邱隆偉 李 欣 楊勇強 董道濤 伏 健 文 旭 Danish Khan

1 中國石油大學（華東）地球科學與技術(shù)學院，山東青島266580

2 深層油氣重點實驗室，山東青島266580

灘壩砂體經(jīng)波浪和沿岸流的往復沖刷，成熟度較高，具有巨大的油氣勘探潛力（姜在興等，2015；王夏斌等，2019）。2006年，濟陽坳陷上報的0.92×108t儲量中，灘壩砂油藏約占40%（范竹清，2009；鹿坤，2009），從此，灘壩砂體逐漸成為深化老區(qū)勘探開發(fā)、實現(xiàn)油氣增產(chǎn)增量的重要方向之一（Gao et al.，2017；王騰飛等，2018；Song et al.，2018；Wang et al.，2019）。美國尤因塔盆地、南蘇丹Melut盆地及中國的渤海灣盆地、準噶爾盆地、鄂爾多斯盆地、蘇北盆地、塔里木盆地、江漢盆地等均已發(fā)現(xiàn)了灘壩砂儲集層（唐武等，2015；陳彬滔等，2018；Lisa，2019；彭偉，2019；Wang et al.，2019；王旭影和姜在興，2020）。國外學者基于海湖岸的現(xiàn)代沉積觀測及野外露頭考察，重點研究了灘壩砂體的成因機理（Charles，1971；Le Mauff et al.，2018；Liu et al.，2019；Clems，2020；Di Celma et al.，2020）；國內(nèi)學者主要基于勘探開發(fā)實際資料研究了灘壩儲集體的沉積成藏特征（Jiang et al.，2014；韓元紅等，2016；Gao et al.，2017；陳啟林等，2019；周清波等，2019）。國外對灘壩的認識最早起源于濱淺海環(huán)境中，認為灘是濱岸帶在波浪作用下形成的與岸線平行、席狀展布的沉積體，其向陸一側(cè)與海岸相連；壩是指在沿岸流作用下沉積于岸線彎折處的沉積體，與海岸之間有水體相間，其形成常由沙嘴開始（Thompson，1937），在此基礎(chǔ)上又陸續(xù)定義了連島沙壩（Saville，1950）、障壁島（Potter，1967；Shelton，1967；Davies et al.，1971）及沿岸沙壩（Campbell，1971）。國內(nèi)對于灘壩的定義最早是由吳崇筠（1981）引入，側(cè)重于對灘和壩所受作用力和形態(tài)特征的描述，指出淺灘、沙壩也可存在于濱淺湖環(huán)境中。朱筱敏等（1994）進一步細化了灘和壩所受的水動力、形態(tài)及發(fā)育位置差異，指出灘和壩的發(fā)育位置為湖盆濱淺湖處，灘主要受波浪沖洗，席狀展布；壩受波浪和水流共同作用，多為細長的脊、堤和隆起物。對于灘和壩的關(guān)系，有學者指出壩是灘的一種特殊類型，灘與壩共生（朱筱敏等，1994；姜在興等，2015）；也有學者認為灘和壩的形成條件、沉積位置及沉積特征具有明顯差異，將壩看作是灘的一種特殊類型或者一部分不合理（王冠民等，2016），或認為灘與壩是2個不同的概念，灘與壩之間可疊加共生或相互毗鄰（王菁等，2019）。與主物源直接控制的大型河流和三角洲等砂體相比，灘壩砂體的地質(zhì)成因類型復雜多樣，單層厚度薄，橫向變化快。存在的問題主要是多年來不同學者對灘和壩概念的理解，以及對影響灘壩砂體發(fā)育的控制因素及灘壩砂體的形成機制分析等存在較大差異，進而影響了灘壩砂體的精細表征。作者基于大量文獻調(diào)研、衛(wèi)星影像及野外露頭踏勘，從灘壩砂體的概念厘定入手，分析了影響灘壩砂體發(fā)育的主要控制因素，總結(jié)了灘壩砂體的成因機制及沉積構(gòu)型模式，以期為湖盆灘壩砂體的勘探開發(fā)提供理論支撐。

1 灘壩概述

湖泊的水動力作用主要表現(xiàn)為波浪和沿岸流，缺乏潮汐作用，這是湖泊與海洋的重要區(qū)別之一（鄒才能等，2008；Zahid et al.，2016；Wang et al.，2020）。鑒于海洋與湖泊環(huán)境的差異性，作者聚焦于湖泊陸源碎屑巖灘壩。濱淺湖灘壩砂體是湖泊周緣攜帶的砂質(zhì)沉積物在波浪、湖流等水動力作用下重新改造、再沉積而成（商曉飛等，2014），包括灘和壩2類沉積體（朱筱敏等，1994），其中灘指湖盆濱淺湖處受波浪沖洗與改造形成的分布范圍較廣、沉積厚度較薄的砂（礫）沉積體；壩用于表述那些細長的脊、堤和隆起物，由波浪和水流作用建造而成（朱筱敏等，1994；姜在興等，2015）。為便于描述，筆者總結(jié)了國內(nèi)外自20世紀30年代以來對湖泊灘壩的研究，重點統(tǒng)計了東營凹陷灘壩砂體發(fā)育典型井段的厚度（表1），再結(jié)合衛(wèi)星影像調(diào)研（圖1），從分布范圍、物源、地質(zhì)營力、分布形態(tài)和厚度5個方面對湖泊中灘和壩進行了梳理。壩類型眾多，包括沙嘴（圖1-a，1-b）、障壁沙壩（圖1-c，1-e）、連島沙壩以及離岸沙島等，其形態(tài)呈條帶狀、鐮刀狀、新月形與岸線斜交，也可以離岸發(fā)育，壩在成因上以波浪和沿岸流作用為主，其頂部長期暴露于水面之上，平均厚度約為2.8m；灘主要分為2種，高點位于湖岸線上（圖1-d）或位于水下（圖1-f），席狀展布，與湖岸相連或總體平行湖岸發(fā)育，受波浪作用，厚度在0.2～2m之間，平均厚度約為1.05m。因此湖泊灘壩的內(nèi)涵可理解為濱淺湖地區(qū)存在的灘和壩2種沉積體的統(tǒng)稱。灘是湖泊邊緣所形成的碎屑物質(zhì)，如三角洲攜帶入湖的沉積物、湖岸侵蝕產(chǎn)生的碎屑物及生物骨骼等，在波浪主導下垂直岸線發(fā)生二次搬運，并在濱淺湖地帶沉積而形成的席狀或條帶狀薄層砂體；灘包括濱岸灘和水下淺灘，其平均厚度約為1m。壩是湖泊邊緣所形成的碎屑物質(zhì)，在波浪和沿岸流主導下平行或斜交岸線發(fā)生二次搬運，所形成的長條形或不規(guī)則形態(tài)的沙質(zhì)沉積體，壩在濱淺湖地帶沉積的部分與岸線以任意角度連接、部分與岸之間有穩(wěn)定水體相隔，頂部長期暴露于水面之上，平均厚度多為2～3m，壩包括沙嘴、障壁沙壩、連島沙壩、沙島等。灘進一步劃分為灘脊和灘席等次級單元（操應(yīng)長等，2009；Jiang et al.，2014；王夏斌等，2019），壩進一步劃分為壩側(cè)緣、壩主體、壩間等次級單元（Jiang et al.，2014；張?zhí)焓妫?019；白立科，2020）。

