第七节 扇三角洲相和辫状河三角洲相

扇三角洲 (fan delta) 和辫状河三角洲 (braided delta) 也是属于过渡相, 但与正常三角洲相比，其形成的地形坡度较大，物源也较近。

一、扇三角洲相

(一)扇三角洲概念及主要类型

1.扇三角洲的概念

扇三角洲是成因类型名词，不是指形状似扇形的扇状三角洲。1885 年美国学者G. K. Gilbert根据湖滨的地貌特征提出了有名的吉尔伯特三角洲的沉积模式，被认为是第一个关于扇三角洲的描述。A. Holmes(1965)最早明确地提出了扇三角洲，并将其定义为“由邻近高地推进到海、湖等稳定水体中的冲积扇”。McPherson等人 (1987)从地貌和沉积学特征角度区别了粗粒三角洲的两种主要类型：形成于冲积扇末端的有大量块体流沉积物的扇三角洲、主要受河川径流控制或与辫状平原铸型相当的辫状河三角洲。

冲积扇进入稳定的水体后形成扇三角洲，因此其展布在一定程度上受到水流和波浪的改造作用的影响。它们可以出现在从湖泊到开阔海等多种环境中，但大型扇三角洲最常发育在大陆裂谷盆地内和大陆与岛弧聚敛的板块边缘。

2.扇三角洲的主要类型

目前国内外已报道的扇三角洲基本有以下三种类型。

1)牙买加型

牙买加型扇三角洲复合体陆上面积小，而水下面积较大。牙买加东南海岸的现代 Yallahs扇三角洲是这种类型的典型实例 (图5-66)。该扇三角洲的形态一方面受山脚地貌的控制，另一方面其前缘还受大高差、陡坡度的滨外陡斜坡破碎浪的影响，具有陆上扇三角洲平原、海岸过渡带、水下扇三角洲环境。根据 Ethridge 和Wescott (1984) 的研究, 可以认为该扇三角洲属斜坡型模式，也可称其为陆坡型模式。斜坡型扇三角洲形成于裂谷或离散板块边缘、聚敛板块碰撞前缘和大洋走向滑移断层边界。

2)阿拉斯加型

阿拉斯加型以阿拉斯加东南海岸的主要河流——Copper河向深水推进、在构造上活动的阿拉斯加湾北部大陆架上建造的受海洋控制的 Copper河扇三角洲(图5-67)为典型实例。该扇三角洲复合体由广阔的水上扇平原和边缘没于水下的浅水台地构成。沉积体呈指状插入海相地层，并出现在构造活动的开阔海盆地边缘，是这类扇三角洲的重要识别标志之一，有人称之为陆架型模式。

3)断陷湖盆型

断陷湖盆型也称吉尔伯特型，主要发育于湖滨地带，由河流出山口入湖形成。比较好的实例为以色列死海，河流由 Lisan湖(死海前身)的入口处注入，形成许多小的受周期突发洪水泛滥和河口的消能作用控制的扇三角洲(图5-68)。其特征包括由略显层理的砾岩及具平行层理和交错层理的砂岩组成的冲积扇沉积、由具波状交错层理的砂岩与厚薄不均的泥岩互层构成的数千米宽的扇前端沉积带和广阔的席状碎屑纹层状白垩相。值得注意的是，由于死海湖泊水面的快速上升和湖进，形成向上变细的层序。

我国唐古拉山北麓纳木湖、祁漫塔格山南麓的阿克库木湖岸和青海湖北岸、准噶尔盆地西北缘的克拉玛依组、吐鲁番盆地北缘的三叠—侏罗系、柴达木盆地西北缘的古近系以及东部中生代—新生代盆地都发现有较典型的断陷湖盆型扇三角洲沉积。

