第十八章 河流相

第一节 河流沉积过程及河流分类

一、河流沉积过程

河流是流水由陆地流向湖泊和海洋的重要通道，也是把沉积物由陆地搬运到海洋和湖泊中去的主要地质营力。在河流搬运过程中伴随有沉积作用，形成广泛的河流沉积，在构造条件适宜的情况下，沉积厚度可达千米以上。河流沉积过程主要受地形坡度、沉积物类型和输砂量、河水流量和流态以及植被等多种因素的影响。若其他控制因素相对不变，则水流流态会影响沉积物的搬运和沉积方式。常见的水流流态有层流、紊流和横向环流等3种类型。

(一) 层流和紊流

层流是水质点运动方向彼此平行、规则的成层流动的水流。紊流是水质点运动方向和速度各不相同，水体内有强烈的侧向混合作用，且水层之间发生扰动的水流。河流的水流流态实际上都属于质点运动轨迹很不规则的紊流。水体运动可分解成平行底面和垂直底面的两种运动。当垂直向上的分力大于泥砂之间的阻力或重力时，泥砂就发生搬运，否则就发生沉积。

(二) 横向环流

横向环流是由表流和底流构成的连续的、螺旋形向前移动的水流。在平直河段，水流形成两个对称的横向环流，主流线沿河床中心分布[图18–1 (a)]。 在弯曲河道中，主流线沿河床弯曲。主流受惯性作用，在凹岸产生壅水现象，形成水面的横比降。在横断面上，水体两侧受到不等的压力作用，使得底部水流由凹岸流向凸岸，它与由凸岸流向凹岸的河面水流一起构成连续螺旋形前进的单支环向环流 [图18–1 (b)]。表流是辐聚水流，在凹岸处产生强烈的下降水流，是冲刷凹岸的主要因素。底流是辐散水流，将凹岸的泥砂搬运到凸岸发生堆积。

(三) 流水作用

河流作为沉积物搬运的重要地质营力，可使沉积物发生侵蚀、搬运和堆积作用，被称为流水作用。

1. 侵蚀作用

流水冲刷河床物质，产生垂直沉积表面的下切侵蚀，使河床加深，或产生向着河岸的侧方侵蚀，使河谷展宽，或使河流不断侵蚀弯曲，在强水流作用下，在凹岸处造成河流改道。

2. 搬运作用

河流中沉积物可按悬移、跃移和推移方式进行搬运。悬移搬运物质粒径一般小于0.1mm，这些细小颗粒一旦被水流掀起后就不易沉降。跃移搬运物质是在近底部水流不稳定漩涡所具有的向上垂直分力与迎面压力同时作用下产生的移动，其粒径一般为0.1~0.25mm。当向上垂直分力大于颗粒重力时，颗粒呈跳跃式前进。推移搬运物质是指沿底面滚动或滑动的较粗砂砾物质。

3. 堆积作用

河流的堆积作用有侧向加积和垂向加积两种类型。侧向加积使弯曲河道侧向迁移，底流搬运的推移质和跃移质不断地在凸岸沉积，形成边滩，并使凸岸向凹岸方向增长。侧向加积作用形成河床沉积或底积层，并构成河流沉积剖面的下部旋回。垂向加积是洪水期河水溢出河床，悬移质在岸外形成的沉积。由于沉积物在垂向上不断增厚，形成天然堤、决口扇和泛滥平原堆积等河流顶积层或漫岸沉积，构成河流沉积剖面的上部旋回。

二、河流类型及划分

(一) 河流的分类

不同类型的河流，在河道的几何形态、横截面特征、坡降大小、流量、沉积负载和粒度、地理位置、发育阶段等方面都存在着差别，这些因素通常作为河流类型划分的依据。

按照地形及坡降，也可将河流分为山区河流和平原河流。前者地形高差和坡降大，向源侵蚀作用强烈，河岸陡而河谷深，河道直而支流少，水流急而沉积物粗； 后者地形高差及坡降小，向源侵蚀停止，侧向侵蚀强烈，河道弯曲而支流多，故平原河流多为弯曲河流。

