Lithofacies and Sedimentary Model of Tidal⁃dominated Estuary: A case study of LU interval from Upper Cretaceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador

河口湾是有一定河流作用影响的，遭受海侵的滨岸海湾，Dalrymple et al. ^[1]依据波浪和潮汐作用的相对强弱，将河口湾划分为浪控和潮控河口湾。随着概念更新，河口湾不仅指那些发育在下切谷局限环境的河口湾，也包括其他沉积体系中的海侵部分，如发育在三角洲废弃部分、由于压实或构造沉降而遭受海侵的位置^[2]。然而，古代河口湾沉积并没有被广泛识别，其主要原因是单一的标志无法确定整个沉积体系的类型。前人提出的识别标志包括岩相组合、生物成因构造、沉积构造、古水流方向以及地震剖面上的下切河谷形态等^[3]，钟大康等^[4]在对塔河油田石炭系卡拉沙依组沉积相研究中，利用了古生物类型、地球化学指标等标志。

对于古代河口湾的沉积模式，国内外学者建立了受河流、潮汐共同作用的潮控河口湾沉积模式，包括内河口湾、中河口湾、外河口湾等亚相，其中包含沙坪、泥坪、潮汐沙坝以及潮汐河道等沉积微相^[2,5]。潮控河口湾层序也较为复杂，Plink⁃Björklund^[6]认为河口湾层序主要受控于海岸线形态：下切谷型河口湾发生充填，岸线形态在充填过程中变化不大，河口湾层序保存率较高，自下而上依次发育河流沉积、河口湾沉积及陆棚沉积，如许多更新世以来的下切谷充填。然而，在较为平缓的滨岸（Coast plain）形成的河口湾层序，外河口湾亚相的潮汐河道—沙坝可能侵蚀掉所有的近端沉积相，从而改变河口湾层序边界形态^[7]。前人建立的潮控河口湾沉积模式，属于下切谷型河口湾，强调沉积相的近—远端分异规律，然而近年来随着物理模拟和数值模拟实验，研究者认识到非局限环境下的、自形成（self⁃formed）河口湾的重要性^[8]，并强调了其切物源方向上的沉积分异性^[9]。

前人对厄瓜多尔Oriente盆地上白垩统沉积模式以及相展布具有一定争议，White et al.^[10]提出了河流—三角洲沉积模式；Shanmugan et al.^[11]提出潮控河口湾—陆棚模式；陈诗望等^[12]提出缓坡陆棚沉积相模式，由陆向海依次发育平原、潮坪、局限台地和陆棚沉积。然而，研究区沉积模式仍存在较大争议，且沉积微相的识别特征、分布规律研究也存在明显的不足，如Shanmugan et al.^[11]提出研究区的潮汐沙坝底部不具有侵蚀面且呈反韵律，潮汐沙坝的形态及分布证据不足。本次以厄瓜多尔Oriente盆地北部区块为例，基于详细岩芯观察和地层对比，结合现代沉积考察，对潮控河口湾沉积岩相及沉积模式进行初步探讨，以期对Oriente盆地上白垩统Napo组的油气勘探与开发具有指导意义。

研究区位于厄瓜多尔Oriente盆地北部，研究层位是上白垩统的Napo组。研究区地层整体平缓单斜，面积为1 047 km²（图1）。

Figure 1.  Location of study area and integrated stratigraphic column of the Upper Cretaceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador (after Liu et al.^[13] )

研究区白垩统自下而上依次发育Hollin组、Napo组以及Tena组。从下白垩统Hollin组到上白垩统Napo组整体上由西向东发生海侵，随后发生海退，沉积Tena组，整体上是一个二级层序^[13]。上白垩统Napo组由5个三级层序组成，沉积时期为Albian期至Campanian期^[14]。自下而上依次发育“T”、“U”、“M2”、“M1” 碎屑岩段，分别对应三级层序内部陆架边缘体系域和海侵体系域，碎屑岩之间的灰岩段（C灰岩、B灰岩、A灰岩）则对应高位体系域。Napo组U段自下而上又可以分为三个亚段：U段下部碎屑岩段（Lower U）、U段中部的灰岩—页岩段（Middle U）和U段上部的碎屑岩段（Upper U），U段顶部与A灰岩过渡接触，整体厚度约200 ft。U段下部碎屑岩段（LU）到灰岩—页岩段（MU）发生海侵，随即海退并缓慢海侵，沉积碎屑岩段（UU）和A灰岩（图1）。

