礫石分析在扇三角洲與湖岸線演化關(guān)系中的應(yīng)用
——以準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷周緣百口泉組為例

高志勇，石雨昕，周川閩，馮佳睿，翟羿程，樊小容

1.中國石油勘探開發(fā)研究院實驗研究中心，北京 100083 2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249

0 引言

湖岸線附近是巖性地層油氣藏發(fā)育的有利位置[1]，古湖岸線對于砂體和油氣的分布具有明顯的控制作用[2]。前人通過研究注意到準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷周緣百口泉組沉積時期，隨著湖平面上升[3-7]，扇三角洲前緣亞相逐步向斜坡區(qū)上傾方向擴(kuò)展，含油層位逐漸變新。扇三角洲前緣亞相在垂向上控制儲層物性、含油性，在平面上控制著油氣分布與富集[4]。因此，湖岸線遷移的定量評價即扇三角洲前緣與平原界限的厘定，可為預(yù)測有利儲集體的展布范圍提供地質(zhì)基礎(chǔ)。關(guān)于百口泉組扇三角洲平原與前緣的界限前人已開展了預(yù)測分析，方法主要有兩種：一是通過對多口鉆井砂礫巖中礫石排列定向性研究等巖石學(xué)和沉積特征分析加以界定[8-11]，如扇三角洲平原巖性為礫巖、砂礫巖及泥巖，多呈氧化色(褐色、棕色及雜色)[3]，扇三角洲前緣水下分流河道主要為灰色、灰綠色含礫砂巖和砂巖，礫巖量少，以顆粒支撐為主，磨圓較好[3]。二是通過地球物理方法，恢復(fù)百口泉組沉積前古地貌[12-13]，識別不同級次的坡折帶進(jìn)而預(yù)測湖岸線的演化[14-15]?？梢哉f前人的預(yù)測結(jié)果仍存在一定的推測性和不確定性。筆者通過對多個現(xiàn)代扇三角洲沉積考察及地質(zhì)條件分析后認(rèn)為，可采用“將今論古”的方法，通過分析現(xiàn)代扇三角洲砂礫質(zhì)的沉積特征，定量評價礫石特征參數(shù)，建立現(xiàn)代扇三角洲礫石變化與沉積搬運距離關(guān)系、砂礫質(zhì)沉積物特征與湖岸線關(guān)系，基于現(xiàn)代與古代扇三角洲與湖泊關(guān)系相似性分析，形成厘定古湖岸線發(fā)育部位與扇三角洲沉積物關(guān)系的地質(zhì)參數(shù)，為瑪湖凹陷百口泉組沉積時期的巖相古地理恢復(fù)及有利儲集體展布范圍預(yù)測提供地質(zhì)參數(shù)，該方法也是對前人關(guān)于湖岸線遷移研究的有益補(bǔ)充。

1 現(xiàn)代扇三角洲沉積特征分析

1.1 清水河扇三角洲砂礫質(zhì)沉積特征

新疆南天山前的博斯騰湖是我國最大的內(nèi)陸淡水湖泊，其位于塔里木盆地東北側(cè)的焉耆盆地。焉耆盆地是天山主脈與其支脈之間的中生代斷陷盆地，東西長170 km，南北寬80 km，面積約13 000 km2。焉耆盆地屬于天山復(fù)合造山帶中的一個再生前陸盆地，其中、新生代演化可以劃分為三個主要階段，即燕山早期弱擠壓與同生變形階段，燕山晚期強(qiáng)烈擠壓階段和喜山期對沖擠壓階段[16-17]。博斯騰湖北緣發(fā)育多個沖積扇與扇三角洲[18]，如圖1由西向東沿南天山前至博斯騰湖發(fā)育有清水河、曲惠河和馬蘭紅山三個扇三角洲。其中，清水河扇三角洲具有典型的砂礫質(zhì)扇三角洲沉積特征，沉積物源來自南天山，清水河屬季節(jié)性河流，發(fā)源于天格爾山海拔4 265 m的阿勒古達(dá)板，從河源至出山口河長60.2 km，流域平均寬度22.1 km，最大寬度36 km。清水河的徑流量主要是由冰雪融水和降雨補(bǔ)給[19]。筆者對清水河扇三角洲砂礫質(zhì)沉積物特征自山間河到入湖為止，開展了大量的實測解剖分析(圖1)。

