03 河口湾与三角洲沉积

1海洋沉积学MarineSedimentology主讲：魏金辉23各论3.2河口湾与三角洲沉积3.2.1河口湾与河口湾沉积3海洋学上的河口湾：半封闭的、与开阔海洋自由沟通的、某种程度上被大陆淡水冲淡的沿岸水体，上界为氯度0.01‰界线。地貌学上的河口湾：海水进入河谷的入口湾，上界为潮流界或沉积物进行双向搬运的上界。根据水动力性质和强度，河口区分为近口段、河口段及口外滨海等三段一、河口湾概述4黄河和长江三角洲（空中鸟瞰）•河口湾是被海水淹没的河口，也可以看成是位于河口的海湾。河口湾的外形多呈喇叭状；•主要营力为潮汐作用与河流作用；二、河口湾环境特征5•河口湾的发育与潮汐作用、河流作用的强弱密切相关。潮汐作用远大于河流作用的河口区，利于河口湾的形成。•河口湾地区是河流水流与潮汐水流强烈交锋和汇合处，河流和潮汐的流量关系决定了水体的分层和混合特性。潮汐弱、河流流量强时，河流淡水于盐水楔上，明显层状；随着潮汐渐增和河流流量减弱，咸淡水垂向梯度变化渐小，直至完全混合呈均匀状态，使河口湾区形成了海陆过渡、咸淡水混合的半咸水环境。•潮流是往返的双向流。涨潮时，潮水顺河口溯河而上，出现河流壅水现象；退潮时，潮流强烈地冲刷河床，导致河口湾加深、展宽，更利于潮汐、波浪大规模入侵，使河口湾两岸产生沉积，形成河口湾浅滩。二、河口湾环境特征6•淡水与盐水至少在部分时间内是呈相反方向流动的。在二者之间的混合带内，含砂量高于上层的淡水与下层的盐水，因此又称最大混浊带。混浊带是水流循环的结果。河流挟带的泥砂逐渐沉降到混合带，而当泥砂下沉到海水层时，又随海水逆向搬运，重新进入淡水层；•河口湾的沉积物来自海洋与河流。在河流挟沙量低的河口，沉积物主要来自经风浪搅动的浅海悬浮载荷，在河流挟沙量大的河口主要以砂质沉积为主。二、河口湾环境特征7依据咸淡水关系的河口湾分类：①咸淡水明显分层或具有咸水楔的河口湾②咸淡水部分混合的河口湾依据成因的河口湾分类：①沿岸平原河口湾——原先的河谷被全新世海侵淹没而形成②峡湾——冰川侵蚀作用而形成③断块河口湾——局部或区域性地质构造作用而形成三、河口湾的分类8依据自然地理特征的河口湾分类：①海岸平原型—发育在潮汐活动强的海岸平原上的溺谷内②溺谷型—由下沉河谷被全新世海侵淹没而成③峡湾型—多发育在构造活动强、地形起伏大的海岸带，为下沉的冰川谷④砂坝型—因沉积物侧向迁移在口门处形成沙嘴而使其部分封闭⑤堵塞型—沙嘴使河口大部分封闭，只余一进潮口⑥三角洲前缘型—河流叉道间海湾⑦构造型—多出现于前缘海岸，因断裂而产生下沉形成河口湾(据Fairbridge,1978)三、河口湾的分类910径流：搬运碎屑物质至河口湾；使湾内水体不断更新，保持其盐度梯度；驱动扩散碎屑载荷的河口环流。波浪：侵蚀海岸；使沉积物再悬浮，进而影响沉积过程潮汐：直接影响湾内潮流流速；咸淡水混合的能量来源；底质再悬浮和再搬运的动力来源三、河口湾的水动力特征1、水动力要素11盐水楔型部分混合型强混合型(据Postma,1984)河口环流的类型盐水楔型：弱潮河口，以河流作用为主，淡水在咸水之上，咸水呈楔状体位于下层，淡、咸水层间存在盐跃面。咸水向上扩散，但混合作用只发生在接触带附近，环流的驱动力主要为径流，悬浮体主要来自径流，堆积成河口砂坝。部分混合型：中等潮差河口，潮流作用增强，潮流产生较强的湍流使咸、淡水发生扩散，两者间不存在明显界面。悬浮体来自径流和外海，堆积成浅滩。强混合型：潮差和潮流流速都很大，完全破坏了水体的垂向盐度梯度，但纵向的盐度梯度仍存在。水体表现为横向混合，悬浮质向海或横向扩散，最大浊度带出现在口门附近，底质极易发生再悬浮。3、河口环流三、河口湾的水动力特征12①水动力：河口湾泥沙沉积的根本原因②凝絮作用：粘土矿物沉淀的化学机制（相互频繁碰撞、彼此能粘结在一起）③生物作用：生物粘结作用、生物粪粒、改变底质稳定性四、河口湾沉积作用的影响因素13以分选较好、圆度较高的细砂和泥质主。