辮狀河沉積

辮狀河沉積又稱遊蕩性河沉積，是指彎度指數小於1.3，河床不穩定，凸岸壩(邊灘)不發育，濱河床沙壩(心灘)發育，寬深比大(>40)的河流的沉積。

基本介紹

• 中文名：辮狀河沉積
• 外文名：braided river deposit
• 別稱：遊蕩性河沉積
• 彎度指數：小於等於1.3
• 學科：沉積學
• 模式：6種辮狀河沉積模式

簡介

辮狀河流通常是指彎曲度小於1.5的低彎度河流。這類河流的特點是在整個河流的寬度範圍(或河谷)內發育有許多被沙壩分開的河道，河道寬而淺，時分時合，頻繁遷移，遊蕩不定，也稱作遊蕩性河道。如前所述，辮狀河流多發生在坡度較大的地帶。河道坡降大，流速急，對河岸侵蝕快，一般不發育邊灘和河漫灘，而發育心灘（河道砂體及礫石壩）。

辮狀河流多出現在潮濕或較潮濕的季節性變化明顯的氣候帶，或冰水平原。河流的徑流量隨季節更替而變化，流量不穩定。在春夏季節降雨或融雪水供給充足，流量增大，常發生洪泛，可以將河道沙壩淹沒；而在旱季，流量減小，河道沙壩露出水面，河水被局限在河道沙壩之間的狹窄河道中流動。洪水期和枯水期的每次交替，都將改變河道沙壩與河道相互間的形態和布局。所以，河道與河道沙壩的頻繁遷移是辮狀河流的最重要特點。

辮狀河流的負載大，也有學者將其被稱作“超負載（over—loaded）”型河流。根據河道沙壩的沉積物組成及粒度粗細，可將辮狀河流區分為兩種類型：

①礫質辮狀河流；

②砂質沉積為主的砂質辮狀河流。

它們無論在沉積特徵還是垂向沉積序列上，都存在著較大的差異。

辮狀河的環境類型

由於辮狀河的河床寬淺，多個河道反覆分叉、反覆匯合，河道既容易被廢棄，也容易再復活，其地貌單元頻繁地被改造所致。從巨觀上，可以將辮狀河的環境類型粗略地分為河道和河漫灘兩大部分，然後可再根據河道和河漫灘內的更次一級地貌單元進行詳細劃分。

心灘是辮狀河河道中的標誌性地貌單元。狹義的心灘是指在正常情況下（平水季節）露出水面的河心洲（灘、島）；廣義的心灘則是泛指辮狀河河道內的所有一定規模的正向地貌單元，即包括河心洲在內的各類砂壩：縱向砂壩（Longitudinal bar）、橫向砂壩（Transverse bar）、斜列砂壩（Diagonal bar）。

一般來講，河道沙壩主要由粗粒物質組成。但是，有時在河流的中下游，由於河流中負載含量高，沉積物雖細，但亦可表現為辮狀河流性質，如印度的布拉馬普特拉河及我國黃河中下遊河段即屬此例。這時，其沉積特徵也就不易與曲流沙壩相區別；因此，有學者將這種河流定義為“混合效應”的河流（Walker和Cant，1984），主要是指垂向加積與側向加積的共同作用。

辮狀河沉積中，堤岸和決口扇一般不發育。由於辮狀河具有的強烈侵蝕性和快速遷移性，使堤岸沉積和決口扇沉積很難保存下來。多數情況下，辮狀河一旦發生決口，河道便直接改道。因此，辮狀河的決口意味著新河道的形成和舊河道的廢棄，一般不會留下決口扇沉積。辮狀河中有時也發育邊灘，但與曲流河相比，規模及發育程度均小得多，並且常受到較強烈的改造。這裡重點討論辮狀河各類砂壩的形成與特點。

河道沙壩通常有兩種分類，一是依據沉積作用或者說是沙壩是否有遷移來進行分類；二是依據形態和沙壩與河岸的關係來分類。

1、活動性河道沙壩和非活動性河道沙壩

河道沙壩可以因沉積作用、侵蝕作用、或者由於侵蝕－沉積的複合作用而形成。它們大多數為透鏡狀或板狀砂體。並且隨著水流條件及河道幾何形態的變化而形成各種不同的地貌形態。