本次研究运用研究区地质资料并结合现代沉积考察，其中地质资料包括680 ft岩芯资料、286口井标准化测井曲线资料及部分分析化验。通过对研究区岩芯的颜色、结构、构造、垂向序列以及沉积相分布规律进行总结，类比钱塘江现代沉积，对潮控河口湾的沉积模式进行探讨。

通过研究区U段底部LU碎屑岩段岩芯的观察，依据粒度、泥质含量、沉积构造、层厚、接触关系以及生物构造等差异，将Oriente盆地北部上白垩统Napo组LU段碎屑岩岩相划分为10种岩相：

该岩相整体呈黑色—灰黑色，通常由下部的灰黑色碳质页岩，向上过渡为黑色煤层而组成。碳质页岩水平层理发育，纹层中常见碳质植物化石。该岩相在D⁃45井和S⁃4井取芯段均有发育，厚度约为1.3 ft。在地层对比剖面上发现，该岩相的横向连续较好，并在LU段中部广泛发育。泥岩主要以悬浮物质沉积为主，煤层为植物碎屑和泥炭淤积而形成（图2a）。

Figure 2.  Lithofacies in the LU interval of the Upper Cretaceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador

页岩岩相主要为具有水平层理的灰黑色—灰色页岩，偶见粉砂质薄层或波痕以及红棕色的菱铁矿条带，厚度约为1 cm，局部可见钙质生物介壳，如瓣鳃类等，生物遗迹以Teichichnus 为主。该岩相主要发育在LU段顶部。灰黑色页岩通常指示水动力较弱的还原环境，粉砂岩薄层或波痕则多在波浪水动力增强时形成；菱铁矿通常出现陆相沉积环境中，一般认为是河流将铁元素搬运至广海，发生沉淀。含粉砂页岩岩相主要是由悬浮的泥质沉积形成，粉砂纹层代表间歇的牵引流作用（图2b）。

该岩相主要为泥岩和细—粉砂，颜色为灰黑色，发育的沉积构造包括透镜层理、双黏土层等，含有少量碳屑，生物扰动强度为3~4。该岩相厚度小于3 ft，与波状层理中—细砂岩或脉状层理含泥细砂岩呈渐变过渡关系。透镜层理及韵律岩是潮坪沉积的识别标志，对偶的双黏土层指示了潮下带的沉积环境（图2c）。

该岩相由薄互层状的细—粉砂岩和泥岩组成，颜色常呈灰色，发育波状交错层理，生物扰动强度可达3~4，含有少量的菱铁矿泥质层。该岩相的粒度曲线包含滚动、跳跃及悬浮3个总体（参见后文图3⁃③）；砂泥纹层厚度小于1 cm，层厚度不超过1.5 ft；底部呈渐变接触；为潮间混合坪的主要岩相类型（图2d）。

Figure 3.  Cumulative granularity probability curves of clastics in the Upper Cretaceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador

该岩相由中—细砂岩夹薄层泥岩组成，颜色常呈灰白色，脉状层理和泥披层十分发育。该岩相的中—细砂岩颗粒具有分选好、次圆状—圆状等特征，其粒度曲线以滚动和跳跃总体为主，悬浮总体含量较少（参见后文图3⁃②）。该岩相的生物扰动强度可达1~2，主要包含Skolithos、Ophiomorpha遗迹相。该岩相通常与波状、透镜层理渐变接触，是沙坪的主要岩相类型（图2e）。

