正断层控制下冲积扇沉积过程与沉积构型模拟实验

正断层构造广泛发育于盆地内和造山带中,其对可容空间分配及沉积物分布具有明显的控制作用,从而影响了冲积扇形态。为进一步探究正断层构造对冲积扇沉积过程及其内部构型的控制作用,利用水槽实验对正断层构造发育背景下的冲积扇发育过程进行模拟再现。研究表明,携带大量沉积物的碎屑流优先在上盘近断层处泄载,后经牵引流的改造,形成沿断面垂向生长、尖端指向物源的三角形分水滩。水动力较强时碎屑流越过分水滩并在分水滩尾部发育越滩朵体,水动力较弱时碎屑流遇分水滩尖端分流后沿断面在分水滩两侧发育断面朵体。受控于断面及分水滩的阻挡,冲积扇表面不同位置的沉积物泄载过程差异较大,粒度差异明显,上盘扇体中分水滩沉积物偏粗,越滩朵体次之,断面朵体最细。冲积扇的发育过程依据分水滩砂体厚度和断距大小之间的差异,共分为3个阶段。断距大小还会影响冲积扇沉积构型,断距越大,上盘可容空间越大,分水滩发育时间越长,扇体内部砂体叠置样式越复杂。受控于正断层的冲积扇内部构型在垂直物源剖面上从近端至远端,分别发育纵向沙坝、分水滩及碎屑流朵体,在平行物源剖面上以复合水道主控、分水滩叠复体主控、多期朵体叠复体主控为主。     

逆断层正牵引构造对冲积扇沉积过程与沉积构型的控制作用:水槽沉积模拟实验研究

逆断层正牵引构造广泛发育于挤压盆地边缘,伴随逆断层的幕式活动而生成,并影响山前冲积扇沉积过程与沉积构型。为进一步认识这种特殊的凸起构造对冲积扇沉积过程及其内部构型的控制作用,利用水槽实验对正牵引构造发育背景下的冲积扇沉积过程进行模拟与观测。研究表明,携带大量沉积物的碎屑流冲出供水槽后很快受到正牵引构造的阻挡,大量的粗粒沉积物快速卸载在正牵引构造的迎水面,形成一个砂砾坝,同时水流被分成两股分支水流。由于较粗粒的沉积物快速在迎水面卸载,砂砾坝迎着水流逐步向物源方向生长,形成逆向(生长)砂砾坝。分支水流绕过正牵引构造后形成两个新的次级物源,在次级物源持续供给下,形成两个由多期碎屑流朵体复合而成的次级扇。受控于正牵引构造的阻挡,冲积扇表面不同位置的沉积物卸载过程差异较大,相较于正常冲积扇沉积体,砂砾坝沉积物偏粗、分选更差,而次级扇沉积物粒度偏细、分选更好;正牵引构造凸起幅度高低也会影响冲积扇沉积构型,凸起幅度越高,正牵引构造对水流的阻挡作用越强、越持久,逆向砂砾坝和次级扇的规模越大、空间结构也越复杂。正牵引构造完全被沉积物覆盖后,扇面沉积特征与一般冲积扇无异。受控于正牵引构造的冲积扇与一般冲积扇的内部构型存在较大差异,在顺物源剖面上前者依次发育碎屑流朵体、逆向砂砾坝及次级扇,而后者则整体以碎屑流朵体为主;在由近端至远端的切物源剖面上,前者依次以碎屑流朵体主控、逆向砂砾坝主控及次级扇主控,而后者则均以碎屑流朵体主控为主。     

