扇三角洲沉積學(xué)研究進(jìn)展

張昌民，朱 銳，尹太舉，尹艷樹（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100）

扇三角洲沉積學(xué)研究進(jìn)展

張昌民，朱 銳，尹太舉，尹艷樹
（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢430100）

在對(duì)扇三角洲沉積學(xué)研究文獻(xiàn)廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，從扇三角洲沉積體系分類、巖石相類型和沉積層序特征、沉積模式、研究方法等4個(gè)方面介紹了扇三角洲沉積學(xué)研究的進(jìn)展。認(rèn)為扇三角洲的分類應(yīng)當(dāng)更加實(shí)用，不僅應(yīng)考慮三角洲前緣水動(dòng)力和地貌特征，更應(yīng)當(dāng)考慮如何在地層記錄中區(qū)別不同類型的扇三角洲。應(yīng)當(dāng)注重運(yùn)用流體力學(xué)和水力學(xué)原理，對(duì)扇三角洲的巖石相進(jìn)行成因解釋，注重研究構(gòu)造作用、氣候變化、湖（海）平面變化以及沉積自旋回對(duì)扇三角洲沉積層序形成的控制作用。隨著研究實(shí)例的不斷增加，扇三角洲的沉積模式將會(huì)越來越多，應(yīng)當(dāng)結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬和現(xiàn)代分析測試技術(shù)開展扇三角洲沉積學(xué)綜合研究。

扇三角洲；沉積模式；分類；巖石相；沉積層序

自Holmes1965年提出扇三角洲的概念[1]以來，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)扇三角洲沉積體系給予了廣泛的關(guān)注。扇三角洲研究對(duì)象形成的時(shí)間從元古宙到現(xiàn)代；研究的內(nèi)容包括扇三角洲分類與沉積模式，扇三角洲沉積物特點(diǎn)、形成過程、形成機(jī)理的系統(tǒng)描述與解釋，扇三角洲與構(gòu)造作用的關(guān)系，扇三角洲的物源和母巖性質(zhì)，扇三角洲表面河流的類型和演變，三角洲前緣地區(qū)的水動(dòng)力及其對(duì)扇三角洲沉積體和沉積物幾何形態(tài)、巖石組構(gòu)的控制作用，扇三角洲流域盆地的幾何形態(tài)、規(guī)模、水深和水體物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)沉積體系展布的影響等方面；研究方法由垂向剖面、垂向?qū)有蚍治龇òl(fā)展到結(jié)構(gòu)要素分析法、水槽沉積模擬法、計(jì)算機(jī)仿真與隨機(jī)模擬法等；研究手段發(fā)展到地球化學(xué)測年技術(shù)、探地雷達(dá)技術(shù)、側(cè)向聲吶技術(shù)、地震和測井技術(shù)、遙感遙測技術(shù)的綜合應(yīng)用。所涉及的扇三角洲包括海相和陸相等各種類型，涉及的扇三角洲沉積動(dòng)力過程包括河流、滑塌滑動(dòng)、風(fēng)、冰川、火山、地震、潮汐波浪、生物等多種沉積營力。

中國學(xué)者對(duì)扇三角洲的研究始于20世紀(jì)80年代。文獻(xiàn)［2］研究了中國東部古代扇三角洲沉積，文獻(xiàn)［3］研究了現(xiàn)代灤河沖積扇三角洲體系，文獻(xiàn)［4］和文獻(xiàn)［5］對(duì)南襄盆地泌陽凹陷和下遼河盆地的扇三角洲及相關(guān)的油藏進(jìn)行了深入研究。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，先后在松遼、勝利、四川、冀東、大港、塔里木、南海等盆地或油田發(fā)現(xiàn)并研究了大量扇三角洲油氣藏和扇三角洲沉積物。近年來，新疆油田在環(huán)瑪湖凹陷發(fā)現(xiàn)了一系列與扇三角洲有關(guān)的粗粒砂礫巖油氣藏，打開了準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探又一個(gè)新的領(lǐng)域[6-9]。全面了解扇三角洲沉積學(xué)研究的進(jìn)展，對(duì)正確認(rèn)識(shí)扇三角洲砂礫巖沉積體系具有參考意義。

1 三角洲與扇三角洲的分類

扇三角洲是進(jìn)入穩(wěn)定水體的沖積扇，扇三角洲的類型與沖積扇的類型密切相關(guān)，但長期以來扇三角洲的分類并不是依照沖積扇的類型進(jìn)行分類，而是按照三角洲的分類方法來進(jìn)行。