表1 東營凹陷古近系沙四段灘壩砂體厚度統(tǒng)計（部分數(shù)據(jù)）Table 1 Thickness of beach bars in the Member 4 of Paleogene Shahejie Formation in Dongying depression（partial data）

圖1 典型灘壩現(xiàn)代沉積衛(wèi)星圖片（據(jù)Google Earth，2021）Fig.1 Satellite images of modern sedimentation of the typical beach bars（according to Google Earth，2021）

2 沙壩的沉積特征

2.1 沉積物類型與組分特征

按照粒度將碎屑巖沙壩分為礫質(zhì)壩、砂質(zhì)壩和含礫砂質(zhì)壩3種（圖2）。早期人們的研究多集中于砂質(zhì)壩（Greenwood and Mittler，1984；朱筱敏等，1994；陳世悅等，2000；宋春暉等，2000；Schwartz and Robert，2012），前人對砂質(zhì)壩的沉積特征、地球物理特征、分布模式和儲集層特征進行了很多綜合研究，而對礫質(zhì)壩和含礫砂質(zhì)壩的關(guān)注較少。青海湖黑馬河和耳海廣泛發(fā)育礫質(zhì)壩（圖2-a，2-b），最大厚度6m左右，主要由中礫、細礫和少量粗礫組成，顆粒支撐，礫石次圓狀，分選差—中等，受沖洗回流浪反復作用，礫石垂直岸線定向排列。含礫砂質(zhì)壩在岱海及青海湖均可見（圖2-c，2-d），最大厚度約4m，主要為粗砂、細砂夾礫石等沉積物，礫石粒度較礫質(zhì)壩明顯減小，次圓狀、分選差—中等，礫石垂直岸線定向排列。砂質(zhì)壩（圖2-e，2-f）發(fā)育最為廣泛，以中—細砂巖和粉砂巖最常見（Jiang et al.，2014；高亮等，2018；Liu et al.，2019；王夏斌等，2019；王旭影和姜在興，2020）。從前人的全巖分析和鏡下統(tǒng)計資料可知，碎屑巖灘壩儲集體以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，局部見長石質(zhì)巖屑砂巖、長石砂巖（高亮等，2018；Wang et al.，2019；Wang et al.，2020）。其中，壩主體為中—粗砂巖、細砂巖及礫巖，壩側(cè)翼為細砂巖和粉砂巖，壩砂中生物擾動和植物化石少。壩砂粒度曲線以三段式為主，其中壩主體滾動次總體含量約為7%、跳躍次總體含量約為90%、懸移次總體含量約為3%，滾動次總體的粒徑為-1～1φ、跳躍次總體的粒徑為1～2.5φ；壩側(cè)緣滾動組分含量約為30%、跳躍組分含量約為60%、懸移組分含量約為10%，滾動次總體的粒徑為-1～1φ、跳躍次總體的粒徑為1～3.2φ，在粒度累積概率曲線及粒度中值、分選等方面，均呈現(xiàn)和灘有較顯著差異（圖3-a）。壩主體累積概率曲線斜率明顯大于壩側(cè)緣，分選更好，顆粒直徑更大（圖3-b）。SP和GR曲線呈“舌狀”或反旋回“漏斗型”（魏恒飛等，2019）。

圖2 沙壩的沉積物類型及其發(fā)育特征Fig.2 Sediment types and development characteristics of bars

2.2 沉積構(gòu)造特征

通過青海湖、岱海、黃旗海等地區(qū)的野外露頭踏勘可知，沙壩主要分布在濱淺湖區(qū)水動力能量較強的地帶，沉積物以礫、中粗砂和細砂等為主，野外露頭中以障壁島、沙嘴最為常見（圖4-a），平面上可與岸線平行、斜交或相連，可見數(shù)排并列分布的現(xiàn)象。垂向上砂層數(shù)少但厚度大，在1.3～6m之間，平均厚度約為2.8m（表1）。呈多個向上變粗的反韻律相互疊加（圖4-f，4-g，4-k）；常見塊狀層理（圖4-h）、低角度沖洗交錯層理（圖4-i，4-j）、波狀層理（圖4-f）等，生物化石較少及生物擾動相對較少（圖4-f，4-g）；由于水動力較強，在壩的高點可出現(xiàn)小型變形構(gòu)造（圖3-g）。相對而言，灘沙主要分布在濱淺湖區(qū)水動力能量較弱的地帶，以中—細砂和粉砂質(zhì)沉積物為主，夾薄的礫石層及粉砂質(zhì)泥質(zhì)層。平面上，多平行岸線分布，呈較寬的條帶狀（席狀），面積大，障礙痕相對壩沙更加發(fā)育（圖4-b）；垂向上，厚度在0.2～2m之間，平均厚度約為1.05m（表1），粒序不明顯或成反韻律（圖4-d）；發(fā)育平行層理（圖4-d）、沖洗層理（圖4-d）、波狀層理（圖4-c）等；常發(fā)育炭屑層，有完整的植物形態(tài)、生物潛穴，化石含量高，以螺為主（圖4-d）；層面可見浪成波痕和干涉波痕等（高亮等，2018；魏恒飛等，2019）。

