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1、油区岩相古地理第二章 冲积扇相第二章 冲积扇相第一节 冲积扇概述一、冲积扇的形态和形成条件（一）概念冲积扇是陆上氧化条件下由山区河流所携带的粗粒沉积物在山谷出口处堆积而形成的扇形沉积体。具体地说，在干旱气候条件下的地壳升降运动较强烈的地区，风化、剥蚀作用强烈，其形成的产物被暂时性流水（雨水或洪水）或山区河流带走。当水流流出山口时，由于坡度急剧变缓，水流向四方散开，流速骤减，碎屑物质大量沉积，形成锥形或扇形粗碎屑堆积体，称为洪积锥或洪积扇。它具有山区河流冲积成因的特点，故又称为冲积扇。（二）形态冲积扇从山口向下游方向呈放射状顺坡展开，在平面上呈近三角形的扇状。横剖面上为凸透镜状，纵剖面呈顶面下凹
2、的透镜状或楔状。扇根处坡度可达2030，而扇端仅为1，大部分扇面坡度为510。沉积物的平均粒度与扇面坡度有正相关关系。从扇根到扇端，扇面坡度随沉积物平均粒度减小按指数关系下降。（三）形成条件1.造山运动是形成巨厚的大型冲积扇的重要条件山脉的形成导致母岩区剥蚀作用的增强和河流能量的提高，有利于碎屑物质的大量搬运和沉积，造成大型冲积扇的形成。2.干旱或半干旱气候条件是形成冲积扇的又一重要条件这种气候条件下植被不发育，物理风化强烈，形成大量粗碎屑物质。同时这种条件下的季节性暴雨或高山积雪在夏季的融化可导致间歇性河流或洪水的形成。间歇性水流携带碎屑物质流出山口，因流速骤减而沉积形成冲积扇。3.地形坡度
3、的突变也是形成冲积扇的重要因素山区间歇河流流出山口，由于坡度突然变缓，使流速骤然降低，碎屑物质沿山麓大量沉积。4.物源区的母岩性质影响着冲积扇的大小和形态若母岩区为泥质岩，形成的冲积扇大而陡，面积可比母岩区为砂岩的大一倍。5.冲积扇的保存条件需要长期相对沉降的构造条件，否则将遭受侵蚀而破坏。二、冲积扇的沉积作用冲积扇上可能出现的搬运和沉积作用有两种基本类型：牵引流（河流）搬运和沉积作用、陆上重力流（泥石流）搬运和沉积作用。前者包括河道沉积、片流沉积、筛状沉积。（一）河道沉积1.河道沉积的形成当冲积扇堆积到一定程度，坡度稍微变缓，下次洪水来时便在扇表面下切冲刷出许多放射状河道，所携带的沉积物在这
4、些暂时性河床中沉积下来，就形成了冲积扇上的河道沉积。河水卸下的大量沉积物在河道中形成砂坝并堵塞河道，迫使河道在洪水期改道、分叉，在冲积扇表面切割出新的河道，形成网状河流水系。2.沉积特点冲积扇上的河道沉积主要由粗粒的砂、砾沉积物组成，一般颗粒支撑，分选差。具有发育的底冲刷现象。砾石呈叠瓦状排列。砂岩、细砾岩中有时可见大型交错层理、平行层理。在扇体上部河道沉积物粒度粗，单层厚度大，交错层理不发育。向下坡方向粒度逐渐变细，成层性也逐渐变好，交错层理发育。（二）片流（漫流）沉积1.概念洪水漫出河道，由于流速和水深骤减，携带的沉积物在扇的交切点以下部分呈席状或片状沉积下来，在扇体表面形成分选性较高的薄
5、层砂砾质沉积，称为漫流沉积或片流沉积。2.特征漫流沉积物（砂砾层）具有交错层理或呈块状，也可出现细的纹层，单层砂体呈透镜状。一系列漫流沉积的透镜体组合，形成复合的巨大板状沉积体，一般分布在扇的中部或端部，构成冲积扇的主体。美国加利福尼亚州帕诺切溪古冲积扇上的片流沉积砂体的分布面积达200mile2。（三）筛状沉积又称筛积，发育在冲积扇环境中，是冲积扇最富特色的沉积，但并不常见。关于其成因，许多研究者认为当源区供给沉积扇主要为砾石而无或极少其它粒级的物质时，在冲积扇的表面便堆积了舌状砾石层，形成砾石支撑的筛状沉积。筛状沉积的砾石多为棱角状次棱角状，分选较好，少见叠瓦构造，渗透性极好。砾石间的孔隙
