基于Google Earth軟件的密西西比河現(xiàn)代三角洲沉積特征解剖

謝啟紅，邵先杰，孫慶宇，接敬濤，張 珉，時(shí)培兵，霍夢(mèng)穎

(1.燕山大學(xué) 石油工程系，河北 秦皇島 066004；2.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

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基于Google Earth軟件的密西西比河
現(xiàn)代三角洲沉積特征解剖

謝啟紅1，邵先杰1，孫慶宇2，接敬濤1，張 珉1，時(shí)培兵1，霍夢(mèng)穎1

(1.燕山大學(xué) 石油工程系，河北 秦皇島 066004；2.河南理工大學(xué) 能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000)

摘要：以密西西比河三角洲為例，應(yīng)用Google Earth軟件等信息技術(shù)將密西西比河三角洲解析數(shù)字化，提取三角洲的地貌、海拔深度值等參數(shù)，結(jié)合地質(zhì)沉積背景及測(cè)井曲線資料，詳細(xì)解剖三角洲各沉積亞相及微相單元特征。研究發(fā)現(xiàn)密西西比河三角洲各沉積微相及亞相均比較發(fā)育，橫向與縱向上連續(xù)性較好；密西西比河三角洲是典型的鳥足狀三角洲，受河流主控因素影響，三角洲前緣發(fā)育特有的支流間灣沉積，河口沙壩發(fā)育數(shù)量多，席狀沙在河口沙壩前端呈舌狀凸起。

關(guān)鍵詞：密西西比河三角洲；沉積特征；鳥足狀三角洲；河流作用；Google Earth

密西西比河三角洲是由美國(guó)西部落基山脈的密西西比河攜帶的大量碎屑物，在路易斯安那州南部的墨西哥灣入?？谔幎逊e形成的泥沙等綜合沉積體。密西西比河流域是典型的高落差、強(qiáng)能量、多物源的流系。三角洲沉積體系含有豐富的有機(jī)物，砂體孔滲性發(fā)育，是良好的油氣儲(chǔ)集區(qū)，已被大量的油氣勘探成果所證實(shí)[1]。因此，準(zhǔn)確的掌握其沉積特征及沉積模式對(duì)于尋找油氣資源具有重要的指導(dǎo)意義。目前，針對(duì)不同三角洲的沉積模式及沉積特征研究成果已經(jīng)很多[2-5]，但由于缺乏真實(shí)的水下沙體海拔深度、坡降等資料，導(dǎo)致水下沙體的平面展布研究準(zhǔn)確性較差。隨著遙感衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星圖像資料在研究中得以應(yīng)用，并發(fā)揮了重要作用[6-7]。前人對(duì)密西西比河三角洲的河口邊緣的動(dòng)力沉積過程及有關(guān)生態(tài)恢復(fù)建設(shè)進(jìn)行了大量的研究[8-10]，但是針對(duì)密西西比河現(xiàn)代三角洲沉積特征、相帶具體劃分和沙體分布方面的研究相對(duì)較少，本文將對(duì)此進(jìn)行完善與豐富。

1 區(qū)域背景概況

密西西比河三角洲位于美國(guó)路易斯安那州南部，屬亞熱帶濕潤(rùn)地區(qū)，氣候溫和，雨量充沛。冬季平均氣溫13℃；夏季平均氣溫為28℃，降雨主要來源于墨西哥灣和太平洋的濕氣，冬季月平均降雨量在127 mm，夏季月平均降雨量為152 mm。密西西比河汛期為4～5月，9～10月為枯水期，河流徑流量介于2 830～57 900 m3/s。河口屬典型的弱潮河口，平均潮差為0.3～0.75 m，流速為0.1～0.15 m/s。因此，河流作用在河口發(fā)育中中起主導(dǎo)作用[11]。密西西比河年均徑流量為5 800×108m3，年均輸沙量4.95×108t，且主要在三角洲前端的西部分支河道注入海灣[12]。