1.1 三角洲分類存在的問題

公元前450年，航海家和歷史學(xué)家Herodotus把尼羅河口沖積平原上“△”形地貌單元稱為三角洲。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)很多三角洲并不呈“△”形，于是提出了扇三角洲、辮狀河三角洲、陸坡裙三角洲與朵葉三角洲等術(shù)語。由于各種術(shù)語定義模糊，辨別標(biāo)準(zhǔn)不明確，研究結(jié)果往往產(chǎn)生爭議[10]。進(jìn)行三角洲的分類必須首先明確“沖積扇”、“辮狀平原”或“辮狀河”等的準(zhǔn)確定義，在地層記錄中如何區(qū)分這些沉積體系。文獻(xiàn)［11］認(rèn)為，分類術(shù)語應(yīng)該盡可能地反映三角洲陸源供給體系的特征。在陡峭的基巖海岸，陸源體系以落石崩塌為主，呈錐形或較寬闊的裙?fàn)?，可用“巖屑錐三角洲”或“巖屑裙三角洲”等術(shù)語表征。對(duì)于“辮狀三角洲”，應(yīng)予以廢棄，而使用“辮狀支流三角洲”和“彎曲支流三角洲”較為合適。此外，人們總是習(xí)慣圍繞扇三角洲的供給系統(tǒng)來討論扇三角洲的分類，但依據(jù)巖石記錄劃分扇三角洲卻十分困難。

1.2 非沖積三角洲

Holmes認(rèn)為，三角洲不一定是由河流或沖積體系形成的，存在非沖積三角洲，如火山碎屑巖三角洲與熔巖三角洲，夏威夷海岸和冰島海岸的朵葉體中就有大量溢出的熔巖推向海底[1]。有些三角洲可能為“混合”型，包括火山沉積和其他可能來自沖積的地層。陸上火山噴發(fā)的物質(zhì)向海進(jìn)積產(chǎn)生沉積熔巖流與角礫巖，與Gilbert型三角洲類似，也能夠形成“前積”層[12]?；鹕剿樾既侵迍t是將火山碎屑扇、陡峭錐狀體或較寬闊的裙?fàn)铙w的集合體推進(jìn)到海洋與湖泊中。有時(shí)遠(yuǎn)岸沉積體的出現(xiàn)與風(fēng)成沙丘體系的進(jìn)積作用有關(guān)，例如乍得撒哈拉地區(qū)烏尼昂加—塞里爾（OuniangaSerir）鹽湖中巨大的舌狀“風(fēng)成三角洲”。

1.3 扇三角洲的分類

文獻(xiàn)［13］認(rèn)為，“三角洲機(jī)理”既取決于河道徑流與泥沙載荷的相互作用，又取決于盆地機(jī)理，包括盆地形狀、規(guī)模、水深與盆地動(dòng)力學(xué)特征。這些機(jī)理控制了三角洲的供給體系、地層厚度分布、構(gòu)造地貌背景、三角洲前緣體系與沉積物粒度。目前引用較多的扇三角洲分類方案[11，14-18]，基本都遵循這一原則。

文獻(xiàn)［19］按照三角洲前緣的沉積物粒度與前緣斜坡坡度差異指標(biāo)進(jìn)行扇三角洲分類，在露頭中，根據(jù)“巨型前積層”交錯(cuò)層理、大型“微三角洲型”交錯(cuò)層理以及崩塌滑動(dòng)等，識(shí)別上述2個(gè)指標(biāo)。文獻(xiàn)［18］根據(jù)三角洲平原分流河道特點(diǎn)、三角洲表面坡度和三角洲底部深度這3個(gè)指標(biāo)建立三角洲分類體系。按照三角洲平原的分流河道特點(diǎn)識(shí)別出4類三角洲供給體系，分別對(duì)應(yīng)坡度很陡的扇狀沖積體系、辮狀河沖積體系、穩(wěn)定河道的河口壩供給體系以及高建設(shè)型鳥足狀供給體系。根據(jù)三角洲前緣的水體深度，再劃分出淺水型和深水型2個(gè)大類，將淺水三角洲按坡度劃分成坡度較緩的Hjulstrom型和坡度較大的Gilbert型2個(gè)亞類，由此劃分出12種“原型”三角洲（圖1）。這種三角洲分類涵蓋了廣泛的地貌基礎(chǔ)，意味著每個(gè)原型三角洲都代表了幾乎無限多的類似三角洲，這些三角洲受到盆地和重力演化過程不同程度的改造。

