[科普中国]-三角洲层序

简介

三角洲的垂向层序最常见的是三层结构，即顶积层、前积层和底积层，尤其以吉尔伯特型三角洲为典型。三角洲向蓄水盆地推进且当物源较充足时，剖面上三角洲呈明显的反旋回加层序，即从下到上依次为前三角洲泥－三角洲前缘带－三角洲平原带,其中前三角洲泥带与三角洲前缘带组成反韵律，而平原部分为正韵律；这种情况主要发生在湖/海退的情况下，砂体不断向湖/海推进。当湖/海进时，三角洲发生退积，垂向剖面现现正旋回，即自下而上为三角洲平原－三角洲前缘－前三角洲，这时河口坝不发育，主要为水下分流河道沉积，三角洲容易改造为席状砂；如果湖/海侵进一步加大，三角洲可能会停止发育，而被湖/海相泥所覆盖。但总的来说三角洲多以湖/退退阶段的类型为主，且这种类型三角洲易形成大的油气田。不同类型的三角洲其沉积序列特征有所不同，其中河控三角洲的沉积序列在地质历史中最易于保存，而且研究的较为详尽和深入。浪控三角洲的沉积序列常常与海岸砂的沉积序列不易区分。1

河控三角洲的层序特征机理1、长形(或鸟足状)三角洲沉积机理

这种三角洲以河流作用为主，由于海水作用弱，河流的泥砂输入量大，特别是砂与泥比值低，悬浮负载多，因而有利于建造起天然堤，使分流河道趋于固定；同时，也可沉积很厚的前三角洲泥。河口坝也发育，它们向前延伸，直接覆盖在厚层的前三角洲泥上，并可以很快地沉陷在其中，大部分保存下来，形成特征的“指状沙坝”。分流河道内最大湍流线及湍流量位于河道深部并靠近两侧，尤其是在河床较平时更是如此；这些湍流线伴生有最大的切割冲刷，因而，沉积物多被抛向湍流较小的部位。大量的河流载荷物被推向中心，形成了河道中心浅滩。在河口入海处，河道水流继续向前并建立喷射流入海，这时水流脱离了固定河岸的限制，很快向两边以一定程度散开，加宽喷射流，减小速度，最终消失其流动能量。

靠近限制的河岸前端，喷射流比较集中，并向前运动进入静水体；喷射流的散开导致最大强度湍流线间距扩大。在每个湍流线下面存在切割冲刷的趋势，而湍流互换过程把大多数输入物质送向两侧的边缘静水体中。这样，在每个湍流线外侧形成了一个水下天然堤沉积。沉积物同时也被引向河道中心比较宽阔的静水环境中，沉积成一个浅滩。河道就此沿中心浅滩分叉成两个分支流河道。新的分支流河道又形成它自已的边缘最大湍流线，在每个新河道河口又形成新的分叉过程，只要波浪和沿岸流不产生相反的破坏作用，这一进程将继续发展，河道以几何级数增长，三角洲也不断向前生长和折进。鸟足状三角洲这一沉积过程，不仅使三角洲平原上的分流河道多发育为顺直河，沉积了伸长型的分流河道砂，而且使三角洲前缘砂体也以垂直岸线伸长为特征，形成所谓“指状砂坝”。

2、朵状三角洲沉积机理

该三角洲的平面形态像一个向海（或湖）突出的半园形或扇形。其前缘有的地方凸出(分支流口)，有的地方凹进(分流间湾)，略呈锯齿状。与长形或鸟足状三角洲相比，此类三角洲的泥砂输入量少一些，而且砂与泥比值较高，海水波浪作用有所加强。因此，河口坝覆盖在较薄的前三角洲泥之上，沉陷也较慢，致使三角洲前缘的砂易于被海水冲刷和改造，使之再次分布于各分支流之间，形成席状砂层，并与各分支流的河口坝连接起来。

此类三角洲的河口坝远不及鸟足状发育，波浪的后期改造明显加强，地形坡度也较前者要陡，正因为如此该类垂向厚度相对较大，但平面的展布范围可能相对较小，但由于受波浪和潮汐改造作用较强，因而砂体之间连通性较好。该类三角洲主要的沉积体是朵叶，具有很重要的侧向加积机理所产生的透镜状单元，砂的高含量带可以勾画出垂直于盆地边缘的朵叶轮廓。1

