐色等色调; 分流河道沉积和下伏泥岩之间为冲刷接触，顶部也因为河流的改道突变为泥岩，从而在自然电位曲线上多呈现箱形特征，但在不同的位置，其电相特征存在较明显差异 ( 图 5 －1) 。分流河道间微相分布于主要分流河道中间的凹陷地区，常与间歇性湖相连通; 岩性主要是泥岩，中夹少量透镜状粉砂岩和细砂岩，其中泥岩常具有紫红色和棕色等氧化色，有时也可具有灰色及灰绿色等中性色及弱还原色 ( 图 5 －2) 。岩石中水平纹理发育，一般较弱或不明显，但是有时可见植物茎和植物根迹等植物生长成因的化石或遗迹化石。决口扇微相也分布于分流河道间的相对低洼的位置，是洪水来临时洪水暂时冲垮局部天然堤而进入分流河道间所沉积的扇形沉积; 决口扇沉积物的粒度一般低于分流河道沉积，两者也可能相近，但是其厚度显著变小; 决口扇和其底部泥岩之间为侵蚀接触、顶部则受洪水能量逐渐减弱等因素的影响而呈现逐渐变细的特征，并和正常的分流河道间沉积呈现过渡关系。正因为如此，决口扇沉积在自然电位曲线上多呈现顶部快速收敛的钟形或指状形态 ( 图 5 －2) 。

图 5 －1 三角洲平原亚相电相模式图

图 5 －2 三角洲平原亚相中微相类型及其特征

2. 三角洲前缘

三角洲前缘是三角洲以水下为主的部分，位于分流河道的前端，为三角洲最活跃的沉积中心，由于同时还遭受湖水的冲刷作用，一般形成结构和成分成熟度都较高的砂质沉积集中带，可构成良好的储集层，研究区可识别的微相有水下分流河道、分流河口砂坝、远砂坝和支流间湾等。

( 1) 水下分流河道。水下分流河道是三角洲平原辫状水道向湖的延伸，具有受湖水改造的特征。岩性以砂岩、粗砂岩、砾质砂岩为主，具有板状、槽状交错层理，反映了高能、强水流及快速沉积的特点。粒度概率累积曲线以两段式为主，即由悬浮次总体和跳跃次总体两部分组成，粒度分布相对集中，悬浮次总体含量较大，此外三段式也相对较常见，但是滚动次总体一般发育较差; 在测井曲线上水下分流河道常表现为钟形、箱形( 图 5 － 3) 或钟形与漏斗形的复合型的钟形部分，分别对应于水下分流河道与下伏支流间湾沉积的侵蚀接触或者由分流河口砂坝沉积往上向水下分流河道沉积的过渡，有时也可以具有指状特征。水下分流河道粒度较粗、砂体厚度也相对较厚。

图 5 －3 牛 13 井录井及测井曲线特征

( 2) 分流河口砂坝。由河流带来的砂泥物质在河口处因流速降低而迅速堆积而成，其岩性主要为灰色细砂岩、粉砂岩、灰色或灰绿色泥岩组成，含炭屑; 层理类型多为槽状交错层理、楔状交错层理、波状以及变形层理，也有时出现平行层理; 粒度概率曲线上滚动次总体一般不发育，跳跃次总体倾角中等，并且多出现冲刷 － 回流点 ( 图 5 －3) ，悬浮次总体含量变化较大等特点，也可以是跳跃次总体倾角较大的二段式 ( 图 5 －4) 。本区河口坝沉积的砂体单层砂层厚度大，分选好，主要成分为石英，颗粒支撑，杂基含量一般相对较少，砂体在纵向上有两种表现形式，一种形式为自然电位曲线特征呈漏斗 － 箱形组合( 图 5 － 3) ，这是由三角洲前缘逐渐进积的结果; 另一种形式是以单层砂层的形式和支流间湾沉积成近于突变接触 ( 图 5 －5) ，自然电位曲线表现为箱形或微齿化箱形。

此外由于分流河口砂坝是水道入湖处形成的坝状浅滩，在三角洲向湖推进的过程中，它在垂向上也具有粒度变粗、单砂层厚度逐渐增大的趋势，呈现若干个典型的反序序列，向下过渡为正常湖泊沉积，测井曲线也常显示不同程度的漏斗形状特征。

