车坳陷上三叠统黄山街组既发育良好的湖相烃源岩（张水昌等，1995; 秦胜飞等，2002; 王飞宇等，2005; 杜治利等，2006; 吴鲜等，2020），也发育潜在储层（ 张希明等，1997; 唐武等，2015; 朱卫红等，2016），兼具源、储、盖共生的特征，是库车坳陷未来潜在的油气勘探接替目标。但目前，仅有少数学者从沉积的角度探讨过库车一带上三叠统的浊流沉积（李文厚等，1997）以及塔北地区黄山街组中的湖相风暴沉积（唐武等，2013）与滩坝砂体沉积模式（唐武等，2015），而缺乏对塔里木盆地库车坳陷黄山街组整体的详细沉积特征及纵向沉积演化方面的研究。这导致对库车坳陷黄山街组中所发育的沉积相类型、纵向沉积演化规律、源与储的时空展布规律等认识不足，从而制约了对库车坳陷黄山街组沉积时期古地理演化的准确认识及对其勘探方向的深化。因此，基于库车坳陷北缘多个露头剖面纵向上的沉积现象、岩相组合与变化、横向的沉积对比等，对库车坳陷黄山街组沉积特征及其揭示的地质意义进行了详细研究，并指出该套地层中潜在烃源岩与潜在储层的时空展布特征，以期能为库车坳陷三叠系沉积演化研究及未来的油气勘探提供参考。

1 地质背景

库车坳陷位于塔里木盆地北缘，其长轴总体上与南天山走向一致，呈北东东向条带状延伸展布（王胜军等，2022），其北缘是天山山前断裂带，南面是塔北隆起（秦胜飞等，2002）。坳陷沉积了广泛的陆相中、新生界（邬光辉等，2004），其中，三叠系北厚南薄、西厚东薄，并主要沿山前带出露（图1），自下而上分别为下统俄霍布拉克组（T₁e）、中统克拉玛依组（ T₂k）、上统黄山街组（ T₃h）与塔里奇克组（T₃t）。库车坳陷在晚二叠世—三叠纪为前陆盆地（刘海兴等，2003; 何登发等，2009; 王珂等，2022），在克拉玛依组沉积晚期至塔里奇克组沉积期，由北（冲）断南超、北深南浅、北陡南缓向构造相对平静、地势近于准平原化演变，沉积则由浅湖—半深湖—深湖演变为湖—沼间互（赵孟军，张宝民，2002）。

库车坳陷黄山街组沉积于温暖潮湿的热带、亚热带（黄克难等，2003），主要发育砾质粗碎屑及灰绿—灰黑色细粒沉积，局部夹煤线、菱铁矿及灰—深灰色薄层状、凸透镜状、飞碟状或倒锥状泥质或泥晶灰岩，纵向上的宏观岩性组合被描述为具有“两硬两软”的特征（宗文明，2010），自下而上可大致分为 4 个岩性段。其中，一段和三段均为大套砾质粗碎屑，分别对应于“两硬”，抗风化能力强，在地表通常呈突出状; 二段和四段主要为两大套细粒沉积，分别对应于“两软”，在地表通常被侵蚀为负地形或凹槽状（图1、图2）。一段与二段整体上构成一个向上变细的沉积旋回，三段单独构成一个向上变细的沉积旋回，四段则为一个向上变细然后再向上变粗的沉积旋回（图1）。

（a）辫状河道中发育的砾岩（右侧）;（b）辫状河道砾岩（箭头所指的黄绿色为泥砾）;（c）、（d）辫状河道砂砾岩中的大型槽状交错层理;（e）辫状河道砾岩底部发育的槽模;（f）辫状河道砂砾岩底部的植物茎杆印模

(a) Conglomerates developed in braided channels ( on the right) ; ( b) braided channel conglomerate ( the yellow green indicated by the arrow represents mud gravel) ; (c) , (d) large scale trough cross bedding in braided channel sandstone and conglomerate; (e) flute casts at the bottom of braided channel conglomerate; (f) plant moulage at the bottom of braided channel sandy conglomerate