2 扇三角洲的巖石相和沉積層序

對(duì)扇三角洲巖石相和地層層序的研究，一般從巖石相類型描述著手，判斷其形成的沉積水動(dòng)力機(jī)制；根據(jù)巖石相組合特征，判別沉積微相；以垂向?qū)有蛱卣骷捌錂M向變化，進(jìn)行結(jié)構(gòu)要素分析，確定扇三角洲的類型；以地層層序的垂向疊置方式，解釋三角洲體系的演化規(guī)律，分析構(gòu)造、氣候、海平面變化等控制因素，重塑沉積體系的時(shí)空演化過程。

2.1 扇三角洲沉積的巖石相

扇三角洲沉積物的組構(gòu)千差萬別。要結(jié)合沉積動(dòng)力學(xué)原理對(duì)沉積物的沉積過程和機(jī)理作出解釋，才能對(duì)沖積扇沉積過程和相帶分布作出可靠的推斷。扇三角洲沉積總體很粗，但不同層段的粒度、磨圓度和礦物成分差異很大。文獻(xiàn)［20］通過對(duì)韓國東南部郁陵弧后盆地（Ulleung back-arc basin）西南獨(dú)山（Doumsan）地區(qū)的中新統(tǒng)頁奴（Yeonil）組扇三角洲沉積進(jìn)行詳細(xì)的描述，識(shí)別出14種巖石相，這些巖石相分屬于角礫巖、礫巖、砂巖和泥巖4大巖類。文獻(xiàn)［21］根據(jù)巖石組構(gòu)和分層、層理和是否具有粒序和交錯(cuò)層理等特征，在浦項(xiàng)盆地（Pohang basin）中新統(tǒng)頁奴組4大類巖石中，識(shí)別出22種巖石相，運(yùn)用沉積動(dòng)力學(xué)理論解釋形成各類巖石相沉積組構(gòu)的水動(dòng)力機(jī)制，由巖石相組合鑒別出7種沉積亞環(huán)境。

2.2 扇三角洲沉積的層序特征

不同扇三角洲沉積層序中，沉積物的粒度變化趨勢、礦物組成、沉積構(gòu)造與化石類型、單個(gè)巖性段厚度變化、沉積微相變化等方面差異極大，不同的層序構(gòu)成，包含了不同的扇三角洲沉積過程和盆地地質(zhì)學(xué)信息，對(duì)這些特征進(jìn)行詳細(xì)描述，仍然是扇三角洲沉積學(xué)重要和不可或缺的工作內(nèi)容。文獻(xiàn)［22］對(duì)美國猶他州和懷俄明州邊界上的拉拉麥迪（Laramide）隆起始新統(tǒng)瓦薩特（Wasatch）組10 km長的砂礫巖露頭進(jìn)行了研究。露頭主體厚達(dá)650 m，是一個(gè)先向上變粗然后再變細(xì)的巨層序，代表了尤因他山北翼從上升到侵蝕旋回期間濕扇體系的生長和廢棄過程。下部400 m內(nèi)河道復(fù)合體的粒度、厚度以及側(cè)向延伸范圍向上增大，反映了扇體向北不斷推進(jìn)；上部250 m內(nèi)河道復(fù)合體的粒度和厚度向上變小，反映造山期后源區(qū)地形變低、沉積物產(chǎn)量減少。巨層序內(nèi)10~100 m的向上變粗層序是沖積扇朵體中的河道復(fù)合體進(jìn)積造成的，1~10 m厚的中型層序反映了扇上砂壩建造、斷續(xù)性洪水和辮狀水道的充填和側(cè)向遷移。文獻(xiàn)［23］研究了加利福尼亞普拉什蘭奇盆地（Plush Ranch basin）古近—新近系厚達(dá)1 800 m的非海相沉積巖和火山巖，顯示了拉張盆地不同部位發(fā)育不同的沉積體系，形成不同的沉積層序。