图 5 －4 官 7 井二段式概率累积曲线

图 5 －5 史 114 井分流河口砂坝纵向沉积组合

( 3) 远砂坝。位于河口坝前较远的部位，沉积物主要由灰色粉砂岩、泥质粉砂岩和深灰色泥岩、粉砂质泥岩组成，或呈现砂泥岩薄互层的特征 ( 图 5 － 6) ，沉积构造以水平、波状层理为主，沿层面富含炭屑、虫孔、潜穴、印模、生物扰动作用较强，自然电位曲线呈低幅指状或齿形 ( 图 5 －3) 。

( 4) 支流间湾沉积。位于水下分流河道之间的位置，一般处于水下环境，但是水体较浅，沉积物以泥质沉积为主，也可以出现少量薄层状或透镜状泥质粉砂岩夹层 ( 图 5 －7) ，植物碎片可能含量较高，生物扰动也较强，有时出现富生物化石的泥岩; 由于该沉积环境具有浅水的特征，波浪作用也较弱，因此在岩心上常见碳质波状纹层 ( 图 5 －8) 。测井曲线上一般表现为泥岩段的特征 ( 图 5 －5) 。

图 5 －6 远砂坝沉积，官 105 井 2316m

图 5 －7 支流间湾沉积的透镜状薄砂层，官 7 井 3 ( 48/51)

图 5 －8 生物扰动及炭屑波状纹层，牛 38 井 1 ( 10 －26)

图 5 －9 前三角洲青灰色泥岩，牛 117 井 1 ( 15 －18)

3. 前三角洲

前三角洲亚相位于三角洲前缘的前方，是三角洲体系中分布最广、沉积最厚的地区。沉积物完全形成于水下，且多数是在湖水波浪运动不能涉及的深度下形成的。在岩性上，前三角洲亚相主要由暗灰色、青灰色粘土 ( 图 5 －9) 和粉砂质粘土组成，或有时含有少量河流带来的极细砂。

前三角洲沉积物中沉积构造不发育，主要为水平层理和块状层理，偶见透镜状层理，有时生物扰动和潜穴较明显。

( 二) 湖泊相

研究区沙二段水深总体较小，可识别的亚相类型为滨湖亚相、浅湖亚相等。

1. 滨湖亚相

滨湖位于岸线附近，在枯水期露出水面，而在最大洪水期则被淹没，受湖水涨落影响显著。

当砂质供应充分时，开阔湖岸可形成砂质湖滩，在水体持续变浅过程中如果沉积物供应相对充足则可以形成继承性的滩坝沉积; 反之，可形成以灰绿色、灰褐色泥岩夹粉砂岩的泥质滩，水动力较弱。

滨湖环境的砂质沉积由于经受河流的长距离搬运，又经过湖浪的反复冲刷，一般都具有较高的成熟度，分选和磨圆都较好，主要成分为石英和长石，也混有一些重矿物，沉积构造主要是各种类型的交错层理和波痕。

滨湖的砂质沉积中生物化石较稀少，可出现植物碎片、鱼骨片、介壳碎片等，有时可出现双壳类介壳滩; 在细砂岩及粉砂岩中常见有潜穴; 泥质沉积及泥炭沉积物主要分布在平缓的背风湖岸和低洼的湿地沼泽地带，泥质层具有水平层理、粉砂岩具有小型波状层理。

滨浅湖亚相可识别的微相类型有泥坪、混合坪、湖滩等。

( 1) 泥坪。位于滩坝或者湖滩的两侧，岩性主要为泥岩，夹有薄层砂岩。泥坪颜色以灰白色、浅灰色等为主，受洪水携带物及氧化作用等因素的影响，也可以出现紫红、棕红等氧化色，或总体呈现杂色特征 ( 图 5 －10) 。水动力条件弱。生物大量发育，但是品种相对较少。泥坪自然电位曲线特征以平直段为主，夹少量低幅指状曲线。