•砂、泥比例取决于潮汐和河流强度及泥砂的供给状况。•砂层中常夹泥质薄层（强潮扰动悬浮物，在高、低潮或平潮和停潮时期流速最小时沉积所致，它是判别潮汐河口环境沉积的重要标志之一）。五、河口湾沉积的特征1、岩性特征各种复杂多样的层理构造。2、岩性特征14以含有较多的受限制的或半咸水动物群为特征。•常见的有介形虫、腹足类、瓣鳃类等广盐性生物。•生物个体：由陆向海变多变大，可见树干和植物碎片等。五、河口湾沉积的特征3、生物化石砂体长轴与河口湾轴向平行，且纵向延伸较远，宽度数十米～数百米。•垂向剖面由细分层现象，并有旋回性。4、岩体形态15泥质潮汐水道迁移所产生的沉积序列砂质潮汐水道迁移所产生的沉积序列五、河口湾沉积的特征6、沉积相序列16荷兰马斯河口湾中的沉积构造及沉积层序（据VanBeekandKoster1972）河口湾正旋回序列五、河口湾沉积的特征6、沉积相序列•垂向上为向上变细的沉积层序。•上部单元：发育了脉状、波状、透镜状层理及小型槽状交错层理。•中部单元：由大型、小型双向交错层理构成，流向双向性（受潮沙流影响）；向上部层系厚度明显减小，表明流速明显减缓。•下部单元：由大型单向交错层理组成，说明古流向是单向的。单个层系可达1m厚。17河口湾反旋回序列五、河口湾沉积的特征6、沉积相序列18弱潮差，以盐水楔型河口环流为特征，底部平坦，没有明显的潮流通道，又称静水河口湾。盐度变化是决定沉积环境特征的最重要因素。沉积物主要来自河流悬浮体的沉积作用，为纹层状粉砂和粘土，可夹薄层状或透镜状砂层。沉积物颜色呈黑、灰、绿及褐色。特征的沉积构造为由粗、细物质交互而成的水平纹层构造，或由于悬移载荷的季节性变化，或由于有机质种类、丰度的变化而造成。亦可出现潮汐层理。常见介壳和植物碎片，有时可富集成断续的层。或出现牡蛎礁。潜穴、生物扰动构造可广泛发育。五、河口湾沉积的特征7、低能河口湾19潮差中至高，环流为部分混合型至强混合型，又称潮控河口湾。具漏斗状形态，搬运沉积过程主要与潮流作用有关。湾内广泛分布砂质沉积，只在湾的边缘出现泥。中潮河口湾分布涨潮三角洲和沙坝（与潮流流向垂直）；强潮河口湾出现与潮流流向平行的潮流沙脊，其物源主要来自外海。沙体上发育了大的底形（沙坝及沙丘）以及羽状交错层。交错层局部具有双向性，但以倾向优势流向的为主且规模亦较大；单向的交错层为板状及槽状。生物扰动构造只发育在湾顶附近。五、河口湾沉积的特征8、高能河口湾2021（据Hayes，1976）五、河口湾沉积的特征8、高能河口湾22在剖面中常与陆相（海侵序列）或海相地层（海退序列）相接，并常和障壁层序共生。单个旋回不厚，多由若干个旋回组合在一起，分布范围仅为数十或数百平方公里。弱潮河口湾层序具有向上变细的趋势，粉砂、泥是最主要的沉积类型。中、强潮河口湾层序此趋势不明显，且砂质占一定比例。具有交错层理构造以及潮汐层理构造，以潮汐作用为主的河口湾常发育大型交错层理，交错层具有明显的双向性。含有丰富的半咸水至正常海相生物，但门类有限。五、河口湾沉积的特征9、河口湾沉积的判别标志23河口湾的主要沉积单元是潮道、浅滩及潮坪；潮道的充填序列自下而上通常为：基底冲刷面-含介壳的滞留沉积-大型双向交错层的或浅滩砂岩-平行纹层或低角度交错纹层砂岩（潮汐砂坝）；细粒河口湾沉积由砂泥薄互层组成，反映水流强度的周期性变化；特征的层理为透镜状层理、波状层理和压扁层理以及大型双向交错层理。五、河口湾沉积的特征9、河口湾沉积的判别标志24柞水石瓮子龙洞沟组底部河口湾相多阶冲刷面构造253各论3.2河口湾与三角洲沉积3.2.2三角洲与三角洲沉积26三角洲：河流在一个稳定的水体中或紧靠水体处形成的部分出露水体的沉积体（Barrell，1912）。•三角洲沉积体系受河流、海洋共同作用•从陆上一直延续到水下•属于大陆与海洋之间的过渡环境和过渡类型的沉积体•三角洲环境包括陆上和水下两部分沉积区一、三角洲环境及其形成过程1、三角洲概述27三角洲的增长和向海的推进可以较快，例如长江每年平均增长速度为40m，黄河则为300～400m。