干旱環境河流扇概念與鄂爾多斯盆地延長組“滿盆砂”成因新解

李相博，劉化清，鄧秀芹，王雅婷，龍禮文，魏立花，郝斌

1.中國石油勘探開發研究院西北分院，蘭州 730020

2.中國石油長慶油田分公司，西安 710018

0 引言

長期以來，三角洲砂體被認為是我國陸相含油氣盆地主要儲集類型[1]，由此形成的三角洲成藏理論指導陸相盆地油氣勘探也取得了巨大成就[2-3]。可以說，在我國陸相盆地中，找油就是找三角洲，找到三角洲基本就能找到大油田。但近年來，國內外一些沉積學家提出在湖盆中央地區發育大規模河流扇砂體的新認識，并認為它們也是良好油氣富集相帶[4-8]。這一新觀點及其結論都源于他們對現代沉積、露頭剖面的詳細描述和對沉積—搬運作用過程的精細研究，尤其是遙感技術的發展與應用，為沉積地質學家在更大尺度上觀察沉積體系的整體形態和規模、進而分析源匯系統提供了方便，代表了目前干旱環境下湖盆沉積研究的最新進展。

事實上，以往在湖盆沉積相研究中，可能夸大了三角洲沉積的作用，就鄂爾多斯盆地延長組而言，人們按照傳統思路所編制的沉積相圖為一種“滿盆三角洲模式”。這一情況也與現代沉積相悖，青海湖等現代沉積考察表明，一個湖泊在某一地質時期最多發育1～2個主水系及相關三角洲體系。

河流扇概念的提出改變了以往陸相盆地砂體主要為三角洲成因的觀點，對于預測湖盆中心地區含油砂體分布具有重要作用。鑒于此，本文根據國內外最新研究進展，一方面對河流扇概念、沉積特征及控砂機理進行評述；另一方面，應用這一概念，對鄂爾多斯盆地延長組原先普遍認同的“三角洲控砂模式”進行重新分析，以期為該區今后的油氣勘探部署提供科學依據。

1 干旱環境河流扇概念及研究進展

1.1 河流扇相關概念術語與發展由來

追根溯源，河流扇（Fluvial Fans）概念的提出起始于人們對沖積扇（Alluvial Fan）的研究。最早認為沖積扇是一種發育在干旱—半干旱地區的山前或地形陡變地帶呈扇狀分布的沉積體系，其沉積物顆粒通常較粗，主要發育辮狀河，泥石流，漫流和篩積物[9]。隨著研究的深入，人們發現，在內陸盆地中并非所有呈扇狀展布的沉積體系都具有沖積扇特征，于是根據“扇狀沉積體系”扇面上發育的河道類型以及是否存在泥石流等現象，將其劃分為泥石流扇（Debris-flow Fan）、辮狀河扇、曲流河扇等類型，后兩者統稱為河流扇（Fluvial Fans）[9-10]。21世紀以來，對河流扇的研究不斷增多，Hartleyet al.[6]和Weissmannet al.[7]將半徑小于20～30 km的扇體成為沖積扇，將半徑在30～100 km的扇體稱為河流扇，將半徑大于100 km的扇體稱為巨型扇，并將三者統稱為分支河流體系（Distributive Fluvial System，DFS）。

DFS概念將沖積扇、河流扇和巨型扇等整合在同一個術語體系，其提出得益于遙感技術的發展及其在地學領域的應用，尤其衛星遙感技術擴大了人們的視野范圍，使得人們能夠對沉積盆地內發育的一系列沉積體系進行總體的理解和把握，促進了“扇狀沉積體系”分類和描述的系統化、沉積微相和沉積模式研究的多樣化、沉積過程響應解釋的精細化及源匯體系分析的定量化[8,11-12]。至此，人們對陸相盆地“扇狀沉積體系”的研究達到了一個新高度，也代表了目前陸相盆地河流沉積體系研究的最新進展。