冲积扇研究现状及沉积模拟实验--以碎屑流和辫状河共同控制的冲积扇为例

近年来,对冲积扇复杂沉积机制与沉积过程的研究受到关注,取得了较大进展。从冲积扇的分类及其沉积特点、冲积扇沉积储层构型表征方法及冲积扇沉积机制等方面对冲积扇研究现状进行了详细综述。之后,针对碎屑流与辫状河共同控制下冲积扇水道演化机制不明的情况,利用水槽沉积模拟对冲积扇过程进行了沉积实验模拟。研究表明,冲积扇具有多种分类方案,反映了冲积扇的多样性和复杂性;冲积扇表征技术主要有现代沉积、野外露头、地下密井网解剖和水槽沉积实验模拟等方法;控制冲积扇发育的异旋回因素主要有:构造差异活动、同生断层的组合样式及物源气候的变化等;自旋回因素控制下冲积扇存在多种沉积机制,其决定了冲积扇内部构型单元的分布。通过水槽沉积模拟实验研究发现,对碎屑流与辫状河共同控制下冲积扇沉积过程具有如下特点:①在扇体初始雏形形成后,水携沉积物具有向扇面低势部位堆积的趋势;②扇面辫状水道存在两种重要的迁移方式,单一主水道迁移和分叉式次水道迁移方式。单一主水道的迁移是导致扇体辐向前积增大的主要原因,而分叉式次水道迁移方式是扇体展宽的重要机制;③在构造条件相对稳定的情况下,多期扇体具有明显向源退积的特征。在前述研究基础上,探讨了下一步冲积扇的研究方向。     

干旱型分支河流体系沉积特征与演化过程

在干旱气候背景下,盆地边缘可形成一种发育于盆地边缘并顺源延伸至湖盆边缘终止的大型沉积体系,即分支河流体系,其主体往往被称为冲积扇。分支河流体系规模较大,沉积过程复杂,其沉积物可形成大规模的油气、水储层。为了明确干旱型分支河流体系沉积演化过程及其不同时期沉积特征的差异,通过水槽沉积实验模拟再现其沉积过程,并采用三维激光扫描、延时拍摄等技术手段精确监测。研究结果表明:1）分支河流体系的半径、边缘糙度与模拟期次（沉积物供给）呈对数相关关系,同时其增生规律呈现明显的阶段性差异,据此可将沉积演化过程划分为早期、中期及后期三个阶段。2）各阶段沉积特征存在较大差异,初期阶段以片流为主,片流单元在分支河流体系表面呈连片状多期次迁移叠置,中期阶段非限制性河道的侧向迁移及与其远端相连的限制性河道的形成与废弃共同主导了沉积过程,后期阶段非限制性河道发育程度大大降低而限制性河道发育程度大大增加并主导沉积过程。3）分支河流体系的三阶段演化导致其本身由三个沉积特征差异较大、空间结构迥异的沉积层构成,包括底层片流朵体复合体、中层非限制性河道与限制性河道切割叠覆体、顶层限制性河道切叠沉积体。     

阵发性洪水条件下辫状河型冲积扇构型研究:以准噶尔盆地西北缘现代白杨河冲积扇为例*

白杨河冲积扇是由阵发性洪水期的碎屑流沉积物与间洪期辫状河沉积物组成的复合型冲积扇,其构型与碎屑流扇的构型和河流型扇的构型有很大的不同。本研究选取准噶尔盆地西北缘干旱气候下发育的现代白杨河冲积扇作为解剖实例,对103个天然剖面和9个人工大型探槽进行了详细测量,在沉积微相及不同级别的沉积构型的观测和分析的基础上,分析了阵发性洪水条件下间歇性辫状河型冲积扇体的地貌单元的演化过程和沉积构型特征,研究不同流态的阵发性洪水条件下各种建造和改造机制,明确受阵发性洪水控制的间歇性辫状河型冲积扇的沉积特征,建立了其沉积构型模式。认为: 在洪水期,阵发性洪流(碎屑流)形成席状化的片流(或片洪)沉积,在洪退期,随着洪水强度的减弱,又转变为辫流沉积,而在间洪期,仍有持续的辫状流体(牵引流)在限制性的水道中流动,并对洪水期的碎屑流沉积物进行改造,形成了限制性的(条带状的)辫状河道沉积,2个时期的沉积物在时空上频繁叠置,形成了一种更加复杂的沉积构型。该模式对油田地下冲积扇砂砾储集层的成因识别、预测及对比具有一定的参考价值。     