该岩相包含细粉砂岩及泥岩，颜色呈灰黑色，块状层理发育，颗粒的分选中等至好，磨圆多呈次棱角状，且常见钙质胶结（图4a）。该岩相的生物扰动强度为5，发育Planolites、Chondrites及Thalassinoides等遗迹相，可见少量钙质介壳。原生层理为波状层理，部分砂质纹层受生物破坏进入泥质纹层，形成遗迹相，如在截面上呈圆形的Planolites和Chondrites等。该岩相主要发育在正常浪基面之下、沉积作用缓慢的陆棚环境之中（图2f）。

Figure 4.  Characteristics of sandstone under microscope in the LU interval of the Upper Cretaceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador

岩相主要由细砂岩组成，泥披层较为发育，碳质碎屑含量低，常见交错层理和双黏土层等构造，交错层理的倾角可达10°~20°，少量发育Skolithos、Ophiomorpha遗迹相。该岩相的泥质纹层厚度介于1 mm~1 cm，砂质纹层约1~10 cm厚，泥披层厚常小于1 cm，岩相整体层厚介于0.6~3 ft。砂质纹层为涨退潮期牵引流导致的沙丘迁移而形成，泥披层为停潮期悬浮物质沉积而形成（图2g）。

该岩相主要由交错层理中—粗粒砂岩组成，砂岩颗粒分选中等至差，磨圆度多为次棱角状（图4d）。该岩相的粒度曲线呈两段式，包括跳跃和悬浮2个次总体（图3⁃①）。常见的交错层理类型主要包括板状交错层理（图2h）、槽状交错层理（图2i）以及双向交错层理（图2j）等；泥披层的碳质含量较高（图2m），生物扰动弱。该岩相的厚度约为0.6~3 ft，底部为侵蚀面。由于泥披层和双向交错层理发育，该岩相是潮汐沙坝的主要岩相类型；分选和磨圆较差，泥披层碳质含量高则指示其沉积环境具有一定的河流供源（图2m）。

该岩相由泥质或含碳质碎屑的中—细砂岩组成，平行层理发育，可见少量泥披层，生物扰动强度弱。该岩相层厚通常为1 ft以内，底部具有侵蚀面，通常与交错层理中—粗砂岩岩相、含泥披层交错层理细砂岩等岩相互层。平行层理为高流态平坦床沙迁移而形成，代表水动力较强（图2k）。

该岩相由灰绿色含海绿石细—粉砂岩组成，具块状层理和递变层理，含瓣鳃类钙质介壳，生物遗迹以Planolites为主，生物扰动强度可达5。该岩相的层厚小于0.5 ft，底部具有侵蚀面。砂岩颗粒分选中等至差，磨圆多为次圆状（图4b）。海绿石是海侵的特征矿物，现代海绿石主要形成在水深50~500 ft缓慢沉积的外陆棚和斜坡环境^[15]。由于该岩相存在强烈生物扰动和较少的波浪成因的沉积构造，认为其发育在浪基面之下的陆棚环境（图2l）。

Dalrymple et al.^[1]提出潮控河口湾发育在海侵阶段，其中，垂向发育向上变深的序列是典型识别特征。通过对Co⁃1井上白垩统Napo组LU段进行岩芯观察，垂向上自下至上粒度变细、泥质含量增多且层厚变薄，是向上变深的序列。依据稳定的煤层、稳定泥岩、侵蚀面将LU划分为3¹¹、3¹²以及3¹³三个五级层序：底部3¹¹准层序发育在层序界面之上，岩相类型主要是交错层理中—粗砂岩和顶部发育的碳质页岩和煤层，倾角矢量以红模式和蓝模式主，上倾方向上倾角变小的红模式，对应于潮汐河道充填不均衡沉积^[16]；上倾方向倾角变大的蓝模式，对应于潮汐河道或沙坝的下部底积层，在3¹¹的倾向统计矢量图上，主要的地层倾向是W—E以及S向，指示潮汐河道边滩侧向迁移并向南逐渐进积，古水流方向近南—北；中部3¹²准层序过渡为具有透镜状层理、波状层理和脉状层理的沙泥过渡岩相和具有板状交错层理的中—粗砂岩，倾向矢量以蓝模式和绿模式为主，同样受控于近南—北向古水流，潮汐沙坝侧向向西迁移，沙坪沉积呈绿模式。3¹²是外河口湾潮汐主控部分潮汐沙坝以及沙坪沉积；顶部3¹³发育中—细粒交错层理砂岩、过渡层理泥质砂岩、生物扰动的泥质砂岩、海绿石砂岩等岩相，倾角测井呈绿模式，主要发育潮下沙坝、沙坪和泥质、砂质陆棚沉积。LU段顶部发生海侵，物源供应较少，发育的灰岩滩。垂向总体呈向上变深的沉积序列，是典型潮控河口湾的沉积序列，准层序内部岩相正—反旋回变化是由河口湾内部净搬运方向不同导致（图5）。

