浅述河控三角洲水下分流河道的形成

浅述建设型三角洲水下分流河道的形成方式

摘要在经典的建设型三角洲沉积模式中，三角洲相可分为三个亚相，即三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。其中三角洲亚相又可以分为水下分流河道、水下天然堤、分流间湾等微相。在经典模式中，水下分流河道完全由入湖或者入海的河流惯性牵引流下蚀冲刷形成。关于水下分流河道的形成模式，除经典模式外，近些年一些研究者通过物理模拟、实地考察、理论分析等一系列工作，分别提出了自己不同的看法。有极端者认为，水下分流河道完全由蓄水体水位较低时期河流在三角洲平原下蚀形成，在蓄水体水位上升之后，水体淹没分流河道而成为水下分流河道；也有学者认为，可以将由于河流从陆上注入蓄水盆地并向前延伸，经历不同的沉积环境，其地貌、水动力等特征差异较大，为此，按蓄水盆地水深、水动力、河流能量等条件，将水下分流河道细分为４带：）高低水位间过渡带、近岸浅水带、中岸中等水深带、远岸深水带等。在这四个带上，由于水动力逐渐减弱，河流的下是能力逐渐减弱以至于完全不具备冲蚀能力。而以上所做的工作在实际的生产中有重要的现实意义：如果水下分流河道由三角洲平原分流河道演化而来，那么河道砂体底部的侵蚀面是一个沉积间断面，可以作为层序、准层序的界面。而如果认为是水下分流河道沉积，则代表水下泥岩与河道为连续沉积，不存在沉积间断。因此，正确认识砂体成因，对精确恢复湖（海）盆演化历史是十分重要。

关键词经典三角洲沉积模式水下分流河道的形成

一、经典三角洲前缘相带模式

三角洲前缘相（delta-front facies）是三角洲相沉积亚相类型之一。三角洲沉积相共分为三个亚相，即三角洲平原亚相（delta-plain facies)、三角洲前缘亚相（delta-front facies）、前三角洲亚相（prodelta facies）。其中，三角洲平原亚相是三角洲的水上部分，三角洲前缘亚相和前三角洲亚相为水下部分。

三角洲前缘围绕三角洲平原的边缘伸向海洋或湖，位于海（湖）平面和浪基面之间，呈环带分布。三角洲前缘一般是三角洲最活跃的沉积中心，由于它位于海岸线地带，河流带入的沉积物迅速的堆积在这里，并经过海洋作用的再改造、再分配，形成分选好、成分纯净的砂质沉积物集中带，沉积物中平均含沙量高达75%以上，泥质和有机质极少，是油气良好的储集体。经典模式中三角洲前缘又可细分为水下分流河道、分流间湾、水下天然堤、分流河口砂坝、远砂坝及三角洲前缘席状砂等。水下河道与水下天然堤亚相为分流河道及其天然堤在水下的延伸部分。它们的物质组成、分选状况和剖面特征彼此相似, 但是水下河道与水下天然堤粒度较陆上明显变细, 反映了三角洲前缘能量强度相对减弱。所以，水下分流河道是由分流河河水在惯性作用下，继续向湖海流动并下蚀冲刷形成。

经典模式中据河口处水体深度，将三角洲分为浅水型三角洲河深水型三角洲。其中浅水型三角洲主要发育在基底稳定，水深较浅(数米至十余米)的克拉通盆地。由于在这种浅而广阔的水域中盆地营力较弱，河流作用显得特别突出。浅水型三角洲的突出特征是以河道砂体为骨架，垂向序列薄而不完整。相的关系主要表现在侧向上。三角洲前缘及前三角洲沉积规模小，发育差，三角洲平原相占居很大比例。因此条带状的分支河道砂体分支多，伸延远，有的甚至可以沿盆地倾向延伸数百千米。三角洲形态呈不规则的分枝状。浅水三角洲分布很广，在地质记录中保存较好的三角洲大都是浅水型三角洲；深水型三角洲是在堆积有巨厚泥质沉积的深盆地背景上发育起来的。现代的密西西比三角洲是其典型例子，但在古代沉积中发现的较少。这种三角洲的突出特征是具有厚而完整的进积序列，骨架砂体呈巨厚的豆荚状。浅水三角洲沉积物中，三角洲平原及分流河道沉积发育，三角洲前缘以发育水下分流河道为特征。分流河道及水下分流河道常强烈冲刷下伏沉积物，切割河口砂坝沉积物乃至先期形成的海相沉积物。笔者认为，即使是浅水型三角洲其水下分流河道的下蚀作用也是很有限的，最多保持到距离河口数十米甚至十几米的地方。而许多现代湖泊三角洲水下分流河道可以延伸很远，有的可长达几公里，其原因是“当河流携带碎屑物入湖后, 因牵引流继续保持水流惯性力, 不易堆积河口坝, 较粗物质顺水下河道继续搬运;当水流挟沙能力减弱时, 泥沙可在河道中暂时落淤；但在河口两侧, 因流速骤减, 较细的粉砂不断沉积并沿水下河道两侧向前延伸, 形成天然堤。”【1】随着天然堤不断向湖生长，距岸远处的河流在天然堤的约束下并未形成喷流而是保持了其较高的流速和较