密西西比河三角洲形成于新生代第四紀(jì)晚期，在全新世沉積速率最大，超過了3.0 cm/y[11]。密西西比河三角洲的形成經(jīng)歷了多期的疊置沉積，根據(jù)大量鉆孔巖心資料[8]研究表明，密西西比河在過去的6 000年中形成了16個(gè)不同的三角洲瓣，其中，每一個(gè)三角洲瓣都包含了一個(gè)完成的三角洲沉積相。密西西比河現(xiàn)代三角洲的沉積速率平均值為0.24 cm/y[13]。三角洲在平面上展布呈鳥足狀(圖1)，水上三角洲面積為2.6×104km2。三角洲平原分流河道密布，約250多條支流，形成巨大的不對(duì)稱樹枝狀水系，其中最主要的支流有俄亥俄河、密蘇里河、阿肯色河等。三角洲地勢(shì)低平，海拔高度為-3～2 m，大部分人口集中于狹窄的土脊高地。近百年以來，密西西比河曾發(fā)生了37次重大洪災(zāi)[12]，導(dǎo)致河堤兩岸多沼澤濕地，洼地分布。

2 沉積特征

三角洲總的沉積面貌和各亞相沙體特征主要取決于河流和海洋水體各種動(dòng)能的相對(duì)差異程度[14-15]。筆者通過采用Google- Earth信息技術(shù)對(duì)密西西比河三角洲進(jìn)行了海拔深度數(shù)字化取點(diǎn)分析，通過數(shù)據(jù)整理，作出了密西西比河三角洲的海拔深度等值線圖(圖2)，并結(jié)合對(duì)現(xiàn)代沉積調(diào)查資料的分析，將其歸類為鳥足狀三角洲[1]。又根據(jù)沉積特征與沙體分布，將三角洲劃分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲三個(gè)亞相，并作出了其沉積微相圖(圖3)。

2.1 三角洲平原

三角洲平原是三角洲的水上部分，地勢(shì)低平，分布在海拔深度值0～10 m之間，平均坡降為0.000 1，整個(gè)平原地區(qū)平均海拔高程(相對(duì)于平均海平面)為1 m。三角洲平原縱向長(zhǎng)度(垂直于海岸線方向)為120 km，其中，伸出海面的鳥足狀三角洲縱向長(zhǎng)度為70 km，橫向長(zhǎng)度為28 km。三角洲平原沉積微相主要發(fā)育平原分流河道、分流間、瀉湖和決口扇。

(1)平原分流河道

以密西西比河為干流的平原分流河道十分發(fā)育，約250多條支流，其中最主要的支流有俄亥俄河、密蘇里河、阿肯色河等，在三角洲平原上構(gòu)成了不對(duì)稱樹枝狀體系(圖1)。以伸出海面的局部三角洲平原分流河道為例(圖3)，河道可劃分為兩級(jí)：一級(jí)為主河道，有1條；二級(jí)河道4條。分支河道在三角洲前端表現(xiàn)為“足指頭”形狀，平均縱向距離20 km，其中，西部分支最長(zhǎng)可達(dá)25 km，河寬均70 m；而東部前端較短，只有18 km，河寬均40 m。河道平均水深為0 m，流速3～15 m/s。

三角洲平原地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候，降雨量豐富，平均年降雨量在1 200 mm以上，河口平均年徑流量為5 800×108m3，年均輸沙量4.95×108t。河流沉積主要以細(xì)沙為主，沙粒由于河流長(zhǎng)期搬運(yùn)作用，磨圓度較好。

(2)分流間

分流間主要是由于季節(jié)性降雨或者洪水形成的泛濫沉積，分布面積廣。沉積物主要以泥質(zhì)為主，含少量粉沙沉積。

(3)瀉湖

瀉湖分布于平原分流河道之間的洼地(圖3)，主要是由于前期分流河道廢棄遺留下來的河口壩等造成遮擋條件而形成的。瀉湖長(zhǎng)21 km，寬10 km，水深2～5 m，以泥質(zhì)沉積為主，含少量粉沙及生物碎屑。由于河流的改道、消亡等原因，導(dǎo)致瀉湖沉積容易發(fā)生間斷，沉積厚度很薄。