圖3 峽山湖灘和壩粒度分布圖Fig.3 Grain size distribution of beach-bar in Xiashan lake

圖4 現(xiàn)代灘壩的沉積特征Fig.4 Typical sedimentary characteristics of modern beach-bars

2.3 沉積序列特征

沉積序列是多種巖石類型共生組合的基本單元（黃道軍等，2021）。陳世悅等（2000）指出惠民凹陷沙三段、沙四段砂質(zhì)灘壩一個完整的相序包括局部含生物碎屑的灰色泥巖→泥質(zhì)粉砂巖→細砂巖→泥質(zhì)粉砂巖→碳質(zhì)頁巖，底部是反映較深水條件的沉積產(chǎn)物，頂部為反映較淺水環(huán)境的沉積產(chǎn)物，呈現(xiàn)出下部反韻律、上部正韻律的復合韻律。王菁等（2019）按照沉積環(huán)境繪制了青海湖碎屑巖灘壩的沉積序列，指出灘砂為反韻律，壩砂為正韻律，整體顯示為礫石沉積→粗砂沉積→粗礫石級沉積的有序疊加。不同學者對不同地區(qū)灘壩沉積序列的分析存在差異性的原因在于各地的水動力條件不同，學者們在總結(jié)沉積序列時對巖心及水動力特征的重視程度不同。結(jié)合前人研究及野外露頭踏勘，結(jié)合沙壩的沉積特征及水動力特征可知，壩的演化主要包括4個階段：階段Ⅰ為弱波浪作用階段，是波浪作用的初期，波浪作用最弱，沉積物由砂質(zhì)泥巖過渡為泥質(zhì)砂巖，砂巖含量逐漸增加，主要發(fā)育透鏡狀層理、波狀層理及生物擾動。階段Ⅱ為動蕩水流—沖洗回流階段，沉積物由泥質(zhì)砂巖過渡為純凈砂巖，表層可見沖流痕、沖洗線理和生物擾動，剖面可見波狀層理、爬升層理、壓扁層理，以及沖洗交錯層理、低角度楔狀交錯層理等。階段Ⅲ為風成階段，沉積物分選好，內(nèi)部無雜基發(fā)育，主要發(fā)育風成交錯層理，頂部覆蓋植被。階段Ⅳ為沼澤化階段，以靜水環(huán)境中所形成的富含有機質(zhì)泥質(zhì)沉積物為主，中間夾少量風成砂，之上有植物生長及動物鉆孔，干旱環(huán)境下表面發(fā)生泥裂。

2.4 物性和非均質(zhì)性特征

通過對前人實測物性資料（路順行，2008；操應(yīng)長等，2009，2013；郭曉，2017；Wang et al.，2017；王永詩，2021）的統(tǒng)計可知湖泊碎屑巖沙壩的儲集層孔隙度主要集中在5%～25%，其中中孔隙度儲集層占39.1%，低孔隙度儲集層占34.8%，特低孔隙度儲集層占21.7%；儲集層滲透率主要集中在（0.01～100）×10-3μm2，其中特低滲和低滲儲集層占39.1%，中等滲透率儲集層占21.8%（圖6）。何敏等（2013）通過對柴達木盆地油沙山油田灘壩儲集體沉積特征非均質(zhì)性的研究指出沙壩中各個微相砂體的層內(nèi)非均質(zhì)性不同，變異系數(shù)為0.6～1.1，突進系數(shù)為1.5～3.7，級差為40～176，夾層頻數(shù)為0.1～0.44，反映層內(nèi)非均質(zhì)程度中等—強。其中，壩主體的非均質(zhì)性最弱，壩邊緣其次，壩間最強。

3 沙壩成因機制

3.1 沙壩發(fā)育的影響因素

灘壩砂體在古代湖盆與現(xiàn)代湖盆廣泛發(fā)育，地貌、水深、岸線、構(gòu)造、沉積水動力條件、物源供給等都會影響灘壩砂體的發(fā)育（楊勇強等，2011；姜在興等，2015；王騰飛等，2018；王菁等，2019；王夏斌等，2019）。分析各因素之間的耦合關(guān)系，可為沙壩砂體的成因機制、構(gòu)型單元及沉積模式等的研究提供理論指導。

3.1.1 水動力特征對沙壩形成和分布的影響

濱岸環(huán)境作為灘壩砂體發(fā)育的主要場所，水動力作用復雜而強烈。一方面，水體深淺影響灘壩儲集體的形成和保存，如肖波（2017）認為車鎮(zhèn)凹陷大王莊油田沙二段1砂組灘壩沉積的有利水深為17～30m，因此，水體過淺，砂體不易保存；水體過深，灘壩不易形成。另一方面，水動力類型多樣，主要包括波浪、沿岸流及裂流等，F(xiàn)riedman和Sanders（1978）按照波浪的傳播方向和大小，將波浪分為正向小波浪（圖7-a）、正向大波浪（圖7-b）、斜向小波浪（圖7-c）、斜向大波浪（圖7-d）4種。不同大小和方向的波浪會形成不同類型的壩，主要包括正向線狀壩、斜向線狀壩、鉤鐮狀壩和新月形壩。在沿岸帶除了波浪的往復運動外，還包括裂流及其伴生的沿岸流共同組成的環(huán)流系統(tǒng)及向岸的斜向波所產(chǎn)生的沿岸流系統(tǒng)，這2種浪生流系統(tǒng)通常同時存在（胡晨林等，2015；姜在興等，2015；Grottoli et al.，2019）（圖8）。一般來講，波浪正向入射時，沙壩平行岸線展布；斜向入射時，沙壩與岸線斜交。例如，美國卡羅萊納州北部Duck濱岸沙壩的規(guī)模與波浪的頻率呈一定的正相關(guān)關(guān)系（Konicki and Holman，2000）。青海湖受西北風長期作用，波浪自西向東傳播，因此在湖盆南岸、東岸及北岸可見規(guī)模較大的壩沉積體。此外，受該方向水動力作用，所有沙嘴也都向湖盆東邊延伸。

