河流扇的概念、特征及意義

張?jiān)?，戴鑫，王敏，李鑫?/p>

（1. 中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京100083；2. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083）

0 引言

長(zhǎng)期以來，發(fā)育在山口的沖積扇和發(fā)育在平原上的河流、湖泊、過渡地帶的三角洲等沉積是中國沉積學(xué)界對(duì)陸相沉積體系的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)[1-3]。近年來，越來越多的國外學(xué)者對(duì)一種以河流作用為主的扇形沉積體進(jìn)行研究，提出了河流扇的概念。進(jìn)入21世紀(jì)以來，與河流扇相關(guān)的文章發(fā)表數(shù)量呈明顯上升趨勢(shì)，研究歷程大致可以分為4個(gè)時(shí)期：①2006年以前，大部分學(xué)者在沖積扇研究的基礎(chǔ)上開展河流扇的初步研究；②2007—2009年，North等[4]提出了河流扇的沉積模型，并對(duì)河流扇進(jìn)行了限定，出現(xiàn)了第1個(gè)研究高峰；③2010—2014年，Hartley等[5-6]基于衛(wèi)星圖片和遙感觀察提出分支河流系統(tǒng)，引發(fā)了沉積學(xué)界的廣泛關(guān)注和討論，使河流扇和沖積扇的經(jīng)典爭(zhēng)議成為前沿研究領(lǐng)域，出現(xiàn)了第2個(gè)研究高峰；④2015年以來，河流扇的研究進(jìn)入第 3個(gè)研究高峰，大批學(xué)者從河流扇的成因、內(nèi)部構(gòu)型、季節(jié)性因素等方面對(duì)河流扇進(jìn)行了細(xì)致和全面的討論[7]，年平均論文發(fā)表數(shù)量超過 130篇，并持續(xù)成為研究熱點(diǎn)。

與國外研究形成鮮明對(duì)比的是，國內(nèi)學(xué)者對(duì)河流扇的研究較少，張昌民等[8]在2017年曾對(duì)分支河流體系的概念做過介紹。劉宗堡等[9]對(duì)末端扇的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。對(duì)于這一可能推動(dòng)沉積學(xué)向前發(fā)展的重要研究領(lǐng)域，有必要將其國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行梳理。本文將從河流扇的概念、研究的主要進(jìn)展和爭(zhēng)議、河流扇識(shí)別標(biāo)志及研究意義等方面對(duì)河流扇的相關(guān)研究進(jìn)行系統(tǒng)闡述。

1 河流扇概念的提出和沿革

河流扇的概念是在沖積扇的研究中逐漸演化和分離出來的。Denny[10]于1967年在沖積扇的研究中指出，沖積扇上發(fā)育有突發(fā)性水流形成的朵葉體，朵葉體的大小是坡度、徑向長(zhǎng)度和局部地貌的函數(shù)。Anstey[11-12]認(rèn)為這種通過朵葉體擴(kuò)張所形成的沖積扇半徑通常小于10 km，但對(duì)于在開闊的陸上地區(qū)觀察到的大量半徑大于10 km的扇體用沖積扇難于解釋。Schumm在《河流體系》一書中將河流作用引入到了具有穩(wěn)定流體供給的扇形沉積體中，是河流扇概念的基本雛形[13]。Nemec等[14]認(rèn)為傳統(tǒng)的沖積扇體系中存在河流作用，并將表面具有常年性河道水流的沖積扇稱為濕扇。Blair等[15]認(rèn)為，當(dāng)河流從高地進(jìn)入到比較寬闊的地帶，如阿根廷的Huaco和Jachal河，形成的扇形沉積體既不是沖積扇，也不是三角洲，應(yīng)是河流環(huán)境的產(chǎn)物，即河流或者河流扇。Galloway等[16-17]根據(jù)辮狀河、泥石流、漫流的發(fā)育程度將沖積扇分成以河流為主、以泥石流為主和以漫流為主的沖積扇。總體上，在2006年以前，河流扇雖然得到了部分學(xué)者的關(guān)注，但仍然被認(rèn)為是沖積扇的一種特殊類型。

North等[4]在2007年進(jìn)一步對(duì)河流扇進(jìn)行了定義，指出河流扇是在沒有水平約束的情況下河道頻繁改道形成，在地質(zhì)時(shí)間尺度上會(huì)形成區(qū)域性的發(fā)散狀幾何形態(tài)，河流扇上的單一水道同河流沉積相似。

Hartley等[5,18-19]將長(zhǎng)度在1～700 km、以河流和沖積作用為主體的扇形沉積體都?xì)w類為分支河流體系（Distributive Fluvial System，簡(jiǎn)稱DFS），并將廣義的DFS擴(kuò)展為3個(gè)尺度：①大尺度河流巨型扇，半徑大于100 km，面積為1 000～100 000 km2；②小尺度沖積扇，半徑小于30 km，面積小于100 km2；③介于大尺度與小尺度之間的中等尺度河流扇。DFS的提出對(duì)河流扇的研究起到了推動(dòng)作用，也引起了巨大的爭(zhēng)議。經(jīng)過不斷的爭(zhēng)論，2018年以后，部分學(xué)者開始強(qiáng)調(diào)以河流扇（fluvial fan）作為此類扇體的概念術(shù)語。

關(guān)于河流扇與沖積扇之間的關(guān)系，前人的研究大致從成因和規(guī)模兩個(gè)角度展開。成因上，一般認(rèn)為河流扇內(nèi)部以牽引流作用為主，而沖積扇則以重力流、片流為主。規(guī)模上，河流扇的半徑普遍大于10 km，而沖積扇半徑則普遍小于30 km，在10～30 km的尺度上，沖積扇和河流扇都有可能發(fā)育。河流扇與沖積扇的差異表現(xiàn)在水文、幾何形態(tài)、沉積搬運(yùn)機(jī)制和地層構(gòu)型等方面[7,17-18,20]。這些差異使河流扇和沖積扇相比，缺少泥石流沉積，沉積物結(jié)構(gòu)成熟度相對(duì)較高，發(fā)育規(guī)模相對(duì)較大。