黄河三角洲长江三角洲珠江三角洲28尼罗河三角洲29①河口砂坝和河道分叉的形成河流入海的河口区，水流展宽和潮流的顶托作用使流速骤减，底负载下沉而堆积成水下浅滩，逐渐露出水面，形成河口砂坝。进而水流形成两个分支河道，并向外侧扩展。分支河道向前发展，在河口处又会出现新的次一级河口砂坝。这一过程的不断重复，就形成了一个喇叭形向海延伸的多叉道河网系统，三角洲的雏形随之形成。一、三角洲环境及其形成过程2、三角洲的发育过程303132②决口扇的形成与三角洲的延伸随河床淤高，泄流不畅，洪水季节洪流冲决天然堤，呈散流倾泻于滨海平原或叉道间海湾，沉积物逐渐淤积而成决口扇滩，从而使三角洲在横向上逐渐扩大。旧河道淤塞，泥砂供应断绝，原来的三角洲废弃；而在其旁侧新河道入海处，新的三角洲开始发育成长。随着时间的推移，三角洲的废弃和发育相互转化，交替出现，结果各三角洲彼此连接和部分叠合，形成三角洲复合体。一、三角洲环境及其形成过程2、三角洲的发育过程33美国密西西比三角洲34①陆源物质供应持续：沉积物大于海洋或湖泊对沉积物的疏散量，保证三角洲进积的基本格局，是形成三角洲的物质前提。②沉积物输运的稳定载体：河流是将陆源物质稳定持续输运入海/湖的主要载体。其输运能力取决于径流量和泥沙供应量，后两者与气候即地质构造相关。③长期稳定沉降的汇水盆地：长期处于沉降状态的汇水盆地既为三角洲沉积提供容纳空间，也同时影响三角洲沉积物的输运。一、三角洲环境及其形成过程3、三角洲形成的必要条件35三角洲的形成受多种因素的控制，归纳起来，主要有以下几方面：①河流的作用：河流的流量和输砂量是形成三角洲的物质基础。流量和输砂量越大，最大流量和最小流量的比值越高，越有利于泥砂在河口的堆积，即有利于三角洲的形成。一、三角洲环境及其形成过程4、三角洲形成的控制因素36a.河水密度等于蓄水体密度。为等密度流动，属轴状喷流。河流进入淡水湖泊，就会出现这种情况，从而形成湖泊三角洲。一、三角洲环境及其形成过程4、三角洲形成的控制因素②蓄水体（海、湖水体）的密度与河水密度的差异3737b.河水密度大于蓄水体密度。为高密度流动，沿底部呈平面喷流形式。如大陆坡海底峡谷中的高密度浊流在深海底形成海底扇即属于此类型。一、三角洲环境及其形成过程4、三角洲形成的控制因素②蓄水体（海、湖水体）的密度与河水密度的差异3838c.河水密度小于蓄水体密度。为低密度流动，属严格的平面喷流类型。通常发生在河流入海处，形成以河流作用为主的海成三角洲。一、三角洲环境及其形成过程4、三角洲形成的控制因素②蓄水体（海、湖水体）的密度与河水密度的差异39③蓄水体的水动力作用：波浪。潮汐、海流可对河流输入的泥砂进行改造和再分配。当海洋水动力作用远远超过河流作用时，就不可能形成三角洲，或者使原有的三角洲遭受破坏。如我国钱塘江口，潮汐作用极强，河流作用微弱。一、三角洲环境及其形成过程4、三角洲形成的控制因素40黄河入海口水动力作用41④河口区海底地形：河口区海底坡度小、水体浅，有利于泥砂堆积，波浪作用不易直通海岸，有利于三角洲的形成；否则相反。如非洲刚果河河口不发育三角洲，河口附近坡度陡就是原因之一。一、三角洲环境及其形成过程4、三角洲形成的控制因素刚果河入海口42⑤蓄水盆地的构造特征：主要是蓄水盆地的稳定性和沉降速度。一般说来，蓄水盆地相对稳定，或沉降缓慢，沉降速度小于或略等于沉积速度，对三角洲的形成和保存有利。一、三角洲环境及其形成过程4、三角洲形成的控制因素4343根据河流、波浪、潮汐三种主导作用的相对强度分类。比较系统，能表现出三角洲连续变化系列，不仅适用于现代三角洲的分类，同样也可应用于古代的三角洲。二、三角洲的分类1、三端元分类河控三角洲潮控三角洲浪控三角洲4444①高建设性三角洲：河流作用主要是向海盆输送沉积物，不断使三角洲向海进积，起着建设作用，所形成的沉积相称建设相。以建设相为