圖5 湖泊沙壩的典型沉積序列Fig.5 Typical sedimentary sequence of bars in lakes

圖6 沙壩物性分布統(tǒng)計圖Fig.6 Distribution statistics of porosity and permeability of beach-bars

圖7 不同波浪在沿岸帶的作用方式（據(jù)Friedman and Sanders，1978）Fig.7 Mode of action by different waves in littoral zone（after Friedman and Sanders，1978）

圖8 沿岸環(huán)流系統(tǒng)（據(jù)Komar，1998；姜在興等，2015）Fig.8 Nearshore cell circulation（after Komar，1998；Jiang et al.，2015）

3.1.2 風場對沙壩形成和分布的控制

風吹過水面，有效地將能量轉(zhuǎn)移到波浪的形成中（Komar，1998）。沙壩主要受風浪控制，風場（風速、風向、風時和風程）影響波浪的大小、方向，進而影響砂體的分布及厚度等（Pochat，2005；Knott et al.，2012；Wang et al.，2018；姜在興等，2020；王俊輝，2021）。盆地的迎風側(cè)，波浪向岸傳播的過程中隨水深的變化依次為漲浪帶、升浪帶、破浪帶、碎浪帶和沖浪回流帶等，相應(yīng)的形成遠岸壩、近岸壩及沿岸壩（圖9）（姜在興等，2015）。姜在興等（2015）指出在物源供給充足時，沙壩的厚度（t）與吹程（F）、風速（U）及風向（β）可通過如下定量關(guān)系來表示：

圖9 濱岸地區(qū)水動力分帶及沙壩的發(fā)育（據(jù)姜在興等，2015；有修改）Fig.9 Hydrodynamic zonation and development of bar in near shore zone（modified from Jiang et al.，2015）

其中式①適用于破浪帶對應(yīng)的破浪沙壩，式②適用于沖浪回流帶對應(yīng)的沿岸沙壩，α為地形坡度，F(xiàn)為風的吹程，U為風速，γb為破波指數(shù)，β為風向相對于岸線的入射角，為平均水深，b為與粒度有關(guān)的系數(shù)。因此，可通過沙壩厚度推測古風場，也可通過古風場推斷沙壩發(fā)育的厚度，對沙壩發(fā)育規(guī)模及分布位置的預測具有重要意義。

3.1.3 物源對沙壩形成和分布的控制

物源是灘壩砂體發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)，控制其類型及分布范圍，是影響灘壩儲集體發(fā)育的根本性因素（Liu et al.，2016）。物源的位置決定灘壩的分布格局，在陡坡帶近物源，以小規(guī)模近岸水下扇或扇三角洲為主，以四周隆起短程物源供給方式為主，可供波浪二次改造的砂體有限，灘壩不發(fā)育（Liu et al.，2016；王俊輝，2021）；相對而言，緩坡帶三角洲、扇三角洲規(guī)模較大，延伸較遠，以大規(guī)模穩(wěn)定物源供給方式為主，灘壩較發(fā)育。尤其在盆地長軸入口區(qū)，大型三角洲體系前常可見多個平行岸線展布的灘壩砂體（姜在興等，2015）。物源的類型決定灘壩的巖石學特征，楊勇強等（2011）根據(jù)初始物源區(qū)與灘壩的關(guān)系指出東營凹陷灘壩可分為富源型和貧源型，其中碎屑巖灘壩主要在富源型中出現(xiàn)，包括三角洲、扇三角洲及基巖供源三大類。在以青海湖沙壩為例，常年注入青海湖的5條河流在入湖處均形成不同類型的三角洲，布哈河入湖后形成曲流河三角洲，物源供給弱，砂體粒度相對較細，因此青海湖西岸的灘壩以中細砂為主；哈爾蓋河和黑馬河入湖后成為扇三角洲，因此青海湖南部和東北部的灘壩以砂、礫等粗粒沉積為主。物源供給量決定灘壩的規(guī)模，可用沉積物供給速率來表達（肖波，2017），通過粒度參數(shù)（粒度中值、分選系數(shù)、粒度方差等）、巖性系數(shù)及石英、長石、巖屑等的穩(wěn)定系數(shù)分布進行加權(quán)平均求解。通過上述方法，肖波（2017）進一步指出沉積物供給速率在0.2～0.46m／ka時沉積灘砂，在0.4～0.6m／ka時沉積壩砂。沉積物供給速率與砂巖厚度具有線性正相關(guān)關(guān)系，沉積物供給速率越高，砂體厚度越大，除了可以作為灘砂與壩砂識別的輔助標志外，也可以用來預測砂巖厚度的分布。