最新研究表明，在DFS體系中，沖積扇與河流扇（含巨型扇，下同）雖然都呈扇狀分布，但沉積動力、沉積特征與模式相差很大。其中河流扇是由曲流河反復決口（Successive Avulsions）而形成的扇狀沉積體系，常發育在地形地貌平坦的內陸干旱地區，其沉積物粒度通常較細，主要為洪泛平原、河道與決口扇沉積[5,13]，有時伴有風成沉積[14]，但不發育泥石流與篩積物。正因為具有上述特征，也有人將河流扇稱為“干旱曲流河末端體系”[13,15]、“末端河流扇”（Terminal Fluvial Fan）[14]及“洪水—河漫湖”[16]等，雖然術語不同，但指的基本上都是干旱—半干旱環境下、遠離物源區的洪泛平原沉積體系。

此外，在河流扇河道描述中，Weissmannet al.[7]與Northet al.[5]還區分了Distributive與Distributary兩個單詞的含義。Distributive一詞帶有沉積學意義，意味著河道呈分支狀，但不一定同時期都在活動，經常反映不同時期的河道疊加復合而形成的放射狀水系；Distributary一詞包含了地貌學意義，即各分支河道都存在流水，是同時活動的（除非主河道不是滿負荷的）。鑒于此，本文建議采用“分支型河道”與“分流型河道”兩個術語，分別與英文單詞Distributive channels與Distributary channels相對應。對它們進行區分的意義在于不同河道（河流）類型形成的砂巖儲層構型、幾何形態及其連通性不同[5]，分流型河道砂巖連通性好，而分支型河道砂巖在縱向上多被泥巖分割，兩者的油氣勘探意義差別較大。

需要說明的是，對河流扇概念的認識還涉及到另外一個術語—末端扇（Terminal Fan）。末端扇一直是一個存在頗多爭議的概念[17-18]，其最初提出者是Friend[19]，但他只是對末端扇主要沉積特征做了描述（如向下游沿程方向砂巖粒度減小，粉砂質成分增多，砂體厚度減薄（與河流深度變淺有關），發育小型交錯層理，河道底界面平直，無下切現象等），并沒有提及形成末端扇的河流特征。Kellyet al.[20]通過對印度北部的Markanda河與蘇丹的Gash河兩個典型現代河流沉積體系的觀察研究，建立了末端扇形成的河流分布模型（圖1a）。該模型明確地反映了一種分流河道體系（Distributary Channels）（下文簡稱“分流型河道”），其特點是向下游方向河道分叉呈扇形撒開，河道的平面形態較為順直，且是同期活動的（Coeval Distributary Channels）。受這一觀點影響，一些學者又提出了河流分流體系（Fluvial Distributary Systems）概念[21-22]，將末端扇、非末端沖積扇和河流扇全部涵蓋其中，并試圖用如圖1a所示的“分流型河道”模式來解釋其成因。

Northet al.[5]對上述模式與觀點提出了質疑。他通過對被“末端扇”理論支持者做為經典范例的兩個現代沉積露頭即Markanda與Gash河流體系的重新考察，認為“分流型河道”與地質實際情況不相符合。Markanda與Gash兩個河流都是季節性河流，經常處于干涸狀態，不存在各分支河道中同時有流水的情況，而且兩個地區都受到人類活動的嚴重干擾，包括灌溉、種植和河道治理等影響，很難區分目前的河流地貌形態是受到人為因素干擾還是自然條件的影響。于是，Northet al.[5]及后續研究者[14-15]通過對世界上不同地區多個現代沉積實例的深入解剖，提出了如前所述的河流扇模型（圖1b）。該模型揭示了一種分支河道體系（Distributive Channels）（下文簡稱“分支型河道”）,反映了在洪泛平原環境中，河道的反復決口（Successive Avulsions）是形成這類“扇狀沉積體系”的根本原因。

值得注意的是，在河流扇模型中，Northet al.[5]諸多研究者雖然都強調了“分支型河道”的主導作用，但并沒有否認“分流型河道”或“末端扇”的存在，認為洪泛平原上的決口扇在未形成新的河道之前就是一個小型的“分流型河道”或者末端扇，代表曲流河的河流末端未河道化部分[22]，只是其發育范圍非常有限或者很小，與整個河流扇的形成沒有多大關系[5]。

