河流

第一部分河流(Fluvialfacies)一、概述河流是流水由陆地流向湖泊和海洋的通道，也是把沉积物由陆地搬运到海洋和湖泊中去的主要营力。在河流搬运过程中伴随有沉积作用，形成了广泛的河流沉积第一章河流沉积的一般特征1、水流特征河流的水流流态属于质点运动轨迹很不规则的紊流。在平直河段，水流形成两个对称的横向环流。在弯曲河道中，主流线沿河床弯曲。2、水流作用（1）侵蚀作用（2）搬运作用河流沉积物可让悬移，推移，和跳跃方式进行搬运。（3）堆积作用侧向加积，垂向加积二、河流的分类1、河流的分类按地形及坡降，河流可分为山区河流和平原河流。按河流发育阶段，河流可分为幼年期河流、壮年期河流、老年期河流。拉斯特（Rust,1978）根据河道分岔参数和弯曲度提出了一个河流分类体系（如下表）其中弯度指数=河道长度/河谷长度2、不同类型河流的主要特征（1）平直河Straightriver弯度小，仅出现于大型河流某一河段的较短距离内，或属于小型河流。（2）曲流河（蛇曲河）Meanderingriver单河道，弯度指数1.5，河道较稳定，宽深比低，一般小于40。侧向侵蚀和加积作用使河床向凹岸迁移，凸岸形成点砂坝（边滩）。主要分布于河流的中下流地区。（3）辫状河Braidedriver多河道，多次分叉和汇聚构成辫状。河道宽而浅，弯曲度小，其宽/深比值40，弯度指数1.5，河道砂坝（心滩）发育。河流坡降大，河道不固定，迁移迅速，亦称“游荡性河”。多发育在山区或河流上游河段以及冲积扇上。（4）网状河Anastomosingriver具弯曲的多河道特征，河道窄而深，顺流向下呈网结状。河道沉积物搬运方式以悬浮负载为主，沉积厚度与河道宽度成比例变化。多发育在河流的中、下游地区。三、河流的沉积环境及其沉积特征河流相是河流沉积环境及其沉积特征的综合。不同类型的河流，其沉积环境和沉积特征有所不同，因此其沉积相也就有所差异。1、曲流河沉积特征及其沉积模式根据环境和沉积物特征，可将曲流河相划分为四个亚相。河床亚相堤岸亚相河漫亚相牛轭湖亚相（1）河床亚相河道亚相或底层亚相河床是河谷中经常流水的部分，即平水期水流所占的最低部分。特征：岩石类型以砂岩为主，次为砾岩、粒度最粗，层理发育，类型丰富多彩。缺少动植物化石。底部具明显冲刷界面。河床亚相可进一步划分为河床滞留沉积和边滩沉积两个微相。河床滞留沉积：从上游搬运来的以及就地侵蚀来的物质，细粒物质被冲走，粗粒物质被留下来成为滞留沉积。特点：成分以陆源砾石为主，成分复杂，有少量泥砾，砂很少，有时有硅化木。砾石呈叠瓦状排列，一般厚度不大，一般呈透镜状断续分布于河床最底部，向上过渡为边滩或心滩沉积。边滩沉积：边滩又称“点砂坝”或“内弯坝”，是曲流河中主要的沉积单元，是河流迁移和弯曲过程中在河弯内侧形成的侧向加积物。特点：①沉积物以砂为主，混有砾、粉砂和粘土；②沉积物成分复杂，成熟度低，不稳定组分多，长石含量高；③层理以大型交错层理为主，尤其以板状交错层理最发育，还有平行层理及槽状交错层理，边滩上部可出现沙纹层理；④垂向上，自下而上常出现由粗至细的粒度或岩性正韵律。⑤边滩沉积砂体几何形态呈板状，厚度1m～30m，宽几十米～几十公里。（2）堤岸亚相堤岸沉积是弯曲河流发育的亚相类型，垂向上常发育在河床沉积的上部。与河床亚相比，其岩石类型简单，粒度较细，小型交错层理为主，进一步可分为天然堤和决口扇两个沉积微相。天然堤沉积：这是在洪水期河水漫越河岸时所携带的沉积物堆积而成。特征：主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩组成，垂向上突出的特点是砂、泥岩组成薄互层。层理构造以小型波状交错层理和槽状交错层理为特征，其垂向序列是下部砂质岩中发育交错层理，上部泥质岩中则发育水平层理。泥岩中可见干裂、雨痕、虫迹以及植物根等，常有钙质结核发育。决口扇沉积：发洪时过量的洪水可冲决天然堤，在天然堤靠洪泛平原一侧的斜坡上形成舌状决口扇沉积。