浅水三角洲是一种发育于水体较浅、构造稳定、物源供给充足、地形相对平缓的沉积环境的特殊三角洲类型^[1-3]。国内外众多学者针对不同地区浅水三角洲沉积特征做了大量深入研究，揭示浅水三角洲的水动力特征、微相类型及内部结构与典型三角洲有很大不同^[4-6]，具体表现为浅水三角洲一般以河流作用为主，以分流河道及水下分流河道为骨架砂体，不具备吉尔伯特型（Gilbert）三角洲顶积层、前积层和底积层的3层式剖面结构^[7-9]。然而，目前很多研究显示，由于浅水湖盆坡度较小，在干湿交替气候环境下，极易导致湖平面高频振荡，形成一种河流与波浪共同作用的浅水三角洲^[10-12]。为此我国学者相继提出了湖平面波动^[10-11]、湖岸线变迁^[13]、河湖交汇^[14]等因素控制下的浅水三角洲沉积模式。这些模式均体现了波浪作用对前缘砂体的影响，并控制了浅水三角洲的沉积特征及发育模式^[15]，然而这些研究大多是通过分析地下及现代沉积完成的，缺少直观的野外露头资料。目前这种类型的浅水三角洲沉积模式研究尚需更多的研究实例进行佐证并完善。

准噶尔盆地南缘具备良好的石油地质条件，西湖1井和独山1井均钻遇侏罗系头屯河组，并见良好油气显示^[16]，头屯河组作为准噶尔盆地南缘重要的储集层系逐渐受到关注^[17-18]。学者们对准噶尔盆地南缘头屯河组沉积特征已做深入研究，主要观点认为该层系发育河流沉积^[19-22]，但对于河流类型为曲流河^{[19, 23]}还是辫状河^[20-21]存在不同看法。谭程鹏等^[24]提出了辫曲演化模式，认为头屯河组下部发育辫状河沉积，并逐渐过渡为上部的曲流河沉积。近年来一些学者通过露头与井下资料的对比，认为在阜东及乌鲁木齐等地区头屯河组主要发育浅水三角洲—湖泊沉积体系^[25-27]。准噶尔盆地南缘头屯河组沉积时期正处于天山山脉不断隆升的构造活动期^[28]，盆地南缘地区毗邻造山带，古地形、地貌复杂，沉积环境变化快，发育的沉积体系类型众多。对研究区沉积体系特征的研究尚不深入，严重制约了头屯河组油气藏的勘探部署及有利区选择。通过对南安集海河剖面头屯河组的沉积学研究，分析头屯河组的沉积特征及沉积相类型，探讨在季节性河流和湖平面变化的共同作用下的沉积演化模式，以期为本区的沉积体系研究提供新的资料，为研究该类型的浅水三角洲沉积提供参考依据。

准噶尔盆地为一个大型复合叠加盆地，石炭纪以海陆过渡相为主，晚石炭世海水全部退出^[29]，盆地进入内陆相湖盆发育阶段^[30]。二叠纪—三叠纪发育一套整体上由粗变细的碎屑岩建造^[31]。早—中侏罗世，整个准噶尔盆地处于区域伸展及缓慢沉降阶段，为陆内坳陷期^[25]，湖盆急剧萎缩并消亡，水体较浅，地形较平缓^[32]，为浅水三角洲沉积的发育奠定了基础。

