三角洲的类型及转变

如题所述

1.三角洲的类型

三角洲类型繁多,结构复杂,有必要对它们进行某种划分,以便于分析对比。1952 年,萨莫依洛夫(И.В.САМОЙЛОВ)提出了形态成因分类系统,这一分类在俄文文献中影响较大,至今仍在使用,然而这种分类没有按照砂体作为分类标准,不但类型显得混乱,而且在地质上也不便于使用。1969 年,费舍尔(Fisher)主要依据三角洲砂体和沉积相提出了三角洲的地层分类,划分出以河流为主的高建设性三角洲和以盆地作用为主的高破坏性三角洲,在高建设性三角洲中,又分为朵状三角洲和鸟足状三角洲,而在高破坏性三角洲中又分出浪控三角洲和潮控三角洲。这个分类简单明了、容易记忆,因此应用较广。但是,这一分类只注意了一个连续系列的端元类型,而且“高破坏性”类型容易引起误解,因为三角洲都是建设性的,把三角洲的废弃阶段称为破坏型有所不当。

盖洛韦(1975)采用费舍尔(Fisher)关于三角洲划分的基本原则,同样把砂体组合作为三角洲类型划分的主要依据,根据河流、波浪、潮汐作用的相对强度关系来划分三角洲,提出了三角洲的三端元分类方案(图7-2)。三角形三个端元分别代表了以河流、波浪、潮汐作用为主的三角洲类型,包括以河流作用为主的河控三角洲、以波浪作用为主的浪控三角洲和以潮汐作用为主的潮控三角洲。前者属于建设性三角洲,后两者属于破坏性三角洲。除上述河控、浪控和潮控三种极端类型的三角洲之外,在它们之间尚有一系列过渡类型的三角洲,即根据河流、波浪和潮流的相对强度及其所形成的砂体组合,任何三角洲在三角洲图解中都占有相应的位置,各个三角洲在图中的位置互有差异,充分说明了世界上三角洲类型的多样性。这一分类既能容纳大量的三角洲,又能将三角洲的差异区分开来。由于以水动力作用及其产生的砂体作为分类标准,因此适用于古今三角洲的研究和对比。但略有不足的是,这种分类将每个具体的三角洲在三角洲图解中进行定位,定位时的参数是定性的,目前还做不到定量,而且对各典型三角洲之间的众多过渡类型也没有分类名称。

下面重点介绍三种极端类型的三角洲。

(1)河控三角洲

三角洲是陆上河流和海洋两方面因素共同作用形成的,当河流因素比海洋因素强时,即形成河控三角洲。海洋作用弱,河流的泥砂输入量大,其砂体的主轴方向和沉积走向与滨线近于垂直。其平面形态呈长三角形或朵状。

鸟足状三角洲是以河流作用为主的高建设性三角洲,又称为舌形或长形三角洲。由于海水作用弱,河流的泥砂输入量大,特别是砂泥比值低,悬浮负载多,有较发育的天然堤和较固定的分流河道,同时也可沉积很厚的前三角洲泥。分流河口砂坝也发育,它们向前延伸,形成特征的“指状砂坝”,形似鸟爪(图7-3)。

图7-2 三角洲类型的三端元分类

朵状三角洲的形态像一个向海方向突出的半圆形(图7-4)。与鸟足状三角洲相比,此类三角洲的泥砂输入量相对少一些,砂泥比值较高,海水波浪作用有所加强,但河流输入仍强于波浪和潮汐作用的改造能力。三角洲前缘伸向海洋的指状砂体受到海水冲刷、改造和再分配而形成席状砂层,使三角洲前缘变得较为圆滑而近似于半圆形。

世界上规模较大的河控三角洲有中国黄河三角洲和美国密西西比河三角洲等。

图7-3 密西西比河在入海口形成的牛角花三角洲(大地卫星7号拍摄于2001年)