綜合前人的研究成果，可以把河流扇定義為一種發(fā)育在山口或平原地帶，內(nèi)部以河流沉積作用為主，在地質(zhì)時(shí)間尺度上形成沿上游頂點(diǎn)向下游區(qū)域發(fā)散的扇狀沉積體。

2 河流扇的形成機(jī)制及分類

2.1 河流扇的形成機(jī)制

Syvitski等[21-24]認(rèn)為匯流區(qū)的沉積物負(fù)載過剩是導(dǎo)致河道帶不穩(wěn)定的根本原因。大多數(shù)河流扇體起源于構(gòu)造活躍地區(qū)或廣闊的大型匯流區(qū)，過載的碎屑物質(zhì)向鄰近的低地輸運(yùn)，在十年或百年時(shí)間跨度上持續(xù)存在構(gòu)建河流地貌的強(qiáng)烈趨勢(shì)，最終在縱向上楔入地形梯度逐漸減小的下游方向，在橫向上可以形成數(shù)十至數(shù)百千米寬規(guī)模的河流扇體?；『笄瓣懪璧赝ǔＪ谴笮秃恿魃劝l(fā)育的有利地區(qū)，比如數(shù)量巨大的河流扇占據(jù)了從安第斯山脈向下傾斜的大片沖積平原。

Mccarthy等[25-28]在裂谷、走滑和弧后盆地中也發(fā)現(xiàn)了河流扇，由于這種盆地類型的地形限制較大，河流扇的規(guī)模通常較小。Aslan等[29-32]認(rèn)為河流扇在一定條件下也存在于構(gòu)造不活躍的區(qū)域，比如穿越高地或者峽谷的河流快速進(jìn)入到一個(gè)無限制區(qū)域。

Ielpi等[33]研究了早古生代Alderney砂巖組河流扇沉積模型，提出了河流和風(fēng)成過程之間相互作用的增強(qiáng)通常伴隨著河道和沙壩減小的趨勢(shì)。Chakraborty等[30]通過研究印度北部Kosi區(qū)域河流扇認(rèn)為，大部分洪水流量通過扇區(qū)的分流網(wǎng)絡(luò)向下傳輸，是河流扇形成的重要驅(qū)動(dòng)力。

綜合各位學(xué)者的觀點(diǎn)，河流扇的形成是一定構(gòu)造和地形、氣候、沉積物供給等條件的綜合產(chǎn)物。首先，河流扇的物質(zhì)基礎(chǔ)是河流上游的大型匯流區(qū)，沉積物供給充足；其次，地形基礎(chǔ)是下游方向存在一個(gè)鄰近低地，河道在某個(gè)端點(diǎn)楔入后發(fā)展成扇形網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，受內(nèi)部河道的徑向變化，河流扇不同位置的沉積特征具有明顯差異[34]。

2.2 河流扇的分類

目前，河流扇仍缺乏得到廣泛認(rèn)可的類型劃分方案，但不同學(xué)者從多個(gè)角度開展了相關(guān)研究。有學(xué)者從河流扇發(fā)育的氣候環(huán)境出發(fā)，識(shí)別出亞熱帶季風(fēng)性氣候河流扇、干旱氣候河流扇和極端氣候河流扇[5-6,32,35-37]。有學(xué)者根據(jù)盆地類型劃分出弧后前陸盆地河流扇、裂谷盆地河流扇和走滑盆地河流扇[5-6,28,38-39]。還有部分學(xué)者認(rèn)為可以從河流扇發(fā)育位置以及與相鄰沉積環(huán)境的關(guān)系方面劃分出發(fā)育在沖積扇之上的河流扇、發(fā)育于大型河流中部的河流扇、發(fā)育在大型河流末端的河流扇等[18, 40]。

Mikesell等[41]在美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)河道分叉形成的河流扇進(jìn)行研究，證實(shí)分叉型河流扇的存在，并總結(jié)出分叉型河流扇的沉積模式。Hartley等[5-6,8]根據(jù)扇體內(nèi)部河流形態(tài)的特點(diǎn)，將DFS（含河流扇）的沉積類型劃分成單個(gè)辮狀河型、分叉狀辮狀河型、辮狀河轉(zhuǎn)換曲流河型、分叉狀小型曲流河型、多曲流河型和主曲流河道型等6種類型。Escalona等[42]研究了委內(nèi)瑞拉Chacaito河流扇河道擺動(dòng)作用對(duì)扇體形成過程的影響，證實(shí)游蕩型河流扇的存在。

本文結(jié)合前人研究成果及現(xiàn)代河流扇地貌資料，從河流扇成因及形態(tài)出發(fā)，主要考慮扇體內(nèi)部的河道形態(tài)和扇體外部的宏觀形態(tài)，將河流扇內(nèi)部的河道形態(tài)劃分為順直型、彎曲型、分叉型和游蕩型 4種主要類型。再根據(jù)演化形態(tài)，將扇體分為迭進(jìn)型、擺動(dòng)型和次生型。迭進(jìn)型是指扇體整體向前堆疊演化，扇體形態(tài)比較完整。擺動(dòng)型是指扇體由2個(gè)或2個(gè)以上多個(gè)子扇體橫向擺動(dòng)演化而成，呈現(xiàn)不對(duì)稱特征。次生型是指扇體主要由末端水道形成的次生扇體演化而成，主扇體內(nèi)部嵌套多個(gè)次生扇體，在扇體邊緣呈現(xiàn)嵌套特征。

相應(yīng)地河流扇的分類應(yīng)該是兼顧內(nèi)部河道形態(tài)和宏觀扇體類型，是二者的組合分類。理論上將存在12種河流扇類型及多種過渡類型。圖 1展示了幾種常見的河流扇類型。分叉迭進(jìn)型河流扇的內(nèi)部河道主要為分叉型，也可以存在少數(shù)幾條活動(dòng)的主河道，扇體由內(nèi)部河道的河流沉積逐步向前堆疊演化而成（見圖1a）。順直迭進(jìn)型河流扇的河道為順直型，扇體以整體向前堆疊演化為主（見圖1b）。分叉次生型河流扇的內(nèi)部河道為分叉型，扇體由河道末端的持續(xù)次生作用演化而成（見圖1c）。順直次生型河流扇的河道以順直型為主，分叉較少，扇體以河道末端次生演化為主（見圖 1d）。彎曲擺動(dòng)型河流扇的河道為彎曲或曲流型為主，扇體由若干個(gè)擺動(dòng)的子扇體組成（見圖1e）。游蕩擺動(dòng)型河流扇的河道形態(tài)以游蕩或散亂型為主，扇體由多個(gè)擺動(dòng)的子扇體組成（見圖1f）。