3.1.4 構(gòu)造運動與地貌對沙壩形成和分布的影響

盆地裂陷早期及斷拗轉(zhuǎn)換期構(gòu)造運動相對穩(wěn)定，古地貌相對平緩，是灘壩砂體發(fā)育的最主要時期（林會喜等，2010）。以青海湖為例，自中新世以來，青海湖經(jīng)歷了3次大的差異隆升，第1次在中新世—上新世，布哈河—青海湖—倒淌河斷陷帶開始發(fā)育，形成構(gòu)造洼地；第2次上新世—早更新世，布哈河—青海湖—倒淌河斷陷帶進一步發(fā)育為地塹；第3次中更新世末期—晚更新世，團保山—日月山一帶強烈隆升，倒淌河轉(zhuǎn)向西流，形成現(xiàn)今四周被高山環(huán)抱、西北高、東南低的地勢雛形（An et al.，2006；楊萍，2011）。在青海湖高程分布圖中選取5條測線（WN1，WN2，WS1，ES1，E1）（圖10-a），整體具有向湖坡度減小的趨勢（圖10-b），ES1為東南部一郎劍測線，海拔幅度差最小，其次為黑馬河東側(cè)WS1，青海湖東側(cè)E1，西北部的2條測線WN1，WN2海拔幅度差最大。其中，WN1和WN2坡度較分散（0～8°），E1在0～6°，WS1和ES1主要集中在0～4°。穩(wěn)定構(gòu)造運動、低坡度地區(qū)（ES1、WS1、E1）與前人對青海湖地區(qū)灘沙發(fā)育位置的描述一致（Jiang et al.，2014；陳啟林等，2019；Chen et al.，2020）。沙壩形成后，地貌可進一步控制灘壩所受的水動力強度，影響壩的保存（王菁等，2019）。

圖10 青海湖高程及地形特征Fig.10 Digital elevation model and topography of Qinghai Lake

3.1.5 湖平面升降對沙壩形成和分布的影響

灘壩砂體主要分布于濱淺湖地帶，浪基面決定灘壩向湖方向發(fā)育的極限位置，岸線決定灘壩向陸方向的極限位置，而岸線與浪基面的位置又會受到湖平面變化的控制。低位域時期，岸線和浪基面向湖中心遷移，湖平面處于高頻震蕩狀態(tài)下，相應(yīng)的濱岸帶前移，灘壩進積；湖侵域時期，岸線和浪基面向岸遷移，湖平面震蕩不明顯，濱岸帶向陸遷移，灘壩向岸方向退積；高位域時期，岸線、浪基面和湖平面均相對穩(wěn)定，灘壩向湖盆中心遷移（姜在興等，2015）。姜在興等（2015）對東營凹陷沙四段的研究發(fā)現(xiàn)古灘壩主要發(fā)育在低位體系域，湖侵和高位體系域灘壩發(fā)育較少。王菁等（2019）也據(jù)此解釋了青海湖東側(cè)耳海附近古灘壩可達6排、而今灘壩最多為3排的原因。第四紀湖盆東部日月山的崛起，青海湖由外泄湖完全轉(zhuǎn)為封閉湖盆，湖平面持續(xù)上升，形成于湖侵背景下的灘壩能夠不斷被新的濱岸沉積覆蓋而得以很好的保存；全新世晚期以來，青海湖處于強烈的構(gòu)造運動中，周圍山地持續(xù)上升，開始了大規(guī)模的湖退過程（An et al.，2015），早期形成的灘壩不斷暴露于湖平面之上遭受風蝕或流水沖刷。尤其當湖平面長時間持續(xù)下降時，早期形成的灘壩可能會被剝蝕殆盡，難以保存。

3.2 沙壩成因分析

前人對壩砂成因機制的研究主要包括破浪帶成因機制、沖浪帶成因機制和沿岸螺旋流成因機制（Masselink et al.，2005；Schwartz and Robert，2012；姜在興等，2015）。一方面，破浪作用下，從波浪遇淺帶傳播而來的波浪攜帶沉積物向破浪帶搬運，受水動力和沙壩形態(tài)的相互作用，最終在壩頂破浪處達到向岸搬運與離岸搬運的平衡，在壩后形成凹槽。破浪帶內(nèi)形成的壩離岸距離最大，稱為遠岸壩。波浪在遠岸壩處破碎后，由于壩后凹槽的存在，水深加大，可再次形成重生波，往復循環(huán)，可形成多列幾乎與岸線平行的壩（圖9）。由于沖浪帶中離岸流的搬運能力較向岸流弱（Masselink et al.，2005；姜在興等，2015），沉積物在沖流達到最高位置處堆積，形成沿岸線展布的沙壩，稱為近岸壩。另一方面，在風浪低角度斜交岸線入射時，會產(chǎn)生沿岸線方向前進的螺旋流（圖11），包括入射波產(chǎn)生的振蕩流、風生沿岸流和破浪導致的沿岸流3部分（Schwartz and Robert，2012）。從凹槽中線向波浪頂，沿岸流減弱，振蕩流增加，使得較細粒的沉積物從凹槽中剝離，向兩側(cè)搬運，爬坡形成壩砂，粗碎屑在凹槽中集中形成滯留沉積，最終形成了以侵蝕作用為主的凹槽和以沉積作用為主的壩砂。

圖11 沿岸螺旋流作用下沙壩成因機制示意圖（據(jù)Schwartz，2012；有修改）Fig.11 Genetic mechanism of sand bar under the action of coastal spiral flow（modified from Schwartz，2012）