1.2 河流扇的空間分布與主要沉積特征

Northet al.[5]認為河流扇并不是只在河流末端才能形成（這也是他反對Kellyet al.[20]末端扇的理由之一），在河道交匯處更常見，尤其當支流的流量超過干流時會造成主河道堵塞而形成河道匯聚型扇體（Tributary-Junction Fans）。在干旱環境洪水季節，情況更加復雜，由于每次的洪水流量不同，加上水體流動過程中蒸發下滲消耗，只有少數情況下沉積物才能搬運到河流體系的末端，大多數情況下陸源碎屑沉積物被卸載到搬運路途中的不同位置上，如澳大利亞的Cooper Creek河就是這種情況。而且Northet al.[5]認為河流扇上的河道也不是圖1a中那樣的順直河道（這是他反對Kellyet al.[20]末端扇的又一理由），而是向下游方向逐漸變窄變淺的高彎度的曲流河。

圖1 “分流型”與“分支型”河道模式（據North et al.[5]修改）（a）分流型河道，表示所有分支河道同期都含水；（b）分支型河道，每個時期通常只有一條河道含有水（T1、T2、T3分別代表不同時期，X代表河道T2改道至T3的位置，Y代表新河道T3疊加在廢棄河道T1的位置）Fig.1 Different patterns of(a)distributary channels;and(b)distributive channels(modified from North et al.[5])

總體來看，河流扇環境的上游近端河道較寬、深度較大，向下游沿程河道截面積逐漸減小直到河道完全消失。由于河道向下游變窄變淺，洪水容易越過或沖刷侵蝕堤岸形成決口扇[15]。事實上，決口扇是干旱環境下河流扇沉積體系的標志性特征。Liet al.[23]通過對Colorado河末端區域主河道決口扇的研究發現，從上游到下游，決口扇在數量上具有明顯遞增趨勢，而且新的決口扇傾向發育于先存決口扇間的低地處，從而造成多期決口扇相互疊加，形成面積較大的席狀砂。河流扇體系的另一個特征是河流改道現象頻繁。改道主要是在先前決口河道的基礎上進一步發展而形成。與決口扇分布一樣，下游末端區域河流改道頻率遠大于近端區域[13]。由此看來，河流扇體系的主要沉積單元包括河道沉積、天然堤、以及以決口扇沉積體為特色的洪泛平原沉積。其中河道沉積包括點壩沉積和河道充填，洪泛平原沉積（以決口扇微相為主）主要以泥巖和粉砂巖為主，發育水平紋層，大部分缺乏沉積構造，風化作用強烈，可能發育植被或者沒有[13]。

1.3 河流扇控砂機理

如上所述，河流扇主要形成于干旱區，那里的植被稀少，蒸發量遠大于降水量。尤其在熱漠環境（Hot Desert）中，氣溫晝夜變化無常，巖石的頁狀剝落、劈裂、壓碎等機械風化作用強烈，加之在這種環境中，風是主要地質營力，風吹砂和塵土的磨蝕作用會進一步加劇巖石的機械風化作用[24]。長此以往，在母源區形成了豐富的細粒碎屑物質，為河流扇中砂質沉積物準備了充足的物源。

同時，在這種干旱環境中，由于降雨頻率極低，缺少大面積匯水區，地表徑流水源主要由高山冰雪融水及雷暴引發的洪水，尤其洪水能夠引發地質災害并形成事件沉積。據文獻記載[24]，干旱區降雨從每年幾次到每10年或20年幾次，這樣的降雨可以快速發生，在短期內形成大量雨水和地表徑流，由于缺乏植被覆蓋，河流快速流動并容易造成暴洪，瞬間裹挾著大量泥沙沉積物長距離向湖盆中心推進。在此過程中，由于旱區的強烈蒸發與下滲作用，大部分的洪水與河流會消失在干旱湖盆岸線以上的荒漠中，同時也將攜帶的沉積物卸載于同一地帶[15,23,25]。多次洪水事件，能夠在湖盆中心地帶堆積大規模的砂質沉積物。鄂爾多斯盆地延長組具有“滿盆含砂”的沉積特征，也許與此過程有關，詳見后文。