特征：主要由细砂岩和粉砂岩组成，具小型交错层理、波状层理及水平层理，常见冲刷和充填构造，有植物化石碎片。岩体形态呈舌状，向河漫平原方向变薄、尖灭，剖面上呈透镜状。（3）河漫亚相是平原河流的亚相类型，位于天然堤的外侧。又称泛滥盆地沉积。沉积类型简单，主要为粉砂岩和粘土岩，粒度是河流沉积中最细的。层理类型单调，主要为波状层理和水平层理。根据环境和沉积物特征，可进一步划分为河漫滩、河漫湖泊和河漫沼泽三个沉积微相。河漫滩沉积：河漫滩是河床外侧河谷底部较平坦的部分。特点：以粉砂岩为主，亦有泥质岩，波状和斜坡状层理为主，亦见水平层理，可见不对称波痕。河漫湖泊：河漫平原上地形最低的部分。沉积特征：以粘土岩为主，并有粉砂岩出现，层理发育不好，泥岩中干裂、干缩裂缝常见。干旱气候条件下，可形成钙质及铁质结核。河漫沼泽：（岸后沼泽）沉积特征与河漫湖泊沉积相似，只是可有泥炭沉积。在河流迅速侧向迁移的情况下，天然堤不发育，洪水泛滥可形成广阔平坦的河漫沉积区，这时堤岸亚相与河漫亚相，已无什么区别，故统称为泛滥平原沉积。（4）牛轭湖亚相弯曲河流的截弯取直作用使被截掉的弯曲河道废弃，形成牛轭湖。沉积特征：主要为粉砂岩及粘土岩，粉砂岩中具交错层理，粘土岩中发育水平层理。常含有淡水软体动物化石和植物残骸，岩体呈透镜状。曲流河沉积的垂向模式曲流河沉积的典型垂向层序由沃克（1976）等人提出，这个标准模式由下至上可划分为四个沉积单元。第四沉积单元第三沉积单元第二沉积单元第一沉积单元底层沉积顶层沉积二元结构“二元结构”是河流相沉积的重要特征在一个地区的河流沉积剖面上，若二元结构重复出现，则可形成多个间断性的正旋回，每个旋回即由一个二元结构组成，通常称为河流沉积的一个“阶”。河流沉积旋回的多阶性是河流相的又一重要特征。2、辫状河沉积特征及其沉积模式辫状河具有多河道，河床坡降大，宽而浅，侧向迁移迅速的特点。辫状河具有发育的心滩（河道砂坝），边滩沉积不发育。心滩沉积物一般粒度较粗，成分复杂，成熟度低。发育巨型或大型槽状、板状交错层理。辫状河的河道沉积中亦发育河床滞留沉积，以砂砾沉积为主，其上发育心滩沉积。辫状河河道迁移迅速，稳定性差，所以天然堤、决口扇、泛滥平原沉积不发育，而且辫状河废弃河道一般不形成牛轭湖。与曲流河相比，辫状河沉积在垂向层序上有以下特点：①二元结构的底层沉积发育良好、厚度较大，而顶层沉积不发育或厚度较小；②底层沉积的粒度粗，砂砾岩发育；③由河道迁移形成的各种层理类型发育。3、网状河沉积特征及其沉积模式网状河是由窄而深及顺直到弯曲的，低坡度网状稳定水道组成的交织河网系统。网状河主要发育于坡度平缓、气候潮湿、植被发育的河流中下游地区。网状河搬运方式以悬浮负载为主，沉积作用以垂向加积为主，沉积物类型主要为河道、冲积岛、泛滥平原沉积。河道沉积以砂岩为主，具槽状交错层理，底部可出现砾岩沉积。网状河的河道间大量发育着冲积岛和泛滥平原沉积，其特征与曲流河的河漫亚相类似，系由河漫沼泽、泥炭沼泽、河漫湖泊组成，又称河道间“湿地”，沉积物质主要为富含泥炭的粉砂和粘土。网状河沉积的最大特点是泛滥平原分布极为广泛，几乎占河流全部沉积面积的60～90%。厚度巨大的富含泥炭的粉砂和粘土是网状河流占优势的沉积物。四、河流的沉积组合及其沉积体系向上游方向，与暂时性水流冲积作用冲积扇相相连接；在中下游可形成广阔的泛滥平原；向下游继续发展，可进入海岸平原及三角洲环境。第二章上、下荆江比较沉积学研究全长320km的荆江绵延在湖北，湖南两省。从河流学的观点来看，以藕池口为界的上、下荆江，河流特征是迥然不同的。上荆江属低弯河道，曲率1.32，平滩水位平均宽度约1600m，平均水深11.6m，宽深比约3.45。下荆江属高弯曲流河道，平均曲率2.63，素有“九曲回肠”之称。平滩水位时平均河宽约1330m，比上荆江稍窄，平均水深12.7m，略深于上荆江。上荆江上游的河床主要由砾石，沙和泥三层组成，上荆江下游及下荆江河岸由沙和泥两层组成，砾石埋藏较深。