圖1 基于流體過程的三角洲類型劃分（援引自文獻(xiàn)［18］）

2.3 扇三角洲沉積層序的旋回性與層次性

扇三角洲沉積具有明顯的旋回性和層次性，隨著層序地層學(xué)的發(fā)展，對(duì)扇三角洲沉積層序的旋回性和層次性分級(jí)越來越細(xì)，對(duì)旋回和不同層次層序形成時(shí)間的分析越來越定量化。旋回性和層次性研究促進(jìn)地層縱向分層更加精細(xì)，橫向?qū)Ρ雀訙?zhǔn)確。層次性和旋回性將扇三角洲體系受盆地規(guī)模的構(gòu)造控制因素乃至沉積過程渦流規(guī)模的局部水動(dòng)力紊動(dòng)的影響歸結(jié)到一個(gè)統(tǒng)一的體系之中，促進(jìn)了扇三角洲沉積體系分析的系統(tǒng)化。文獻(xiàn)［24］對(duì)西班牙東北部蒙特來特（Montserrat）扇三角洲體系進(jìn)行了研究，認(rèn)為這一體系含有多個(gè)五級(jí)旋回和4個(gè)四級(jí)旋回。五級(jí)旋回發(fā)育基底侵蝕面，層序內(nèi)河流類型、巖石相以及河道的疊加樣式不變，每個(gè)層序厚約10 m.四級(jí)旋回由五級(jí)旋回疊置而成，底部沒有侵蝕，旋回內(nèi)的垂向沉積速率和河道疊加樣式變化很大。文獻(xiàn)［25］研究了西班牙東北部埃布羅（Ebro）盆地蒙特來特圣勞倫斯山（Sant Liorenc）前陸盆地扇三角洲楔狀堆積體的海進(jìn)—海退層序的層次性，將扇三角洲層序劃分為一些重復(fù)出現(xiàn)的小型自生地層單元和旋回，旋回的劃分以海進(jìn)—海退旋回為依據(jù)，以濱面（河流）襲奪和最大海退為標(biāo)志。海進(jìn)—海退旋回（3~80 m厚）代表的周期為0.01×106~0.10×106a，相互疊加形成復(fù)合層序；復(fù)合層序（100~300 m厚）的形成周期是0.10×106~1.00×106a，相互疊加形成厚度超過1 300 m的巨型海進(jìn)—海退旋回，時(shí)間間隔為3×106a，與沖斷作用的時(shí)間相符合。隨時(shí)間增多的沉積物供給與之相關(guān)的盆地邊緣氣候和構(gòu)造隆起，控制了海進(jìn)—海退旋回的內(nèi)部特征。

3 扇三角洲的沉積模式

20世紀(jì)70年代，文獻(xiàn)［26］研究了現(xiàn)代Copper河扇三角洲的沉積物和地層格架，作為一種扇三角洲模式被廣泛引用。數(shù)十年來，沉積學(xué)家提出了大量的扇三角洲沉積模式，而且隨著研究的積累，扇三角洲的沉積模式還在不斷增加。但是所有的模式都來自于對(duì)特殊現(xiàn)象的考察，沒有任何一個(gè)模式會(huì)完全符合現(xiàn)在的研究對(duì)象，多了解一些沉積模式有助于對(duì)研究對(duì)象的理解和判斷。

3.1 水下扇三角洲沉積模式

文獻(xiàn)［27］通過對(duì)北極現(xiàn)代三角洲和西班牙一些古代三角洲沉積的研究建立了一個(gè)水下扇三角洲模式，這一模式顯示三角洲前緣發(fā)育一些滑塌面，形成一些槽道（trough），沉積物受重力作用沿斜坡向下搬運(yùn)。從滑塌面到槽道前緣，沉積物的結(jié)構(gòu)由塊狀逐漸變?yōu)閷訝罱Y(jié)構(gòu)，沉積物從滑塌沉積的碎屑流頭部不斷以顆粒流和濁流方式沉積形成層狀結(jié)構(gòu)。韓國、日本東海岸的許多深水海相扇三角洲屬于此類模式。

3.2 Gilbert型扇三角洲沉積模式

意大利科拉迪（Crati）盆地上新世—全新世的Gilbert型扇三角洲的層序特點(diǎn)說明了構(gòu)造對(duì)沉積的控制作用[28]。在盆地的擴(kuò)張背景下，Gilbert型扇三角洲以單個(gè)扇的特征出現(xiàn)，在走滑背景下，Gilbert型扇三角洲層序呈疊加式形成復(fù)雜的前積層特征，代表了大型的斷裂事件以及物源區(qū)的多次上升和盆地的多次沉降作用，被認(rèn)為是扇三角洲的經(jīng)典代表。

3.3 近火山受冰川影響的扇三角洲沉積模式

阿拉斯加南部蘭奇嶺（Wrangll）的白河（White River）冰水扇露頭，記錄了沉積在靠近活火山的、受冰川影響的扇三角洲沉積的特征。文獻(xiàn)［29］通過對(duì)2個(gè)分別厚達(dá)1 200 m和450 m的剖面的測量，發(fā)現(xiàn)該地層由冰川沉積物和火山熔巖碎屑呈互層狀出現(xiàn)。白河沉積層序是由斜坡和扇三角洲沉積組成的溝谷充填復(fù)合體，并沒有原地的冰川沉積，冰川只是提供了粗粒的碎屑沉積物。此類模式很少受到重視。