6、被后期渗滤近来的细粒砂级沉积物充填。因此，筛状沉积物的粒度分布具有双众数，也就是具有两个粒度集中段。筛状沉积的形成需要物源区提供单一的砾石级沉积物，并且要求母岩应是坚硬的结晶岩类，如石英岩之类的岩石。筛状沉积一般发育在冲积扇中部。（四）泥石流沉积1.概念泥石流是一种高密度的沉积物重力流。很早就有人注意到冲积扇上的泥石流沉积作用。当水流携带的砾石和泥沙沉积物达到足够量时，就形成了密度大，呈可塑状态的流体，称为泥石流。泥石流可整体搬运数吨乃至数十吨的粗碎屑物质。现代泥石流常连根拔起树木，毁坏房屋，携带卷裹汽车等大型物体，足见其搬运能力巨大。2.泥石流的形成条件泥石流的形成与源区母岩性质密切相关。当
7、源区母岩风化后，除产生粗碎屑物外还形成大量粘土细粒物质时，有利于泥石流的产生；在有大量火山碎屑物质或冰碛物的半干旱地区最容易形成泥石流。在雨季这些松散的沉积物通过滑坡、滑塌进入河道转变成泥石流顺坡流出山口在冲积扇上沉积，形成杂基支撑或杂基填隙的泥质砾岩。3.沉积特征泥石流常发育在扇体的上部，最大特点是砾、砂、泥混杂，分选磨圆都差，大者为可达数吨以上的漂砾，小者可至粉砂、粘土。后者含量常为1030%。当流体以砂粉砂粘土质为主而缺少粗碎屑时，形成泥流，一般不含2mm以上的粗粒沉积物，但分选仍很差，表面可发育泥裂。泥石流沉积一般层理不发育。粘度大的泥石流粗碎屑分布不均匀，呈块状层理构造。粘度不大者可
8、具有粒序层理，扁平状砾石呈水平或叠瓦状排列。泥石流沉积呈明显的舌状或叶瓣状，并且把较粗的砾石集中在沉积体的外缘和顶部，使之具有陡、厚而清晰的边缘。冲积扇可以由上述某种单一的沉积类型组成，如为漫流或泥石流的单一沉积，但大多数冲积扇是由上述几种沉积类型共同组合而成。除上述四种主要沉积物外，冲积扇外缘可出现盐湖沉积或河流沉积，或滨海（湖）沉积，直至盆地沉积。在一些特殊的地理条件下，冲积扇可能延伸到湖泊里或海滩上，甚至直接延伸入深水环境，关于这些沉积体，我们将在以后的有关章节中专门学习。三、冲积扇的亚相划分按照现代冲积扇地貌特征和沉积特征，可将冲积扇进一步划分为扇根、扇中和扇缘三个亚相。（一）扇根分布
9、在邻近山口、断崖处的冲积扇顶部地带，其特征是沉积坡度角最大，常发育有单一的或23个直而深的主河道。该亚相山区河流、泥石流的流速都较高，有很强的侵蚀、下切和搬运能力。所以，扇根的沉积物粒度最粗，可形成粗砾岩类。岩石单层厚度大，成层性差，底部发育冲刷面，可有均质层理和递变层理，纵横向上岩性变化大。从沉积类型看，主要是河道沉积及泥石流沉积。（二）扇中亚相位于冲积扇的中部，构成冲积扇的主体，坡度角明显变小。扇中因扇面地形变缓，流体流速减慢，成为冲积扇上搬运、沉积最活跃的地带，以河道沉积和漫流沉积为主；筛状沉积也主要发育在该亚相。扇中沉积物与扇根的相比，岩石粒度变细，砂/砾比值变大，以砂岩、砾状砂岩为主
10、，单层厚度变薄，成层性变好，可见平行层理和多种交错层理。河道冲刷充填构造发育。沉积体虽然仍因冲刷、切割而呈透镜状，但横向上显得比扇根更稳定。（三）扇缘也称扇端，是冲积扇下部向冲积平原过渡的低平部分，地形平缓，坡度角低。沉积类型以漫流沉积为主。漫流沉积可形成大型板状、席状砂体，通常由砂岩夹洪泛期的细粉砂岩、泥质岩组成，局部见膏质层，分选变好，可见水平纹层、均质层理，小型交错层理，冲刷充填构造、平行层理以及干裂、雨痕等暴露成因构造。扇缘亚相岩石层较薄，成层性较好，侧向延伸较稳定。由于河道的摆动，这些沉积物可能被改造成河流沉积。在干燥环境中，扇缘外围可能出现间歇河流沉积、干盐湖沉积以及形成风成砂丘。
11、四、冲积扇的相层序 在沉积盆地长时期缓慢下沉的条件下，可形成巨厚的冲积扇沉积。物源供应充足时将形成向前推进的冲积扇。在理想的情况下，将产生垂向向上变粗变厚的相序旋回，也叫C-U序，即剖面旋回的下部是粒度比较细，单层厚度比较薄，成层性比较好的扇缘亚相沉积，向上经扇中亚相过渡到扇根亚相，岩石的粒度变粗，单层厚度变大。当沉积盆地发生周期性升降运动或冲积扇沉积体发生反复摆动、迁移时，可以形成多个向上变粗变厚的沉积旋回。但在很多时候，由于洪水规模变化很大，沉积扇相的垂向变化就很不明显。实际上，在断陷盆地发育早初期，由于湖盆面积不断扩大，湖水进积，冲积扇是向源区退积的，形成下粗上细的退积正旋回层序 ，也叫
