第六章各论 陆相 2 河流

应用沉积学主讲：杜振川研究生课程应用沉积学—下篇沉积各论

第六章陆相沉积体系——大陆相组第四节河流沉积体系

1、概述

河流在地表流动受气侯（降雨量）、地质构造、地貌形态（起伏状况）、基岩性质和植被发育等因素的影响，常具备不同的类型；各类河流的差异主要表现在河流形态（宽度比、弯曲度、稳定性及变化性）纵剖面梯度、径流状况（径流量及变化）、负载的类型及数量以及河流迁移的特点。

应用沉积学—下篇沉积各论

第六章陆相沉积体系——大陆相组第四节河流沉积体系

2、河流的基本类型

按照地形和坡降山区河流平原河流

按照河流的发育阶段

幼年期河流壮年期河流老年期河流

第四节河流沉积体系

2、河流的基本类型

Rust(1978，1984)根据河道分岔参数和弯曲度平直河曲流河辫状河网状河河道分岔指数是指在每个平均蛇曲波长中，河道沙坝的数目，河道分岔参数不大于1者为单河道，大于1者为多河道。河道弯曲度小于1．5者为低弯度河，大于1．5者为高弯度河。第四节河流沉积体系

2、河流的基本类型

河流类型示意图(据迈尔，1977)A曲流河；B辫状河；C网状河；D直流河第四节河流沉积体系

2、河流的基本类型

根据河流负载的类型及搬运方式底负载河道(bed-loadchannels)混合负载河流(mixed—loadfluvialsystems)悬移负载河流(suspended—loadfluvialsystems)辫状河主要是底负载水道，曲流河为混合负载和悬移负载水道，而网状河主要是悬移负载水道。第四节河流沉积体系

3、河流沉积相模式1）平直河（顺直河）（straightriver）河流的弯度指数小于1．5，通常只出现在大型河流某一河段的较短距离内，河道内凹岸侵蚀，凸岸加积，从而可产生侧向迁移而逐渐向蛇曲河发展。顺直河实际上很少存在。第四节河流沉积体系

3、河流沉积相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉积环境概述

曲流河又称蛇曲河流，河道弯曲强烈，弯曲率大于1.5。与辫状河流相比，曲流河道的分布更具有规律性。

第四节河流沉积体系

3、河流沉积相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉积环境概述

曲流河多出现在河流的中、下游，分布在平原地带(尤其是近海或近湖平原)。其上游多为辫状河流，下游与三角洲过渡。曲流河一般为单河道．宽深比小于辫状河道，坡降缓，流速慢，水的流量变化小；河道较稳定，以侧向侵蚀作用为主，在凸岸发育边滩，而心滩不发育，河漫滩很发育；沉积物中粉砂和泥的含量较高。第四节河流沉积体系

3、河流沉积相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉积环境概述

弯道环流形成的(a)剖面图、(b)平面图

1一流向；2一表层水流；3一底层水流第四节河流沉积体系

3、河流沉积相模式2）曲流河（Meanderingriver）

①、曲流河沉积环境概述

曲流河的沉积相模式

(据Allen，1965，1970)第四节河流沉积体系

3、河流沉积相模式2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉积相特点

曲流河河道沉积亚相堤岸沉积亚相河漫沉积亚相牛扼湖沉积亚相河道底部滞留沉积边滩沉积天然堤沉积决口扇沉积河漫滩沉积河漫湖河漫沼泽→牛扼湖沉积2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉积相特点

A河道沉积亚相河床滞留沉积：从上游搬运来的以及就地侵蚀的物质，细粒的被带走，粗粒物质被留下堆积成不连续的透镜体，称为河床滞流沉积。其成分复杂，既有陆源砾石，也有河床下伏早期沉积未固结而再沉积的同生泥砾，砂、粉砂极少。砾石呈叠瓦状排列，倾斜方向指向上游。砾岩呈透镜状断续分布于河床最底部，向上渐变为边滩沉积。2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉积相特点

A河道沉积亚相边滩沉积：边滩又称为“点砂坝”，是河床侧向侵蚀、沉积物侧向加积的结果。沉积物以砂为主，混有砾、粉砂和粘土，成熟度低，不稳定组分多，长石含量高；层理类型主要为水流成因的大、中槽状或板状交错层理，间或出现平行层理。垂向上，自下向上具有层理规模变小、粒度由粗变细的正韵律。边滩沉积的厚度近似于河床的深度，小型河流边滩的厚度仅数米，大型河流的边滩厚度可达30～40m；边滩的宽度取决于河流的大小及侧向迁移的规模。A河道沉积亚相→边滩沉积：2）曲流河（Meanderingriver）