在箕状断陷湖盆，沉积体系及其相带不对称分布。陡坡由于断裂活动强烈，物源供给充足，常发育沉积厚度大、相带窄、相变快、岩性粗而杂的扇三角洲沉积体系，其扇三角洲平原相带较窄，发育不完整，滨岸过渡带也窄，而水下前缘相带甚宽，常是扇三角洲的主体沉积。这种陡坡型扇三角洲与海岸系统的陡坡型扇三角洲相似。缓坡带由于山体上升量小，物源供给相对少些，所形成的扇三角洲砂体分布范围较小，沉积厚度较薄，平原相带和滨岸过渡带较宽，但前缘相带较窄，入水后较快变为开阔湖沉积。故缓坡型扇三角洲与海岸系统的陆架型扇三角洲有相似之处，但规模却相差甚大。

这两类扇三角洲我国古湖盆沉积中均有发育。陡坡型的有辽西凹陷东侧兴隆台油田兴隆台扇三角洲、松辽坳陷英台扇三角洲、泌阳凹陷双河油田古近系核三段扇三角洲等，缓坡型的有辽西凹陷西斜坡高升一西八千兴隆台扇三角洲等。

(二) 一般特点和沉积相模式

1.水动力特征

扇三角洲以陆上沉积作用占优势，海、湖边缘坡度变缓，向水推进一定深度为其特征(Wescott和 Ethridge, 1990)。沉积物供应的体积、密度、丰度的相互作用, 以及滨岸带、浅海或湖泊作用持续的时间决定了扇三角洲陆上和滨岸带的沉积相特征。受波浪和潮汐控制的水道分叉、河口坝淤塞和迁移是扇三角洲形态特征的重要控制因素 (Kleispehn等，1984)。由于湖泊动力一般较小，现代洱海最大波高仅1.3m，湖流最大流速仅10.8cm/s，无潮汐作用，由此湖盆的波浪、潮汐和水流对扇三角洲的影响通常都相当小，破坏型扇三角洲在古湖盆中也并不多见。

扇三角洲沉积多以事件性洪流沉积为主体，具有复合型水动力机制，兼具牵引流、碎屑流和浊流沉积的特征。

2.沉积物成分和结构特征

由于扇三角洲紧邻基岩物源区，流程短，沉积物受物源区母岩控制，多砂砾混杂，泥质含量高，分选性和磨圆度较差，矿物成分成熟度也较低。另外，沉积物粒度粗也是扇三角洲沉积的重要特点和标志，世界上所有的扇三角洲都有砂砾粗碎屑比例较大的特点。我国辽河、泌阳凹陷所有的扇三角洲分析都表明，扇三角洲储层都以砾质和含砾为特征。

3.亚相类型及其特征

扇三角洲是推进到稳定水体中的冲积扇，故具有明显的陆上、过渡区和水下沉积部分 (Wescott 和 Ethridge, 1980; Ethridge 和 Wescott, 1984)。扇的陆上部分主要是冲积扇,可称为扇三角洲平原，多表现为泥石流和近源的砾质辫状河沉积，以水流和沉积物重力流的粗粒沉积物为特征，没有曲流河段。主要岩性是砂和砾互层，砾石层具不明显的平行层理或交错层理，分选差，具砂质基质。砂/砾比率向下端增加。扇三角洲前缘 (也称为过渡带)以较陡的前积相为特征，牵引流构造很发育，常见大、中型交错层理，向下方渐变为前扇三角洲沉积 (也有人称之为水下扇三角洲)，以不规则分布的泥、砂和砾石的透镜状层为特点。水下扇三角洲沉积物一般为泥质支撑，其特征主要取决于河流作用和各种盆地条件。

4.垂向层序

通常，一个完整的建设性扇三角洲连续的沉积层序自下而上为：前扇三角洲泥岩—扇三角洲前缘末端粉、细砂岩——扇三角洲前缘河道砂岩、含砾砂岩——扇三角洲平原砂砾岩和砾岩(泥石流沉积)。