按河流发育阶段，又可将河流分为幼年期、壮年期、老年期河流。幼年期河流属河流发育的初级阶段，山区河流多属此类型； 壮年或老年期河流多属平原河流。同一河系，上游可属幼年期，中游属壮年期，下游则属老年期。河系上游的幼年期河流由许多支流汇成主流，以侵蚀作用为主； 至中游发育成壮年期，形成泛滥平原； 至下游的海、湖岸边发育成老年期，呈网状分叉，恰与幼年期支流汇集河网的情况相反，产生很多分流和分泄，最后汇集于湖泊和海洋。从沉积角度看，大量的沉积作用发育在河流的壮年期和老年期。

根据河道分岔和弯曲情况, 拉斯特 ( Rust, 1978)依据河道分岔参数和弯度指数对河流进行了新的分类。所谓河道分岔参数是指在每个平均蛇曲波长中河道沙坝的数目。这些河道沙坝是被河流中线所围绕和限制的河道砂体。河道分岔参数的临界值为1，等于1和小于1者表明河道为单河道，大于1者为多河道 (图18–2)。河道弯度指数是指河道长度与河谷长度之比，其临界值为1.5, 等于1.5和小于1.5者为低弯度河, 大于1.5者称高弯度河。根据上述两个参数，拉斯特将河流分为平直河、蛇曲河、辫状河和网状河4种类型 (表18-1)。在自然界，蛇曲河和辫状河分布最广，而平直河和网状河较少见 (图18-3, 图18-4)。还可根据河流沉积物的粗细，将河流划分为砂质和砾质河流。

河流类型	河道弯度指数	河道分岔参数
平直河	弯度指数≤1.5， 低弯度	河道分岔参数≤1， 单河道
曲流河 (蛇曲河)	弯度指数 >1.5， 高弯度	河道分岔参数≤1， 单河道
辫状河	弯度指数≤1.5， 低弯度	河道分岔参数>1， 多河道
网状河	弯度指数 >1.5, 高高弯度	河道分岔参数>1， 多河道

(二) 不同类型河流的主要特征

1. 平直河

平直河流弯度小，弯度指数小于1.5，通常仅出现于大型河流某一河段的较短距离内，或属于小型河流 (图18-4)。河道内凹岸为冲坑 (深槽)，沿此发生侵蚀作用，凸岸因加积作用形成沙坝 [图18-3(a)]，从而可产生侧向迁移而逐渐向曲流河发展。

2. 曲流河

曲流河又称蛇曲河，为单河道，其弯度指数大于1.5，河道较稳定，宽深比低，一般小于40 (图18-4)。河水侧向侵蚀作用使河床向凹岸迁移，侧向加积作用在凸岸形成点沙坝[图18-3(b)]。由于河道的不断弯曲，常发生河道截弯取直作用，形成牛轭湖和泛滥平原沉积。曲流河河道坡度较缓，流量稳定，泥、砂沉积物的搬运形式多以悬浮负载和混合负载为主，它主要分布于河流的中、下游地区。世界上一些著名大河的中、下游，如密西西比河和长江，都具有曲流河的特征。

3. 辫状河

辫状河过去也有人译为“网状河”。近期研究表明，两者沉积特征有所不同，因此应将它们区别开来。辫状河为多河道，而且多次分叉和汇聚构成辫状 [图18-3(c)]。河道宽而浅，弯曲度小，其宽深比值大于 40，弯度指数小于1.5，河道沙坝 (心滩) 发育 (图18-4)。河流坡降大，河道不固定，迁移迅速，故又称“游荡性河”。辫状河流经常改道，河道沙坝位置不固定，不发育天然堤和河漫滩。由于坡降大，沉积物搬运量大，以底负载搬运形式为主。这种河流多发育在山区或河流上游河段以及冲积扇上。

