[科普中国]-扇三角洲沉积

扇三角洲的主要特征

总体来看，扇三角洲存在如下地质特征：

①扇三角洲一般位于山麓附近，且往往与湖盆边界断层相伴生。在断陷湖盆中，它主要位于湖盆短轴陡坡一侧。而同期的辫状河三角洲往往分布于湖盆短轴缓坡一侧。单个的扇三角洲的陆上部分一般比较小，平面形态多为扇形。

②扇三角洲沉积体向陆方向通常都以断层为界，其近源沉积物(扇根或上扇部分)常以角度不整合超覆在古老的基岩地层上。扇三角洲层序的厚度和延展范围受边缘断裂差异升降幅度的控制。单个扇三角洲沉积层序厚度可达几十米，而发育在板块边缘经历很长地质时期的扇三角洲层序则可厚达几千米，延长几十公里。

③扇三角洲的组成均为砾石、含砾砂和砂等粗碎屑沉积物，成分和结构成熟度均比较低，反映其距物源区比较近，搬运距离短，沉积迅速的特点；单个扇三角洲的垂向层序一般呈向上变粗的特点。

④扇三角洲前缘的河口砂坝发育很差甚至缺乏砂坝。这主要是由其河口的水动力条件决定的，

平面喷流的影响不易形成河口坝，即分流河道不发育。也就是沉积物供应快速短促，不易形成稳定的分流河道，即使在暂时性的分流河道口形成了河口砂坝，也很易被后期的沉积作用所破坏。

⑤扇三角洲沉积体的几何形态和粒度变化一般为楔形碎屑体，从山前向盆地(海或湖)方向变薄变细，逐渐过渡为盆地相而消失。

沉积相划分扇三角洲相带划分采用粗粒三角洲的四分法，以大陆流水冲积作用为主的扇三角洲上、下平原，遭受盆地水动力改造的扇三角洲前缘以及盆地作用为主的前扇三角洲。每个部分均有不同的沉积特征和沉积相组合。

1、扇三角洲平原

扇三角洲平原是扇三角洲的陆上部分，其范围包括从扇端至岸线之间的近海平原地带。在通常的情况下，其平面形态呈向盆地方向倾斜的扇形。但由于周边基岩地形、河流冲积作用、波浪和潮汐作用的影响，扇三角洲的形态也常有所变化(图9－38)。在强波浪地区，高坡降的底负载河流可形成对称的扇三角洲；波浪能量降低时可形成伸长状的河控扇三角洲。在被基岩包围的海湾，低沉积物输入量的低坡降河流，受波浪冲击可形成湾头滩脊平原，而在受保护的海湾环境则形成潮控三角洲(Hayes和Michel，1982)。如果汇水盆地是湖泊，由于湖泊环境没有潮汐作用，且湖浪作用远小于海浪(个别的大型湖泊也可有较强的波浪)，所以湖泊扇三角洲通常只形成河控扇三角洲。

扇三角洲平原的沉积相特征主要决定于沉积物供给体系类型，二者的沉积背景、沉积相组合及沉积地层结构等都有明显的区别。

2、扇三角洲前缘

扇三角洲前缘亦称过渡带(Wescott和Ethridge，1980)，它位于岸线至正常浪基面之间的浅水区，是大陆水流、波浪和潮汐相互作用地带。由于各种作用因素强度不同，扇三角洲前缘可具有河控型、波浪改造型及潮汐改造型三种类型，波浪和潮汐能量的强弱及其共同作用是形成三种类型差异的关键。

河控型扇三角洲前缘是湖泊扇三角洲的特点，河控型扇三角洲前缘主要是在大陆水流作用下形成的，在某些小潮差、低波能的海湾边缘也可有河控型扇三角洲前缘发育。河水流入湖后继续流动形成许多水下分流河道，随着河道向湖泊深处延伸逐渐变浅展宽而消失。河控型扇三角洲前缘的沉积物组成以各种粒级的砂和粉砂为主，也常有砾石沉积。粒度变化向盆地方向变细，砂层中交错层理发育；与前扇三角洲呈指状交错过渡。死海裂谷西岸的扇三角洲前缘由砂泥互层组成，砂层具流水沙纹层理，可能由突发的洪水泛滥所形成，泥层是在湖水平静时所形成的。随着湖水面的不断上升(湖进)，砂泥互层显示出向上变细的趋势(Sneh，A．1979)。

