曲流河三角洲沉积

如题所述

曲流河三角洲又称正常三角洲或普通三角洲,简称三角洲。三角洲体系位于海陆之间的过渡地带,是海陆过渡相的重要组成部分。

1.三角洲的主要类型

以河流、波浪、潮汐作用为主的三角洲类型分别称为河控三角洲、浪控三角洲和潮控三角洲。前者属建设性三角洲,后两者属破坏性三角洲。

(1)河控三角洲

河控三角洲是在河流输入泥砂量大,波浪、潮汐作用微弱,河流的建设作用远远超过波浪、潮汐破坏作用的条件下形成的。按照三角洲的形态,进一步可分为鸟足状三角洲和朵状三角洲两种类型(图4-5)。

A.鸟足状三角洲

鸟足状三角洲又称为舌形或长形三角洲,是以河流作用为主的极端类型,是最典型的高建设性三角洲。其特点是河流输入的泥砂量大,悬浮负载多,砂泥比值低,具有较发育的天然堤和较固定的分支河道,并沉积巨厚的前三角洲泥,向海推进快,延伸远,分支河道和指状砂体长短不一地向海延伸,形似鸟爪。

B.朵状三角洲

朵状三角洲的形态呈向海突出的半圆状或朵状,与鸟足状三角洲相比,此类三角洲在形成时泥砂输入量相对较少,砂泥比值较高,波浪作用有所增强,但河流输入沉积物的能力仍高于波浪和潮汐作用改造的能力。三角洲前缘伸向海洋的指状砂体受到海水的冲刷、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。我国的黄河和滦河、欧洲的多瑙河、非洲的尼日尔河等形成的三角洲均属此类型。

(2)浪控三角洲

浪控三角洲的平面形态呈鸟嘴状,故又称鸟嘴状三角洲。其形成特点是海洋的波浪作用大于河流的作用,只有一条或两条主河道入海,分支河道少而小。河流输入泥砂量不多,被波浪作用改造、再分配,在河口两侧形成一系列平行于海岸的海滩、沙嘴、沙坝,并在它们的向陆一侧形成半封闭的潟湖和沼泽,只在主河口区才有较多的砂质堆积,形成突出于河口的鸟嘴状形态。法国的罗纳河、埃及的尼罗河、意大利的波河形成的三角洲以及巴西圣弗朗西斯科河三角洲都属于此类型。

(3)潮控三角洲

河流流入三角港或其他形状的港湾,由于潮汐作用远大于河流作用,在港湾中堆积的泥砂受潮汐作用的强烈破坏和改造,形成小型三角洲。其外形受港湾控制,故又称港湾型三角洲,属于破坏性三角洲的一种。这类三角洲在河口区或其前缘向海方向,常发育因潮汐作用而形成的呈裂指状散射且断续分布的潮汐沙坝,这一特征是区别于其他类型三角洲的重要标志。如巴布亚湾三角洲就是典型的潮控三角洲(图4-6)。

图4-6 潮控三角洲

2.三角洲的亚环境和沉积特征

三角洲是一个包括多种亚环境的复杂环境单元。按照沉积特征均可归纳为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲三个基本单元。因此,随着河流向蓄水盆地方向的不断推进,在浅海陆棚泥岩的基础上,自下而上将依次形成前三角洲→三角洲前缘→三角洲平原的特征垂向沉积序列。

(1)三角洲平原

三角洲平原是三角洲的陆上部分,其范围从主河道分支开始,一直到岸线的广大地区。分流河道间的环境变化较大,其中有天然堤、决口扇、沼泽、湖泊、海湾和潮坪等。

1)分流河道沉积:分流河道通常是低弯度的,在有些地区也可呈网状或交织状。河道充填物主要为砂和粉砂沉积物。河道砂体窄而长,横剖面形态为近于对称的透镜体。分流河道因盆地营力的作用,在平水期受到堵塞,沉积细粒物质,在下一次洪水期又被冲刷,有一些可作为夹层保存下来。分流河道的另一突出特征是易于决口废弃,因此,在序列的顶部常有大量泥质塞。分流河道沉积是一个向上变细的沉积序列。底部为冲刷面,可以有滞留沉积,向上为槽状交错层砂以及沙纹交错细砂、粉砂和黏土的互层,顶部为具根土构造的粉砂质黏土(图4-7)。

