陆相沉积学-第二章：河流体系

河流体系（FluvialSystem）河流是侵蚀改造大陆地形和搬运风化物质到湖、海中去的主要地质营力！河道是碎屑沉积物的主要输送渠道。辫状河BraidedStream（多河道，低曲度BP1,S1.5)曲流河MeanderingStream（单河道，高曲度BP=1,S1.5)网状河AnastomosingStream（多河道，高曲度BP1,S1.5）河流体系FluvialSystem上游(UpperReach)中游(MiddleReach)下游(LowerReach)一、概述（Introduction）河流类型S:弯曲度，河道长度与河谷长度之比BP:分叉指数，单位波曲波长河道中沙坝的数目河道分叉指数S:弯曲度，河道长度与河谷长度之比BP:分叉指数，单位波曲波长河道中沙坝的数目长江荆江段河曲（卫）黄河曲流河道辫状河道二、河道特征•辫状河道（BraidedStream）：出现在河流发育的幼年期，分布于上游河段，河道不稳定，平面形态呈辫状，水流变化大，沉积物呈底负载搬运，所以又称为“底负载型河道（bed-loadchannels）”。•曲流河道（MeanderingStream）：发育在河流的老年期、分布于中下游河段，河道稳定，较弯曲，水流稳定，沉积物呈底负载和悬浮负载搬运，又呈“混合负载型河道(mixed-loadfluvialsystems)”。•网状河道（AnastomosingStream）：分布于下游河道，河道窄，呈网状，沉积物呈悬浮负载搬运，又呈“悬浮负载型河道(suspended-loadfluvialsystems)”。冲积扇——河流体系——盆内水体山区盆地滨岸平原三角洲（悬移质）冲积扇（辫状河）洪泛平原（曲流河）底负载为主混合负载为主悬浮负载为主河道类型及其流态和负载特征示意图（afterGalloway,1983)河道类型Straight,braided,andmeanderingchannelpatterns三.辫状河沉积特征（BraidedStream）1.1沉积作用（Process）辫状河道在整个河道的宽度范围（或河谷）内发育许多被砂坝分开的河道，河道宽而浅、时分时合，迁移频繁，游荡不定，也称为游荡性河道。由于河道坡降大，流速急，对河岸侵蚀快，一般不发育边滩和河漫滩，而发育心滩。河道内水流也不稳定,为了便于研究辫状河道的沉积作用，简单地把辫状河道的水动力环境划分为短期的洪泛期（floodingperiod）和长时间的低流量期（periodoflowdischarge）。低流量期，水流仅限于河道内，围绕河道沙坝流动，水流速度较小，搬运能力低，较粗的沉积物都堆积下来，并发育为河道沙坝。洪泛期，河道内所有沙坝均被淹没，由于水流快，水体较浅，所有的沉积物颗粒都发生移动，沙坝向下游方向移动，沙坝上游端遭受侵蚀，下游端接受沉积。洪泛期低流量期Flowpatternsassociatedwith(A)highand(B)lowdischargeoverabeddominatedbylinguoidbars.Athighstage,flowisoverthebarswhilst.atlowstageflowisconcentratedbetweenthebars(afterCollinson,1970)1.2沉积特征沉积物较粗，分选、磨圆较差，以砾石和粗沙为主；砾石发育块状、槽状和面状交错层理，砾石呈叠瓦状排列，向上游方向倾斜；沙质发育槽状、面状、波状交错层理和平行层理，局部发育冲刷—充填构造。河道沙坝（ChannelBars）•纵向沙坝（Longitudinalbars）：平行水流方向展布，呈长条形，主要分布于砾石质辫状河道中，沙坝主要由平行层理、底角度板状交错层理砂砾岩构成。•横向沙坝（Transversebar）：垂直水流方向，呈舌状，通常发育在沙质辫状河道中，沙坝内发育高角度板状交错层理砂砾岩。