第六章各論 陸相 2 河流

應(yīng)用沉積學(xué)主講：杜振川研究生課程應(yīng)用沉積學(xué)—下篇沉積各論

第六章陸相沉積體系——大陸相組第四節(jié)河流沉積體系

1、概述

河流在地表流動受氣侯（降雨量）、地質(zhì)構(gòu)造、地貌形態(tài)（起伏狀況）、基巖性質(zhì)和植被發(fā)育等因素的影響，常具備不同的類型；各類河流的差異主要表現(xiàn)在河流形態(tài)（寬度比、彎曲度、穩(wěn)定性及變化性）縱剖面梯度、徑流狀況（徑流量及變化）、負載的類型及數(shù)量以及河流遷移的特點。

應(yīng)用沉積學(xué)—下篇沉積各論

第六章陸相沉積體系——大陸相組第四節(jié)河流沉積體系

2、河流的基本類型

按照地形和坡降山區(qū)河流平原河流

按照河流的發(fā)育階段

幼年期河流壯年期河流老年期河流

第四節(jié)河流沉積體系

2、河流的基本類型

Rust(1978，1984)根據(jù)河道分岔參數(shù)和彎曲度平直河曲流河辮狀河網(wǎng)狀河河道分岔指數(shù)是指在每個平均蛇曲波長中，河道沙壩的數(shù)目，河道分岔參數(shù)不大于1者為單河道，大于1者為多河道。河道彎曲度小于1．5者為低彎度河，大于1．5者為高彎度河。第四節(jié)河流沉積體系

2、河流的基本類型

河流類型示意圖(據(jù)邁爾，1977)A曲流河；B辮狀河；C網(wǎng)狀河；D直流河第四節(jié)河流沉積體系

2、河流的基本類型

根據(jù)河流負載的類型及搬運方式底負載河道(bed-loadchannels)混合負載河流(mixed—loadfluvialsystems)懸移負載河流(suspended—loadfluvialsystems)辮狀河主要是底負載水道，曲流河為混合負載和懸移負載水道，而網(wǎng)狀河主要是懸移負載水道。第四節(jié)河流沉積體系

3、河流沉積相模式1）平直河（順直河）（straightriver）河流的彎度指數(shù)小于1．5，通常只出現(xiàn)在大型河流某一河段的較短距離內(nèi)，河道內(nèi)凹岸侵蝕，凸岸加積，從而可產(chǎn)生側(cè)向遷移而逐漸向蛇曲河發(fā)展。順直河實際上很少存在。第四節(jié)河流沉積體系

3、河流沉積相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉積環(huán)境概述

曲流河又稱蛇曲河流，河道彎曲強烈，彎曲率大于1.5。與辮狀河流相比，曲流河道的分布更具有規(guī)律性。

第四節(jié)河流沉積體系

3、河流沉積相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉積環(huán)境概述

曲流河多出現(xiàn)在河流的中、下游，分布在平原地帶(尤其是近海或近湖平原)。其上游多為辮狀河流，下游與三角洲過渡。曲流河一般為單河道．寬深比小于辮狀河道，坡降緩，流速慢，水的流量變化??；河道較穩(wěn)定，以側(cè)向侵蝕作用為主，在凸岸發(fā)育邊灘，而心灘不發(fā)育，河漫灘很發(fā)育；沉積物中粉砂和泥的含量較高。第四節(jié)河流沉積體系

3、河流沉積相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉積環(huán)境概述

彎道環(huán)流形成的(a)剖面圖、(b)平面圖

1一流向；2一表層水流；3一底層水流第四節(jié)河流沉積體系

3、河流沉積相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉積環(huán)境概述

曲流河的沉積相模式

(據(jù)Allen，1965，1970)第四節(jié)河流沉積體系

3、河流沉積相模式2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉積相特點

曲流河河道沉積亞相堤岸沉積亞相河漫沉積亞相牛扼湖沉積亞相河道底部滯留沉積邊灘沉積天然堤沉積決口扇沉積河漫灘沉積河漫湖河漫沼澤→牛扼湖沉積2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉積相特點