3 河流扇全球分布及實(shí)例研究

3.1 河流扇的全球分布

圖1 幾種典型的河流扇

本文統(tǒng)計(jì)全球超過280余個(gè)區(qū)域發(fā)育現(xiàn)代河流扇。其中美國西部、南美洲西部、非洲中部、中東地區(qū)以及中國西部是河流扇發(fā)育的主要地區(qū)。特別需要指出的是，河流扇基本發(fā)育在中緯度地區(qū)，高緯度地區(qū)發(fā)育程度較低，表明河流扇發(fā)育受氣候因素控制顯著。

中國是世界上河流扇發(fā)育的主力地區(qū)，僅中西部就有超過50余個(gè)區(qū)域發(fā)育河流扇，沉積扇體數(shù)量可達(dá)數(shù)百個(gè)。塔里木盆地周緣、內(nèi)蒙古中西部、青藏高原西部地區(qū)是現(xiàn)代河流扇集中發(fā)育的地區(qū)。其中，塔里木盆地周緣發(fā)育數(shù)個(gè)半徑超過50 km以上的巨型河流扇；內(nèi)蒙古中部地區(qū)還觀測(cè)到半徑超過150 km、干旱氣候下的巨型河流扇。另外，文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，塔里木、鄂爾多斯、渤海灣等主要沉積盆地均具備發(fā)育古代河流扇沉積的有利地質(zhì)條件。

3.2 國外河流扇現(xiàn)代沉積及露頭沉積研究典型實(shí)例

2006年，Bennett等[43]研究了美國加州San Joaquin河谷東部的Kings、Tuolumne和Merced等3個(gè)河流扇，建立了探地雷達(dá)（GPR）信號(hào)與古土壤及河道活動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，認(rèn)為GPR信號(hào)增強(qiáng)對(duì)應(yīng)著古河道活動(dòng)區(qū)域。發(fā)現(xiàn)古河道活躍的河流扇廣泛發(fā)育河道沉積，而古河道不活躍的河流扇廣泛發(fā)育以細(xì)粒為主的岸后沉積。

2016年，Escalona等[42]考察了委內(nèi)瑞拉 Chacaito河流扇的河道擺動(dòng)作用對(duì)扇體形成的影響，利用水沙混合流的二維數(shù)值模擬方法，證實(shí)了河道擺動(dòng)影響扇體形態(tài)及規(guī)模。該研究從實(shí)例和模擬兩個(gè)方面證實(shí)了游蕩型河流扇的存在。

2016年，Galve等[44]研究了哥斯達(dá)黎加北部火山作用對(duì)Santa Clara河流扇的影響。通過無人機(jī)、探地雷達(dá)、衛(wèi)星圖像等技術(shù)手段，發(fā)現(xiàn)火山作用及相關(guān)的地震作用極大地促進(jìn)了該區(qū)河流扇的供給，加速了河流扇形態(tài)和規(guī)模的擴(kuò)展。該研究表明，火山、地震等事件性沉積可以直接影響河流扇的形成和規(guī)模。

2016年，Ielpi等[33]研究了英國海峽群島奧爾德尼砂巖地層，推翻了前人認(rèn)為的該沉積是單一河流過程產(chǎn)物的結(jié)論。認(rèn)為其沉積模式應(yīng)為干旱氣候下受風(fēng)力改造的多期次河流扇沉積。通過與墨西哥、土庫曼斯坦現(xiàn)代河流扇的對(duì)比，總結(jié)了干旱時(shí)期河流扇末端以蒸發(fā)作用為主的沉積特征，指出沿下游方向河道分叉加大及風(fēng)力改造作用增強(qiáng)是此類型扇體的重要識(shí)別特征[45]。此類扇體與塔里木盆地周緣沙漠環(huán)境中的現(xiàn)代河流扇沉積十分相似，對(duì)進(jìn)一步研究中國的河流扇沉積具有借鑒意義。

2016年，Toorenenburg等[46]研究了西班牙Ebro盆地河流扇沉積及儲(chǔ)集層物性特征。利用數(shù)字露頭與測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)相結(jié)合，分析了泛濫平原內(nèi)部砂體連通性與河道穩(wěn)定程度的正比演化關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在濕潤(rùn)氣候下，河流扇扇端部位岸后細(xì)粒沉積發(fā)育程度較高，且末端河道彎曲度低，河道穩(wěn)定。

3.3 中國內(nèi)蒙古塔布河河流扇實(shí)例解剖

塔布河現(xiàn)代河流扇沉積位于中國內(nèi)蒙古四子王旗以北200 km處，為塔布河自南向北沖刷充填形成。塔布河為半干旱氣候下的內(nèi)陸辮狀河，河道從一個(gè)頂點(diǎn)開始分叉，在開闊平坦的下游區(qū)域形成兩期河流扇沉積。兩期扇體半徑分別為36 km和43 km。在第1期扇體的西側(cè)，存在 1個(gè)山前沖積扇發(fā)育區(qū)域，沖積扇體數(shù)量較多，最大扇體半徑為5.6 km。第1期扇體為早期河流扇體，廢棄河道及風(fēng)力改造明顯。第 2期扇體為現(xiàn)今活動(dòng)扇體，扇體最東側(cè)存在活動(dòng)的河流系統(tǒng)。扇體的分期反映了河道網(wǎng)絡(luò)自西向東遷移的特征（見圖 2）。在扇體末端河道逐漸干涸、終止。在兩期扇體上觀察到風(fēng)積層、廢棄河道、河道、深切河道、重力流水道、底礫、末端河道、側(cè)向壩、順流壩、堤壩、決口扇、片流、泛濫平原細(xì)粒沉積等13種河流扇沉積構(gòu)型。其中河道復(fù)合沉積的相關(guān)構(gòu)型占 56%，反映扇體演化主要受河流系統(tǒng)控制。岸后復(fù)合體相關(guān)構(gòu)型占34%，風(fēng)成改造沉積約占10%（見圖3）。