從波浪屬性入手，對壩的成因機制進行分析。結(jié)合野外露頭觀測可知沙壩出現(xiàn)的形態(tài)主要包括正向線狀壩、斜向線狀壩、鉤鐮狀壩、新月形壩、正向凸沙嘴、正向尖沙嘴、斜向短沙嘴、斜向長沙嘴。斜交岸線的向岸浪運動過程中碰到岸線反射后形成垂直岸線并向湖泊中心運動的離岸浪時，離岸浪的能量逐漸衰減，早期攜帶的沉積物隨沿岸流運動方向發(fā)生卸載，從而形成直壩沉積（圖12-a）。當向岸浪在碰到岸線反射后形成了斜交湖岸線的離岸浪時便形成斜壩（圖12-b）。對于鉤鐮狀壩（圖12-c）：正向小波浪作用時，由于不受裂流的沖刷，兩相鄰沙壩的頂端會在平行岸線的方向不斷延伸，直至拼接形成新月形沙壩；正向大波浪作用時，受弧形的沿岸流作用，沙壩的頂端被改造成尖角狀；斜向小波浪作用時會產(chǎn)生斜向上的沖流和垂直岸線的回流，沖流使得砂體具有調(diào)整到與波浪平行的方向的趨勢，裂流會對延伸的砂體產(chǎn)生沖刷，因此沙壩難以長距離延伸；斜向大波浪與斜向小波浪的區(qū)別在于其產(chǎn)生的裂流基本與沙壩平行，因此沙壩可長時間長距離延伸。對于新月形壩（圖12-d）：正向小波浪時，沖浪—回流方向垂直于岸線，不會對砂體形態(tài)產(chǎn)生大的改造；正向大波浪作用時，其產(chǎn)生的裂流會將外側(cè)的沙壩沖開，正向的上沖流使得沙壩變得更加平行，先轉(zhuǎn)化為鉤鐮狀沙壩的樣子，波浪作用時間較長的情況下沙壩頂部會被改造成尖角狀；斜向小波浪作用和斜向大波浪對新月形沙壩的改造與鉤鐮狀類似，區(qū)別在于新月形沙壩較封閉，改造所需的時間更長。

圖12 常見沙壩類型成因機制（據(jù)胡晨林等，2015；有修改）Fig.12 Genetic mechanism of common types in bars（modified from Hu et al.，2015）

理論上沿岸線形成的初始沙壩前端指向與岸線垂直，前端較圓滑，將該砂體稱為正向凸沙嘴（圖12-e），是其余類型沙壩發(fā)育的基礎(chǔ)。對于正向尖沙嘴（圖12-f），當正向小波浪作用時，其產(chǎn)生的垂向沖浪回流會將沙嘴剝蝕變??；正向大波浪作用時，沙壩凹部受裂流作用被剝蝕，砂體向湖搬運，上沖流又將裂流帶走的沙向岸搬運，當達到平衡狀態(tài)時，砂體形態(tài)基本不變；斜向小波浪作用時，其產(chǎn)生的斜向上沖流使得沙嘴斜向延伸，當沙嘴延伸長度超過凹部的中垂線時，裂流就會將其剝蝕掉，所以砂體不會延伸很長；斜向大波浪作用時，裂流與上沖流改造后的砂體基本平行，促使砂體不斷延伸。對于斜向短沙嘴（圖12-g），正向小波浪作用時，受垂直岸線的上沖流的改造，砂體具有調(diào)整到與岸線垂直方向的趨勢；正向大波浪作用時，沙嘴尖端具有調(diào)整到與岸線垂直方向的趨勢，弧形的沿岸流使得岸線更加具有凹凸性；斜向小波浪作用時，向前推進的砂體受垂直岸線的裂流作用，不會延伸太長；當斜向大波浪作用時，砂體會向前推進，由于裂流與砂體基本平行，沙壩可延伸較長。斜向長沙嘴（圖12-h）在受4種不同波浪作用時，與斜向短沙嘴類似，不同的是斜向長沙嘴在斜向小波浪的作用下會變成斜向短沙嘴，斜向大波浪是維持這種斜向長沙嘴的波浪類型。

4 壩的構(gòu)型表征

4.1 沙壩構(gòu)型單元劃分

儲層構(gòu)型即儲集層內(nèi)部的層次結(jié)構(gòu)性表征，注重沉積單元的級次及各沉積單元之間的層次界面（吳勝和等，2013）。對建立更加符合地質(zhì)認識的湖泊灘壩砂體構(gòu)型模式的研究還處于摸索階段，目前主要參考Miall（1985）級次劃分體系、吳勝和等（2013）碎屑沉積構(gòu)型劃分及Hall等（2019）高分辨率層序地層學原理，在沉積巖性體構(gòu)型與層序地層構(gòu)型相銜接的基礎(chǔ)上，將構(gòu)型要素總結(jié)為復合壩、單一壩和壩內(nèi)增生體（商曉飛等，2014；夏曉敏等，2019）?，F(xiàn)今對于灘壩構(gòu)型的研究多是基于野外露頭觀察（Shang et al.，2019；袁坤等，2020）及鉆井取心的巖心觀察（商曉飛等，2014；吳小斌等，2014；夏曉敏等，2019），因此采用正序的分級體系（吳勝和等，2013）。在前人河流相構(gòu)型理論的基礎(chǔ)上，參考李維祿（2016）對浪控濱岸沉積體的構(gòu)型劃分，確定沙壩構(gòu)型單元。其中7—12級類似于河流相構(gòu)型中的層序構(gòu)型，對應(yīng)于經(jīng)典層序地層學中的1—6級層序單元；6—3為異成因旋回內(nèi)沉積環(huán)境形成的成因單元界面；2—1為層理組系的界面（圖13）。其中，6級儲層構(gòu)型單元為復合灘壩砂體，其構(gòu)型界面為復合灘壩砂體與圍巖的界面；5級儲層構(gòu)型單元為復合灘砂體或復合壩砂體，對應(yīng)的構(gòu)型界面為復合灘砂體或復合壩砂體與圍巖的界面；4級儲層構(gòu)型單元為單一壩或單一灘等單砂體，對應(yīng)的構(gòu)型界面為單一灘、單一壩等單砂體之間的界面；3級儲層構(gòu)型單元為增生體，對應(yīng)的構(gòu)型界面為增生體之間的界面；2級儲層構(gòu)型單元為紋層組，對應(yīng)的構(gòu)型界面為紋層組之間的界面；1級儲層構(gòu)型單元為紋層，對應(yīng)的構(gòu)型界面為紋層之間的界面。由于灘砂較薄，橫向變化快，因此構(gòu)型主要針對壩砂中5級、4級和3級儲層構(gòu)型單元，即復合壩砂體、單一壩及增生體。該嘗試與吳勝和等（2013）碎屑沉積地質(zhì)體構(gòu)型界面分級的區(qū)別在于構(gòu)型對象為碎屑沉積地質(zhì)體之一的灘壩，目標更加具體；分級過程中充分考慮了碎屑灘壩的沉積特征，提高了灘壩構(gòu)型的適用性。