沉積物源區(qū)內(nèi)的清水河山間河段(解剖點1)，海拔1 735 m，河谷寬350 m左右，河道寬15 m，河道內(nèi)以礫石沉積為主(圖2)，分選磨圓較差，砂質(zhì)沉積物較少，非均質(zhì)性強(qiáng)。礫石徑范圍為1.10～77.64 cm。巖性主要為混合巖、混合花崗巖、花崗巖及粉細(xì)砂巖等。扇三角洲平原根部沉積包括解剖點2與3，清水河出山口處(解剖點2)海拔1 385 m，河谷寬190 m左右，河道寬20 m。清水河出山后，水動力稍有減小。出山口處辮狀河道侵蝕下切早期的泥石流沉積，下切河道深20 m左右，河道內(nèi)礫石較大(圖2)，礫石具一定磨圓。礫石徑范圍為1.39～258.13 cm，平均為16.86 cm。礫石成分主要為混合巖、混合花崗巖、花崗巖、板巖、砂巖等。清水河出山口下游約3 km處(解剖點3)海拔1 383 m，河谷增寬至240 m，河道開始分汊，下切深度變淺。河道內(nèi)礫石徑變小，平均可達(dá)13.50 cm。礫石成分主要為混合巖、花崗巖、板巖、砂巖等。扇三角洲平原根部沉積的礫石磨圓存在一定差異，磨圓較好的礫石主要發(fā)育于辮狀河道內(nèi)(圖2)，是經(jīng)物源區(qū)內(nèi)山間河流搬運數(shù)十公里后的磨蝕所致。另一種礫石磨圓差，主要沉積于河道兩側(cè)，分析其為根部的近源泥石流沉積。

扇三角洲平原中部沉積包括解剖點4-8，解剖點4與5分別位于清水河出山口下游約5 km、9 km處，海拔由1 292 m降低至1 255 m，河谷增寬至410m(圖2)。河道水動力減弱，下切深度5 m左右，下切河道變淺、變寬，河道內(nèi)平均礫石徑減小至8.42 cm，礫石具一定磨圓，主要的礫石成分基本未變。解剖點6、解剖點7分別位于清水河大橋東及清水河大橋南2 km石材廠，海拔由1 163 m降低至1 117 m，辮狀河道帶寬480～570 m，單河道寬70 m左右，水淺流急。辮狀河道內(nèi)沉積大量礫石，河道間出露辮狀壩，壩頭礫石粗，壩尾及壩頂有砂質(zhì)沉積，為后期河道沖刷侵蝕壩體沉積，在礫石層表面見枯木(圖2)，說明清水河沉積物中包含部分洪流攜帶物。河道內(nèi)礫石分選較好，礫石徑范圍在1.71～66.49 cm，平均降低至7.91 cm。礫石成分主要為混合巖、混合花崗巖、砂巖、花崗巖等。石材廠南1.4 km(解剖點8)處為礫質(zhì)與砂質(zhì)沉積過渡段，海拔1 092 m。辮狀河道帶寬460 m左右，單河道帶寬70 m左右，河道內(nèi)為礫質(zhì)、砂質(zhì)沉積，呈正韻律。砂質(zhì)沉積中發(fā)育小型交錯層理，頂部發(fā)育塊狀沉積構(gòu)造。河道內(nèi)平均礫石徑為7.86 cm，礫石成分為混合巖、混合花崗巖、砂巖、花崗巖等(表1)。

圖1 新疆博斯騰湖北緣現(xiàn)代扇三角洲沉積體系平面展布圖Fig.1 Fan deltas of the north of Bosteng Lake in Xinjiang

圖2 清水河扇三角洲平原砂礫質(zhì)沉積特征A.物源區(qū)，山間河礫石沉積，向里下游；B.扇根，出山口后礫石沉積與河道下切，向里下游；C.扇中，辮狀河道開始分流后沉積特征，向里下游；D.扇中， 辮狀河道內(nèi)礫石與樹干沉積，向里下游；E.扇中，樹林帶北緣，辮狀河道正韻律沉積；F.扇端，辮狀河道帶匯合至低彎度河道，向里下游；G.扇端，低彎度河道內(nèi)礫與砂沉積，向里下游；H.扇三角洲前緣，沼澤沉積，少量礫石，向里下游Fig.2 Sediments of the Qingshuihe fan delta plain

