3.1.1 决口河道

研究区决口河道的长度约为4600 m, 分支河道的长度一般为1000~2000 m。决口河道的宽度一般在30~100 m之间, 总体上呈现由决口处向下游方向河道宽度逐渐变窄的趋势, 河道末端最窄, 宽度只有30 m左右(图 3)。决口河道的深度总体上向下游逐渐变浅, 决口处河道深3.5 m左右, 末端河道深度只有1 m左右(图 4)。决口河道的宽深比一般在20~50之间。

图3

Fig.3

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	图3 信江决口三角洲决口河道宽度随距决口处距离变化关系图Fig.3 Width change of crevasse channel with distance from crevasse site in crevasse delta of Xinjiang River

图4

Fig.4

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	图4 信江决口三角洲决口河道深度随距河口处距离变化关系图Fig.4 Depth change of crevasse channel with distance from crevasse site in crevasse delta of Xinjiang River

决口河道又可以进一步划分为决口水道、边滩、汊口滩单元。

1)决口水道。决口水道呈窄条带状穿流于决口三角洲的中心, 构成了决口三角洲的“ 骨骼” 。决口处水流的侵蚀作用最强, 决口水流方向与信江水流方向呈55° 的夹角。决口水流对迎水流一侧河岸侵蚀作用强, 下切深度大, 最大下切深度可达4~5 m, 对背水流一侧河岸侵蚀作用弱, 下切深度小。迎水流一侧河岸被侵蚀, 平面上呈尖棱角状, 形成近直立的河岸; 背水流一侧河岸岸线平面上呈弧形, 河岸坡度较缓(图 5)。

图5

Fig.5

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	图5 信江决口三角洲决口处横切剖面Fig.5 Transverse section for crevasse site of crevasse delta of Xinjiang River

决口水道沉积方式主要为垂向加积, 沉积物类型主要为粗砂、中砂、细砂、黏土等, 受季节性洪水作用, 垂向上形成多个向上变细的正韵律。洪水期, 水流流速快、搬运能力强, 主要沉积粗砂、中砂、细砂; 枯水期, 水流能量降低, 沉积薄层的黏土。平面上从决口处向下游方向决口水道沉积物粒度逐渐变细。

决口附近的水道类型为限制性水道, 水流受下切信江天然堤形成堤岸的限制, 稳定性强。决口水道沉积与下伏地层呈突变接触, 直接覆盖在早期的天然堤沉积或更早的块状泥岩之上, 底部常发育明显的冲刷面。这部分沉积形成横切信江天然堤的窄条带状分布的砂体。

决口水道向下游方向水流能量减弱, 侵蚀能力逐渐降低, 沉积物直接覆盖在早期的湿地沉积或河口坝沉积之上。主要发育2种类型的沉积物垂向序列:第1种, 下部为富含植物碎片、植物根的块状泥质沉积, 上部发育向上变细的砂质沉积, 泥质沉积的顶部常见冲刷面。这种沉积序列代表了湿地沉积演化为决口河道的垂向组合。第2种, 下部为向上变粗的反旋回, 上部为向上变细的正旋回, 上下之间界面往往不明显, 冲刷面很少见。这种沉积序列代表了决口河道冲刷早期的河口坝沉积, 并不断向河漫湖泊推进。

总体上, 决口水道决口处侵蚀作用最强, 向下游侵蚀作用减弱; 沉积物由决口处向下游逐渐变细。

2)边滩。边滩发育于决口河道弯曲段的凸岸, 并向水道平缓倾斜。受河道宽度和弯曲度的限制, 决口水道中发育的边滩一般规模较小, 大小通常为(200~300 m)× (20~50 m)。边滩的沉积方式以侧向加积为主, 沉积物主要由细砂、粉细砂组成, 含有薄层黏土沉积, 颗粒的分选、磨圆中等, 厚度0.5~1.5 m。边滩发育多个向上变细的正韵律, 单层厚度约20 cm, 韵律顶部泥质含量增大, 发育大量的植物根。反映了周期性洪水作用, 洪水期水流流速较高, 主要沉积细砂, 发育波痕(图 6-A); 洪水过后, 水流流速降低, 河道中呈悬浮搬运的黏土和粉砂沉积下来, 形成边滩顶部的细粒沉积。枯水期, 边滩顶部暴露出水面, 表面生长大量的植被, 并被原地保留下来。

