三角洲环境沉积动力学

三角洲的沉积环境与沉积模式~

（一）河口地区沉积物的特征和分布
河口地区沉积物的分布是复杂的，但却是有规律的，它主要受控于河口水流的变化，同时潮流、波浪对河口沉积物也起着重要作用。
1.沉积物类型
河口水流变化的基本趋势是向海流速逐渐降低，沉积物沿程发生沉降分异，颗粒逐渐变细，各类河口沉积物变化的趋势基本相似。
2.沉积构造
河口地区的沉积构造与沉积物粒度相似，向海发生有规律的变化，反映出水动力条件逐渐减弱。例如，密西西比河近河口浅水地带常见各种小型交错层理、微断层等，向海方向渐变为波状层理和砂泥互层水平层理，而三角洲最外缘的泥质沉积，由于底栖生物的扰动而使原生沉积构造完全破坏，形成块状杂色黏土层。当然，不同的河口沉积构造也会有所不同。
3.黏土矿物和微量元素
随着河口地区沉积物的向海变细，黏土矿物的含量随之增高。由于黏土矿物的吸附作用，某些微量元素如B、Cu、Ni、Zn、Li、Mn等随着黏土含量的增高而增高，其中的B元素还被广泛应用于判断沉积环境的盐度。Davis（1972）指出，由B含量来确定河口的部位，即进行沉积相的划分是可能的，但用来区分河流注入海洋或淡水湖泊却值得怀疑。至于黏土矿物的种类及其变化，各个河口也不同，主要取决于陆源碎屑物质的性质。
4.有机质
河口地区的有机质含量与沉积物粒度同样有着明显的关系：颗粒粗，有机质含量低；颗粒细，有机质含量高。因而，一般来讲，有机质含量自河口向外逐渐增多。有机质含量与沉积物粒度分布相关，其原因是多方面的。首先，黏土矿物有吸附作用，除了可以吸附微量元素，还可以吸附有机质，因此，黏土矿物含量高的地区，有机质含量也随之增加。当然，只有存在有机质来源的情况下才可能发生吸附，因此有机质的分布也与有机质的来源有关。河口地区的有机质来源一部分是河流带来的，一部分则是原地自生的，陆上带来的有机质通常以植物为主，原地自生的则以动物居多。研究认为，大量的浮游和底栖生物是河口地区有机质的主要来源。另外，河口地区沉积物中有机质的含量还不仅仅取决于其来源，还受到沉积速率、氧化还原条件、水深和水动力条件等多种因素的影响。在有机质丰度相同的条件下，沉积速率越高，沉积物中有机质含量越低，而沉积速率低的地区，沉积物富含有机质。有机质是沉积物中的轻组分，水动力强则容易被淘洗带走，水动力平静的地区，不仅已沉积的有机质不易重新悬浮，而且还接受波浪、水流带来的有机组分。水深小的地区，水体交换频繁，底层水中的溶解氧含量较高，可以使已沉积的有机质氧化，而在水深大的还原环境下则有利于有机质的保存。所以一般来讲，近岸地带有机质的来量少，而且不易保存，含量低；远离河口的深水区，有机质来量丰富，能够保存，有机质含量高。有机质埋藏后开始分解，发生还原反应，使沉积物变为灰色、青灰色，因此沉积物的颜色向海也逐渐变暗。
5.生物组合
河口地区水动力条件变化不但是泥砂落淤的主要原因，而且还控制着生物群的分布。河口沉积物中微体化石群的分布具有海陆过渡相特点，表现为海陆相生物混杂，而且广盐性和半咸水属种普遍分布，典型的海相生物属种和个体数量都较浅海为低，而且向口内逐渐减少直至消失，陆相生物则向口外减少直至消失。另外，生物组合在强潮河口和弱潮河口也有差别。河口向外微体生物的变化是逐渐的、有规律的，河口各个部分生物组合的差异也十分明显，因此生物组合可以作为三角洲沉积相进一步划分的重要指标。
河口地区孢粉组合也能够反映沉积物的扩散和搬运。例如，长江口南北两侧的滨海沉积中孢粉组合与河口地区相似，以木本植物为主，而与附近滨海平原不同，反映出长江水流沿近岸地带向南北扩散，这与该地区的水文观测结果一致。
（二）三角洲的沉积模式
关于三角洲沉积相的划分，早在1912年巴列尔（J.Barrell）就提出三角洲的结构由顶积层、前积层和底积层组成，这一划分延用至今，被称为三角洲的经典划分。从一定程度来讲，研究三角洲沉积结构主要是为了总结沉积规律，以便作为古三角洲研究和沉积矿产资源勘探的对比模式。实际上，水下顶积层与前积层的界线在现代三角洲一目了然，然而在古代却往往难以确定。前积层与底积层界线也很难确定，因为海岸三角洲的前缘斜坡比较平缓，通常小于1°，特别是在地层经过后期压缩变形、构造破坏后，更加难以辨认。因此，20世纪50年代对巴列尔的划分提出了疑义。
为了适应油气勘探，自20世纪60年代开始，一般将三角洲划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲等在成因上有联系的几种沉积亚相（图7-12）。三角洲平原亚相是三角洲已经成陆的部分，其沉积物具有陆相环境的基本特征。三角洲前缘是三角洲的水下部分，是河流泥砂迅速堆积，海洋因素改造较强的地带，沉积物以砂为主，它与三角洲平原的界线是水边线，其下界理论上为浪基面，在实际上为以砂为主和以泥为主的沉积物分界线。前三角洲（prodelta）位于浪基面以下，以泥质沉积物为主。这一划分既适用于现代三角洲，也适用于古三角洲，同时对综合考虑沉积环境和油气生、储、盖的组合都较为合理。

