三角洲層序

三角洲層序是指三角洲沉積以不整合面和與之可對比的整合面(層序界面)為界的一套三角洲沉積地層。

基本介紹

• 中文名：三角洲層序
• 外文名：deltaic succession
• 學科：沉積學
• 分類：河控、浪控、潮控
• 特徵：反韻律沉積
• 對比：河控以河口壩為主

簡介

三角洲的垂向層序最常見的是三層結構，即頂積層、前積層和底積層，尤其以吉爾伯特型三角洲為典型。三角洲向蓄水盆地推進且當物源較充足時，剖面上三角洲呈明顯的反旋迴加層序，即從下到上依次為前三角洲泥－三角洲前緣帶－三角洲平原帶,其中前三角洲泥帶與三角洲前緣帶組成反韻律，而平原部分為正韻律；這種情況主要發生在湖/海退的情況下，砂體不斷向湖/海推進。當湖/海進時，三角洲發生退積，垂向剖面現現正旋迴，即自下而上為三角洲平原－三角洲前緣－前三角洲，這時河口壩不發育，主要為水下分流河道沉積，三角洲容易改造為席狀砂；如果湖/海侵進一步加大，三角洲可能會停止發育，而被湖/海相泥所覆蓋。但總的來說三角洲多以湖/退退階段的類型為主，且這種類型三角洲易形成大的油氣田。不同類型的三角洲其沉積序列特徵有所不同，其中河控三角洲的沉積序列在地質歷史中最易於保存，而且研究的較為詳盡和深入。浪控三角洲的沉積序列常常與海岸砂的沉積序列不易區分。

河控三角洲的層序特徵

機理

1、長形(或鳥足狀)三角洲沉積機理

這種三角洲以河流作用為主，由於海水作用弱，河流的泥砂輸入量大，特別是砂與泥比值低，懸浮負載多，因而有利於建造起天然堤，使分流河道趨於固定；同時，也可沉積很厚的前三角洲泥。河口壩也發育，它們向前延伸，直接覆蓋在厚層的前三角洲泥上，並可以很快地沉陷在其中，大部分保存下來，形成特徵的“指狀沙壩”。分流河道內最大湍流線及湍流量位於河道深部並靠近兩側，尤其是在河床較平時更是如此；這些湍流線伴生有最大的切割沖刷，因而，沉積物多被拋向湍流較小的部位。大量的河流載荷物被推向中心，形成了河道中心淺灘。在河口入海處，河道水流繼續向前並建立噴射流入海，這時水流脫離了固定河岸的限制，很快向兩邊以一定程度散開，加寬噴射流，減小速度，最終消失其流動能量。

靠近限制的河岸前端，噴射流比較集中，並向前運動進入靜水體；噴射流的散開導致最大強度湍流線間距擴大。在每個湍流線下面存在切割沖刷的趨勢，而湍流互換過程把大多數輸入物質送向兩側的邊緣靜水體中。這樣，在每個湍流線外側形成了一個水下天然堤沉積。沉積物同時也被引向河道中心比較寬闊的靜水環境中，沉積成一個淺灘。河道就此沿中心淺灘分叉成兩個分支流河道。新的分支流河道又形成它自已的邊緣最大湍流線，在每個新河道河口又形成新的分叉過程，只要波浪和沿岸流不產生相反的破壞作用，這一進程將繼續發展，河道以幾何級數增長，三角洲也不斷向前生長和折進。鳥足狀三角洲這一沉積過程，不僅使三角洲平原上的分流河道多發育為順直河，沉積了伸長型的分流河道砂，而且使三角洲前緣砂體也以垂直岸線伸長為特徵，形成所謂“指狀砂壩”。

2、朵狀三角洲沉積機理

該三角洲的平面形態像一個向海（或湖）突出的半園形或扇形。其前緣有的地方凸出(分支流口)，有的地方凹進(分流間灣)，略呈鋸齒狀。與長形或鳥足狀三角洲相比，此類三角洲的泥砂輸入量少一些，而且砂與泥比值較高，海水波浪作用有所加強。因此，河口壩覆蓋在較薄的前三角洲泥之上，沉陷也較慢，致使三角洲前緣的砂易於被海水沖刷和改造，使之再次分布於各分支流之間，形成席狀砂層，並與各分支流的河口壩連線起來。

此類三角洲的河口壩遠不及鳥足狀發育，波浪的後期改造明顯加強，地形坡度也較前者要陡，正因為如此該類垂向厚度相對較大，但平面的展布範圍可能相對較小，但由於受波浪和潮汐改造作用較強，因而砂體之間連通性較好。該類三角洲主要的沉積體是朵葉，具有很重要的側向加積機理所產生的透鏡狀單元，砂的高含量帶可以勾畫出垂直於盆地邊緣的朵葉輪廓。

