淺述河控三角洲水下分流河道的形成

1、淺述建設(shè)型三角洲水下分流河道的形成方式摘要 在經(jīng)典的建設(shè)型三角洲沉積模式中，三角洲相可分為三個亞相，即三角洲平原、三角洲前 緣和前三角洲。其中三角洲亞相又可以分為水下分流河道、水下天然堤、分流間灣等微相。在 經(jīng)典模式中，水下分流河道完全由入湖或者入海的河流慣性牽引流下蝕沖刷形成。關(guān)于水下分 流河道的形成模式，除經(jīng)典模式外，近些年一些研究者通過物理模擬、實地考察、理論分析等 一系列工作，分別提出了自己不同的看法。有極端者認(rèn)為，水下分流河道完全由蓄水體水位較 低時期河流在三角洲平原下蝕形成，在蓄水體水位上升之后，水體淹沒分流河道而成為水下分 流河道；也有學(xué)者認(rèn)為，可以將由于河流從陸上注入蓄水盆地并

2、向前延伸，經(jīng)歷不同的沉積環(huán) 境，其地貌、水動力等特征差異較大，為此，按蓄水盆地水深、水動力、河流能量等條件，將 水下分流河道細(xì)分為4帶：)高低水位間過渡帶、近岸淺水帶、中岸中等水深帶、遠(yuǎn)岸深水帶 等。在這四個帶上，由于水動力逐漸減弱，河流的下是能力逐漸減弱以至于完全不具備沖蝕能 力。而以上所做的工作在實際的生產(chǎn)中有重要的現(xiàn)實意義：如果水下分流河道由三角洲平原分 流河道演化而來，那么河道砂體底部的侵蝕面是一個沉積間斷面，可以作為層序、準(zhǔn)層序的界 面。而如果認(rèn)為是水下分流河道沉積，則代表水下泥巖與河道為連續(xù)沉積，不存在沉積間斷。 因此，正確認(rèn)識砂體成因，對精確恢復(fù)湖(海)盆演化歷史是十分重要。關(guān)鍵

3、詞經(jīng)典三角洲沉積模式水下分流河道的形成一、經(jīng)典三角洲前緣相帶模式三角洲前緣相(delta-front facies )是三角洲相沉積亞相類型之一。三角洲沉積相共分 為三個亞相，即三角洲平原亞相(delta-plain facies)、三角洲前緣亞相(delta-front facies )、 前三角洲亞相(prodelta facies )。其中，三角洲平原亞相是三角洲的水上部分，三角洲前緣 亞相和前三角洲亞相為水下部分。三角洲前緣圍繞三角洲平原的邊緣伸向海洋或湖，位于海(湖)平面和浪基面之間，呈環(huán) 帶分布。三角洲前緣一般是三角洲最活躍的沉積中心，由于它位于海岸線地帶，河流帶入的沉 積物迅速的

4、堆積在這里，并經(jīng)過海洋作用的再改造、再分配，形成分選好、成分純凈的砂質(zhì)沉 積物集中帶，沉積物中平均含沙量高達(dá)75%以上，泥質(zhì)和有機質(zhì)極少，是油氣良好的儲集體。經(jīng) 典模式中 三角洲前緣又可細(xì)分為水下分流河道、分流間灣、水下天然堤、分流河口砂壩、遠(yuǎn)砂 壩及三角洲前緣席狀砂等。水下河道與水下天然堤亞相為分流河道及其天然堤在水下的延伸部 分。它們的物質(zhì)組成、分選狀況和剖面特征彼此相似，但是水下河道與水下天然堤粒度較陸上 明顯變細(xì)，反映了三角洲前緣能量強度相對減弱。所以，水下分流河道是由分流河河水在慣性 作用下，繼續(xù)向湖海流動并下蝕沖刷形成。經(jīng)典模式中據(jù)河口處水體深度，將三角洲分為淺水型三角洲河深水型三

5、角洲。其中淺水型 三角洲主要發(fā)育在基底穩(wěn)定，水深較淺(數(shù)米至十余米)的克拉通盆地。由于在這種淺而廣闊的 水域中盆地營力較弱，河流作用顯得特別突出。淺水型三角洲的突出特征是以河道砂體為骨架， 垂向序列薄而不完整。相的關(guān)系主要表現(xiàn)在側(cè)向上。三角洲前緣及前三角洲沉積規(guī)模小，發(fā)育 差，三角洲平原相占居很大比例。因此條帶狀的分支河道砂體分支多，伸延遠(yuǎn)，有的甚至可以 沿盆地傾向延伸數(shù)百千米。三角洲形態(tài)呈不規(guī)則的分枝狀。淺水三角洲分布很廣，在地質(zhì)記錄 中保存較好的三角洲大都是淺水型三角洲；深水型三角洲是在堆積有巨厚泥質(zhì)沉積的深盆地背 景上發(fā)育起來的。現(xiàn)代的密西西比三角洲是其典型例子，但在古代沉積中發(fā)現(xiàn)的較少