准噶尔盆地南缘位于北天山山前，东西长500 km，南北宽40~60 km，面积约为2.1×10⁴ km²，可划分为西部的四棵树凹陷，东部的阜康断裂带，北部的霍玛背斜带和山前的齐古断褶带4个二级构造单元^[33]（图 1）。本区经历了晚海西、印支-燕山、喜马拉雅期等3个构造期不同构造体系的叠加，形成了3个逆冲褶皱带，发育了一系列的背斜构造^[17-18]。南安集海河剖面位于准南山前第一构造带，在四棵树凹陷和齐古断褶带交界处，处于南安集海背斜南翼，位于沙湾县安集海镇以西，距奎屯市直线距离约40 km，距沙湾县直线距离约50 km。该区出露三叠系—第四系的6套地层，其中侏罗系自下而上可划分为下侏罗统八道湾组和三工河组、中侏罗统西山窑组和头屯河组、上侏罗统齐古组和喀拉扎组。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 准噶尔盆地南安集海地区构造位置（a）、侏罗系—白垩系岩性地层综合柱状图（b）及研究区地层剖面（c） Fig. 1 Structural location of southern Anjihai area(a), stratigraphic column of Jurassic-Cretaceous (b) and stratigraphic profile (c) in southern margin of Junggar Basin

准噶尔盆地南安集海地区中侏罗统头屯河组实测厚度为246 m，可分为3段（图 2a）：头屯河组一段厚度为152 m，主要发育灰黄色的细砂岩、含砾砂岩和灰色或深绿色的粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，黄色粉砂岩和深灰色泥岩呈指状交错分布（图 2b—2h）；头屯河组二段厚度为55 m，以灰色或灰绿色的细砂岩、粉砂岩为主，夹有杂色的泥岩、粉砂质泥岩，砂岩横向厚度变化较大（图 2i，2j）；头屯河组三段厚度为39 m，岩性主要为灰色、红色、红褐色及杂色的泥岩和粉砂质泥岩，发育少量红棕色、橘黄色的细砂岩（图 2k）。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组地层颜色及整体特征 （a）航拍的头屯河组剖面；（b）头一段底部河道砂体；（c）头一段中部厚层砂体；（d）头一段中部泥岩沉积；（e）头一段中部厚层砂体；（f）头一段中部地层；（g）头一段中上部地层；（h）头一段顶部地层；（i）头二段底部地层；（j）头二段顶部地层；（k）头三段地层。 Fig. 2 Stratum color and overall characteristics of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

泥岩颜色是恢复古沉积环境和反映水体深度的重要标志。南安集海河剖面头屯河组主要为灰白色、灰绿色等过渡色泥岩，并夹杂着不同程度的氧化色或还原色泥岩，地层颜色多变，这是浅水沉积环境的典型特征，反映了当时动荡的水体环境。头一段主要发育灰黑色、棕色等深色系泥岩，氧化色泥岩较少，指示了头屯河组沉积早期半干旱气候条件下发育的沼泽环境。头二段主要为橘黄色、紫红色与灰绿色、灰黑色的泥岩互层，3个色系的泥岩均有沉积，其中还原色泥岩出现较少，说明此时整体的气候条件开始变得干旱，水平面变化更加频繁。头三段泥岩主要呈深绿色、灰绿色、黄色、黄绿色、浅绿色的沉积序列，中部主要为红褐色、橘黄色的泥岩沉积，顶部则发育灰绿色、灰黑色的泥岩（图 2k），反映了一个完整的湖平面上升过程。

沉积构造类型是指示水动力条件、沉积速度、沉积环境和沉积相类型的重要标志。研究区砂岩中广泛发育大型槽状交错层理、板状交错层理、平行层理、冲洗交错层理和浪成沙纹层理（图 3a—3e）。槽状交错层理层系宽度为3~5 m，常与板状交错层理、平行层理共生。平行层理剥开面上可见明显的剥离线理构造（图 3f），砂岩底部常常发育侵蚀冲刷面，这些构造指示一种较强水动力条件下，水浅流急的河流环境。冲洗交错层理是水体来回冲刷形成的，其层系界面呈楔状低角度相交，层系顶部被切蚀，常见于滨浅湖滩坝环境中。浪成沙纹层理在头屯河组二、三段细砂岩中大量发育，具有前积层倾向相反，内部纹层呈“人”字形的特征，指示波浪作用的成因。头屯河组地层在野外的典型识别标志是风化形成的蜂窝状砂岩（图 3g）。头屯河组粉砂岩和泥岩中发育水平层理、块状层理、流水沙纹层理、泄水构造和生物遗迹（图 3h—3l）。水平层理、流水沙纹层理是在水体较浅、水动力较弱的环境下由悬浮物沉积而成，主要发育于分流间洼地。泄水构造只发育在局部地层，是由松散沉积物内孔隙水快速泄出而形成，一般认为是三角洲前缘的重要标志^[34]。黑色泥岩中发育植物叶片、植物根系及炭屑，这是典型的沼泽环境特征。在粉砂岩中可见大量的生物钻孔和生物活动遗迹，其形态不规则，判断为浅水生物活动造成。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组沉积构造特征 （a）槽状交错层理；（b）板状交错层理；（c）平行层理；（d）冲洗交错层理；（e）浪成沙纹层理；（f）剥离线理；（g）风化形成的蜂窝状砂岩；（h）水平层理；（i）流水沙纹层理；（j）软沉积物变形；（k）炭质泥岩中植物根茎；（l）生物钻孔遗迹。 Fig. 3 Sedimentary structural characteristics of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

