準噶爾盆地西北緣吐孜阿克內溝八道灣組露頭沉積特征及模式

曹天儒，姚宗全，德勒恰提·加娜塔依，楊凡凡

(1.新疆大學地質與礦業(yè)工程學院，烏魯木齊 830000；2.中亞地質礦產信息集成自治區(qū)重點實驗室，烏魯木齊 830000)

河流作用及河流沉積物多年來一直是中國乃至全球陸相含油氣盆地進行油氣勘探與開發(fā)的重要的研究實體之一。通過對河流的水流方式、侵蝕、搬運及沉積作用、沉積構造、地貌形態(tài)分類的研究可以積極推動地質找礦工作的開展[1]。1957年由Leopold等綜合野外工作和水槽實驗明確提出河型分類，比較明確提出了辮狀河的概念[2]。近年來，中外學者[3-5]針對辮狀河的沉積特征、河流結構、成因分類、成因機制等進行了詳細的研究，取得了豐富的成果。辮狀河沉積儲層具有規(guī)模較大、連續(xù)性強的特點，為碎屑巖儲層中重要的儲集類型，目前已在辮狀河中發(fā)現(xiàn)豐富的油氣源，但對古河流的地層、微相較難精準識別和解釋，因此進一步研究辮狀河的沉積特征和沉積體系模式就顯得尤為重要。

野外露頭研究是地質工作中最重要的方法和手段，具有資料豐富、清晰、直觀、取樣點多、可靠等優(yōu)勢，為進一步研究提供了一定的技術支撐。有研究者曾利用野外露頭對各沉積微相沉積特征、巖相及粒度特征進行分析，最終建立準噶爾盆地南緣四工河剖面中二疊統(tǒng)烏拉泊組辮狀河三角洲沉積模式和垂向沉積序列[6]。

前人對西北緣吐孜阿克內溝剖面的研究已經開展過大量的工作。由于研究區(qū)早期的構造改造與后期的剝蝕作用加劇的原因，致使較多前人研究工作者對目的層的格架劃分和對比無法統(tǒng)一，從而所識別出的沉積相類型差異較大。陳金華等[7]在早侏羅世八道灣組陸相沉積中發(fā)現(xiàn)了海相瓣鰓類，表明了當時準噶爾盆地在一短期內曾與海水相通，并認為克拉瑪依原“三工河組”產出層位應為八道灣組上部。匡立春等[8]對準噶爾盆地西北緣露頭進行了實地勘察。目前，對于頭屯河組(J2t)與西山窯之間(J2x)界線、及侏羅系與三疊系之間的界線認識較為統(tǒng)一，而對于中下侏羅統(tǒng)八道灣組(J1b)與三工河組(J1s)界線、三工河組(J1s)與西山窯組(J2x)界線的認識仍存在一定的分歧。有學者認為八道灣組在吐孜阿克內溝剖面出露較厚，而西山窯組(J2x)較薄，與前人[9]認識較不同。

由于吐孜阿克內溝八道灣組地層露頭剖面出露較好，沉積現(xiàn)象豐富，是研究侏羅系八道灣組沉積環(huán)境的良好載體和理想觀測窗口，從而為研究提供了最基本的保障。現(xiàn)從野外露頭第一手資料入手，以精確的工程測量點和密集的實測剖面控制為基礎開展研究。結合剖面巖相特征、垂向序列、結構構造、植物化石等相標志分析，對八道灣組沉積相和微相進行準確識別并剖析，可以彌補西北緣八道灣組大部分地區(qū)由于研究局限于測井解釋、地震屬性等方面,而缺乏露頭沉積相支撐的短板，同時也可為該地區(qū)的油氣勘探提供地質參考。

1 區(qū)域地質及地層界限劃分

1.1 區(qū)域地概況

準噶爾盆地西北緣地區(qū)以扎伊爾山和哈拉阿拉特山為界，東至夏子街，呈北東-南西向展布，長約250 km，寬20～30 km，構造分布上處于準噶爾地塊與西準噶褶皺山系地塊之間，是海西期晚石炭世到晚燕山期長期發(fā)育起來的、由一系列舌狀滑脫體聯(lián)合組成的隱伏于上侏羅統(tǒng)、白堊系之下的逆掩斷裂帶，經過多期構造演化，發(fā)育大規(guī)模山前沖積沉積體系[10-14]。準噶爾盆地西北緣扎伊爾山前常年受洪水沖蝕的影響溝壑地貌發(fā)育，發(fā)育眾多垂直扎伊爾山的深切谷，深切谷底部及兩側下伏層出露條件較好，垂向連續(xù)性和橫向可追蹤性較好，記錄了不同基準面變化時期礫石質辮狀河的沉積特征，為礫石質辮狀河露頭的系統(tǒng)研究提供了較好的天然場所[15]。