3、前扇三角洲

前扇三角洲是指扇三角洲的浪基面以下部分，向下与陆架泥或深水盆地沉积过渡，没有明显的岩性界线。盆地边缘的构造特征对前扇三角洲沉积特点和沉积物的分布有重要影响。

发育在宽阔陆棚上的前扇三角洲沉积主要为临滨—远滨的粉砂和泥质沉积，与陆棚泥呈互层产出。其沉积相稳定，分布范围广泛，一般具有明显而完整的向上变粗的层序。例如以科珀河扇三角洲为代表的阿拉斯加东南部的一些扇三角洲。此外，还有一些扇三角洲直接推进到浅水碳酸盐陆棚上，由于粗粒的陆源碎屑沉积阻碍了碳酸盐沉积的发育，随着扇三角洲的推进和后退，前扇三角洲常具有与浅水碳酸盐沉积互层的特点，例如美国得克萨斯莫比蒂(Mobeetie)油田宾夕法尼亚系扇三角洲。

扇三角洲的沉积模式由于受地质构造、气候、河流与海洋或湖泊相互作用、陆棚宽度和陆坡的坡度以及相关沉积体系等多方面的影响，几乎每个扇三角洲的沉积组成和结构都不相同，如前所述，扇三角洲的模式很多，很难用一个综合模式来概括各类扇三角洲的特点。1984年Ethridge和Wescott认为在扇三角洲四个沉积分带中，扇三角洲前缘是区别不同类型三角洲的关键。扇三角洲前缘的几何形态及沉积相组合是盆地边缘沉积状况和构造背景的反映。所以，他们根据扇三角洲前缘的地质地理背景特点总结出三种扇三角洲沉积模式，即陆棚模式(Shelf model)、斜坡模式(Slope model)和吉尔伯特型模式(Gilbert－type model)(Wescott和Ethridge，1990)。在裂谷盆地中，在断层的下盘通常发育深水斜坡型和吉尔型扇三角洲，而在断层上升盘通常发育富砂的陆棚型扇三角洲。

一）陆棚/缓坡型模式

陆棚型扇三角洲发育在坡度低缓而宽阔的陆棚海边缘，又称缓坡型扇三角洲，如箕状凹陷的缓坡一带。陆棚型扇三角洲模式是根据阿拉斯加东南海岸以科珀河扇三角洲为代

表的一些扇三角洲的沉积特点所建立的（图9－45）。表示陆棚型扇三角洲的沉积模式。陆棚型扇三角洲沉积因陆棚开阔不会被陡坡所终断，所以其沉积体可以向盆地方向推进很长的距离。扇三角洲上、下平原、前缘(过渡带)和前扇三角洲四带分异明显，形成砾—砂—泥连续过渡的进积序列，具有发育良好、明显清晰的向上变粗的层序。

扇三角洲陆上平原部分与其它类型扇三角洲一样具有冲积扇和辫状河沉积的特点。前缘过渡带常受波浪和潮汐作用影响，可发育富砂的海滩和临滨带沉积，或潮坪—泻湖—障壁坝岛等沉积体系。前扇三角洲以富含生物化石和生物遗迹的泥质为主，并与陆棚泥过渡。

二）斜坡/陡坡型模式

斜坡型扇三角洲沉积模式主要是根据牙买加东南部耶拉斯扇三角洲的沉积特点所建立的。该模式可适用于进积到岛坡、陆坡或断陷盆地陡坡带边缘的扇三角洲。扇三角洲沉积的正常序列(陆上平原带+前缘带+前扇三角洲带)，在陆棚边缘坡折处常因坡度突然变陡而截断，代之以峡谷头部和峡谷中的滑塌作用和重力流作用，粗碎屑沉积物可以越过陆棚边缘直接沉积在斜坡上和盆地中，从而使向上变粗的层序复杂化。