图 5－10 王 5 井沙二段滨湖及浅湖沉积

( 2) 混合坪。位于滩坝或者湖滩沉积的两侧，与泥坪呈逐渐过渡关系。混合坪在岩性上表现为泥岩、泥质粉砂岩和粉砂岩互层出现，在岩性组合上总体呈现以泥岩含量相对较多或两者含量相近的特征 ( 图 5 －10) 。可见浪成交错层理、生物扰动和潜穴。

( 3) 湖滩。岩性主要为粉砂岩。岩层厚度比滩坝薄。水动力条件强，可见槽状交错层理、浪成交错层理，由于水体较浅，氧化性较强，加上受洪水作用等的影响，在纵向上常与浅灰色泥岩乃至紫红色泥岩相伴出现 ( 图 5 － 11) 。可见不同程度的生物扰动、潜穴，介壳碎片较发育。湖滩沉积常呈较薄而相对稳定的砂层出现在滨湖区，自然电位曲线往往呈现低幅锯齿状特征 ( 图 5 －11) 。在纵向上也常和分流河口砂坝或滩坝沉积相伴生。

图 5－11 湖滩沉积特征 ( 牛 8 井)

2. 浅湖亚相

浅湖区水介质能量低，沉积物以粉砂和泥为主，夹有细砂岩透镜体，分选性亦较好，生物化石丰富且保存较为完整，可以有少量的炭屑。层理以不规则的水平层理和小型交错层理、脉状层理、透镜状层理为主，沉积物中常见潜穴、虫孔等生物遗迹构造; 当碎屑物质供应不充分时，碳酸盐岩开始沉积，类型为粒屑灰岩 ( 螺灰岩、介形虫及生物碎屑灰岩) 。不同类型碳酸盐岩的分布位置不尽相同，但横向相带及纵向层序变化很有规律，表现为生物碎屑灰岩分布在近岸动荡的滨浅湖区，螺 ( 完整螺) 介形虫灰岩分布于水体相对较安静的浅湖区。浅湖亚相可识别的微相类型是泥坪、生物滩、滩坝等沉积类型。

( 1) 泥坪。属于浅湖沉积，介于正常浪底与风暴浪底之间，偶见风暴岩。岩性以灰色、灰绿色泥岩为主 ( 图 5 －12) ，泥岩厚度一般较大，泥岩中可含少量较完整的生物化石，其中生物多为螺、介形虫等。纵向上浅湖泥坪沉积可以出现于前三角洲下部，这时两者难于区分，仅可以根据位置来大致进行判断; 分布在三角洲前缘及前三角洲沉积的顶部，也可以分布在滩坝沉积的顶底位置。

( 2) 碳酸盐滩。主要有生物灰岩、泥灰岩、泥云岩等，以生物灰岩为主，生物类型主要为螺及介形虫。碳酸盐滩沉积厚度较小，出现也相对局限。研究区内碳酸盐岩主要见于层序Ⅳ中部的准层序Ⅲ中，厚度一般小于 1 ～2m ( 图 5 －13) ，甚至只有十几厘米 ( 图5 － 14) 。在纵向上碳酸盐岩滩常出现在浅湖亚相泥岩中，此外也常和碎屑岩滩坝以及远砂坝有空间上的联系，碳酸盐岩滩坝一般出现于碎屑岩滩坝或远砂坝的顶部，其下部生物个体一般相对较完整，往上逐渐变得破碎。

图 5 －12 浅湖泥坪沉积 ( 牛 38 井)

图 5 －13 王 121 井的碳酸盐滩沉积

3. 滩坝

滩坝沉积是研究区相对较常见的一种沉积类型。岩性主要为细砂岩、粉细砂岩、泥岩、碳质页岩以及生物灰岩或含生物碎屑的泥岩，总体以细粒沉积为特征。沉积构造类型多样，主要有层理、波痕、生物扰动、潜穴以及植物根茎等。层理主要有平行、波状、砂纹、槽状交错、块状、水平等，其中块状层理多由生物扰动所致。

滩坝沉积在纵向上总是从外侧开始，逐渐向主体演化，并逐渐转化为内侧的静水或相对静水沉积，因此滩坝沉积在岩性上一般表现为从下而上由细变粗然后再由粗变细的特征，在泥质含量上也呈现相似的变化特征。在电测曲线上特征也较为清楚，如在自然电位曲线上多表现为漏斗形和钟形的复合形态 ( 图 5 －15) 。

