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1、沉积岩与沉积相教案第十二章 河流相第十二章 河流相河流是地表水流湖泊、海洋的通道。河流作为重要的地质营力汇集大量的沉积物（包括溶解物质），并将它们搬运到大的湖泊和海洋盆地中去。在一些特定的环境中，如下沉的海岸平原、山间盆地及山前盆地，河流的沉积作用非常活跃。有时，河流沉积会成为这些盆地的主要充填物。河流形成的砂体可能成为油气的有效储层。第一节 河流的类型一、按地形及坡降分类可将河流分为山区河流和平原河流。前者地形高差和坡降大，向源区方向侵蚀作用强烈，河岸陡而河谷深，河道直而支流少，水流急而沉积物粗。后者地形高差及坡降小，向源区方向侵蚀停止，侧向侵蚀强烈，河道弯曲而直流多，故平原河流多为弯曲河流
2、。二、按河流的发育阶段分类可将河流划分为幼年期、壮年期、老年期，幼年期河流数河流发育的初期阶段，山区河流多属此类；壮年期和老年期河流多属平原河流。在同一条河流中，这三类河流分别位于上游、中游和下游。从沉积的角度看，大量的沉积作用发育在河流的壮年期和老年期。三、按河流弯度分类河流弯曲度的概念：是指河流长度与河谷长度之比，通常称为弯度指数。其临界值为1.5,也有人定为1.3，以此临界值和河道的多寡，可将河流划分为平直河、曲流河、辫状河和网状河。（一）平直河也叫顺直河，河流弯度指数小于1.5。多属于小型河流，或仅在较大型河流的某一段内存在。河道内凹岸为冲坑（深槽），是冲刷边，沿其发生侵蚀作用；凸岸因
3、加积作用形成砂坝，从而河道可以产生侧向迁移而逐渐向曲流河过渡。（二）曲流河又称蛇曲河，单河道，河流弯度指数大于1.5。河道较稳定，宽深比低，一般小于40。天然堤发育。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）。由于河道极度弯曲，常发生河道截弯取直作用。曲流河河道坡度较缓，流量稳定，搬运形式以悬浮负载和混合负载为主，故沉积物较细，一般为砂、泥沉积。曲流河主要分布于河流的中下游地区，以边滩沉积发育为特征。（三）辫状河辫状河多河道，河道中有心滩或河中砂岛发育，河道频繁分叉又合并，形状似发辫。河道宽而浅，弯度小。河道坡降大，不稳定，经常改道迁移，故又称为“游荡性河流”。例如恒河的支流科
4、西河，在上两个世纪中向西迁移了170多公里。由于河流经常改道，辫状河河道砂坝不固定，所以天然堤和河漫滩不发育。由于坡降大，沉积物搬运量大，并以底负载搬运形式为主。这种河流多发育在山区或河流的中上游以及冲积扇上。（四）网状河与辫状河不是同义语。网状河也是多河道，但河道窄而深，顺流向下游呈结网状。目前对网状河认识尚不一致，一般认为网状河指的是在河流中下游三角洲平原地区，由于发洪水期间河水产生决口分流而形成的网状河道。河道的发育类型受地形坡度、流域岩性、气候条件、构造运动以及河水流量、负载方式等因素的影响。因此，在同一河流的不同河段或同一河流发育过程的早期或晚期，河道在类型可有不同的变化。甚至在同一
5、时期的同一河段，由于水位的变化，河流的类型也有所改变，如在高水位时为曲流河，在低水位时则表现为辫状河。第二节 河流的沉积类型河流相是河流沉积环境及其沉积特征的综合。不同类型的河流因其沉积环境和沉积特征不同而使沉积相有所差异。总的来说，河流环境包括河床、堤岸、河漫滩和牛轭湖四大部分。一、河床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。其横剖面呈槽形，上游较窄，下游较宽。流水的冲刷使河床底部具有明显的冲刷面，构成河流沉积单元的基底。河床亚相又称河道亚相。其岩石类型以砂岩为主，次为砾岩，碎屑粒度是河流相中最粗的。层理发育，类型丰富。缺少动植物化石，仅见破碎的植物枝、干等残体，岩体形态