（1）活動性河道沙壩

活動性河道沙壩上的沉積作用，主要受沙壩的形成、河床底形的遷移，受洪水期和泄水期的加積作用所控制。沙壩的上游較陡，下游相對較緩，上游遭受侵蝕和沖刷作用，下游發生沉積作用，致使河道沙壩通常向下游逐漸遷移，在靠近其上游的部分由粗粒物質組成，而下游部分變為細粒物質，這一完整過程就是辮狀河道中的垂向加積作用。

另外，河道沙壩有時也發生側向遷移，在沙壩中局部較陡的凹岸遭受侵蝕，而在局部平緩的凸岸按受沉積。因此，對於河道沙壩或心灘來講，同時存在側向和垂向的侵蝕和加積作用。並在沙壩的下遊方向和凸岸產生前積紋層。在低水位時期、漫洪時期以及河道廢棄以後，都可發生細粒懸浮物的加積作用，但遠不如曲流河發育。

（2）非活動性沙壩

非活動性沙壩在河道中的位置較固定，它們大多成為有植被生長的河間沖積島嶼。其表面常發育泛濫平原的細粒沉積，或被沙壩遭受侵蝕以後遺留下的殘餘物所覆蓋。從而使其加積生長，地勢較高，並有植物生長發育。

2、河道沙壩的形態分類

Smith（1974）根據河道沙壩的地貌形態、大小以及它們與水流的方向和河岸之間的關係提出了四種主要沙壩類型：縱向沙壩、橫向沙壩、斜列側向沙壩及曲流沙壩。其中在辮狀河道中曲流沙壩較為少見。

（1）縱向沙壩

縱向砂壩是與水流方向平行的長形沙體，其分布方向與河道的延伸方向基本一致，它是在淺水地區由平行於沙壩的單向水流形成的，常見於礫石質辮狀河流的端部。其沉積物通常由粗粒的砂礫物質組成。砂壩的上端遭受侵蝕，下端接受沉積。縱向沙壩呈菱形或斜方形。它是多次形成的薄的菱方形礫石席狀體。在砂壩內部主要由礫石和砂的板狀交錯層理所組成，如果其沉積物主要為礫石則形成不明顯的水平層理和高角度板狀交錯層理。多呈塊狀，常具向上變細的粒序，但韻律性不是太明顯。

（2）橫向沙壩

它的長軸與河道軸向垂直，橫向砂壩的前緣有舌狀、直線狀和彎曲狀幾種形式，故有人稱舌狀砂壩。 一般認為橫向沙壩前緣延伸方向與水流的流向近於垂直，它們常常形成於河道變寬或深度突然增加而引起的流線發散地區。大多呈孤立狀產出，有時也可呈雁行狀展布。在橫向砂壩的形成過程中，首先由砂、礫沉積物加積到平衡狀態，然後通過滑動面的順流延伸而生長，並產生高角度下截型板狀交錯層理。

（3）斜列（向）沙壩

斜向沙壩一般具有長的軸，而且其延伸方向與主水流流向斜交。它們大多是由於主河道彎曲而且水流流量不對稱時產生的。沙壩的橫斷面大致呈三角形，並具有由滑動面或淺灘組成的下游沉積邊緣。不同時期形成的壩之間的低洼區常有薄層砂質披蓋層沉積。與縱向沙壩相似，當滑動面崩落或淺灘遷移時，可形成板狀交錯層理，在沉積物較粗時，具有疊瓦狀組構，則可產生不明顯的水平層理和低角度板狀交錯層理。

辮狀河流的沉積特徵

①以礫石和砂質沉積為主，局部夾粉砂和粘土，在垂向剖面上常形成“砂包泥”的巨觀沉積特徵，心灘和河道砂壩的形態上主要呈透鏡狀和板狀，底部沖刷面清楚。

②多為近源河段，因此，岩石成分複雜，礦物成熟度較低，粒度變化範圍寬、分選較差，典型的辮狀河的粒度分布特徵在機率圖上有三個總體存在。其中，牽引總體和懸浮總體較發育，而多數情況下缺乏和很少跳躍總體，因此粒度分布為雙眾數。兩截點（粗截點和細截點）S、T均為突變。