冲积扇沉积构型研究进展*

冲积扇是发育于盆地边缘的一种重要的沉积相类型。近20年来,在冲积扇分布的控制作用、内部构型及储集层特征研究等方面取得了很大的进展:(1)深化了断层活动、物源岩性条件及不同级次基准面旋回对冲积扇沉积构型的控制作用机理;(2)建立了碎屑流主控、碎屑流与河流主控、河流主控的冲积扇以及末端扇的沉积构型模式;(3)分析了冲积扇沉积机制及沉积构型对储集层质量的控制作用。今后有必要充分应用水槽模拟实验、沉积数值模拟和探地雷达等先进技术,对冲积扇沉积过程、内部构型及储集层非均质性进行更为深入的研究。     

准噶尔盆地西北缘三叠系干旱型冲积扇储层内部构型特征

以克拉玛依油田一中区为例,综合现代沉积、岩芯、露头、密井网等资料,应用层次分析法深入解剖干旱型冲积扇内部构型。以冲积扇相带划分为基础,构建7~9级构型要素分级体系,明确构型要素的成因、规模及样式,建立精细的干旱型冲积扇构型模式。研究表明:①根据岩性组合、沉积构造等特征将冲积扇依次划分为槽流、片流、辫流及径流4个相带;②槽流带主体为宽带状槽流沉积体,由多期槽流砾石体垂向叠置而成,单期槽流砾石体顶部在间洪期受到小股牵引流侵蚀改造,发育网状的流沟系统;③片流带主体为扇状片流砂砾体,由多期片流朵体侧向—垂向复合而成,朵体顶部披覆的泥质夹层是稳定的渗流屏障;④辫流带主体为宽带状辫流水道,由洪水水道和间洪水道两种单一水道侧向复合而成,洪水水道规模较大、侧向迁移频繁、切割叠置关系复杂、物性较好,在油田注水开发过程中极易形成水窜通道,而间洪水道规模较小,侧向切叠程度较低、物性也较差;⑤径流带主体为漫流细粒沉积,在漫流细粒沉积的背景上发育径流水道,其水道规模小、物性差且易尖灭。     

冲积扇储层构型精细解剖方法——以克拉玛依油田六中区下克拉玛依组为例

为了深化对冲积扇储层内部结构和剩余油分布的认识,为开发后期井网调整和剩余油挖潜提供更准确的地质依据,以克拉玛依油田六中区为例,应用岩心、露头、测井及动态等资料,以层次分析、模式拟合的研究思路,对研究区储层特征进行了深入分析,提出了一套冲积扇储层构型解剖方法。经研究认为,研究区为冲积扇体的一部分,建立了该区冲积扇沉积模式。将冲积扇划分为4个相带：扇根、扇中内缘、扇中外缘和扇缘-湿地。扇根和扇中内缘砂砾岩体以连片状为主;扇中外缘以宽条带状为主;扇缘-湿地以窄条带状为主。将单一砂砾岩体叠置方式分为垂向叠置、侧向交错、侧向叠置、侧向分隔及侧向拼接5种叠置方式。利用密闭取心井资料,对储层精细解剖结果进行了验证,指出剩余油富集场所。在构型界面附近,剩余油富集。     

同生逆断层对冲积扇沉积构型的控制作用:以准噶尔盆地西北缘三叠系下克拉玛依组为例

以新疆准噶尔盆地西北缘三叠系克拉玛依组冲积扇为例,综合应用岩心、测井、地震资料及邻近露头资料,通过沉积构型及构造-沉积响应分析,探讨挤压型盆地边缘与同生逆断层相关的冲积扇沉积构型特征。研究表明:挤压型盆地边缘冲积扇扇体的形态、规模和组合样式受到同生逆断层组合样式的控制。在多条平行盆地边缘的断层与顺源调节断层组合的条件下,调节断层走滑活动导致物源区溯源剥蚀,扇体呈快速退积而形成薄层条带溯源叠置组合。同时,调节断裂的平移活动会影响物源出口位置的侧向偏移,形成侧向迁移叠置扇体组合;在强烈活动的交叉状同生逆断层组合条件下,则形成多期厚层垂向叠置扇体组合。     