2)分流河道间沉积:分流河道间沉积是由洪水期的溢岸流或决口作用引起的。它们可以形成天然堤、决口扇和决口河道等沉积单元,还可充填分流间海湾和广阔的低地。①天然堤发育在河道两侧,主要由细砂、粉砂和泥质沉积的薄互层组成。砂质沉积的底部常有侵蚀面,内部具沙纹交错层和流水波痕,泥质沉积常有植物根迹和直立虫孔。②沼泽及湖泊常占据分流河道间的大片低地,其地面与平均高潮线接近,排水不良,但植物繁茂,沉积物主要为富含有机质的暗色泥岩夹泥炭和煤层,偶尔夹有洪水成因的粉砂薄层。植物化石丰富,根土构造发育。湖泊的规模通常较小,沉积物主要为泥岩,含原地生长的软体动物介壳。

图4-7 鄂尔多斯盆地柳林剖面

3)决口扇沉积:决口扇发育在天然堤两侧和分流间海湾,沉积物呈扇状分布,主要由细砂和粉砂组成,底面常有冲刷现象,也可呈小的砂质透镜体,中间被粉砂质泥岩分隔。常见粒序层、沙纹交错层和平行层理。

4)分流间湾沉积:分流间湾是指分流河道间与海洋相通的相对低凹的地区,这里虽被海水淹没,但水动力弱,环境比较闭塞。沉积物主要为泥质,含少量粉砂和细砂。砂质沉积多为洪水期溢岸流的沉积产物,具水平层理和透镜状层理,可见流水及浪成波痕。含海相动物化石及植物残体,虫孔及生物扰动构造发育。分流间湾沉积的形态通常为夹于分流河道砂之间的尖端指向陆地的“楔状泥”。

(2)三角洲前缘

三角洲前缘是携带泥砂等沉积物的河水进入盆地后,因河流与盆地营力相互作用,引起砂质沉积物快速堆积的地带(图4-8)。三角洲前缘的亚环境包括水下分流河道、水下天然堤、河口沙坝和前缘席状砂等沉积单元,其中河口沙坝为骨架相。

1)水下分流河道沉积:水下分流河道是陆上分流河道的延伸部分,当其向海进一步延伸时,将变浅、变宽,直至消失。沉积特征与一般河道类似,沉积物中常含黏土碎块,具交错层理、流水沙纹层理、层内变形构造、冲淤构造和侵蚀面等(图4-9)。

图4-8 鄂尔多斯盆地成家庄剖面

图4-9 宜川东长8多期水下分流河道沉积

2)水下天然堤沉积:水下天然堤主要由极细砂和粉砂组成,常夹含植物碎片的泥质薄层。流水构造发育,此外可见沙纹层理、浪成波痕、虫孔和包卷纹层等。

3)河口沙坝沉积:河口沙坝主要由砂质沉积物组成。由于平水期与洪水期的交替,粉砂和泥质沉积物有时也可在该环境堆积,因此许多沙坝单元中可以见到粉砂岩与泥岩的夹层。平水期的海洋营力作用使坝顶的砂质沉积物受到强烈改造,成为质地纯净、分选良好、具多方向槽状交错层和冲刷面的砂层。河口沙坝末端通常称为末端坝,主要是由细砂、粉砂和泥组成的交互层。洪水期沉积的砂质物具正粒序,常见的构造有水平纹层、波状及透镜状层理、包卷层理等,生物介壳少见,但生物扰动强烈。随着进积作用的发展,河口沙坝单元将形成向上变粗的序列,但是坝顶部分也会因河道的侵蚀而发育不全(图4-10)。

4)前缘席状砂:河口坝经海洋营力作用的改造可形成席状砂,这种砂体主要分布在三角洲前缘的边缘。

(3)前三角洲

前三角洲位于前缘的向海一侧,水深通常在浪基面以下。沉积物主要为泥和粉砂质泥,富含有机质,可见海绿石等自生矿物。层理主要是水平纹层。在近前缘的部分可出现少数粉砂薄层,其中有小型交错纹层和波痕等构造。含海相动物化石,有较多的虫孔及生物扰动构造。

图4-10 某钻井河口坝砂体沉积层序

3.三角洲沉积旋回

斯克鲁顿曾把三角洲沉积旋回分为两个时期:建设期和破坏期。三角洲向海推进、增长发育时期称为三角洲的建设期,建设期形成的相称为建设相;三角洲被海水淹没、遭受侵蚀破坏的时期称为三角洲的破坏期,这个时期形成的相称为破坏相。随着河流与海洋作用的消长以及河口的往返迁移,三角洲的成长和废弃可多次重复出现,形成多个单一的三角洲沉积体交错叠置,恰似多层树叶彼此不整齐地交错重叠,每个单一的三角洲沉积体在垂向上代表了一个沉积旋回,而每个旋回都是以三角洲的建设相开始,又以破坏相的出现而告终。在垂向剖面上,建设相和破坏相周期性地交替重复出现,就形成了多旋回三角洲复合体系。

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