③層理類型多樣，代表性層理是大型槽狀層理，底界面常常為明顯的沖刷面，也可有大型楔狀交錯層理或大型單組板狀交錯層理，有時可出現逆行沙波層理。

④心灘沉積的一個最大特點，並且與邊灘不一樣的就是其上堤岸沉積。這是由其河床具有遊蕩性的特點決定的。河道不固定，堤岸沉積無法保存。

辮狀河的垂向沉積序列

辮狀河的沉積序列通常比較複雜，可說最經典的是加拿大魁北克省加斯佩半島泥盆紀的辮狀河，自下而上為由粗變細的正韻律結構，反映了水動力能量逐漸減弱的沉積過程。

①河道滯留沉積的礫石及大型或巨型槽狀交錯層理，其岩性為礫－細礫岩，砂礫岩至中粗砂岩，層序底部與下伏沉積之間具有明顯的沖刷面；

②大槽狀交錯層或單組大型板狀交錯層理中砂；

③平行層理砂或小型板狀、槽狀交錯層理及爬升波痕紋理細砂；

④水平層理的細砂和泥質沉積，在泥層中可以有乾旱構造。

概括起來辮狀河流層序的特點可以有四點：

①粒級較粗，砂礫岩發育；

②層序下部發育由河道砂壩遷移面而形成的各種層理類型，如塊狀或不明顯水平層理，單組大型板狀交錯層理；

③槽狀交錯層理髮育，而且規模較大；

④泛濫平原細粒沉積物較薄或不發育。

辮狀河沉積模式

自從Walker and Cant（1976）發表了加拿大魁北克省泥盆紀的辮狀河沉積層序後，曾一度被廣泛當作所有辮狀河的標準沉積層序。隨後他們對砂質辮狀河的垂向沉積序列又做了進一步的總結，提出了三種基本的沉積序列，即以灘壩、混合作用及河道為主的三類。儘管如此，與曲流河相比，辮狀河的變化十分複雜。1985年Miall就此指出辮狀河的“每一條河流都不一樣”。簡單地用一種模式，無法概括類型多樣的辮狀河沉積特徵。故他利用岩相、岩相組合及構形單元的概念，並考慮到了辮狀河發育的地質地理背景和氣候特徵，總結出了6種辮狀河沉積模式。在Miall的辮狀河模式中，沃克和坎特建立的辮狀河沉積層序和模式僅是其中之一。

1、特羅海姆型（Trollheim type）

在陡坡、大量補給沉積物和偶而發生暴洪的正常條件下，沉積物可能以土石流為主。這些是乾旱或半乾早地區沖積扇最典型的條件，加利福尼亞的特羅海姆扇可作為一個典型例子。特羅海姆型相組合的特徵包括如下幾點（Hooke，1967；Rust，1978b；Miall，1978a；）：

①層序以疊覆的土石流沉積（岩相Gms）為主，單個土石流層厚達3m；

②土石流層通常具有平坦的（非河道的）、一般是陡的底面和葉狀幾何形態；

③Gm岩相的互層單元，通常為細粒岩層，可能充填明顯的沖蝕坑，這反映了一個事實：河水徑流所要求的坡降要比土石流低，在原始的向上變細旋迴中，也可能存在河水徑流的片汜沉積；

④可能存在斯科特模式中的St、Sp、Fl和Fm岩相為次要單元；在相鄰的沖積扇上，土石流沉積的大小變化可能反映沉積物供給量的差異。

2、斯科特型（Scott type）

發育在缺乏土石流的沖積扇上以及在其它近源礫石質河流內，沉積物以Gm岩相為主，形成疊覆的縱向沙壩沉積。這些沉積代表了洪泛過程。次要的岩相包括Gp、Gt、Sp、St和Sr，是在退洪（間洪）期內沉積的產物。它們可能形成厚度達1m左右向上變細的小型旋迴。砂層沉積在廢河道內，或者當水位下降、礫石壩出露時，從礫石壩向外前積成微型三角形楔狀體。此岩相組合是根據阿拉斯加州的斯科特冰水河命名的（Boothroyd和Ashley，1975）。