扇三角洲平原可以在洪水期间和在风暴间歇期侵蚀海底后的回流过程中迅速向海建造。如洪都拉斯扇三角洲在洪水期迅速推进，但在间洪期受波浪冲击、海岸回流和沙嘴逐渐减缓生长的改造，其大小和地貌形态受到风暴频率和强度、供给沉积扇的沉积物的体积和结构、风暴浪方向和能量以及由风暴引起的海平面上升高度的控制。推进作用将会在扇三角洲平原产生从细粒的陆架砂到粗砾石层的不规则的向上变粗的层序 (图5-69)。断陷湖盆型扇三角洲沉积也常见进积型向上变粗的反韵律层序，或者是变粗后又略变细的复合韵律层序。

5.形态及面积

扇三角洲向陆方向通常以断层为界，是一个由粗碎屑物质组成的楔状或棱柱状沉积体(剖面)，平面形态为扇形、叶状或伸长形 (图5-70)，向盆地方向变薄变细。其形态取决于物源供给条件及扇前缘是否被改造或破坏等条件。

扇三角洲扇体面积一般为几到几十平方千米，有的甚至不到如美国得克萨斯西南海岸的一个扇三角洲仅0.37km²，比较大的阿拉斯加东南海岸一个扇三角洲为446km2(Reimnitz，1966)。我国断陷湖盆面积较小，在中生代、新生代发育的扇三角洲面积一般为如双河扇三角洲为辽河西八千、双台子等扇三角洲为72 ~云南洱海现代扇三角洲面积约(0.5~0.9km²。而正常河流三角洲的规模则是相当惊人的，仅以陆上面积计，我国黄河三角洲达9000km²，是世界上现代大型三角洲之一。扇三角洲常成群出现。如非洲大裂谷在死海形成裂谷型地堑，晚更新世死海裂谷处于干旱、不均匀的下沉环境，沿死海裂谷西侧断崖发育了一系列的小型湖泊扇三角洲沉积。

二、辫状河三角洲沉积相

(一) 辫状河三角洲的概念

辫状河三角洲 (也叫辫状三角洲)的概念最早由 McPherson(1987)提出，其定义为由辫状河体系前积到停滞水体中形成的富含砂和砾石的三角洲，其辫状分流平原由单条或多条底负载河流提供物质。在此之前，辫状河三角洲归属于扇三角洲范畴。McPherson等认为辫状河三角洲是介于粗碎屑的扇三角洲和细碎屑的正常三角洲之间的一种具独特属性的三角洲，从而将辫状河三角洲从扇三角洲中分离出来。具体理由有两个：一是辫状河和辫状平原与冲积扇不存在必然联系，如在阿拉斯加和冰岛海岸发现的冰水辫状河与冰水辫状河平原；二是与冲积扇毗邻的辫状河冲积平原通常是几十千米甚至上百千米长，严格地说，已经并不真正属于冲积扇复合体的组成部分。

辫状河三角洲的平面形态通常呈“扇”形(图5-71)，这种“扇形”是三角洲建造过程的结果。图5-71 (b)为具辫状分流平原的辫状河三角洲，该辫状平原向上游未直接过渡为冲积扇沉积物，即辫状河或辫状平原与冲积扇并置，这种辫状河三角洲可能形成于裂谷拉张性盆地的发育晚期。在我国古代陆相盆地中，辫状河三角洲特别发育，如济阳坳陷胜坨油田沙二段第八砂层组第三砂层为距离物源区数千米的冲积平原上的辫状河分支直接入湖形成的辫状河三角洲(卜淘等，2000)；再如西部吐哈盆地 (李文厚，1996; 周丽清等, 1998, 2000)、三塘湖盆地(朱筱敏等，1998)侏罗系也广泛发育有辫状河三角洲。

(二)辫状河三角洲的地质发育背景

辫状河三角洲是辫状水流进入稳定水体 (海、湖)形成的粗碎屑三角洲，其发育受季节性洪水流量或山区河流流量的控制。冲积扇末端和山顶侧缘的冲积平原或山区直接发育的辫状河道经短距离或较长距离搬运后都可直接进入海 (湖)而形成辫状河三角洲。因此，同扇三角洲和正常三角洲相比，辫状河三角洲距源区距离介于两者之间，在远离无断裂带的古隆起、古构造高地的斜坡带，沉积盆地的长轴和短轴方向均可发育。