需要說明的是，長期以來，在沖積扇—辮狀河—曲流河—三角洲沉積體系中，受傳統沉積模式影響，人們一直認為三角洲是沉積物卸載的最主要場所，砂體主要分布在三角洲相帶上，而河流相（包括辮狀河與曲流河）為長條形的相帶，砂體分布有限。從上述干旱背景河流扇形成過程可以看出，陸上河流的反復改道與遷移形成的河流扇，同樣發育大規模富砂儲集相帶[11]。我國陸相盆地眾多，沉積演化歷史長，古氣候干濕交替頻繁，沉積模式多樣。因此，正確應用當代國際沉積學界上在內陸坳陷湖盆研究方面取得的新成果和新理論，對提高我國陸相盆地油氣勘探成功率、促進石油工業發展具有重要的理論和經濟意義。

1.4 河流扇與其它相關沉積微相區別

從上述河流扇形成過程不難看出，在干旱環境下，洪水量向河流的下游方向不斷減少，沖涮侵蝕能力也不斷減弱。雖然河流扇上存在數條呈“分叉狀”或“放射狀”分布的河道，但在洪水季節，通常也只有一條河道是活動的（有水），其它均為廢棄河道；在非洪水季節，這些河道處于干涸狀態或存在由高山冰雪融水形成的少量水量。所有的這些特征，與在潮濕環境下，由于支流的匯入，河流向下游方向水量增大、河道加寬、侵蝕沖刷能力增大的情況大相徑庭。

河流扇沉積容易被誤認為是三角洲沉積，尤其是因為其容易與潮濕環境下的淺水三角洲體系相混淆。如前所述，河流扇的形成與河流入湖（海）處的三角洲分流作用無關，而是由不同時期的河流改道遷移和疊加所形成。它們在沉積過程與模式方面存在明顯差異，如表1所示。

表1中清楚地表明，河流扇體系中河流并沒有進入湖泊水體，而是消失在湖岸線邊緣或者岸線以上區域，因此不能稱為三角洲。實際上，河流扇所在盆地的湖泊水位受季節性降水控制，通常為雨季時存儲一定水量，一旦雨季停止，湖水快速蒸發甚至干枯。例如玻利維亞烏尤尼鹽湖常年處于無水狀態，僅是雨季階段有水，因而Colorado河流扇體系不發育水下分流河道和河口壩[13]。相比較而言，三角洲是陸上河流入海（湖）后形成的常具有扇形特征的沉積體，其形成與水體關系密切，既有河口區湖盆（洋盆）水體的頂托與分流作用，也有和波浪和潮汐有關的改造作用。就陸相淺水三角洲而言，其通常發育在水深數十米范圍內[27]，由于位于相對潮濕地區，所在湖泊水位較高，河流入湖，容易形成河口壩，進而形成分枝狀模式[26]。

表1 干旱環境河流扇與淺水三角洲的區別特征一覽表Table 1 Contrast between fluvial fan in arid environment,and shallow water delta in humid environment

除了河流扇與淺水三角洲容易混淆外，如前所述，在河流扇下游，由于頻繁的漫溢事件形成了大量的決口扇。填平補齊過程促使決口扇沉積體相互疊加，形成面積更大的席狀砂，而這種薄且分布范圍大的砂體容易被誤認為是三角洲前緣席狀砂體[13]。區分二者的關鍵是要搞清沉積背景。在以往的延長組研究中，可能正是被這種“席狀砂體”所迷惑，所以才夸大了對三角洲沉積的認識。

總之，氣候差異是導致河流扇與淺水三角洲及三角洲前緣席狀砂在沉積環境、沉積模式方面存在差異的根本原因。也許正因為如此，中國學者在進行現代淺水三角洲沉積研究時，均以我國南方溫濕氣候條件下的鄱陽湖為例[26,28]，而在研究河流扇或者季節性河流沉積作用時，都無一例外的選擇中國西北干旱環境下的新疆地區[8,29]或河西走廊與寧夏內蒙地區[30-32]為例。