扇三角洲平原前端包括解剖點9～13，由辮狀河道帶逐漸合并為低彎度的單一徑流河道(圖2)，單一徑流河道寬20～110 m。石材廠南3 km(解剖點9)海拔1 085 m，合并后的低彎度單一徑流河道內(nèi)礫質(zhì)減少，沙質(zhì)明顯增多。河道內(nèi)沙質(zhì)呈整體向前遷移搬運特征，發(fā)育多個沙波。礫石徑迅速減小至1.23～15.01 cm。解剖點10、解剖點11分別位于石材廠南5 km、7 km，平均海拔1 079 m。單一徑流河道變窄，寬20 m左右。河道內(nèi)礫質(zhì)相對少，沙質(zhì)增多，砂礫質(zhì)沉積物中發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)核。河道下切比較深，堤岸高2～3 m，發(fā)育交錯層理，見大量蟲穴，偶見碳屑。礫石徑范圍為1.74～12.55 cm。石材廠南12.5 km即縣道289～8 km東(解剖點12)海拔1 058 m，河道寬30～80 m左右。河道內(nèi)以沙質(zhì)沉積為主，主要為粗沙—中沙，沙波發(fā)育。礫質(zhì)沉積物較少，僅分布在河道側(cè)翼。礫石徑為1.89～9.19 cm，礫石成分為混合巖、混合花崗巖、花崗巖、變質(zhì)石英巖等。河道兩側(cè)堤岸較矮，植被發(fā)育。扇三角洲平原前端與湖泊交互段(解剖點13)海拔1 050 m，該區(qū)除受季節(jié)性的河流影響外，風(fēng)與湖水對沉積物的影響也很強(qiáng)烈。濱湖帶植被、沙泥質(zhì)及小貝殼發(fā)育，湖灘上有小礫石沉積(圖2)，礫石徑與解剖點12處相近，略有減小。

表1 清水河扇三角洲礫石成分、礫石徑及沉積搬運距離關(guān)系數(shù)據(jù)表Table 1 Gravel composition, diameter, and transport distance of the Qingshuihe fan delta plain

清水河扇三角洲自出山口發(fā)育單個辮狀河道，屬扇三角洲平原根部沉積；向下游3 km左右辮狀河道發(fā)生分汊，形成辮狀河道復(fù)合帶，屬扇三角洲平原中部沉積；再向下游至19 km左右，辮狀河道開始匯合成低彎度單一徑流河道，屬扇三角洲平原扇端沉積。至32 km左右為扇端前部與博斯騰湖交互區(qū)，低彎度單一徑流河道又逐漸分汊，河道內(nèi)砂礫質(zhì)分散沉積于該區(qū)并攜帶至濱淺湖區(qū)(圖2)。

清水河扇三角洲自清水河出山口(解剖點2)至石材廠南12.5 km縣道289-8東(解剖點12)礫石沉積普遍，筆者在各解剖點測量超過100顆礫石，分析扇三角洲平原的扇根—扇端平均礫石徑變化與沉積搬運距離的關(guān)系。如表1所示，由清水河出山口(解剖點2)至石材廠南12.5 km縣道289-8東(解剖點12)，礫石沉積搬運距離大于30 km，最大礫石徑由258.13 cm降低至9.19 cm，平均礫石徑由16.86 cm降低至5.28 cm。對平均礫石徑變化值與沉積搬運距離進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，建立了清水河扇三角洲礫石沉積搬運距離與平均礫石徑變化的關(guān)系式(圖3a)：

S= 50.852-17.47×ln(D)

(1)

其中，S為礫石沉積搬運距離，單位：km；D為平均礫石徑，單位：cm；公式(1)中的系數(shù)-17.47反映了礫石徑縱向變化的速率，S與D呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，公式(1)為定量分析扇三角洲礫石沉積變化提供了重要參數(shù)。