图7-4 密西西比河全新世朵状三角洲

广义的黄河三角洲,指北至中国天津市、南至废黄河口、西起河南省巩义市以东黄河冲积泛滥地区(图7-5)。狭义的指1855 年以后,黄河在山东利津县以下冲积而成,以利津县为顶点、北到徒骇河口、南到小清河口、主体在东营市境内的呈扇状三角形的地区。由于黄河含砂量高,年输砂量大,而且水深较浅,巨量的黄河泥砂在河口附近大量淤积,填海造陆速度很快,使河道不断向海内延伸,河口侵蚀基准面不断抬高,河床逐年上升,河道比降变缓,泄洪排砂能力逐年降低,导致海岸线不断向海推进,黄河三角洲陆地面积不断扩大,历经150余年,逐渐淤积形成了近代黄河三角洲。

图7-5 2000年5月2日黄河三角洲的遥感影像

近年来,由于黄河入海水砂锐减,导致三角洲河口地区淤积速度减缓,整体呈现侵蚀后退的趋势,在某些地段已经相当严重。例如,孤东是黄河三角洲胜利滩海油田的高产油区,然而,孤东堤前水域8m水深以内,由于得不到黄河来砂的补给,岸滩表现为严重的侵蚀。黄河三角洲这一蚀退现状对我国海岸防护工程造成了严重威胁(陈沈良等,2004;陈小英等,2005)。

密西西比河是世界第四长河,也是北美洲流程最长、流域面积最广、水量最大的河流。现代密西西比河在地球表面勾画出壮观的图案,从太空可以清晰地欣赏到河流蜿蜒流淌的美景(图7-3),形成了典型的鸟足状分支向海外伸展。各支河附近每年都沉积了大量冲积物,因而使三角洲的面积在过去的150年内增加了129km2,是具有发育于分流河口的指状砂体的典型三角洲。然而,近年来,人工大坝、运河和控制潮水的闸门等人为措施对三角洲地区产生了极大影响,它们减少了淡水和沉积物进入三角洲地区,降低了三角洲的建造过程,淡水进入的减少导致盐水入侵,使本来保护三角洲湿地的淡水植物死亡,同时海平面上升更加剧了三角洲的侵蚀。因此,近年来密西西比河三角洲的破坏比建造的速度高。

(2)潮控三角洲

在河流和波浪作用较弱、潮汐作用较强的地区,潮汐作用对三角洲砂体的形成起着控制作用。由于潮汐作用的影响,河流带来的沉积物只能充填在港湾内堆积成小型三角洲,因其外形受港湾控制,故又称港湾三角洲。如果潮汐作用加强,双向的潮汐流和河流洪水的冲刷作用,常将河流带来的沉积物在河口的前方改造成线状潮汐砂坝。这些砂坝平行于潮流方向,在河口的前方成裂指状放射分布,它们充填于潮沟之内或其两侧。一般来讲,潮汐作用强烈的地区不容易形成三角洲。相反,潮汐对已有的三角洲起着侵蚀和破坏作用,可以将砂粒带入海中较远处,而不是在河口附近堆积下来,使河口形成特征的喇叭状,向海方向扩展为较开阔的海湾,即河口湾环境。

由潮汐作用控制形成的三角洲在世界上较为少见。中国的长江在近2000年来,发育为较典型的潮控三角洲(图7-6),恒河-布拉马普特拉河(图7-7)、湄公河等都为潮控三角洲。

图7-6 长江三角洲的发育和砂体分布

长江是亚洲第一长河,长度和水量均为世界第三。全新世最大海侵时,形成了以镇江为顶点的巨大河口湾,此时沉积速率逐渐超过海平面的上升速度,开始了三角洲的发育,自此以来相继形成六期亚三角洲(图7-6),各期亚三角洲的河口坝自西北向东南呈雁行状排列。河口砂坝的产生使河口歧分为南北两个汊道,由于科氏力的影响,涨潮流偏北,落潮流偏南,落潮流与河流径流叠加,共同作用使南汊道逐渐增强,并成为主要行水河道,产生新的河口砂坝。在北汊道由于涨潮流顶托,径流减弱,导致砂泥沉积,使北汊道趋于废弃,河口砂坝并于北岸。南汊道河口坝遵循同样的发育规律,形成新的河口坝和新的汊道。

图7-7 世界最大的三角洲——恒河三角洲

近年来,长江源头自然保护区的建立以及三峡大坝等的修建,对促进经济、社会可持续发展具有重要的作用,然而,随着径流量和河流来砂减少,河流作用将逐渐减弱,潮汐的改造作用将会越来越明显、越来越重要,三角洲的结构将会不可避免地发生进一步变化,这是值得密切关注的问题。