图 5 －14 生物灰岩，河 167 －斜 2 井 1 ( 17/35)

图 5 －15 砂坝沉积及其电性特征 ( 史 114 井)

4. 半深湖亚相

半深湖位于波击面以下水体较深的部位，地处乏氧的弱还原 － 还原环境，沉积物主要受湖流作用的影响，以粘土岩为主，具有粉砂岩、化学岩的薄夹层或透镜体，粘土岩常为有机质丰富的暗色泥、页岩或粉砂质泥、页岩。水平层理发育，间有细波状层理，化石较丰富，以浮游生物为主，保存较好。底栖生物不发育，可见菱铁矿和黄铁矿等自生矿物。深湖亚相也是湖泊环境中常见的沉积相类型，它位于盆中水体最深部位，波浪作用已完全不能涉及，水体安静，地处乏氧的还原环境，底栖生物完全不能共存，沉积物粒度细、颜色深、有机质含量高，以质纯的泥岩、页岩为主，并发育有灰岩、泥灰岩、油页岩，层理发育，主要为水平层理和细水平纹层，常见介形虫等浮游生物化石，保存完好。黄铁矿是常见的自生矿物，多呈分散状分布于粘土岩中。

由于研究区在沙二段沉积时期，湖水总体较浅，因此没有出现深湖沉积，半深湖亚相在各井中也所见较少。在分布层位上主要出现于层序Ⅲ的最下部沉积的早期; 在分布地区上主要位于研究区西部，特别是西北部地区，分布面积较小，如在牛 13 井以西的地区有少量出现。其岩性主要表现为深灰色泥岩等，泥岩质较纯，分散状、团块状黄铁矿颗粒或集合体有时可见。此外在泥岩中有时还可以出现中—薄层状浊积岩沉积。

( 三) 河流相

河流是流水从陆地流向海洋和湖泊的通道，也是沉积物由陆地搬运到海洋和湖泊中去的主要营力。根据河流的分岔参数以及弯曲度可以把它分为顺直河、辫状河、曲流河和网状河等类型。

牛庄洼陷河流沉积环境相对少见，主要出现于准层序组Ⅲ － 3 中，河流类型为曲流河。曲流河河道坡度较缓、流量稳定，搬运形式以悬浮负载和混合负载为主，沉积物较细，一般为砂岩及泥岩沉积; 曲流河河道的弯曲度一般较大，截弯取直作用容易发生。根据沉积特征的不同，可以将曲流河相划分为河床亚相、堤岸亚相、河漫亚相、牛轭湖亚相等亚相类型 ( 图 5 －16) 。

图 5 －16 曲流河沉积环境模式( 据艾伦，1964)

1. 河床亚相

河床沉积的岩石类型以砂岩为主，其次为砾岩。河流沉积物粒度相对较粗，层理发育，缺少动植物化石，仅见破碎的植物枝干等残体，砂体形态多呈透镜状，底部具有明显的冲刷面。河床亚相可以分为河床底部滞留沉积和边滩沉积两个微相。

河床底部滞留沉积: 从上游搬运来的以及就地侵蚀形成的物质中，细粒的被带走，粗粒物质被留下堆积形成不连续的透镜体，成为河床底部滞留沉积。其成分复杂，既有陆源砾石，也有河床下伏早期沉积未固结而再沉积的同生泥砾; 砾石呈叠瓦状排列，倾斜方向指向上游。该种沉积类型难于形成厚层，多呈透镜状断续分布于河床最底部，向上变为边滩或心滩沉积。

边滩沉积: 边滩是曲流河区别于其他类型河流的重要特征。其沉积物类型以砂为主，混有砾、粉砂和粘土，成熟度低，不稳定组分多，长石及岩屑含量高。层理类型主要为水流成因的槽状交错层理、板状交错层理，也可出现平行层理; 自下而上具有层理规模逐渐变小、粒度由粗变细的正韵律。