A河道沉積亞相河床滯留沉積：從上游搬運來的以及就地侵蝕的物質(zhì)，細粒的被帶走，粗粒物質(zhì)被留下堆積成不連續(xù)的透鏡體，稱為河床滯流沉積。其成分復(fù)雜，既有陸源礫石，也有河床下伏早期沉積未固結(jié)而再沉積的同生泥礫，砂、粉砂極少。礫石呈疊瓦狀排列，傾斜方向指向上游。礫巖呈透鏡狀斷續(xù)分布于河床最底部，向上漸變?yōu)檫厼┏练e。2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉積相特點

A河道沉積亞相邊灘沉積：邊灘又稱為“點砂壩”，是河床側(cè)向侵蝕、沉積物側(cè)向加積的結(jié)果。沉積物以砂為主，混有礫、粉砂和粘土，成熟度低，不穩(wěn)定組分多，長石含量高；層理類型主要為水流成因的大、中槽狀或板狀交錯層理，間或出現(xiàn)平行層理。垂向上，自下向上具有層理規(guī)模變小、粒度由粗變細的正韻律。邊灘沉積的厚度近似于河床的深度，小型河流邊灘的厚度僅數(shù)米，大型河流的邊灘厚度可達30～40m；邊灘的寬度取決于河流的大小及側(cè)向遷移的規(guī)模。A河道沉積亞相→邊灘沉積：2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉積相特點

A河道沉積亞相→邊灘沉積：B堤岸亞相天然堤沉積

河流在洪水期因水位較高，河水攜帶的細、粉砂級物質(zhì)溢出河道沿河床兩岸堆積，形成平行河床的砂堤，稱為天然堤，它高于河床，并把河床與河漫灘分開。天然堤兩側(cè)不對稱，向河床一側(cè)坡度較陡，每次隨洪水上漲，天然堤不斷加高，凸岸天然堤逐漸變?yōu)檫厼┑纳喜?。天然堤主要由細砂巖、粉砂巖、泥巖組成，粒度比邊灘沉積細，比河漫灘沉積粗，垂向上突出的特點是砂、泥巖組成薄互層。層理構(gòu)造以小型波狀交錯層理、爬升交錯層理、槽狀交錯層理為特征，其垂向序列是下部砂質(zhì)巖發(fā)育交錯層理，上部泥質(zhì)巖則發(fā)育水平紋層。天然堤常間歇性出露水面，故常發(fā)育有鈣質(zhì)結(jié)核，泥巖中可見干裂、雨痕、蟲跡以及植物根等。堤岸沉積垂向上常發(fā)育在河床沉積的上部，粒度較細，以小型交錯層理為主。進一步可分為天然堤和決口扇兩個沉積微相。B堤岸亞相1一無內(nèi)部構(gòu)造的砂和粉砂，分選差，偶有波狀層理；6一平行層理的粉砂質(zhì)粘土，具蟲孔天然堤層理構(gòu)造垂向序列

(據(jù)柯爾曼，1969)5一疊瓦狀波狀層理；4一小型波狀交錯層理；3一水平層理；2一大型交錯層理；B堤岸亞相決口扇沉積如果天然堤不被破壞，河床隨沉積物迅速增厚而升高，最后反而高出旁側(cè)的河漫灘；洪水期河水沖決天然堤，部分水流由決口流向河漫灘，砂、泥物質(zhì)在決口處堆積成扇形沉積體，稱為決口扇。決口扇沉積主要由細砂巖、粉砂巖組成。粒度比天然堤沉積物稍粗。具有小型交錯層理、波狀層理及水平層理，沖蝕與充填構(gòu)造常見。巖體形態(tài)呈舌狀，向河漫平原方向變薄、尖滅，剖面上呈透鏡狀。B堤岸亞相→決口扇沉積天然堤、決口扇與河床、河漫灘之間關(guān)系的橫剖面示意圖B堤岸亞相→決口扇沉積黃河下游部分河段決口扇分布圖