4. 网状河

网状河是指具高弯度、多河道的特征，河道窄而深，顺流向下呈网结状的河流 [图18-3(d)]。河道沉积物多以悬浮负载方式搬运，沉积厚度与河道宽度成比例变化。河道间被半永久性的冲积岛和泛滥平原或湿地所分开。冲积岛和泛滥平原或湿地主要由细粒物质和泥炭组成，其位置和规模较稳定，与狭窄的河道相比，它们占据了约60%~90%的河流沉积地区 (图18-4)。网状河多发育在河流的中、下游地区。

由于受地形坡度、流域岩性、气候条件、构造运动、河水流量、负载方式、植被以及海平面变化等因素的影响，在同一河流的不同河段或同一河段河流发育的不同演化时期，其河道类型可以发生变化。甚至在同一时期的同一河段，因海平面的水位不同，河型亦有变化，如高水位时表现为网状河，低水位时表现为辫状河。

第二节 河流沉积模式

一、顺直河和曲流河沉积特征及沉积模式

在自然界顺直河是不常见的，其沉积特征与曲流河具有一定的相似性。曲流河不论是在现代还是在古代都是最常见和最重要的河流类型，也是目前研究程度最高、最详细的一种河流。迈尔 ( Miall，1979)根据现代河流发育的地貌特征，提出了曲流河沉积环境立体模型，并根据微地貌划分出各类次级环境 (图18–5)，于兴河 (2002) 总结了曲流河不同亚相河微相的沉积特征 (表18-2)。

表18-2 曲流河不同沉积亚环境沉积特征 (据于兴河，2002)

环境类型		主要岩性与粒度	沉积构造特征	垂向层序特征	形态特征
河道	滞留沉积	以粗砾岩和含砾粗砂岩 为主， 中、细粒 砂 岩 较少	砾石定向排列， 可呈叠 瓦状， 最大扁平面倾向 上游； 底部具冲刷面； 下部常为块状， 中、上 部可发育大型槽状、板 状交错层理	具不太明显的正韵律结 构； 向上过渡为边滩或 牛轭湖充填沉积	剖面上常呈透镜状； 平面上呈条带状
	边滩	粒度变化范围大； 主要 由砾、砂及粉砂等组成； 可分为粗粒边滩和细粒 边滩	下部具大型槽状或 (ε 型) 板状交错层理， 中 上部为小型槽状交错层 理或爬升波痕纹理， 顶 部有时出现水平层理； 常见再作用面	典型的正韵律结构； 底 部为河床滞留沉积， 顶 部过渡为天然堤	剖面上为板状砂体； 平面上为椭圆形或 弧形

环境类型	主要岩性与粒度	沉积构造特征	垂向层序特征	形态特征
天然堤	主要为薄层粉砂岩和泥 岩； 两者常呈薄互层状	发育小型流水砂纹交错 层理或爬升波痕层理和 水平层理； 上部泥岩中 可见植物和生物扰动 构造	砂、泥薄互层； 底部与 边滩过渡接触， 顶面与 漫滩细粒沉积突变接触	剖面上为楔形； 平面 上呈条带状
牛轭湖	主要为细粒的粉砂岩和 泥岩	发育水平层理； 泥岩中 常具块状构造	一般无韵律结构； 底部 与河床滞留沉积呈快速 过渡接触	剖面上被边滩砂所包 围； 平面上呈弧形、 半圆形
决口扇	以细砂岩、粉砂岩为主， 在决口水道底部可见薄 层中、粗砂岩	主要为小型交错层理， 局部发育中型交错层理； 常见冲刷、充填构造	常见反韵律； 局部冲刷 比较明显， 侧向 延 伸 有限	舌状、透镜状
河漫滩	主要为粉砂岩和泥岩	发育水平层理； 常具块 状构造； 生物扰动构造	一般无韵律结构	板状