Figure 5.  Logs of stratigraphy, lithofacies, sedimentary structures, dip and paleocurrent for theNapo LU sandstone, from a cored section of Co⁃1 well, northern Oriente Basin, Ecuador

研究区LU段发育许多与潮汐作用相关的物理及生物沉积构造，是否有淡水河流注入，是区分其沉积环境是潮坪还是潮控河口湾的关键。沉积物中的微量元素含量及比值能够表征沉积时期中的古盐度^[17]，本次选取研究区D⁃45井与S⁃4井LU段中6块泥岩样品进行微量元素分析（表1）。结果显示：Li元素含量位于（10.4~228）×10^-6（< 90为陆相泥岩，>150为海相泥岩）；Ga含量位于（7.9~71.4）×10^-6（< 8为陆相泥岩，>17为海相泥岩）；Sr/Ba值位于0.34~1.91（< 1为淡水，>1为盐水^[4]）；Vi/Ni值位于0.99~4.04（< 3为陆相泥岩，>3为海相泥岩）^[18]。综合微量元素含量及比值，认为研究区LU段沉积古盐度为咸水—淡水的海陆过渡环境，发育河口湾沉积体系。

根据岩相类型、垂向序列以及地球化学等证据，认为Oriente盆地北部上白垩统Napo组U段下部LU碎屑岩段发育潮控河口湾及陆棚相。依据岩相序列，将潮控河口湾划分为中河口湾和外河口湾亚相，其中，中河口湾亚相主要发育潮汐河道—潮坪序列（FA1），外河口湾轴部发育高流态沙坪—潮汐沙坝序列（FA2）及泥质潮坪序列（FA3）；陆棚发育泥质陆棚序列（FA4）和风暴海绿石砂席序列（FA5）。

中河口湾受潮汐和河流作用的共同影响，其发育的沉积微相包括潮汐河道以及两侧的潮坪沉积，岩相类型主要为交错层理中—粗砂岩、波状层理细砂—泥互层以及碳质页岩和煤层，砂岩颗粒分选中等至好，磨圆多呈次圆状，成分成熟度较高，常见板状、槽状及鱼骨状交错层理，含有丰富的泥披层以及倾斜非均质层（Incline heterolithic stratification）。该序列底部通常为粗砂岩，且具有侵蚀面和泥质碎屑；垂向上交错层理规模变小，粒度由粗砂过渡为中砂；上部覆盖有高流态的具有平行层理沙坪、泥坪以及盐沼沉积。在潮汐河道底部发现一些厚度大于1 cm的、不具有沉积构造的泥披层，称为浮泥沉积（Fluid mud）^[19⁃20]。中河口湾的潮汐河道微相通常表现为向上变细、变薄的沉积序列，测井曲线上呈钟形或箱型（图6a）。

Figure 6.  Microfacies of LU Member of Upper Creataceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador

潮汐河道微相与曲流河具有类似沉积过程，凹岸侵蚀，凸岸发生侧向迁移，河道底部流速最大，向边滩逐渐减缓。形成的潮汐河道垂向序列为：底部发育侵蚀面及大型槽状交错层理，向上粒度变细、交错层理变薄^[7,19]。双向交错层理、泥披层则是区分潮汐河道与曲流河河道的主要标志。交错层理砂岩顶部发育潮间沙坪—潮上盐沼随着河道的侧向迁移而发生垂向加积，属于局限潮坪沉积^[21]。由于河口湾内部，盐度更大的水体在潮汐河道底部侵入，涨潮流携带悬浮沉积向陆搬运，停潮期悬浮物质沉降从而在潮汐河道底部形成厚层的浮泥层^[20]（图6a）。

高流态沙坪—潮汐沙坝序列垂向上依次发育具有板状或楔状交错层理中—粗砂岩、含脉状层理和平行层理中砂岩，泥披层含量较低，总体上呈弱的正旋回特征，测井曲线上呈箱状（图6b）。

由于河口湾形态的局限性，潮汐流速在河口湾外部较高，涨潮流和退潮流通常占据固定的潮汐河道，其间发育了延长的、类似于辫状河心滩的潮汐沙坝。潮汐沙坝随着潮道迁移而发生侧向迁移，形成一系列具有交错层理的侧积层。向陆方向上涨潮流速度降低，平坦的沙坝顶部流速较高，发育高流态沙坪沉积，形成平行层理和脉状层理。由于水动力较强，粒度以中—粗粒为主并含泥披层含量较少，沉积序列顶部不发育潮间泥坪和潮上盐沼沉积。

泥质潮坪发育在外河口湾的滨岸环境，面向广海，属于开阔潮坪沉积^[21]。包括细—中砂岩、泥岩以及煤层，砂岩颗粒的分选和磨圆好，成分成熟度较高，具有波状、脉状和透镜状层理及韵律层等，在沙坪中存在较多波痕构造，生物遗迹含量少。垂向上依次发育潮下泥坪、混合坪、沙坪，再到潮间带混合坪、泥坪沉积，顶部发育煤层。测井曲线上呈锯齿状（图6c）。

潮汐能量在平均低潮面能量最高，向陆与向海方向均过渡为混合坪、泥坪沉积。向陆的平均高潮面之上发育盐沼沉积。潮下沙坪和泥坪等受波浪作用，形成波痕以及少量丘状交错层理。垂向上，形成向上变粗然后再变细的序列。

泥质陆棚序列主要为灰黑色钙质页岩，同时具有透镜层理的泥岩、具有波痕的粉砂岩以及生物扰动强烈的块状泥质粉砂岩，含有少量海绿石。测井曲线上为低振幅锯齿状（图6d）。

发育较多水平层理、小型波痕、钙质纹层以及强烈的生物扰动，指示其沉积环境为海侵时期沉积速率较慢、水动力较弱的陆棚。

海绿石席状砂主要为海绿石中—细粒砂岩，底部为冲刷面，富集钙质介壳且呈粒序层理，向上过渡为平行层理的细砂岩、钙质粉砂岩及水平层理的灰黑色页岩沉积（图6e）。

风暴高峰期风暴浪作用冲刷海底，形成侵蚀面，风暴搅动造成的差异悬浮作用，较细的物质悬浮起来，风暴减弱时沉积物按照粒级依次沉积，形成粒序层。风暴高峰期之后，由于水动力减弱而向上依次形成钙质细粉砂以及灰黑色陆棚页岩沉积。海绿石席状砂在LU层顶部稳定发育，镜下海绿石分选好，磨圆极好（图4b）。根据镜下特征初步认为LU段顶部的海绿石来自外陆棚碳酸盐生物滩，基底是灰岩滩提供的粪球粒。由风暴搬运至内陆棚而发生沉积，属于准同生海绿石，与阳孝法等^[22]提出的T段海绿石成因相似。