(據(jù)葉青超等．1990)C河漫亞相河漫亞相位于天然堤外側(cè)，地勢低洼而平坦。洪水泛濫期間，水流漫溢天然堤，流速降低，使河流懸浮沉積物大量堆積。由于它是洪水泛濫期間沉積物垂向加積的結(jié)果，故又稱為泛濫盆地沉積。平面上位于堤岸亞相外側(cè)，分布面積廣泛；垂向上位于河道或堤岸亞相之上，屬河流頂層沉積組合。河漫亞相沉積類型簡單，主要為粉砂巖和粘土巖,粒度是河流沉積中最細的；層理類型單調(diào)，主要為波狀層理和水平層理。根據(jù)環(huán)境和沉積特征，可進一步劃分為河漫灘、河漫湖泊和河漫沼澤三個沉積微相。C河漫亞相

河漫灘河漫灘是河床外側(cè)河谷底部較平坦的部分。平水期無水，洪水期水漫溢出河床，淹沒平坦的谷底，形成河漫灘沉積。河漫灘沉積以粉砂巖為主，亦有粘土巖的沉積；平面上距河床越遠粒度越細，垂向上有向上變細的趨勢。波狀層理和斜波狀層理為主，可見水平層理不對稱波痕。河漫灘間歇出露水面而在泥巖中保留干裂和雨痕。化石稀少，一般僅見植物碎片。C河漫亞相

→河漫灘C河漫亞相河漫湖泊河漫湖泊是河漫平原上最低的部分。在平原區(qū)的彎曲河流中，當河床在一個比河岸兩側(cè)地形高的“沖脊”上流動，洪水期河水漫溢至河床兩側(cè)河漫灘上，洪水期后，低洼地區(qū)就會積水，形成了河漫湖泊。河漫湖泊以粘土巖沉積為主，并有粉砂巖出現(xiàn)，是河流相中最細的沉積類型。層理一般發(fā)育不好，有時可見到薄的水平紋層。泥巖中泥裂、干縮裂縫常見。在潮濕氣候區(qū)的河漫湖泊中，生物繁茂，可形成豐富的有機質(zhì)沉積，并可保存較完整的動植物化石。C河漫亞相河漫沼澤又稱為岸后沼澤。它是在潮濕氣候條件下，河漫灘上低洼積水地帶植物生長繁茂并逐漸淤積而成，或是由潮濕氣候區(qū)河漫湖泊發(fā)展而來。河漫沼澤如新疆某地第三系河漫沼澤沉積中就有厚數(shù)十厘米的泥炭層沉積。在河流迅速側(cè)向遷移的情況下，天然堤發(fā)育不良，洪水泛濫可形成廣闊平坦的河漫沉積區(qū)，沉積物不僅有泥質(zhì)，而且有大量砂質(zhì)沉積，這時堤岸亞相與河漫亞相已無什么區(qū)別，故統(tǒng)稱為泛濫平原沉積。D牛軛湖亞相彎曲河流的截彎取直作用使被截掉的彎曲河道廢棄，形成牛軛湖。牛軛湖沉積主要為粉砂巖及粘土巖，粉砂巖中具有交錯層理，粘土巖中發(fā)育有水平層理；常含有淡水軟體動物化石和植物殘骸。巖體呈透鏡狀，延伸最大可達數(shù)十千米，厚可達數(shù)十米。D牛軛湖亞相曲流頸截直后牛扼湖、點砂壩天然堤、決口扇的相互關(guān)系（據(jù)Fisk，1974）2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉積的垂向模式曲流河沉積的典型垂向模式由沃克(1976)等人提出，這個標準相模式由下至上可劃分為四個沉積單元：