為此針對準噶爾盆地西北緣吐孜阿克內溝八道灣組露頭展開，地理行政區(qū)域上位于北緯45°39′41″，東經84°46′54″，克拉瑪依市西5 km處。區(qū)內露頭地層整體以低角度向東南傾斜，物源供給區(qū)主要為西北部的扎伊爾山，古水流方向自北向東，自東北部的深底溝至西南部的吐孜阿克內溝共發(fā)育46條地層出露條件較好的深切谷，剖面內八道灣組地層出露較為完整清晰，為本次研究提供了基礎保障(圖1)。

1.2 地層界限的識別與劃分

吐孜阿克內溝剖面位于盆地西北緣，在地貌上大部分為斜坡平原，其余為丘陵和半沙漠地區(qū)，為本研究的重要目的層段。露頭沿深切谷及公路共三段，總長3 000 m，本次研究主要以精確的工程測量點和密集的實測剖面控制為基礎，直觀性識別并厘定了中下侏羅統(tǒng)的層序界面。出露的地層主要為石炭系、三疊系、侏羅系(圖2)。石炭系與三疊系角度不整合接觸；三疊系只出露上克拉瑪依組，白堿灘組被剝蝕，三疊系與侏羅系平行不整合接觸。侏羅系八道灣組地層連續(xù)，出露較厚；三工河組出露較薄，只有10 m左右的厚度，且剖面整體向西傾斜，傾角范圍在9°～20°。

1.2.1 三疊系克拉瑪依上亞組與侏羅系八道灣組界線

克拉瑪依上亞組為灰、灰綠、深灰色泥巖、砂泥巖夾薄層砂巖及黑色碳質泥巖、煤線。頂部為淺灰色中、厚層砂巖、含礫砂巖夾黑色碳質泥巖、薄煤層及深灰、灰綠色泥巖、粉細砂巖，發(fā)育油砂。其表面被上覆地層八道灣組脫落的礫石覆蓋。八道灣組超覆在克拉瑪依上亞組之上，底部為灰黑色細礫巖，向上漸變?yōu)樯皫r，頂部為泥巖，可見煤層。與克拉瑪依上亞組為不整合接觸[圖3(a)、圖3(b)]。

1.2.2 八道灣組下段與中段界線

八道灣組下段頂部以粗砂巖、含礫粗砂巖為主[圖3(c)、圖3(d)]，局部灰白色泥巖，泥巖，可見石膏晶體，界面頂部發(fā)育煤層，發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理，剖面上八道灣組下端出露地層約1 m；中段底部為一套黃色濱淺湖泥巖，質純、塊狀，出露厚度約2 m。

圖1 研究區(qū)位置及地質簡圖[15]Fig.1 Location and geological map of the study area[15]

圖2 吐孜阿克內溝野外踏勘實測剖面圖Fig.2 Field survey and measured profile in Tuziakeneigou

1.2.3 八道灣組中段與上段界線

八道灣組中段為典型湖相沉積，以發(fā)育水平層理的深灰色泥巖、砂質泥巖為主夾薄層粉、細砂巖及泥灰?guī)r。上段以灰色泥巖夾灰白色細砂巖為主[圖3(e)、圖3(f)]，中部可見煤層呈條帶狀延伸數百米遠，頂部為紅褐色粉細砂巖、泥巖互層。泥巖層厚度由左側向右側逐漸增加，層理現(xiàn)象不明顯。八道灣組下端在此剖面出露不明顯僅出露數十厘米。

1.2.4 八道灣組與三工河組界線

八道灣組與三工河組界線劃分存在分歧，前人[16-17]通過古生物分析，認為克拉瑪依地區(qū)的原三工河組底部層位應予以修正(改歸八道灣組上部)。此次野外踏勘，采用三工河組露頭較薄的觀點，因此實際地層界線與地質圖(地質圖源于地質部新疆維吾爾自治區(qū)地質局區(qū)域地質測量大隊(1964—1965年)不符。吐孜阿克內溝剖面三工河組露頭發(fā)育不全，出露較薄，厚度僅為十幾米，底部發(fā)育雜色礫巖，上部為黃綠色砂巖，以中粒石英巖屑砂巖為主，分選好，局部含礫砂巖，表面多為蜂窩狀砂巖發(fā)育板狀交錯層理、槽狀交錯層理[圖3(g)]。