特征由于可形成大的旋回性沉积，河控三角洲在形成发育过程中，不断地从陆地向海盆/湖盆方向推进，其结果是形成特有的前积垂向沉积层序。一般来说，底部为前三角洲泥，向上依次出现三角洲前缘的砂和粉砂沉积，最上面覆盖着三角洲平原的较粗粒分流河道沉积和细粒沼泽沉积，大体上为一下细上粗的反旋回沉积序列，即所谓的进积型沉积序列。

通常这种三角洲可分为两大部分组成：水下及陆上两部分，总的特点是：由下向上总的粒度由细变粗，至分流河道砂沉积则因河流旋回本身的特点，向顶部变细，这就构成了一个由下向上、先反后正的复合层序特征。此典型层序的产生，是由于河流作用为主所形成的三角洲前缘沉积不断向海推进的结果。

总的来说此类层序具有以下三个特点：

①粒度为从下向上呈现出由细变粗的反韵律沉积，但在层序的上部可局部出现次一级下粗上细的正韵律，随着粒度的变化，沉积构造发生相应的变化。

②海陆相生物化石混生或交互出现。海生生物化石向上减少，主要分布在底部的浅海陆架泥岩中，而植物化石则向上增多，甚至出现炭质泥岩或煤层。

③流水沙纹及其分别产生的交错层理共生。

这种沉积层序特征是由于三角洲向海盆(或湖盆)逐渐推进的进积作用所造成的，分流河道携带大量的沉积物，从三角洲平原流向海盆或湖盆。由于水流能量的突然减少，大部分较粗粒的负载沉积下来，形成分流河口坝。其余较细粒的物质呈悬浮状态被水流携带至离河口较远的地方，形成远沙坝和前三角洲的粉砂和泥，而且离河口越远沉积物越细。

河控三角洲层序形成具有旋回性，一般分为两个阶段，即建设阶段和破坏阶段。在建设阶段，活跃的进积引起前三角洲淤泥被三角洲的前缘粉砂和砂重新覆盖，反转过来它又被河口砂坝重新覆盖，基本上由砂岩组成，然后被三角洲沼泽沉积物、有时包含褐煤层所覆盖。而破坏阶段，如果造成一个缺口，三角洲朵叶可能被废弃，那末顶部的地层被波浪和水流侵蚀，而且可能完全重新改造和重新分配。

Elliot（1974）总结了河控三角洲分流河道的垂向层序中及沉积构造类型，在河控三角洲中具有一系列侵蚀面的块状层理；薄层透镜体或粘土、粉砂岩和粘土夹层的平行层理和波状层理常见；小型到大型的对称或不对称的波痕、槽状交错层理丰富。

对于河控三角洲的垂向层序，不能简单地视为向上变粗的特点，在某些情况下，如同时受两个

分流河口的影响，则有可能随两个分流河口的增大或减小而变得复杂，典型的实例如英格兰北部石炭纪三角洲，可以看出该三角洲平原垂向层序随条件的变化而出现差异。

以上这种层序，是在沉积物的沉积速率(Rd)大于盆地的沉降速度(Rs)，即Rd/Rs>1的情况下产生的。另外，三角洲在形成发育过程中，并不是始终固定在一个位置不动，而是前后、左右的迁移和摆动；这就造成了三角洲常常显示其旋回性。1

浪控和潮控三角洲层序特征机理1、浪控三角洲沉积机理

此类三角洲的特点是：一般只有一条或二条主河流入海，分支流不多也不大；河流输入海的泥砂量少，砂与泥的比值高；而且波浪作用大于河流作用。因此，由河流输入的砂泥很快就被波浪作用再分配，于是在河口两侧形成一系列平行于海岸分布的海滩脊砂或障壁沙坝；而且在河口处才有较多的砂质堆积，形成向海方向突出的河口，形似弓形和鸟咀状。

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沙坝，挡住河口形成封闭型的鸟咀状三角洲。

海洋有足够的波浪、沿岸流作用时，分流河携带入海的碎屑物，可以被很快地沿岸散开，阻止天然堤的生长和分流河道分叉，使三角洲保持一个稳定、圆滑的前缘，这时就形成弧形三角洲。在一些情况下，只有一对天然堤向前积，则形成尖头状三角洲。弧形三角洲的形成过程大致如下述：

初期，一个分流河道入海大河口形成一个比较小的河口坝，河口坝离原始海岸有一段距离，约为河道宽度的4倍；河口坝通常还被从河口放射状分散开的一些水下河道切成几段。坝顶为砂质沉积，坝后为粘土和粉砂及少量砂，从坝顶向海(坝前缘)沉积物由砂渐变为粉砂和泥。