2 鄂爾多斯盆地延長組“滿盆砂”成因模式討論

鄂爾多斯盆地是我國第二大沉積盆地，三疊系延長組是該盆地的主要產油層系，為一套連續分布的、厚度達千余米的碎屑巖巖系（1 000～1 500 m），前人根據沉積特征自下而上劃分長10—長1共10個油層組，其中長7油層組為最大湖泛期，發育了盆地內最主要的一套烴源巖系—張家灘頁巖。過去一直認為，整個延長組沉積期為溫暖潮濕氣候環境[33-34]，受其控制，每個油層組沉積時期都發育了完整的河流—三角洲—湖泊沉積體系，只是不同時期湖泊與三角洲面積有大有小而已。近期，筆者通過野外考察及室內綜合研究，認為延長組沉積期古氣候具有干濕交替演變特征，其中在潮濕時期，匯水區面積大，湖盆發育三角洲沉積體系；而在干旱時期，匯水區較小或者不存在大面積匯水區，三角洲沉積作用有限，砂體以洪水主導的河流扇沉積為主。下面主要從古氣候及沉積特征方面對延長組“滿盆砂”成因做簡要討論。

2.1 延長組沉積時古氣候具有三分性

大量證據顯示，只有延長組中期（長7油層組沉積時期）為溫暖潮濕氣候，而延長組早期（長10—長8油層組沉積時期）屬于干旱氣候環境，晚期（長6—長1油層組沉積時期）屬于半干旱—半濕潤氣候。

2.1.1 古生物證據

孢粉植物群是陸地生態系統和氣候環境信息的重要載體，孢粉化石組合的發生、發展、繁盛和消亡與氣候環境有密切的關系，因此通過孢粉組合與古植物群的研究能夠恢復其生存時期的古氣候環境[35]。本次研究的孢粉樣品取自湖盆中心地區慶36井，通過對整個延長組孢粉化石組合的系統分析，顯示各層位似乎鮮有自己獨有的屬種。但比較各種植物發育的豐富程度，差異還是較為明顯（圖2）。

長8—長10油層組蕨類植物孢子含量明顯高于裸子植物花粉含量（分別占71.1%和28.9%）[36]。其中光面三角孢屬占絕對優勢，顯示孢粉分異度相對較低，植物種類單調，指示氣候較為干旱。

長8—長10油層組相比較，長7油層組沉積時期，植物的分異度顯著增大，除蕨類植物孢子含量仍然較高外，裸子植物花粉含量明顯增加，分別為55.8%、44.04%。植物種屬也明顯增多，蕨類植物中以光面圓形孢屬（Punctatisporites）和旋脊孢屬（Duplexisporites）最為豐度，分別達17.8%和13.68%，其次是紫萁孢（Osmundacidites）屬，占8.02%。另外，還發現一定數量的松柏類植物花粉（如云杉粉屬）和蘇鐵類植物花粉（單溝粉）。此外，前人在長7暗色泥頁巖中還發現了大量介形蟲、雙殼類、魚類化石及光球型疑源類、葡萄藻藻類等反映淡水沉積環境的化石組合[37]，所有這些均指示氣候轉為潮濕溫暖環境。

長6—長2油層組沉積時期以松柏類為主的裸子植物花粉含量有所上升，為51.82%，其中以松型粉屬、云杉粉屬、開通粉屬、單脊雙囊粉屬等含量較高。此時，蕨類植物孢子含量相對減少，光面圓形孢屬和旋脊孢屬等含量較長7也顯著減少。上述信息揭示，長6—長2時期的氣候條件可能已經由長7時期的溫暖潮濕演變為此時的相對干旱溫涼。

