海陸過渡相三角洲沉積體系陸源有機質(zhì)沉積特征及其影響因素的模擬實驗研究

劉海，徐耀輝，李陽，黃凌松，呂奇奇，劉忠保

1.油氣地球化學(xué)與環(huán)境湖北省重點實驗室，長江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430100

2.油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室，長江大學(xué)，武漢 430100

3.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100

0 引言

近年來，隨著我國南海盆地、澳大利亞、東南亞陸緣盆地油氣資源的勘探開發(fā)，張功成等[1]發(fā)現(xiàn)陸源有機質(zhì)是陸源海相烴源巖的主要母質(zhì)來源，同時，越來越多的證據(jù)也表明陸源有機質(zhì)對海陸過渡相三角洲沉積體系烴源巖的發(fā)育至關(guān)重要[1-9]。朱純等[10]發(fā)現(xiàn)陸源有機質(zhì)受到水動力強度和搬運距離等因素的影響；屈童等[11]發(fā)現(xiàn)陸源有機質(zhì)和搬運距離具有良好的相關(guān)性，呂艷美等[12]發(fā)現(xiàn)陸源有機質(zhì)受沉積物粒徑、水動力大小和距河口距離等因素的影響。雖然前人探討了陸源有機質(zhì)的影響因素[10-19]，但不同影響因素對陸源有機質(zhì)分布影響規(guī)律的研究尚且不足。

由于在海陸過渡相三角洲沉積體系內(nèi)，測井及巖心資料少，優(yōu)質(zhì)烴源巖分布預(yù)測精度制約著海域內(nèi)油氣資源勘探的發(fā)展。鄧運華等[8]認為，目前三角洲的形成演化與陸源有機質(zhì)的搬運沉積密切相關(guān)，因此，開展對三角洲沉積體系陸源有機質(zhì)的搬運沉積過程和差異性展布規(guī)律的研究非常重要。沉積模擬實驗是細粒沉積物研究的有效手段[20-24]，陸源有機質(zhì)作為海陸過渡相烴源巖的主要母質(zhì)來源，屬于典型的細粒沉積物。研究其在三角洲沉積體系內(nèi)分布規(guī)律，一方面有利于對海陸過渡相烴源巖的沉積特征和分布規(guī)律取得更全面的認識；另一方有助于補充細粒沉積在水槽模擬實驗的相關(guān)證據(jù)。本文以珠江口盆地白云凹陷恩平組為地質(zhì)原型，開展了陸源有機質(zhì)沉積物的物理模擬實驗，并借助3D激光掃描技術(shù)和碳硫分析儀檢測技術(shù)，定量表征海陸過渡相三角洲沉積體系內(nèi)陸源有機質(zhì)的搬運沉積特征，以期為海域內(nèi)海陸過渡相烴源巖分布預(yù)測提供參考依據(jù)。

1 原型地質(zhì)概況

白云凹陷處于珠江口盆地南部坳陷帶，隸屬于珠二坳陷的一個二級構(gòu)造單元，總體呈NEE向展布，水深200～2 000 m，是南海北部面積最大，最具有油氣潛力的凹陷[25-28]。凹陷自下而上主要發(fā)育了湖相沉積的文昌組、海陸過渡相沉積的恩平組、海陸架—三角洲沉積的珠海組[26]。恩平組早期主要為陸相斷陷湖盆沉積，之后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘敕忾]局限海沉積環(huán)境。前人已經(jīng)證實漸新統(tǒng)恩平組烴源巖是白云凹陷的主力烴源巖之一[28-32]，通過恩平組層序界面的典型地震反射特征結(jié)合鉆井和測井曲線資料等，將白云凹陷恩平組自下而上劃分為三個三級層序，分別是恩一段（SQ1）、恩二段（SQ2）、恩三段（SQ3）[33]。