图7-12 三角洲的立体模式

1.三角洲平原亚相
三角洲平原（delta plain）亚相是三角洲的陆上沉积部分，相当于顶积层的水上部分。其范围包括从河流大量分汊处位置至海平面以上的广大河口地区，向海一侧以水边与三角洲前缘相接。三角洲平原亚相可进一步分为分流河道、陆上天然堤、决口扇、沼泽、淡水湖泊等沉积微相。以分流河道（分支河道）为格架，分流河道的两侧有天然堤、决口扇，而分流河道间地区常发育有沼泽、湖泊和分流间湾等。其中，最主要的是分流河道砂沉积与沼泽的泥炭或（和）褐煤沉积，这是与一般河流的重要区别。三角洲平原的沉积物以细粒物质为主，含有少量海陆过渡相生物。
2.三角洲前缘亚相
三角洲前缘（delta front）亚相是三角洲水下为主的部分，相当于顶积层的水下部分和前积层的上部。位于三角洲平原外侧至波浪基准面之间，呈环带状分布于三角洲平原向海洋一侧边缘，即分流河道的前端（河口部位）。三角洲前缘亚相可分为水下分流河道、水下天然堤、分流间湾、河口砂坝、远砂坝（末梢坝）、前缘席状砂等沉积微相。由于受到河流、波浪和潮汐的反复作用，泥砂经过冲刷、簸扬和再分布，形成分选较好的砂质沉积集中带，平均含砂量大于75%，颗粒较粗，泥质、有机质含量极少，这种砂体可以构成良好的储集层。微体生物具有海陆过渡相的特点。
三角洲前缘是携带泥砂的河流进入盆地的地区，分流河口处水动力条件急剧变化引起注入水流的扩展和减速，水流能量减小，泥砂发生沉积。海洋动力或参与沉积物的分散和沉积，或对注入水流分散直接沉积的沉积物进行改造和重新分布。在三角洲前缘，总的趋势是粗砂沉积在分流口，而较细的沉积物则被搬运到更远的盆地，沉积在滨外的深水环境中。沉积作用构成了一个缓缓向海倾斜的剖面，其倾角一般小于2°，沉积物向盆地方向逐渐变细。由于沉积物的不断供应，三角洲前缘逐渐向滨外推进，结果原先为滨外的地方最后被滨线沉积所覆盖。因此，与三角洲前缘向海变细相应的是，在剖面上形成一个较大型的向上变粗的层序，它反映了河口区海水盆地的充填作用。
3.前三角洲亚相
前三角洲亚相位于三角洲前缘外侧的向海地带，相当于前积层下部和底积层，是三角洲体系中分布最广、沉积最厚的地区。前三角洲的海底地貌为一平缓的斜坡。其沉积物完全是在海面以下，而且大部分是在海水波浪所不能及的深度下由河流输送来的悬浮物质和胶体溶液再沉积形成。主要由暗灰色黏土和粉砂质黏土组成，也可以有三角洲前缘滑塌来的浊积砂。多发育有水平层理和块状层理，偶见透镜状层理，发育有生物扰动构造和潜穴，含有广盐度的化石种属，如介形虫、瓣鳃类和有孔虫等。前三角洲沉积物呈暗色，具细纹理，含水量高达80%，富含有机质的泥质物质，由于沉积速度和埋藏速度较快，故有利于有机质转化为油气，可作为良好的生油层。含海相生物化石。完全属于海相沉积。在泥质含量高的大河三角洲中，前三角洲相沉积厚度大，分布广。
4.平面相组合及垂向层序
三角洲是陆源堆积的重要场所。随着三角洲的推进，在平面上由陆地向海方向为三角洲平原环境（三角洲的陆上部分，主要由分流河道和沼泽沉积组成）→三角洲前缘环境（三角洲的水下部分，主要由河口砂坝和远砂坝沉积组成）→前三角洲环境（海底厚层泥质沉积）依次叠置。这三种环境平面上大致呈环带状依次分布。在三角洲层序中，自下而上依次出现前三角洲相、三角洲前缘相和三角洲平原相。