（a）天然堤宏观特征;（b）波状交错层理;（c）底平、顶凸的决口扇;（d）向上变粗的决口扇;（e）向上变细的决口扇;（f）决口扇砂岩中的微波状层理与生物钻孔（黄色箭头所指）

(a) Macroscopic characteristics of levee; ( b) wavy cross bedding; ( c) flat bottom and convex top of crevasse splay; ( d) coarsening-upward crevasse splay; (e) fining-upward crevasse splay; (f) small scale wavy cross bedding and burrows in the sandstone of the crevasse splay (indicated by the yellow arrow)

（a）沼泽宏观特征;（b）淋溶层;（c）根迹

(a) Macroscopic characteristics of swamps; (b) leaching layer; (c) root track

库车山前带黄山街组自下而上主要发育有辫状河三角洲、湖泊及曲流河三角洲三种沉积类型，并伴生有重力流、大型同生滑动等事件性沉积。其中，辫状河三角洲主要发育于黄山街组一段与三段，曲流河三角洲主要发育于黄山街组四段下部与上部。两种三角洲各自发育于盆山高差与源—汇距离不同的背景之下。一段与三段中辫状河三角洲发育时，盆山高差显著，源—汇距离近，导致以砾质粗碎屑沉积为主，沉积物中粒度差可达百倍之上。四段中曲流河三角洲发育时，盆山高差小，源区近于准平原化，源—汇距离远，故砂体垂向规模相对较小，沉积物粒度及分异度显著减小，且很少或不含砾质。

2 三角洲沉积

黄山街组中发育的三角洲沉积体系包括辫状河三角洲与曲流河三角洲。两种三角洲均发育有平原、前缘及前三角洲亚相。总体上，辫状河三角洲平原与前缘亚相比曲流河三角洲所对应的平原与前缘亚相的碎屑粒度更粗，含砾质更普遍，而曲流河三角洲很少或不含砾质。

2.1 三角洲平原亚相

2.1.1 辫状河三角洲平原

黄山街组辫状河三角洲平原主要发育于一段和三段，并出露于库车北的克孜勒阔坦一带，包含辫状河道、天然堤、决口扇、沼泽与分流间湾等微相。

辫状河道:通常为大套向上变细的砾质粗碎屑沉积，其底部常发育砾岩（图3a），砾岩底具明显的冲刷面，冲刷面上、下常呈粒度差异极为显著的岩性突变接触。砾岩中有时可见泥砾（图3b），往上砾石含量渐少，砾径也渐小。沉积体内部常发育大型槽状交错层理（图3c、d）、正粒序层理。沉积体底部有时候发育槽模（图3e），有时可见较多的植物茎杆形成的印模（图3f）。平原上，辫状河道往往因频繁改道而侧向迁移，导致辫状河道通常横向上呈透镜状，并被分流间湾或沼泽等细粒沉积分隔（图3c）。但有时候，分流间湾或沼泽等细粒沉积会被辫状河道侵蚀而侧向快速尖灭，导致辫状河道纵向上呈阶步状叠置。

天然堤:偶尔发育，粒度为细砂及以下，由几个 10~30 cm 厚且向上层厚变薄、粒度变细的小旋回构成（图4a），发育有水平层理、波状层理（图4b）、沙纹层理，有时见炭化植物碎片及垂直或平行层面的生物钻孔。

决口扇:粒度多为细砂及以下。有时呈明显的底平、顶凸的特征（图4c）。既有向上逐渐变粗的旋回（图4d），其顶与下一期决口扇下部的细粒沉积常呈粗度上的突变接触，也有向上变细的旋回（ 图4e）。单个旋回常小于 50 cm。发育有微波状层理（图4f）、生物钻孔（图4f）、根迹等。

（a）分支河道及底冲刷;（b）分支河道与天然堤组合;（c）槽模;（d）槽状交错层理;（e）平行层理;（f）植物茎杆印模

(a) Branch channels and erodsion surface; (b) combination of branch channels and levees; (c) flute cast; (d) trough cross bedding; (e) parallel bedding; (f) plants moulage