2.1.2 稀土微量元素證據

許多學者利用微量元素特征對延長組氣候進行過研究，雖然他們的研究區域不同，所選用的微量元素種類與方法各異，但結論基本是一致的，即延長組中期為潮濕溫暖環境，早期與晚期為相對干旱環境。例如，張才利等[38]利用微量元素對長7油層組沉積時古水介質環境進行了分析，發現Sr/Ba值為0.19～0.65、Th/U值為0.36～5.03，V/Ni值為1.75～5.53，認為屬陸相淡水還原環境。范玉海等[39]利用喜干型元素Sr和喜濕型元素Cu的比值對盆地西部定邊—吳起地區延長組沉積介質環境進行了研究，結果顯示長8—長9的Sr/Cu比值總體大于長7，尤其長9的Sr/Cu比值大于10，認為該地區長9期氣候較為干旱，長7期轉為溫濕氣候。羅順社等[40]通過對姬塬地區長8泥巖樣品微量元素Sr/Ba比值的研究，發現Sr/Ba比值變化于0.1～0.4，平均0.24，顯示湖泊水體為微咸水。最近，譚聰等[34]系統測試了盆地中下三疊統Sr/Ba變化規律，發現長10油層組與下伏地層紙坊組一樣，具有較高鹽度。水體鹽度的變化與氣候環境有關，較高鹽度被認為是氣候干旱、蒸發量大造成的[41]。此外，張新建等[42]利用稀土微量元素研究證實，延長組晚期為半干旱—半濕潤環境。

2.1.3 深湖—半深湖面積分布證據

湖泊水體面積、尤其深湖范圍增大—減小往往與氣候的干濕變化過程相對應。不同時期深湖—半深湖面積統計結果表明（圖3），延長組沉積期水域面積表現為震蕩式擴張—萎縮特征，其中長10期主要為河流相，缺少湖相沉積[43]，長9期湖盆開始發育，深湖區面積有限，僅占盆地總面積的1.24%，為4 336 km2（以厚度大于6 m的深色泥巖計算）[44]，主要分布在盆地東南部志丹—富縣一帶。長8期未見明顯深水區，其泥巖中普遍含炭質泥巖、劣質煤線及淺水生物遺跡化石，總體屬于淺覆水沼澤環境。長7期湖平面快速上升，深湖面積達到最大，達65 000 km2，占盆地總面積的17.57%，水深達50～120 m[38]，長6期以后湖盆面積迅速減小至26 781 km2，至長1期，除陜北子長地區殘留有小面積匯水區外，深湖區基本消失[45]。上述特征同樣反映了延長組沉積時期古氣候環境由早期干旱轉向潮濕再向干旱變化的過程。

圖3 延長組各時期深湖區面積Fig.3 Areas of deep lakes in each period of the Yanchang Formation

2.1.4 古土壤證據

本次通過對陜北地區多條露頭剖面（宜川仕望河、延河）觀察與實測（圖4a），在延長組下部的長10—長8及上部的長6—長1共發現了近20層古土壤，它們主要分布在河流相沉積韻律的最上部洪泛平原或者天然堤環境中，主要特征是巖石普遍呈疏松狀，層理不發育，除個別顏色較深，可能為潮濕環境下形成外（圖4d，e），大多數古土壤層的顏色呈現黃色與淡黃色，普遍見植物根系、垂直蟲孔等生物遺跡化石（圖4b，c），常伴生高嶺土黏土層、鈣質結核或鐵質氧化層等。

圖4 延河剖面延長組長7—長6段沉積相與古土壤露頭照片（a）長7—長6段實測巖性柱狀圖（據鄒才能等[28]修改）；（b）長62頂面古土壤層（位置見圖4b）；（c）照片b的局部放大,淡黃色泥質粉砂巖中見大量植物根系，指示干旱環境；（d）長7頂面古土壤層（位置見圖4d）；（e）照片d的局部放大,淡灰色—黑色泥質粉砂巖中見大量植物根系，蟲孔等，指示潮濕環境（注：白色雙向箭頭及數字表示古土壤層的位置及厚度）Fig.4 Sedimentary facies and paleosol outcrops of 7-6 member,Yanchang Formation(Yanhe section)