②、曲流河沉积相特点

A河道沉积亚相→边滩沉积：B堤岸亚相天然堤沉积

河流在洪水期因水位较高，河水携带的细、粉砂级物质溢出河道沿河床两岸堆积，形成平行河床的砂堤，称为天然堤，它高于河床，并把河床与河漫滩分开。天然堤两侧不对称，向河床一侧坡度较陡，每次随洪水上涨，天然堤不断加高，凸岸天然堤逐渐变为边滩的上部。天然堤主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩组成，粒度比边滩沉积细，比河漫滩沉积粗，垂向上突出的特点是砂、泥岩组成薄互层。层理构造以小型波状交错层理、爬升交错层理、槽状交错层理为特征，其垂向序列是下部砂质岩发育交错层理，上部泥质岩则发育水平纹层。天然堤常间歇性出露水面，故常发育有钙质结核，泥岩中可见干裂、雨痕、虫迹以及植物根等。堤岸沉积垂向上常发育在河床沉积的上部，粒度较细，以小型交错层理为主。进一步可分为天然堤和决口扇两个沉积微相。B堤岸亚相1一无内部构造的砂和粉砂，分选差，偶有波状层理；6一平行层理的粉砂质粘土，具虫孔天然堤层理构造垂向序列

(据柯尔曼，1969)5一叠瓦状波状层理；4一小型波状交错层理；3一水平层理；2一大型交错层理；B堤岸亚相决口扇沉积如果天然堤不被破坏，河床随沉积物迅速增厚而升高，最后反而高出旁侧的河漫滩；洪水期河水冲决天然堤，部分水流由决口流向河漫滩，砂、泥物质在决口处堆积成扇形沉积体，称为决口扇。决口扇沉积主要由细砂岩、粉砂岩组成。粒度比天然堤沉积物稍粗。具有小型交错层理、波状层理及水平层理，冲蚀与充填构造常见。岩体形态呈舌状，向河漫平原方向变薄、尖灭，剖面上呈透镜状。B堤岸亚相→决口扇沉积天然堤、决口扇与河床、河漫滩之间关系的横剖面示意图B堤岸亚相→决口扇沉积黄河下游部分河段决口扇分布图

(据叶青超等．1990)C河漫亚相河漫亚相位于天然堤外侧，地势低洼而平坦。洪水泛滥期间，水流漫溢天然堤，流速降低，使河流悬浮沉积物大量堆积。由于它是洪水泛滥期间沉积物垂向加积的结果，故又称为泛滥盆地沉积。平面上位于堤岸亚相外侧，分布面积广泛；垂向上位于河道或堤岸亚相之上，属河流顶层沉积组合。河漫亚相沉积类型简单，主要为粉砂岩和粘土岩,粒度是河流沉积中最细的；层理类型单调，主要为波状层理和水平层理。根据环境和沉积特征，可进一步划分为河漫滩、河漫湖泊和河漫沼泽三个沉积微相。C河漫亚相

河漫滩河漫滩是河床外侧河谷底部较平坦的部分。平水期无水，洪水期水漫溢出河床，淹没平坦的谷底，形成河漫滩沉积。河漫滩沉积以粉砂岩为主，亦有粘土岩的沉积；平面上距河床越远粒度越细，垂向上有向上变细的趋势。波状层理和斜波状层理为主，可见水平层理不对称波痕。河漫滩间歇出露水面而在泥岩中保留干裂和雨痕。化石稀少，一般仅见植物碎片。C河漫亚相