恩平組作為白云凹陷的主要烴源巖層一直是學(xué)者們研究的重點層位。恩平組沉積時期，受不同的沉積相帶控制，烴源巖呈現(xiàn)“二元分布”特征，其有機質(zhì)主要來源于陸源高等植物[34]。恩平組時期發(fā)育三期大型辮狀河三角洲（圖1），三角洲陸源海相烴源巖和煤系烴源巖廣泛發(fā)育[32-33]。恩平組辮狀河三角洲主要發(fā)育大套砂巖夾泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，薄煤層發(fā)育，呈向上變細的正粒序。恩平組沉積早—中期表現(xiàn)為受辮狀河強烈影響的海陸過渡相環(huán)境，并由白云凹陷周邊隆起區(qū)提供短期物源；恩平組沉積晚期南部控凹斷裂活動減弱，受較強海水影響，此階段表現(xiàn)為相對封閉的局限海沉積環(huán)境，以西北物源輸入為主[32-39]。白云凹陷在恩平組時期連續(xù)性水進水退，古地形整體呈現(xiàn)東北方向傾斜的地貌，沉積時期存在波浪作用改造，近物源處坡度較陡，約3°[32]。

圖1 白云凹陷恩平組沉積相（a）恩一段；（b）恩二段；（c）恩三段Fig.1 Sedimentary facies of the Enping Formation in Baiyun Sag(a) the First member of Enping Formation (SQ1);(b) the Second member of Enping Formation (SQ2);(c) the Third member of Enping Formation (SQ3)

2 實驗材料與方法

2.1 實驗裝置

水槽裝置如圖2所示，水槽長8 m、寬2.6 m，容納最大水深75 cm。根據(jù)研究區(qū)恩平組海陸過渡相三角洲的底型特征、三角洲的規(guī)模以及物源供給情況，水槽設(shè)置自動加沙器（控制加砂的速率）；導(dǎo)流槽（物源和水流的輸入途徑）；濾水篩（加快沉積體水流排出）；蓄水池；蓄水泵和循環(huán)泵（提供水流，控制水位變化）；造浪器（模擬波浪的影響），以及FARO Focuss70 3D 激光掃描儀（對砂體沉積面貌進行激光掃描，記錄沉積體精確的坐標和沉積厚度數(shù)據(jù)）。水槽實驗區(qū)上方2 m處，設(shè)置4K錄像機，全程記錄三角洲的形成與演化的過程以及陸源有機質(zhì)在三角洲表面的分布，三角洲每一沉積期進行兩次3D 激光掃描，分別在實驗中期和結(jié)束時，記錄三角洲沉積厚度。

圖2 水槽實驗裝置示意圖Fig.2 Schematic diagram of the experimental flume device

2.2 實驗設(shè)計與方法

陸源有機質(zhì)模擬材料需要滿足三個基本條件：（1）顏色比較明顯，在平面與剖面上易于辨識；（2）具有一定有機質(zhì)豐度；（3）具有足夠大的密度，能夠在水中自然沉降。通過檢測褐煤、煤矸石、碳質(zhì)泥巖、泥炭土、腐殖土、螺旋藻粉六種材料的TOC 和溶解性，其中煤矸石硬度過大，難以粉碎；碳質(zhì)泥巖價格較貴，不易獲?。辉宸垲伾灰着c砂體區(qū)分，且其溶于水，難以沉降；泥炭土、腐殖土漂浮嚴重；而煤粉具有一定有機質(zhì)豐度、顏色較明顯且水體中的沉積效果較好；因此褐煤煤粉是陸源有機質(zhì)的最優(yōu)模擬材料。

對白云凹陷恩平組已有巖樣資料分析，恩平組上段發(fā)育大套砂巖加炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖[33]，每個沉積期巖性略有區(qū)別，結(jié)合實驗水流的搬運能力以及沉積物的顆粒特征，設(shè)計物源主要由中粗砂、細砂、粉砂、泥組成，成分變化如表1。

表1 水槽模擬實驗加砂組成設(shè)計表Table 1 Composition design of added sand to the flume simulation experiment