6、。這種三 角洲的突出特征是具有厚而完整的進(jìn)積序列，骨架砂體呈巨厚的豆莢狀。淺水三角洲沉積物中， 三角洲平原及分流河道沉積發(fā)育，三角洲前緣以發(fā)育水下分流河道為特征。分流河道及水下分 流河道常強烈沖刷下伏沉積物，切割河口砂壩沉積物乃至先期形成的海相沉積物。筆者認(rèn)為， 即使是淺水型三角洲其水下分流河道的下蝕作用也是很有限的，最多保持到距離河口數(shù)十米甚 至十幾米的地方。而許多現(xiàn)代湖泊三角洲水下分流河道可以延伸很遠(yuǎn)，有的可長達(dá)幾公里，其 原因是“當(dāng)河流攜帶碎屑物入湖后，因牽引流繼續(xù)保持水流慣性力，不易堆積河口壩，較粗物 質(zhì)順?biāo)潞拥览^續(xù)搬運；當(dāng)水流挾沙能力減弱時，泥沙可在河道中暫時落淤;但在河口兩側(cè)，因

7、 流速驟減，較細(xì)的粉砂不斷沉積并沿水下河道兩側(cè)向前延伸，形成天然堤。”【1】隨著天然堤 不斷向湖生長，距岸遠(yuǎn)處的河流在天然堤的約束下并未形成噴流而是保持了其較高的流速和較強的下蝕能力，故而河流繼續(xù)沖刷湖底的沉積物形成水下分流河道。這當(dāng)然不能說明河流可以 在河口遠(yuǎn)處仍然可以沖蝕湖底，而是一種類似河口向湖遷移的作用造成的。二、水下分流河道完全陸上形成的觀點傳統(tǒng)的三角洲沉積模式中，三角洲前緣亞相發(fā)育水下分流河道、水下天然堤、河口壩和支 流間灣等微相，并認(rèn)為水下分流河道是陸上分流河道的水下延伸部分，是三角洲前緣中一類重 要的砂體【2】。在許多關(guān)于三角洲的文獻(xiàn)和研究報告中，普遍將與水下泥巖伴生、具有沖刷

8、面 和向上變細(xì)沉積序列的砂體定為水下分流河道沉積，在所編制的沉積微相圖中，水下分流河道 在水下延伸數(shù)千米甚至幾十千米。但水槽實驗（圖1）和現(xiàn)代三角洲沉積考察（圖2）發(fā)現(xiàn)，三 角洲前緣中并不發(fā)育水下分流河道。向湖（海）方向，三角洲平原上分流河道的下切深度逐漸 變小，并在湖（海）平面處消失，與流行的三角洲沉積模式并不相符。為什么三角洲前緣中不 發(fā)育水下分流河道？三角洲水下分流河道及河口砂壩沉積主要是洪水作用的產(chǎn)物，水下分流河 道的遷移與活動底板的下降速率和湖平面的下降速率密切相關(guān)基準(zhǔn)面的升降對三角洲沉積影響 較大，基準(zhǔn)面上升，可容納空間增大，三角洲沉積緩慢,而且保存要素較完整,反之則快速堆積，且

9、保留要素不完整【3】【4】。地面徑流是否能夠下切形成河道以及下切的深度，都與地面和沉 積基準(zhǔn)面之間的相對位置有關(guān)。沉積基準(zhǔn)面是一個沉積平衡面，在該面上既不發(fā)生侵蝕，也不 發(fā)生沉積，沉積物只是過路。當(dāng)?shù)孛娓哂诔练e基準(zhǔn)面時，地面徑流會下切侵蝕而形成河道，而 且地面與沉積基準(zhǔn)面之間的高差越大，下切越深，下切的終極深度是沉積基準(zhǔn)面。當(dāng)?shù)孛娴陀?沉積基準(zhǔn)面時，會發(fā)生沉積，而不是發(fā)生侵蝕，地面徑流就不能下切而形成河道。對于從陸地 上流入湖泊或海洋的河流來說，在入湖（海）口一帶，湖（海）平面就是沉積基準(zhǔn)面。位于湖 （海）平面之上的區(qū)域，會有河道形成，但在湖（海）平面之下，河流將喪失下切能力，不能 形成水下河