辫状河三角洲沉积特征与生长演变规律——水槽沉积模拟实验研究

辫状河三角洲是一类常见的沉积体系,也是一类常见的油气储层,其沉积特征、沉积演化过程及内部结构一直受到沉积学研究的关注。为明确辫状河三角洲沉积特征、演化过程及生长演变规律,笔者等通过水槽实验模拟辫状河三角洲在平缓的水下底形上逐步发育的过程,并采用三维激光扫描仪、延时拍照等手段进行精准的沉积地貌监测和定量沉积学分析。研究表明：(1)辫状河三角洲沉积演化过程中,三角洲的规模、水流分散样式、沉积体表面地貌特征及沉积物分布样式存在阶段性差异,可据此将实验辫状河三角洲的演化分为3个阶段。(2)在最初阶段,辫状河携带沉积物直接入“湖”堆积并形成朵状河口坝,入“湖”水流无明显的水道化特征,随着朵状河口坝逐渐堆积露出水面,三角洲平原初步形成,平原上河道开始分流并导致后续河口坝转变为连续的弧形坝分布于先期沉积体周缘,这一阶段三角洲平均半径快速增加;进入第二阶段后,三角洲平均半径增速减缓,供给河道进入三角洲平原后形成1～2条主干分流河道与多条次级分流河道,并在主干河道河口区形成弧形的前缘朵体;到第三阶段,三角洲平原面积已经较大,其平均半径增速进一步降低,平原上分流河道的分叉性更强、宽度更小,不同分流河道规模...     

Architectures and evolution of arid alluvial fans: Insights from a flume experiment

Using time-lapse cameras and a 3D laser scanner,74 groups of geomorphic data of alluvial fans were obtained through flume experiments. Then a detailed sedimentary analysis based on these data was performed by using a quantitative software to reveal the sedimentary evolution process of the arid alluvial fan and its depositional architecture. Results suggest that there are obvious differences in hydrodynamics,water flow patterns and growth pattern during the evolution of arid alluvial fans. Based on these differences,the experiment is divided into three stages,including an early,middle,and late stage. In the early stage,the fan surface hydrodynamics was relatively strong,and the sheet flow dominated the deposition. According to the distribution of sheet flow deposits,it can be divided into wide-spread sheet flow deposition and local sheet flow deposition. In the middle period of the experiment,the hydrodynamic strength and expansion rate at the middle-distal part of the fan body reduced. The non-confined channel which is close to the source dominated the deposition,and terminal lobe was mainly deposited on the edge of the river channel. In the late stage of the experiment,the hydrodynamic further reduced causing by the large fan surface and confined channels were the main deposits. Through the flume experiment,an arid alluvial fan depositional architecture model with a three-layer structure has been established. The bottom layer is of a sheet flow lobe complex,the middle layer is characterized by unconfined channels and terminal lobes,and the top layer is constituted by stacked confined channels and small terminal lobes.     

Simulation experiment of sedimentary process and sedimentary architecture of alluvial fan under the control of normal faults

Normal fault structures are widely developed in basins and orogenic belts,which control the accommodation space and the distribution of sediments and thus affecting the morphology of alluvial fans. A flume tank experiment was carried to simulate and clarify the control of normal faults on the sedimentary process and internal architecture of alluvial fans.The results show that the large amount of sediments carried by debris flow tend to be unloaded near the hanging wall of faults and are subsequently reworked by traction current,which result in a triangular distributary gravel bar grows vertically on fault plane with the tip pointing to the source area. When the hydrodynamic force is strong,debris flow goes across distributary gravel bar and forms over-bar lobe at the tail of the distributary gravel bar. When the hydrodynamic force is weak,debris flow forms fault plane-dominated lobe along fault plane and is located on both sides of the distributary gravel bar. Under the control of normal faults and the barrier of distributary gravel bar,the unloading process of sediments varies greatly at different positions on the surface of alluvial fan. The particle size varies greatly among different facies,with coarsest grains developed on the fans of hanging wall,finer grained on over-bar lobe and finest sediments on fault plane-dominated lobe. The development process of alluvial fan can be divided into three stages,according to the sandbody thickness and fault throw of distributary gravel bar. The fault throw also affects the sedimentary architecture of alluvial fan,with larger the fault throw generating larger the accommodation space of hanging wall,longer development time of distributary gravel bar and more complex of the superposition pattern of the sand bodies inside the fan. The internal architecture of alluvial fan that is controlled by normal faults includes longitudinal sandbar,distributary gravel bar and debris flow lobe in the profile vertical perpendicular to the sediment source direction from the proximal to the distal end. Along sediment longitudinal section,composite channel,superimposed distributary gravel bar complex and superimposed bodies of multi-phased lobes are dominant facies.     

