Fisk(1955)在提出浅水三角洲这一概念时, 并没有确定水深下限, 后来有的学者将浪基面深度作为浅水三角洲的下限深度(Postma, 1990; 邹才能等, 2008; 于兴河等, 2013; 朱筱敏等, 2013)。然而, 世界上绝大部分的三角洲都形成于这一深度之内, 换句话说, 这一深度界限内的三角洲并不具有特殊性。因此, 有必要对其内涵进行进一步的分析。

Fisk(1955)在进行密西西比河三角洲研究时, 发现两类发育于不同水深的三角洲具有不同的砂体分布特征。位于陆棚边缘的三角洲(如Balize亚三角洲), 沉积区水体较深, 前三角洲水体深度可达约90 m(300 ft), 河流入海形成了鸟足状的砂体(即著名的鸟足状三角洲), 河口坝呈指状且厚度大, 其顶部发育分流河道, 三角洲前缘斜坡发育滑塌构造, 且在斜坡脚发育浊积沉积; 而近代发育于内陆棚浅水区的三角洲(如Lafourche亚三角洲), 水体较浅, 前三角洲水体深度一般小于约9 m(30 ft), 沉积体薄, 主要形成席状砂(受波浪和沿岸流作用影响), 三角洲平原分流河道深而窄, 并下切到下伏的前三角洲泥中, 不发育滑塌构造和浊积沉积。Fisk(1955)将上述第2类三角洲命名为浅水三角洲。

Postma(1990)首次对浅水三角洲的水深进行了较为明确的界定。他主要从波浪影响范围的角度划分浅水和深水, 认为浅水三角洲的盆地水体深度为数十米之内, 在波浪影响范围之内(相当于浪基面之上, 虽然原文作者没有明确提到浪基面一词), 并将浅水三角洲的剖面结构分为缓倾式和陡倾式(吉尔伯特型)两类; 而深水三角洲的前缘斜坡下部一般在波浪影响范围之外(相当于浪基面之下)。

中国很多学者也赞成将“ 浅水” 定义为浪基面以上的水体范围(邹才能等, 2008, 朱筱敏等, 2012; 于兴河等, 2013)。浪基面反映的是波浪影响的最大深度, 通常为表面波浪波长的1/2, 其绝对值与水体规模有关, 如美国密执安湖最大波浪的波长约为30 m, 中国鄱阳湖和青海湖波浪波长一般为15 m(邹才能等, 2008)。浪基面以上的水体区域, 是波浪能影响沉积物的“ 浅水” 区, 但形成的三角洲剖面却包括2种类型, 其一为缓倾式剖面结构(Postma, 1990), 或称为毯式剖面(邹才能等, 2008), 分流河道可下切至前三角洲沉积中, 相当于Fisk(1955)定义的浅水三角洲; 其二为陡倾式的吉尔伯特型剖面(Postma, 1990), 具有典型的顶积层、底积层和前积层3层结构。学者们在论述浅水三角洲沉积特征时, 认为浅水三角洲的顶积层、底积层和前积层3层结构特征不明显, 或表现为一种隐性前积(朱筱敏等, 2013, 2016; 曾洪流等, 2015), 实际上指的是前一种三角洲。显然, 若仅用浪基面深度来定义浅水三角洲的水体范围, 不足以反映上述差异, 而且由于大部分三角洲均形成和发育于浪基面之上, 若将浅水定义为浪基面之上, 则涵盖的三角洲过于宽泛, 也就失去了将浅水三角洲单独分出的意义了。

表征水深的另一个参数, 即河道水深与河口处盆地水深的比值(河-盆水深比)(Jopling, 1965)对三角洲沉积特征及剖面结构具有重要的影响。随着河-盆水深比增加(河口水体变浅), 水流与底形的摩擦力增大, 有利于河口坝的形成及河道的分流(Wright, 1977; Edmonds and Slingerland, 2007), 而且水流扩散形式趋向于从轴向喷流变为平面喷流, 三角洲前积层倾角变小; 特别是, 三角洲前缘沉积物厚度变小, 在三角洲进积时分流河道对先期三角洲前缘和前三角洲沉积的改造作用增强。在卸载速率一定的情况下, 当河-盆水深比大于或等于1时, 河道可下切至前三角洲沉积中(在坡降一定的情况下河道下切深度随着岸线距离的增加而逐渐减小), 形成顶积层主控的三角洲; 当河-盆水深比小于1时, 形成前积层主控的三角洲, 而且河-盆水深比越小, 三层结构越明显(Edmonds et al., 2011)(图 1)。