由于沉积环境的变化，其沉积物和生物特征也发生规律性的变化，自下而上表现为：①沉积物的粒度由细变粗，再变细；②沉积物的分选性由差变好，再变差；③沉积构造由水平层理向上渐变为波状层理和各种类型的交错层理，再往上又变为以水平层理为主；④沉积物中黏土矿物、有机质和微量元素含量逐渐减小，但在三角洲平原相，特别是湖沼沉积中，含量又增多；⑤沉积物的颜色由暗变淡，由青灰色转为灰色，上层为黄褐色；⑥海相生物减少，陆相生物则逐渐增多；⑦层序下部常见生物洞穴，顶部出现植物根系。在三角洲的垂向层序中，这三种沉积相是逐渐过渡的，没有截然界线。
5.不同三角洲的沉积序列
（1）河控三角洲的沉积序列
河控三角洲在形成发育过程中，不断从陆地向海盆方向推进，其结果是形成一个总体向上变粗的层序，即进积型沉积序列，由下至上依次为前三角洲泥、三角洲前缘砂和粉砂（含滑塌层）、三角洲平原分流河道和沼泽细粒沉积，因此，沉积相序的下部为下细上粗的反旋回沉积，上部为局部出现三角洲分流河道下粗上细的间断性正旋回沉积，顶部出现夹炭质泥岩和薄煤层的沼泽沉积。
一个较完整的河控三角洲沉积序列包括6个岩性段（具体见第六章第三节）。实际上，这种层序常由于河流、波浪或潮汐的破坏而发育不完全。
（2）浪控三角洲沉积序列
浪控三角洲平原亚相的沉积特征类似于河控三角洲平原。在浪控三角洲前缘中，波浪作用能使大多数供给三角洲前缘的沉积物发生再分配，河口砂坝的形成受到阻碍，三角洲前缘斜坡较陡，进积作用沿整个三角洲前缘发生，而不是集中在一个点上进行，它的进积作用比河控三角洲前缘进积要慢。对这类三角洲的沉积亚相、微相沉积特征还缺乏深入研究。
浪控三角洲的沉积序列通常仍为下细上粗的反旋回沉积，但以具有浪蚀海滩脊序列为特征，而且层序顶部一般都出现三角洲平原的沼泽和分流河道沉积，以此区别于海岸沉积的海滩脊层序。浪控三角洲层序底部是含生物扰动的前三角洲沉积，向上过渡为互层的泥、粉砂和砂的沉积，砂质层中具有波浪引起的冲刷构造、递变纹理和交错层理，最后演变为具低角度交错层理的分选好的高能海滩砂以及沼泽沉积。
（3）潮控三角洲
潮控三角洲也可划分出三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相和前三角洲亚相。但潮控三角洲一般发育于中高潮差、低波浪能量、弱沿岸流的盆地狭窄地区。潮汐作用对三角洲前缘和三角洲平原都有明显的影响。
在具有中高潮差的三角洲平原地区，潮流在涨潮时入侵分流河道，溢漫河岸，淹没附近的分流河道间地区。在潮汐平静时，这些潮水暂时积蓄起来，然后在退潮时又退出去。因此，在潮控三角洲平原分流河道的下游以潮流为主，而在分流河道间地区则以潮间坪沉积为特征。潮汐影响的分流河道具有低弯度、高宽深比和漏斗状形态。在此河道中主要底形是砂丘，分流河道下游主要底形是平行于河道走向排列的线状砂脊。一般来说，该砂脊长数千米，宽数百米，高几十米，反映了潮流对河流体系所提供沉积物的搬运作用。受潮汐影响的分流河道的沉积层序自下而上为含海相生物碎片的粗粒层滞留沉积、槽状交错层理砂岩潮汐水道沉积、生物扰动多的泥炭沼泽沉积或海岸障壁砂沉积。潮控三角洲平原分流河道间地区包括潟湖、小型潮沟和潮间坪沉积。在潮汐旋回期间，整个分流河道间地区先被淹没，然后出露水面。在潮湿气候地区，分流河道间地区多是被分流河道和弯曲潮沟所切割的沼泽沉积，在较干旱地区，分流河道间为干燥的泥坪和砂坪沉积。因此，潮控三角洲平原是由受潮汐影响的分流河道序列和潮坪组成的。在潮控三角洲前缘斜坡沉积区，存在着许多从分流河口呈放射状分布的、长几千米的潮流砂脊，砂脊之间的潮汐水道里有许多浅滩和河心岛。
目前，有关潮控三角洲的沉积序列研究还不够详细。潮控三角洲与潮坪和河口湾沉积的主要区别可能在于其层序顶部往往发育沼泽和分流河道沉积，而且其沉积厚度较大，常与其他类型三角洲沉积相伴而生。