實驗以恩平組海陸過渡相三角洲為原型，主要模擬恩平組沉積時期的三角洲演化過程，并以此為基礎(chǔ)研究陸源有機質(zhì)的沉積特征和影響因素。工區(qū)沉積體系以西北部物源為主[32]，因此物源設(shè)置一個。整個沉積模擬水槽，X 方向范圍0～6 m，Y 方向使用范圍0～8 m，水槽高75 cm。為方便研究坡度對陸源有機質(zhì)分布的影響，水槽中間用0.4 m厚的水泥墻隔開，分隔成兩個平行水槽（單個水槽x有效使用范圍0～2.6 m）進行實時對比。左右平行水槽分別設(shè)置坡度為6°和3°的河口區(qū)（Y=0～0.5 m，其中0～0.35 m為固定河道），根據(jù)實際前積角度[32]，設(shè)計1°～3°的三角洲沉積區(qū)（Y=0.5～3 m）、1°～2°的陸架區(qū)（Y=3～6 m）、7 m處設(shè)置12°的大陸坡，水流和物源在平行水槽X=1.3 m 輸入（圖3）。研究此底型下海陸過渡相三角洲的形成演化，并探討陸源有機質(zhì)沉積匯聚的影響因素。

圖3 陡/緩坡沉積模擬實驗底形三維模型Fig.3 Three-dimensional (3D) model of the bottom shape from the steep and gentle slope deposition simulation experiment

基于恩平組層序地層劃分結(jié)果，模擬實驗設(shè)計三個沉積期，分別對應(yīng)三個三級層序，陡緩坡實驗的水位變化與白云凹陷恩平組三級層序保持一致。第一沉積期（Run1）模擬水退條件下海陸過渡相三角洲沉積過程；第二沉積期（Run2）模擬完整旋回下陸源有機質(zhì)在海陸過渡相三角洲體系的沉積過程；第三沉積期（Run3）模擬在波浪條件下陸源有機質(zhì)在海陸過渡相三角洲體系內(nèi)的沉積過程。

實驗基本參數(shù)見表2。設(shè)定實驗有機質(zhì)添加速率第一期3.6 L/h、第二期和第三期為3.6～4.5 L/h。為了在平面和剖面上清楚識別有機質(zhì)沉積特征，煤粉先與水混合攪拌均勻后定量加入。為了明確坡度對于有機質(zhì)沉積富集的影響，左右平行水槽分別設(shè)置坡度為6°的陡坡和3°的緩坡，其他實驗條件均一致。

表2 水槽模擬實驗參數(shù)設(shè)計表Table 2 Parameters for the flume simulation experiment

三期實驗全程使用4K 錄像機記錄，實驗過程中，對三角洲的形態(tài)和有機質(zhì)的搬運過程進行觀察，每期使用3D激光掃描儀記錄三角洲沉積地貌數(shù)據(jù)。每一期結(jié)束，鋪設(shè)彩砂作為沉積期次分界面。三期實驗結(jié)束后對最終沉積體采用0.65 m×0.5 m 網(wǎng)格切片，并拍照記錄橫、縱剖面情況，取樣分析總有機碳含量（TOC），由Leco-CS-230碳硫分析儀測定。

3 實驗過程與結(jié)果

實驗?zāi)M恩平組海陸過渡相三角洲沉積體系陸源有機質(zhì)沉積過程，實驗過程中三個沉積期水位連續(xù)變化，每個沉積期分兩個階段（Run1-1、Run1-2、Run2-1、Run2-2、Run3-1、Run3-2），各階段三角洲形態(tài)、岸線位置如圖4。

圖4 實驗過程中三角洲形態(tài)圖（a）Run1-1,900 min；（b）Run1-2,1 800 min；（c）Run2-1,1 300 min；（d）Run2-2,2 600 min；（e）Run3-1,1 300 min；（f）Run3-2,2 600 minFig.4 Delta morphology map during the experiment（a）Run1-1,900 min（;b）Run1-2,1 800 min；（c）Run2-1,1 300 min；（d）Run2-2,2 600 min；（e）Run3-1,1 300 min；（f）Run3-2,2 600 min

3.1 第一沉積期

第一沉積期整體水退，并伴隨著間斷性水進，其中陡坡三角洲的水位從40 cm 下降到35.5 cm，緩坡三角洲水位從37 cm下降到34.5 cm。三角洲演化定量表征數(shù)據(jù)顯示，實驗早期，水位變化不大時，陡緩坡三角洲的長在較短時間內(nèi)均迅速增長，當砂體有一定沉積厚度后，三角洲延伸速率明顯降低（圖5a）；隨著水位的降低，三角洲從橫向展寬為主逐漸過渡到縱向延伸為主，長寬比變大接近于1，其中緩坡延伸速率高于陡坡（圖5b）；三角洲形成一定規(guī)模后，砂體以垂向增厚為主。