1.2 清水河扇三角洲沉積體系表面降低梯度

對清水河扇三角洲沉積體系表面多個實際測量點的海拔高度，及以前一測量點為基準(zhǔn)的直線距離進(jìn)行了測量(圖1)，計算出清水河扇三角洲沉積體系表面降低的梯度，即沉積體系表面每延伸1 km所降低的高度差[20-21]。依據(jù)扇三角洲沉積體系表面降低的梯度值(表2)，編制了梯度值與沉積搬運距離關(guān)系圖(圖3b)。由圖3右及表2可知，由物源區(qū)清水河的山間河段(點1)—清水河出山口(點2)—出山口下游5 km(點4)—清水河大橋東(點6)鐵道橋北—石材廠南5 km樹林帶南緣—水閘南(點10)—石材廠南12.5 km縣道289～8 km東(點12)—扇三角洲與博斯騰湖交互區(qū)(點13)，梯度值分別為：0.0344—0.0176—0.0196—0.0121—0.0029—0.0017，沉積坡度范圍是2.0°～0.1°，表明清水河扇三角洲從河流出山口到匯水盆地，河床的梯度變化即沉積坡度變化具有階段性。

圖3 清水河扇三角洲平均礫石徑與搬運距離(a)、降低梯度與扇體長度(b)關(guān)系圖Fig.3 Average gravel diameter and transport distance(a), the gradient and the length of the Qingshuihe fan delta(b)

表2 博斯騰湖北緣清水河扇三角洲沉積體系表面降低的梯度值數(shù)據(jù)表Table 2 Gradient of the Qingshuihe fan delta, north of Bosteng Lake

再者，由表2可知自解剖點1的山間河段—清水河出山口的沉積坡度變化為2.0°，單一辮狀河道的河谷寬度變小，下切早期根部的泥石流沉積；清水河出山口到下游5 km處，沉積坡度降低約1°，河道由單一辮狀河道變化為復(fù)合辮狀河道帶，河谷變寬，平均礫石徑降低5.42 cm；由出山口下游5 km處到清水河大橋東，沉積坡度幾未變化，河道類型也未變，仍為復(fù)合辮狀河道帶，平均礫石徑降低僅1.11 cm；由清水河大橋東—樹林帶南緣，沉積坡度降低約0.41°，河道類型由復(fù)合辮狀河道帶匯合為單一徑流低彎度河道，平均礫石徑減小了5.23 cm；由樹林帶南緣—縣道289-8東，沉積坡度降低了0.53°，河道類型未變，寬度卻增加了1～3倍，平均礫石徑變化小。由上述分析可知，沉積坡度降低值的突然變大，會引起河道類型、河道寬度的變化，以及礫質(zhì)沉積物粒徑的變化。

2 瑪湖凹陷周緣百口泉組礫石沉積特征

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷周緣下三疊統(tǒng)百口泉組主要以灰色、褐色砂礫巖、含礫泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，夾灰褐色、褐色泥巖及砂質(zhì)泥巖，地層厚度130～240 m[3-6]。瑪湖凹陷周緣百一段厚度30～50 m，為灰色砂礫巖，其他地區(qū)以褐色砂礫巖為主，夾棕灰色含礫泥巖；百二段厚度60～100 m，下部巖性主要為褐色砂礫巖，巖性較致密，物性差；上部巖性以灰綠色砂礫巖為主，夾棕灰色泥巖，為瑪湖凹陷周緣主要儲集層段，儲集層分布相對穩(wěn)定；百三段厚度40～90 m，為灰綠色砂礫巖與泥巖互層[5]。百口泉組主體屬平緩斜坡背景下淺水環(huán)境沉積，整體為水體不斷加深、湖侵的過程[3-7]。

筆者對瑪湖凹陷周緣15口鉆井巖芯中的礫石特征進(jìn)行了詳細(xì)描述與測量，每段巖芯中測量的礫石數(shù)量>100顆，測量礫石的最大粒徑及平均粒徑。如圖4、5、6及表3所示，位于瑪湖凹陷西北部的黃3井、百202井、艾湖2井、艾湖1井，北部的風(fēng)南10井、夏723井、瑪11井、瑪001，東部的達(dá)9井等多個井區(qū)百口泉組中，不同埋藏深度的砂礫巖中的最大礫石徑、平均礫石徑區(qū)別較大，埋藏深度大的礫石最大礫石徑、平均礫石徑均比埋藏深度淺的礫石徑大，埋藏深度相差數(shù)十米至百余米(圖4)。再者，不同井區(qū)的砂礫巖中礫石成分差別也較大(表3、圖4)。位于瑪湖凹陷西北部的黃3井、百202井、百64井、瑪003井、艾湖2井等井，礫石成分主要為凝灰?guī)r、粉細(xì)砂巖、變質(zhì)石英巖、中酸性火山巖及花崗巖組合；位于瑪湖凹陷北部的風(fēng)南10井、夏761井、夏723井、瑪11井、瑪20井等井，礫石成分主要為安山巖、英安巖、凝灰?guī)r、粉細(xì)砂巖、變質(zhì)石英巖及花崗巖組合；位于瑪湖凹陷東部的鹽北2井、鹽001井、達(dá)13井、達(dá)9井等井，礫石成分主要為凝灰?guī)r、粉細(xì)砂巖、變質(zhì)石英巖、中酸性火山巖及流紋巖組合；位于瑪湖凹陷中部的瑪001井、瑪18井、艾湖1井等井，礫石成分主要為凝灰?guī)r、脈石英、粉細(xì)砂巖、中酸性火山巖及變質(zhì)石英巖組合。