图6

Fig.6

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	图6 信江决口三角洲沉积特征Fig.6 Sedimentary characteristics for crevasse delta of Xinjiang River

3)汊口滩。汊口滩发育于决口河道的分汊口处, 是由于水流受到汊口的顶托作用流速降低, 其携带的砂、泥物质沉积下来形成的。汊口滩平面上呈近三角形, 顶部指向河流的上游。水流受汊口的顶托作用流速降低, 粗粒物质最先在滩体的头部沉积下来, 细粒物质沉积在滩体的尾部, 造成同一时期滩体的沉积物呈头部粗、尾部细。随着沉积物的不断加积, 滩体不断向上游方向生长, 并由水下逐渐暴露出水面。

汊口滩的沉积物类型主要为中砂、细砂和粉砂, 滩体总体上发育向上变细的沉积序列, 受水动力条件周期性波动的影响, 沉积物呈现多期的韵律变化(图 7)。汊口滩沉积物中发育大量的植物根, 是由于枯水期滩体部分暴露, 植物大量繁殖, 被后来的沉积物覆盖保留下来的。此外, 汊口滩沉积中常见生物活动痕迹(6-B)、贝壳和植物碎片等。

图7

Fig.7

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	图7 信江决口三角洲汊口滩沉积垂向序列Fig.7 Vertical sequence of branch mouth bar for crevasse delta of Xinjiang River

3.1.2 决口天然堤

决口天然堤发育于决口河道的两侧, 主要是由于洪水季节河水漫出决口河道, 沉积物在决口河道两侧堆积下来形成的。决口天然堤平行决口河道, 平面上呈长条带状, 高出地面0.4~0.8 m, 向湿地方向呈楔形减薄, 粒度逐渐变细。沉积物主要为粉砂与泥互层(图 8), 表面发育泥裂(图 6-C), 含有大量的植物碎片、植物根(图 6-D)。决口河道的宽度小、深度较浅, 洪水季节河水很容易溢出河道发生沉积, 因此决口天然堤沉积速度较快。

图8

Fig.8

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	图8 信江决口三角洲决口天然堤沉积垂向序列Fig.8 Vertical sequence for crevasse levees of crevasse delta of Xinjiang River

决口天然堤一般叠置在河口坝、前三角洲或湿地沉积之上, 垂向上形成前三角洲— 河口坝— 决口天然堤的垂向序列, 或是由前三角洲、湿地直接演化为决口天然堤沉积。决口天然堤与前三角洲沉积的重要区别, 是决口天然堤的沉积物中含有大量的植物碎片、植物根, 前三角洲沉积物中缺乏植物根。

3.1.3 废弃决口河道

废弃决口河道宽度较窄、深度较浅, 而沉积物堆积速率较快, 河床逐渐被淤积抬高而废弃。废弃决口河道主要沉积细砂、粉砂质黏土、黏土, 发育植物碎片、生物扰动构造。

3.1.4 湿地

湿地是一类介于陆地和水域之间的环境, 是一种地势平坦, 地面常年潮湿, 可有很浅积水(水深通常小于2 m), 被繁茂植物广泛覆盖的沉积环境(Jin et al., 2009; 金振奎等, 2011)。湿地分布于河漫湖泊的边缘, 信江天然堤及决口天然堤的外侧, 植物繁茂。沉积物主要是深色的块状黏土, 富含植物根、植物碎片, 常见生物扰动构造。

3.2.1 河口坝

河口坝发育于决口河道的入湖处, 由于受湖水的顶托作用, 水流流速降低, 沉积物卸载堆积而成。河口坝的形态呈新月形, 规模较小, 大小一般为40× 80 m。沉积物类型主要为细砂, 含有植物碎片及大量的贝壳, 发育生物扰动构造。随着决口三角洲不断向河漫湖泊推进, 河口坝沉积物直接覆盖在前三角洲的黏土沉积之上, 垂向上呈反旋回。由于河漫湖泊规模小、水体浅, 波浪能量低, 对沉积物的改造作用弱, 因此河口坝沉积中缺乏波浪形成的构造。

对单一河口坝砂体进行研究发现, 河口坝在横切剖面上呈底平顶凸的形态, 坝体中心沉积物最厚, 单层砂体的厚度为30~40 cm, 坝边缘沉积物减薄, 单层砂体的厚度仅为3~5 cm(图 9)。河口坝砂体下伏地层为稳定分布的灰色黏土, 不含植物根、植物碎片, 为前三角洲沉积。