圖2 內(nèi)蒙古塔布河現(xiàn)代河流扇扇體全貌（A、B、C為典型剖面位置）

在河流扇內(nèi)部選取了17個(gè)考察點(diǎn)進(jìn)行解剖（見圖2）。塔布河河流扇整體形態(tài)完整，頂點(diǎn)清晰，巖性以礫巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，主要為河道復(fù)合體、岸后復(fù)合體及風(fēng)成改造沉積（見圖3）。分別在扇根、扇中、扇端選取典型剖面進(jìn)行對(duì)比分析。在扇根，沉積物以粒徑5～10 cm的砂礫質(zhì)沉積為主，水動(dòng)力強(qiáng)，發(fā)育高角度交錯(cuò)層理，河道下切明顯，單期河道規(guī)模較大，岸后細(xì)粒沉積發(fā)育規(guī)模較?。ㄒ妶D4）。在扇中，沉積物以粒徑小于5 cm的礫石、砂質(zhì)為主，水動(dòng)力條件變?nèi)酰l(fā)育低角度交錯(cuò)層理，單期河道沉積厚度變小，河道穩(wěn)定性變差，溢岸、決口作用增強(qiáng)，岸后泥質(zhì)、粉砂質(zhì)沉積大量發(fā)育（見圖 5）。在扇端，沉積物以砂質(zhì)、粉砂質(zhì)為主，含少量粒徑小于1 cm的礫石，水動(dòng)力條件極弱，交錯(cuò)層理不發(fā)育，末端規(guī)模小，穩(wěn)定性差，多期次岸后泥質(zhì)、粉砂質(zhì)沉積疊置發(fā)育，末端沉積物普遍遭受風(fēng)力改造（見圖6）。

圖3 內(nèi)蒙古塔布河現(xiàn)代河流扇扇體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 內(nèi)蒙古塔布河現(xiàn)代河流扇扇根典型剖面A解析（剖面位置見圖2）

圖5 內(nèi)蒙古塔布河現(xiàn)代河流扇扇中典型剖面B解析（剖面位置見圖2）

圖6 內(nèi)蒙古塔布河現(xiàn)代河流扇扇端典型剖面C解析（剖面位置見圖2）

通過兩期扇體扇根7個(gè)考察點(diǎn)、扇中6個(gè)考察點(diǎn)和扇端 4個(gè)考察點(diǎn)剖面對(duì)比統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：①扇根以河道沉積為主體（占 42%），深切水道發(fā)育（占 20%），發(fā)育少量重力流水道（占 6%），廢棄河道發(fā)育程度較低（約占 5%），反映扇根具有充足的物源供給和強(qiáng)水動(dòng)力條件，河道相對(duì)穩(wěn)定；②扇中河流系統(tǒng)迅速橫向擴(kuò)散，活動(dòng)河道占比明顯降低（占25%），較扇根部位減少 17%，各類河道沙壩、泛濫平原等岸后沉積普遍發(fā)育（占 38%），廢棄河道數(shù)量增多（占 10%），側(cè)向壩大量出現(xiàn)（占15%），反映扇中水動(dòng)力條件減弱，河道穩(wěn)定性變差，頻繁發(fā)生遷移和廢棄，沉積作用增強(qiáng)；③扇端河道逐漸干枯，河流負(fù)載減小，以末端河道（占26%）與廢棄河道（占 21%）為主體，各類壩體發(fā)育程度低（占 6%），反映末端極低的水動(dòng)力條件，河道規(guī)模小，負(fù)載量少，穩(wěn)定性極差（見圖3）。

風(fēng)成沉積在扇體各部位均有發(fā)育，但存在差異。扇根沉積物粒度較粗，地形狹窄，風(fēng)積物發(fā)育規(guī)模較小。扇中沉積物粒度減小，扇體面積擴(kuò)大，岸后細(xì)粒沉積易被風(fēng)力改造，形成一定規(guī)模的風(fēng)積層。扇端河道數(shù)量增多，但河道規(guī)模小，穩(wěn)定性差，且沉積物粒度小，以細(xì)砂、粉砂為主，受風(fēng)力影響明顯，風(fēng)積層規(guī)模迅速擴(kuò)大。

廢棄河道在扇體各部位普遍發(fā)育，扇根由于河道水動(dòng)力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，廢棄河道數(shù)量較少。扇中河道遷移、決口現(xiàn)象明顯，廢棄河道數(shù)量逐漸增多。扇端水動(dòng)力條件極小，不穩(wěn)定的末端河道為主要河道系統(tǒng)，受風(fēng)力、干旱等因素影響，廢棄河道大量發(fā)育。

綜上所述，塔布河現(xiàn)代河流扇為一個(gè)典型辮狀河形成的河流扇體，扇體規(guī)模較大，沉積構(gòu)型完整，各部位沉積特征區(qū)分明顯，沉積現(xiàn)象典型，可以作為河流扇研究的典型剖面。

4 河流扇與陸相相關(guān)沉積體的區(qū)別及其識(shí)別標(biāo)志

針對(duì)河流扇的研究仍在不斷深入。作為陸上大型沉積體，河流扇與沖積扇、河流、湖泊三角洲、湖泊扇三角洲等存在密切的關(guān)聯(lián)，并具有一定的相似性。因此，建立識(shí)別標(biāo)志，并將河流扇和相似沉積體進(jìn)行有效判別是開展深入研究的基本前提。

4.1 沖積扇與河流扇

2018年，Ventra等[18]認(rèn)為沖積扇與河流扇是普遍存在的沉積系統(tǒng)，沉積背景有一定的相似性。關(guān)于沖積扇和河流扇之間的關(guān)系存在著長(zhǎng)期的爭(zhēng)議。近年研究表明，這兩種沉積系統(tǒng)在基本形態(tài)和沉積過程上均存在著差異，而且在本質(zhì)上具有不同的沉積相組合和不同的內(nèi)部構(gòu)造特征[7]。

