湖平面变化对扇三角洲的影响

如题所述

1.湖平面变化对扇面沟道的影响

扇三角洲的发育过程是扇面沟道不断携带碎屑物质至湖盆内完成的。实验表明,在扇三角洲的形成过程中,扇面沟道的发育情况直接受到湖平面变化的影响。湖平面上升时期,扇体根部以片流沉积为主,扇体向岸溯源生长,向前缘方向扇面分支出众多水道,但水道细小甚至难以识别,水携能量弱、主次不分明,接近片流沉积(图10-6a)。在湖平面基本保持不变的情况下,扇面发育多条辫状沟道,每个辫状沟道前端还可以进一步分成2~3个次一级的分支水道(图10-6b)。与湖平面上升情况相比,辫状沟道主次分明、水携能力强且改道频繁。碎屑物质通过辫状沟道向前搬运,在河口处不断堆积,当河口处沉积厚度高于相邻地区时,迫使原辫状沟道迁移而发生改道,属被动式改道。湖平面下降时,扇面沟道数量少,发育相对稳定。与前两种情况相比,湖平面下降时所发育的扇面沟道河道宽、水携能量强、河口坝向盆地方向延伸距离远(图10-6c)。随着湖平面的降低,扇面主沟道条数也减少,至扇体发育后期甚至仅存在1~2条主沟道,水流及其携带碎屑物质几乎全部由此搬运至扇体前端。湖平面下降期扇面沟道也会发生改道,但改道频率低。与湖平面基本保持不变的情况不同,湖平面下降期扇面沟道改道主要靠沟道的下切作用,表现为突然的决口,为主动式改道。

图10-6 湖平面变化与扇三角洲扇面沟道发育情况对比图

勘探实践表明,扇三角洲相是油气储集的有利相类型之一,而其中的分流河道是扇三角洲中油气储集的最有利相带。通过对模拟实验扇体的解剖,发现在湖平面不同变化情况下形成的扇三角洲,其分流河道的空间分布规律也不一样。水进时期,在垂直扇体进积方向的剖面上,粗、细粒物质成层分布,扇体中间底砾层近于平直,两翼纹层向下弯曲,整体似弧形(图10-7a),是由扇体形成过程中扇面的片流式搬运沉积所致。湖平面基本保持不变的情况下,表现为众多窄小底砾层杂乱分布于剖面的不同位置,底砾层为倾斜的月牙形(图10-7b),是主沟道不断侧向侵蚀的结果,数量众多的底砾层也反映了扇体形成过程中扇面河道改道的频繁性;湖平面下降期,底砾层个数少、厚度及宽度大,形态为平行下凹的月牙状(图10-7c),反映扇体形成过程中扇面沟道相对稳定且下切作用强。

2.湖平面变化对扇体进积加积程度的影响

对于一期扇三角洲,扇体的生长不论在湖平面上升、下降,还是稳定的情况下,都存在加积和进积作用。进积是扇体向盆地方向生长延伸,加积是扇体沿垂向加厚。由扇根至扇缘扇体的加积趋势逐渐减弱,进积趋势增强,这与Prabir Dasgupta(2002)研究的水下扇沉积模式相吻合。但是对应不同的湖平面变化情况,加积和进积作用的相对强度发生改变。湖平面稳定情况下,扇体一方面向前进积生长,一方面向上稳定的加积生长;在湖平面上升情况下,进积作用减弱,加积作用相对增强;而在湖平面下降情况下,进积作用占主导地位,加积作用则明显减弱。也就是说,湖平面的下降有利于扇体的前积,湖平面上升有利于扇体的加积。

图10-7 湖平面不同变化情况下扇三角洲分流河道剖面分布示意图

从另一个角度说,在水进时期形成的扇三角洲,其扇体沉积厚度大但分布范围小;而水退时期形成的扇三角洲扇体沉积厚度小、延伸范围则相对较广。

3.湖平面变化对扇体形态的影响

湖平面的升降对扇体形态的影响主要体现在扇体边缘形态的差异和水上扇面范围的不同。水进时期扇面以片流沉积为主,水上扇面和扇体边缘都呈圆滑的弧形;水体基本保持不变的情况下,由于辫状沟道的出现和频繁改道,扇体呈不规则状向湖盆内生长,扇体边缘对应辫状沟道末端为一系列小的朵叶体;水退时期主沟道搬运能力强,沟道末端扇体生长速度快,往往对应一个较大的朵叶体,扇体的形态随着主沟道的改道而不断发生变化。

此外,模拟实验结果分析表明,对于湖平面上升、湖平面基本保持不变和湖平面下降三种情况,水上扇面占整个扇体延伸长度(不包括前扇三角洲)的比例分别为0.493、0.54和0.625。也就是说,随着沉积物的不断供应,水上扇面部分不断地向前推移,但是推移的程度取决于湖平面的变化情况,在湖平面下降时推移速度最快。

4.湖平面变化对扇面粒度分布的影响

实验结束后从各组扇体表面取样并进行粒度分析。结果表明,扇三角洲扇面平原粒度从扇根到扇缘呈递减趋势,其中根部扇面平原粒度递减速度最快,而前缘扇面平原粒度变化平缓。前缘斜坡处重力作用是碎屑颗粒搬运的主要动力,其粒度反而是坡底大于坡顶。粒度中值小于1mm的砂岩主要分布在水下扇面及前缘斜坡的中上部(图10-8),其粒度分布相对稳定,分选较好,是油气储集的有利区带。

图10-8 各组模拟实验扇三角洲扇面粒度中值等值线图

虽然扇面粒度总的变化趋势相同,但是对于湖平面的不同变化情况扇面粒度的分布也有一定差异。从扇体中线(由扇根至扇缘垂直于岸线)扇面粒度中值的变化情况来看(图10-9),由扇根至扇缘扇面粒度中值变化梯度一号扇最大、二号扇居中、三号扇最小,其拟和趋势线逐渐平缓,说明随着湖平面由上升转为稳定,再至快速下降,扇体发育的面积逐渐加大,扇面沉积物的粒度分布变化梯度逐渐减小,有利砂体分布范围增加。

图10-9 模拟实验扇面中线粒度中值随距离变化关系对比图

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