图 1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 1 顶积层为主与前积层为主的三角洲纵剖面对比图(据Edmonds等, 2011) 上图: 顶积层主控; 下图: 前积层主控Fig.1 Dip-oriented cross sections of topset-dominated delta and foreset-dominated delta(after Edmonds et al., 2011)

从上可以看出, 影响三角洲沉积特征的水深参数有2个, 即浪基面深度和河-盆水深比。据此, 将浪基面以上的水体深度分为2级, 其一为极浅水(shoal water), 河-盆水深比大于或等于1, 其二为较浅水, 河-盆水深比小于1; 浪基面以下的水体则称为较深水。相应地, 可将三角洲分为三大类(表 1):

表 1

Table1

表 1(Table1)

表 1 不同水深三角洲的特征比较简表 Table1 A brief comparison of characteristics of deltas with different water depths 三角洲类型≥ 1 极浅水三角洲< 1 较浅水三角洲< < 1 较深水三角洲河-盆深度比 三角洲前缘水体深度 浪基面之上 浪基面之上 部分在浪基面之下 剖面结构 顶积层主控; 三层结构不明显 前积层主控; 三层结构较明显 前积层主控; 三层结构明显 分流河道在三角洲 沉积中的垂向位置 分流河道可下切 至前三角洲沉积 分流河道仅分布于 三角洲沉积上部或顶部 分流河道仅分布于 三角洲沉积的顶部 沉积物重力流发育程度 缺乏 可见 较发育 三角洲沉积厚度 厚度小, 小于初始分流河道深度 厚度较大 厚度大 湖(海)平面升降的影响 影响大, 岸线迁移明显, 退积或进积距离远、速率快 有一定影响 影响较小 现代典型实例 鄱阳湖赣江三角洲 美国阿拉法拉亚三角洲 黄河三角洲 东非图尔卡纳湖奥莫河三角洲 美国密西西比河三角洲 青海湖布哈河三角洲

表 1 不同水深三角洲的特征比较简表 Table1 A brief comparison of characteristics of deltas with different water depths

1)极浅水三角洲。河-盆水深比大于或等于1, 即初始分流河道深度大于或等于河口盆地水深, 三角洲前缘位于浪基面之上。这类三角洲由于水体浅, 沉积物厚度小; 在形成过程中虽然可以形成三角洲三层结构(自下而上为前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原)(冯文杰等, 2017), 但由于分流河道深度相对较大, 在三角洲进积过程中分流河道会对已有沉积进行较大的改造, 使得三角洲平原相带宽广, 残留三角洲剖面的三层结构不明显, 形成顶积层主控的三角洲剖面(Edmonds et al., 2011), 呈现为“ 毯式” 。实际上, Fisk(1955)在提出浅水三角洲概念时, 就指的是这类三角洲。文献上所描述的大部分浅水三角洲(Donaldson, 1974; 楼章华等, 1999; 邹才能等, 2008; 朱筱敏等, 2012, 2013; 曾洪流等, 2015; 付晶等, 2015)亦属于这类三角洲。该类三角洲受湖平面升降的影响大, 岸线迁移明显, 会发生快速的、远距离的进积或退积(楼章华等, 1999; 吕晓光等, 1999)。在地层剖面中, 识别这类三角洲的最主要依据是分流河道常下切至三角洲沉积底部(表 1)。为了尊重习惯, 将这类极浅水三角洲简称为浅水三角洲(后文将沿用这一简称)。现代典型实例为鄱阳湖赣江三角洲及美国阿拉法拉亚三角洲。

2)较浅水三角洲。三角洲前缘水体深度在浪基面之内, 且河-盆水深比小于1(初始分流河道深度小于前三角洲深度)。这类三角洲趋向于发育吉尔伯特型剖面结构。在河流排量或沉积物供给足够充分的情况下, 河-盆水深比越小, 吉尔伯特型剖面结构越明显。在地层剖面中, 可通过这一剖面结构来识别这类三角洲。由于三角洲前缘水体在浪基面之上, 沉积体中可见波浪影响的特征。现代典型实例为黄河三角洲及东非图尔卡纳湖奥莫河三角洲。