钙质结核是由碳酸钙组成的自生矿物集合体，一般认为是在干旱—半干旱的平原或低地的土壤中由蒸发或者淋滤形成的^[35]，是分析古气候的重要标志。根据头屯河组钙质结核的岩石学特征，可将其分为2类。Ⅰ类钙质结核呈紫红色，形状以椭球状为主，结核块径最大者为20~25 cm，最小者为2~5 cm，一般沉积于粉砂岩中，且顺层分布，在野外滴酸后剧烈出气泡（图 4a，4b）。这类结核表面可见清晰的层理，说明是沉积期的产物，镜下观察可见其成分主要为微晶方解石和少量石英晶体（图 4c），分析化验得知其Fe₂O₃和CaO含量较高。Ⅱ类钙质结核一般为姜状或次棱角状，垂直地层或顺层分布，横向发育不稳定（图 4d，4e），一般出现在泥岩之间，后期风化作用更为明显，破碎严重。结核表面被黏土矿物包裹，颜色为紫红色，但铁元素含量并不高。镜下薄片显示Ⅱ类钙质结核主要由微晶方解石组成，石英颗粒存在不同程度的溶蚀现象，含少量的泥质及陆源碎屑物质，应该是成岩期形成的（图 4f）。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组特殊矿物标志 Fig. 4 Special mineral marks of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

根据对比吴道祥等^[36]在淮北平原的研究，从头屯河组钙质结核的分布情况来看，Ⅰ类钙质结核是随着湖水的大量蒸发，碳酸盐矿物不断析出并胶结成核，主要发育于湖盆浅水环境中。Ⅱ类钙质结核则是地下水经土壤淋滤作用形成于沼泽湿地或小型局限湖泊中。2类钙质结核均指示了地势平坦、气候炎热、暴露氧化的环境。此外在头屯河组一段底部，发现大量石膏晶体，沿层面或在砂岩裂缝中充填发育（图 4g，4h），是在极端干旱环境下湖水大量蒸发而形成的一类矿物。

为了对头屯河组的氧化还原条件和古气候进行研究，在南安集海河剖面取样12块，进行主微量元素分析。Jones等^[37]在研究挪威北海维京群的湖相泥岩沉积时，认为V/Cr和V/（V+Ni）值是有效判别古氧化还原环境的可靠参数，在氧化环境中，V/（V+Ni）值一般小于0.6，V/Cr值则小于2.0，在还原环境中，V/（V + Ni）值大于0.77，V/Cr值大于4.25。头屯河组样品中V/Cr值为1.22~1.87，平均值为1.55；V/（V + Ni）值为0.32~0.39，平均值为0.37，总体反映了强氧化环境（图 5）。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组岩石地球化学及沉积环境特征 Fig. 5 Characteristics of rock geochemistry and sedimentary environment of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