圖5 陡/緩坡第一期水位與三角洲形態(tài)關(guān)系圖（a）水位與三角洲長關(guān)系圖；（b）水位與三角洲長寬比關(guān)系圖Fig.5 Relationship between the first stage water level and delta morphology on steep and gentle slopes(a) relationship between water level and delta length;(b) relationship between water level and delta aspect ratio

實驗開始前先對底型掃描一次，鋪上紅色彩砂作為沉積期次分界面，初始岸線位于Y=0.6 m 處，水流量為0.15 L/s，加砂速率1 mL/s。實驗開始20 min后出現(xiàn)主河道，水流攜帶泥砂在出口處快速沉積，并逐漸向前方延伸。200 min出現(xiàn)三角洲雛形，水流以片流為主（圖6a），砂體最遠延伸至Y=1.25 m處，三角洲處于生長發(fā)育初期，可容空間大，伸展速率較快。實驗進行700 min，水流流量增大至0.25 L/s，此時主河道分叉并開始擺動，砂體全方位發(fā)育（圖6b）。Run1-1 結(jié)束時，對三角洲砂體掃描一次，此時陡、緩坡三角洲差異較明顯，緩坡三角洲沉積物被搬運到更遠位置（圖4a）。1 000 min后，降低物源供給速率，水流切割砂體，陡、緩坡三角洲以橫向展寬為主。在1 000～1 800 min，出現(xiàn)很多分流河道，砂體繼續(xù)向前推進，在前緣發(fā)育了大量的朵體（圖6c）。第一期實驗結(jié)束，陡、緩坡三角洲砂體差異變小（圖4b）。

圖6 三角洲第一沉積期沉積過程圖（a）三角洲雛形時期；（b）三角洲發(fā)育中期；（c）三角洲發(fā)育后期Fig.6 First depositional process in the delta(a) delta embryonic period;(b) middle delta development;(c) later delta development

3.2 第二沉積期

第二沉積期模擬流量和物源供給量較大時海陸過渡相三角洲的沉積發(fā)育過程，第二沉積期分兩個階段，其中Run2-1、Run2-2分別為第一期沉積基礎(chǔ)上水位逐漸升高的水進退積過程和三角洲水退進積過程。

實驗水流流量0.35 L/s，物源供給較大。Run2-1時期，隨著水位上升，陡、緩坡岸線位置逐漸回退至2.2 m（圖4c）。Run2-2 階段，與第一期相比，三角洲規(guī)模更大，砂體沉積厚度更大，初始坡度的影響進一步減少，陡緩坡三角洲形態(tài)無明顯差異。流量增大對三角洲沉積作用影響明顯，水流切割早期沉積的砂體，整個沉積期主河道頻繁擺動，朵體大量發(fā)育，沉積物被搬運到更遠位置（圖4d）。實驗結(jié)束，對砂體進行3D激光掃描，并在三角洲砂體上均勻鋪上紫色彩砂作為沉積期次分界面。

3.3 第三沉積期

第三沉積期一共用時43.3 h，模擬流量、物源供給較大且有波浪條件下，陸源有機質(zhì)在海陸過渡相三角洲體系的沉積過程。

Run3-1 階段，陡坡水位變化范圍為41.0～51.5 cm，緩坡水位變化范圍為40.5～49.0 cm，整個過程中，岸線不斷往物源方向后退（圖4e）。波浪對三角洲的不斷沖擊，使三角洲前緣砂體部位改造明顯，水流接觸水面后向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)，三角洲的前積作用受到明顯影響。部分細粒沉積物被重新沖回三角洲平原，與上游來水共同作用形成橫向砂壩（圖7a）。波浪作用在無河道區(qū)域留下波痕，主河道區(qū)域與水流流量抵消，痕跡顯著減弱。水進結(jié)束，陡、緩坡岸線均位于Y=2.2 m 處，對三角洲砂體進行3D激光掃描。