沼泽:常为灰—灰绿色细粒沉积，有时含炭屑、夹煤线，并发育几十厘米厚的含植物根迹的根土岩，根土岩之上常伴随发育一层几乎不含炭质的黄褐色淋溶层（图5）。

（a）决口扇;（b）生物遗迹;（c）强烈生物扰动;（d）沼泽;（e）植物碎片;（f）湖泊微相泥岩

(a) Crevasse splay; (b) trace fossil; (c) strong bioturbated structure; (d) swamp; (e) plant fragments; (f) mudstones of lakes microfacies

分流间湾:为灰—灰绿色细粒沉积（图3d），常夹于辫状河道砾质粗碎屑沉积之上，含炭屑，有时被辫状河道强烈侵蚀成快速尖灭的楔状。

2.1.2 . 曲流河三角洲平原

曲流河三角洲平原主要发育于黄山街组四段上部，发育有分支河道、天然堤、决口扇、沼泽与湖泊等微相。

分支河道:多为中—细砂岩，底部对下伏的细粒沉积常形成明显的底冲刷。发育有大型槽状交错层理及平行层理，有时可见槽模及植物茎杆印模（图6）。

天然堤:粒度为细砂及以下（图6b），呈粗—细互层，可形成向上变细的旋回，其间可见水平层理、波状层理及沙纹层理，层面上有时可见炭化植物碎片、植物叶脉印痕。

决口扇:多夹于细粒沉积之间，粒度为细砂及以下，呈向上变粗的旋回（图7a）。发育微波状层理、砂纹层理，层面上有时候可见小型单向流水波痕。有时可见大量生物钻孔与遗迹（图7b），并发育强烈的生物扰动构造（图7c）。横向上厚度变化明显，呈楔状或透镜状。

沼泽:通常发育为暗色炭质泥岩（图7d），其间可见植物碎片（图7e）、根迹、薄层或透镜状菱铁矿及大量炭屑，有时夹煤线。其顶部有时发育古土壤层。

湖泊:主要发育为相对较厚的灰—灰绿色泥岩（图7f），夹粉砂岩或含粉砂，发育有微波状层理、水平层理及沙纹层理。

2.2 三角洲前缘亚相

2.2.1 辫状河三角洲前缘

辫状河三角洲前缘主要发育于黄山街组一段和三段，以砾质粗碎屑为主，包含水下分流河道、河口坝、远砂坝、席状砂和水下分流间湾等微相。

水下分流河道:仍以砾质粗碎屑为主，常呈向上变细的旋回（图8a）。底部常以冲刷面与下伏细粒沉积形成突变接触。内部可见炭屑、植物茎杆印模、泥砾，发育槽状交错层理、楔状交错层理及沟模等。

河口坝:以中—细砂为主，多具向上粒度变粗的倒粒序或向上单层厚度层厚增大的倒旋回。露头上可见该相带中夹有顺层展布的孤立状钙质胶结透镜体，其风化面常呈褐色，相对于围岩常呈突出状，且围岩风化面多呈灰绿色（图8b）。

远砂坝:多为细砂岩，往往呈薄层板状或顶凸底平的透镜状，可见小型波状交错层理，多与暗色细粒沉积呈互层状（图8b）。

席状砂:层厚 15 cm 左右，多夹于暗色细粒沉积岩之间，其横向平直延伸较远（图8c），往往由底平顶凸的河口坝改造叠置而成。

水下分流间湾:常为暗色细粒沉积岩（图8d），有时夹薄层砂岩，发育有水平层理、砂纹层理。

（a）水下分流河道;（b）河口坝与远砂坝;（c）席状砂;（d）水下分流间湾

(a) Subaqueous distributary channels; (b) mouth bar and distal bar; (c) sheet sandstone; (d) subaqueous interdistributary bay

（a）水下分流河道;（b）河口坝与支流间湾;（c）呈前积的远砂坝;（d）前三角洲

(a) Subaqueous distributary channels; (b) mouth bar and interdistributary bay; (c) prograding distal bars; (d) prodelta

2.2.2 曲流河三角洲前缘

曲流河三角洲前缘主要发育于黄山街组四段，包括水下分流河道、河口坝、远砂坝及支流间湾等微相。

水下分流河道:以细—粗砂为主，多呈向上变细的旋回（图9a），偶尔在砂体底部含少量细砾，但砾径显著小于辫状河三角洲前缘水下分流河道中的砾石。常发育有大型槽状交错层理，有时可见帐篷状流化底辟构造。有时呈明显的底凸顶平的透镜状。