特徵

由於可形成大的旋迴性沉積，河控三角洲在形成發育過程中，不斷地從陸地向海盆/湖盆方向推進，其結果是形成特有的前積垂向沉積層序。一般來說，底部為前三角洲泥，向上依次出現三角洲前緣的砂和粉砂沉積，最上面覆蓋著三角洲平原的較粗粒分流河道沉積和細粒沼澤沉積，大體上為一下細上粗的反旋迴沉積序列，即所謂的進積型沉積序列。

通常這種三角洲可分為兩大部分組成：水下及陸上兩部分，總的特點是：由下向上總的粒度由細變粗，至分流河道砂沉積則因河流旋迴本身的特點，向頂部變細，這就構成了一個由下向上、先反後正的複合層序特徵。此典型層序的產生，是由於河流作用為主所形成的三角洲前緣沉積不斷向海推進的結果。

總的來說此類層序具有以下三個特點：

①粒度為從下向上呈現出由細變粗的反韻律沉積，但在層序的上部可局部出現次一級下粗上細的正韻律，隨著粒度的變化，沉積構造發生相應的變化。

②海陸相生物化石混生或互動出現。海生生物化石向上減少，主要分布在底部的淺海陸架泥岩中，而植物化石則向上增多，甚至出現炭質泥岩或煤層。

③流水沙紋及其分別產生的交錯層理共生。

這種沉積層序特徵是由於三角洲向海盆(或湖盆)逐漸推進的進積作用所造成的，分流河道攜帶大量的沉積物，從三角洲平原流向海盆或湖盆。由於水流能量的突然減少，大部分較粗粒的負載沉積下來，形成分流河口壩。其餘較細粒的物質呈懸浮狀態被水流攜帶至離河口較遠的地方，形成遠沙壩和前三角洲的粉砂和泥，而且離河口越遠沉積物越細。

河控三角洲層序形成具有旋迴性，一般分為兩個階段，即建設階段和破壞階段。在建設階段，活躍的進積引起前三角洲淤泥被三角洲的前緣粉砂和砂重新覆蓋，反轉過來它又被河口砂壩重新覆蓋，基本上由砂岩組成，然後被三角洲沼澤沉積物、有時包含褐煤層所覆蓋。而破壞階段，如果造成一個缺口，三角洲朵葉可能被廢棄，那末頂部的地層被波浪和水流侵蝕，而且可能完全重新改造和重新分配。

Elliot（1974）總結了河控三角洲分流河道的垂向層序中及沉積構造類型，在河控三角洲中具有一系列侵蝕面的塊狀層理；薄層透鏡體或粘土、粉砂岩和粘土夾層的平行層理和波狀層理常見；小型到大型的對稱或不對稱的波痕、槽狀交錯層理豐富。

對於河控三角洲的垂向層序，不能簡單地視為向上變粗的特點，在某些情況下，如同時受兩個

分流河口的影響，則有可能隨兩個分流河口的增大或減小而變得複雜，典型的實例如英格蘭北部石炭紀三角洲，可以看出該三角洲平原垂向層序隨條件的變化而出現差異。

以上這種層序，是在沉積物的沉積速率(Rd)大於盆地的沉降速度(Rs)，即Rd/Rs>1的情況下產生的。另外，三角洲在形成發育過程中，並不是始終固定在一個位置不動，而是前後、左右的遷移和擺動；這就造成了三角洲常常顯示其旋迴性。

浪控和潮控三角洲層序特徵

機理

1、浪控三角洲沉積機理

此類三角洲的特點是：一般只有一條或二條主河流入海，分支流不多也不大；河流輸入海的泥砂量少，砂與泥的比值高；而且波浪作用大於河流作用。因此，由河流輸入的砂泥很快就被波浪作用再分配，於是在河口兩側形成一系列平行於海岸分布的海灘脊砂或障壁沙壩；而且在河口處才有較多的砂質堆積，形成向海方向突出的河口，形似弓形和鳥咀狀。

若波浪作用進一步加強，幾乎完全克服了河流作用，同時又有單向的強沿岸流，則會使河口偏移，甚至與海岸平行。在河口前面建造成直線型障壁島或障壁沙壩，擋住河口形成封閉型的鳥咀狀三角洲。

海洋有足夠的波浪、沿岸流作用時，分流河攜帶入海的碎屑物，可以被很快地沿岸散開，阻止天然堤的生長和分流河道分叉，使三角洲保持一個穩定、圓滑的前緣，這時就形成弧形三角洲。在一些情況下，只有一對天然堤向前積，則形成尖頭狀三角洲。弧形三角洲的形成過程大致如下述：

初期，一個分流河道入海大河口形成一個比較小的河口壩，河口壩離原始海岸有一段距離，約為河道寬度的4倍；河口壩通常還被從河口放射狀分散開的一些水下河道切成幾段。壩頂為砂質沉積，壩後為粘土和粉砂及少量砂，從壩頂向海(壩前緣)沉積物由砂漸變為粉砂和泥。