圖7 波浪影響下三角洲發(fā)育特征圖（a）水進階段；（b）水退階段Fig.7 Characteristics of delta development under wave influence(a) water inlet stage;(b) water regression stage

Run3-2階段，水位整體下降，三角洲砂體往前發(fā)育，在前緣部位，發(fā)育了部分受波浪作用影響的橫向砂壩以及細粒沉積物條帶（圖7b）。水退結(jié)束后，砂體上可觀察到由多個砂壩構(gòu)成的環(huán)形條帶（圖4f），此時，陡坡水位46.5 cm、岸線3.5 m；緩坡水位45.5 cm、岸線3.5 m。

4 陸源有機質(zhì)分布模式

4.1 有機質(zhì)平面展布特征

在三角洲雛形時期，有機質(zhì)主要隨著水流搬運至前緣部位（圖8a）。三角洲形成一定規(guī)模后，縱向延伸較快，有機質(zhì)大部分沉積于岸線附近，少量沉積于河道漫溢處（圖8b）。隨著三角洲規(guī)模進一步增大，分支河道增多，在三角洲平原低能部位（河道漫溢處、廢棄河道、河間洼地以及砂壩背流面）形成有機質(zhì)局部富集區(qū)（圖8c）。水流流經(jīng)河道，以過路作用為主，隨著物源供給減弱（水流強度不變，降低供砂速率），水流切割沉積砂體，河道開始擺動，使部分水流漫溢在河道間，這時水流呈漫溢流動狀態(tài)，水動力較弱，因此在河道漫溢處有明顯有機質(zhì)沉積。河道的變道與分叉，使三角洲平原殘留多條廢棄河道，有機質(zhì)在這些相對閉塞的低能環(huán)境中沉積。三角洲前緣和前三角洲上有機質(zhì)平面呈席狀展布。第二、三沉積期階段，三角洲規(guī)模更大，有機質(zhì)被搬運到更遠位置，在陸架區(qū)亦有有機質(zhì)沉積。

圖8 第一沉積期有機質(zhì)平面分布圖（a）三角洲雛形時期；（b）三角洲發(fā)育中期；（c）三角洲發(fā)育后期Fig.8 Planar distribution of organic matter in the first sedimentary period(a) delta embryonic period;(b) middle delta development;(c) later delta development

第三沉積期造浪條件下，波浪對三角洲砂體的改造，在三角洲前緣，由上游來水和波浪共同作用形成許多砂壩，阻止了平原漫溢部位有機質(zhì)的流失，形成有機質(zhì)局部富集區(qū)。同時，壩間凹槽里水流流速較慢，有利于有機質(zhì)的保存，形成環(huán)帶狀的有機質(zhì)局部富集區(qū)（圖9斜切面AA'）。

圖9 波浪影響下形成的有機質(zhì)局部富集區(qū)模式圖Fig.9 Model of local enrichment area for organic matter formed under the influence of waves

4.2 有機質(zhì)剖面分布特征

基于有機碳含量的測定結(jié)合橫縱剖面刻畫分析，明確陸源有機質(zhì)分布模式。切片過程中發(fā)現(xiàn)不同的亞相帶，有機質(zhì)的分布模式存在差異：三角洲平原亞相內(nèi)，有機質(zhì)主要以透鏡型、斷續(xù)型和互層型分布；而三角洲前緣和前三角洲，有機質(zhì)以厚度較大的條帶型為主。

三角洲Y=2 m 橫剖面上，紅線與綠線之間為第一沉積期，綠線與紫線之間為第二沉積期，紫線之上為第三沉積期。第一沉積期可以識別出多個砂壩和分流間灣，這是由于河道頻繁擺動所形成的；第二沉積期砂體厚度最小，垂向加積相對較弱。整個剖面可以識別出斷續(xù)型、透鏡型和互層型三種有機質(zhì)分布模式。其中，斷續(xù)型有機質(zhì)顏色較淺，沉積厚度較薄（平均1 mm），有機質(zhì)隨著水動力的減弱，在河道漫溢處等下凹程度較低的部位沉積形成，主要分布在三角洲平原；透鏡型有機質(zhì)顏色較深，剖面上呈現(xiàn)一定沉積厚度，形狀呈不對稱透鏡狀，由有機質(zhì)在下凹程度較大的廢棄河道和河間洼地等部位沉積形成，分布不規(guī)律（圖10a）。