根据环境和沉积物特征可将曲流河相进一步划分为河床、堤岸、河漫、牛轭湖4个亚相。

(一) 河床亚相

河床是河谷中经常流水的部分，即平水期水流所占的最低部分。其横剖面呈槽形，上游较窄，下游较宽，流水的冲刷使河床底部显示明显的冲刷界面，构成河流沉积单元的基底。河床亚相又称河道亚相，其岩石类型以砂岩为主，其次为砾岩，碎屑粒度是河流相中最粗的。发育多种类型层理构造，缺少动物化石，可见破碎的植物枝、干等残体，岩体形态多具透镜状，底部具明显的冲刷界面。

河床亚相可进一步划分为河床滞留沉积和边滩沉积两个微相 (图18-5，表18-2)。

1. 河床滞留沉积

由于河床中流水的选择性搬运，将呈悬浮搬运的细粒物质带走，而将上游搬来的或就近侧向侵蚀河岸形成的砾石等粗碎屑物质滞留在河床底部，集中堆积成不连续的、厚度较薄的河床滞留沉积。其特点是以砾石等粗碎屑物质为主，砂、粉砂极少。砾石成分复杂，源区砾石居多，亦有河床下伏基岩砾石或河道侧方垮塌砾石。砾石形态多样、分选和磨圆较差，且常具叠瓦状定向排列构造； 砾石扁平面倾向河流上游方向，长轴常垂直水流流向。砾岩很难形成厚层，多为十几到几十厘米厚，一般呈透镜状断续分布于河床最底部，向上过渡为边滩沉积。

2. 边滩沉积

边滩又称点沙坝，是曲流河中主要的沉积单元 (图18-5)，是河床侧向迁移和沉积物侧向加积的结果 (图18-1)。

由于曲流河河床中水流对沉积物的搬运以底负载搬运(滚动和跳跃) 方式为主，故边滩沉积的岩性以砂岩为主，其矿物成分复杂，成熟度低，不稳定组分多，长石含量高，粒度概率曲线中具有明显的跳跃和悬浮总体，如陕北侏罗系河床亚相砂岩，长石含量可高达49%以上。颗粒多为砂质沉积物，分选和磨圆中等。垂向上，自下而上常出现由粗至细的粒度或岩性正韵律。层理类型主要为水流波痕成因的大、中型槽状或板状交错层理, 间或出现平行层理 (图18–6, 图18–7)。

边滩的规模和形态随着河流的规模和河流弯曲度发生变化。在较小规模的河流中，边滩位于河曲凸岸并平缓倾向河道。在较大规模的河流中，边滩发育相对复杂。在洪水期，部分水流流经边滩顶部，形成流槽和流槽沙坝，该沙坝代表了一次洪水事件(图18–7)。

边滩的沉积厚度近似于河床深度，一般为几米到十几米级；边滩的沉积宽度决定于河流规模和弯曲度。河道宽并弯曲度大，边滩的宽度就大 (图18–6, 图18–7)。

(二) 堤岸亚相

在平面上，堤岸亚相发育在河床沉积的侧方，平行河流方向延伸。在垂向上，堤岸沉积常发育在河床沉积的上部，相对河床亚相而言，属顶层沉积。与河床沉积相比，其岩石类型简单，粒度较细，发育小型交错层理。

堤岸亚相可进一步分为天然堤和决口扇两个沉积微相 (图18-5, 表18-2)。

1. 天然堤沉积

在洪水期河流水位较高，河水携带的细、粉砂级物质溢出河道沿河床两岸堆积，形成平行河床的沙堤，称天然堤。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，向泛滥平原一侧较缓。每次随洪水上涨，天然堤不断加高，其高度范围与河流大小及洪水强度成正比，最大高度代表最高水位。弯曲河流的凹岸天然堤一般发育较好，凸岸天然堤逐渐变为边滩的上部，尤其在较小河流中，天然堤和边滩上部交互出现，很难分开。密西西比河发育天然堤，高出洪泛盆地5~6m，宽度可达1.5km。