關(guān)于兩者形態(tài)上的差異，Gohain等[47]于1990年首次應(yīng)用“巨型扇”這一術(shù)語來區(qū)分沖積扇與河流扇，認(rèn)為半徑小于30 km的為沖積扇，半徑大于30 km的為“巨型扇”即河流扇。隨著認(rèn)識(shí)的不斷深化，Blair[48]在2003年提出沖積扇的半徑普遍小于10 km，一般為數(shù)百米到數(shù)千米，半徑大于10 km則為河流扇。Hartley等[5-6,49-52]后來又將這一差異更加定量化，認(rèn)為面積超過105 km2的沉積扇體為河流扇，小于這一面積則為傳統(tǒng)沖積扇。

沖積扇與河流扇在扇體結(jié)構(gòu)上也存在根本的差異。河流扇表面發(fā)育典型的河流系統(tǒng)，在河道與岸后區(qū)的廣泛區(qū)域均發(fā)育多種沉積；沉積物的粒度、分選性均好于沖積扇；沉積相類型多樣，且在橫向和縱向上的變化、組合形式復(fù)雜。河道梯度的變化促使河流扇在向前進(jìn)積的同時(shí)也發(fā)生側(cè)向加積。Chakraborty等[53]認(rèn)為向下游方向，河道的寬度和深度逐漸減小，河道類型由辮狀河向曲流河頻繁過渡。

結(jié)合前人的觀點(diǎn)，本文總結(jié)河流扇與沖積扇的差異表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①河流扇與沖積扇在規(guī)模上存在顯著差異。通過衛(wèi)星圖像對(duì)全球 100余個(gè)河流扇進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示河流扇的半徑大多為10～50 km，最大可達(dá)160 km。大部分沖積扇半徑小于 10 km。綜合來說，半徑大于30 km的扇體主要為河流扇，半徑小于10 km的扇體主要為沖積扇，半徑為10～30 km的扇體既可能是河流扇，也可能是沖積扇。

②沖積扇是由山區(qū)季節(jié)性洪水?dāng)y帶的沉積物在山前開闊地帶快速堆積而形成。河流扇為河流從鄰近高地進(jìn)入開闊洼地的無限制地帶時(shí)，沉積物呈放射狀堆積形成。

③從沉積物搬運(yùn)機(jī)制來說，沖積扇主要由重力流、片流搬運(yùn)、堆積；河流扇則以河流作用為主，河道廢棄作用明顯，沉積物的沉積主要受牽引流控制。

④從沉積物總體特征來說，沖積扇的沉積物總體表現(xiàn)為泥石流混雜堆積，結(jié)構(gòu)成熟度低，沉積物有序度低；河流扇主體體現(xiàn)為牽引流沉積，成熟度相對(duì)較高，沉積物在橫向和縱向上具有更強(qiáng)的規(guī)律性。

⑤從沉積體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度來說，沖積扇的亞相穩(wěn)定性較低，由于沖積扇具有坡度陡、面積小、距物源區(qū)近的特點(diǎn)，泥石流、河道及漫流等沉積相對(duì)物源變化反映強(qiáng)烈，相變頻繁[54]；河流扇發(fā)育的主體區(qū)域坡度更低、面積更大，河道、泛濫平原、泥炭沼澤等微相都有發(fā)育，各亞相和微相的組合相對(duì)而言更加有序。

4.2 河流相與河流扇

Friend[20]首先提出古代河流扇與現(xiàn)代河流系統(tǒng)的區(qū)別，總結(jié)出河流扇的沉積特征為向下游方向砂巖的粒度和地層厚度逐漸減小，細(xì)粒沉積、小規(guī)模的交錯(cuò)層理和水平層理的比例增加。與典型河流相相比，陸上河流扇終止于分流河道網(wǎng)絡(luò)，并沒有到達(dá)海洋或者湖泊。Kelly等[55]利用河流扇模型描述了一個(gè)同級(jí)的分流網(wǎng)絡(luò)，向下游方向扇體隨著河流的分叉逐漸向前和向側(cè)向進(jìn)積，這兩種模型雖然不是描述典型、完整的河流扇的特征，但部分說明了河流扇末端的分叉、河道橫向擴(kuò)散是與普通河流系統(tǒng)在形態(tài)上的典型差別。

河流扇是在沒有水平約束的條件下，河流節(jié)點(diǎn)頻繁發(fā)生改道作用、從而分叉形成的一種復(fù)合沉積體。這與河流相中由于決口作用而形成的小規(guī)模決口扇具有明顯區(qū)別。河流扇的扇體表面分布著大量河道，由這些河道形成的沉積系統(tǒng)在較長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)間尺度上可觀察到具有區(qū)域輻射展布的特征。這是河流扇與其他非扇形河流系統(tǒng)、特別是受河谷限制的河流系統(tǒng)最顯著的形態(tài)差異[4]。

河流扇和河流體系也可以在一定條件下發(fā)生轉(zhuǎn)化。Leier等[50]認(rèn)為如果有足夠大的水平空間，河流扇可以在河流的任何部位形成，且同一條河流可以在其沿線形成多個(gè)河流扇。形成河流扇的部位需要滿足兩個(gè)條件：①具有從狹窄向開闊地形過渡的河流條件；②具備適宜擴(kuò)散和分叉的環(huán)境條件。由于周期性洪水事件會(huì)增大河道的不穩(wěn)定性，大型河流扇多發(fā)育在河流流量受季節(jié)性影響較大的地區(qū)。