圖10 水槽模擬實驗有機質(zhì)分布特征剖面圖（a）陡坡Y=2 m橫剖面，（b）緩坡X=1.3 m中央縱剖面Fig.10 Profile of organic matter distribution in the flume simulation experiment(a) cross section of steep slope,Y=2 m;(b) gentle slope,X=1.3 m,central longitudinal section

三角洲X=1.3 m 中央縱剖面上，順著物源方向，有機質(zhì)沉積厚度逐漸變厚。近物源區(qū)，由于水動力較強，有機質(zhì)易遭受侵蝕破壞從而難以保存，而三角洲前緣有機質(zhì)層明顯較厚，早期有機質(zhì)沉積后，后期沉積物在水退時期將早期有機質(zhì)覆蓋，使前期沉積的有機質(zhì)得以保存。剖面上主要可以識別出互層型和條帶型兩種有機質(zhì)分布模式?；有陀袡C質(zhì)顏色淺，沉積厚度較薄，分布數(shù)量多，相鄰有機質(zhì)間距小，近似平行分布，集中分布在三角洲平原部位，由有機質(zhì)連續(xù)切過分支河道和廢棄河道所致。條帶型有機質(zhì)顏色深，沉積厚度大，常見斜交條帶，有機碳含量高，平面呈席狀分布，主要分布在三角洲前緣—前三角洲。隨著搬運距離的增加，有機質(zhì)的分布模式由互層型向條帶型轉(zhuǎn)變，這是因為陸源有機質(zhì)搬運到三角洲前緣與海水交互后，水動力減弱，導(dǎo)致有機質(zhì)迅速沉積，因此岸線附近的淺海區(qū)域是有機質(zhì)沉積的優(yōu)勢區(qū)域（圖10b）。

5 陸源有機質(zhì)影響因素與富集機制討論

5.1 坡度影響三角洲演化初期的有機質(zhì)分布

基于3D 激光掃描獲得的三角洲沉積厚度數(shù)據(jù)與搬運距離的相關(guān)性，對陡、緩坡三角洲三個沉積期六個沉積過程進行分析（圖11）。沉積厚度指三角洲總的沉積厚度（砂體+有機質(zhì)），砂體主要沉積于三角洲平原區(qū)域，而三角洲前緣—前三角洲區(qū)域只存在極少量的砂體，沉積厚度主要為有機質(zhì)層。結(jié)果顯示，隨著三角洲規(guī)模的增大，有機質(zhì)被搬運到更遠的位置；三角洲砂體沉積區(qū)陡、緩坡沉積厚度基本一致。三角洲第一沉積期，可以觀察到緩坡比陡坡搬運距離更遠，尤其在三角洲Run1-1階段，有機質(zhì)的搬運距離差異最為明顯。三角洲形成初期，緩坡三角洲水下可容空間小，有機質(zhì)展布空間小，趨向于向前搬運。三角洲第二、三沉積期坡度大小不易界定，但陸源有機質(zhì)的最遠搬運距離大致相同。因此，坡度控制三角洲演化早期有機質(zhì)的分布，坡度越緩，有機質(zhì)被搬運距離越遠，而隨著三角洲沉積規(guī)模的增大，初始坡度對有機質(zhì)分布的影響減少。

圖11 陡/緩坡條件下中央縱剖面沉積厚度變化圖（a）Run1-1期；（b）Run1-2期；（c）Run2-1期；（d）Run2-2期；（e）Run3-1期；（f）Run3-2期；（g）剖面切割位置Fig.11 Sedimentary thickness variation of central longitudinal profile under steep and gentle slope conditions(a) Run1-1 period;(b) Run1-2 period;(c) Run2-1 period;(d) Run2-2 period;(e) Run3-1 period;(f) Run3-2 period;(g) the position of profile cutting