天然堤主要由细砂岩、粉砂岩、泥岩组成，粒度较边滩沉积的细，比河漫滩沉积粗，垂向上突出的特点是砂、泥岩组成薄互层，厚度几十厘米到几米。层理构造以上攀交错层理、小型波状交错层理、小型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 (图18–8)。天然堤常间歇性出露水面，故常有钙质结核的发育，泥岩中可见干裂、雨痕、虫迹以及植物根等。岩体形态沿河床两侧呈弯曲的沙垄。随着河床迁移，天然堤随边滩不断扩大、增长，形成覆盖边滩之上的盖层，故古代天然堤岩体呈面状分布。

2. 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、泥物质在决口处由于流速降低堆积成扇形沉积体，称为决口扇。它附属于河床凹岸一侧，与天然堤共生。

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，具块状层理、小型交错层理、波状交错层理及水平层理，常见冲蚀与充填构造和河水带来的植物化石碎片。单次决口扇沉积厚度多为几十厘米到几米，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。

(三) 河漫亚相

河漫亚相主要出现在平原河流中，位于天然堤外侧，这里地势低洼而平坦，洪水泛滥期间，水流漫溢天然堤，流速降低，使河流悬浮沉积物在河道侧方大量堆积。由于它是洪水泛滥期间沉积物垂向加积的结果，故又称泛滥盆地沉积或泛滥平原沉积，是曲流河中分布面积最广的部分 (图18-5, 表18-2)。

河漫亚相沉积类型简单，主要为粉砂岩和粘土岩，其沉积物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。平面上位于堤岸亚相外侧，分布面积广泛，垂向上位于河床或堤岸亚相之上，属河流顶层沉积组合。根据环境和沉积特征，可将河漫亚相进一步划分为河漫滩、河漫湖泊和河漫沼泽3个沉积微相。

1. 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，淹没平坦的河谷谷底，形成河漫滩沉积。河漫滩的发育与河谷的发育阶段有关。河谷发育初期，即河流幼年期，以侵蚀下切为主，河谷呈“V”字形，且主要为河床所占据； 河谷发育的中、后期，即壮年和老年期，河流以侧向侵蚀为主，河谷加宽，河床在河谷中仅局限于较窄的部分，只有在这时，河漫滩才能较好地发育。

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，垂向上亦有向上变细的趋势，以波状层理和斜波状层理(洪水层理) 为主，亦见水平层理，可见不对称波痕。河漫滩常因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。岩体形态常沿河流方向呈板状延伸。

2. 河漫湖泊

在平原区的弯曲河流中，当河床因天然堤的围限和本身的沉积作用而逐渐抬高时，河床往往在一个比河岸两侧地形较高的“冲脊”上流动，如中国的黄河，洪水可漫溢至河道两侧河漫滩上，洪水期后，河漫滩低洼地区就会积水，加上冲积脊上河床水平面高于两侧低地，亦构成低地积水区的地下水的源泉。因此，长期积水的低洼地带就形成了河漫湖泊。

河漫湖泊以粘土岩沉积为主，可有粉砂岩出现，是河流相中最细。层理一般发育不好，有时可见到薄的水平纹层。常见泥岩中的泥裂和干缩裂缝。干旱气候条件下，地下水面下降，表面急速蒸发，常形成钙质及铁质结核，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。在气候干旱地区，蒸发量增大，河漫湖泊可发展成盐湖，形成盐类沉积。

3.河漫沼泽

河漫沼泽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、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区别故统称为泛滥平原沉积。

(四)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。截弯取直作用可有两种情况:其一是随着河流的弯度越来越大，形成很窄的“地峡”，这时可由一次特大洪水作用冲掉“地峡”，使河道取直，称为“颈项截直”；其二是沿着冲沟冲刷出一个新河床，使河道取直，称“冲沟取直”，有人也称“串沟截直”(图 18-9，表 18-2)。

牛轭湖主要发育砂岩及粘土岩沉积，砂岩中具交错层理，粘土岩中发育水平层理。沉积序列取决于河流截直的方式。 “颈项截直”表明了河流的突然废弃，沉积序列为砂薄泥厚；而“串沟截直”表明了河流的逐渐废弃，沉积序列为砂厚泥薄。牛轭湖沉积常含有淡水软体动物化石和植物残骸，岩体呈透镜状，最大延伸可达数十公里，厚可达数十米。