3.4 河口壩型扇三角洲沉積模式

文獻(xiàn)［30］認(rèn)為，早更新世瓦爾達(dá)諾盆地淺水湖盆中發(fā)育河口壩型扇三角洲，這種粗粒河控三角洲體系頂端的地貌和沉積學(xué)特點(diǎn)類似于潮濕氣候下的沖積扇。極粗的、無組構(gòu)的沉積物在洪水期間呈朵體沉積或者沉積在辮狀河道內(nèi)。向扇的下部，辮狀河道演變?yōu)榉€(wěn)定的順直河道，形成了礫狀砂巖和砂巖體。在水下帶，順直的分流河道下切到湖相泥巖中；在遠(yuǎn)端，河道呈向上變粗變厚的砂巖透鏡體，埋藏的古河道在低水位期間受密度流侵蝕。極淺水、小型、低能湖泊適宜于河口壩型扇三角洲的形成。

3.5 發(fā)育階地和斷崖的扇三角洲沉積模式

文獻(xiàn)［31］在加利福尼亞灣對(duì)2個(gè)扇三角洲的地貌和沉積學(xué)研究，揭示了同沉積期扇三角洲沉積體表面的地形變化。由于構(gòu)造作用和海洋侵蝕作用，在扇三角洲平原形成階地，沖積扇表面的坡度為3.1°~ 3.8°，2個(gè)扇體長度分別為2.0 km和5.5 km，盆地邊緣的構(gòu)造沉降速率為0.1~0.3 cm/a，在Agua Caliente扇三角洲形成3 m高的階地，在沖積扇邊緣形成8~10 m的斷層崖。這一模式為認(rèn)識(shí)扇三角洲沉積體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均一性提供了新的思路。

3.6 巨型三角洲-水下扇復(fù)合體沉積模式

文獻(xiàn)［32］認(rèn)為，現(xiàn)代印度河在印度洋邊緣沉積形成扇狀印度河三角洲-水下扇復(fù)合體系，這一體系覆蓋2.05×104km2的面積，呈一個(gè)廣闊的扇面。印度河切割喜馬拉雅山沿著山前向南流，沉積物在印度次大陸的西部卸載形成印度河三角洲，三角洲的軸向形成水下印度扇。水下印度扇長1 500 km，寬960 km，占據(jù)印度洋面積125×104km2.恒河和布拉馬普特拉河也具有相似的特征，這兩條河流共同形成孟加拉扇。中國黃河中下游具有類似的特征，巨大的扇狀體系與傳統(tǒng)的扇三角洲有較大的區(qū)別，提供了大型和特大型三角洲-水下扇沉積的另一種模式。

3.7 與生物和碳酸鹽巖相關(guān)的扇三角洲沉積模式

文獻(xiàn)［33］研究了西班牙東南部埃布羅盆地扇三角洲體系中的再作用面和礫石中生物鉆孔的成因；文獻(xiàn)［34］研究了西班牙東北部圣勞倫斯山一個(gè)扇三角洲朵體中的碳酸鹽巖沉積作用及其對(duì)海平面升降的響應(yīng)；文獻(xiàn)［35］研究了西班牙坎塔布連山（Cantabri?an）石炭系扇三角洲延伸到碳酸鹽巖陸架上的地層學(xué)和構(gòu)造作用的關(guān)系，總結(jié)了該區(qū)的沉積模式。但對(duì)其湖相碳酸鹽巖和生物建造在陸相湖盆中廣泛發(fā)育與扇三角洲體系的聯(lián)系研究不足。

3.8 河流扇三角洲沉積模式

文獻(xiàn)［36］在埃布羅盆地東部識(shí)別出2個(gè)河流扇：卡冬娜-索里亞（Cardona-Suria）扇和索爾索納—薩努賈（Solsona-Sanauja）扇，二者半徑分別為40 km和35 km，面積分別為800 km2和600 km2.在露頭上識(shí)別出14種巖石相類型和7種相組合，代表河流扇、河道化末梢朵體、非河道化末梢朵體、泥坪、三角洲、蒸發(fā)干鹽湖和富碳酸鹽巖的淺湖環(huán)境。橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)兩類河流-湖泊轉(zhuǎn)換樣式，在湖泊低水位期間發(fā)育末梢朵體，在高水位期間形成河流為主的三角洲和分流間灣。河流扇作為一種大型扇三角洲體系，近年來受到越來越多的關(guān)注。