Sr/Ba是古盐度判别的有效指标。一般而言当Sr/Ba值小于0.6，0.6~1.0和大于1时分别指示淡水、半咸水和海水沉积^[38]。在实际研究中，不同地区的Sr/Ba值存在很大差异，徐子苏^[39]在准噶尔盆地西北缘大西沟地区测量的头屯河组Sr/Ba值为0.15~1.46，与此次研究测量的值（0.15~0.97）较为接近，且呈先增后减的变化趋势（图 5）。表明头屯河组沉积早期湖水含盐量升高，此时湖水的蒸发量大于降雨量，指示了当时气候逐渐干旱炎热，在中晚期气候又开始趋于潮湿的特点。

在沉积速率稳定的湖相泥岩中La和Co元素的丰度与水深存在密切联系。通过对La和Co元素含量的计算，可以对古水深进行定量分析，本文采用该方法来推算研究区屯河头组沉积期的古水深，其公式如下：

式中：t为陆源Co对样品的影响；S_La为实测样品中La元素的丰度，mg/kg；N_La为陆源碎屑岩中La元素的平均丰度，取值为38.99 mg/kg；V_s为样品沉积时的沉积速率，m/Ma；V_o为正常环境的沉积速率，取值为0.2×10³ m/Ma；N_Co为一般湖泊沉积物中Co元素丰度的平均值，取值为20 mg/kg；S_Co为实测样品Co元素的丰度，mg/kg；T_Co为陆源碎屑岩中Co元素丰度的平均值，取值为4.68 mg/kg；H为古水深，m。计算结果显示，头屯河组沉积期湖盆水深为10.6~27.8 m，平均值为18.7 m，揭示头屯河组沉积期水体相对较浅，且水体深度变化频繁。

选取研究区内典型样品进行粒度分析，从而对不同相带的沉积物搬运介质、水动力条件进行研究。从粒度累计概率曲线形态来看，可划分出3种类型的曲线：二段式、三段式和四段式。三段式曲线由滚动总体、跳跃总体和悬浮总体构成，跳跃总体概率多为70%~80%，曲线倾角为65°~70°，标准偏差为1.79，偏度为正，沉积物分选较差；跳跃总体与悬浮总体交点在粒度Φ值2.0左右，反映中等的稳定牵引流沉积特点（图 6a）。四段式总体由2个跳跃总体、1个悬浮总体和1个过渡总体构成，跳跃组分概率约为50%，悬浮总体累计概率小于10%，跳跃与悬浮总体间的交点粒度Φ值为2.0~3.5（图 6b），反映在河流进入水下后，能量减弱，悬浮物快速堆积的特征。头三段样品沉积物粒度极小，粒度曲线以二段式为主，由跳跃和悬浮2个组分构成，跳跃组分与悬浮组分的交点Φ值为3.27，两者之间圆滑接触，曲线倾角约为70°（图 6c），显示砂体分选较好，反映了波浪对沉积砂体的冲刷和回流作用，具湖滩砂特点。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组不同微相累计概率曲线特征 Fig. 6 Characteristics of cumulative probability curves of different microfacies of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

根据头屯河组的沉积相标志划分南安集海河剖面的沉积微相类型。研究区沉积相可划分为浅水三角洲平原、浅水三角洲前缘和滨浅湖3个沉积亚相（图 7）。头一段沉积早期发育浅水三角洲平原，中期发育浅水三角洲前缘，晚期发育滨浅湖泥岩沉积；头屯河组二段沉积早期为浅水三角洲平原沉积，中晚期为浅水三角洲前缘沉积；头三段主要发育滨湖滩坝沉积。

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组微相类型 Fig. 7 Sedimentary microfacies types of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

浅水三角洲平原位于水面以上，长期处于氧化环境，主要发育分流河道、分流河道间洼地2种沉积微相，垂向序列为Ⅰ型和Ⅱ型（图 7）。

（1）分流河道微相

分流河道砂体以含砾砂岩、中—粗砂岩、细砂岩沉积为主，偶见化石。底部可见冲刷痕迹，部分可见滞留沉积砾岩层，向上岩性逐渐变为含砾砂岩、细砂岩，砾石分选较差，磨圆较好，成分复杂，发育大型槽状交错层理和板状交错层理；顶部多发育平行层理，粒度分布曲线以三段式为主，反映较强的水动力特征，垂向序列以正韵律为主。