5.2 水動力條件影響有機質(zhì)搬運距離

水動力強度是影響有機質(zhì)搬運距離的重要因素之一[10-11]。三角洲平原內(nèi)，分支河道中水動力較強，以搬運為主，基本沒有有機質(zhì)沉積，向兩側(cè)漫溢出河道以后，水動力逐漸減弱，有機質(zhì)逐漸沉積。在整個海陸過渡相三角洲沉積體系，從第二沉積期開始設(shè)計水流流量整體增大。對比三期水進條件下有機質(zhì)的分布情況，由于第一期沒有水進，取前半個沉積期進行比較（圖12）。水進條件下，隨著水動力增強，有機質(zhì)沉積范圍更廣，最遠搬運距離明顯增大。對比Run2-1 與Run3-1，水動力條件不變，增加波浪的影響，此時三角洲前緣—前三角洲區(qū)有機質(zhì)沉積厚度變大，而有機質(zhì)最遠搬運距離變小。

圖12 水進條件下陡/緩坡有機質(zhì)沉積厚度分布圖（a，a’）Run1-1階段，流量：0.15 L/s；（b，b’）Run2-1階段，流量：0.35 L/s；（c，c’）Run3-1階段，流量：0.35 L/sFig.12 Distribution of organic matter deposition thickness on steep and gentle slopes under transgressive conditions(a,a’)Run1-1 period,flow: 0.15 L/s;(b,b’) Run2-1 period,flow: 0.35 L/s;(c,c’) Run3-1 period,flow: 0.35 L/s

波浪對有機質(zhì)搬運具有一定的改造作用，導(dǎo)致有機質(zhì)向前搬運受阻（圖13），有機質(zhì)被沖散，均勻分布在三角洲前緣—前三角洲區(qū)域，有機質(zhì)分布范圍更廣，沉積厚度更薄。因此，水動力強度和波浪條件是控制有機質(zhì)搬運的重要因素，水動力越強，有機質(zhì)搬運距離越遠，造浪條件下，有機質(zhì)向前搬運受阻，呈現(xiàn)更加均勻分布。

圖13 波浪影響下有機質(zhì)搬運過程示意圖（a）有機質(zhì)剛加入時期；（b）有機質(zhì)搬運受阻時期Fig.13 Schematic diagram of organic matter transport process under wave influence(a) period when organic matter wasadded;(b) period when organic matter transport is blocked

5.3 陸源有機質(zhì)富集機制

基于激光掃描三角洲沉積厚度數(shù)據(jù)，分析AA'、BB'、CC'橫剖面沉積厚度，其中三角洲前緣—前三角洲區(qū)域只存在少量砂體，沉積厚度增量主要為有機質(zhì)沉積，有機質(zhì)分布不均勻，其分布受河道變遷影響。主河道正前方沉積厚度增量大，隨著河道變遷，有機質(zhì)平面展布發(fā)生變化；陸架區(qū)雖有增量，但明顯較三角洲前緣增量小，大陸坡位置幾乎不發(fā)育（圖14）。分析結(jié)果表明，三角洲前緣區(qū)域AA'橫剖面沉積厚度最大，從三角洲平原到前三角洲有機質(zhì)沉積厚度在逐漸增加；從BB'到CC'，前三角洲到陸架區(qū)，有機質(zhì)沉積厚度明顯減少，有機質(zhì)富集程度降低。河流與海水交匯后，水動力衰減，有機質(zhì)在三角洲前緣—前三角洲區(qū)域迅速沉積，形成陸源有機質(zhì)富集區(qū)，并且在前三角洲達到峰值。對比陡、緩坡三角洲沉積厚度，緩坡三角洲沉積厚度高于陡坡，有機質(zhì)在緩坡三角洲上被搬運的更遠。因此，陸源有機質(zhì)隨著搬運距離的增加，有先升高后降低的趨勢，在前三角洲存在峰值。屈童等[11]在三角洲—淺海沉積體系沉積模擬實驗中，通過粒度參數(shù)與TOC 的相關(guān)性也證實了這一觀點。

圖14 陡/緩坡三角洲沉積厚度對比圖（a）陡坡三角洲；（b）緩坡三角洲；不同顏色代表不同沉積期次Fig.14 Comparison of thickness for steep and gentle deltas(a) steep slope delta;(b) gentle slope delta;different colors represent different deposition stages

