三角洲沉积体系及沉积相

发布网友 发布时间：2022-04-25 20:17

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热心网友 时间：2022-04-27 19:44

三角洲是地质学中最古老的概念之一。三角洲一词早在公元前400年就由Herodotus等人使用，他们发现尼罗河口冲积平原在形态上像希腊文字母“△”，从那时起三角洲这一术语就产生了。三角洲的最初定义是Barrel（1912）提出，认为“三角洲是由注入或仅靠永久性水体的河流所建造的部分属于陆面上的沉积体”。许靖华（1979）对三角洲进行定义：一条河流入海和入湖的河口部分，坡度渐平缓，沉积物大量堆积，河流形成许多分流，通常把第一个分支以下经常受到河流影响的沉积区称为三角洲。一般来说，在河流与海洋或湖泊的汇合处沉积成锥形的沉积体，即三角洲。三角洲是一个以陆源碎屑沉积占优势的区域，属于海陆过渡环境。三角洲沉积体是河流作用和海洋作用在河口地区相互影响的结果，其发育状况的最重要因素是河流供给大量沉积物和沉积区的下沉。理想的三角洲形状是锥形的，然而很难达到理想形状。受气候、水流量、沉积负载、河口作用过程、波浪、潮汐、水流、风、陆棚斜坡以及沉积盆地的构造及几何形态等多种作用的影响，三角洲沉积地区的环境极为复杂，河流分叉后，从第一个分叉开始起算进入该区沉积范围，在分流河道之间尚有湖泊、沼泽沉积体，靠近海岸尚有滨海沉积物混入。因此三角洲环境的沉积物为一混合体，称为三角洲体系。

在研究区，三角洲沉积主要发育于早二叠世早期，本区三角洲体系总体属于浅水三角洲，其特征是三角洲平原沉积发育，三角洲前缘和前三角洲沉积相对不太发育。垂向上，旋回性清楚，表明受海平面变化影响明显。煤层比较发育，横向分布上连续。三角洲体系包括上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲及三角洲间湾等沉积相。

2.2.2.1　上三角洲平原相

为三角洲沉积的陆上部分，范围从河流大量分叉位置至海平面以上的广大河口区，是与河流有关的沉积体系在海滨区延伸。其沉积环境和沉积特征与河流相有较多共同之处，在一定程度上为河流相的缩影。岩性主要为砂岩、粉砂岩、泥岩（包括泥炭、煤等）。砂质沉积与泥炭、煤共生是该相的重要特征。砂质碎屑的分选性差，粒度概率曲线与河流相近似。层理构造复杂，视环境不同而异，见雨痕、干裂、足迹等层面构造。生物化石少，且多为淡水动物化石和植物残体。岩体呈透镜状，横向变化大。分流河道和沼泽沉积构成该亚相的主体，这是与一般河流的重要区别。上三角洲平原相可近一步分为分流河道、天然堤、决口扇、泛滥盆地（沼泽、淡水湖泊）等沉积类型。

在研究区，上三角洲平原沉积发育于峰峰、临城、元氏、大城及唐山一带的下石盒子组以及京西、天津宝坻以及兴隆一带的与山西组相当的地层中。上三角洲平原特征基本上与曲流河体系相同，只是在横向上会过渡为下三角洲平原及水下三角洲，上三角洲平原一般包括分流河道、天然堤、决口扇及泛滥盆地等沉积单元。

（1）分流河道沉积

该相构成上三角洲平原上的主体，在本区下石盒子组比较发育，主要发育低角度交错层理中砂岩相和槽状交错层理中砂岩相，岩石类型以中粒砂岩为主，分选中等—较差，具向上变细的正粒序，底部为含砾粗砂岩组成的滞积层和明显的冲刷面，发育大型板状、槽状交错层理。垂向上常与天然堤和泛滥盆地共生。

（2）天然堤沉积

发育在河道堤岸的两侧，垂向上位于分流河道之上，是在洪水期由洪水中悬浮的较粗物质在河道两岸堆积而成。发育平行层理细砂岩相和沙纹层理细砂岩相，岩石类型主要为粉砂岩和细砂岩。具小型交错层理、平行层理，局部可见生物搅动构造。

（3）决口扇沉积

岩性主要为细砂岩及泥质粉砂岩，是由于切过河岸天然堤的树枝状水系形成的。因为快速堆积，所以岩石中碎屑分选和磨圆度差，成熟度低，常含较多的杂基，见有小型槽状交错层理及沙纹交错层理，有时具水平层理，平面上呈扇形，剖面上呈小型透镜状。