大理冲积扇含水层非均质性分布规律研究

洪-冲积扇的非均质性分布规律对含水层渗流和污染物迁移研究、地下水污染管理、控制及修复具有重要意义。本文以大理点苍山东麓隐仙溪洪-冲积扇为例,对其水动力条件、沉积构造模型、地形坡度与运移距离的关系进行探讨。研究表明,冲积扇沉积非均质受水动力条件影响,当水动力较好时,沉积颗粒物为砾石和漂砾,填充泥质和粉砂质,水动力较弱时沉积多为砂质和粘土颗粒,扇面整体以水流河道为中心轴呈扇形沉积;冲积扇沉积颗粒物的分选性和磨圆度受地形坡度的影响,地形坡度大沉积颗粒物分选性和磨圆度差,搬运距离越远分选性和磨圆度越好;扇顶因水动力强,坡度大,沉积物分选性和磨圆度差,层理不发育,扇中扇缘随着水动力条件及地形坡度减弱,沉积物分选性和磨圆度逐渐变好,层理较为发育,沉积为水平或均匀层理。     

砾质辫状河型冲积扇沉积微相及沉积模式:以准噶尔盆地西北缘现代白杨河冲积扇为例*

冲积扇砂砾岩储集层具有相变快、连续性差等特点,显示冲积扇内部沉积环境的复杂性。本次研究以准噶尔盆地西北缘现代白杨河冲积扇为例,在丰富的野外露头资料基础上,结合区域水文资料以及冲积扇文献资料,对白杨河冲积扇沉积演化特征及沉积模式进行探讨。按其沉积机制,白杨河冲积扇属于辫状河型冲积扇,具有规模大(扇体总面积约327.6km²)、坡度平缓(约4‰~7‰)、沉积粒度粗和漫洪细粒沉积物不发育的典型特征。在白杨河冲积扇内共可识别出16种岩相类型,并根据岩相形成的流体动力差异划归为5类成因,即重力流成因、高流态牵引流成因、低流态牵引流成因、静水沉积成因以及风成沉积成因。白杨河冲积扇扇体建造过程可划分为洪水期和间洪期2个时期,洪水期以沉积作用为主,从扇根至扇缘依次发育扇根补给水道沉积、扇根片流沉积、扇中片流沉积、扇中辫状水道沉积、扇缘径流水道沉积和扇缘湿地沉积6种沉积微相类型;间洪期以改造作用为主,从扇根至扇缘依次发育扇根主槽沉积、扇中辫状沟槽沉积和扇缘湿地沉积3种沉积微相类型。最后,依据白杨河冲积扇建立了砾质辫状河型冲积扇洪水期和间洪期的沉积模式。     