3)较深水三角洲。三角洲前缘斜坡延伸至浪基面之下, 河-盆水深比远小于1, 相当于Postma(1990)分类中的“ 深水三角洲” 。鉴于“ 深水” 一词很容易与深海或深湖相混淆, 笔者建议将原有的“ 深水” 改为“ 较深水” 。陆架边缘型三角洲或其他具有坡折的较深水体形成的三角洲即属于此类, 其前三角洲与海(湖)底扇环境毗邻。总体特征与较浅水三角洲相似, 主要区别是: (1)三角洲前缘斜坡下部及前三角洲处于浪基面之下, 缺乏波浪影响的特征; (2)三角洲前缘斜坡一般较陡, 常伴随重力流沉积(异重流或滑塌成因)。现代典型实例为美国密西西比河三角洲及青海湖布哈河三角洲。

实际上, 水深条件只是三角洲形成和发育的控制因素之一。除此之外, 还有盆地底形(楼章华等, 1999; Storms et al., 2007; Jimé nez-Robles et al., 2016)、供源体系(McPherson et al., 1987; Postma, 1990; 薛良清和Galloway, 1991)、水体能量相对强度(Galloway, 1975)、河流流量(Edmonds et al., 2010; Lane et al., 2007; Blum and Roberts, 2009; Rosen and Xu, 2013)、河流携带的沉积物属性(粒度、黏度)(Orton and Reading, 1993; Edmonds and Slingerland, 2010; Caldwell and Edmonds, 2014; Burpee et al., 2015; Tejedor et al., 2016)、植被发育程度(Edmonds and Slingerland, 2010; Nardin and Edmonds, 2014; Nardin et al., 2016)、湖(海)平面变化(楼章华等, 1998, 1999; Blum and Roberts, 2009; Garcia-Garcia et al., 2011; 曾灿等, 2017)等因素。

盆地稳定沉降背景下的平缓底形有利于浅水三角洲的发育。在相对缓坡的条件下, 河-盆水深比大于等于1的水体环境较为宽广, 有利于浅水三角洲的持续发育; 若坡度过陡, 三角洲很快就会进积到较深水(河-盆水深比小于1)中, 因此较陡坡条件下一般不发育浅水三角洲。

三角洲供源体系包括冲积扇(碎屑流扇、河流扇等)、非限定性辫状河、限定性辫状河和曲流河等(Postma, 1990)。碎屑流扇、河流扇、非限定性辫状河一般形成于较陡坡环境, 这类供源体系进入稳定水体后会很快进积到相对深水环境中(河-盆水深比小于1), 一般难于发育浅水三角洲。只有在较缓坡背景下的限定性河流(曲流河和限定性辫状河)才容易形成和发育浅水三角洲。但值得关注的是, 限定性河流在进入三角洲平原之前的类型(辫状河或曲流河)对三角洲沉积没有本质的影响, 因为供源河流在上三角洲平原分流后会发生河型改变, 例如, 在鄱阳湖赣江浅水三角洲体系中, 供源的赣江为典型的辫状河, 但分流后的三角洲平原分流河道却大多为发育边滩的曲流河道以及不发育心滩的低弯度河道。

在三角洲水下部分, 沉积物受到河流、波浪和潮汐等多因素的影响。根据不同类型能量相对强度, 浅水三角洲又可以分为河控浅水三角洲、浪控浅水三角洲和潮控浅水三角洲。当然, 还有过渡类型, 如松辽盆地白垩纪大型浅水三角洲受到河流和湖浪的共同作用, 并可根据受湖浪改造席化的程度, 将湖盆浅水三角洲划分为席状、坨状、枝状, 其中, 席状浅水三角洲受波浪的改造作用最强, 而枝状浅水缓坡三角洲受波浪的改造作用较弱(赵翰卿, 1987; 楼章华等, 1999)。

对于河控浅水三角洲(波浪和潮汐作用较弱), 影响三角洲形成和发育的因素还有河流流量、河流携带的沉积物属性(粒度、黏度)、植被发育程度、湖(海)平面变化等因素。强的河流作用会形成惯性力为主的流动, 有利于分流河道的延伸(Fisher et al., 1969; Wright, 1977; Edmonds and Slingerland, 2007), 而较高的悬移质含量和植被发育程度会增加沉积物的黏滞力, 使得分流河道不易改道(Edmonds and Slingerland, 2010; Caldwell and Edmonds, 2014; Nardin and Edmonds, 2014; Nardin et al., 2016)。