八道灣組整體為一套灰黑色礫巖，三工河組露頭發(fā)育不全，其底部為雜色礫巖，上部為黃綠色砂巖，鐵質膠結，局部含礫砂巖，以石英質巖屑中砂巖為主，分選好。整體為一套正旋回沉積，頂部可見砂巖與泥巖互層。

圖3 吐孜阿克內溝典型露頭地層界限劃分Fig.3 Boundary division of typical outcrop strata in Tuziakeneigou

2 沉積特征分析

2.1 古生物與古氣候標志

2.2 巖相類型

前人曾就對河流的研究中提出巖相的定義并總結出不同沉積環(huán)境的巖相組合特征[22-23]。對識別和判斷沉積物的搬運方式、形成的水動力條件以及研究當時的沉積環(huán)境形成背景具有重要指示意義[24-25]。通過對研究區(qū)典型露頭的粒度、巖性、沉積構造等特征做了詳細觀察并結合 Miall提出的巖相劃分標準共識別出該沉積區(qū)9類巖相(圖5)，其巖性包括礫巖、砂礫巖、粗砂巖、中砂巖、細砂、粉砂、泥巖等，其沉積構造類型多樣，但總體反映了其辮狀河相的特點(表1)。

圖4 研究區(qū)八道灣組氣候指示物Fig.4 Climatic indicators of Badaowan Formation in the study area

圖5 吐孜阿克內溝典型巖相標志Fig.5 Typical lithofaces marks in Tuziakeneigou

表1 吐孜阿克內溝八道灣組巖相特征圖Table 1 lithofacies characteristics of the lower Junassic Badaowan in Tuziakeneigou

(1)板狀交錯層理礫巖相(含砂)(Gp)：由分選一般、磨圓較差的砂礫巖組成。常發(fā)育大-中型板狀交錯層理，層系底界可見沖刷面，該層系組厚度分布范圍在5～26 cm，平均厚度為9 cm，屬高能水流的側積產物。

(2)槽狀交錯層理粗砂巖相(St)：砂巖分選中等、磨圓中等、主要發(fā)育大-中型槽狀交錯層理。在橫切面上，層系界面呈槽狀，在順水流縱切面上，紋層與層系界面呈現(xiàn)低角度斜交，層系底界面沖刷面明顯，底部礫石清晰可見。屬較強水動力環(huán)境下河道遷移下切或充填的沉積產物。

(3)心灘塊狀礫巖相(Gm)：該巖相在研究區(qū)剖面中出現(xiàn)最多，是洪水期近物源快速堆積的巖相，礫石分選、磨圓較差，礫石最大粒徑為50 mm，以厚層塊狀砂礫巖為主，礫石大小混雜，但總體呈弱正粒序。為辮狀河道、間歇性辮狀分流河道的縱向砂壩或洪水泥石流快速沉積產物。

(4)平行層理砂巖相(Sh)：本研究區(qū)主要在中層粗砂巖及細砂巖均發(fā)育，分選磨圓較好，結構成熟度較高，且常具裂線理，層理規(guī)模較礫巖普遍較小，屬高流態(tài)水淺流急砂坪的產物，多發(fā)育在濱淺水岸、海灘以及河流沙坪沉積環(huán)境。

(5)槽狀交錯層理礫巖相(Gt)：主要由礫巖組成且發(fā)育明顯的大-中型槽狀交錯層理，層系彼此斜交，層系組厚度為3～200 cm，為高流態(tài)條件下分流河道快速下切、遷移并充填的產物。

(6)塊狀層理泥巖相(M)：呈塊狀，一般厚度不超過1 m，研究區(qū)以發(fā)育黃褐色和灰色為主，質純色深，局部夾灰黑色炭質泥巖，形成于低能的沉積環(huán)境。主要為潮濕氣候下發(fā)育的陸地沼澤還原環(huán)境。