根據(jù)陡、緩坡X=1.3 m中央縱剖面TOC分析測試數(shù)據(jù)（圖15），有機質(zhì)從三角洲平原到前三角洲TOC逐漸增加，前三角洲到陸架區(qū)趨于穩(wěn)定，TOC峰值出現(xiàn)在約4.5 m 的前三角洲區(qū)域。三角洲平原有機質(zhì)碳含量低，大部分低于2%，波浪影響下形成的有機質(zhì)局部富集區(qū)TOC 要高于三角洲平原有機碳含量，而砂壩本身很少沉積或者不沉積有機質(zhì)。三角洲前緣—前三角洲TOC高，從陸架區(qū)TOC有降低的趨勢。TOC 測試結(jié)果和激光掃描沉積特征一致，因此三角洲前緣—前三角洲區(qū)域為陸源有機質(zhì)的主要富集區(qū)，可能發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖。

圖15 陡/緩坡中央縱剖面TOC 分布特征圖（a）陡坡三角洲；（b）緩坡三角洲Fig.15 Total organic carbon (TOC) distribution in the central profile of steep and gentle slopes(a) steep slope delta;(b) gentle slope delta

5.4 陸源有機質(zhì)沉積模式

基于恩平組三角洲沉積體系烴源巖分布差異的研究，結(jié)合實驗過程中有機碳含量變化趨勢，建立了陸源有機質(zhì)沉積模式（圖16）。單一物源條件下，陸源有機質(zhì)豐度向遠離物源方向上呈先升高后降低的變化趨勢。三角洲平原亞相內(nèi)，受植物碎屑原地堆積影響廣泛發(fā)育煤層。由于較強的水動力環(huán)境影響，大部分陸源有機質(zhì)難以保存，少量陸源有機質(zhì)在洪水期漫溢出來，沉積于廢棄河道、河漫灘、河間洼地等處，由下凹程度和切過長度的不同，在剖面上呈互層型、透鏡型、斷續(xù)型分布，與泥巖、砂巖垂向疊置；三角洲前緣和前三角洲亞相，河流與海水交匯后，水動力強度快速下降，陸源有機質(zhì)在近海區(qū)迅速沉積，平面上呈席狀展布，剖面上呈厚度較大的條帶型分布；更遠的陸架區(qū)，存在少量的陸源有機質(zhì)以環(huán)流形式沉積，隨著搬運距離增加，陸源有機質(zhì)豐度減小。

圖16 海陸過渡相三角洲體系陸源有機質(zhì)沉積模式圖（據(jù)李燕等[40]修改）Fig.16 Sedimentary model of terrigenous organic matter in transitional facies delta system (modified from Li et al.[40])

6 結(jié)論

（1）陸源有機質(zhì)在三角洲的不同亞相帶分布模式不同，在三角洲平原，由陸源有機質(zhì)沉積部位下凹程度和切過長度的不同,在剖面內(nèi)主要以互層型、透鏡型、斷續(xù)型分布；在三角洲前緣—前三角洲，則以厚度較大的條帶型分布為主。

（2）坡度主要影響三角洲演化早期陸源有機質(zhì)的分布，三角洲坡度緩，可容空間小，有機質(zhì)搬運距離遠，隨著三角洲沉積厚度增大，初始坡度對陸源有機質(zhì)的影響變小。水動力強度和波浪是影響陸源有機質(zhì)搬運距離的重要因素，水動力越強，有機質(zhì)搬運距離越遠，而波浪導(dǎo)致有機質(zhì)向前搬運受阻。

（3）單一物源條件下，陸源有機質(zhì)豐度向遠離物源方向呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。從三角洲平原到前三角洲，陸源有機質(zhì)豐度逐漸升高，在前三角洲部位出現(xiàn)峰值，前三角洲至陸架區(qū)逐漸降低。同時，三角洲平原的低能環(huán)境（如河道漫溢處、廢棄河道、砂壩背流面）存在陸源有機質(zhì)局部富集區(qū)。

致謝 在論文撰寫過程中得到馮文杰老師、胡光明老師和魏薇老師的親切指導(dǎo)，在此一并表示真誠的感謝！