211 / 2022-03-04 11:48:02

古地貌及气候对扇三角洲粗碎屑沉积的影响 ——基于准噶尔盆地中拐地区上乌尔禾组的沉积物理模拟实验

粗碎屑沉积；沉积物理模拟实验；控制因素；古地貌；古气候；水动力

古地貌及气候对扇三角洲粗碎屑沉积的影响

——基于准噶尔盆地中拐地区上乌尔禾组的沉积物理模拟实验

邓儒风¹，胡光明^1*，唐友军²，刘忠保¹，潘双苹¹

1.长江大学地球科学学院，武汉430100

2.长江大学资源与环境学院，武汉430100



摘要扇三角洲粗碎屑沉积是准噶尔盆地上二叠统重要的油气储层，如中拐地区上二叠统上乌尔禾组的沟槽（四周地势较高的、受限的长条形负向地貌）的中下游发现有厚度较大、分选较好的砂砾岩储层，这一储层发育的主控因素不明确；越过低凸起之后的凹槽（一端开放的、宽缓的负向地貌）中，是否也发育有类似的粗碎屑沉积储层。本文结合沉积物理模拟实验来对这些问题进行探讨。

从物源向下游，研究区上二叠统上乌尔禾组古地貌依次为沟槽、低凸起以及凹槽。已有研究表明，晚二叠世上乌尔禾组沉积时期为湿润气候。湿润气候条件下河流流量相对稳定、变化不大，主要发育湿扇；而干旱气候条件下河流以阵发性的洪水与枯水交替为特征，流量变化大，主要发育旱扇。前人的研究表明，准噶尔盆地在上乌尔禾组沉积时期，呈现持续湖侵的特征，研究区发育退覆式扇三角洲砂砾岩沉积体系。

根据原型地质特征设计了旱扇与湿扇对比实验。①底形设计：结合研究区古地貌，设计出一个具有沟槽—低凸起—凹槽底形的实验池。②流体性质设计：设计旱扇的流体由重力流和牵引流组成，其中一次重力流75L，包含水45L、泥沙30L（泥沙中含砾粗砂6.75L，中细砂8.25L，粉砂3.75L，泥浆11.25L），一次牵引流分为洪水、中水及枯水，设计其流速分别为约0.6米/秒、0.48米/秒及0.34米/秒，来水时间比为2:2:1；湿扇的重力流与旱扇一致，牵引流以稳定、持续的中水为主。③实验过程设计：旱扇与湿扇的实验过程均分为3期，第1期、第2期及第3期分别划分为6轮、4轮、2轮，其中旱扇的每一轮实验为一次重力流及若干次牵引流，湿扇的每一轮实验为一次重力流及稳定、持续的牵引流；每一期实验开始前使水位上升到一定高度，之后缓慢下降。

实验结束后，对沉积体进行切片。通过对旱扇与湿扇同一位置的纵剖面进行对比，发现无论是旱扇还是湿扇，粗碎屑主要分布于沟槽的中下游以及凹槽的中上游，另外，无论是旱扇还是湿扇剖面，粗碎屑主要分布在第一期沉积中，第二期第三期极少，因为第一期有沟槽和凹槽等负向地貌单元，第二期第三期地貌则相对平缓。这些说明，粗碎屑的分布与负向地貌单元有关，与气候潮湿（表现为湿扇）或干旱（表现为旱扇）无关。但是，无论是纵剖面还是横剖面，比较相同位置的粗碎屑的分布特征，发现湿扇中粗碎屑的分选较好，这说明，气候影响了粗碎屑的分选。

沟槽中下游分布有粗碎屑，是由于低凸起的阻挡，上游来水到达沟槽的中下游，形成壅水，流速略有减小，但仍然较大，粗碎屑就地堆积，而相对较细的颗粒随水流越过低凸起进入凹槽。当沟槽趋于填满时，流水携带大量碎屑越过狭窄的低凸起，以较大的速度进入相对宽阔的凹槽，由于凹槽中水体的顶托，流速迅速降低，其携带的粗粒物质首先在凹槽的中上游沉积下来，细粒物质继续向前搬运，在凹槽的下游甚至更远的地方沉积。

当水动力强而稳定的时候，粗碎屑连续沉积，细粒物质被流水带走，形成分选较好的粗碎屑沉积，潮湿气候条件下湿扇中稳定而持续的牵引流即属于这种情况；当水动力由强迅速减弱时，细粒物质沉积于先前沉积的粗碎屑颗粒之间，如果水动力强弱交替频繁发生，则形成粗细混杂，分选较差，干旱气候条件下旱扇中洪水、中水、枯水的频繁交替即相当于这种情况。因此，湿扇中粗碎屑的分选要好于旱扇。

综上所述，古地貌是控制扇三角洲粗碎屑分布位置的主要因素，使得沟槽中下游以及凹槽中上游发育厚度较大的粗碎屑沉积；气候影响扇三角洲粗碎屑的分选，相同位置，湿扇的粗碎屑分选较好。通过实验发现凹槽中上游存在一定范围的、分选较好的粗碎屑沉积，据此可以预测中拐地区上二叠统上乌尔禾组凹槽的中上游发育与沟槽中下游相似的优质砂砾岩储层，为研究区未来的油气勘探提供依据。

关键词粗碎屑沉积；沉积物理模拟实验；控制因素；古地貌；古气候；水动力

第一作者简介邓儒风，男，1997年出生，硕士研究生，储层沉积学，E-mail: 493882070@qq.com

通信作者胡光明，男，教授，沉积储层与层序，E-mail: hugm1214@163.com