(4)決口扇

由于季節(jié)性洪水泛濫，導(dǎo)致在河道天然堤低處溢出或天然堤決口，在堤的下坡形成的扇狀堆積物。近百年以來，密西西比河曾發(fā)生了37次重大洪災(zāi)，導(dǎo)致發(fā)育了大量決口扇(圖3)，決口扇沉積以泥質(zhì)粉沙為主，面積最大可達(dá)4 km2[16]。

2.2 三角洲前緣

三角洲前緣是處于平均低水位的海平面與平均低水位時(shí)期的正常浪基面之間的部分。本文將其劃分在海拔深度等值線標(biāo)注的-40～0 m之間。該地區(qū)海洋作用較弱，沉積水體環(huán)境穩(wěn)定，沙灘廣布，三角洲前緣縱向?qū)挾茸畲?0 km(西部前緣)。三角洲前緣沉積微相主要發(fā)育水下分流河道、支流間灣沉積、河口沙壩和席狀沙。

(1)水下分流河道

水下分流河道是平原分流河道在水下的延續(xù)，在等值線圖上表現(xiàn)為向陸地海拔高值微凸起。由于河流水動(dòng)力很強(qiáng)，導(dǎo)致水下分流河道發(fā)育，延伸距離可達(dá)15 km。沉積水體環(huán)境穩(wěn)定，碎屑沉積物經(jīng)過長(zhǎng)距離搬運(yùn)后堆積，以細(xì)沙沉積為主，分選性好，磨圓度高，厚度大。

(2)支流間灣沉積

支流間灣沉積是鳥足狀三角洲特有的一種沉積微相[17]，發(fā)育在水下分流河道之間。由于河流作用很強(qiáng)，導(dǎo)致分支河道和河口沙壩向前推進(jìn)速度很快，沉積物還未等到海洋波浪、沿岸流的搬運(yùn)作用，就被水下分流河道沖到了兩側(cè)，在分支河道之間形成支流間灣沉積。以泥質(zhì)沉積為主，含少量粉沙和生物碎屑沉積，發(fā)育水平層理。

(3)河口沙壩

河口沙壩主要分布在海拔深度值-5～0 m之間，在海拔深度等值線上表現(xiàn)為向深海低值凸起，沿垂直海岸線方向呈紡錘體狀分布(圖3)。由于河流作用較強(qiáng)，攜帶的大量泥沙沉積物在三角洲前緣堆積，導(dǎo)致河口沙壩十分發(fā)育。其中，河口壩縱向長(zhǎng)度介于1.5～4 km，橫向長(zhǎng)度在0.5～2 km。以細(xì)粉沙沉積為主，分選性好，磨圓度高。由于多期疊置沉積，導(dǎo)致厚度大。

(4)席狀沙

席狀沙分布在河口沙壩的前端，無明顯河流作用，是海洋作用(波浪、沿岸流)下將部分河口沙壩的沙沿海搬運(yùn)沉積形成的。海拔深度等值線為-20～-10 m，其縱向長(zhǎng)度可達(dá)0.7 km，以粉沙沉積為主。研究發(fā)現(xiàn)席狀沙在河口沙壩前緣呈舌狀凸起，而非條帶狀或席狀。

2.3 前三角洲

以海拔深度值在-40～20 m之間區(qū)域作為前三角洲，以暗色泥巖沉積為主。由于河流作用相對(duì)于海洋作用較強(qiáng)，攜帶的大量泥沙在前緣沉積，形成的前三角洲泥分布范圍較廣，厚度較大。

3 結(jié)果分析

根據(jù)三角洲測(cè)井曲線資料[1]分析，可以看出密西西比河三角洲沉積相發(fā)育完整，無明顯地層缺失，從上往下依次發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲。

三角洲平原微相以平原分流河道、分流間、決口扇為主。分流河道巖性以細(xì)沙為主，厚度100 m；分流間以灰色泥巖為主，富含生物碎屑沉積，經(jīng)多期疊置沉積總厚度可達(dá)100 m；決口扇以粉沙沉積為主，含少量泥質(zhì)，厚度20 m。三角洲前緣微相發(fā)育水下分流河道、支流間灣沉積、河口沙壩和席狀沙。水下分流河道沉積以細(xì)沙為主，厚度120 m；支流間灣沉積以泥質(zhì)為主，含少量粉沙，厚度20 m；河口砂壩以粉細(xì)沙沉積為主，厚度85 m；席狀沙以粉沙為主，厚度較薄，10 m左右。前三角洲以暗色泥質(zhì)沉積為主，厚度60 m。