3.9 末梢扇的演化模式

文獻(xiàn)［37］研究了猶他州東南部二疊系奧干洛克（Organ Rock）組末梢扇體系的時(shí)空演化，這種扇又稱為“末梢扇”或“分流河道扇”。測量了84條地層剖面，描繪了5 km的露頭，識(shí)別出17種巖石相和河道充填沉積、非限制性河道、風(fēng)成沙丘沉積、風(fēng)成沙席沉積和風(fēng)成沙丘間沉積等5種結(jié)構(gòu)要素，建立了詳細(xì)的地層格架。運(yùn)用高分辨率的地層結(jié)構(gòu)圖，描述單個(gè)河流體系的沉積相和幾何形態(tài)，以闡明沉積體系的時(shí)空演化特征，為研究淺水湖盆扇三角洲提供了參考。

4 扇三角洲的研究方法

扇三角洲研究的方法隨著沉積學(xué)研究的進(jìn)展而不斷發(fā)展，在現(xiàn)代沉積研究中，側(cè)向掃描聲吶早已用于海底和湖底的地形測量，遙感遙測技術(shù)早就在地形地貌測量中發(fā)揮著重要的作用，目前仍然是現(xiàn)代沉積研究的重要手段。近年來，探地雷達(dá)對(duì)研究淺層沉積體系發(fā)揮了重要的作用，激光掃描技術(shù)代替照相機(jī)馬賽克技術(shù)，為露頭的精細(xì)描述提供了有效手段。尤其是隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代分析測試技術(shù)的發(fā)展，沉積模擬實(shí)驗(yàn)、定量年代學(xué)測試、古環(huán)境分析、計(jì)算機(jī)仿真模擬、沉積學(xué)隨機(jī)建模研究等手段與地震測井技術(shù)相結(jié)合，促進(jìn)了扇三角洲研究手段的不斷更新。

4.1 扇三角洲沉積水槽實(shí)驗(yàn)

扇三角洲的沉積模擬實(shí)驗(yàn)在國內(nèi)外都得到重視，水槽實(shí)驗(yàn)為認(rèn)識(shí)扇三角洲的沉積機(jī)理提供了直觀定量的手段。但到目前為止，水槽實(shí)驗(yàn)主要用于模擬沉積物的搬運(yùn)機(jī)制、沉積層序的形成以及沉積相帶的宏觀分布，還不能對(duì)扇三角洲的沉積層序進(jìn)行定量的重建。文獻(xiàn)［38］通過室內(nèi)水槽實(shí)驗(yàn)，研究了Gilbert型三角洲前積層自旋回中的沉積物分選作用。實(shí)驗(yàn)用水槽長7 m，深0.38 m，寬度分別為0.158 m和0.075 m.結(jié)果表明，河道頭部兩側(cè)的礫石壩的遷移，將砂礫不均勻地向側(cè)向推移，形成粒度韻律，在出口較窄時(shí)，前積層規(guī)則，呈現(xiàn)向上變細(xì)趨勢；在出口較寬時(shí)，前積層表現(xiàn)為向上變粗又變細(xì)的準(zhǔn)旋回性。前積層結(jié)構(gòu)的有序變化可以解釋自旋回對(duì)供給系統(tǒng)寬度的響應(yīng)，說明三角洲的河口如果很窄，沉積物供給均勻，容易形成向上變細(xì)的層序；如果三角洲河道化嚴(yán)重，砂壩發(fā)育，則沉積物在盆地邊緣呈側(cè)向不穩(wěn)定不均勻分布，形成側(cè)向不統(tǒng)一的頂積層和前積層。文獻(xiàn)［39］研究了扇三角洲的自旋回特征，實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了3個(gè)回次，每回次的流量不同，其他參數(shù)不變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過攝像系統(tǒng)記錄，然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理，形成一系列平面圖像，以此來研究三角洲的演化。