綜合各學(xué)者的觀點(diǎn)，本文總結(jié)河流扇與河流在典型沉積單元的發(fā)育規(guī)模和比例上存在以下差異：①河流扇由于扇體面積大，內(nèi)部河道遷移、演化程度高，廢棄河道十分發(fā)育，風(fēng)成改造沉積數(shù)量及規(guī)模大于普通河流相；②從發(fā)育位置來說，河流扇是河流體系在特定條件下發(fā)育的沉積體，相當(dāng)于一類特殊的河流體系，當(dāng)河流沿著下游方向的一個(gè)端點(diǎn)處進(jìn)入到鄰近洼地，河流體系在橫向上迅速擴(kuò)展，在一個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)堆積并改造沉積物，進(jìn)而形成河流扇沉積；③從沉積相展布特征來說，河流體系受地形控制更加明顯，多數(shù)情況下局限于一個(gè)狹窄的環(huán)境中，沉積相橫向發(fā)育面積受限，發(fā)育規(guī)模較小[56]，河流扇是一種橫向不受約束的河流體系，各沉積相可在更大范圍內(nèi)演化，發(fā)育規(guī)模更大、演化時(shí)間更長(zhǎng)。

4.3 湖泊三角洲、湖泊扇三角洲、各類水下扇與河流扇

North等[4,57]結(jié)合水槽實(shí)驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為不同于普通河控三角洲中的河道分流，河流扇的擴(kuò)展是多個(gè)河道頻繁淤積、遷移的結(jié)果。河流扇中河道的分叉并不是河道一分為二，而是在不同歷史時(shí)期，兩期（或多期）河道受淤積、流量改變等因素自某一點(diǎn)發(fā)生改道，在剖面中呈現(xiàn)出的一種“假分叉”。這一理論的提出，將河流扇沉積模式與傳統(tǒng)三角洲的沉積模式從根本上區(qū)分開來[58]。

Olariu等[58-59]通過對(duì)現(xiàn)代河流沉積系統(tǒng)的觀察與研究發(fā)現(xiàn)，典型三角洲和扇三角洲主要發(fā)育在穩(wěn)定水體的基準(zhǔn)面附近，受湖泊或海洋基準(zhǔn)面的波動(dòng)影響明顯。沉積物擴(kuò)散受水體控制明顯，沉積物的積累和保存程度取決于基準(zhǔn)面的上升和下降[60]。并且，湖泊扇三角洲通常由沖積扇提供物源，其扇三角洲平原部分具有典型的沖積扇特征，河流控制作用較弱。近岸水下扇和湖底扇等各類水下扇體則主要發(fā)育在穩(wěn)定水體的基準(zhǔn)面之下，沉積機(jī)制上受重力流作用明顯，并且由于基準(zhǔn)面波動(dòng)引起的可容空間變化也會(huì)對(duì)各類水下扇體的規(guī)模起到重要影響。與之形成對(duì)比的是，現(xiàn)代河流扇可在山區(qū)、平原等廣大陸相地區(qū)均有發(fā)育。并且，河流扇可沿著大陸的任意位置向湖泊或者海洋方向運(yùn)送沉積物，從不受基準(zhǔn)面控制的孤立內(nèi)陸盆地[4,61]，到受河流和湖（海）共同控制的湖（海）沿岸均有分布[29,49,62]。在這種模式下，在山區(qū)或平原地帶孤立發(fā)育的河流扇由于發(fā)育位置的不同，與湖泊類扇體具有天然區(qū)別。發(fā)育在湖岸附近的河流扇通常會(huì)進(jìn)入水體形成河流扇型三角洲。河流扇型三角洲與各類湖泊扇體的一個(gè)主要區(qū)別是存在明顯的以河流作用為主的扇體發(fā)育區(qū)，并在河流扇體的末端發(fā)育小型的三角洲和扇三角洲扇體。這一特點(diǎn)在中國的鄱陽湖贛江地區(qū)和青海湖的剛察地區(qū)都有體現(xiàn)。

綜上所述，河流扇與湖泊三角洲、扇三角洲及各類水下扇體的區(qū)別表現(xiàn)在 4個(gè)方面：①從發(fā)育位置來看，河流扇發(fā)育位置更廣，山區(qū)、平原或湖泊附近都可發(fā)育；②從扇體構(gòu)成來看，河流扇主要發(fā)育以河流控制作用為主的扇體，受湖泊影響有限。即使是河流扇型三角洲，也存在一個(gè)以河流作用為主的大型扇體，在湖泊作用的影響下，在主扇體邊緣會(huì)發(fā)育小型的正常三角洲的沉積；③從控制因素看，河流扇主要是在河流作用下發(fā)生沉積、改造，扇體主體遠(yuǎn)離湖泊或向湖進(jìn)積距離有限，受湖泊等穩(wěn)定水體影響??；④從扇體內(nèi)部水道展布形式看，河流扇內(nèi)部河流系統(tǒng)以分支河道為主，不一定是同期活動(dòng)，可以是數(shù)條游蕩型河流在時(shí)空上的遷移。湖泊三角洲和扇三角洲內(nèi)部水道系統(tǒng)以分流水道網(wǎng)絡(luò)為主，大部分分流河道同期活動(dòng)。而各類水下扇體內(nèi)部則以重力流水道為主。

4.4 河流扇的識(shí)別標(biāo)志

Sambrook等[6]總結(jié)出DFS（含河流扇）的4個(gè)一般特點(diǎn)：①?zèng)_積體系在不受限制的地區(qū)向盆地中心方向產(chǎn)生沉積作用；②從頂點(diǎn)往下游方向，河道呈放射狀；③常形成一個(gè)橫向上呈上凸?fàn)?、縱向上呈下凹狀的沉積體；④存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)，河流體系在節(jié)點(diǎn)之上位于下切谷內(nèi)，在節(jié)點(diǎn)之下展布于活動(dòng)的沉積朵體上。Moscariello[7]總結(jié)出河流扇的4個(gè)主要特征：①具有典型的河流沉積過程，河道和岸上沉積區(qū)域連片發(fā)育；②河道的地形梯度和樣式向著下游和側(cè)向的變化具有一致性；③碎屑物的沉積結(jié)構(gòu)向下游方向發(fā)生有規(guī)律的變化；④相組合的演化在橫向和垂向上具有規(guī)律性。Ventra等[18]總結(jié)出河流扇的 7個(gè)一般特征：①以河流扇的頂點(diǎn)為起點(diǎn)，扇體上的河流體系和殘留的河道軸線成輻射狀分布；②在主扇體上會(huì)頻繁疊加由孤立水道形成次級(jí)扇體；③從河流扇的扇根到扇端，河道樣式從辮狀、游蕩型向高彎度型過渡，在扇體末端終結(jié)或匯聚為單條穩(wěn)定河道；④在干旱條件下，扇體向下游方向，河道深度和寬度都可能減小，形成所謂的末端扇；⑤向下游方向，河道和溢岸沉積物的典型沉積構(gòu)造持續(xù)減少；⑥向下游方向，非河道部分的面積持續(xù)增加；⑦向下游方向，常年和季節(jié)性水位降低。