根據(jù)Google earth軟件沿陸上“平流分流河道—水下分流河道—河口壩—席狀沙—前三角洲”作剖面(圖4)?？闯鲈撊侵蕹练e相橫向與縱向上有很好的連續(xù)性：三角洲平原分流河道的海拔深度0 m，垂直海岸線延伸長(zhǎng)約1.6 km；到三角洲前緣處坡降突然增大，坡降0.02，主要為水下分流河道和支流間灣沉積；垂直海岸線再延伸長(zhǎng)度大約1 km，在水下分流河道前端出現(xiàn)一個(gè)正地貌與周邊高差4 m，為河口沙壩；沙壩前端坡降增大，達(dá)到了0.03，延伸長(zhǎng)度約0.7 km，主要為三角洲前緣席狀沙沉積；向前地勢(shì)變緩，坡降0.002，為前三角洲環(huán)境，在水深40 m處進(jìn)入濱淺海沉積環(huán)境。

本文依據(jù)海拔深度等值線結(jié)合沙體特征來劃分了沉積亞相及微相單元，準(zhǔn)確的還原了水下沙體展布特征，再結(jié)合測(cè)井曲線分析，大大提高了三角洲沉積相研究的精確度，為同類型的沉積體系研究提供了借鑒與參考。

4 結(jié)論

1)利用Google Earth軟件作出的海拔深度等值線圖，結(jié)合地質(zhì)沉積背景和測(cè)井曲線，準(zhǔn)確還原了水下沙體展布特征，大大提高了三角洲沉積相研究的精確度，為三角洲沉積體系的研究提供了一種新方法。

2)密西西比河三角洲沉積相存在明顯的三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲三層結(jié)構(gòu)，橫向與縱向上連續(xù)性較好，三角洲各亞相均比較發(fā)育。

3)密西西比河三角洲是典型的鳥足狀三角洲，受河流主控因素影響，三角洲前緣發(fā)育特有的支流間灣沉積，河口沙壩發(fā)育數(shù)量多，席狀沙在河口沙壩前端呈舌狀凸起。

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(責(zé)任編輯王利君)

Anatomy of sedimentary characteristics on the Mississippi River modern delta based on the Google Earth software

XIE Qi-hong1，SHAO Xian-jie1，SUN Qing-yu2，JIE Jing-tao1，ZHANG Min1，SHI Pei-bing1，HUO Meng-ying1

(1.Department of Petroleum Engineering，Yanshan University，Hebei Qinhuangdao 066004，China；2.Department of Energy and Engineering，He’nan Polytechnic University，He’nan Jiaozuo 454000，China)

Abstract：As the Mississippi River Delta for example, the author with the help of Google Earth software, put the delta into digital for analysis, and got some parameters such as depth and geomorphology. Combining with the geological sedimentary background and well logging curve, the author analyzed the characteristics of sedimentary subfacies and microfacies units of the delta. The study found that the sedimentary microfacies and subfacies of the Mississippi River delta both developed well, the continuity in transverse and longitudinal was better. The Mississippi River delta is a typical bird foot delta, which mainly influenced by fluvial factor. The deposits between tributary bay only developed on a large scale in the delta front of the bird foot delta, and also developed a lot of mouth bar. The shape of sheet sand in front mouth bar front was ligulate.

Key words：the Mississippi River Delta; sedimentary characteristics; bird foot delta; fluvial factor；Google Earth

中圖分類號(hào)：TE121

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-9469(2016)01-0108-05

doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.01.024

作者簡(jiǎn)介：謝啟紅(1989-)，男，河南濮陽人，碩士，主要研究方向?yàn)橛筒孛枋雠c油藏工程。

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05038-001)

收稿日期：2015-10-27