6、多为透镜状。（一）河床滞留沉积河床中流水的选择性搬运，使细粒物质被悬浮带走，而将上游搬来或就近侧向侵蚀河岸（在辫状河中也可下切侵蚀早期沉积）形成的砾石等粗碎屑物质留在河床底部，集中堆积成不连续的透镜体，称为河床滞留沉积。河床滞留沉积的沉积物主要是砾石和粗砂，包括河水对凹岸或河床底部侵蚀时卷起或刮起的泥砾，还可能有被水浸透而沉积下来的树干等植物茎。细砂、粉砂极少。砾石常具有叠瓦状定向排列，倾斜方向指向上游。砾岩很难形成厚层，一般呈透镜状断续分布在河床最底部，向上过渡为边滩或心滩沉积。（二）边滩（点（砂）坝）沉积1.定义边滩又称为点砂坝或内弯坝，是曲流河中最主要的沉积单元，是河道侧向迁移，河曲形成
7、过程中在河道凸岸形成的侧向加积的砂质沉积体。2.成因在曲流河的弯曲河床中，主流线随河床而弯曲。在河床弯曲处水流受惯性作用在凹岸产生壅水，使水位高于凸岸，在河床横断面上，凹岸水体承受的压力大于凸岸，这种压力的不平衡使从凹岸流向凸岸的底流和从凸岸流向凹岸的表流构成了连续螺旋形前进的单支横向环流。表流是强烈下降的辐聚水流，惯性力强，对凹岸具有强烈的冲刷侵蚀作用。底流是辐散水流，它携带由表流对凹岸侧向侵蚀形成的沉积物流向凸岸，并在凸岸沉积下来。随着凹岸的侧向侵蚀加剧和河流的侧向迁移，凸岸出现连续的沉积物侧向加积作用而形成边滩。3.沉积特征由于曲流河河床中水流对沉积物的搬运以底负载搬运（滚动和跳跃）方式
8、为主，故边滩沉积的岩性以砂岩（细砂岩、粉砂岩）为主，粘土较少，常含有碳化植物屑。砂岩的成份成熟度和结构成熟度都较低。边滩沉积的砂岩中单向流水成因的各种层理发育，常见有大型槽状交错层理、板状交错层理，间或有平行层理。上部有各种沙纹层理和小型交错层理。受河道中水动力条件控制，边滩沉积物下部的粒度较粗，单层厚度较大；向上边滩沉积物粒度逐渐变细，单层厚度减薄。因此，边滩沉积层具有明显的向上变细变薄的F-U层序 。边滩沉积的厚度近似于河床的深度，小型河流边滩的厚度近数米，大型河流的边滩厚度可达3040m。边滩的宽度决定于河流的大小，从几十米到数千米。边滩沉积常呈透镜状或板状封闭在河漫滩泥质沉积物中。（三
9、）心滩沉积心滩沉积是辫状河的典型特征。1.心滩的形成河流的游荡性是在高水位期开始的，由于推移搬运物质的沉积，原来在水下的较小的心滩向两旁及下游方向扩大，同时减少了两旁河道的宽度，使河道身变得宽窄相间，并向侧向侵蚀，还使河道变深。由于洪水期流水作用，不断使心滩淤高，并露出水面形成心滩或河心砂岛，河流发生分叉。这种分叉作用在河道内反复进行，就形成了辫状形态的河流。心滩的形成和还可通过河流汇合处或转变处所形成的砂坝发展而成。2.心滩的类型在河道中，依据心滩的产出方式可将其分为：纵向砂坝、斜列砂坝、横向砂坝。心滩极易迁移，往往一次洪水过程就能完全改变河道中心滩的分布格局。3.沉积特征由于辫状河坡度大，
10、水流速度高，所以心滩沉积物较粗。心滩的上游方向较陡，沉积物较粗，并遭受侵蚀作用。下游方向较平缓，主要发生沉积作用。通常，粉砂及泥质物很难在心滩上沉积下来，它们多被湍急的水流带到下游河流中去。与边滩砂体中的层理类型相比，心滩中发育更大型的单向水流成因的交错层理。层系底界常具有明显的冲刷面，并有砾石分布。在大型河流中，如布拉马普特拉河，有报告说其心滩可高达16m,长达1000m.在一些中型河流中，心滩高度小于10m.（注：回忆高中时期春游山间河流沙洲）。心滩砂体在垂向上粒度也有由下向上变细的趋势。但在辫状河沉积中，心滩砂体间多存在强烈的冲刷造成的侵蚀接触，使心滩砂体在垂向上的相序规律不甚清楚。单个
11、心滩砂体呈透镜状，在辫状河沉积中，这些心滩砂体互相叠合形成板状、席状砂层。二、堤岸亚相堤岸沉积是曲流河发育的主要亚相类型。垂向上常发育在河床沉积的上部。相对河床亚相而言属顶层沉积，与河床沉积相比，其岩石类型简单，粒度较细，以发育小型交错层理为主。可将其进一部分为天然堤和决口扇两个沉积微相。（一）天然堤沉积（微相）1.定义河流在洪水期因水位较高，漫越河岸的河水流速骤减，河水携带的细、粉砂级物质沿曲流河河床两岸堆积，形成平行于河床的砂堤，成为天然堤。2.沉积特征（1）发育位置和形态天然堤主要发育在曲流河凹岸一侧，在凸岸一侧被点坝的上部或顶部所代替，尤其在较小河流中，天然堤和边滩上部交互出现，很难分