河口坝:以粉—细砂为主，单砂层常向上增厚，且泥质夹层向上变薄变少。多呈向上变粗的反旋回（图9b）。偶夹小型硅化木。

远砂坝:以粉细砂为主，常与暗色细粒沉积互层，或夹于其中，单层厚度往往较小，偶见明显的进积叠置（图9c），可见小型同生滑塌揉皱。

支流间湾:多为暗色细粒沉积（图9b）。有时夹砂质条带，发育水平层理、砂纹层理，有时可见碳化植物碎片。

2.3 前三角洲亚相

前辫状河三角洲与前曲流河三角洲沉积特征并无明显区别，均以大套暗色细粒沉积为主（图9d），有时夹泥晶灰岩透镜体、薄层状或透镜状细砂岩，且所夹砂层多为重力流沉积，砂层底面有时见伴生的重荷模与火焰构造。该相带的确认主要依据纵向沉积演化及相序而定。

3 湖泊沉积

库车山前带黄山街组发育的湖泊沉积主要包括半深湖及滨浅湖沉积。

半深湖主要发育于二段及四段，以连续厚度大的暗色泥岩为特征（图10a），常夹有平直延伸较远的厚 10 cm 左右的薄层状或径宽数十厘米的透镜状泥晶灰岩或泥质灰岩（图10b），偶见菱铁矿结核及夹于大套泥岩中的硅化木（图10c）。泥质灰岩常伴随有叠锥构造发育，泥质灰岩透镜体有时以小型树杆为核心生长。

（a）半深湖泥岩;（b）半深湖泥岩中的大型泥质灰岩透镜体;（c）暗色泥岩中的硅化木;（d）夹薄层泥晶灰岩的席状砂;（e）、（f）向上变细且顶部以薄层泥晶灰岩结束的米级旋回

(a) Mudstone deposited in a semi-deep lacustrine; (b) large muddy limestone lenses in the mudstone that deposited in a semi-deep lacustrine; (c) silicified wood in the dark mudstone; (d) sheet sandstone with thin layers of micrite limestone; ( e) , ( f) a meter scale sedimentary cycle that fining-upwards and ends with a thin layer of micrite limestone at the top

滨浅湖多为灰—灰绿色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及灰黄至灰白色细砂岩，夹透镜状或薄层状的泥晶灰岩或泥质灰岩。其中的泥质灰岩在露头上常见叠锥构造发育。有时见平直的薄层状席状砂（图10d）和砂坝（图10f），发育有生物遗迹或钻孔。在克拉苏河及卡普沙良河剖面中，黄山街组滨浅湖亚相中发育大量典型的米级旋回，单个旋回自下而上砂质渐少而泥质渐多，其顶部往往以一薄层泥晶灰岩结束（图10e、f）。该旋回顶部的泥晶灰岩有时横向平直且稳定延伸较远，之上被上覆旋回底部的砂岩直接覆盖，但有时明显被上覆旋回底部的砂岩侵蚀而断续延伸。

4 事件沉积

库车山前带黄山街组中发育有事件沉积，包括风暴沉积（唐武等，2013）及其他因素所诱发的事件沉积。事件沉积所形成的地质体无论从宏观特征还是从内部结构来看，与围岩往往极不协调。

在黄山街组露头上偶见透镜状产出且厚度在米级以下并夹于暗色细粒沉积岩中的重力流沉积，其岩性为细—中砂岩（与围岩粒度差异明显），内部有时含少量外源砾石或内源侵蚀而来的同生泥砾/ 泥灰岩砾，砾无定向性，多杂乱排列（图11a），有时偶见泥砾/ 泥灰岩砾具撕裂特征。重力流沉积往往具明显的底冲刷及向上变细的粒序。此外，在黄山街组中有时也可见到低能环境中所形成的大套暗色泥岩之中夹有规模在数米以上的大型同生塑性滑动形成的揉皱构造（图11b），呈透镜状产出的滑动体以粗碎屑为主，并包裹有一同变形的细粒沉积，而滑动层上、下或同层延伸稍远的细粒沉积层并无变形特征。