3、唐傑克型（Donjek type）

此類岩相組合主要發育在以下條件與背景之中：

①具有界線分明的流水河道和一部分因地形抬升而完全不流水的河段，水系左右的地形高差約為3～7m；

②推移質由大量砂、礫組成。

這類河流具有向上變細的旋迴，最早是由Williams和Rust（1969）在加拿大的唐傑克河做了清楚地記錄，後來即以該河命名此岩相組合。最粗的沉積物產於較深河道內，可能包括了Gm（縱向沙壩）、Gp（橫向沙壩）和Gt（葉狀沙壩）等岩相。深河道之上的部分不流水的地帶在洪水期接受砂礫沉積，河系的最高部分可能被密集的植被所覆蓋，可從滲入的洪水中攔住一些微細沉積物。

斯科特型、唐傑克型和南薩斯喀徹溫型岩相組合可能按近源—遠源漸變關係存在於同一衝積體系內。有人建議以礫石含量（累積厚度占剖面總厚度的百分比）來區別這三種類型：斯科特型大於90%；唐傑克型為10%～90%；南薩斯喀徹溫型小於10%。

4、南薩斯喀徹溫型（S.Saskatchewan type）

它一個典型的砂質辮狀河，也是最早以“混合效應或作用”為代表所提出的河流；在砂質辮狀河內，由於河道和沙壩的聯合發展，可能發育向上變細的旋迴（Cant和Walker，1976，1978），此岩相組合以該河命名。

河道底部發育有滯留礫岩（岩相Gm），其上，砂作為粗粒推移質搬運。較深（3m或更深）的河道內的底形往往是彎脊沙丘，從而構成岩相St。在淺水河段普遍存在沙浪（岩相Sp）。各種類型的前積沙壩都向下游遷移。在南薩斯喀徹溫河（但未必在所有的砂質辮狀河）中，由於許多小沙壩圍繞著一個核聚合而發育成大沙坪（Sandy Flat）。由於和河道走向呈大角度的直脊沙壩（橫向沙壩）的發育，這些大沙坪會向上游加積，也可能向下游生長。在洪水淹沒期，沙壩頂上可能形成岩相Sr和Sh，在不流水地區也可能有細粒泛濫平原沉積。

這種組合類似曲流河的某些曲流沙壩序列。通過仔細的古水流研究可以在垂向剖面中辨別出來，它們和河流的曲流沙壩明顯不同。

5、普拉特型（Platte type）

這是南薩斯喀徹溫型的變種，可能存在於特別寬而淺、而且在流水和不流水地段之間沒有明顯地形差別的河流中（Smith，1970，1972）。沉積物主要由舌狀沙壩或橫向前積沙壩或者沙浪所組成，結果形成岩相Sp的疊覆層系。岩相St少見，反映深河道很少。和南薩斯喀徹溫一樣，壩頂有砂和粉砂組成（岩相Sr、Sh、F1、Fm）。

6、比約溪型（Bijou creek type）

在高流態條件下，沙子形成平坦河床，在平坦的層面上可能發育有水流線理（岩相Sh）。這種特高流態在常年河流中很罕見，但在偶發暴洪的季節性河流中則常見。水流既可以形成河道，也可以呈片流沉積。例子包括了科羅拉多州的比約溪（Mckee等，1967），並以此而命名。

季節性河流的相模式曾由Miall（1977，1979）、Rust（1978b）和Tunbridge（1981）討論過。他們都強調岩相Sh在沉積組合中的重要性。退洪期可能形成岩相Sp、Sr、F1和Fm，從而產生向上變細的薄層旋迴。一次洪水可能沉積厚1.5m以上的沉積物。具有侵蝕面（岩相Se）和充填沖蝕坑。