→河漫滩C河漫亚相河漫湖泊河漫湖泊是河漫平原上最低的部分。在平原区的弯曲河流中，当河床在一个比河岸两侧地形高的“冲脊”上流动，洪水期河水漫溢至河床两侧河漫滩上，洪水期后，低洼地区就会积水，形成了河漫湖泊。河漫湖泊以粘土岩沉积为主，并有粉砂岩出现，是河流相中最细的沉积类型。层理一般发育不好，有时可见到薄的水平纹层。泥岩中泥裂、干缩裂缝常见。在潮湿气候区的河漫湖泊中，生物繁茂，可形成丰富的有机质沉积，并可保存较完整的动植物化石。C河漫亚相河漫沼泽又称为岸后沼泽。它是在潮湿气候条件下，河漫滩上低洼积水地带植物生长繁茂并逐渐淤积而成，或是由潮湿气候区河漫湖泊发展而来。河漫沼泽如新疆某地第三系河漫沼泽沉积中就有厚数十厘米的泥炭层沉积。在河流迅速侧向迁移的情况下，天然堤发育不良，洪水泛滥可形成广阔平坦的河漫沉积区，沉积物不仅有泥质，而且有大量砂质沉积，这时堤岸亚相与河漫亚相已无什么区别，故统称为泛滥平原沉积。D牛轭湖亚相弯曲河流的截弯取直作用使被截掉的弯曲河道废弃，形成牛轭湖。牛轭湖沉积主要为粉砂岩及粘土岩，粉砂岩中具有交错层理，粘土岩中发育有水平层理；常含有淡水软体动物化石和植物残骸。岩体呈透镜状，延伸最大可达数十千米，厚可达数十米。D牛轭湖亚相曲流颈截直后牛扼湖、点砂坝天然堤、决口扇的相互关系（据Fisk，1974）2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉积的垂向模式曲流河沉积的典型垂向模式由沃克(1976)等人提出，这个标准相模式由下至上可划分为四个沉积单元：

第一沉积单元为块状含砾砂岩或砾岩，属河床底部滞留沉积，与下伏层呈冲刷侵蚀接触，底部具有明显的冲刷面，粗砂岩中含泥砾，可见不清晰的大型槽状交错层理。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉积的垂向模式第二沉积单元为大型槽状交错层理的中、细砂岩，层理规模向上逐渐变小，中夹有水平层理的粉细砂岩，沿层面可发育剥离线理，为点砂坝沉积。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉积的垂向模式第三沉积单元为粉细砂岩组成，发育有小型槽状交错层理和爬升波纹交错层理，为点砂坝顶部沉积。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉积的垂向模式第四沉积单元主要由断续波状交错层理的粉砂岩和水平纹理的粉砂质泥岩及块状泥岩组成，块状泥岩中常发育有泥裂、钙质结核或植物的立生根，属天然堤和泛滥盆地沉积。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉积的垂向模式曲流河沉积层序2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉积的垂向模式上述曲流河沉积的理想垂向层序由下至上，粒度由粗变细，层理规模由大变小，层理类型由大型槽状交错层理变为小型交错层理、爬升层理、水平层理，底部具有冲刷面，从而构成了一个典型的间断性正韵律或正旋回。韵律的上段由河床亚相的底部滞留沉积和点砂坝沉积组成，是由于河道迁移而引起的沉积物侧向加积的结果，构成了河流沉积剖面下部层序，故称为底层沉积。韵律的上段由堤岸亚相和河漫亚相(泛滥盆地)组成，属泛滥平原沉积，主要是大量细粒悬浮物质在洪泛期垂向加积的结果，构成了河流沉积剖面的上部层序，故又称为顶层沉积。

底层沉积和顶层沉积的垂向叠置，构成了河流沉积的所谓“二元结构”，它是河流相沉积的重要特征。2）曲流河（Meanderingriver）

③、曲流河沉积的垂向模式第四节河流沉积体系

3、河流沉积相模式3）辫状河（braidedriver）

①、辫状河沉积环境概述

辫状河流为弯曲度小于1．5的低弯度河流。河流的特点是在整个河流的宽度范围内发育有许多被沙坝分开的河道，河道宽而浅，时分时合，频繁迁移，游荡不定，也称作游荡性河道。辫状河流多发生在坡度较大的地带。河道坡降大，流速急，泥砂负荷大，流量变化大；河道较直但不稳定，以下切侵蚀作用为主，水流不断分叉汇合；心滩很发育，而边滩不发育，很少或不发育河漫滩；沉积物一般较粗，多为砂、砾沉积。