不同因素的耦合作用会形成具有不同沉积特征的三角洲。从沉积构型的角度(主要考虑河口区分流河道与河口坝的组合样式), 可将河控浅水三角洲分为2个端元类型, 即分流砂坝型浅水三角洲和指状砂坝型浅水三角洲。下面分别分析和总结这2类三角洲的沉积构型特征、形成条件和形成过程。

分流砂坝型三角洲为河道入海(湖)后形成的扇状多级分流河道与河口坝系统。典型的现代实例有美国墨西哥湾阿拉法拉亚海湾发育的阿拉法拉亚三角洲(Atchafalaya Delta)及沃克斯湖三角洲(Wax Lake Delta)、俄罗斯西伯利亚北冰洋的伏尔加三角洲(Volga Delta)、里海的勒拿三角洲(Lena Delta)等。前人曾对这类三角洲前缘进行过大量的研究(Fisher et al., 1969; Coleman and Wright, 1975; Galloway, 1975; Roberts et al., 1980; Wagoner Heerden, 1983; Wagoner Heerden and Roberts, 1988; Yalin, 1992; Kroonenber et al., 1997; Roberts, 1998; DuMars, 2002; Schwamborn et al., 2002a, 2002b; Overeem et al., 2003; Olariu and Bhattacharya, 2006; 张昌民等, 2010; Rosen and Xu, 2013; Shaw et al., 2013; Shaw and Mohrig, 2014), 在此以总结为主。

2.1 沉积构型特征

2.1.1 总体形态与微相组合特征 三角洲平面上整体呈扇状, 为多级发散的分流河道及其间的河口坝组合。三角洲前缘由众多的河口坝及树枝状分级分流河道组成, 两者相间分布, 呈现“ 河在坝间” 的分布样式, 如阿拉法拉亚三角洲(图 2)。该三角洲发育1条主干分流河道、10余条次级分流河道, 其间为分流河口坝, 形成了一个多级河— 坝系统, 不发育分流间湾; 主干分流河道河口深约3 m, 进积到约3 m深的海湾, 地形坡度小于0.1° , 海湾内波浪与潮汐能力较弱; 在强河流供给条件下, 三角洲向湖湾内快速进积, 形成了长约10 km、宽约4 km的前缘砂体。

图 2

Fig.2

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	图 2 阿拉法拉亚三角洲平面分布及剖面特征(据van Heerden, 1983; 有修改)Fig.2 Planar and profile characteristics of Atchafalaya delta(modified from van Heerden, 1983)

2.1.2 单一微相特征 在树枝状发散的众多分流河道中, 单一分流河道平面上呈带状, 横剖面呈顶平底凸形态。分流河道向湖(海)不断分级, 并随着分流级次的增加, 分流河道规模(宽度、深度、延伸长度)也不断减小。研究表明, 分流河道的宽度与分流级数呈对数负相关关系(Olariu et al., 2006)。每次分流后, 河道的宽度和厚度分别减小约为原来的0.7、0.8倍(Yalin, 1992; Olariu et al., 2006), 而且每次分流具有不对称型, 形成的2支次级河道的规模也是不同的, 分流后形成的2支河道的宽度比平均为1.7︰1, 并且这一宽度比在5次分流河道后不断减小(Edmonds and Slingerland, 2007, 2008)。

单一河口坝呈叶片状、新月形等, 位于分流河道之间。剖面上呈“ 底平顶凸” 形态, 坝体中部较厚, 四周较薄。河口坝内部以前积层为主, 同时发育侧积层与溯源加积层(图 2-B)。在河口坝侧缘发育薄层天然堤沉积。

2.1.3 砂体分布与连通性 三角洲前缘砂体连片分布, 为泛连通体, 局部发育废弃河道泥岩。由于泛连通体内部由众多的分流河道和河口坝侧向相间组成, 而两者的粒度韵律特征不同, 其中前者为正韵律, 后者为反韵律, 因而砂体内部的物性非均质性较强。

2.2 形成条件与过程

2.2.1 形成条件 在浅水条件下, 高流量、高载荷且推悬比相对较高的河流供给有利于这类三角洲的发育。高流量和高载荷的河流入湖后受水流的惯性力向前延伸, 但浅水湖盆底形的摩擦力作用导致水流明显扩散, 沉积物快速卸载并形成河口坝沉积从而导致河道分流(van Heerden, 1983), 而且由于高推悬比的沉积物黏性低, 导致河道频繁分流, 形成众多的分级分流河道和河口坝组合系统(Edmonds and Slingerland, 2008, 2010; Edmonds et al., 2010)。