(7)碳質泥巖相及煤層(C)：由中薄層灰黑色泥炭組成的塊狀炭質泥巖或煤層，泥質較純，常夾泥質粉砂巖，大量植物化石碎片在內部清晰可見，水動力極弱，屬沼澤沉積形成的產物。

(8)水平層理粉砂巖相(Fl)：主要由粉砂巖和泥質粉砂巖組成，粒度粗細均勻，顏色多呈雜色和灰色，沉積厚度變化較大，內部發(fā)育紋層狀水平層理，紋層平直并與層面平行，在水動力條件較弱的條件下懸浮物堆積形成，發(fā)育于靜水環(huán)境。

(9)小型沙紋交錯層理砂巖相(Sr)：主要由中-細砂巖組成，且細砂巖與泥巖間互層疊置出現(xiàn)，呈懸浮狀態(tài)的沉積物由于不斷供給水流，波痕遷移并生長致使波痕紋層遷移特征明顯，多出現(xiàn)于河流、三角洲、濁流等多種沉積環(huán)境，通常反映了在一期水流的末期單向水流作用下沙波遷移堆積的過程。

2.3 垂向序列

單個沉積構造的存在與否作為環(huán)境解釋的唯一標準過于片面，而保留在沉積序列中的巖性和沉積構造特征形成的垂向序列能準確判別出當時的沉積環(huán)境，尤其對特殊環(huán)境而言更加典型[26]。于是根據對研究區(qū)典型露頭特征的分析和詳細觀察并結合沉積成因分析，共識別出準噶爾盆地西北緣吐孜阿克內溝八道灣組5種典型垂向序列(圖6)。

(1)垂向序列1(Gm—Gt—Gp—Sh—M)：該組合以洪水期的礫巖、粗粒巖相和和上覆的泥巖相組成，剖面上反映出大套的砂質礫巖夾少量的砂巖的特點，底部發(fā)育了一套厚層滯留沉積聚集在沖刷槽，以大型槽狀交錯層理和板狀交錯層理為主，粗粒物約占整個旋回的90%，具明顯的正韻律砂體疊置特征，充分反映了物源近，河道坡度較大的特點，是沖積扇上辮狀河的近源河段沉積的典型特征。

(2)垂向序列2(Gm—Gt—St—Sh—C—Fl)：該巖相序列形成于沉積物由以重力流為主向牽引流過渡的時期，巖性為礫石、含礫砂巖、粗砂巖、碳質泥巖，礫石粒徑較粗且分選磨圓較差，層理主要發(fā)育為槽狀交錯層理，平行層理，整體表現(xiàn)為正粒序，反映了河道的遷移特征。在向上過渡中出現(xiàn)煤層，反映了當時的強還原環(huán)境。該組合總體反映了當時水動力條件以強水流為主，同時緩慢減弱的特征，一般反映了水動力減弱的河道沉積環(huán)境。

(3)垂向序列3(Gm—St—Sh—Fl—M)：底部發(fā)育礫巖，厚度較厚，為1～1.5 m，分選磨圓中等，發(fā)育礫巖交錯層理，向上過渡為砂巖且發(fā)育槽狀交錯層理，其頂部發(fā)育粉砂巖并發(fā)育平行層理，該巖相組合整體呈正粒序，反映了初期水流速度快，水體能量高，后期處于低能水流狀態(tài)的特征，多反映了砂質壩沉積環(huán)境。

(4)垂向序列4(Gm—St—Fl)：該序列巖性以細粒的砂巖和粉砂巖為主，發(fā)育小型槽狀交錯層理和水平層理，底部沉積薄層礫巖，頂部發(fā)育薄層粉砂巖和泥巖，具水平層理，主要由洪水期帶來的細粒物質沉積覆蓋，從巖性和規(guī)模上反映了當時地形坡度較為平緩，以漫流為主，該序列應為廢棄河道沉積序列或晚期辮狀河道沉積，在逐漸廢棄的河道中的水流量逐漸減少，沉積了較厚的粉、細砂巖，從而構成了這種砂多泥少的層序結構特征。

(5)垂向序列5(Sr—M—Fl—M)：主要為泛濫平原、河漫湖泊和沼澤，巖性以泥巖為主，粉砂巖、粉砂質泥巖及泥巖互層疊置形成，底部細砂巖發(fā)育流水波紋，植物化石可見，整體沉積相反映了水動力條件較弱的沉積特征，多指示靜水的河漫湖泊沉積環(huán)境，頂部發(fā)育煤層，指示了強還原沉積環(huán)境，因古氣候適宜植被生長，故形成了典型的河漫湖泊—沼澤沉積序列。