在前人研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合塔布河河流扇研究實(shí)例，本文總結(jié)河流扇與相關(guān)沉積體之間的差異（見表1），并總結(jié)出典型河流扇的10個(gè)共性特征：①扇體平均半徑普遍大于10 km；②主水系從匯流區(qū)或匯流體系進(jìn)入低地形梯度的開闊區(qū)域；③單一頂點(diǎn)，橫向上凸?fàn)?、縱向下凹狀，自頂點(diǎn)向下呈輻射狀展布；④具備典型的河流沉積特征，不受穩(wěn)定水體影響，既可以是分流河道體系，也可以是若干條河流反復(fù)擺動(dòng)形成；⑤基于地形梯度，河道橫向擴(kuò)散，末端徑向分叉，向下游方向廢棄或活動(dòng)型河道數(shù)量增多，下切作用減弱，非河道沉積比例增加，沉積物粒度變小，結(jié)構(gòu)成熟度變高；⑥發(fā)育規(guī)模受氣候和地貌影響顯著，在主扇體上通常會(huì)疊加由多個(gè)孤立水道形成的次級(jí)扇體或朵葉體；⑦在扇體內(nèi)部，河道和溢岸沉積連片發(fā)育，并發(fā)育較大規(guī)模泥炭沼澤、泛濫平原等沉積微相，河道-岸后比在扇體內(nèi)部呈現(xiàn)有規(guī)律的變化；⑧末端類型多樣，可以匯聚為軸向河流，也可以終止于分支河道末端，還可以終止于海洋或湖泊等穩(wěn)定水體；⑨河流扇內(nèi)部河道遷移改道頻繁，河道廢棄作用強(qiáng)，廢棄河道及風(fēng)成改造沉積十分發(fā)育；⑩河流扇的沉積序列受控于河道建設(shè)和河道廢棄二者的相互作用，正、反韻律可交替出現(xiàn)。

表1 河流扇與相關(guān)沉積體的差異

5 河流扇研究的爭(zhēng)議及意義

有關(guān)河流扇沉積的研究經(jīng)歷了多個(gè)階段，多個(gè)相關(guān)或相近的術(shù)語被提出來，如濕扇（wet alluvial fans）[13,63]、巨型洪積扇（alluvial megafan）[63-64]、終端扇（terminal fans）[65]、河流型巨扇（fluvial megafan/large fluvial fan）、分支河流體系（Distributive Fluvial System）等。

當(dāng)把河流扇作為與沖積扇以及河流相同地位的沉積體系提出時(shí)，與沖積扇概念有關(guān)的濕扇、巨型洪積扇，與河流有關(guān)的終端扇、河流型巨扇都可以被河流扇概念替代。另外，廣義的分支河流體系（DFS）包含3個(gè)尺度沉積類型，即小尺度的沖積扇、中等尺度的典型河流扇、大尺度的巨型河流扇。所以，有必要對(duì)分支河流體系和河流扇的關(guān)系進(jìn)行分析。

5.1 分支河流體系的研究及爭(zhēng)議

分支河流體系（DFS）描述了一類河道及洪泛平原的沉積樣式，是指源自匯流區(qū)的水道在進(jìn)入盆地后自某一頂點(diǎn)開始發(fā)散，其攜帶的碎屑物質(zhì)向下游方向形成扇狀沉積。

部分學(xué)者甚至認(rèn)為DFS主導(dǎo)了現(xiàn)代沉積盆地的主要地貌要素?，F(xiàn)代河流沉積的 88%可能是 DFS，其他分流系統(tǒng)僅占1%～12%[19]。依此觀點(diǎn)，前文所述的沖積扇、河流扇和巨型扇等都屬于DFS[5-6,8]。

Weissmann等指出，DFS的大小主要取決于盆地內(nèi)發(fā)育的河道大小，大多數(shù)盆地內(nèi)存在好幾個(gè) DFS。DFS的一般特點(diǎn)包括：①?zèng)_積體系在不受限制的地區(qū)往盆地中心方向產(chǎn)生沉積作用；②從定點(diǎn)往下游方向，河道呈放射狀；③常形成一個(gè)橫向上呈上凸?fàn)?、縱向上呈下凹狀的沉積體；④存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)，河流體系在節(jié)點(diǎn)之上位于下切谷內(nèi)，在節(jié)點(diǎn)之下展布于活動(dòng)的沉積朵體上。根據(jù)Wessiman等的觀點(diǎn)，DFS宏觀上以扇形沉積為特點(diǎn)，內(nèi)部以河流沉積為主，內(nèi)部沉積特征與河流類似。所以，宏觀上DFS除了上述4個(gè)一般特征之外，還具有不同類型河流的組合特征。Hartley等[5-6,8]依此將DFS分成了單辮狀河道、分叉辮狀河道、辮狀河轉(zhuǎn)換曲流河、分叉曲流河、多曲流河、單曲流河等6種模式。Sambrook等[6]甚至認(rèn)為DFS主導(dǎo)了所有現(xiàn)代沉積盆地的沉積區(qū)。2010年后有很多學(xué)者陸續(xù)以DFS概念為基礎(chǔ)，從不同角度對(duì)DFS進(jìn)行了研究[24,35]。特別需要指出的是，DFS系統(tǒng)提出后一直伴隨著質(zhì)疑。Fielding等[36]從現(xiàn)代沉積和古代沉積兩個(gè)角度對(duì)DFS術(shù)語的科學(xué)必要性、證據(jù)的完備性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等方面提出了一系列質(zhì)疑，指出在地層記錄中大量保存了與現(xiàn)代大型河流相當(dāng)?shù)闹鞲珊恿鞒练e物，針對(duì)現(xiàn)代河流支流體系的研究也證明河流支流系統(tǒng)可以更好的替代DFS。