(五)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4个沉积单元(图18-10，表18-2)。

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，与下伏层早冲刷侵蚀接触，底部具有明显的冲刷面粗砂岩中可含泥砾，可见有不清晰的大型槽状交错层理第二沉积单元为具大型槽状交错层理的中、细砂岩，层理规模向上逐渐变小，中间夹有具平行层理的粉细砂岩，沿层面可发育剥离线理，为点沙坝(心滩)沉积

第三沉积单元由粉细砂岩组成，发育有小型槽状交错层理和上攀交错层理，为点沙坝或边滩顶部沉积。

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、上攀交错层理和水平层理，底部具冲刷面，从而构成了一个典型的间断性正韵律或正旋回。韵律的下段为河床亚相的底部滞留沉积和点沙坝沉积组成，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，构成了曲流河沉积的所谓“二元结构”，顶层沉积和底层沉积厚度近于相等或前者大于后者，它是曲流河沉积的重要特征。曲流河沉积序列的厚度取决于河流规模和沉积作用，一般来讲，多为10m左右。

二、辫状河沉积特征及其沉积模式

辫状河指弯度指数小于和等于1.5、河道分岔参数大于1的低弯度、多河道河流 (图18﹣11)。辫状河水浅流急，具有多河道、河床坡降大、宽而浅、侧向迁移迅速等特点。按河流的微地貌特征，威廉斯 (1969) 和沃克 (1979) 分别提出了辫状河沉积的立体模型 (图18-11)。威廉斯的辫状河模型强调辫状河河道和相邻沉积的整体特征，沃克的辫状河模型突出地反映了辫状河发育心滩，或称河道沙坝，不发育类似于曲流河的边滩沉积，这是与曲流河沉积的重要区别。

辫状河河床宽浅，河道反复分岔合并，受不稳定水流作用，河道易废弃改道，所以，辫状河沉积主要发育河床和泛滥平原沉积亚相，与曲流河相比，不发育堤岸和牛轭湖沉积亚相。

在河床亚相中，心滩的形成与河流的水动力结构有一定关系。因辫状河弯曲度较低，在短距离内河床近似于顺直河道。在这种河道中，沿主流线两侧形成两个螺旋式前进的对称环流 (图18–1)，这种环流是由表流和底流构成的、连续的、螺旋形前进的横向环形水流。表流为发散水流，由中部向两岸流动，并冲刷侵蚀两岸，底流由两岸向河流中心辐聚，并携带沉积物在河床中部堆积下来。遇到河流的洪水季节，这种堆积作用尤为显著，从而形成心滩。

面向河流上游方向的心滩沉积界面较陡，沉积物较粗，并遭受侵蚀作用，而向下游方向较平缓，主要发生沉积作用。 上游的不断侵蚀和下游的不断沉积，导致了心滩不断向下游迁移，故有人将其称为活动性河道沙坝。由于沉积物的快速堆积，心滩在低水位时期可出露水面，并有植被的生长和发育，形成了相对固定的河心冲积岛，或称江 (河) 心洲，有人将其称为非活动性河道沙坝。

心滩沉积物一般粒度较粗，粒度变化范围宽，粒度概率曲线常由3个次总体构成； 成分复杂，成分和结构成熟度低。对称的螺旋形横向环流亦导致心滩发生侧向加积作用，由此形成的巨波痕、大波痕等各种底形经过不断迁移，可形成各种类型的交错层理，如巨型或大型槽状，可见大型楔状交错层理或板状交错层理，在低水位时期亦发生细粒物质的垂向加积作用 (图18-12)。

根据辫状河心滩的形态、发育规模、发育程度和稳定性以及与水流流向关系，可将心滩划分为纵向沙坝、横向沙坝、侧向沙坝和江 (河) 心洲，不同类型的沙坝具有不同的沉积作用过程和沉积特征 (图18–13, 表18–3。)