•斜向沙坝（Diagonalbar）：与水流方向斜交，断面呈三角形，沙坝内发育平行层理、低角度板状交错层理砂砾岩。•点沙坝（PointBar）：分布于河道边缘。辫状河道辫状河道沙坝1.3相构成（Facies）垂向序列：自下而上为河道底部冲刷面－滞留砾石层－不明显的槽状交错层理砂砾岩、粗砂岩－清晰的槽状交错层理粗砂岩－板状交错层理砂岩－含泥夹层的交错纹层粉砂岩构成的向上变细的正旋回序列。平面上，直或微弯曲的、连续分布的沙带。剖面上，发育不明显的正旋回，主要由砾石和粗沙构成，泥和粉沙很少，总体上呈“沙包泥”。砂质辫状河的地貌形态单元、床沙形态及垂直层序示意图水流方向底床迁移方向辫状河道垂向序列Schematicverticalsequenceofabraidedriverdeposit.(basedondateofDoeglas,1962)Unit1-large-scale-beddingwithpebbles;Unit2-megaripplebedding,mediumsand;Unit3-smallripplebedding,finesand;Unit4-finesandandmud,horizontalbeddingoccasionalconvolutebedding.Singlecycle辫状河沉积特征心滩沉积河道底部滞留沉积辫状河沉积特征决口扇沉积分支间湾沉积不同类型辫状河道垂直相序列（据Miall,1978）砾质辫状河道至砂质辫状河道沉积序列焉耆盆地宝浪油田四.曲流河的沉积特征（MeanderingStream）•地貌单元（Morphology）1、河道（Singlechannel）:较弯曲，剖面上不对称：凹岸(ConcaveBank)较陡，凸岸（ConvexBank）较缓。2、点沙坝（Pointbar）:又呈曲流沙坝或沿岸沙坝，沿曲流河道的凸岸分布。3、天然堤（Naturallevee）:由洪水期大量的底负载堆积在河道两侧形成，是曲流河内最高的地貌单元。4、决口扇（Crevassesplay）:沿天然堤分布扇形体，由突发洪水造成天然堤决口、沉积形成。5、洪泛盆地（Floodplain）:河道间宽广的低地。在洪水期由于水位增高、溢出河道，发育细粒悬浮负载沉积。洪泛盆地牛轭湖凹岸天然堤决口扇点沙坝河道曲流河亚环境曲流河道水动力特征与沉积作用在蛇曲河道，由于受惯性影响，主流线向凹岸偏移，水流产生一个与凹岸垂直的流体分量，使凹岸水面升高，并侵蚀凹岸；同时，受重力作用形成指向凸岸的底流。上述表流和底流构成一环流，并与纵向水流叠加，共同形成向下游方向移动的螺旋状环流。由于受摩擦力的影响，底流向凸岸流动过程中，流速降低，搬运能力下降，把沉积物搬运到下一个凸岸堆积下来。螺旋状环流（Helicalflow）是曲流河道内典型的水流样式。曲流河道中不对称、螺旋形前进的横向环流的水动力结构示意图（a中实线箭头表示表流流线和流向；虚线箭头表示底流流线和流向）顺时针和逆时针交替沉积作用、沉积物（Sediments）•河道沉积（Channeldeposits）：1.河道滞留沉积（Channellagdeposits）：沉积物较粗，以砾石为主（滞留砾石层），含植干、动物碎片、泥质砾石等，常呈叠瓦状排列，发育块状和不明显交错层理；2.点沙坝沉积（Pointbardeposits）：表现为典型的正旋回序列，自下而上依次为：大型槽状交错层理、板状交错层理中细砂岩、局部夹平行层理细砂岩，小型槽状交错层理细砂岩，波状交错层理粉砂岩及水平纹理、块状层理泥岩。•越岸沉积（Overbankdeposits）：1.天然堤沉积（Naturalleveedeposits）：主要由粉砂岩与粉沙质泥岩组成，发育爬生波痕纹理、波状交错层理及潜穴、生物扰动构造，常含细小的植物碎片；2.决口扇沉积（Crevassesplaydeposits）：主要由砂岩组成，沉积物底部冲刷，向上、向外变细，内部发育正旋回的决口水道沉积；3.