1.三角洲沉积机理
Bates（1953）提出了三角洲形成的喷流理论，该理论较好地解释了三角洲沉积物的扩散和沉积作用的机理。依据河水和海水水体之间的密度差（包括温度、盐度及含砂量变化均可能造成这种密度差）可形成三种水流扩散方式：①异重流；②当河流水体密度等于海水盆地水体密度时，称为等入重流扩散。例如河流进入淡水湖泊时，河流所携带的大量陆源沉积物会呈辐射状扩散，流水运载泥沙的能力快速降低，因此，在河口附近会形成一条狭窄的弧形沉积带（河口砂坝），堆积的三角洲砂体具有明显的顶积层、陡立的前积层和平缓的底积层，吉尔伯特型三角洲就具有这种特点；③当河流水体密度小于海水盆地水体密度时，称为低入重流扩散。世界上大多数海岸三角洲都具有低入重流扩散流体性质，因为河流水体的密度总是低于海水，沉积物扩散方式一般是海水乘载着由河水搬运来的碎屑物和悬浮物，呈平面层流搬运，在远离河口处堆积成远砂坝或末端砂坝。
2.三角洲沉积速率
沉积物沉积速率是沉积环境和沉积相研究的定量标志之一，不同的沉积环境，沉积速率差异巨大。根据资料统计，滨岸环境沉积速率要高于浅海，而浅海沉积环境的沉积速率又高于深海。三角洲环境沉积速率在滨岸地区是最高的，可达45000cm/ka，滨岸沼泽环境为100cm/ka，浅海环境为20cm/ka，深海环境仅为4cm/ka。需要指出的是，上述各个环境的沉积速率不是一成不变的，可随多种因素的变化而变化。以三角洲环境为例，不同地区、不同部位的三角洲沉积速率差异是巨大的，高沉积速率往往发育在地形高差相对较大的，三角洲发育早期阶段的河口分流地区，并非整个三角洲都发育如此高的沉积速率。自河口向海沉积速率逐渐降低（表5-2）。快速堆积作用使三角洲成为主要油气藏类型的重要条件之一。