10、道。即使洪水期入湖（海）的河水是混濁的，其密度比湖（海）水略大些，也不能 下切形成河道，因為其沉積速度完全抵消了由于水體密度差導(dǎo)致的侵蝕。因此，由于三角洲前 緣位于湖（海）平面之下，因此水下分流河道不發(fā)育。有的現(xiàn)代湖泊三角洲中，如青海湖三角 洲，三角洲前緣中確實有水下分流河道，其延伸長度甚至可達(dá)十幾千米。但這些分流河道應(yīng)該 是湖平面處于低水位時期、湖底暴露形成的，實際上是屬于三角洲平原上的分流河道。后期的 湖平面升高，將這些水上分流河道淹沒，而變成“水下分流河道”?，F(xiàn)今的這些“水下分流河 道”已經(jīng)停止活動了，處于廢棄狀態(tài)，這進(jìn)一步說明這些河道并非真正在水下形成的。湖泊在 其演化歷史中，湖平面會

11、由于氣候變化等原因而經(jīng)歷多次升降變化。在湖平面很低、湖泊大幅 度萎縮甚至干涸期間，河道完全可以延伸入湖盆腹部。而湖平面快速上升期間，這些河道被淹 沒，導(dǎo)致三角洲平原上形成的分流河道砂體或直接是河流砂體夾于水下沉積的泥巖之中，讓許 多人誤認(rèn)為是水下分流河道沉積“三角洲前緣中不發(fā)育水下分流河道”這一認(rèn)識不僅完善了三 角洲沉積模式，而且其重要意義之一就是：在古代三角洲沉積中，當(dāng)見到河道砂體之下為水下 沉積的泥巖時，就說明存在一次重要的湖（海）平面降低、湖（海）底暴露事件，從而導(dǎo)致河 道下切入早期水下沉積的泥巖層中。也就是說，河道砂體底部的侵蝕面是一個沉積間斷面，可 以作為層序、準(zhǔn)層序的界面。而如果認(rèn)

12、為是水下分流河道沉積，則代表水下泥巖與河道為連續(xù) 沉積，不存在沉積間斷。因此，正確認(rèn)識砂體成因，對精確恢復(fù)湖（海）盆演化歷史是十分重 要的【5】。槽模式形成的三角洲圖2河北盧龍地區(qū)在小型湖泊中形成的小型三角洲槽模式形成的三角洲圖2河北盧龍地區(qū)在小型湖泊中形成的小型三角洲三、水下分流河道的研究方法及四分帶的觀點水下河型研究，水下分流河道比陸上河道存在較大難度，這是因為：首先，作為確定河型 重要依據(jù)的河道形態(tài)，對水下分流河道而言更難獲得。表現(xiàn)為：（1）現(xiàn)代水下分流河道形態(tài)。 從野外或遙感圖像可很好地觀察到現(xiàn)代陸上河道的形態(tài)，而水下分流河道則與之截然不同，因 被一定深度水體淹沒且相對肉眼觀察視野其范

13、圍較大，現(xiàn)代水下分流河道形態(tài)很難從海面或湖 面上直接觀察，即便是遙感圖像也受到一定限制。（2）古代露頭水下分流河道形態(tài)。古代露 頭因多以地層剖面而極少順層面出露、及受出露范圍的限制，很難揭示水下分流河道的平面形 態(tài)。（3）油田地下水下分流河道形態(tài)。由于水下分流河道砂體寬度一般較窄，油田開發(fā)井網(wǎng) 對其控制程度較差，致使水下分流河道特別是其內(nèi)部的平面變化規(guī)律通過開發(fā)井網(wǎng)也難于精細(xì) 刻畫。其次，在水下河型研究較少，河型尚不清楚且缺少水下河型與其沉積特征對應(yīng)關(guān)系的前 提下，無論從現(xiàn)代沉積、古代露頭還是從油田鉆井信息的沉積特征上，識別水下河型皆存在困 難。況且因被水體淹沒，很難獲得連續(xù)的水下分流河道現(xiàn)代

14、沉積剖面，至多是很少量的水下鉆 孔取心資料。這也是造成水下河型研究較少的主要原因。鑒于目前尚缺少水下河型與沉積特征 的對應(yīng)模式，加之沉積特征推斷水下河型的間接性；模擬法確定水下河型的微縮試驗的多因素 影響不確定性；目前水下河型研究較少背景下所需的認(rèn)知性；信息可獲取性及方法可操作性， 本文以現(xiàn)代沉積為重要鑰匙，采用能整體、細(xì)致揭示河道平面形態(tài)及特征的遙感信息法（衛(wèi)星 圖像）對大量現(xiàn)代水下分流河道進(jìn)行深入解剖、分析，確定現(xiàn)代水下分流河道已存在、可觀察 的河型，進(jìn)而建立水下分流河道河型。由于河流從陸上注入蓄水盆地并向前延伸，經(jīng)歷不同的沉積環(huán)境，其地貌、水動力等特征 差異較大，為此，按蓄水盆地水深、水