辫状河三角洲与扇三角洲在拉张盆地中可发生时空转换：在断陷湖盆演化早期，扇三角洲的发育与盆缘活动断裂关系密切；随着源区高地的不断剥蚀，盆地部分充填，冲积扇被冲积平原与稳定水体隔开，扇三角洲转化为辫状河三角洲。

①发育辫状河三角洲所需沉积地形和坡度一般比扇三角洲缓，比正常三角洲陡，但也有在较大地形坡度下形成的辫状河三角洲 (坡度可达20°以上)。

(三)辫状河三角洲的相类型及相模式

辫状河三角洲由辫状河三角洲平原、辫状河三角洲前缘和前辫状河三角洲三个亚相单元组成 (图5-72)。

1.辫状河三角洲平原亚相

辫状河三角洲平原亚相主要由辫状河道和冲积平原组成，潮湿气候条件下可有河漫沼泽沉积。高度的河道化、持续深切的水流、良好的侧向连续性是该亚相的典型特征。

辫状河道沉积以色杂、粒粗、分选较差、不稳定矿物含量高、底部发育冲刷充填构造为特征。辫状河道充填物宽厚比高，剖面呈透镜状，以具大型板状交错层理、槽状交错层理、平行层理的砾岩、砂岩及块状砾岩常见，也有以砂质为主的辫状河三角洲。

冲积平原由辫状河道的迁移摆动形成，一般范围较宽，如大石河冲积平原约5~6km宽(赵澄林等，1997)，以砂砾质沉积为主。潮湿气候条件下可发育河漫沼泽沉积，由棕褐色泥岩、泥质粉砂岩与煤层构成。

与扇三角洲平原相比，辫状河三角洲平原为位于陆上的辫状河组合，以牵引流为主，缺少碎屑流沉积。而扇三角洲平原为片流、碎屑流和辫状河道互层沉积，其岩石类型和构造类型更为复杂。因此，平原相带沉积作用的差异是区别两者的关键标志。与正常三角洲相比，辫状河三角洲粒度更粗，层理类型更复杂，而正常三角洲平原亚相的沉积物由限定性极强的分流河道和分流河道间组成。

2.辫状河三角洲前缘亚相

辫状河三角洲前缘亚相主要发育水下辫状河道、河口坝、远沙坝、席状砂和水下辫状河道间沉积。

水下辫状河道是平原辫状河道在水下的延伸部分，沉积物粒度较细，其他沉积特征与辫状河道极为相似：整体上向上粒度变细，单砂体厚度减薄。水下辫状河道在辫状河三角洲中所占的厚度最大，是其主体沉积。

平原辫状河道入水后，携带的沙质由于流速降低而在河口处沉积下来即形成河口坝。然而，一方面由于流体能量较强，辫状河道入水后并不立即发生沉积作用，而是在水下继续延伸一段距离，因此河口坝大多数发育于离海 (湖)岸线较远处 (水下辫状河道末端)；另一方面，由于辫状河三角洲通常由湍急洪水或山区河流控制，水下辫状河道迁移性较强，河口不稳定，难于形成正常三角洲前缘那样的大型河口坝，而与扇三角洲相似，河口坝不发育或规模较小。辫状河三角洲前缘河口坝砂体主要为砂岩，也可见含砾砂岩和粉砂岩，在垂向上一般呈下细上粗的反韵律，砂体中可见平行层理和交错层理。