3 辮狀河的沉積相類型

綜上所述，吐孜阿克內溝八道灣組應屬于一種沖積扇區(qū)高坡降礫石質辮狀河沉積。河道作為辮狀河的沉積主體，巖性總體以礫石和砂質沉積為主，局部夾粉砂和黏土，粒度在整個河道中粒徑最大，沉積構造豐富，底部發(fā)育各種形狀沖刷侵蝕界面和滯留層，垂向剖面具有“礫包砂”和“砂包泥”兩種宏觀沉積特征。噶爾盆地西北緣侏羅系物源來自西北部的扎伊爾山，為近源河段，前者因地勢高，坡降大，為早期辮狀河沉積，因此巖石成分復雜，礦物成熟度較低，粒度變化范圍寬、巖屑含量高，巖性粗，沉積剖面以礫石和砂質特征為主，形成“礫包砂”；后者因基準面上升，物源供給減少，沉積區(qū)礫石含量減少，反觀砂巖和泥巖含量增多，且砂泥比值大，形成“砂包泥”(圖7)；兩者雖存在差異，但均屬沖積扇區(qū)近源礫石質辮狀河沉積。根據沉積特征，從宏觀上將本區(qū)辮狀河的環(huán)境類型分為河道和河漫灘兩部分，從微觀上分為河床滯留、心灘、泛濫平原、河漫沼澤和河漫湖泊。沉積特征如下所述。

圖6 吐孜阿克內溝八道灣組垂向序列劃分Fig.6 Vertical Sequence Division of Badaowan Formation the lower Junassic Badaowan in Tuziakeneigou

3.1 河道亞相

3.1.1 河床滯留微相

該微相沉積物發(fā)育于沉積旋回最底部(圖8)，主要發(fā)育以重力流沉積所形成的以雜基支撐為主的副礫巖；由牽引流沉積所形成的以顆粒支撐為主的正礫巖和含礫粗砂巖，在水流的作用下略顯定向性，成正粒序的礫石骨架支撐結構。層序底部與下伏沉積之間具有明顯的沖刷面，局部發(fā)育中薄層的砂質條帶，中上部砂層發(fā)育板狀交錯層理[圖8(a)]，單期礫石層呈正粒序，整體為弱正韻律結構，因河道沙壩遷移向上過渡為河道沙壩沉積并發(fā)育槽狀交錯層理[圖8(b)]。

3.1.2 心灘微相

心灘是辮狀河河道的標志性地貌單元。該微相沉積物位于底部滯留沉積微相之上，底部沖刷面清楚，巖性為復式環(huán)流作用下形成的一套褐色中—粗砂巖，底部河道充填礫石，礫徑為2～6 mm，向上粒度變細為典型正粒序[圖9(a)]。沉積構造可見多組低角度下切型板狀交錯層理、多組低角度板狀交錯層理和單傾向的前積交錯層理[圖9(b)]。

其礫石成分以巖漿巖為主，砂巖成分以石英為主，成分成熟度較低。前人曾就辮狀河河道沙壩的地貌形態(tài)、大小以及它們與水流的方向和河岸之間的關系提出了沙壩的類型，主要為縱向沙壩、橫向沙壩和斜列沙壩，并解釋其形成機制[27-28](圖10)。

本區(qū)識別出斜列砂壩和縱向沙壩，①前者發(fā)育兩組低角度板狀交錯層理且具有側向加積的特點，傾角約為30°，剖面上呈現(xiàn)出頂平底凹的透鏡狀砂體，長軸方向與水流方向斜交。主要因主河道彎曲且水流量不對稱時產生(圖10中I)。②后者發(fā)育單組高角度下切型板狀交錯層理，頂部發(fā)育平行層理和小型的流槽水道并可見蟲孔構造(圖10中III)，具有底平頂凸的外部形態(tài)，長軸方向指示了水流方向，傾角約為60°，壩的頂端沉積物粒度比尾端要粗，總體呈向上變細的粒序，但是韻律性不是特別明顯，說明當時河流搬運能力減弱，致使河流最粗負載先行沉積形成，主要為順流加積的產物(圖10中II)。