头屯河组分流河道具有拼接式和切叠式2种接触样式。头一段①号河道可划分为3期，最大一期河道横向延伸约50 m，纵向上厚8 m，具明显冲刷充填构造，多期河道在横向呈半接触的拼接样式。在露头上表现为河道砂体呈带状零散分布（图 8a，8b），纵向上被泥质夹层隔开，具有明显间断性正韵律的二元结构（图 8c，8d）。头二段⑥号分流河道相互切叠，岩性以棕褐色细砾岩、砂砾岩和颗粒支撑的砂岩为主（图 8e，8f）。河道规模大且呈豆荚状并联模式，河道砂体相互侵蚀切割，横向延伸达250 m，纵向上厚17.5 m，宽厚比显著增大，这主要是由于阵发性洪流发育、河道频繁改道、原河道经常受到河流的二次侵蚀所形成。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组分流河道砂体特征 （a）头屯河组分流河道砂体分布；（b）头屯河组分流河道砂体分布素描；（c）头一段拼接式分流河道；（d）头一段拼接式分流河道素描；（e）头二段切叠式分流河道；（f）头二段切叠式分流河道素描。 Fig. 8 Characteristics of distributary channel sand bodies of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

（2）分流河道间洼地微相

分流河道间洼地是指三角洲平原河道外侧及河道间的滞水地带，水动力弱，为还原环境。该类微相沉积物以深色泥质为主，薄煤层、炭质泥岩层发育，炭质泥岩中常见植物根茎；泥岩中发育块状层理和水平层理，常与粉砂岩互层形成韵律层理；粉砂岩中可见沙纹层理，由细粒沉积物溢岸沉积形成；含植物炭屑、钙质结核和石膏晶体，其中钙质结核呈姜状或不规则状，不均匀分布于砖红色、紫红色泥岩中。

研究区头屯河组浅水三角洲前缘主要发育水下分流河道、分流间湾和前缘席状砂微相。浅水三角洲前缘沉积物颜色以浅绿色、浅黄色等过渡色为主，主要垂向序列为Ⅲ，Ⅳ和Ⅴ型。浅水三角洲前缘位于水面以下，同时受河流和湖浪作用。一直以来，水下分流河道砂体被认为是浅水三角洲前缘的主要砂体^[12]，近年来一些研究表明，在高频湖平面波动背景下，波浪的改造作用会使分流河道及河口坝砂体席状化^[10]，席状砂成为浅水三角洲前缘的主要砂体。

（1）水下分流河道

水下分流河道是河道延伸到水下的部分，其沉积特征与水上分流河道有一定相似之处，不同之处在于，水下分流河道变浅，分叉变多，沉积物粒度较水上分流河道小，粒度曲线由跳跃和悬浮组分2部分组成。水下分流河道常发育于三角洲前缘席状砂或分流间湾泥坪之上，以灰白色细砂岩为主，生物扰动程度低，植物化石少见；单期河道厚度为1~5 m，发育槽状交错层理、平行层理、块状层理、沙纹层理，底部有时可见冲刷面。

（2）分流间湾

分流间湾是水下分流河道之间相对低洼的湖湾区，在研究区三角洲前缘亚相中较为发育。该类微相以泥岩沉积为主，含少量粉砂质泥岩及粉砂岩。泥岩单层厚度0.5~3.0 m，泥岩颜色以灰黑色、灰白色、灰绿色为主，发育块状层理、泄水构造，局部可见生物虫孔及生物活动遗迹。沉积作用以悬浮沉积为主，呈弱正韵律，反映较弱的水动力环境，发育Ⅰ型钙质结核。