远沙坝与河口坝为连续沉积的砂体，位于河口坝的末端。同河口坝相比，远沙坝砂体厚度较薄，岩性较细，多为细砂岩和粉砂岩。

席状砂为辫状河三角洲前缘连片分布的砂体，形成于波浪作用较强的沉积环境。先期形成的水下辫状河道、河口坝等砂体被较强的波浪改造，发生横向迁移，并连接成片，便形成了席状砂。砂体一般为粒度较细的砂岩、粉砂岩与泥岩互层，颗粒分选性和磨圆度较好，垂向上呈反韵律或均质韵律。

水下辫状河道间沉积为水下河道改道被冲刷保留下来或沉积的较细粒物质，其沉积作用以悬浮沉降为主，岩性一般为暗色泥岩，含粉砂泥岩及含泥粉砂岩，见水平层理及小型沙纹层理。同时，河道间泥岩中常夹一些漫溢成因的孤立砂体，其岩性变化较大，可从含砾砂岩至粉砂岩，结构成熟度较低。

3.前辫状河三角洲亚相

前辫状河三角洲沉积主要为泥岩和粉细砂质泥岩，颜色较深，有时见水平层理。若辫状河三角洲前缘沉积速度快，可形成滑塌成因的浊积砂砾岩体，包裹在前辫状河三角洲或深水盆地泥质沉积中。

(四)相层序

辫状河三角洲垂向沉积序列具有两种韵律结构，一是向上变细的退积型辫状河三角洲，剖面上表现为多个水流作用由强至弱向上变细的正韵律组合；二是向上变粗的进积型辫状河三角洲，由多个向上变粗的沉积旋回组成。地质记录中以进积型辫状河三角洲垂向层序更常见 (图5-73)，其完整的层序由下而上表现为前辫状河三角洲泥岩一辫状河三角洲前缘河口坝粗砂岩—辫状河三角洲前缘水下辫状河道。由于水动力条件和古地形条件的变化，辫状河三角洲垂向层序往往保存不完整，常以平原亚相和前缘亚相呈互层沉积出现在剖面上。

三、与其他扇形砂体的关系

冲积扇、水下扇与扇三角洲、辫状河三角洲和正常三角洲的关系见图5-74，冲积扇发育于山前，完全暴露于陆上环境，而水下扇完全位于较深水环境。由此可见，扇三角洲、辫状河三角洲和正常三角洲属于过渡相。

四、扇三角洲、辫状河三角洲与油气的关系

扇三角洲相一般具有粒度粗、厚度大的特点，其前方紧靠生油凹陷区，油源充足，尤其是其前缘部分，砂质粒度适中，物性较好，具备良好的油气储集条件。例如，辽河西部凹陷沙二下亚段齐欢双扇三角洲 (吴崇筠，1993)，平面呈扇形，面积约剖面呈透镜体，最厚处200m。砂层的物性以水下河道砂的前部及其前端的河口沙坝最好，孔隙面孔率达20%，渗透率一般几百毫达西，个别高达20000mD。多个类似的扇三角洲砂体并列在西斜坡上，侧向连接成平行于斜坡走向的带状砂体，前方邻近同层的深湖亚相，又紧靠下伏沙三段的深湖亚相，油源充足，成为凹陷中油气最富集地带。

辫状河三角洲与扇三角洲虽同属粗碎屑三角洲，但由于辫状河三角洲岩石分选较好，杂基含量较低，砂砾岩体的侧向连续性和连通性都较好，因而具有较好的油气储集性能。同时，由于辫状河三角洲面积达数百平方千米，且水下分流河道的砂砾岩与烃源岩呈频繁互层沉积，可成为油气初次运移的有利场所，而辫状河三角洲平原亚相的冲积平原或河漫沼泽沉积由于物性较差，可作为区域性盖层或烃源岩，从而在垂向上构成良好的生储盖组合。从目前油气勘探成果来看，辫状河三角洲单独或与其他因素匹配，可形成岩性圈闭油气藏、构造圈闭油气藏、构造一岩性圈闭油气藏等。如我国库车前陆盆地克拉2号气田，其含气层段主要为古近系一白垩系巴什基奇克组的辫状河三角洲一滨浅湖沉积体系的砂岩储层。