强的下蚀能力，故而河流继续冲刷湖底的沉积物形成水下分流河道。这当然不能说明河流可以在河口远处仍然可以冲蚀湖底，而是一种类似河口向湖迁移的作用造成的。

二、水下分流河道完全陆上形成的观点

传统的三角洲沉积模式中，三角洲前缘亚相发育水下分流河道、水下天然堤、河口坝和支流间湾等微相，并认为水下分流河道是陆上分流河道的水下延伸部分，是三角洲前缘中一类重要的砂体【2】。在许多关于三角洲的文献和研究报告中，普遍将与水下泥岩伴生、具有冲刷面和向上变细沉积序列的砂体定为水下分流河道沉积，在所编制的沉积微相图中，水下分流河道在水下延伸数千米甚至几十千米。但水槽实验（图1）和现代三角洲沉积考察（图2）发现，三角洲前缘中并不发育水下分流河道。向湖（海）方向，三角洲平原上分流河道的下切深度逐渐变小，并在湖（海）平面处消失，与流行的三角洲沉积模式并不相符。为什么三角洲前缘中不发育水下分流河道？三角洲水下分流河道及河口砂坝沉积主要是洪水作用的产物,水下分流河道的迁移与活动底板的下降速率和湖平面的下降速率密切相关基准面的升降对三角洲沉积影响较大,基准面上升,可容纳空间增大,三角洲沉积缓慢,而且保存要素较完整,反之则快速堆积,且保留要素不完整【3】【4】。地面径流是否能够下切形成河道以及下切的深度，都与地面和沉积基准面之间的相对位臵有关。沉积基准面是一个沉积平衡面，在该面上既不发生侵蚀，也不发生沉积，沉积物只是过路。当地面高于沉积基准面时，地面径流会下切侵蚀而形成河道，而且地面与沉积基准面之间的高差越大，下切越深，下切的终极深度是沉积基准面。当地面低于沉积基准面时，会发生沉积，而不是发生侵蚀，地面径流就不能下切而形成河道。对于从陆地上流入湖泊或海洋的河流来说，在入湖（海）口一带，湖（海）平面就是沉积基准面。位于湖（海）平面之上的区域，会有河道形成，但在湖（海）平面之下，河流将丧失下切能力，不能形成水下河道。即使洪水期入湖（海）的河水是混浊的，其密度比湖（海）水略大些，也不能下切形成河道，因为其沉积速度完全抵消了由于水体密度差导致的侵蚀。因此，由于三角洲前缘位于湖（海）平面之下，因此水下分流河道不发育。有的现代湖泊三角洲中，如青海湖三角洲，三角洲前缘中确实有水下分流河道，其延伸长度甚至可达十几千米。但这些分流河道应该是湖平面处于低水位时期、湖底暴露形成的，实际上是属于三角洲平原上的分流河道。后期的湖平面升高，将这些水上分流河道淹没，而变成“水下分流河道”。现今的这些“水下分流河道”已经停止活动了，处于废弃状态，这进一步说明这些河道并非真正在水下形成的。湖泊在其演化历史中，湖平面会由于气候变化等原因而经历多次升降变化。在湖平面很低、湖泊大幅度萎缩甚至干涸期间，河道完全可以延伸入湖盆腹部。而湖平面快速上升期间，这些河道被淹没，导致三角洲平原上形成的分流河道砂体或直接是河流砂体夹于水下沉积的泥岩之中，让许多人误认为是水下分流河道沉积“三角洲前缘中不发育水下分流河道”这一认识不仅完善了三角洲沉积模式，而且其重要意义之一就是：在古代三角洲沉积中，当见到河道砂体之下为水下沉积的泥岩时，就说明存在一次重要的湖（海）平面降低、湖（海）底暴露事件，从而导致河道下切入早期水下沉积的泥岩层中。也就是说，河道砂体底部的侵蚀面是一个沉积间断面，可以作为层序、准层序的界面。而如果认为是水下分流河道沉积，则代表水下泥岩与河道为连续沉积，不存在沉积间断。因此，正确认识砂体成因，对精确恢复湖（海）盆演化历史是十分重要的【5】。

图1 水槽模式形成的三角洲图2 河北卢龙地区在小型湖泊中形成的小型三角洲