圖4 瑪湖凹陷周緣百口泉組礫巖礫石成分與礫石徑特征平面分布圖Fig.4 Gravel diameter and composition characteristics in the Baikouquan Formation around the Mahu Depression

圖5 瑪湖凹陷中部艾湖1井巖芯中砂礫巖沉積特征Fig.5 Sedimentary characteristics of the Baikouquan Formation from Well Aihu 1 in the Muhu Depression

圖6 瑪湖凹陷周緣達(dá)9井與黃3井巖芯中砂礫巖沉積特征Fig.6 Sedimentary characteristics of the Baikouquan Formation from Wells Da 9 and Huang 3 around the Muhu Depression

由上述分析可知，瑪湖凹陷周緣多口井砂礫巖中礫石的最大礫石徑、平均礫石徑具有向上變小的規(guī)律，特別是位于瑪湖凹陷中部的瑪18井、艾湖1井、艾湖2井等井，礫石的最大礫石徑比其余井區(qū)的均大，且礫石的成分也與其余井區(qū)的有差別。由此特征表明，百口泉組砂礫巖沉積是退積過程，即隨著湖平面的不斷上升，扇三角洲發(fā)生明顯的退積作用，這與前人的研究觀點一致[3-7]。同時，位于瑪湖凹陷中部的瑪18井、艾湖1井、艾湖2井、瑪001井等中的百一段砂礫巖，應(yīng)是百口泉組最初沉積時期的產(chǎn)物，即沉積層序中的低位扇體，也是現(xiàn)今瑪湖凹陷深層有利儲集體發(fā)育部位的指向區(qū)。

3 將今論古對比分析百口泉組湖岸線演化

3.1 將今論古對比條件的相似性

對比分析了瑪湖凹陷及周緣與現(xiàn)今南天山前博斯騰湖周緣沉積背景條件，在構(gòu)造地質(zhì)背景、氣候條件、扇體沉積區(qū)面積、沉積坡度、扇三角洲延伸距離、礫石成分等方面均有一定的相似性(表4)。準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷晚石炭世—中三疊世的構(gòu)造演化劃分為3個階段，晚石炭世—早二疊世佳木河組沉積期斷陷發(fā)育期，早二疊世風(fēng)城組沉積期斷陷期，中二疊世—中三疊世擠壓逆沖發(fā)育期[22]。早三疊世百口泉組沉積時期，瑪湖凹陷處于擠壓逆沖發(fā)育期的構(gòu)造背景，巖性以褐—紫紅色砂巖和砂礫巖為主，反映了早三疊世屬氣候干旱沉積時期[22-23]。百口泉組沉積時期，瑪湖凹陷周緣發(fā)育多個扇體[3-5]，重點層段百二段沉積期發(fā)育的扇三角洲延伸距離(含平原與前緣)各有不同[4-5]。其中，中拐扇三角洲整體延伸約為46 km，平原區(qū)長度約為32 km；克拉瑪依扇三角洲整體延伸約29 km，平原區(qū)長度僅為9 km；黃羊泉扇三角洲整體延伸約54 km，平原區(qū)長度約為24 km；夏子街扇三角洲整體延伸約44 km，平原區(qū)長度約為35 km；鹽北扇三角洲整體延伸約25 km，平原區(qū)長度僅為8.5 km；夏鹽扇三角洲整體延伸約52.5 km，平原區(qū)長度約為32.5 km[4]?，敽枷菪逼聟^(qū)古地形坡度1°～4°[5-6]，位于博斯騰湖北緣的現(xiàn)代清水河扇三角洲沉積坡度為2.0°～0.1°(表2)，百口泉組扇三角洲的沉積坡度與現(xiàn)代清水河扇三角洲沉積坡度較為接近。百口泉組扇三角洲的礫石成分與現(xiàn)代清水河扇三角洲沉積的礫石成分組合特征也有較好相似性(表2)。基于上述相似性分析，認(rèn)為現(xiàn)代博斯騰湖北緣清水河扇三角洲與瑪湖凹陷周緣的百口泉組扇三角洲沉積可進(jìn)行對比。