在详细地连井对比基础上，结合区域古地理背景，绘制了研究区中部密井网区LU亚段五级层序（3¹¹、3¹²和3¹³）的沉积相分布。其中，LU段3¹³小层潮控河口湾沉积微相展布特征为：潮上带盐沼微相分布在东部和北部，向西和向南逐渐过渡为潮间泥坪、混合坪和潮下沙坪，组成开阔潮坪沉积环境；东北部发育了中河口湾的潮汐河道沉积，向南逐渐河口湾宽度拓宽，渐变为外河口湾发育孤立的、南北向延伸的潮汐沙坝微相，组成潮控河口湾沉积环境。河口湾内潮汐沙坝南—北向发育，向南过渡为潮下沙坪，呈席状环绕在河口湾、潮坪的向海一侧（图7）。

Figure 7.  (a) Planar distribution of net sandstone thickness; (b) net⁃to⁃gross, and (c) sedimentary facies of 3¹³ layer, LU Member, Upper Creataceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador

对于潮控河口湾沉积模式的研究，Dalrymple et al.^[1]通过对现代Cobequid河口湾的考察，建立了经典的潮控河口湾沉积模式，并被广泛接受。但是，根据发育位置能够将河口湾进一步划分为下切谷型河口湾、滨岸型河口湾、海湾型河口湾和构造型河口湾，Darlymple et al. ^[1]提出的沉积模式是两侧受古老地层限制的、发育在下切河谷的潮控河口湾。然而，由于研究区的四种特征：1）U段层序边界较为平缓，无明显角度不整合；2）富有泥披层、双向交错层理；3）主要亚相为中河口湾和外河口湾；4）外河口湾发育潮汐沙坝与两侧的泥质潮坪，认为研究区潮控河口湾是滨岸型的潮控河口湾。

通过对钱塘江河口湾进行考察，发现中河口湾受河流及潮汐的共同作用，粒度以细—粉砂为主。在中河口湾边滩顶部，自河到岸依次发育沙坪—混合坪—泥坪沉积（图8c）。中河口湾河道发生迁移，其所形成的序列与研究区中河口湾的潮汐河道—潮坪序列类似。

Figure 8.  Sedimentary characteristics of sandy tidal flat in middle and muddy tidal flat, outer Hang Zhou Bay⁃Qiantang Estuary

钱塘江外河口湾处主要受潮汐作用控制，水动力在轴部较强，发育中—粗粒的潮汐沙坝及沙坪，可以与研究区高流态沙坪—潮汐沙坝序列类比；水动力强度向两翼能量降低，过渡为潮间泥坪和潮上盐沼（图8d）。

对于滨岸型潮控河口湾的沉积模式，在轴部自陆向海，依次发育内河口湾、中河口湾和外河口湾亚相。内河口湾水动力以河流作用主控，发育受潮汐影响的河道沉积微相，以陆源的粗粒沉积为主，在研究区不发育。中河口湾受河流与潮汐的共同作用，发育潮汐河道微相，粒度最细，泥质含量最高，且平面上以河道弯曲度较高为特征。向外过渡，外河口湾受潮汐主控，发育UFR沙坪和潮汐沙坝微相，易形成有利储层及输导层；潮控河口湾两侧翼地形趋于平缓，水体能量降低，物源供应减小，发育开阔的泥质潮坪沉积，易形成稳定的盖层或隔层（图9）。

Figure 9.  Depositional model of LU Member of the Upper Cretaceous Napo Formation, northern Oriente Basin, Ecuador (modified from Dalrymple ^[7])

（1） 综合粒度、泥质含量、沉积构造、分选磨圆以及生物构造等，认为厄瓜多尔Oriente盆地北部上白垩统Napo组LU段发育潮控河口湾相和陆棚相。

（2） 根据垂向岩相序列及沉积考察，认为研究区发育滨岸型潮控河口湾，包括中河口湾亚相及外河口湾亚相。在东北高、西南低的古地理背景下，河流来自东北部，向西南拓宽发育河口湾。中河口湾亚相位于东北部，具有潮汐河道—潮坪序列；向西南过渡为外河口湾，其轴部发育高流态沙坪—潮汐沙坝序列，潮汐沙坝南北向发育，两侧是泥质潮坪序列，呈席状展布；向西南过渡为陆棚，发育泥质陆棚沉积和风暴成因的海绿石席状砂。