上述大多數古土壤層顏色、層理構造、生物遺跡等特征與前人在現今鄂爾多斯盆地東緣豫西地區的發現與研究基本是一致的[46-47]。豫西地區濟源盆地油房莊組（與延長組長10—長8地層相當）、譚莊組（與延長組長2—長1地層相當）普遍發育古土壤及鈣質結核，一般認為是干旱環境下沉積物（巖石）土壤化作用的結果。此外，在延長組古土壤層頂部，經常伴生有薄層有機質層如炭屑、植物碎片、炭質泥巖及劣質煤線等，有時還伴生泥裂現象，這些也代表淺覆水或干旱暴露現象。

2.2 延長組沉積中存在多期洪水事件層

受上述潮濕氣候環境影響，長7油層組沉積期匯水區面積大（包含長63油層組），為湖盆發育鼎盛時期，全盆地以富含有機質的泥頁巖（烴源巖）湖泊沉積體系為主，并廣泛發育三角洲體系。這一時期湖盆中心地區的砂體主要為重力流成因或三角洲與重力流復合成因等，目前已有眾多研究成果發表[48-51]，不再贅述。

除長7油層組外，其它油層組砂巖均以河流相為主，單層砂體厚度幾十公分到數十米不等，內部普遍發育平行層理、大型槽狀、楔狀及板狀交錯層理等牽引流沉積構造特征。在最近的野外考察中，作者在這些砂巖中發現了大量樹木化石，其保存狀態指示了這些樹木曾遭受過洪水襲擊，其宿主砂巖可能屬于洪水成因。

樹木化石大多分布在河道砂巖與古土壤層界面附近，一般樹莖稈部分分布在砂巖底界面以上的決口扇砂巖中，根系部分保存在洪泛平原頂部的古土壤層附近（圖5）。它們的形態各異，有的樹木根系與莖干部分均保留完整（圖5e～g）；有的因受洪水襲擊，莖干已被完全折斷或部分折斷，折斷的莖稈或原地倒伏（圖5a，b）或被洪水沖走缺失（圖5c，d），殘留部分與根系一起呈歪斜狀態分布在地層中，歪斜方向指示了洪水流動的方向（圖5a～d）。此外，在河道砂巖底部，常見大量呈定向分布的炭化植物莖稈，單個莖稈長度通常3～50 cm不等，直徑在1～8 cm，顯然，它們也是洪水事件的產物。

圖5 延長組洪水事件地質露頭特征（a）被折斷的植物莖稈與根系一起呈斜歪狀態展布，歪斜方向指示古洪水流向，延河剖面羅子山長9露頭；（b）照片a的解釋；（c）植物莖干大部分被折斷缺失，殘留的少部分與根系一起呈斜歪狀態展布，歪斜方向指示古洪水流向，薛峰川剖面長3露頭；（d）照片c的解釋（;e）在地層中直立分布的樹木化石，其根系部分宿主巖石為暗紅色粉砂質泥巖，發育大量生物遺跡化石，顯示為洪泛平原微相；莖干部分宿主巖石為含泥質粉細砂巖，塊狀，無層理，底面平直，顯示為沉積速率很高的決口扇沉積，由此推測該樹木當時位于河流末端低洼處，因洪水決口被一次性掩埋而成化石，延河剖面黑家堡長3露頭；（f，g）在地層中直立分布的樹木化石,其宿主巖性與照片e基本相似，照片f為延河剖面長4+5露頭，照片g與照片e位置相同.圖中藍色箭頭指示洪水流動方向，紅色箭頭指示化石分布位置。Fig.5 Sedimentary characteristics of flood events in Yanchang Formation

上述特征充分表明，在2億年前的延長組沉積時期，洪水事件頻繁發生，這些形態各異的植物化石，正是遭遇了洪水襲擊的結果，其宿主砂巖應該屬于洪水成因。實際上，洪水事件形成的植物化石，在延長組各砂巖層段均有分布，這意味著大部分砂巖可能屬于洪水成因，相關研究工作將另文討論。