2.2.2 形成过程 这类三角洲的沉积过程可以划分为以下几个阶段: (1)河流进入水体后在河口沉积形成水下平台(前三角洲和远砂坝)(图 3-A); (2)在水下平台基础上, 河道分流形成多个支流水道、小型决口水道、分流河口坝, 并在近源形成水下天然堤, 远源继续形成新的水下平台(图 3-B); (3)河道继续分流并向前延伸, 水下天然堤生长为水上天然堤(图 3-C); (4)河口坝生长, 可顺流、侧向及溯源加积, 并可导致其两侧的分流河道局部被充填并发生废弃, 使得多个小型叶状河口坝发生合并, 形成大型的河口坝(图 3-D)(van Heerden, 1983; Roberts, 1998; van Heerden and Roberts, 1988)。

图 3

Fig.3

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	图 3 阿拉法拉亚三角洲演化模式(据van Heerden, 1983) 水下演化阶段: A— 前三角洲及远砂坝台地的发育; B— 分流河道— 河口坝及水下天然堤的发育; 水上演化阶段:C— 河道分流及伸长; D— 朵叶合并Fig.3 Development model of Atchafalaya delta(after van Heerden, 1983)

指状砂坝型三角洲为河道入海(湖)后形成的指状砂体与分流间湾系统。指状砂坝的概念源于对现代密西西比河鸟足状较深水三角洲的研究。Fisk(1955)在进行浅水三角洲和深水三角洲分类时, 将指状砂坝(bar finger)作为深水三角洲的重要标志, 认为在较深水条件下分流河道向河口卸载形成的河口坝砂体不易被改造, 而是不断向前推进成为以河口坝为主的条带状砂体(分流河道发育于坝顶)。实际上, 在浅水条件下亦可形成和发育指状砂坝。中国鄱阳湖现代浅水三角洲广泛发育典型的指状砂坝, 且在地下地层中如中国渤海湾盆地新近系明化镇组、鄂尔多斯盆地三叠系延长组浅水三角洲含油储集层内亦可识别指状砂坝砂体。

3.1 沉积构型特征

3.1.1 总体形态与微相组合特征 与分流砂坝型三角洲不同的是, 指状砂坝型三角洲的河道进入水体后并没有形成分散的叶状河口坝, 而是向前延伸形成一个或数个条带状砂体, 即由河口坝— 河道— 天然堤组成的指状砂坝。指状砂体由河口坝、分流河道和天然堤构成, 呈现“ 河在坝内” 的河— 坝组合样式。指状砂坝之间为分流间湾。

根据现代沉积和地下密井网井震结合分析, 浅水三角洲指状砂坝的分布可呈现不同的样式, 包括单一蛇状、鸟足状、树枝状、交织状等(图 4)。

图 4

Fig.4

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	图 4 鄱阳湖浅水三角洲内不同的指状砂坝分布样式Fig.4 Different distribution patterns of fingered bars within shoal water deltas in Poyang Lake

单一蛇状: 入湖的河道未发生分流, 仅形成一个指状砂坝, 其不断向盆地内蜿蜒延伸, 如鄱阳湖西北部发育的陶家港浅水三角洲(图 4-A)及湖南东洞庭湖藕池浅水三角洲。

鸟足状: 由数个分支的指状砂坝组成, 呈鸟足状, 仅发生少数几次分流作用。指状砂坝之间发育稳定的分流间湾沉积, 多个指状砂坝之间不会发生汇合, 而是沿着不同方向向湖盆延伸。如鄱阳湖东北部的章田河三角洲(图 4-B)、美国南部墨西哥湾发育的瓜达卢普三角洲(Guadalupe delta)。

树枝状: 由不断分支的指状砂坝组成。前缘分流河道发生多次分流作用, 并呈树枝状向盆地内延伸。指状砂坝之间发育不稳定的分流间湾沉积, 末端的指状砂坝可发生汇合。如江西鄱阳湖西侧日帽洲浅水三角洲(图 4-C)。