图9

Fig.9

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	图9 信江决口三角洲河口坝单一坝体横切剖面Fig.9 Transverse section for distributary mouth bar of crevasse delta of Xinjiang River

随着决口三角洲的不断向河漫湖泊进积, 早期形成的河口坝沉积, 往往被后期的决口河道或决口天然堤沉积所覆盖。垂向上形成前三角洲— 河口坝— 决口河道/决口天然堤的演化序列。

3.2.2 支流间湾

支流间湾分布在决口河道之间相对低洼的区域, 局部与河漫湖泊相连, 水动力条件很弱。支流间湾沉积物以黏土沉积为主, 常见贝壳、生物扰动。

决口前三角洲沉积位于决口三角洲沉积的末端, 与河漫湖泊沉积不易区分, 主要由灰色的块状黏土、粉砂质黏土组成。前三角洲的黏土质沉积中一般不含植物根, 可见生物扰动构造。

决口三角洲向河漫湖泊不断进积过程中, 自下而上依次发育前三角洲泥、决口三角洲前缘粉砂和砂、决口三角洲平原决口河道砂和湿地泥沉积。在决口三角洲沉积序列的下部形成下细上粗的反韵律垂向沉积序列, 在沉积序列的上部形成决口河道下粗上细的正韵律沉积序列, 顶部为湿地沉积。

决口三角洲是主河道决口进入河道间的河漫湖泊形成的, 与决口扇和正常三角洲沉积具有相似之处, 但又具有明显的区别。决口三角洲与决口扇沉积的相似之处在于最初都形成于季节性的洪水事件中, 都发育在主河道的外侧, 由主河道决口形成。不同之处在于决口扇末端终止在泛滥平原或湿地之上, 其沉积主要受河流作用控制; 而决口三角洲末端进入河漫湖泊的稳定水体中, 其沉积受河流、河漫湖泊的共同控制。

决口三角洲与正常三角洲的相似之处在于沉积都受到河流、湖水的共同作用。不同之处主要有3个方面:其一, 决口三角洲与正常三角洲的规模存在较大的差异, 决口三角洲一般规模较小; 其二, 河漫湖泊的规模往往比湖泊要小很多, 水动力条件相对较弱, 对沉积物的改造用较小; 其三, 决口三角洲一般堆积速率较快, 容易废弃, 存在时间相对较短。

从主河道向外侧依次发育天然堤、湿地、河漫湖泊沉积, 其中主河道水动力作用最强, 沉积速率最快, 主要沉积跳跃、悬浮搬运的砂泥物质。洪水期, 河水溢出河道, 所携带的物质沉积下来, 使天然堤不断堆积增高。

随着主河道内沉积物不断沉积, 河床不断抬高, 主河道带的地势高于河道间的湿地和河漫湖泊, 主河道带整体呈现“ 高位河” 的特征, 这种河道极易发生决口。洪水期, 水流流量大、流速快, 超出了天然堤所能承受的界限, 河水冲破天然堤进入湿地和河漫湖泊形成决口三角洲沉积。最初形成的决口水流, 冲刷早期形成的天然堤和湿地沉积形成决口河道, 并在进入河漫湖泊的入湖口形成河口坝沉积。这种决口河道是季节性流水河道, 洪水期河水从主河道流入决口水道并注入河漫湖泊, 枯水期决口三角洲末端暴露水面, 仅在决口河道的上游积水。

决口三角洲在演化初期阶段规模较小, 后续的洪水会使决口三角洲不断向河漫湖泊推进, 决口河道伸长, 并开始分汊。这种决口河道属于常年流水河道, 洪水、枯水季节均有水流从决口河道流入河漫湖泊, 但是流量与携带的泥沙量有明显的差别。

决口三角洲在向河漫湖泊推进的过程中, 由于沉积速率快, 早期形成的分支决口河道, 不断被充填废弃, 顶部发育泥质沉积。随着决口河道不断向前推进, 又产生新的分支河道。

决口三角洲从初次决口开始向河漫湖泊不断推进, 形成向河漫湖泊不断进积的样式(图 11)。

图11

Fig.11

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	图11 决口三角洲顺物源方向进积样式Fig.11 Progradation style for crevasse delta along the source direction