河床底部滞留沉积和边滩沉积尽管在分布范围和规模上不相同，但是在剖面上两者之间常呈连续过渡，总体呈现正粒序或正韵律的特征，共同构成曲流河河道沉积，因此电测井曲线上常总体具有钟形或齿化钟形 ( 图 5 －17) ，不过统计表明在古代的曲流河沉积中，完整的边滩沉积相对少见，由于顶部侵蚀等因素的影响，其上部的细粒层序常难于保存下来，因此箱形、齿化箱形是曲流河河床亚相常见的电相类型，受层厚等因素的影响，在电性上也出现光滑或齿化梭形的外形。

图 5 －17 曲流河沉积的岩性及电性特征 ( 牛 3 井)

2. 堤岸亚相

堤岸亚相在垂向上发育在河床沉积的上部 ( 图 5 －17) ，属于河流相的顶积层。与河床沉积相比，其岩石类型简单，粒度较细，层理类型相对复杂。可进一步分为天然堤和决口扇两个微相。

天然堤: 主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩等岩石类型所组成，粒度比边滩沉积细、比河漫滩沉积粗，垂向上突出的特点是砂、泥岩组成薄互层。层理构造以小型波状交错层理、槽状交错层理为特征。沉积系列的下部砂质岩发育交错层理，上部泥质岩则发育水平层理，由于间歇性出露水面，钙质结核发育，泥岩颜色常见氧化色，泥岩中可见干裂、雨痕、虫迹及植物根等。

决口扇: 是河水在洪水期冲决天然堤，部分水流由决口流向河漫滩，从而使得砂泥物质在决口处堆积形成扇形沉积。决口扇沉积主要由细砂岩、粉砂岩组成。粒度比天然堤沉积物稍粗，具有小型交错层理、波状层理及水平层理，冲刷 － 充填构造常见。决口扇岩体形态成舌状、厚度较小 ( 图 5 －17) ，向河漫平原方向变薄以至于尖灭，剖面上呈透镜状。决口扇砂岩尽管在岩性特征上和天然堤沉积相似，但是天然堤一般分布于河道沉积的顶部，而决口扇沉积则一般以较小规模砂层的形式被大套的河漫滩沉积所包裹。

在电性特征上，曲流河堤岸亚相一般呈齿化或低幅指状的形式出现。

3. 河漫亚相

河漫亚相是洪水泛滥期水流漫溢天然堤、流速降低而导致河流悬浮物沉积、大量堆积的结果，也称为泛滥平原沉积。该亚相沉积类型较简单，主要为粉砂岩和泥岩。粒度是河流中最细的，层理类型主要为波状层理和水平层理。河漫亚相在垂向上位于河床或堤岸亚相之上 ( 图 5 －18) ，平面上位于主堤岸亚相外侧，属河流顶积层沉积。河漫亚相包括河漫滩、河漫湖、河漫沼泽等三个微相。这些微相尽管在岩性特征上存在差别，但是电性上总体保持泥岩段的特征，或出现少量的齿化电性形状。

图 5 －18 河漫亚相的录井及电相特征 ( 官 12 井)

4. 牛轭湖亚相

牛轭湖亚相是曲流河截弯取直作用使被截掉的老河道被废弃从而积水成湖的结果。牛轭湖沉积主要为粉砂岩及泥岩。粉砂岩中具交错层理，泥岩中发育水平层理。常含有淡水软体动物化石和植物残骸。岩体呈透镜状，条带状延伸，最大可延伸数十千米，厚度可达数十米。

图 5 －19 牛轭湖亚相的电性及纵向相演化 ( 牛 6 井)

牛轭湖沉积由于是水下沉积的结果，因此在沉积物颜色上多数具有不同程度的还原色特征 ( 图 5 －19) ，但是其底部的废弃河道沉积则一般发育不好，厚度较小，岩性上以较薄层的河床底部滞留沉积为主 ( 图 5 －19) ，边滩出现很少。

牛轭湖沉积的粉砂岩根据其厚薄不同，可以出现指状、梭形、箱形等形态，其底部的滞留沉积还可具有某种程度的反粒序特征 ( 图 5 －19) 。牛轭湖泥岩表现为较纯的泥岩段特征。