3.2 河漫灘亞相

3.2.1 泛濫平原微相

該微相沉積物為洪泛事件末期，發(fā)生在河道兩側和心灘頂部之上，大范圍分布的一種細粒懸浮沉積，巖性整體較細，以灰色粉砂巖、細砂巖和灰褐色泥巖為主，巖性與上下層明顯不同，垂向上呈不等厚互層，泥巖質純色深，局部充填鐵質夾層，富含炭屑并可見大量球形風化[圖11(a)、圖11(b)]。沉積構造以小型波狀交錯層理、水平層理和流水沙紋層理為主[圖11(c)]，說明水動力逐漸減弱，處于低能的沉積環(huán)境。不同期次不同流量的河流發(fā)育的泛濫平原也不盡相同，本研究區(qū)為沖積扇區(qū)辮狀河沉積，多為砂質沉積，沖積平原區(qū)多為泥粉質沉積，八道灣組露頭區(qū)均有分布但整體厚度薄，說明泛濫平原的分布較為普遍和穩(wěn)定，從而可以作為辮狀河相識別以及薄層劃分對比的一個重要標志。

圖7 吐孜阿克內溝八道灣組河道沉積“砂包泥”結構Fig.7 structure of “sand and mud”in channel sediments of Badaowan Formation in Tuziakeneigou

圖8 吐孜阿克內溝八道灣組河道沉積及垂相序列Fig.8 Channel sedimentation and vertical facies sequence of Badaowan Formation in Tuziakeneigou

圖9 吐孜阿克內溝八道灣組心灘內部沉積相標志Fig.9 Internal sedimentary facies marks of Badaowan Formation in Tuziakeneigou

圖10 吐孜阿克內溝八道灣組心灘Fig.10 River ialand of Badaowan Formation in Tuziakeneigou

3.2.2 河漫沼澤微相

非洪水期，氣候潮濕，灘壩植被生長茂盛，洪水期洪水漫溢，往復多次，淤泥堆積，進一步發(fā)展成沼澤，最終大量有機物質堆積，經過生物化學作用形成泥炭和煤層并保存下來。河道頻繁遷移致使煤層來不及大量保存，另一期次河道就疊覆在煤層之上，故河漫沼澤在本區(qū)沉積厚度較薄，規(guī)模較局限，而巖性明顯區(qū)別于上下層。

3.2.3 河漫湖泊微相

該微相沉積物以湖相粉細砂巖、黃色泥巖沉積為主。洪水期越岸的水流在漫過泛濫平原后，較粗的物質最先沉積，水流速度逐漸減緩，懸浮的細粒物質最終在低洼部位沉積，形成河漫湖泊[圖11(d)]。該湖泊沉積以濱湖和淺湖沉積為主，前者發(fā)育平行層理，后者發(fā)育水平層理且泥巖具塊狀構造。

4 沉積序列及沉積模式

4.1 沉積序列與演化

準噶爾盆地西北緣形成于一個自北東向的巨型逆掩推覆構造，因板塊碰撞作用使該地區(qū)成為碰撞隆起帶及與隆起帶相鄰的碰撞前陸型沉積坳陷[29]。石炭系時為基底的大型陸內疊合盆地，三疊紀時盆地開始逐漸由前陸盆地向陸內拗陷盆地過渡，盆地由斷坳陷轉向坳陷[30-31]，整個三疊系超覆于海西晚期，因構造活動抬升、逆沖形成的邊緣隆起上，山前沉降幅度大，沉積累積厚[32-33]，加上溫暖濕潤的古氣候原因，流量供給充分，提供了有利的碎屑供給條件，廣泛發(fā)育大規(guī)模山前沖積沉積體系，于是準噶爾盆地西北緣吐孜阿克內溝八道灣組就形成了典型礫石質辮狀河沉積序列。

八道灣組下段(J1b1)為基準面上升早期辮狀河沉積，該階段形成于早侏羅世早期，底部呈明顯的區(qū)域不整合接觸，西北緣地區(qū)當時處于強烈的構造活動時期。物源供給區(qū)與沉積區(qū)存在較大坡降差，洪水期洪水在匯集過程中受到域內地形的影響從而獲得強勁的動能，便攜帶以灰色和雜色礫巖和砂礫巖為主的粗碎屑沉積物，在沿途中進行分異、磨蝕、分選和沉積，及至出山口大股泥石流匯流并以沖積扇的形式沉積后進入典型礫石質辮狀河沉積階段，此時，水動力勢頭依舊強勁，但其穩(wěn)定性逐漸增強，沉積物的分選磨圓逐漸變好，碎屑顆粒粗，故可見塊狀構造和大型槽狀交錯層理等構造，并可見礫石定向排列，發(fā)育疊瓦狀，該時期研究區(qū)整體為典型礫石質辮狀河道沉積。