此后河口坝不断地向上和向海生长，当高出海面时，植被生长，进一步捕集细粒沉积物，使河口坝逐渐与陆地连接，早期河口坝渐变为三角洲平原的一部分，分流河道穿过切割老河口坝，在岸外又形成新的河口坝。当第二期河口坝向上和向海加积到出露海面后，分流河道又穿过它而向海沉积第三期河口坝；如此继续进行，使三角洲不断向海前积。后期河口坝总沉积于前期的外前缘和前三角洲沉积物之上，由河口坝新形成的三角洲平原，在两期河口坝沉积的顶脊间，往往形成一些小的浅水湖沼。

这样形成的三角洲，其主要特征是沿整个三角洲平原的前缘带形成狭长的、环岸的河口坝砂体带。弧形三角洲与鸟足状三角洲不仅在河口坝砂体特征上有着明显的差异，而且表现在分流平原沉积上也有很大的差别。弧形三角洲平原上出现广泛的受潮汐影响的沼泽环境，并出现很多小型曲流河。这些小型曲流河连接于主干分流河道，在较大的潮差影响下，从主干分流河道分支而出的小型潮汐河道，在三角洲平原上易于自由移动而形成曲流型，因而沉积了很多小型点砂坝和废弃河道充填沉积。而鸟足状三角洲分流河道迁移很小，出现很小的点坝砂。

2、潮控三角洲沉积机理

有些河流注入了海水潮汐作用较强的地区。潮汐作用的强弱对三角洲砂体的形成起着重要的控制作用。在潮汐作用较强的地区，由于潮汐的影响，加入港湾控制，故又称港湾型三角洲。如潮汐作用加强，双向的潮汐流和河流洪水的冲刷作用，常将河流携带来的沉积物在河口的前方改造成线状潮汐沙坝；这些沙坝平行于潮流方向，在河口的前方呈裂指状放射分布，它们充填于潮汐之内或其两侧。

不同类型的三角洲前缘沉积特点有所不同，河控三角洲的河口砂坝沉积厚度较大。波浪控制的三角洲河口坝与海滩砂脊共生，这是由于波浪的改造作用所致，海滩砂脊分选好，具对称波痕。而潮控三角洲前缘沉积无疑应见到潮汐作用的特征层理类型及双粘土层等构造。

在潮差很大的河口，形成潮控的港湾型三角洲，如现代科罗拉多三角洲，河口潮差高达8m，碎屑物的分布明显受潮流的影响。涨潮和退潮期间出于分流河道中的反向水流，可能成为沉积物扩散能量的主要方式。在分流河道内及其朝海的方向上，沉积物可以被反复搬运沉积，形成一系列平行于潮流方向的线状或指状砂脊。

三角洲前积的速度决定于河流洪泛期与海洋风暴期的相互关系。河流洪泛期正处于海洋作用较小时(无风暴)，三角洲迅速前积；风暴期强烈的洋流和波浪作用，特别是非洪泛期时，会部分地破坏三角洲沉积，减缓三角洲的前积速度。

特征浪控和潮控三角洲的层序通常也为下细上粗的反旋回沉积，但是，它们为破坏性三角洲，故其形成的三角洲层序不如河控三角洲层序那样完整。

古代三角洲前缘亚相垂向层序特征也反映了水体的性质与能量的变化，河控的三角洲前缘呈现为大型的、向上变粗的层序从细粒远岸沉积开始，向上变为以砂岩为主的近岸沉积，是由于河流作用使三角洲前缘向海推进的结果。在浪控的三角洲前缘沉积层序的底部，细粒段经常发育不好，这是因为波浪作用将紧邻三角洲前缘的悬浮物改造，并分散漂移至更远地带所致。中部与上部所见分选好的砂岩具对称波痕及冲刷构造，足以证明波浪的改造作用；即在三角洲平原之上往往被海岸砂沉积所覆盖。

然而，潮控的古三角洲前缘垂向层序的最大特征在于近顶部见有双向交错层、复合层理及再作用面构造等，以及潮汐砂坝及坝间水道沉积交替组成的特征。1

三种类型三角洲垂向层序对比河控、浪控及潮控三角洲的层序及剖面结构不同，河控三角洲平原部分主要由分流河道与分流间湾的沼泽及海湾组成，具有较厚的三角洲前缘沉积，并以河口坝为主。浪控三角洲平原部分由河道、海滩、砂脊、障壁岛及沼泽沉积组成；其前缘部分厚度较小，原因是河流带入海的砂被波浪改造而再沉积成海滩或砂脊。1