扇三角洲平原近源部分（即上三角洲平原部分）主要是在限制性水道中阵发性急流沉积的分选不好的块状砾岩，它们常与浅的辫状河纵坝形成的砾岩和砾状砂岩互层，砾岩与砾状砂岩具粗糙的平行层理，砾石最大扁平面倾向陆地方向。陆上平原的远端也由辫状河道的砾岩和砾状砂岩组成，亦具有粗糙的平行层理和叠瓦状组构，但有少量的槽状交错层理发育。如在干旱或半干旱地区，近源部分辫状水道不如湿地扇平原发育，而出现较多的碎屑流沉积和筛积物夹层。

扇三角洲前缘过渡带发育了海滩和临滨带。主要沉积物为分选好的砾岩和砂岩。砂岩显平行层理、冲洗交错层理。砾岩具向海倾斜的叠瓦状构造。少量细粒的有机质沉积物可能代表孤立的海岸泻湖和三角洲间湾沉积，含有化石及潜穴。

斜坡沉积主要由海相泥岩和杂基支撑的砾岩组成，常具有滑塌变形构造。在斜坡带至盆地边缘，沉积物碎屑流、泥流、颗粒泥液化流及滑动构造非常活跃，可形成海底扇。海相泥岩中化石丰富，生物搅动构造发育。

我国松辽盆地十屋断陷的孤家子－八屋南小II气组扇三角洲也属于这一类型，该扇三角洲发育于断陷湖盆沉积时期，河流入湖地形坡度较陡，沉积物近物源，堆积速率快。该扇三角洲形态似朵状，总体上由南北从三角洲平原过渡到三角洲前缘。主要发育有分流河道、分流间湾、水下分流河道、河口坝、席状砂及前三角洲泥等微相。

三）吉尔伯特型模式

最早被吉尔伯特(Gilbert，1885；1890)研究的美国邦维尔湖(Lake Bonneville)的三角洲实际上是个典型的湖泊扇三角洲。该扇三角洲以具有顶积层、前积层和底积层三层构造为特征。因此，Ethridge和Wescott便将具有这种特点的扇三角洲称作吉尔伯特型扇三角洲。吉尔伯特型扇三角洲不仅有湖泊环境的，而且也有海洋环境的。特别是在受保护的低潮差、小波能的峡湾背景，常有吉尔伯特型扇三角洲发育。

吉尔伯特型扇三角洲的顶积层是由冲积扇下游河道迁移所形成的。大量推移质载荷在河口地区快速堆积，并在重力作用下从坝顶向下崩落，形成由粗粒沉积物组成的陡斜前积层。前积层在没有外力的影响下倾角可达到35º左右。细粒沉积物则以悬浮载荷被水流继续向盆地内搬运，并在更远的地方沉积下来形成底积层。由于吉尔伯特型扇三角洲形成的前积层坡陡水深，常引发重力滑动和演变为高密度浊流。因此，在细粒的底积层中常有碎屑流和浊流沉积夹层与其共生。

典型的吉尔伯特型扇三角洲的平面形态一般为扇形，其垂向层序具有明显的向上变粗特点。进积到湖盆的吉尔伯特型扇三角洲的沉积物的粒级范围从粗粒级(砾石) 至细粒级(粉砂和泥)都有，因为等密度轴状入流和稳定低能的湖水有利于细粒沉积物沉积；而进积到海中的吉尔伯特扇三角洲主要为粗碎屑沉积物，因为悬浮的细粒载荷多被波浪和潮汐作用带到距扇三角洲更远的地方沉积。总之，粗粒级、河控型、高建设、迅速进积并以惯性作用为主是吉尔伯特型扇三角洲的共同特点。吉尔伯特型扇三角洲与其它类型扇三角洲的最重要区别是存在一个大型的、坡度陡斜的砾质前积层。前积层后端近源部位的层序中缺失底积层(Massari和Colella，1988；Colella，1990)，并以高角度下超在基底岩层上。1