此後河口壩不斷地向上和向海生長，當高出海面時，植被生長，進一步捕集細粒沉積物，使河口壩逐漸與陸地連線，早期河口壩漸變為三角洲平原的一部分，分流河道穿過切割老河口壩，在岸外又形成新的河口壩。當第二期河口壩向上和向海加積到出露海面後，分流河道又穿過它而向海沉積第三期河口壩；如此繼續進行，使三角洲不斷向海前積。後期河口壩總沉積於前期的外前緣和前三角洲沉積物之上，由河口壩新形成的三角洲平原，在兩期河口壩沉積的頂脊間，往往形成一些小的淺水湖沼。

這樣形成的三角洲，其主要特徵是沿整個三角洲平原的前緣帶形成狹長的、環岸的河口壩砂體帶。弧形三角洲與鳥足狀三角洲不僅在河口壩砂體特徵上有著明顯的差異，而且表現在分流平原沉積上也有很大的差別。弧形三角洲平原上出現廣泛的受潮汐影響的沼澤環境，並出現很多小型曲流河。這些小型曲流河連線於主幹分流河道，在較大的潮差影響下，從主幹分流河道分支而出的小型潮汐河道，在三角洲平原上易於自由移動而形成曲流型，因而沉積了很多小型點砂壩和廢棄河道充填沉積。而鳥足狀三角洲分流河道遷移很小，出現很小的點壩砂。

2、潮控三角洲沉積機理

有些河流注入了海水潮汐作用較強的地區。潮汐作用的強弱對三角洲砂體的形成起著重要的控制作用。在潮汐作用較強的地區，由於潮汐的影響，加入港灣控制，故又稱港灣型三角洲。如潮汐作用加強，雙向的潮汐流和河流洪水的沖刷作用，常將河流攜帶來的沉積物在河口的前方改造成線狀潮汐沙壩；這些沙壩平行於潮流方向，在河口的前方呈裂指狀放射分布，它們充填於潮汐之內或其兩側。

不同類型的三角洲前緣沉積特點有所不同，河控三角洲的河口砂壩沉積厚度較大。波浪控制的三角洲河口壩與海灘砂脊共生，這是由於波浪的改造作用所致，海灘砂脊分選好，具對稱波痕。而潮控三角洲前緣沉積無疑應見到潮汐作用的特徵層理類型及雙粘土層等構造。

在潮差很大的河口，形成潮控的港灣型三角洲，如現代科羅拉多三角洲，河口潮差高達8m，碎屑物的分布明顯受潮流的影響。漲潮和退潮期間出於分流河道中的反向水流，可能成為沉積物擴散能量的主要方式。在分流河道內及其朝海的方向上，沉積物可以被反覆搬運沉積，形成一系列平行於潮流方向的線狀或指狀砂脊。

三角洲前積的速度決定於河流洪泛期與海洋風暴期的相互關係。河流洪泛期正處於海洋作用較小時(無風暴)，三角洲迅速前積；風暴期強烈的洋流和波浪作用，特別是非洪泛期時，會部分地破壞三角洲沉積，減緩三角洲的前積速度。

特徵

浪控和潮控三角洲的層序通常也為下細上粗的反旋迴沉積，但是，它們為破壞性三角洲，故其形成的三角洲層序不如河控三角洲層序那樣完整。

古代三角洲前緣亞相垂向層序特徵也反映了水體的性質與能量的變化，河控的三角洲前緣呈現為大型的、向上變粗的層序從細粒遠岸沉積開始，向上變為以砂岩為主的近岸沉積，是由於河流作用使三角洲前緣向海推進的結果。在浪控的三角洲前緣沉積層序的底部，細粒段經常發育不好，這是因為波浪作用將緊鄰三角洲前緣的懸浮物改造，並分散漂移至更遠地帶所致。中部與上部所見分選好的砂岩具對稱波痕及沖刷構造，足以證明波浪的改造作用；即在三角洲平原之上往往被海岸砂沉積所覆蓋。

然而，潮控的古三角洲前緣垂向層序的最大特徵在於近頂部見有雙向交錯層、複合層理及再作用面構造等，以及潮汐砂壩及壩間水道沉積交替組成的特徵。

三種類型三角洲垂向層序對比

河控、浪控及潮控三角洲的層序及剖面結構不同，河控三角洲平原部分主要由分流河道與分流間灣的沼澤及海灣組成，具有較厚的三角洲前緣沉積，並以河口壩為主。浪控三角洲平原部分由河道、海灘、砂脊、障壁島及沼澤沉積組成；其前緣部分厚度較小，原因是河流帶入海的砂被波浪改造而再沉積成海灘或砂脊。