如果將大陸沉積體系中所有這類沉積體都?xì)w入到DFS中，并不能突出河流作用在這些扇體形成過程中的主導(dǎo)作用。同時(shí)，DFS著重強(qiáng)調(diào)沉積扇體的地貌特征，這一分類方案在沉積學(xué)應(yīng)用中并不能很好地以成因類型的角度對(duì)不同部位的扇體進(jìn)行研究。

5.2 河流扇的研究意義

5.2.1 沉積學(xué)意義

扇形沉積體的研究是沉積學(xué)研究中古老而又充滿活力的領(lǐng)域，在傳統(tǒng)的沉積學(xué)體系里，沖積扇、扇三角洲和三角洲、以及深水扇分別是陸上區(qū)域、過渡區(qū)域和海洋（湖泊）區(qū)域的主要扇體類型[1-3]。河流扇的提出，是現(xiàn)代沉積研究對(duì)傳統(tǒng)沉積學(xué)的又一次修訂和補(bǔ)充。作為陸相沉積的扇體，河流扇可與沖積扇、扇三角洲以及三角洲相互作用，形成復(fù)合沉積體。通過對(duì)河流扇與沖積扇、河流、三角洲及扇三角洲關(guān)系的進(jìn)一步研究和討論，將會(huì)使人們更加深入理解河流在陸相沉積過程中的作用，推動(dòng)沉積學(xué)研究向前發(fā)展。

河流扇這一新的沉積模式正在引發(fā)世界范圍內(nèi)對(duì)現(xiàn)代和地下沉積體系的再認(rèn)識(shí)。Hartley等[5-6]分析了全球 700多個(gè)盆地的沉積體系特征，在其中發(fā)現(xiàn)了 400余個(gè)不同于典型沖積扇和三角洲的大型扇形沉積體。通過衛(wèi)星地圖分析，在中國新疆和內(nèi)蒙古，河流扇也大量分布。同時(shí)，中國具有多個(gè)大型的陸相含油氣盆地。河流扇作為一種在現(xiàn)代沉積中普遍存在的陸相沉積體，在古代含油氣盆地中也必然存在。將河流扇作為獨(dú)立的沉積體系進(jìn)行研究，有助于從沉積成因的角度更加深入理解不同陸相沉積體系之間的演化-繼承關(guān)系。這些新的認(rèn)識(shí)將對(duì)沉積學(xué)的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

5.2.2 油氣勘探意義

河流扇內(nèi)部普遍發(fā)育河道砂體[4]，具備發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的潛力[7]。某些河流扇的沉積厚度可以達(dá)到1 km以上。從對(duì)比的角度來看，沖積扇和三角洲均可發(fā)育優(yōu)質(zhì)油氣儲(chǔ)集體，河流扇作為發(fā)育于二者之間的陸相沉積體，其扇體規(guī)模比沖積扇更大，比三角洲更加接近物源區(qū)[18]，內(nèi)部可見廣泛的岸后沉積區(qū)域，可以和河道及漫灘砂體構(gòu)成良好的儲(chǔ)蓋組合。

目前，國內(nèi)外多個(gè)油田均發(fā)現(xiàn)了河流扇儲(chǔ)集層。阿根廷中部 Neuquen盆地在干旱氣候下發(fā)育的河流扇形成厚度10～12 m、寬度數(shù)十千米的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，油氣產(chǎn)量穩(wěn)定[66]。阿根廷東南部San Jorge盆地在濕潤(rùn)氣候下發(fā)育受火山活動(dòng)影響的河流扇沉積，儲(chǔ)集層厚度達(dá) 300～1 500 m，已成為重要的產(chǎn)油區(qū)[7]。Southern North Sea的多個(gè)區(qū)域也發(fā)育河流扇沉積，目前已實(shí)現(xiàn)油氣開采[7]。中國濮城油田古近系沙河街組沙二段上亞段、瑪湖凹陷三疊系百口泉組、松遼盆地三肇凹陷扶余油層等都發(fā)現(xiàn)了可能的河流扇沉積儲(chǔ)集層[9]。

基于前述分析，推測(cè)中國的松遼、渤海灣、準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯、柴達(dá)木等陸相含油氣盆地均可能存在相當(dāng)規(guī)模的河流扇沉積[67-68]。在上述盆地開展河流扇沉積研究將可改變中國對(duì)陸相含油氣盆地沉積體系的認(rèn)識(shí)，也會(huì)對(duì)油氣勘探產(chǎn)生重要的影響[58]。

6 結(jié)論

河流扇的概念一直在不斷的發(fā)展中，DFS的提出大大提高了河流扇研究的深度和廣度，但是相比于DFS，獨(dú)立于沖積扇的“河流扇”定義更符合沉積學(xué)的研究需要。

河流扇具有典型的識(shí)別標(biāo)志。與沖積扇，河流相以及湖泊三角洲在發(fā)育位置、水動(dòng)力條件，沉積體系形態(tài)，沉積相組合等方面都具有明顯差異。

河流扇的發(fā)育受多種因素控制。氣候、構(gòu)造、物源、風(fēng)力改造、火山事件等外部因素控制了河流扇的發(fā)育和規(guī)模。而內(nèi)部河道的活躍程度則控制了扇體內(nèi)部的相態(tài)發(fā)育以及巖性組合。

河流扇的研究將豐富傳統(tǒng)的沉積學(xué)認(rèn)知，正在引發(fā)世界范圍內(nèi)對(duì)現(xiàn)代和古代陸相沉積體系的再認(rèn)識(shí)。對(duì)現(xiàn)代河流扇體系的研究將在水力建設(shè)、環(huán)境評(píng)估、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防方面具有一定意義；而對(duì)古代河流扇沉積的研究將為油氣儲(chǔ)集層研究提供新的思路。