因此上荆江的抗冲性较强，下荆江的抗冲性较弱，并由此造成了上、下荆江沉积类型的不同一、沉积类型受上述各种条件的影响，上、下荆江沉积类型不同，主要表现在两个方面：1、河床沉积荆江河床中共发育大小洲滩70余处，其中边滩25处，江心洲18处。由于上荆江河床的微弯分汊特性，以发育众多的江心洲及心滩为显著特征，沿程规模较大的有关洲、董市洲、风皇洲、江口洲、马羊洲、三八滩、突起洲等，此外还有太平口、二圣洲、南五洲等大型边滩，同时在分流河口处存在三角滩、口门沙坝及水下沙体[8]。下荆江的高弯曲流特性决定了河床中以发育高成熟的凸岸边滩为特征，同时在凹岸发育凹岸滩坝，在两个弯道之间的过渡段发育水下沙体。2、河床边缘沉积上荆江与下荆江除了在河床沉积方面表现出差异之外，在河床边缘沉积方面也表现不同。上荆江两岸发育众多的决口扇沉积，规模大的数百平方公里，一般几十～上百平方公里。而下荆江则形成众多的牛轭湖沉积，既有人工裁弯形成的牛轭湖，也有自然裁弯的牛轭湖。因下荆江南岸有基岩出露，所以牛轭湖主要发育在荆江北岸。二、沉积相单元由于上下荆江的流量、含沙量、河道属性及河岸边界条件不同，沉积单元的发育特征也不同。某些沉积单元是上、下荆江是共有的。但沉积特征有显著差别，某些沉积单元则主要出现在上荆江或下荆江。1、边滩沉积边滩沉积是蛇曲河流发育的典型地貌单元，它是长江荆江段重要的沉积沙体，在上、下荆江都有发育。边滩不仅发育于蛇曲河流的凸岸，凹岸也有分布，而且又与凸岸不同。1）形态不同上荆江太平口下边滩滩体长约7km，最宽约1.74km，平均宽约1.2km，长宽比约61，即太平口下边滩呈长条状分布（图4-2），长度大，宽度小。下荆江小河口六合垸边滩长约4.3km，宽3.8km，长宽比将近1：1，也就是说小合口边滩呈现近似的圆形，长度与宽度几乎相等。上下荆江的其它边滩形态分别与太平口下边滩和小河口六合垸边滩的形状相对应。上、下荆江边滩形态的不同表现与河道特征紧密相关。研究表明，边滩的形态直接受控于河道的曲率（K）。据此，张春生、曹跃华等把边滩分为5个亚类∶A顺直边滩，发育于顺直河段，K1.1；B低弯边滩，发育于低弯河道，K=1.1-1.5；C中弯边滩，发育于中弯河道，K=1.5-2.5；D高弯边滩，发育于高弯河道，K=2.5-4.5；E牛轭湖，K4.5。并且认为，其中A—D为曲流河演变的量变阶段，E为曲流河演变的质变阶段，标志着曲流河演变一个旋回的结束及下一旋回的开始。2）边滩分布位置不同太平口下边滩位于上荆江苑市河湾与沙市河湾之间的过渡河段，而小河口六合垸边滩则位于小河口河湾的弯道顶点，两边对称于顶点分布。这说明边滩并不总如文献上所表示的那样，位于凸岸顶点。研究表明∶位于凸岸顶点的边滩是少数，是边滩发育的极限位置，继续发展，就过渡为牛轭湖。大量的边滩则呈不对称状分布于弯顶两侧。甚至当河道曲率较小时，边滩位于两弯顶之间的过渡段。3）沉积物成熟度不同研究表明，太平口下边滩沉积物主要是长石、岩屑、石英组成的岩屑长石沙和少量的长石岩屑沙。长石占31%，岩屑37.9%，石英仅占31.1%，且石英和长石呈棱角状和次棱角状。沉积物主要由中沙组成，含有一定量的砾石和粉沙，分选性一般，磨圆中等。泥质含量占9%。小河口六合垸边滩主要由粉沙+细沙组成，无砾石分布，沙层中泥质含量仅占4%。石英含量上升至67.4%，长石含量下降到22.3%，岩屑含量降至10.3%，说明沉积物成熟度有了较大的提高。另外，太平口下边滩重矿物多达27种，占沉积物总量的3.79%，不稳定重矿物占总重矿物的57.2%。小河口六合垸边滩重矿物仅有14种，稳定重矿物有9种，占重矿物总量的64.3%。也说明沉积物成熟度有了进一步的提高。4）粒度分布所反映的颗粒群体搬运特征有差别太平口下边滩的概率曲线主要分为三大类，其中有两大类中包含有数量不等的滚动总体，而且对应的粒度都较六合垸边滩为粗。六合垸边滩无滚动总体，以跳跃总体为主，概率曲线比较规则，规律明显，而太平口下边滩有不少概率曲线显示多段起伏的特征，说明水动力条件急而不稳。另外CM图特征也有不同表