圖13 沙壩儲層構(gòu)型劃分示意圖（據(jù)李維祿，2016；有修改）Fig.13 Schematic diagram showing division of bar reservoir architecture（modified from Li，2016）

4.2 沙壩儲層構(gòu)型表征方法

自1985年提出儲集層構(gòu)型方法至今，除了研究目標從河流相開始逐漸兼顧其他沉積體系外，研究方法得到了很大的提升。其一是從簡單的剖面露頭踏勘丈量到以探地雷達為典型代表的新技術(shù)新手段的應(yīng)用；其二是對探槽、巖心、測井、地震甚至動態(tài)生產(chǎn)資料的綜合運用。最常用的表征方法有野外地質(zhì)解剖、測井曲線與地震識別和探地雷達分析。

4.2.1 野外地質(zhì)解剖

龍明等（2012）在參考國外濱岸相儲層構(gòu)型及相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，以新疆巴楚縣小海子露頭剖面為依據(jù)，將濱岸相砂體的構(gòu)型單元劃分為沉積體系、體系域、相組合、亞相組合、微相、巖相和層系7個級次。商曉飛等（2014，2018）對山東濰坊地區(qū)的峽山湖現(xiàn)代沉積灘壩野外露頭進行了解剖，進行了單一壩的劃分和識別，在此基礎(chǔ)上進行了單一壩內(nèi)部構(gòu)型表征，建立了由多期單一壩疊置的沙壩內(nèi)部構(gòu)型模式。袁坤等（2020）將青海湖灘壩構(gòu)型界面劃分為六級，詳細描述了復合灘壩、單一壩及灘壩增生體的構(gòu)型特征，根據(jù)構(gòu)型結(jié)果將單一壩疊置樣式分為湖侵—側(cè)疊型、湖退—側(cè)疊型、垂向疊加型、間隔孤立型4類。

相對于河流相及三角洲相，目前對灘壩砂體野外露頭構(gòu)型理論的研究還不夠成熟，加之灘壩砂體薄、橫向變化快等特征，對灘壩砂體的構(gòu)型表征存在很大困難，這也是制約灘壩砂勘探開發(fā)的主要原因之一。

4.2.2 測井曲線識別

沙壩構(gòu)型的單井劃分主要依據(jù)巖心及測井資料。其中六級儲層構(gòu)型界面易于識別，不同期次復合灘壩砂體之間均有厚層的泥巖，在測井曲線上表現(xiàn)為箱型、齒化箱型；多期復合灘砂體或壩砂體之間也有較厚層的泥巖隔層，測井曲線多為密集組合的較高幅度薄層指形，可據(jù)此識別五級儲層構(gòu)型界面；復合灘砂體或復合壩砂體內(nèi)部的單一灘砂體或單一壩砂體表現(xiàn)為中幅尖刀狀或齒化漏斗形，可識別四級儲層構(gòu)型界面；三級儲層構(gòu)型界面主要為單一灘砂體或單一壩砂體內(nèi)部增生體之間的界面，根據(jù)夾層類型及厚度不同自然伽馬曲線可表現(xiàn)出不同的回返程度。

4.2.3 探地雷達分析

探地雷達是一種利用高頻脈沖電磁波來探測介質(zhì)內(nèi)部物性分布規(guī)律的地球物理方法，由于探地雷達輻射出來的電磁波頻率高、波長短，所以探地雷達在探測不同的分層介質(zhì)時能獲得很高的垂直分辨率。目前，探地雷達已經(jīng)作為一種新的勘探方法廣泛運用于石油勘探開發(fā)中。Rucsandra等（2001）將探底雷達探測與巖心、露頭相結(jié)合對辮狀河儲層構(gòu)型單元進行了劃分，在探地雷達剖面上可劃分至紋層級別。Zurbuchen等（2020）通過探地雷達識別出了4種雷達相，監(jiān)測了大壩拆除前后埃爾瓦河三角洲及前緣灘壩砂體的變化規(guī)律。Robin等（2020）應(yīng)用探地雷達對法國西部吉倫德海岸風成沙丘近150年的演化歷史進行了分析，結(jié)果與歷史文獻具有高度的一致性。

整體而言，通過探地雷達對河流、三角洲等砂體的構(gòu)型研究比較成熟，對灘壩砂體構(gòu)型單元的識別及構(gòu)型界面的劃分主要在風成沙丘部分，對其他單元的識別還有待研究。

4.3 沙壩構(gòu)型精細表征

沙壩構(gòu)型表征的思路是在小層級別刻畫復合砂體的分布及規(guī)模，然后在灘壩復合砂體內(nèi)部識別單一壩砂或灘砂，分析單一壩的形態(tài)及相互間的疊置關(guān)系和堆積樣式；最后再解剖單一壩或單一灘內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

4.3.1 5級儲層構(gòu)型單元表征

5級構(gòu)型單元為復合砂體，包括復合灘砂體及復合壩砂體，相當于傳統(tǒng)沉積相研究中的沉積微相級別，是儲層表征的基礎(chǔ)。李維祿等（2016）總結(jié)了復合砂體的構(gòu)型要素包括灘砂、壩砂及凹槽沉積，在小層范圍內(nèi)，根據(jù)測井曲線變化、巖心序列特征等，將灘壩復合砂體分為5種類型：單一壩砂沉積、單一灘砂沉積、復合壩砂沉積、復合灘砂沉積和復合灘壩沉積。袁坤等（2020）總結(jié)了復合砂體的現(xiàn)代沉積標志及剖面識別標志，為野外構(gòu)型界面的劃分提供了理論依據(jù)。筆者通過Google earth統(tǒng)計了國內(nèi)外湖泊中碎屑巖壩的長度、寬度、厚度及面積（圖14），其中長度與寬度、長度與面積、寬度與面積之間均有較好的一致性（圖14-a），但三者與厚度之間相關(guān)性不明顯，其原因是厚度數(shù)值較小，除了物源供給、水平面變化、水動力及風場等的影響外，對地形地貌影響異常敏感。因此，繪制面積—長度及面積—寬度散點圖，擬合灘壩長、寬及面積之間的關(guān)系（圖14-b），其中面積（S）與長度（L）之間：S=20.362L0.3922；面積（S）-寬度（W）之間：S=0.3954W0.4821。