（4）泛滥盆地沉积

发育含植物碎片粉砂岩相、灰色、深灰色泥岩相和炭质泥岩相，以湖泊、沼泽沉积为主体，岩石类型由泥岩及粉砂质泥岩组成，含少量的植物化石和碎片，常见有菱铁质结核，沉积构造多水平层理、水平波状层理或块状层理。

2.2.2.2　下三角洲平原相

下三角洲平原是上三角洲平原的水下延伸部分。在分流河道向海延伸的过程中，河道加宽，深度减小，分叉增多，流速减缓，堆积速度增大。沉积物以砂、粉砂为主，泥质极少。常发育交错层理、波状层理及冲刷—充填构造，并见有层内变形构造。砂体横剖面呈透镜状，侧向变为细粒沉积物。

下三角洲平原是由与决口扇沉积作用、分流间湾充填沉积作用以及水下和地表物质形成的天然堤有关的作用而形成，因此其特征是河道显著地分流，分流间湾发育。分流河道沉积在垂向上和侧向上与分流间湾沉积有密切关系，分流间湾沉积以深灰色至黑色泥岩为主，也有不规则分布的石灰岩和菱铁矿。

在分流间湾充填序列的顶部，常为具流水沉积构造的砂岩，反映随着间湾的充填、变浅，水动力条件逐渐变强。同时，决口作用形成的粗粒决口扇沉积也常常出现在分流间湾沉积中，当海湾充填到一定程度时，能够生长植物并堆积泥炭。在下三角洲平原环境，由于海水的经常涉入，因此常常见到从咸水到正常海水的动物化石。

研究区的下三角洲平原相包括分流河道、天然堤及分流间湾等沉积单元。

（1）分流河道沉积

以冲刷面及大型板状交错层理及大型槽状交错层理的向上变细的中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩及泥岩为代表，主要发育低角度交错层理中砂岩相和槽状交错层理中砂岩相，冲刷面上常见树干化石及泥砾，古水流方向以单向为主，在近河口处，古水流方向常发生变化。颗粒搬运方式以跳跃和悬浮搬运为主，粒度概率曲线有跳跃总体和悬浮总体组成（图2.3a），悬浮总体含量8%～30%，跳跃总体含量65%～90%，细截点位置1.4～2.5mm，平均粒径1.6mm，水下分流河道常呈块状，粒序性不甚清楚，电测曲线形状多呈箱形，有些也呈钟形。

图2.3 沙坝沟剖面峰峰下石盒子组分流河道和河口坝粒度概率曲线图Fig.2.3 Size distribution diagram of distributary channel and mouth bar

（据窦建伟，1997）

（2）天然堤沉积

发育平行层理细砂岩相和沙纹层理细砂岩相，粒度比河道沉积物细，主要由粉砂岩及泥岩组成，沉积构造主要是一些小型的交错层理如沙纹层理等。天然堤沉积常见于河道沉积之上，其上可见植物根痕迹。

（3）分流间湾沉积

这是被天然堤或沼泽隔开并与开阔海水之间有一定连通的微咸水体，发育沙纹层理细砂岩相、灰色、深灰色泥岩相和炭质泥岩相。其沉积物主要为深、暗色的泥岩、含炭泥岩和粉砂质泥岩，常夹有决口形成的砂体透镜体，发育水平层理、水平波状层理及发育小型沙纹层理，含有少量植物根和叶化石，并含较多的菱铁质结核，微咸水—半咸水环境，垂向上常与分流河道和分流河口坝共生。

2.2.2.3　三角洲前缘相

三角洲前缘是三角洲的水下部分，呈环带状分布于三角洲平原向海一侧边缘。在海相三角洲形成过程中，因河水密度小于蓄水体密度，低密度的河水离开三角洲平原后，会悬浮于高密度的海水之上呈平面喷流，其携带的泥砂质沉积会逐渐沉降下来堆积于河口附近，形成以砂质沉积为主的河口坝和以粉砂质沉积为主的远砂坝。