表3 瑪湖凹陷周緣百口泉組礫巖中礫石成分、礫石徑及沉積搬運距離關(guān)系數(shù)據(jù)表Table 3 Gravel composition, diameter, and transport distance of the Baikouquan Formation around the Mahu depression

3.2 百口泉組礫石沉積搬運距離計算

礫石的成分、礫石母巖的硬度與其搬運距離關(guān)系較為緊密[24]，石英顆粒的耐磨性最強(qiáng)，花崗巖和長石依次減弱，石灰?guī)r磨損損失最大。若以一塊邊長為10 cm的石灰?guī)r立方體為例，在流水的搬運作用下，大約經(jīng)過40 km的距離，便可被磨損殆盡[25]。普拉姆利研究黑山河地區(qū)河流中石灰?guī)r礫石，由源區(qū)搬運18 km乃至37 km時變成極圓狀[26]；斯利研究科羅拉多河礫石中的石英，搬運不到161 km就變成極圓狀；昂路格在研究杜納耶茨河礫石中的花崗巖礫石搬運125 km達(dá)到極圓狀[26]；高志勇等[27-28]通過對庫車坳陷北部野外露頭侏羅系-新近系多套礫巖研究，半定量評價了南天山山前礫石的沉積搬運距離，并建立了估算公式、沉積相類型、礫巖結(jié)構(gòu)及礫石磨圓度、礫石成分等沉積搬運距離定量估算原則。

筆者運用前文中所述的公式(1)對表3中瑪湖凹陷周緣多口鉆井中的礫石沉積搬運距離進(jìn)行了定量計算(表3)，百一段沉積時期瑪湖凹陷周緣艾湖1井、瑪001井、達(dá)9井平均礫石徑較大，沉積搬運距離較短，一般為35.6～36.0 km；百202井、艾湖2井、瑪11井的平均礫石徑較小，計算的沉積搬運距離為39.5～41.8 km；百二段沉積時期，瑪湖凹陷周緣百64井、艾湖2井、瑪003井、瑪001井、達(dá)9井等的平均礫石徑較大，計算的礫石沉積搬運距離為34.5～42.9 km，推測該區(qū)域內(nèi)砂礫巖為百二段早期沉積產(chǎn)物；百202井、風(fēng)南10井、夏723井、達(dá)13井的平均礫石徑變小，計算的礫石沉積搬運距離為43.0～57.8 km，該井區(qū)內(nèi)礫石為百二段中晚期湖平面持續(xù)上升、沉積物源區(qū)后退的退積產(chǎn)物。位于瑪湖凹陷西北部的黃3井，靠近物源區(qū)，平均礫石徑較大，計算的礫石沉積搬運距離為32.7 km。東部瑪東2井同樣靠近物源區(qū)，平均礫石徑較大，計算的礫石沉積搬運距離為36.5 km；百三段沉積時期，位于瑪湖凹陷西北部的黃3井靠近物源區(qū)，平均礫石徑較大，計算的礫石沉積搬運距離為35.3 km。北部的瑪11井平均礫石徑相對較小，計算的礫石沉積搬運距離為45.5 km。

表4 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷與現(xiàn)今南天山前博斯騰湖周緣沉積背景對比表Table 4 Geological setting for the Mahu Depression and Bosteng Lake in Xinjiang

3.3 百口泉組沉積時期湖岸線演化的恢復(fù)