4.2 扇三角洲的沉積物成分分析

扇三角洲沉積物距物源區(qū)近，流域匯水盆地小，沉積速率高，巖石成分與源區(qū)大地構(gòu)造特征密切相關(guān)，沉積物中含有豐富的物源區(qū)母巖成分信息。研究扇三角洲的沉積物構(gòu)成，對(duì)于分析母巖性質(zhì)、進(jìn)行扇三角洲沉積體系地層對(duì)比具有重要的作用。將扇三角洲沉積物的巖石學(xué)和地球化學(xué)分析相結(jié)合，可以定量研究扇三角洲沉積體系母巖區(qū)大地構(gòu)造背景，分析扇三角洲沉積體的堆積過程，恢復(fù)扇三角洲沉積的古地貌特征，這類研究受到越來越多的重視。文獻(xiàn)［40］研究了西班牙比利牛斯山南部始新世—中新世的2個(gè)同期沖積扇體系，認(rèn)為氣候和構(gòu)造對(duì)沖積扇的沉積過程起重要的控制作用，但沖積扇流域盆地的基巖巖性是控制沖積扇的一個(gè)重要指標(biāo)。埃布羅盆地始新世—中新世2個(gè)相鄰的沖積扇，一個(gè)以泥石流為主，另一個(gè)以水流為主。努愛諾（Nueno）扇體的近端相為基質(zhì)支撐的礫巖，80%是礫石狀的石膏，其基質(zhì)為砂質(zhì)石膏，這個(gè)扇的流域區(qū)主要是三疊系的石膏、泥灰?guī)r和微晶石灰?guī)r；圣胡安（San Julian）扇體由古生界以及三疊系—白堊系石灰?guī)r礫石組成，扇體為碎屑支撐的多成分礫巖。這2個(gè)扇體的沉積物指狀交錯(cuò)，扇之間的成分差異是由其流域的基巖巖性不同造成的。由灰泥和石膏組為基巖的流域提供大量的細(xì)粒沉積物形成泥石流，地形比較平緩；由石灰?guī)r構(gòu)成的地區(qū)主要以稀釋的流水為主，地形陡峭。

4.3 扇三角洲年代學(xué)和物源研究

現(xiàn)代測試技術(shù)的進(jìn)步為定量地質(zhì)年代測定提供了可行性。運(yùn)用地層中鋯石或者其他碎屑礦物包裹體的定量測年資料，進(jìn)行地層層序劃分和對(duì)比，對(duì)認(rèn)識(shí)不同時(shí)期的古沉積環(huán)境面貌，精細(xì)刻畫沉積體系的形成過程具有重要的作用。地質(zhì)年代測試的定量特點(diǎn)，有可能在沉積層序的范圍甚至在更短的地層段，建立精細(xì)的地質(zhì)年代學(xué)剖面，使得扇三角洲地層對(duì)比更加精確，為研究沉積過程與盆地構(gòu)造作用的關(guān)系提供可靠依據(jù)。文獻(xiàn)［41］運(yùn)用新的地質(zhì)年代學(xué)、沉積學(xué)和成分分析數(shù)據(jù)，將阿拉斯加吐爾肯特納（Talkennt?na）山上侏羅統(tǒng)耐克尼克（Naknek）組分為2部分。通過綜合分析物源區(qū)碎屑成分、長石砂巖的成分構(gòu)造以及古流向標(biāo)志等資料，確定研究區(qū)的物源主要來自沿吐爾肯特納山南部的盆地邊界出露的火山和火成巖區(qū)。通過大量火成巖碎屑的鋯石U-P法測年，所得樣品的形成時(shí)間可分為3組，分別是167.6×106±0.3×106a、166.5×106±0.2×106a和156.2×106±0.4×106a.從而確定耐克尼克組下部690 m是在牛津期（Oxfordian）—早啟莫里期（Kimmeridgian）沉積的，上部225 m是在啟莫里期—早提通期（Tithonian）形成的。

4.4 扇三角洲沉積過程的計(jì)算機(jī)模擬

長期以來，沉積學(xué)家一直嘗試運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬沉積作用過程，近年來，很多學(xué)者通過數(shù)值模擬方法，對(duì)沖積扇和扇三角洲沉積體系開展研究。文獻(xiàn)［42］基于三維地層正演模型，模擬了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和海平面升降對(duì)前陸盆地沖積扇和軸向三角洲體系充填的影響，同時(shí)模擬了海平面升降造成可容空間變化以及地層層序和層序界面特征。認(rèn)為構(gòu)造沉積模型可以有效模擬地層層次性對(duì)海平面升降和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的響應(yīng)，比前陸盆地充填模型具有更高的分辨率。模擬結(jié)果顯示構(gòu)造運(yùn)動(dòng)開始時(shí)，沖積扇和扇三角洲兩種沉積體系快速退積，大范圍發(fā)生洪泛，碳酸鹽巖沉積物上超，三角洲平原上的同構(gòu)造期河流體系發(fā)育大量分叉河道。當(dāng)構(gòu)造沉降引起相對(duì)海平面上升時(shí)，這些河道發(fā)生快速遷移。