本区三角洲前缘相不太发育，主要包括河口坝和远砂坝等沉积单元。

（1）河口坝沉积

河口坝又称分流河口坝，位于分流河道的河口处，沉积速率最高，海水的冲刷及簸选作用使泥质沉积物被带走，砂质沉积物被保存下来，故河口坝沉积物主要由分选好、质纯净的细砂和粉砂组成。具较发育的槽状交错层理，成层厚度为中、厚层，可见水流波痕和浪成波痕，河口坝随三角洲向海推进而覆盖于前三角洲泥质沉积之上，生物化石稀少。

河口坝沉积主要由比较干净的细砂岩和中砂岩组成，分选中等—较好，泥质杂基含量较低，可能是在河口处受波浪、潮汐作用的反复筛选的结果，粒度概率曲线以悬浮总体和跳跃总体为主，少量滚动搬运（图2.3b），粒径范围1.67～4.19mm，标准偏差0.66～1.84。发育泥砾岩相、槽状交错层理细砂岩相、槽状交错层理中砂岩相及板状交错层理中砂岩相，层理类型有大型楔状交错层理、低角度交错层理及大型槽状交错层理，有时还看到包卷层理以及共生的泥砾。古水流方向受河流和潮汐水流影响较大，常出现向陆方向或多方向变化的分量。砂体在剖面上呈透镜状，粒度由下向上变粗，测井曲线常呈倒钟形，顶部突变或渐变，底部渐变。顶部常被三角洲平原分流河道切割，在垂向上常与分流间湾共生。

（2）远砂坝沉积

远砂坝是三角洲前缘环境向海倾斜的边缘部分。由薄层状粉砂和粘土及细砂组成；沉积构造以粉砂和粘土组成水平层理为特征，但交错层理、冲刷充填构造、侵蚀面等也较常见；普遍可见大小不同的潜穴、生物扰动层及介壳；在沉积序列上，它位于河口砂坝之下、前三角的泥之上，形成了由下向上逐渐变粗的层序。

远砂坝沉积在本区以发育沙纹层理细砂岩相、平行层理细砂岩相和生物扰动粉砂岩相为代表，以薄层到中厚层状的中细砂岩与粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩的互层为特征，发育小型沙纹层理，还有薄的砂泥互层的韵律层理及一些生物扰动构造。与河口坝沉积一起构成粒度向上变粗的序列。

2.2.2.4　前三角洲相

前三角洲相位于三角洲前缘的前方，是三角洲舌状体向海的继续延伸，特别是在海相三角洲低密度的河水与高密度的海水混合过程中，粗粒的砂质和粉砂质在河口附近沉积，泥质则可呈悬浮状态向海搬运的更远，从而在三角洲前缘向海一侧沉积下来形成前三角洲泥质沉积。

前三角洲相以发育灰色、深灰色泥岩相为代表，主要由粉砂质泥岩、泥岩及薄层菱铁矿层等细粒沉积物组成，发育水平层理，偶见动物化石。前三角洲与三角洲前缘沉积一起总体上以向上变粗为特征，在测井曲线上为典型的倒松塔形，易于识别。

2.2.2.5　三角洲间湾相

三角洲间湾是指位于大型三角洲朵体之间的海湾，具有半咸水到正常海水的沉积环境，这里水体受两侧三角洲朵体的*而水体能量较低，水体较浅，沉积物常较细，主要为泥岩、炭质泥岩和菱铁质泥岩，水体变浅使得地下水位高于海平面则可发育泥炭沼泽并形成厚度较大的煤层。

2.2.2.6　三角洲体系的沉积序列及聚煤作用

研究区三角洲体系的聚煤作用主要发生于下三角洲平原，以山西组为例（图2.4），在其早期是海平面下降期的三角洲建设阶段，形成向海进积三角洲平原和三角洲前缘沉积，其后，因海平面上升使分流河道废弃或陆源碎屑供给向陆地缩回，从而使得三角洲进入废弃阶段，此时则会发育广泛分布的泥炭沼泽，形成区内最厚、分布最广的山西组煤层（如太行山以西阳泉矿区的3^＃煤层以及峰峰和邢台的2^＃煤层）。之后，随着海平面的重新下降，陆源碎屑物会重新输入进来，从而又进入新的三角洲建设阶段。一般来说，三角洲废弃期的聚煤作用最好，厚度大且分布广的煤层一般都形成于这一阶段。

图2.4 阳泉矿区山西组煤层沉积模式Fig.2.4 Coal depositional model of the Shanxi Formation in the Yangquan mine area of Shanxi Province（After Li Chunsheng,1984）

（据李春生，1984）