12、开。在辫状河沉积中，天然堤因河道的侧向迁移而不易保存起来，因此说，辫状河天然堤不发育。天然堤高于河床，并把河床和河漫滩分开。其两侧不对称，向河床一侧坡度较陡，粒度也较粗。每次随洪水上涨，天然堤不断加高，其高度范围与河流的大小成正比，最大高度代表最高水位。在现代河流中单个天然堤呈弯曲的豆荚状，随着河流的侧向迁移，天然堤在平面上不断延展，并能形成在河床沉积之上的一个盖层。天然堤剖面呈楔形，远离河床方向变薄，粒度变细，过渡为河漫滩沉积。（2）沉积物特征岩石类型天然堤主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩组成，粒度较边滩沉积的细，比远离河道的河漫滩沉积的粗，垂向上的突出特点是砂、泥岩组成薄互层。沉积构造天然堤沉积
13、构造以小型波状层理、槽状交错层理为特征。其垂向序列是下部砂质岩发育小型交错层理，尤其是上攀沙纹层理；上部泥质岩则发育水平纹层。天然堤常间歇性出露水面，故常含有钙质结核。泥岩可出现干裂、雨痕、虫迹以及植物根。（二）决口扇沉积（微相）1.定义在高水位时，过量的洪水冲决天然堤，并在堤岸靠平原一侧（天然堤外侧）的斜坡上形成舌状堆积物，成为决口扇。2.砂体形态和发育部位决口扇沉积多呈扇形，有时可延展到邻近的河漫平原中。决口扇在剖面上为透镜状，夹于河漫滩泥质沉积物中，厚度十几厘米至数米。决口扇依附于河床之侧，与天然堤共生。它与河床、天然堤、河漫滩的关系如图所示。3.沉积物特征（1）岩性决口扇沉积主要由细砂
14、岩、粉砂岩组成，粒度比天然堤沉积物稍粗。（2）沉积构造决口扇具有小型交错层理、波状层理、冲蚀与充填构造常见。由于决口扇的形成过程沉积速度快，且沉积物是从悬浮状态沉降下来的，所以决口扇常具有正粒序特点，以及泄水构造、变形层理、火焰构造等。在决口扇中还常有河水带来的植物及其他化石碎片。二、河漫滩亚相泛滥盆地沉积河漫滩亚相主要发育在曲流河环境中，位于天然堤外侧。这里地势平坦，洪水泛滥期间，水流漫溢天然堤，流速降低，使河流的悬浮沉积物大量堆积。由于它是洪水泛滥期间沉积物垂向加积的结果，所以又称泛滥盆地沉积。河漫滩亚相沉积类型简单，主要为粉砂岩和粘土岩，粒度在河流沉积中最细。层理类型单调，主要为波状层理
15、和水平层理。常因间歇性地出露水面而在泥岩中保留干裂和雨痕。化石稀少，一般仅见植物碎片。平面上位于堤岸亚相的外侧，分布面积广泛。垂向上位于堤岸亚相之上，属河流顶部沉积组合。根据环境和沉积特征，可进一步划分为河漫湖泊和河漫沼泽两个沉积微相。（一）河漫湖泊1.成因在平原地区的弯曲河流中，当河床因天然堤的围限和本身的沉积作用而逐渐抬高时，河水往往在一个比河岸两侧地形较高的“冲脊”上流动（悬河？），即河床高于两侧地形。河水漫溢至两侧河漫滩上，洪水期后，低洼地区就会积水，加上冲积脊上河床水平面高于两侧低地，也构成低地积水区的地下水的来源。因此，长期积水的低洼地带就形成了河漫湖泊。2.沉积特征河漫湖泊以粘土岩沉积为主，也有粉砂岩出现，是河流相中最细的沉积类型。河漫湖泊层理一般不发育，有时可见薄的水平纹层。泥岩中泥裂、干缩缝常见。干旱气候条件下，地下水面下降，湖泊表面水体急速蒸发，常形成钙质和铁质结核，沉积物中会有泥灰岩、石膏等，在蒸发量足够大的情况下，河漫湖泊可发展成盐湖，形成各种盐类沉积。在潮湿气候区的河漫湖泊中，生物繁茂，可形成丰富的有机质沉积，并可保存较完整的动植物化石。（二）河漫沼泽1.成因及概念河漫沼泽又称岸后沼泽。在潮湿气候条件下，河漫滩上低洼积水地带植物生长繁茂并逐渐淤积就形成了岸后沼泽；也可由潮湿气候区的河漫湖泊发展而来。2.沉积特征河漫沼泽与河漫湖泊有许多相似之处。不同的是河