定量恢復(fù)百口泉組沉積時期湖岸線的遷移是基于如下方法開展的：首先是依據(jù)礫石沉積搬運距離與湖岸線關(guān)系，以及現(xiàn)代扇三角洲平原與湖泊交互區(qū)沉積物特征，定量厘定湖岸線的發(fā)育位置。如圖1所示，清水河扇三角洲由出山口至博斯騰湖的湖岸線距離約為32 km，湖岸線附近植被、沙泥質(zhì)等發(fā)育，湖灘上有小礫石沉積，平均礫石徑為2.5～3.0 cm左右，依據(jù)公式(1)計算的湖岸線附近平均礫石徑約為2.9 cm。由于百口泉組扇三角洲沉積坡度比清水河扇三角洲稍大，推測該時期湖岸線距物源區(qū)小于32 km，平均礫石徑大于2.9 cm。在上述定量計算礫石沉積搬運距離的基礎(chǔ)上，認(rèn)為百口泉組一段沉積時期(圖7)，瑪湖凹陷周緣的艾湖1井、瑪001井、達(dá)9井平均礫石徑較大，計算的沉積搬運距離較短，一般為35.6～36.0 km。距物源區(qū)較近的百202井、艾湖2井、瑪11井的平均礫石徑減少，計算的沉積搬運距離為39.5～41.8 km。通常情況下，由辮狀分流河水所攜帶的礫石，由物源區(qū)向沉積區(qū)搬運，礫石徑應(yīng)逐漸減少。相反的是，該區(qū)的平均礫石徑距物源區(qū)越遠(yuǎn)，平均礫石徑越大。于此表明，二者應(yīng)不是同一期沉積產(chǎn)物。推測艾湖1井、瑪001井、達(dá)9井并包括瑪18井，應(yīng)是百一段早期扇體沉積區(qū)；百202井、艾湖2井、瑪11井應(yīng)是百一段晚期湖平面上升、沉積物源后退的退積產(chǎn)物；百二段沉積時期(圖7)，早期湖岸線以內(nèi)的百64井、艾湖1井、艾湖2井、瑪18井、瑪001井、瑪003井及達(dá)9井等中礫石沉積搬運距離34.5～42.9 km，而距離物源區(qū)更近的百202井、風(fēng)南10井、夏723井、達(dá)13井中的礫石計算的沉積搬運距離更遠(yuǎn)，達(dá)到了57.8 km，同樣與由物源區(qū)向沉積區(qū)搬運，礫石徑應(yīng)逐漸減少的常識相悖，由此表明，二者同樣不是同一期的沉積產(chǎn)物。推測百64井、艾湖1井、艾湖2井、瑪18井、瑪001井、瑪003井及達(dá)9井為百二段早期沉積，百202井、風(fēng)南10井、夏723井、達(dá)13井中的礫石為百二段晚期沉積?，敄|2井、黃3井中礫石搬運距離為36.5 km、32.7 km，表明其與百202井、風(fēng)南10井、夏723井、達(dá)13井中的礫石屬同一期沉積，平面上具有由物源區(qū)向沉積區(qū)平均礫石徑明顯的減小趨勢，瑪東2井、黃3井中礫石同樣屬百二段晚期沉積。百三段沉積時期，湖岸線位于黃3井與瑪11井之間(圖7)。由上述分析可知，百口泉組一段發(fā)育早期扇體沉積，有利儲集體主要位于艾湖1井、瑪18井、瑪中1井、瑪中2井及其以南地區(qū)。百口泉組二段沉積時期，湖平面持續(xù)上升[3-7]，湖侵次數(shù)應(yīng)在2期以上，沉積物源區(qū)向瑪湖凹陷西北部、北部及東部遷移，湖岸線及扇三角洲前緣相帶逐步向物源區(qū)方向靠近。百口泉組三段沉積時期，湖岸線及扇三角洲前緣相帶已退至物源區(qū)附近，其他地區(qū)以濱淺湖沉積為主[4-5]，湖岸線附近是砂礫巖體主要發(fā)育位置。

其次是依據(jù)前人湖岸線平面展布特征及扇三角洲平原與前緣相帶分布認(rèn)識[8-9,13-14,29]，進(jìn)一步厘定并完善了百口泉組沉積時三期湖岸線的位置。如何文軍等[13]認(rèn)為百口泉組沉積前古地貌存在三級坡折帶，一級坡折帶向山一側(cè)為古構(gòu)造高點，是沖積扇發(fā)育的部位，二、三級坡折帶為水下沉積。一級坡折帶對應(yīng)于最大湖平面，三級坡折帶對應(yīng)于最小湖平面；黃遠(yuǎn)光等[8-9]通過對礫石定向性排列特征等巖石學(xué)和沉積特征分析，認(rèn)為FN16井百二段為扇三角洲平原沉積，達(dá)11井百一段、艾湖2井百一段等為扇三角洲前緣沉積；曹小璐等[29]運用地球物理方法刻畫百口泉組二段沉積微相特征，識別出瑪湖凹陷東部湖岸線的展布位置。