（3）前缘席状砂

前缘席状砂主要由片状、条带状、分选好、砂质纯净的细砂岩和粉砂岩组成。由于湖水的冲刷和淘洗作用使泥质被带走，仅砂质沉积物被保存下来，砂体颗粒较分流河道砂体细，粒度分布曲线显示为二段式，主要发育浪成沙纹层理。该类型砂体可分为分流河道末端席状砂和浪控席状砂^[40]2种类型。分流河道末端席状砂是由于末梢水下分流河道水动力减弱，而湖水的顶托作用不断增强，最后沉积物在末端扩散形成。这类席状砂在露头上体现为一系列呈黄色条带状的粉—细砂岩，其颗粒较细，分选较好，沉积构造不发育，总体上向湖及两侧呈变薄的趋势，通常发育在水下分流河道的两侧及末端，横向上延伸不远，最长约20 m。浪控席状砂是最大湖平面时期水下分流河道主体被湖浪改造形成的。浅水三角洲沉积时湖盆水体较浅，湖面季节性、周期性的频繁波动导致湖岸线大范围迁移，波浪作用导致水下分流河道席状化，砂体发生横向迁移并连接成片形成环状分布的前缘席状砂，厚度一般不超过2 m，具模糊的河道特征，发育大量的浪成沙纹层理，其底部有时还可见河道冲刷痕迹（图 9）。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组浅水三角洲前缘席状砂特征 注：岩性剖面上的底色为野外露头颜色。 Fig. 9 Characteristics of sheet sand in shallow water delta front of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

滩坝是分布于滨浅湖区，由波浪和沿岸流影响的呈席状或带状的砂体^[41-42]，是滩和坝的总称。研究区头屯河组滩坝以细砂岩、粉砂岩为主，含有少量的泥质粉砂岩，主要岩石类型为石英砂岩。在垂向上泥质粉砂岩和细砂岩互层，自下而上发育反旋回。滩坝受波浪和沿岸流反复冲刷，形成大量浪成低角度交错层理和冲洗交错层理，纹层倾角小于10°；横向厚度变化大，砂体厚度通常小于5 m（图 10）；粒度分布曲线以二段式为主，砂岩粒度小，泥质含量低，分选极好。头屯河组沉积期，波浪对碎屑物质的搬运和沉积作用是滩坝体系形成的直接原因。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组滩坝砂体特征 注：岩性剖面的底色为露头颜色。 Fig. 10 Characteristics of beach bar sand bodies of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

浅水湖泊与前三角洲不易分开，浅湖亚相由浅灰色的泥岩、粉砂质泥岩组成，局部为粉砂与泥岩互层。该类亚相发育块状层理、水平层理，泥岩中裂缝发育，裂缝长度为0.5~1.0 m，裂缝间距约为0.4 m，充填黑色泥岩、黄色泥质粉砂岩及石膏晶体。

中侏罗统头屯河组沉积期，准噶尔盆地南安集海地区地形平缓，水体较浅，该区经历了半干旱—干旱—湿润的气候演变过程，其间湖平面频繁波动，湖岸线大范围迁移导致不同水位下砂体的分布存在明显差异^[42-43]。根据南安集海河剖面头屯河组的沉积特征、沉积相类型，建立了头屯河组河控浅水三角洲和浪控浅水三角洲的沉积模式（图 11）。

图 11

Fig. 11

下载原图 图 11 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组沉积模式 Fig. 11 Depositional model of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

河控浅水三角洲主要发育于湖平面相对稳定期，该时期地形较缓，水体较浅，浅水三角洲砂体在沉积过程中河流作用占绝对优势，湖浪摆动作用较弱，分流河道和水下分流河道占据主导地位。分流河道水动力较强，河流频繁改道分叉，不断向湖盆方向进积，次级河道下切能力减弱，多期河道呈拼接式叠置。分流河道间洼地广泛发育沼泽沉积，以深灰色泥岩和Ⅱ型钙质结核为主要特征。水下分流河道向湖中心长距离延伸，碎屑物质在河口区难以沉积，河口坝不发育。向湖区方向水下分流河道砂体变薄，逐渐演变为薄层透镜状砂体和席状砂，滨浅湖区主要沉积浅灰色的块状泥岩（图 11a）。