3、河流沉积相模式3）辫状河（braidedriver）

①、辫状河沉积环境概述

3、河流沉积相模式3）辫状河（braidedriver）

①、辫状河沉积环境概述

砂质辫状河流的地貌形态单元（椐Walker，1984）3、河流沉积相模式3）辫状河（braidedriver）

②、河道沉积的基本特征

辫状河的河道沉积主要为心滩沉积。活动性心滩上游方向较陡，砂坝下游一方则较平缓，主要发生沉积作用，河道砂坝是逐渐向下游迁移的，靠近其上游部分由粗粒物质组成，向下游部分变为细粒物质。在洪水期以及河道废弃以后，可发生细粒悬浮物的加积沉积作用，但不如曲流河发育。3、河流沉积相模式3）辫状河（braidedriver）

③、辫状河沉积层序辫状河沉积序列模式比较复杂多样，现以加拿大魁北克省加斯佩半岛泥盆系辫状河砂岩的沉积序列为代表。3）辫状河（braidedriver）

③、辫状河沉积层序最底部为河道底部残留沉积物，以粗砂岩和含砾砂岩为主，与下伏层呈侵蚀冲刷接触。其上为(A)大型槽状交错层理含砾粗砂岩；(B)具槽状交错层理粗砂岩；(C)板状交错层理粗砂岩；(D)砂坝顶部沉积物主要为小型板状交错层理砂岩和(E)大型水道冲刷充填交错层理砂岩；(F)最顶部薄的垂向加积沉积物包括波状交错层理粉砂岩和泥岩互层。3、河流沉积相模式3）辫状河（braidedriver）

③、辫状河沉积层序从上述可以看出，与曲流河相比，辫状河在垂向层序上有以下特点：

1)河流二元结构的底层沉积发育良好、厚度较大，而顶层沉积不发育或厚度较小。

2)底层沉积的粒度粗，砂砾岩发育。

3)由河道迁移形成的各种层理类型发育，如块状或不明显的水平层理、巨型槽状交错层理、单组大型板状交错层理等。

4）泛滥平原细粒沉积物较薄或不发育；曲流河与辫状河沉积特征区别以两段式为主，也有三段式4）曲流河与辫状河的特征及其他特征①曲流河与辫状河沉积特征区别4）曲流河与辫状河的特征及其他特征②粒度特征河流相碎屑沉积物以砂、粉砂为主，分选差至中等，分选系数一般大于1．2；粒度概率曲线显示明显的两段型为主，且以跳跃总体为特征，其分布范围为1．75～3．0之间，跳跃总体与悬浮总体之间的截点在2．75～3．5之间，悬浮总体的含量为2％一30％；河流的水流属于牵引流，故河流相沉积在牵引流综合C—M图上呈S形，它有较发育约PQ，QR和RS段。4）曲流河与辫状河的特征及其他特征②粒度特征曲流河辫状河4）曲流河与辫状河的特征及其他特征②粒度特征4）曲流河与辫状河的特征及其他特征③测井特征4）曲流河与辫状河的特征及其他特征④地震特征沉积型河道地震剖面4）曲流河与辫状河的特征及其他特征④地震特征南斯拉夫河道地震剖面（Anstey1980）4）曲流河与辫状河的特征及其他特征④地震特征东濮凹陷唐庄地区曲流河沉积剖面和地震反射结构（朱筱敏，1995）

3、河流沉积相模式4）网状河（Anastomosingriver）①、辫状河沉积环境概述

网状河主要发育于坡度平缓的河流中下游地区，它是由几条弯度多变的、相互连通的河道组成的低能复合体，构成网状稳定水道形成的交织河网系统。沉积环境较为稳定。河流搬运方式以悬浮负载为主，沉积作用则以垂向加积为主，斯密斯等通过研究识别出六个沉积相：河道相、天然堤相、决口扇相、泛滥湖泊相、岸后沼泽相和泥炭沼泽相（湿地）。前三个相主要与河道有关，后三个相为湿地环境。沉积物类型主要为河道、冲积岛、泛滥平原沉积。3、河流沉积相模式4）网状河（Anastomosingriver）河道沉积与其他类型河流的河道沉积物类似，主要为砂和砾组成的深而狭窄的条带状沉积体。以砂岩为主，具槽状交错层理，底部可出现砾岩沉积，具有明显的侵蚀面，周围被湿地环境的细粒沉积物所包围。

3、河流沉积相模式4）网状河（Anastomosingriver）网状河的河道间大量发育着冲积岛和泛滥平原沉积，其特征与曲流河的河漫沉积相类