第一沉積單元為塊狀含礫砂巖或礫巖，屬河床底部滯留沉積，與下伏層呈沖刷侵蝕接觸，底部具有明顯的沖刷面，粗砂巖中含泥礫，可見不清晰的大型槽狀交錯層理。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉積的垂向模式第二沉積單元為大型槽狀交錯層理的中、細砂巖，層理規(guī)模向上逐漸變小，中夾有水平層理的粉細砂巖，沿層面可發(fā)育剝離線理，為點砂壩沉積。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉積的垂向模式第三沉積單元為粉細砂巖組成，發(fā)育有小型槽狀交錯層理和爬升波紋交錯層理，為點砂壩頂部沉積。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉積的垂向模式第四沉積單元主要由斷續(xù)波狀交錯層理的粉砂巖和水平紋理的粉砂質(zhì)泥巖及塊狀泥巖組成，塊狀泥巖中常發(fā)育有泥裂、鈣質(zhì)結(jié)核或植物的立生根，屬天然堤和泛濫盆地沉積。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉積的垂向模式曲流河沉積層序2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉積的垂向模式上述曲流河沉積的理想垂向?qū)有蛴上轮辽?，粒度由粗變細，層理?guī)模由大變小，層理類型由大型槽狀交錯層理變?yōu)樾⌒徒诲e層理、爬升層理、水平層理，底部具有沖刷面，從而構(gòu)成了一個典型的間斷性正韻律或正旋回。韻律的上段由河床亞相的底部滯留沉積和點砂壩沉積組成，是由于河道遷移而引起的沉積物側(cè)向加積的結(jié)果，構(gòu)成了河流沉積剖面下部層序，故稱為底層沉積。韻律的上段由堤岸亞相和河漫亞相(泛濫盆地)組成，屬泛濫平原沉積，主要是大量細粒懸浮物質(zhì)在洪泛期垂向加積的結(jié)果，構(gòu)成了河流沉積剖面的上部層序，故又稱為頂層沉積。

底層沉積和頂層沉積的垂向疊置，構(gòu)成了河流沉積的所謂“二元結(jié)構(gòu)”，它是河流相沉積的重要特征。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉積的垂向模式第四節(jié)河流沉積體系

3、河流沉積相模式3）辮狀河（braidedriver）

①、辮狀河沉積環(huán)境概述

辮狀河流為彎曲度小于1．5的低彎度河流。河流的特點是在整個河流的寬度范圍內(nèi)發(fā)育有許多被沙壩分開的河道，河道寬而淺，時分時合，頻繁遷移，游蕩不定，也稱作游蕩性河道。辮狀河流多發(fā)生在坡度較大的地帶。河道坡降大，流速急，泥砂負荷大，流量變化大；河道較直但不穩(wěn)定，以下切侵蝕作用為主，水流不斷分叉匯合；心灘很發(fā)育，而邊灘不發(fā)育，很少或不發(fā)育河漫灘；沉積物一般較粗，多為砂、礫沉積。

3、河流沉積相模式3）辮狀河（braidedriver）

①、辮狀河沉積環(huán)境概述

3、河流沉積相模式3）辮狀河（braidedriver）

①、辮狀河沉積環(huán)境概述

砂質(zhì)辮狀河流的地貌形態(tài)單元（椐Walker，1984）3、河流沉積相模式3）辮狀河（braidedriver）

②、河道沉積的基本特征

辮狀河的河道沉積主要為心灘沉積?；顒有孕臑┥嫌畏较蜉^陡，砂壩下游一方則較平緩，主要發(fā)生沉積作用，河道砂壩是逐漸向下游遷移的，靠近其上游部分由粗粒物質(zhì)組成，向下游部分變?yōu)榧毩Ｎ镔|(zhì)。在洪水期以及河道廢棄以后，可發(fā)生細粒懸浮物的加積沉積作用，但不如曲流河發(fā)育。3、河流沉積相模式3）辮狀河（braidedriver）

③、辮狀河沉積層序辮狀河沉積序列模式比較復(fù)雜多樣，現(xiàn)以加拿大魁北克省加斯佩半島泥盆系辮狀河砂巖的沉積序列為代表。3）辮狀河（braidedriver）