表5-2 三角洲自河口向海方向的沉积速率一览表 单位：cm/ka

（据李从先，1981）
3.三角洲沉积与河流、波浪和潮汐作用的关系
当河流入海，在沉积物堆积过程中或沉积物堆积下来后，尚未固结前，三角洲沉积作用除了受河流河口沉积作用之外，还受到了海洋波浪作用及潮汐作用的共同改造，在这一点上，海岸三角洲沉积作用与湖泊三角洲有本质区别。海岸三角洲沉积作用也更加复杂，三角洲类型也更加丰富。世界上各主要河流在入海处形成的三角洲根据其沉积作用特点可以划分为河控三角洲、浪控三角洲、潮控三角洲，及其河流、波浪、潮汐等相互作用的过渡性三角洲。

在河流入湖的河口处，流速降低时，水流携带的沉积物便在河口处堆积下来，形成平面上呈三角形或舌状，剖面上呈透镜体的碎屑堆积体。因其平原为尖顶指向陆地的三角形或扇形，故名为三角洲。国内外已有大量文献讨论三角洲沉积作用，研究最为充分的是密西西比河三角洲、尼日尔三角洲等。一般认为，海相三角洲的沉积学原理也适用于湖成三角洲的成因分析。

三角洲区的水流形式比较复杂，大致是由河口向湖泊的方向有一股扩张的水下喷流（underwater jet），同时其下方有回流（图6-5）。

图6-5 一个小型三角洲上的水流形式

从沉积环境和水动力学的角度出发，一个三角洲沉积体进一步分为三角洲平原（包括分流河道、分流间湖泊、沼泽等）、三角洲前缘（包括水下分流河道、河口砂坝、远砂坝等）以及前三角洲。当三角洲向盆内方向生长时，上述的三个沉积亚环境的沉积物依次重叠，形成一个完整的向上变粗的进积式三角洲沉积层序（图6-6）。

图6-6 湖成三角洲垂向沉积层序

1.水平纹层和均匀层理段

本段主要由富含有机质的泥岩和粉砂质泥岩组成，以发育水平纹理和均匀纹理为特征。生物扰动相当强烈，发育斑状构造和多种生物扰动构造。有时夹有大洪水带来的沉积物，具有递变层理的粉砂岩薄层。

2.透镜状、波状和脉状层理段

组成这个段的沉积物主要是互层状的泥岩和粉砂岩。而且，砂质组分由下到上逐渐增多，依次出现透镜状、波状和脉状层理。共生的沉积构造有水平纹层、小型交错层理以及潜穴等生物扰动构造。

3.交错层理段

基本由较纯净的砂岩和粉砂岩组成，以发育各种交错层理为特征。其中主要是板状和楔状交错层理，也有槽状和波状交错层理。水流波痕层理和浪成波痕层理都存在。交错层规模从下到上由小变大。此外，常见气泡空洞、滑塌构造、重力断层等；有时在层面上还可见到保存良好的水流波痕和浪成波痕。