4.5 扇三角洲沉積層序的隨機(jī)建模

沉積相是儲(chǔ)集層巖石物理學(xué)特征最主要的控制因素，沉積相建模是儲(chǔ)集層建模的關(guān)鍵。文獻(xiàn)［43］認(rèn)為，基于露頭的建?？梢蕴峁└唧w的建筑結(jié)構(gòu)、幾何形態(tài)以及相連通性方面的信息。在地質(zhì)條件約束很好的情況下，依靠露頭數(shù)據(jù)進(jìn)行建?？梢詫?duì)不同的建模策略進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比。作者利用圣勞倫斯山扇三角洲露頭數(shù)據(jù)測試不同的建模策略，例如通過改變條件井的密度、地層分層、建模算法以及各種趨勢。將建模的結(jié)果與采用確定性建模方法建立的基礎(chǔ)模型進(jìn)行比較。認(rèn)為在不同的建模方案中，條件井密度對(duì)重建地層建筑結(jié)構(gòu)起重要作用，利用趨勢來預(yù)測建筑結(jié)構(gòu)的方法適用于井資料比較少的例子。

5 發(fā)展趨勢展望

根據(jù)國內(nèi)外扇三角洲沉積學(xué)研究進(jìn)展的現(xiàn)狀，未來扇三角洲沉積學(xué)研究至少在以下4方面將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。

（1）流體力學(xué)、水力學(xué)和泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)的理論和方法將會(huì)給扇三角洲沉積學(xué)研究帶來新的活力。這些理論的應(yīng)用，不僅有利于進(jìn)行扇三角洲的分類，而且使得對(duì)扇三角洲沉積物的搬運(yùn)、沉積機(jī)理的解釋更加準(zhǔn)確，促進(jìn)對(duì)扇三角洲沉積物的沉積組構(gòu)、相帶分布、層序結(jié)構(gòu)研究的定量化。

（2）扇三角洲沉積學(xué)研究將更加注重與古環(huán)境、古氣候以及構(gòu)造背景研究的聯(lián)系，探索影響扇三角洲沉積演化的各種控制因素，更加有效地解釋扇三角洲沉積物、沉積相、沉積層序的形成過程，預(yù)測沉積體系的分布。

（3）扇三角洲的沉積模式將層出不窮，但與前陸坳陷盆地有關(guān)的大型扇三角洲體系將受到越來越多的重視。這種體系分布在大型湖盆的邊緣，扇上水流相對(duì)穩(wěn)定，匯水盆地流域面積大，攜帶的沉積物體積龐大，有利于形成大型油氣藏和油氣藏群。

（4）新手段、新方法將促進(jìn)扇三角洲研究的進(jìn)步。包括水槽實(shí)驗(yàn)、正演模擬、隨機(jī)建模、地球物理反演等比較沉積學(xué)方法，以及遙感遙測、探地雷達(dá)、水下聲吶、碎屑測年、地球化學(xué)等分析測試技術(shù)，將在扇三角洲沉積學(xué)研究中得到越來越多的應(yīng)用。

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Advances in Fan Deltaic Sedimentology

ZHANG Changmin，ZHU Rui，YIN Taiju，YIN Yanshu
(School of Geosciences，Yangzte Univeisity，Wuhan，Hubei 430100，China)

The advances about sedimentological study of fan deltas were reviewed based upon a great database of numerous research litera?tures at home and abroad，including 1)definition，classification and terminology;2)lithofacies and sedimentary sequences characteristics; 3)depositional models and 4)research methodology.It is suggested that classifications for fan deltas should be more practical in their appli?cations，the hydraulic and geomorphic parameters from modern delta front，and the most important rock characters from the ancient strati?graphic records should all be considered.The hydrodynamic principle should be involved in interpretation of the lithofacies of fan deltas. More studies are needed to analyze the controlling effects of tectonic movement，climatic vibration，sea/lake level changes and deposition?al autocyclic processes on the formation of fan dealtaic depositional sequences.Fan delta models type may increase with time and new methods such as flume experiment，computerized forward modeling and geostatistic stochastic simulation may be used more frequently in fan deltasedimentological research in the future.

fan delta;sedimentary model;classification;lithofacies;sedimentary sequence

TE111.3

A

1001-3873（2015）03-0362-07

10.7657/XJPG20150323

2015-03-08

2015-04-15

國家自然科學(xué)基金（41172106，41202096）

張昌民（1963-），男，河北靈寶人，教授，博士生導(dǎo)師，石油地質(zhì)，（Tel）15826646236（E-mail）zcm@vangtzeu.edu.cn.