15、動力、河流能量等條件，將水下分流河道細(xì)分為4帶（圖 3）:圖3水下分流河道分帶I陸上帶；II高低水位過渡帶；III近岸淺水帶；IV中岸中等水深帶；V遠(yuǎn)岸深水帶。（1）高低水位間過渡帶，即位于平均高水位線（或平均高潮線）與平均低水位線（或平均低 潮線）之間地帶的分流河道。其在高水位期處于水下，低水位期處于水上，是陸上分流河道與 水下分流河道的過渡帶。（2）近岸淺水帶，即位于平均低水位線（或平均低潮線）以下的近岸淺水帶，具有明顯水下 切蝕能力的限定半限定性水下分流河道段。近岸、淺水、河流能量為主、限定性半限定性河道 及明顯水下切蝕能力、河道沉積特征明顯是近岸淺水帶水下分流河道的主要特點。（3）中岸

16、中等水深帶，即位于近岸淺水帶向盆一側(cè)的中等水深帶，逐漸失去水下切蝕能力和 限定性的水下分流河道段。中岸、中等水深、河能減弱、蓄水體能量增強、河道沉積特征減弱 是該帶主要特點。（4）遠(yuǎn)岸深水帶，即位于中岸中等水深帶向盆一側(cè)的遠(yuǎn)岸深水帶，河流能量大大減弱，河流 定向水流呈長扇形擴(kuò)散，完全失去水下切蝕能力和限定性的水下分流河道末端段。遠(yuǎn)岸、深水、 河能大大減弱、甚至以蓄水體能量為主、河道沉積特征很不明顯是該帶主要特點【6】。筆者認(rèn)為，在一段限定的短時間之內(nèi)，湖（海）平面沒有大幅度升降的前提之下，用這種四 分帶的觀點來解釋水下分流河道的形成是合理的。但是，考慮到湖（海）平面的升降，這種觀 點就顯現(xiàn)出他

17、的不足來，即：在一個先湖（海）退再湖（海）進(jìn)的完整旋回中，想當(dāng)長的一部 分三角洲平原分流河道可以轉(zhuǎn)化為三角洲前緣水下分流河道。簡而言之，是原來的水上河道變 成水下河道。所以，最接近真實情況的觀點是，三角洲前緣水下分流河道一部分由入湖（海） 的分流河流直接沖蝕形成，另外一部分由其平原亞相中分流河道轉(zhuǎn)化形成。這兩種方式形成的 水下分流河道在沉積物的顏色、粒度等方面有所不同，可以根據(jù)其各自特點進(jìn)行區(qū)分。同時需 要指出的是，四個分帶沒有明顯的界限，而是逐漸過渡的，而且即使在湖（海）平面沒有明顯 升降的情況下，也不可以機械地應(yīng)用四分帶模式。因為沉積盆地地貌、水動力等不同，有的三 角洲四個分帶都發(fā)育如淺水

18、型三角洲，有的三角洲之發(fā)育前面一個或兩個分帶，如有的深水型 三角洲由高低水位過渡帶迅速變成遠(yuǎn)岸深水帶。四、結(jié)論建設(shè)性三角洲的水下分流河道并非經(jīng)典相模式中所描述的那樣完全是在水下分流河流的沖 蝕作用下形成，也不是完全由河流在三角洲平原下蝕形成的分流河道轉(zhuǎn)化而來，而是在包括水 下沖刷和轉(zhuǎn)化兩種作用下共同形成。至于兩種方式形成的分流河道占據(jù)的比例，則是具體情況 而定。五、參考文獻(xiàn)：【1】朱海虹，鄭長蘇，王云飛，蘇守德，楊留法，鄱陽湖現(xiàn)代三角洲沉積相研究，（中國科學(xué)院南京地理研究所）石油與夭然氣地質(zhì)第2卷第2期【2】趙澄林，朱曉敏.沉積巖石學(xué)（第三版）M.北京石油工業(yè)出版社，2006: 264-281.【3】張春生，劉忠保，施冬，程啟貴,張榮彬，馬超亞，三角洲分流河道及河口壩形成過程的物理 模擬，地學(xué)前緣（中國地質(zhì)大學(xué),北京）第7卷第3期【