表18–3 辫状河沙坝类型和沉积特征

沙坝类型	形成作用	主要岩性和沉积构造	分布位置和形态特征
纵向沙坝	与河道延伸方向一 致， 沙坝上端遭受 侵蚀和冲刷作用， 下段接受沉积	粗粒的砂砾质沉积物， 高角度下切 型板状交错层理， 上部可见平行层 理， 向上具有不太明显的变细粒序	沙坝长轴平行河道方向分布， 位于 辫状河的上端， 沙坝长轴方向平行 河道方向和水流方向， 底平顶凸的 外部形态
横向沙坝	常形成于河道变宽 或深度突然增加而 引起的流线发散地 区， 首先由砂砾沉 积物发生加积， 然 后顺流生长	粗粒的砂砾质沉积物， 发育下切型 板状交错层理， 上部发育槽状交错 层理	沙坝长轴垂直河道方向分布， 底平 顶凸的外部形态， 呈舌形或弯曲 状， 孤立或雁行状展布
侧向沙坝 (斜列沙坝)	主河道弯曲、水流 流量不对称产生的	大型单组或多组低角度板状交错层 理和平行层理， 上部发育槽状交错 层理	沙坝长轴斜交河道方向分布， 底凸 顶平的透镜状和楔状砂体
江 (河) 心洲	上述沙坝出露水面	下部多为沙坝的早期残余物， 上部 多为泛滥平原细粒沉积	位置较固定多为有植被生长的河间 冲积岛屿， 多呈菱形分布

辫状河除发育心滩外，在河道沉积中亦发育与曲流河相同的河床滞留沉积，出现在河床底部，以砂砾沉积为主，其上发育心滩。辫状河河道迁移迅速，稳定性差，加之枯水期部分河道无水，无水河道具有良好的泄洪作用，所以不发育天然堤、决口扇和泛滥平原沉积。辫状河河道相对较直，一般不易形成牛轭湖，这也是辫状河与曲流河沉积的重要区别。

至今，尚未概括出得到大家认同的辫状河沉积模式，但常以加拿大魁北克省泥盆系巴特里角辫状河垂向序列作为辫状河沉积模式的代表(图 18-14)。该沉积层序的最底部为河床滞留沉积，以含泥砾的粗砂岩和砾质砂岩为主，与下伏层呈侵蚀冲刷接触 SS。其上为不清晰的大型槽状交错层理的含砾粗砂岩 A 和具清楚槽状交错层理的粗砂岩 B 以及板状交错层理砂岩C。再向上主要由小型板状交错层理砂岩D组成，偶见大型水道冲刷充填交错层理砂岩E。顶部由垂向加积沉积的波状交错层理粉砂岩和泥岩互层F及一些具模糊不清的、角度平缓的交错层理的砂岩 G组成。由 SS 至E为河床滞留沉积和心滩或河道沙坝沉积，构成了辫状河的河床亚相，F代表了垂向加积的沉积厚度较薄的泛滥平原沉积(图 18-14)。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:

第一，河流二元结构的底层粗粒沉积发育良好、厚度较大，而顶层细粒沉积不发育或厚度较小;

第二，底层沉积的粒度粗，成分和结构成熟度较低，发育砂砾岩；

第三，发育由河道迁移形成的各种类型层理，如块状或不明显的平行层理，巨型槽状交错层理、单组大型板状交错层理等；

第四，发育大型槽状交错层理，不发育泛滥平原细粒沉积物。

三、网状河沉积特征及其沉积模式

因为现代沉积中少见网状河，古代网状河沉积又难以识别，故网状河沉积研究近期才得到人们的重视。网状河是由窄而深及顺直到弯曲的、相互连接的低坡度网状稳定河道形成的交织河网系统。它通常由河道、天然堤、决口扇、湿地、湖泊和沼泽等地貌单元组成，在沉积记录中表现出细粒溢岸沉积物为主的特点 (图18–15)。