圖14 典型湖泊沙壩發(fā)育規(guī)模統(tǒng)計Fig.14 Statistical chart of bar development in typical lakes

4.3.2 4級儲層構(gòu)型單元表征

復合砂體一般是由多個單一砂體組合而成，即多個單一壩砂體的疊加，相當于微相內(nèi)部單元。袁坤等（2020）等通過對環(huán)青海湖砂礫質(zhì)灘壩的詳細考查及對多個復合壩進行進一步的單一壩識別和解剖，將青海湖單一壩疊置樣式分為湖侵—側(cè)疊型、湖退—側(cè)疊型、垂向疊加型、間隔孤立型4類。李維祿（2016）根據(jù)測井曲線表征將單一壩垂向沉積序列劃分漏斗型、復合漏斗型、復合箱型、復合鐘型4種類型。在單一壩精細劃分的基礎(chǔ)上，商曉飛等（2014）統(tǒng)計了板橋油田古近系沙河街組二段濱Ⅳ—濱Ⅱ油組由396個井點控制的228個單一壩砂體的形態(tài)參數(shù)，其平均長度836m，平均寬度409m，平均厚度6.7m，平均長／寬比為2，平均寬／厚比為60.5。據(jù)此建立了單一壩長度、寬度、厚度之間的定量關(guān)系。

4.3.3 3級儲層構(gòu)型單元表征

單一壩內(nèi)部由多個增生體構(gòu)成，增生體的沉積受控于湖平面的短暫變化，只要湖平面呈短暫上升態(tài)勢，就可能沉積新一期韻律層砂體，因此對于儲層內(nèi)部構(gòu)型解剖，實際上就是對多期增生體之間的界面，即滲流屏障或夾層進行分析。對于增生體的分析多借助于現(xiàn)代沉積來進行，商曉飛等（2018）通過對山東濰坊地區(qū)的峽山湖單一壩內(nèi)部增生體的構(gòu)型解剖總結(jié)了單一壩內(nèi)滲流屏障的類型及夾層的成因，建立了增生體發(fā)育模式圖，認為峽山湖增生體內(nèi)夾層類型以泥質(zhì)為主，整體發(fā)育薄砂與薄泥互層、厚泥與薄砂互層及薄泥與厚砂互層3種構(gòu)型類型。增生體向岸厚度減薄，呈現(xiàn)向湖中心遷移的趨勢。

5 結(jié)論與展望

根據(jù)沉積特征及水動力特征，將沙壩完整的演化歷程總結(jié)為4個階段，波浪作用階段、動蕩水流—沖洗回流階段、風成階段及沼澤化階段。影響沙壩發(fā)育的控制因素多樣，其中物源和風場是影響其發(fā)育的根本因素，兩者分別影響了沙壩發(fā)育的物質(zhì)來源與能量供給；其中風場所決定的水動力是影響沙壩儲集體發(fā)育的最直接因素，構(gòu)造運動和層序演化控制沙壩的分布位置及保存程度。各因素綜合作用決定著沙壩的形態(tài)、發(fā)育規(guī)模及保存狀況。依據(jù)前人構(gòu)型理論，將壩構(gòu)型按照正序方案依次劃分為6級?；谝巴饴额^、巖心、測井及探底雷達等可對構(gòu)型界面進行表征。通過對構(gòu)型界面的識別，構(gòu)型參數(shù)相關(guān)關(guān)系的建立，可對各級構(gòu)型單元進行定量表征。

對于湖泊碎屑巖灘壩而言，還有很多待挖掘的空間。其一，按照湖泊分類研究不同構(gòu)造沉積背景下灘壩沉積特征、砂體展布及沉積構(gòu)型的差異性。中國湖泊數(shù)量眾多，湖盆成因、水文、湖泊—河流關(guān)系及其生態(tài)環(huán)境等存在諸多差異，比如青海湖、呼倫湖及鄱陽湖三者，結(jié)合3個湖泊中物源供應(yīng)與水動力特征等影響因素，可以對碎屑巖灘壩的發(fā)育特征與展布規(guī)律進一步研究。其二，目前對灘壩砂體的研究存在古沉積與現(xiàn)代沉積嚴重脫節(jié)的現(xiàn)象，以東營凹陷及青海湖為例，兩者均屬于斷陷湖盆，但規(guī)模、沉積與構(gòu)造背景等存在較大差異，如何將兩者之間的聯(lián)系和規(guī)律性對應(yīng)，并將其應(yīng)用于含油氣盆地灘壩的研究，提升灘壩儲集層的解釋與預測精度，更好地指導灘壩砂油氣藏的勘探開發(fā)，是目前亟待解決的問題。三是古今灘壩沉積環(huán)境及其沉積特征的研究，對于古湖盆灘壩，可通過古地貌、古水深、古物源、古風力、古風向等的研究，恢復當時的沉積環(huán)境；對于現(xiàn)代沉積湖泊灘壩，可通過實地考察確定其沉積特征，并可通過觀測站收集沉積環(huán)境參數(shù)，基于古今灘壩研究成果的沉積模擬，是解決該問題的抓手，并可借助觀測兩者之間的異同，嘗試尋找“將今論古”的橋梁。

海洋和湖泊灘壩形成環(huán)境差異明顯，但是灘壩在形態(tài)、發(fā)育特征、成因等方面，還是有較大可比性的，湖相灘壩研究中所形成的認識，很多都可以擴展到海相灘壩。

致謝 感謝審稿專家及編輯提出的寶貴意見和建議。