5 纵向沉积演化

黄山街组顶、底往往都以岩性突变为界，且界线上、下碎屑粒度差异十分剧烈。其底往往以砾质粗碎屑开始，直接覆盖于下伏克拉玛依组顶部的暗色泥岩段之上; 其顶往往与上覆塔里奇克组底部的砾质粗碎屑呈岩性突变接触。

黄山街组纵向上的下、中、上三个沉积旋回在宿相河露头剖面最为典型（图12）。下、中旋回为两个由粗（浅）→细（深）的旋回，均由下部砾质粗碎屑向上过渡为暗色细粒沉积，上旋回为由粗（浅）→ 细（深）→粗（浅）的旋回。

下旋回由黄山街组一段辫状河三角洲沉积的砾质粗碎屑开始（图12），向上极为快速地过渡为二段厚度可达 60 余米的暗色湖相细粒沉积。暗色湖相细粒沉积中通常发育少量薄层状或透镜状泥晶灰岩或泥质灰岩，局部见事件成因的由粗碎屑构成的大型塑性滑动变形。

中旋回仅由辫状河三角洲沉积组成，以直接覆盖于黄山街组二段大套暗色湖相细粒沉积之上的砾质粗碎屑为主体，上部往往只残留了厚度很小的一段细粒沉积（图12）。顶部为一层自卡普沙良河向东至库车河可横向对比的古土壤，由发育植物根迹的厚数十厘米的根土岩和/ 或褐色黏土构成（ 图13）。这一古土壤层亦作为黄山街组三段与四段的界线。

上旋回下部的粗粒沉积总厚度相对较薄，单层厚度也很薄，且其粒度显著小于中、下旋回中的砾质粗碎屑，也明显小于该旋回上部的粗碎屑。该旋回上部的粗碎屑层总厚度远大于下部粗碎屑厚度。中部的细粒沉积厚度最大，多为前三角洲—湖相沉积，其中薄层状或透镜状泥晶灰岩或泥质灰岩较发育。上旋回自下而上呈现为由曲流河三角洲 →湖相 →曲流河三角洲的演化（图12）。

（a）重力流沉积中杂乱排列的泥灰岩砾;（b）同沉积塑性滑塌揉皱

(a) The disorderly arrangement of marl gravel in gravity flow sedimentation; (b) synsedimentary slump deformation

6 横向沉积对比

库车坳陷北缘山前带近东西向的露头剖面对比表明（图14），在黄山街组沉积时期，库车之北的克孜勒阔坦地区属于相对近源的浅水区，其辫状河三角洲与曲流河三角洲平原相最为发育。而宿相河一带，前三角洲—半深湖相沉积厚度最大。

克孜勒阔坦地区在下旋回与中旋回均发育为辫状河三角洲平原沉积，而往西则发育为辫状河三角洲前缘、前辫状河三角洲—半深湖相沉积。其中，前辫状河三角洲—半深湖相沉积主要发育于克拉苏河以西的下旋回上部，且所发育的暗色细粒沉积（潜在烃源岩）规模都较为可观，如在宿相河及以西，该套暗色细粒沉积厚达 60 m 以上。

在上旋回中，克孜勒阔坦一带以曲流河三角洲前缘及平原沉积为主，往西则以湖相沉积为主。上旋回中的暗色细粒沉积在宿相河一带最厚，且厚度可达 120 m 以上。

库车坳陷三叠纪北冲南超、北深南浅的箕状盆山格局（赵孟军等，2002）表明，在黄山街组沉积时期，物源主要来自北边的古天山，并可能有多条各自独立且大致并流的物源通道，故在宿相河地区和克孜勒阔坦地区，其上部各自发育有未能连在一起的曲流河三角洲平原相沉积（图14）。