4.水平纹层和透镜状层理段

本段的沉积物主要是泥岩和泥质粉砂岩。层理类型以水平纹理和透镜状层理为主。生物扰动构造发育，可见螺化石。

5.单向水流波痕段

组成本段的砂岩以发育水流波痕层理为特征，槽状、楔状和板状类型交错层理均存在，而且规模从下到上由大变小。共生的沉积构造有波状层理、透镜状层理、平行层理以及冲刷充填构造等。

6.均匀层理和水平层理段

该段以互层状的泥岩和粉砂岩夹炭质泥岩和煤层为主，以发育均匀层理和水平纹层为特征。此外，可见砂泥水平互层层理、波状层理、透镜状层理；钙质结核和铁质结核、植物根迹相当丰富。

在上述序列中，第1段属于前三角洲沉积。这个亚环境离河口最远，基本处于浪基面以下，水动力较弱，故沉积物以细粒悬浮物质为主，并且发育了反映这种水动力条件弱的水平纹理和均匀层理。河流带来的丰富有机质和营养物质有利于生物在这里大量繁殖，产生了生物遗迹和生物扰动构造。

第2段、第3段和第4段代表三角洲前缘沉积，分别属于远端砂坝、河口砂坝、分流河道和分流间湾环境沉积。由于三角洲向陆地方向水体变浅，水动力逐渐增强且不稳定，所以粗粒和细粒沉积物交替沉积，形成了第2段的复合层理类型。在河口地区，由于水面相对于河道来说变宽了，水流速度急剧下降，河流搬运而来的大量砂质沉积物就在这里堆积成河口砂坝。经水流和波浪的联合作用，使砂质沉积物中发育了各种砂波迁移而形成的交错层理。另一方面，河口砂坝向前生长或迁移也可产生具有切线形或“S”形前积层的大型板状或楔状交错层理。聚砂斜坡因过陡而发生滑塌形成滑塌构造。有时，河口砂坝和远砂坝经过波浪改造，可形成分布广泛的席状砂沉积，其沉积构造仍以各种小型交错层理为主。

第5段和第6段为三角洲平原沉积，分流河道为河流分汊而形成的河道，为河水进行搬运沉积的主要场所，水动力强，主要由单向水流形成的各种交错层理砂岩为主，而在分流河道间，主要为越岸洪水在较平静的条件下逐渐沉积其悬浮负载而形成的分流间沼泽化湖泊。

河控三角洲动力模式

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昌图县19238406301： 为什么河口沉积作用减弱,河口三角洲会向湖心移动 - ？
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昌图县19238406301： 三角洲的沉积描述 - ？
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昌图县19238406301： 三角洲的沉积相标志变化的表现中:(至下而上)沉积物的粒度由细变粗,再变细! 为什么最后又会变细? - ？
磨废赛斯： 海进和海退啊.首先由于海退,浅海环境变为滨海环境,原本沉积较细的沉积物上就会沉积相对较粗的.海进与海退相反.因此,如果它是由细到粗,再变细,说明其经历了海退海进

昌图县19238406301： 沉积环境的分类 - ？
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昌图县19238406301： 江河入海口形成三角洲是胶体的聚沉现象吗 - ？
磨废赛斯： 是胶体的聚沉现象.在河流的入海处多有三角洲出现,是那些能随着河水长驱入海泥沙,因它们的颗粒细小能成为胶体状态悬浮于河水中, (胶体,分散质微粒的直径大小在10-9m-10-7m之间的分散系.中学化学资源网- 化学文摘)所以没有在中途坠下,而在与含有许多食盐、硫酸镁等电解质的海水相遇时,这些泥沙微粒所带的负电荷被海水中的阳离子所中和,胶体状态被破坏,就要结成较大的粒子沉淀下来. 入海的河水中多泥沙,是形成三角洲的必要条件,泥沙少了还不行,刚刚堆积起来,就会被“朝来暮去淘不住”的海浪淘走. 根本就不是什么地壳的碰撞.