圖11 吐孜阿克內溝八道灣組河漫灘Fig.11 Floodplain of Badaowan Formation in Tuziakeneigou

八道灣組中段(J1b2)為基準面上升中期辮狀河沉積，此時區(qū)域構造活動相對減弱，沉積區(qū)距物源區(qū)有一定距離，季節(jié)性山區(qū)水流的供給不斷減少，同時水流的穩(wěn)定性逐漸增強。辮狀河道水動力有所減弱，受陣發(fā)性洪水的影響作用較小，辮狀河所攜帶的大量沉積物開始卸載，但整體褐色和雜色礫巖為主，礫石顆粒的分選磨圓較上段底部露頭變好，常見塊狀礫巖和槽狀交錯層理，礫質壩沉積較下段(J1b1)比較得到了充分發(fā)育和完整保存，辮狀河道和礫質壩的分異相對明顯。

八道灣組上段(J1b3)為基準面上升晚期辮狀河沉積，該時期構造活動相對穩(wěn)定，沉積區(qū)遠離物源區(qū)且接受的沉積物含量減少．基準面上升晚期辮狀河水流勢能明顯減弱，水動力趨于穩(wěn)定，巖石類型中灰白色礫巖含量減小，灰白色砂巖和灰黑色泥巖沉積分布增多，且以沙泥互層沉積為主并呈現(xiàn)垂向疊置特征，砂巖多以粗砂巖、中砂巖和粉砂巖發(fā)育為主，泥巖多為泛濫平原沉積，常見槽狀交錯層理、板狀交錯層理。基準面上升晚期河道多由礫質河道側積演化為砂質河道，側向上相互切割疊置，同時礫質壩減少砂質壩發(fā)育，河道頂部泥巖較發(fā)育且多得到較好保存并成夾層嵌于河道之中。

通過對吐孜阿克內溝八道灣組露頭的粒度、厚度、顏色、巖性及區(qū)域構造背景等在垂向上的變化規(guī)律，劃分出一個上升的長期半旋回，一個上升的中期半旋回，兩個完整的中期基準面旋回，分別對應一個水進疊加序列，兩個完整水進-水退疊加序列，吐孜阿克內溝八道灣組整體隨基準面不斷上升，物源供給不斷減少，沉積區(qū)遠離物源區(qū)，整體粒度和單套砂體粒度均向上變細，單期砂體厚度減薄，可容納空間增大，沉積物在該可容納空間內堆積的潛在速率增加，最終形成了一個基準面不斷上升的加積，退積疊加序列(圖12)。

4.2 沉積模式

由于辮狀河變化十分復雜，國外學者Miall就曾經指出，簡單的用一種模式，無法概括類型多樣的辮狀河沉積特征，故他利用巖相、巖相組合及其構形單元的概念，結合辮狀河發(fā)育的地質地理背景和氣候特征，總結出6種辮狀河沉積模式[34]，再現(xiàn)沉積作用的面貌。Ferguson在研究礫石質辮狀河時表明，辮狀河流最基本的單元包括砂壩、沖坑，常與匯流和支流相聯(lián)系。更多的研究表明辮狀河沉積因受季節(jié)性氣候變化，致使流量不穩(wěn)定，且常發(fā)生洪泛，河道與河道頻繁遷移，使得微地貌和微相復雜、難辨別[35]。中國一些學者對現(xiàn)代辮狀河展開了一些研究，取得了顯著的成果[36]。每個地區(qū)總結得到的相模式都有一定的差異和分歧，沒有形成固定的模式。借鑒前人的相關研究成果，通過對吐孜阿克內溝八道灣組典型垂向序列、古生物標志與古氣候、沉積相標志以及沉積垂向序列的分析研究，建立了八道灣組礫石質辮狀河沉積模式(圖13)并概括為以下特征：

(1)發(fā)育在缺乏泥石流的沖積扇以及其他近源礫石質河流內，沉積物物以Gm、Gp、Gt巖相為主，形成洪泛的過程中疊覆的縱向砂壩沉積。垂向層序上接著發(fā)育退洪(間洪)期內的次要巖相Sp、St、Sr和Fl，八道灣組多期辮狀河巖性整體普遍偏粗，含礫砂體規(guī)模較大，砂多泥少，整體垂向層序是由粗變細的正韻律旋回組成，每個期次，“二元結構”均較清晰。