12、F-U序。这种F-U序其实是冲积扇最常见的垂向层序。五、冲积扇的鉴定标志冲积扇的鉴定标志即其相标志特点包括以下几个方面。（一）岩性特征不同的冲积扇岩性差别较大，主要原因是源区母岩性质不同。大部分冲积扇以砾岩为主，砾石间填有砂、粉砂和粘土级物质。有的冲积扇则由含砾的砂、粉砂岩组成。扇根亚相以砾岩、砂岩为主，向扇缘亚相过渡则砾岩减少，砂、粉砂、泥质岩增多，单层厚度变薄，扇体与平原的过渡地带，则以粘土沉积为主。冲积扇沉积中常含有碳酸盐、硫酸盐等矿物，如方解石、石膏等。它们是和碎屑沉积物同时沉积，或是作为地表物质风化结果而堆积下来的。源区母岩性质不同，则所含的盐类矿物就可能出现明显的变化。所以，根据所
13、含盐类矿物的差异，在一定条件下可以判断出冲积扇母岩的性质。（二）结构标志粒度粗，分选和磨圆差是冲积扇沉积的重要特征。当然，冲积扇的各沉积类型的结构特点还是不同的。布尔（Bull,1960）曾将冲积扇各沉积类型的碎屑物质的分选作了定量对比，发现泥石流沉积是其中分选最差的，而筛状沉积分选最好。从扇根到扇缘，分选和磨圆逐渐变好，粒度逐渐变细。但有时由于河床的切割充填沉积的影响，有可能使粗碎屑物质沉积在冲积扇中部和端部。（三）沉积构造和颜色标志1.沉积构造冲积扇沉积由于属间歇性急流成因，故层理发育程度较差或中等。泥石流沉积显示块状层理或不显层理，有时也见递变层理、河道沉积砾石叠瓦状排列，向源倾斜，倾角
14、3040。可见不太明显或不太规则的交错层理，斜层倾向扇缘，倾角1030。河道沉积砾石叠瓦状排列，可见大型交错层理，平行层理。筛状沉积则为块状构造。漫流沉积构造类型较多，有平行层理、交错层理、块状层理、水平层理、变形构造以及干裂、雨痕等暴露构造。垂向上层理构造表现为牵引流沉积物和泥石流沉积物复杂交互的构造序列。冲积扇的粗碎屑沉积中常见冲刷充填构造，主要发育在扇顶附近。砂质沉积局部可见水流波痕。2.颜色标志冲积扇是陆上间歇急流堆积的产物。沉积物经常暴露在地表，遭受不同程度的氧化作用，所以缺少还原性的暗色矿物，泥质沉积物一般带有红色、黄色、棕红色，是干旱半干旱地区冲积扇的重要特征。（四）生物化石标志
15、冲积扇中几乎不含化石，也很少含有机质。只在扇中亚相河道沉积中偶见硅化木。在扇端漫流沉积中见少量炭屑和零星植物化石。（五）粒度标志1.粒度概率累积曲线冲积扇的粒度概率累积曲线以三段式为主，跳跃总体发育差或三总体分界不明显而整体曲线呈略向上拱弯弧状，斜率比较低。2.C-M图冲积扇的各种沉积类型在C-M图上都有一定特征。漫流沉积和河道沉积在C-M图上为一弯曲图形，与帕赛加牵引流标准的C-M图相比，缺少RS段，只有P-Q-R段图形，说明均匀悬浮沉积并不是冲积扇的特征沉积方式。泥石流沉积是一个近与CM基线平行的长条状图形，与帕塞加浊流沉积CM图相似，表明泥石流主要是以递变悬浮方式沉积的。泥石流比浊流分选差得多，粘度和密度也大得多。（六）测井相标志测井相（或电相）是1970年提出的，它是表征沉积物特征，并据此判别沉积相的一组测井响应（参数），一般通过测井曲线形态加以识别。测井相与沉积相并非一一对应，但它是沉积相分析的重要手段。常用的测井曲线是自然电位、自然珈玛、电阻率、地层倾角等。冲积扇上不同的沉积类型测井相标志各有特点。泥石流沉积一般为低幅前积式漏斗形，河道沉积一般为中高幅加积式箱形、钟形，特别是扇中亚相的辫状河道充填沉积。漫流沉积则是以基线为背景的指形，中低幅。（七）地震相标志地震相是由特定的地震反射参数所限定的三维地震反射单元，是特定沉积相或地质体的地震响应。地震相参数是识别