7 沉积特征揭示的地质意义

黄山街组一段与三段普遍发育为大套直接覆盖于下伏厚层暗色泥岩之上的砾质粗碎屑，且砾石长轴大者可达 10 cm 以上。因库车前陆盆地晚三叠世印支构造运动活跃（赵雪松等，2014），所以黄山街组一段与三段这种粒径突然显著增大的现象当是物源区在印支运动中的两幕强烈隆升导致盆山高差显著增大的沉积响应。一段与三段沉积末期，又极为快速地过渡为暗色细粒沉积，尤其是一段快速向二段过渡为大套暗色泥页岩，这种由粗到细的快速转换意味着相对湖平面的急速上升及湖平面的大范围扩展，这会导致大面积的粗碎屑沉积将被细粒沉积覆盖，从而形成良好的下粗上细的下储、上盖共生组合。四段下部与上部所发育的砂体通常规模较小，很少含砾，且偶尔所含的少量砾石砾径也显著小于一段与三段中的砾径，再结合三段顶部展布范围较广的古土壤层，表明四段是在三段末期填平补齐后致使盆山高差显著缩小的背景下发育的曲河流三角洲沉积。因此，黄山街组自下而上整体呈现为由辫状河三角洲向湖泊至曲流河三角洲沉积的转换，呈现出盆山格局从不稳定向稳定直至消亡的演化过程，向曲流河三角洲沉积的转换也就意味着源区的准平原化及既有盆山格局进入尾期。

三段顶部厚数十厘米且横向可追踪对比的古土壤层对应着区域性的整体构造抬升及区域性湖退，从而导致中旋回上部的细粒沉积被中断并遭受侵蚀。这意味着黄山街组四段与三段并非连续沉积，而是在三段沉积之后有短期的沉积间断。这一沉积间断面代表着新的构造—沉积转换，也意味着物源区已准平原化，致使后续向曲流河三角洲演化。

黄山街组顶部有时可见厚 30 cm 左右的褐色铁质风化壳，在库车河剖面中也发现厚约 10 cm，延伸约 10 m 的淡黄色古土壤（马立驰等，2000），且上覆的塔里奇克组往往又普遍以粒度分异十分剧烈的砾质粗碎屑对下伏岩层冲刷侵蚀开始，这意味着新一幕构造旋回的开始，也意味着塔里奇克组与黄山街组并非连续沉积，而是有一定规模的沉积间断。

黄山街组二段与四段中均发育大套连续的暗色细粒沉积，尤其是四段中暗色细粒沉积连续厚度甚至可达 100 m 以上，且横向展布范围广，可形成良好的区域性盖层。但其 TOC 总体上并不高，范围 0.41%~1.92%，平均 0.71%，90%的样品 TOC<1. 0%，这意味着湖扩展时期高可容纳空间下充足物源的快速沉积。而大套暗色细粒沉积中所夹的重力流沉积及大型同生塑性滑塌变形可能意味着较陡的沉积底形及洪水、地震等事件影响，且湖相泥岩或灰岩透镜体中所夹的硅化木可能表明其沉积受洪水影响。

8 结论

库车坳陷北部山前带黄山街组露头沉积与演化特征表明:①黄山街组可分为 4 个岩性段，包含下、中、上 3 个各自连续的沉积旋回，下、中旋回均为向上变细（深）的旋回，上旋回自下而上呈粗（浅）→ 细（深）→粗（浅）的变化; ②黄山街组自下而上由辫状河三角洲向湖泊及曲流河三角洲沉积演化，意味着盆山格局从初成向稳定至消亡演化，且曲流河三角洲体系的发育可能意味着源区的准平原化及既有盆山格局进入尾期; ③黄山街组一段与三段以砾岩开始并直接覆盖于深水细粒沉积之上，可能对应于物源区在印支期的两次强烈幕式隆升; ④下、中旋回由砾质粗碎屑向深水细粒沉积的快速转换意味着急速的湖扩展; ⑤暗色细粒沉积中所夹的重力流沉积及大型同沉积滑塌变形可能意味着较陡的沉积底形及洪水、地震等事件影响; ⑥湖相泥岩中所夹的硅化木可能表明沉积受洪水影响; ⑦四段所发育的暗色泥岩厚度大，TOC 低，可能意味着高可容纳空间下充足物源的快速沉积; ⑧三段顶部横向可追踪对比的古土壤层指示了区域性的构造抬升及构造—沉积转换，也表明三段与四段并非连续沉积，而是有一定的沉积间断。

参考文献