交织状: 分支的多个指状砂坝之间发生了再次汇合, 组合成交织条带。如鄱阳湖西南侧发育的浅水缓坡三角洲(图 4-D)。

3.1.2 单一指状砂坝及其内部构型特征 单一指状砂坝平面上呈条带状。从俯视角度看, 指状砂坝的中心为分流河道, 侧缘为天然堤(图 4), 但实际上其内部包含河口坝沉积。

河口坝沉积表现为粒度反韵律特征, 横剖面上总体呈“ 底平顶凸” 形态; 分流河道砂体一般呈粒度正韵律特征, 横剖面呈“ 顶平底凸” 形态, 位于河口坝上部或切穿坝体; 天然堤沉积粒度较小, 一般为粉砂质泥(岩), 披覆于分流河道两侧的河口坝之上(图 5, 图 6)。

图 5

Fig.5

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	图 5 鄱阳湖浅水三角洲中一个指状砂坝的横剖面特征Fig.5 Cross section of a fingered bar within a shoal water delta in Poyang Lake

图 6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 6 渤海湾盆地某油田新近系明化镇组一个小层的浅水三角洲指状砂坝构型特征Fig.6 Architectural characteristics of fingered bars of shoal water delta in a layer of Minghuazhen Formation, Neogene, BZ25 Oilfield, Bohai Bay Basin

现代浅水三角洲指状砂坝规模测量分析表明, 河道宽度一般为指状砂坝宽度的1/4~1/10。然而, 由于河道在指状砂坝内可发生侧向迁移, 其宽度比可大于这一数值。在图 6所示的渤海湾盆地某油田新近系明化镇组一个小层的浅水三角洲指状砂坝中, 河道砂体宽度占整个指状砂坝宽度的1/4~1/3。由于分流河道切穿坝体, 使河口坝呈翅状分布于分流河道两侧(图 6); 顺主流线方向, 坝上分流河道的宽度及深度逐渐减小, 并由深切河口坝向浅切河口坝转变(图 6); 在指状砂坝的最前端, 为小型朵状河口坝(图 4)。

这类指状砂坝在平面外形上类似于现代密西西比河鸟足状深水三角洲前缘指状砂坝, 但内部构型有很大的差别。较深水三角洲指状砂坝厚度较大, 分流河道仅下切河口坝中心顶部(Fisk, 1955), 与浅水三角洲指状砂坝内部分流河道下切至河口坝底部甚至前三角洲泥具有明显的差异。这是两者河-盆水深比差异导致的结果。较深水三角洲河-盆水深比远小于1, 分流河道的深度明显小于前三角洲水体深度, 河口坝沉积厚度很大, 分流河道仅能下切厚度河口坝的顶部; 而浅水三角洲河-盆水深比大, 分流河道深度大, 河口坝沉积厚度较小, 分流河道可深切或切穿河口坝砂体(徐振华等, 2019)。

3.1.3 砂体分布及连通性 这类三角洲砂体主要为条带状的指状砂坝砂体, 其间为分流间湾泥质沉积, 因此, 砂体连通性差。

指状砂坝砂体内部不同构成单元分布复杂, 而且粒度韵律有差别, 其中, 分流河道呈现粒度正韵律, 河口坝为粒度反韵律, 因此砂体内部的物性非均质性强。

图 7为综合上述特征建立的指状砂坝型河控浅水三角洲沉积构型模式。

图 7

Fig.7

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	图 7 指状砂坝型浅水三角洲沉积构型模式Fig.7 Depositional architectural model of fingered bar type shoal water delta

从上分析可知, 河控浅水三角洲两种端元类型在外形、微相组合关系、单一微相特征、砂体分布及连通性等方面均有较大的差异(表 2)。

表 2

Table2

表 2(Table2)

表 2 河控浅水三角洲2种端元类型的特征比较简表 Table2 A brief comparison of characteristics of two end-member types for fluvial-dominated shoal water delta

表 2 河控浅水三角洲2种端元类型的特征比较简表 Table2 A brief comparison of characteristics of two end-member types for fluvial-dominated shoal water delta

3.2 形成条件与过程

3.2.1 形成条件 指状砂坝型三角洲形成的最重要前提是盆地水体能量弱。较弱的盆地水体能量(波浪和潮汐作用弱)不易改造河口沉积物, 否则难于形成指状砂坝。因此, 只有在低能水体盆地中发育的三角洲才可能发育这类指状砂坝。这也是Galloway(1975)将密西西比河鸟足状三角洲作为河控三角洲典型代表的原因。