季节性的干湿交替气候极易导致湖水周期性地上升与下降，湖平面频繁震荡容易发育浪控浅水三角洲。浪控浅水三角洲主要发育分流河道、前缘席状砂和滩坝砂体。季节性洪流冲刷和侵蚀作用较强，致使浪控浅水三角洲分流河道砂体相互侵蚀切割，多期河道呈切叠式。洪水期水下分流河道砂体向前推进明显，沉积物在水下分流河道末端扩散形成席状砂。分流间湾水动力较弱，主要沉积泥质、粉砂质等细粒沉积物，发育Ⅰ型钙质结核，砂、泥岩频繁互层。枯水期前缘砂体进一步被湖泊水体改造，具有明显的席状化特征，呈宽带状或连片分布，形成浪控的席状砂。当三角洲分流河道水流较弱或者断流后，风浪对三角洲前缘进行改造，在湖浪、冲浪和沿岸流的共同作用下，浅水三角洲的边缘地带形成了呈狭长带状展布的滩坝（图 11b）。在湖平面高频波动的情况下，上述的沉积作用反复进行，形成了席状砂与分流间湾泥岩互层的沉积序列。

根据南安集海河剖面头屯河组沉积微相垂向演变特征，将该地区头屯河组沉积演化过程划分为5个阶段，分别用T1—T5表示。T1—T2阶段发育于头屯河组一段，T3—T4阶段发育于头屯河组二段，T5阶段发育于头屯河组三段。从头屯河组沉积早期到晚期，岩性逐渐变细，沉积模式由河控浅水三角洲向浪控浅水三角洲和滨浅湖相演化（图 12）。

图 12

Fig. 12

下载原图 图 12 准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组沉积演化序列 Fig. 12 Sedimentary evolution sequence of Middle Jurassic Toutunhe Formation in southern Anjihai river outcrops, southern margin of Junggar Basin

T1阶段沉积位于头一段下部，地层厚度约为100.0 m。该时期研究区头屯河组处于半干旱气候，湖平面相对中侏罗世早期已经下降，发育河控浅水三角洲平原分流河道和分流间洼地沉积（图 12a）。季节性河流的发育导致河流频繁改道迁移，河流在接近河口区分叉增多，河道规模减小，在横向上呈拼接式，多期河道之间发育泥质隔夹层，主要发育槽状交错层理和平行层理的粗—细砂岩。分流间洼地主要为沼泽湿地和河道溢岸沉积，沼泽湿地排水性较差，泥岩颜色以灰绿色、深灰色为主，溢岸沉积主要发育黄色的沙纹层理粉砂岩。

T2阶段沉积位于头一段上部，地层厚度约为52.0 m。该阶段研究区湖平面短暂升高，浅水三角洲发生退积，发育河控浅水三角洲前缘沉积（图 12b）。该沉积期较短，由于湖盆水体较浅，地势平缓，河流水动力较强，水下分流河道延伸距离较远。三角洲前缘以水下分流河道沉积为主，砂体较薄，粒度较小。分流间湾发育还原色泥岩沉积，在该段末期，沉积一段厚度为3~5 m的滨浅湖泥岩。

T3阶段沉积位于头二段下部，地层厚度约为17.5 m。该阶段研究区气候干旱炎热，基准面下降，A/S（可容纳空间/沉积物供给量）减小，湖面大范围收缩，阵发性洪水发育。在汛期河道宽且水动力强，而在旱季，沉积物供给减少，此时水流被限制在汛期的河道之内，河流改道频繁。季节性洪流冲刷和侵蚀作用较强，致使浪控浅水三角洲分流河道砂体相互侵蚀切割，多期河道呈切叠式。沼泽湿地时常干旱，以发育红色等氧化色泥岩和Ⅰ型钙质结核为特征（图 12c）。