湖泊扇三角洲的类型与沉积特点在我国中、新生代陆相断陷湖盆中，扇三角洲极为普遍，常构成重要的油气储层。湖泊扇三角洲多分布在近岸水域，对构造和气候的变化十分敏感，这些变化多导致湖水位的升降和湖岸线的进退，从而影响沉积作用和沉积相的差异。通过对我国大量湖泊扇三角洲砂体实例的分析，并参阅国外关于扇三角洲沉积的模式，可将我国一些油田的湖泊扇三角洲沉积相的砂体归纳为三种类型：水进型、水退型和吉尔伯特型，这三种类型的扇三角洲在亚相及微相的划分与名称上各有不同。

（一）水进型模式

该类扇三角洲是山地河流出山口后就直接进入湖盆浅水区所形成，几乎全部没入水下的扇形砂砾岩体，它一般发育于断陷湖盆的陡坡一侧，距物源近，缺失陆上扇环境。周围泥岩的颜色为灰绿色和浅灰色，含浅水生物化石，说明为滨—浅湖环境。该类扇三角洲一般形成于湖进阶段，常缺乏向上变粗的沉积序列。该扇三角洲的岩性，形态和分带特点类似于山麓冲积扇，可进一步划分为扇根、扇中和扇端三个砂体亚相带

二）水退型模式

水退型扇三角洲多形成于湖盆深陷后回返的初期。在我国中、新生代断陷湖盆短轴陡岸一侧，这类扇三角洲普遍发育，典型实例如辽河盆地欧北－大湾地区沙三上扇三角洲，该区沙三上主要发育两个水退型扇三角洲。水退型扇三角洲多形成于湖退期，随着湖泊逐渐收缩，不断向湖中心推进，出露水上的扇三角洲平原部分愈来愈大，并向河流相转化。此类扇三角洲相带一般发育齐全，并见发育良好的向上变粗的层序特征，可划分为扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前(扇)三角洲。

三）吉尔伯特型模式

吉尔伯特型扇三角洲亦常见于古湖泊中，常见于湖盆的断裂边缘和陡坡地带。在我国中、新生代陆相断陷湖盆中，该类三角洲的实例也较多，如泌阳凹陷双河油田核三段扇三角洲和陆西凹陷马家铺地区九下段的扇三角洲便属于这种类型(王寿庆，1988；张金亮等，1993)。该类扇三角洲具有明显的三层结构，即顶积层、前积层和底积层。

1、顶积层(扇三角洲平原)

主要为扇三角洲平原的辫状河道沉积，沉积物由杂基支架至碎屑支架的砾岩、砂砾岩和砂岩为主的粗碎屑构成。厚度可达数十米的河道砂体由河道中的纵坝和横坝沉积而成。河道间沉积物多为紫红色和杂色泥岩，可含结核和见泥裂，在河道中还可见到高角度斜层理和交错层理。

2、前积层(扇三角洲前缘)

前积层为扇三角洲砂体最发育部分，主要由具高角度前积层的砂砾岩和砂岩组成，可进一步划分为水下分流河道和前缘砂坝等砂体微相。

(1)水下分流河道

主要由砂砾岩和砂岩组成，高角度斜层理发育，局部砾石呈定向排列，层内冲刷面和滞留砾石，泥砾很多。河道间沉积主要为砂泥岩互层，为洪水期水道漫溢或决口形成。分流河道沉积的自然电位曲线以箱形和齿化箱形为主。

(2)前缘砂坝

在吉尔伯特型扇三角洲沉积层序中，见高角度前积层的砾石质砂坝非常发育。砂砾岩单层厚度一般大于1.5m，底部与下伏地层多为突变接触，砾石多呈叠瓦状或显定向排列，所示前积层角度25°～45°，多显向上变粗的层序特点，亦可出现层内粒度多次粗细相间变化的特点。向盆地方向，砾质前积层逐渐变为砂质前积层，砂层顶底部多为渐变并由下向上显示出细—粗—细的层序特征。在河口坝的外侧可发育厚度较薄的前缘席状沙，并逐渐向底积层过渡。前缘砂坝的自然电位曲线为齿化漏斗一箱形组合和前积式指状。

3、底积层(前三角洲)

底积层即为前(扇)三角洲细粒沉积，岩性为灰色至深灰色泥岩、页岩和油页岩，可夹少量薄层粉砂岩，自然电位曲线多为低平直线。1