洪泛平原沉积（Floodplaindeposits）：是河流体系中分布面积最大、粒度最细的一个相，主要由薄层粉沙和粘土组成，发育水平纹理和较强的生物扰动构造。点沙坝示意图黄河下游部分河段决口扇分布图（据叶青超等，1990）河道废弃与牛轭湖NaturalleveeandrelatedfeaturesofameanderoftheMississippiRiver(afterAllen1965c,originallyfromFisk,1947)悬浮泥质缓慢沉积曲流河道沉积相构成（Facies）平面上：弯曲带状砂体和宽广的的洪泛盆地剖面上：a典型正旋回序列河道砂体；b河道砂体呈叠瓦状叠置；c河道砂体呈透镜状包围在洪泛盆地细粒沉积物中，即“泥包沙”特征。曲流河道垂向序列3.网状河（Anastomosingstream）众多学者研究认为“网状河流是被一些植被岛（vegetableislands）、天然堤和湿地（wetlands）组成的洪泛平原分隔开的，具有细粒沉积物（粉沙和泥）、稳定堤岸、低坡降、深而窄、顺直到弯曲的相互联系在一起的许多河道所形成的网状水系”。实际上，网状河流是快速填积的低能河道和湿地的综合体。3.网状河（Anastomosingstream）网状河流的网状化过程主要与河道的稳定性有关：（1）低的坡降和易固结的细粒河岸沉积物可以使河流水动力具有低的能量和对河岸弱的侵蚀力。（2）植被的发育对稳定堤岸、保持河道的稳定性具有重要作用。现代网状河流在我国有江西鄱阳湖盆地、黑龙江齐齐哈尔段、珠江三角洲地区以及河北滦河流域都有发育。嫩江齐齐哈尔段网状河体系特征：位于平原地区，因地势平缓宽阔，有足够的空间供河流分汊和在横向上扩展。所以网状河流体系规模大，分汊系数一般较高，约为3～5，河道平均宽深比为10～15，坡降为0.014%，弯曲度为1.48。网状河沉积速率较高，14C测年的结果为：河道17～47cm/百年，天然堤为23～165cm/百年。从区域钻孔资料看，嫩江网状河的基底是辫状河沉积，河间漫滩是辫状河心滩逐渐发育而成。由于该地区坡降降低，沉积速率加快，心滩逐渐露出水面，其上滋生植物，接受洪水期细粒漫溢沉积变得十分稳定。网状河道的亚环境网状河道的亚环境：河道、天然堤、决口扇、泛滥盆地、泥炭沼泽。河道：在该体系中十分发育，规模不一（宽达350m～10m），还有常年干枯的废弃河道。这些河道弯曲度可高可低，分汊又合并，在平面上交织呈网状，本身被天然堤所控制，河道之间为广泛发育的漫滩。主河道为粗粒沉积，以含砾中粗砂和砂砾为主；季节性河道以中细砂沉积为主，局部含砂砾。河道砂体内部见多次冲刷现象，砂层多具大型槽状交错层理，尤以上部层理最发育。砂岩以细－中砂岩为主，分选好，成熟度较高；岩性组合垂向呈正韵律，一般为薄的正韵律互相叠置，之间为侵蚀冲刷面，总体上，河道砂岩呈垂向加积特征；自然电位为钟形、窄箱形；粒度概率曲线多呈三段式，含有一定的滚动总体，悬移组分含量较高。网状河道的亚环境网状河道的亚环境：河道、天然堤、决口扇、泛滥盆地、泥炭沼泽。天然堤：河道两侧天然堤十分发育，与天然堤不发育的辫状河和只在凹岸发育天然堤的曲流河相区别。天然堤高出河道1m～4m，宽几m～几十m，其上植物茂密，以泥质沉积为主，夹薄层粉砂岩，泥岩最厚可达30cm，具水平层理，常见植物根和叶，生物扰动强烈。决口扇：也较常见，以细粒沉积为主，大多数决口扇由于被堵塞或水流梯度的降低而丧失水动力而消亡，也可演化成新的网状河道或岸后湖泊。网状河道的亚环境网状河道的亚环境：河道、天然堤、决口扇、泛滥盆地、泥炭沼泽。河间漫滩（江心洲）：是最发育的地貌单元，属湿地环境。面积可达整个河流体系的85％（如嫩江），以细粒沉积为主。在网状河道之间被河道分割包围，一般具平原地貌，其上以草本植物为主，局部生长灌木和高大乔木。浅湖和天然池塘：最为常见。湖盆面积较小，5000～20000m2，常发育于天然堤的外侧。湖泊周围常伴随大片沼泽（泥炭沼）。沉积物以泥质为主，洪水期季节性接受粉砂质细粒沉积。沼泽：常与湖泊、