T4阶段沉积位于头二段上部，地层厚度约为7.5 m。进入这一阶段，研究区湖平面开始上升，浪控浅水三角洲迅速从平原过渡到前缘沉积。由于季节性气候的控制，湖平面升降频繁，此时水下分流河道能量减弱，碎屑物在进入湖泊之后，搬运较短距离并在水下分流河道末端散开，形成朵状的席状砂体，另外部分保留下来的河道砂体最后也被波浪作用改造，形成席状化水下分流河道。砂体在波浪的作用下发生横向迁移并连接成片，形成大片席状砂体和泥岩互层（图 12d）。

T5阶段沉积位于头三段，地层厚度约为39.0 m。随着气候转向温暖湿润，研究区湖平面进一步升高，扩张湖区及广阔的平原地区为浅水所覆盖，浅水三角洲大面积退积且朵体发生侧移。该阶段河流作用明显开始减弱，沉积物供给不足，湖浪作用显著增强，波浪对湖岸沉积物的改造作用强烈，先前沉积的浅水三角洲前缘的部分碎屑物质被湖浪改造再次搬运沉积，在新的三角洲朵体侧缘形成了平行于湖岸呈带状展布的滩坝沉积（图 12e）。

准噶尔盆地南安集海头屯河组的沉积演化过程显示该区湖平面总体呈先下降再上升，头一段发育河控浅水三角洲，头二段发育浪控浅水三角洲，头三段演变为滨浅湖沉积。头一段河控浅水三角洲展布范围跟随湖平面的扩大而延伸，前缘展布呈一个大的朵体，前缘亚相含砂量较高，砂体总厚度较大，具备大前缘小平原的特征。伴随头一段沉积末期一次大范围的湖侵，研究区沉积了一段厚度为3~5 m的滨浅湖泥岩，此后研究区经历了一次长时间的沉积间断。头二段沉积时，由于气候持续干旱，湖平面振荡频率和幅度增大，湖浪影响的范围显著增大，水动力减弱，前缘受波浪改造，浅水三角洲呈坨状展布。头三段沉积期内，随着湖平面进一步上升，朵体迁移，碎屑物在波浪和沿岸流的改造下，形成滩坝砂体。最后全区基本演变为半深湖—深湖沉积，浅水三角洲沉积结束。

（1）准噶尔盆地南安集海河剖面中侏罗统头屯河组泥岩颜色多变，发育钙质结核、石膏晶体、生物遗迹和植物根茎化石。砂岩中发育槽状交错层理、板状交错层理、平行层理等层理构造，其粒度分布曲线可划分为二段式、三段式和四段式等3种类型。通过对岩石地球化学特征分析，认为研究区头屯河组经历了半干旱—干旱—湿润气候的演变，沉积期湖盆水体较浅，湖平面变化频繁。

（2）南安集海河剖面头屯河组发育了一套以季节性浅水三角洲—湖泊为主的沉积体系，可识别出分流河道、分流间洼地、水下分流河道、分流间湾、席状砂、滩坝等6种微相类型。河流作用与波浪作用共同控制浅水三角洲的沉积特征，发育了河控浅水三角洲和浪控浅水三角洲2种不同的浅水三角洲。河控浅水三角洲发育于气候和湖平面的稳定时期，以分流河道与水下分流河道为主要砂体；浪控浅水三角洲发育于湖平面高频振荡期，以发育前缘席状砂为主要特征，伴生发育滩坝砂体。

（3）南安集海河剖面头屯河组经历了5个演化阶段，湖平面总体呈先下降再上升的过程。浅水三角洲沉积受古气候、河流作用和湖平面波动等众多因素影响。头一段发育河控浅水三角洲，分流河道向湖区长距离延伸，具备大前缘小平原的特征；头二段沉积期气候进一步干旱，在湖平面高频振荡的背景下发育浪控浅水三角洲，三角洲朵体呈坨状展布；头三段沉积期随湖平面进一步升高，浅水三角洲朵体发生侧移，前缘砂体受波浪改造形成滩坝砂体。