就河控指状砂坝型浅水三角洲而言, 其前缘分流河道延伸长、不易分流(与分流砂坝型三角洲相比), 这就要求分流河道两侧天然堤具有较强的稳固性, 其主要的形成条件是河流携带高黏的悬移质以及温暖潮湿的气候; 另外, 高排量的沉积物供给亦为指状砂坝的形成提供了有利条件。

细粒高黏的沉积物在水体中多呈悬移质的搬运状态, 沉积速率慢, 有利于分流河道两侧高黏天然堤的形成, 从而起着限制河道分流与决口的作用(Edmonds and Slingerland, 2010; Caldwell and Edmonds, 2014; Burpee et al., 2015; Tejedor et al., 2016), 有利于指状砂坝的形成。

温暖潮湿的气候有利于植被的发育(Rosen and Xu, 2013; Nardin and Edmonds, 2014; Nardin et al., 2016), 使得分流河道两侧的天然堤沉积较为稳固, 并将水流限制在分流河道之中, 从而有利于指状砂坝的形成。

沉积物排量影响着三角洲的建造程度(Galloway, 1975; 朱筱敏等, 2012)。高排量的沉积物供给使得分流河道不断将携带沉积物向盆地内供给, 有利于指状砂坝不断向盆地方向延伸。

3.2.2 形成过程 单一指状砂坝的形成可以划分为以下3个阶段: (1)河流进入水体后, 在河口处沉积小型河口坝; (2)河道向前延伸并在两侧形成天然堤; (3)由于天然堤的稳固, 河道不断向前延伸, 并下切前端的河口坝砂体; 重复上述过程, 逐渐形成指状的河口坝— 河道— 天然堤复合体。

指状砂坝型浅水三角洲形成过程的数值模拟(应用Delft3D软件)表明, 在河流进入水体后, 由于受河口坝的影响可形成2个不均衡的次级分流河道, 其中, 水动力较强的次级分流河道不断向湖推进, 水动力较弱的次级分流河道延伸向湖推进一段距离后废弃。分流河道也可能发生决口, 形成新的分流河道, 并形成新的指状砂坝(图 8)。由于推悬比低, 河道分流频率较低, 且多形成极不均衡的分流, 最终形成由少量指状砂坝和分流间湾组成的浅水三角洲。

图 8

Fig.8

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	图 8 指状砂坝型浅水三角洲形成过程的数值模拟Fig.8 Numerical simulation of formation processes of fingered bar type shoal water delta

1)根据浪基面和河-盆水深比(初始河道深度与河口盆地水体深度比值), 可将三角洲分为极浅水三角洲、较浅水三角洲和较深水三角洲。极浅水三角洲为典型的浅水三角洲, 其河-盆水深比大于或等于1, 分流河道可下切至三角洲底部。

2)河控浅水三角洲不仅发育分流河道, 而且发育河口坝。根据三角洲前缘分流河道与河口坝的组合关系, 可将河控浅水三角洲的端元类型分为2类, 其一为分流砂坝型, 为众多的分级分流河道和河口坝组成, 分流河道分布于砂坝之间, 形成“ 河在坝间” 的分布样式; 其二为指状砂坝型, 河口区发育条带状的砂坝, 分流河道位于砂坝之内, 形成“ 河在坝内” 的分布样式。指状砂坝的分布可呈现单一蛇状、鸟足状、树枝状、交织状等样式。

3)浅水三角洲作为一种特殊的三角洲, 在形成条件、发育过程及沉积构型响应等方面尚有诸多问题有待于进一步深入研究。(1)河控浅水三角洲2种端元类型形成条件的差异尚不很明确, 虽然已知河流携带物质的推悬比及气候是十分重要的影响因素, 但其他因素(如河流流量和载荷、盆地地形等)的影响尚需进一步深入研究; (2)浅水三角洲指状砂坝的分布可呈现不同的样式, 如单一蛇状、鸟足状、树枝状及交织状等, 其形成条件的差异尚不明确, 有待于进一步研究; (3)浅水缓坡条件下的三角洲受基准面如湖(海)平面变化的影响大, 尚需进一步研究基准面升降过程对三角洲发育和改造的影响, 如基准面下降过程中, 三角洲平原分流河道对三角洲前缘和前三角洲沉积的改造过程及沉积构型响应。