浙江中西部永康盆地及金衢盆地白垩系冲积扇特征

浙江众多中小型白垩纪盆地中,分布着河湖相红色沉积岩夹火山岩的白垩系上部地层。作者对位于浙江省金华地区永康市和义乌市境内的2条剖面进行了研究,即金衢盆地早白垩世晚期至晚白垩世早期的铜山岩中戴组剖面和永康盆地早白垩世晚期的方岩景区方岩组剖面,认为其主要为冲积扇沉积,具有多套沉积旋回的陆相碎屑岩准层序组,沉积特征表现为:下部紫红色块状砾岩、砂砾岩,夹泥质粉砂岩,局部有紫红色凝灰岩及深灰色玄武岩;上部棕褐色钙质粉砂岩与泥质粉砂岩组成不等厚互层,产恐龙化石Chilantaisaurus zhejiangensis;具有大型交错层理等沉积构造。其中扇根亚相的砂砾岩为槽流沉积和辫流水道沉积,扇中亚相的片状或席状砂岩为漫流沉积,漫流成因的片状或席状砂岩可能成为良好的油气储集体。此研究成果对中国南方小盆地白垩系扇根—扇中碎屑岩的沉积特征及其成因分析具有重要意义。     

惠民凹陷西部沙四下亚段冲积扇沉积类型与成因分析

本文在岩心观察和描述的基础上,结合地震、测井等资料及平面上砂体的分布形态,对惠民凹陷西部沙四下亚段的沉积特征及成因进行了研究。认为研究区沙四下亚段主要发育冲积扇沉积的泥石流扇和辫状河扇两种类型,共识别出了6种沉积微相。宁南断层和无南断层下降盘发育大面积的辫状河扇沉积。砂体垂直岸线分布,延伸距离较远。平面上分布呈扇形,沉积相带分异不明显,主要沉积微相为辫状河道、河道砂坝与河道间沉积。邻近齐广断层断崖处发育泥石流扇沉积,砂体不甚发育,与辫状河扇相比,该沉积类型砾岩富集,扇体规模较小。相带变化比较明显,主要沉积微相为泥石流沉积、河道沉积与漫流沉积。该沉积体系的形成主要受构造活动、古地貌、物源区性质与古气候等因素的影响,断裂活动是该沉积体系形成的决定性因素。     

辫状河三角洲沉积特征与生长演变规律——水槽沉积模拟实验研究

辫状河三角洲是一类常见的沉积体系,也是一类常见的油气储层,其沉积特征、沉积演化过程及内部结构一直受到沉积学研究的关注。为明确辫状河三角洲沉积特征、演化过程及生长演变规律,笔者等通过水槽实验模拟辫状河三角洲在平缓的水下底形上逐步发育的过程,并采用三维激光扫描仪、延时拍照等手段进行精准的沉积地貌监测和定量沉积学分析。研究表明：① 辫状河三角洲沉积演化过程中,三角洲的规模、水流分散样式、沉积体表面地貌特征及沉积物分布样式存在阶段性差异,可据此将实验辫状河三角洲的演化分为3个阶段。② 在最初阶段,辫状河携带沉积物直接入“湖”堆积并形成朵状河口坝,入“湖”水流无明显的水道化特征,随着朵状河口坝逐渐堆积露出水面,三角洲平原初步形成,平原上河道开始分流并导致后续河口坝转变为连续的弧形坝分布于先期沉积体周缘,这一阶段三角洲平均半径快速增加;进入第二阶段后,三角洲平均半径增速减缓,供给河道进入三角洲平原后形成1~2条主干分流河道与多条次级分流河道,并在主干河道河口区形成弧形的前缘朵体;到第三阶段,三角洲平原面积已经较大,其平均半径增速进一步降低,平原上分流河道的分叉性更强、宽度更小,不同分流河道规模接近并可同时将沉积物输送到三角洲前缘多个部位发生沉积,在同一时期形成多个孤立的小规模的前缘朵体。③ 在整个沉积演化过程中,伴随着三角洲规模的逐渐增大,分流河道的宽度逐步减小、流程变长、分流河道数量逐步增加,三角洲前缘沉积由少量弧形的连续分布朵体转变为多个孤立分布的小规模朵体。④ 在第二、三阶段,分流河道表现为多个侵蚀—回填的自旋回演化过程,形成了多套自旋回沉积复合体。⑤ 辫状河三角洲前积层存在自下而上、由近向远表现为沉积连续性逐步减小、叠切规律逐渐复杂的特性。通过水槽实验揭示辫状河三角洲沉积演化过程及内部结构,可为露头解剖与地下储层研究提供参考。