2.3 延長組“滿盆砂”成因模式探討

綜上所述，延長組沉積的氣候具有三分性，其中延長組中期（長7）為潮濕氣候，匯水區面積較大，主要發育三角洲及重力流砂體，其沉積模式以湖泊—三角洲—重力流為主導（圖6b）。延長組早期（長10—長8）、晚期（長6以上）砂巖沉積均以河道牽引流為特色，砂巖層與層之間常被干旱環境古土壤層所分割，砂體內部沉積構造主要為平行層理、大型交錯層理，常見植物莖干化石及泥礫，總體反映了一種反映水淺流急、水動力強、河道擺動頻繁、水體間歇性活動的特征，結合前述的干旱氣候特征，作者認為屬于河流扇沉積（圖6a）。其形成大致過程是，在長期的干旱環境下，由于強烈的機械物理風化作用，在盆地內部及周緣積累形成了豐富的細粒碎屑物質，當百年或千年一遇的暴雨發生時，地表徑流或洪水裹挾著大量泥沙沉積物從四面八方向盆地中心方向推進，由于蒸發與下滲作用，大部分的洪水會消失在干旱湖盆岸線以上的沿程路徑上或者荒漠中，同時在湖盆岸線附近形成泥沙沉積物堆積區。由于洪水事件經常伴隨著河流改道，多次這樣洪水事件與河流頻繁改道，最終在湖盆中心地帶形成類似三角洲一樣的扇狀砂質沉積物，這也許就是鄂爾多斯盆地延長組“滿盆含砂”形成的原因。

圖6 延長組沉積模式圖（a）干旱時期的河流扇沉積模式，圖中揭示在干旱環境下，陸相盆地匯水區面積較小，主要沉積單元為洪泛平原、河道與決口扇，河流扇中的“扇狀沉積體系”主要由洪水期曲流河決口、改道遷移而形成；（b）潮濕時期的湖泊—三角洲—重力流模式，圖中揭示在潮濕環境下，陸相盆地匯水區面積大，主要沉積單元有河流、三角洲，深湖—半深湖及重力流沉積。Fig.6 Sedimentary model of fluvial fan of Yanchang Formation in arid period

需要說明的是，目前的大多數研究者都傾向于延長組砂體成因為“湖泊三角洲”或者“淺水三角洲”觀點[28,52-55]。如前所述，區分兩者的關鍵是要確認是否存在一定規模的匯水區以及河流是否匯入到了水體當中，筆者認為這需要結合古氣候、古地理以及巖性巖相等多方面的資料綜合判斷（詳見表1）。

3 討論與結語

湖盆在不同沉積演化階段，通常具有不同的砂體成因類型。過去人們一直沿用一種固定模式即三角洲模式來解釋延長組所有的沉積體系與砂體分布，導致整個延長組從長10到長1表現為一種“滿盆三角洲”的沉積格局，這在現代沉積中很難找到實例，令人費解。

筆者從前述古氣候演變角度出發，認為延長組中期長7油層組（在湖盆中心地區，可能包含長63油層組）沉積期為湖盆發育鼎盛時期，氣候溫暖潮濕，匯水區面積大，全盆地以富含有機質的泥頁巖（烴源巖）湖泊沉積體系及三角洲—重力流體系為主；延長組下部長10—長8與上部長6—長1油層組沉積期，氣候炎熱干燥，湖盆蒸發量大于降水量，缺少大面積匯水區，全盆地沉積以河流扇為主。

在以往延長組沉積研究中，夸大了三角洲的沉積作用，實際上許多砂體是干旱背景下、由河流作用形成的事件沉積，即河流扇，與三角洲作用無關。河流扇體系的砂巖與潮濕環境水進域富有機質泥巖相匹配，十分有利于大型巖性油氣藏的形成，從而使延長組由“滿盆含砂”變為“滿盆含油”。該研究完全改變了以往大型坳陷湖盆以“三角洲模式”為主導的傳統認識，對豐富發展陸相盆地沉積理論認識及指導油氣勘探實踐均有積極意義。

致謝 阿根廷南方國立大學Carlos Zavala教授參加了野外地質考察工作，在此深表感謝！