潮流砂脊(tidal sand ridge)群是大陆架浅海大型的海底堆积体,分布于有丰富砂质沉积与强潮流作用的大陆架浅海域。是由2~3节以上的潮流,在砂质海底塑造而成的水下砂脊及脊间沟谷群。沟脊的平面轮廓呈放射状、掌状、鸟爪状等,顶端朝向潮流辐聚或辐散点。潮流三角洲脊沟相间分布的地形格局,反映为韵律强的潮流往复线形冲刷和堆积结果,落潮流将海底沉积物中的黏土等细颗粒成分带至外海,较粗的砂质沉积物堆积在两个强流带之间,故砂脊声呐探测断面呈现为向上微拱曲的层理。由于砂体广泛存在,对现代潮流砂脊的研究对于油气勘探将会具有重要的意义。中国江苏岸外、东海中外陆架等区即广泛分布着辐射状的潮流砂脊(图7-8,图7-9)。

图7-8 东海陆架潮流砂脊分布图

(3)浪控三角洲

浪控三角洲一般有一条或两条主河流入海,分支流不太发育,河流输砂量少,砂泥比值高,而且波浪作用大于河流作用,河流输入的砂泥很快就被波浪作用改造,于是在河口两侧形成一系列平行于海岸分布的海滩砂脊或障壁砂坝,而只在河口处沉积有较多的砂质沉积,形成向海方向突出的河口,形似弓形或鸟嘴形状。如巴西圣弗朗西斯科河三角洲即为典型的鸟嘴形状(图7-10)。

若波浪作用进一步加强,几乎完全克服了河流作用,同时又有单向的强沿岸流,则会使河口偏移,甚至与海岸平行。在河口前面建造成直线型障壁岛或障壁砂坝,挡住河口,形成掩闭型的鸟嘴状三角洲,如非洲西岸的塞内加尔河三角洲(图7-11)。塞内加尔河流入大西洋,是一个较特殊的以波浪作用为主的三角洲。它在圣路易城入海时在西侧外海强劲的高能波浪及单向强沿岸流的联合作用下,砂体分布和排列发生了强烈变化,河流携带泥砂在河口两侧形成了长达70km的砂坝,使河流与外海分开,这一砂坝又被风浪改造成为一系列砂坝-潟湖体系,表现为浪控三角洲的特殊形态。

2.三角洲类型的转变

在三角洲发育过程中,随着条件的改变,三角洲类型也可以发生改变,现代有这样的实例,古代更为明显。在三角洲发育中沉积速率和地壳沉降速度的相对关系发生变化时,可以引起三角洲类型转变。墨西哥湾盆地北部古近纪—新近纪威尔科克斯组为一套三角洲沉积,成楔形向墨西哥湾盆地延伸。楔形体沉积的早期阶段,沉积速率超过沉降速度,形成河流型三角洲,并迅速前展。随着沉积物的供应量减少,沉积速率降低,前展速度变缓以致稳定,三角洲受到较强的海洋因素作用,发育了受波浪影响的河流型三角洲。最后,沉积物的供应量进一步减小,沉积速率更低,楔形体上部向后收缩,波浪作用增强,形成波浪型三角洲。所以,下威尔科克斯组主要为河流型三角洲,而上威尔科克斯组则以波浪型三角洲为主。

图7-9 中国东部江苏沿岸辐射潮流砂脊

图7-10 巴西圣弗朗西斯科河三角洲

图7-11 塞内加尔河浪控三角洲

随着三角洲的前展,河流延伸,由注入浅水台地到流入深水盆地也可引起三角洲类型的变化。美国得克萨斯州北部和中部的米德兰盆地早宾夕法尼亚世—早二叠世的西斯科组为河流三角洲体系。最初河流注入浅水台地,由于台地宽广平坦,水浅浪小,发育河流型三角洲,其砂体呈指状分布,厚度较薄,河流往往切穿三角洲砂体,到达三角洲下伏沉积层。随着三角洲推进,河流延伸至台地边缘,水深突然增大,由于水深浪大,波浪的改造能力加强,河流带来的沉积物首先形成海底冲积扇,而后形成波浪型三角洲。

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