最后，依據(jù)瑪湖凹陷周緣多口鉆井中礫石成分的不同(表3)，以及前人有關(guān)百口泉組沉積物源區(qū)特征的成果，確定礫石沉積搬運的主要來源與方向?，敽枷萑B系百口泉組沉積時期存在三個大的物源區(qū)，北部及西部物源主要是由哈拉阿拉特山和扎伊爾山老山剝蝕區(qū)提供穩(wěn)定的物源[30]。西部、北部的準(zhǔn)噶爾盆地界山主要是在海西運動中晚期的中石炭世—二疊紀(jì)早期，造山帶快速隆升且遭受剝蝕構(gòu)成主要物源區(qū)。東部的夏鹽物源主要由陸梁隆起帶剝蝕供源，陸梁隆起也是在海西晚期形成的古隆起，二疊紀(jì)至三疊紀(jì)早中期一直處于隆升狀態(tài)，夏鹽凸起處于湖盆邊緣，為較穩(wěn)定的剝蝕供源區(qū)[30]。任本兵等[31]恢復(fù)出的百口泉組扇三角洲沉積的6個主溝槽，代表了6個主要物源的方向。

通過上述工作恢復(fù)出的百口泉組沉積時期湖岸線演化規(guī)律與張?zhí)沟萚12]通過百口泉組層序地層學(xué)分析獲得的湖平面變化曲線特征相一致，即百口泉組一段對應(yīng)一次完整的湖侵—湖退旋回，百口泉組二段對應(yīng)2 次完整的湖侵—湖退旋回，百口泉組三段對應(yīng)1次完整較大規(guī)模的湖侵—湖退旋回(圖7)。由此，也印證了本方法恢復(fù)出的百口泉組沉積時期湖岸線遷移的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。明確了百口泉組沉積時期巖相古地理的重要地質(zhì)參數(shù)，為準(zhǔn)確恢復(fù)百口泉組沉積時期巖相古地理特征提供了重要依據(jù)。

圖7 百口泉組沉積時期湖岸線演化與沉積物源區(qū)平面分布圖Fig.7 Coastline evdution and sedimentary source characteristics of the Baikouquan Formation

特別要指出的是，通過現(xiàn)代扇三角洲沉積體系表面降低梯度即沉積坡度研究后認(rèn)為，沉積坡度降低值的突然變大，會引起河道類型、河道寬度的變化，以及礫質(zhì)沉積物粒徑的變化。這一認(rèn)識對在更大比例尺度內(nèi)厘定單一扇三角洲平原或前緣的辮狀河道形態(tài)變化及沉積物粒徑變化有參考意義。再者，應(yīng)用本方法厘定的百口泉組湖岸線展布位置與演化特征具有一定的局限性，該方法也是對前人關(guān)于湖岸線遷移研究的有益補(bǔ)充。

4 結(jié)論

通過建立南天山前現(xiàn)代清水河扇三角洲礫石變化與沉積搬運距離關(guān)系、砂礫質(zhì)沉積物特征與湖岸線關(guān)系，“將今論古”對比分析并厘定準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷周緣百口泉組沉積時期湖岸線發(fā)育位置與演化特征，認(rèn)為湖岸線距物源區(qū)應(yīng)小于32 km，平均礫石徑應(yīng)大于2.9 cm。百口泉組一段發(fā)育一次湖侵，主要表現(xiàn)為早期的低位扇體沉積，位于瑪湖凹陷中部的瑪18井、艾湖1井、艾湖2井、瑪001井及其以南地區(qū)是現(xiàn)今瑪湖凹陷深層有利儲集體發(fā)育部位的指向區(qū)。百二段湖侵次數(shù)應(yīng)在2期以上，百三段湖盆范圍最大。由該方法恢復(fù)出的百口泉組湖岸線發(fā)育位置是重要的巖性油氣藏勘探地區(qū)。同時，亦明確了百口泉組沉積時期巖相古地理的重要地質(zhì)參數(shù)，為準(zhǔn)確恢復(fù)百口泉組沉積時期巖相古地理特征提供了重要依據(jù)。

致謝 參加工作的還有吳昊，李雯，趙雪松，李小陪，以及開展野外工作的向?qū)е炖稄?qiáng)等同志，在此深表謝意！