(2)沉積作用全基于水動力因素的不穩(wěn)定性、水流的多樣性、砂體的切疊性以及辮狀河的游蕩性四種辮狀河沉積機制的基本特性。由于河道頻繁遷移，在剖面上以底平頂凸狀多層式砂體疊置方式為主，亦可見多邊式砂體疊置關系，垂向上表現(xiàn)為多期河道疊置緊密的河道砂體以及多期心灘砂體的相互疊置，砂體之間垂向上連通性較好；順著河道橫向延伸數十米，整體呈泛連通的特征，橫向連續(xù)性較差，但因河道廢棄時，內部充填的懸移置泥質隔夾層，即落淤泥較發(fā)育，疊置心灘砂體之間形成滲流屏障，儲層非均質性較強。顯示了多期且明顯的辮狀河河道沉積特征。

(3)由于礫石的分類和磨圓較差，含量一般≥55%。導致河流碎屑物質不足以在短時間內進行充分分選和磨圓，并且具有近源高能洪流的快速沖積特征。沉積構造主要為大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理和平行層理。同時在頂部粉砂巖或泥巖為主的泛濫平原中形成大量的植物炭屑，在部分心灘砂體中也可見看到富集在砂體的植物莖干和炭屑并發(fā)育小型波狀交錯層理和水平層理。

諸多沉積現(xiàn)象表明，研究區(qū)物緣近，坡降大，氣候濕潤，植被茂盛，水流勢能大。結合以往前人的研究結果，準噶爾盆地西北緣靠近扎伊爾山物源區(qū)的區(qū)域主要由沖積扇沉積組成，吐孜阿克內溝八道灣組礫石質辮狀河沉積發(fā)育在缺乏泥石流的沖積扇上從而形成的沖積扇區(qū)辮狀河。隨著進一步沉積演化，整個土孜阿克內溝八道灣組沉積模式逐漸從山前近源礫石質辮狀河沉積演變?yōu)檗p狀河三角洲—湖泊沉積。

5 結論與認識

(1)利用露頭直觀性劃分了中下侏羅統(tǒng)吐孜阿克內溝八道灣組的層序地層界限。

(2)利用動植物化石以及孢粉組合確定了吐孜阿克內溝八道灣組氣候應屬于溫暖的亞熱帶氣候，整體氣候經歷潮濕—干旱—潮濕的轉化。

(3)準噶爾盆地西北緣吐孜阿克內溝八道灣組共識別出9種巖相和5種典型巖相組合類型。總體以河道中塊狀層理礫巖相和心灘中板狀交錯層理礫巖相、槽狀交錯層理砂巖相為主，并通過典型露頭沉積特征確定了沖積扇區(qū)礫石質辮狀河沉積環(huán)境，包括河床滯留、心灘、泛濫平原、河漫沼澤、河漫湖泊等微相。整體識別出吐孜阿克內溝八道灣組為一個較完整的沖積扇區(qū)辮狀河沉積正旋回，為一個基準面上升的加積，退積疊加序列。

圖12 吐孜阿克內溝露頭區(qū)八道灣組辮狀河沉積序列 Fig.12 braided river sedimentary sequence of Badaowan Formation in the outcrop area of Tuziakeneigou

圖13 吐孜阿克內溝八道灣組沉積模式Fig.13 sedimentary model of Badaowan Formation in Tuziakeneigou

(4)對大量典型野外露頭的巖石類型、古氣候、巖性和粒度、沉積結構構造、以及沉積韻律的研究表明，吐孜阿克內溝八道灣組發(fā)育典型的礫石質辮狀河沉積模式。模式底部是一個由礫巖組成的滯留沉積層，疊瓦狀構造和塊狀礫巖層特征明顯，且河道砂壩體特征明顯，成分和結構成熟度低，逐漸向上發(fā)育心灘、河道充填沉積并清晰可見槽狀交錯層理和板狀交錯層理發(fā)育。頂部為薄層泛濫平原細粒沉積，多期河道和心灘縱向遷移疊置，橫向接觸，形成泛連通特征的大型復合儲集體，縱向連通性較好，橫向連通性較差。