③、辮狀河沉積層序最底部為河道底部殘留沉積物，以粗砂巖和含礫砂巖為主，與下伏層呈侵蝕沖刷接觸。其上為(A)大型槽狀交錯層理含礫粗砂巖；(B)具槽狀交錯層理粗砂巖；(C)板狀交錯層理粗砂巖；(D)砂壩頂部沉積物主要為小型板狀交錯層理砂巖和(E)大型水道沖刷充填交錯層理砂巖；(F)最頂部薄的垂向加積沉積物包括波狀交錯層理粉砂巖和泥巖互層。3、河流沉積相模式3）辮狀河（braidedriver）

③、辮狀河沉積層序從上述可以看出，與曲流河相比，辮狀河在垂向?qū)有蛏嫌幸韵绿攸c：

1)河流二元結(jié)構(gòu)的底層沉積發(fā)育良好、厚度較大，而頂層沉積不發(fā)育或厚度較小。

2)底層沉積的粒度粗，砂礫巖發(fā)育。

3)由河道遷移形成的各種層理類型發(fā)育，如塊狀或不明顯的水平層理、巨型槽狀交錯層理、單組大型板狀交錯層理等。

4）泛濫平原細粒沉積物較薄或不發(fā)育；曲流河與辮狀河沉積特征區(qū)別以兩段式為主，也有三段式4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征①曲流河與辮狀河沉積特征區(qū)別4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征②粒度特征河流相碎屑沉積物以砂、粉砂為主，分選差至中等，分選系數(shù)一般大于1．2；粒度概率曲線顯示明顯的兩段型為主，且以跳躍總體為特征，其分布范圍為1．75～3．0之間，跳躍總體與懸浮總體之間的截點在2．75～3．5之間，懸浮總體的含量為2％一30％；河流的水流屬于牽引流，故河流相沉積在牽引流綜合C—M圖上呈S形，它有較發(fā)育約PQ，QR和RS段。4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征②粒度特征曲流河辮狀河4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征②粒度特征4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征③測井特征4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征④地震特征沉積型河道地震剖面4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征④地震特征南斯拉夫河道地震剖面（Anstey1980）4）曲流河與辮狀河的特征及其他特征④地震特征東濮凹陷唐莊地區(qū)曲流河沉積剖面和地震反射結(jié)構(gòu)（朱筱敏，1995）

3、河流沉積相模式4）網(wǎng)狀河（Anastomosingriver）①、辮狀河沉積環(huán)境概述

網(wǎng)狀河主要發(fā)育于坡度平緩的河流中下游地區(qū)，它是由幾條彎度多變的、相互連通的河道組成的低能復(fù)合體，構(gòu)成網(wǎng)狀穩(wěn)定水道形成的交織河網(wǎng)系統(tǒng)。沉積環(huán)境較為穩(wěn)定。河流搬運方式以懸浮負載為主，沉積作用則以垂向加積為主，斯密斯等通過研究識別出六個沉積相：河道相、天然堤相、決口扇相、泛濫湖泊相、岸后沼澤相和泥炭沼澤相（濕地）。前三個相主要與河道有關(guān)，后三個相為濕地環(huán)境。沉積物類型主要為河道、沖積島、泛濫平原沉積。3、河流沉積相模式4）網(wǎng)狀河（Anastomosingriver）河道沉積與其他類型河流的河道沉積物類似，主要為砂和礫組成的深而狹窄的條帶狀沉積體。以砂巖為主，具槽狀交錯層理，底部可出現(xiàn)礫巖沉積，具有明顯的侵蝕面，周圍被濕地環(huán)境的細粒沉積物所包圍。

3、河流沉積相模式4）網(wǎng)狀河（Anastomosingriver）網(wǎng)狀河的河道間大量發(fā)育著沖積島和泛濫平原沉積，其特征與曲流河的河漫沉積相類