网状河主要发育于坡度平缓、气候湿润、植被发育的河流中、下游地区，它是由几条弯度多变的、相互连通的、宽深比值较小的、分岔系数较高的河道组成的低能复合体，沉积环境较为稳定。

网状河发育主河道、季节性河道、废弃河道、边滩、心滩、天然堤、决口扇、河漫滩、湖泊、沼泽、池塘及风成沙丘等次级沉积环境。河流搬运方式以悬浮负载为主，沉积作用多以垂向加积为主，沉积物类型主要表现为河道、天然堤、泛滥平原沉积 (图18–15，图18-16, 表18-4)。

表18-4 网状河沉积亚相特征 (据于兴河，2002，有改动)

亚微相类型	主要岩性及粒度特征	沉积构造特征	形态特征
河道	多种粒径的砂岩， 底部可 见细砾岩	下部多发育大型槽状交错 层理， 中上部发育小型槽 状交错层理及水平层理	平面上为弯曲的鞋带状， 剖面上为窄厚的墙状砂体， 并与两侧细粒漫滩沉积物 垂直接触
天然堤	粉砂岩、泥岩夹薄层细 砂岩	发育小型沙纹层理和水平 层理	平面上呈条带状， 剖面上 为楔形或三角形
泛滥平原	泥岩、砂质泥岩、粉砂岩 和泥炭层	发育水平层理	被条带状河道砂体围限的 区块

网状河河道具有曲流河弯曲稳定和辫状河多河道的沉积特征，以简单的垂向加积为特征。河道对两岸的侵蚀能力较弱，河道的侧向稳定性较好。河道沉积与其他类型河流的河道沉积物类似，以砂岩为主具槽状交错层理，底部可出现砾岩沉积，具良好植被的泛滥平原的发育使河道侧向迁移受到限制，甚至很少发生侧向迁移。因此，在垂向层序上，河道沉积厚度较大，可达数十米，呈现出向上沉积物变细的墙式砂体”的特点。

天然堤发育于河道两侧，沉积物以粉砂岩与泛滥平原沉积呈过渡关系(图 18-15)。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似，是由河漫沼泽、泥炭沼泽、河漫湖泊组成，又称河道间“湿地”，沉积物质主要为富含泥炭的粉砂和粘土，广泛发育水平层理，侧向上可相变为粗粒河道沉积，垂向上可与因洪水漫溢作用形成的决口扇沉积交互成层。由于河道、冲积岛泛滥平原等环境能保持长时期的相对稳定，致使各种沉积相在垂向上增生，并看加成较厚的沉积。其中，河道沉积在平面上呈鞋带状、剖面上呈相互叠置的透镜状或“墙式”，决口扇沉积为不规则的席状，它们都被较厚的泛滥平原的细粒沉积物所包围(图 18-15，图 18-16)。

网状河沉积的最大特点及与其他河流类型的主要区别是泛滥平原分布极为广泛，几乎占河流全部沉积面积的 60%~90%。因此，厚度巨大的富含泥炭的粉砂和粘土是网状河流占优势的沉积物。

网状河的沉积背景、沉积作用和沉积特征与曲流河、辫状河存在着较为明显的区别(图18-17, 表18-5)。

表18-5 网状河与曲流河、辫状河沉积特征对比

河型	地貌单元	坡降	曲率	宽深比	沉积速率	水流及能量	沉积作用	沉积物粒度	沉积构造	粒度特征	泥炭	岩性序列	形态砂体	分岔系数
网状河	河道、 决口 扇、 天然 堤、 湖泊、 沼泽、 泥炭 沼泽	低， 多小 于1‰	低， 但可 变	8~15	高， 大于 2mm/a	水深 流缓	垂向 加积 作用 为主， 河道 稳定	可粗 可细， 多砂 泥	水平 层理 和槽 状交 错层 理	两段 式概 率图， C---M 图以 QRS 段为 主	发育	“泥 包砂” 正旋 回沉 积	剖面 墙状， 平面 交织 鞋带 状	高， 分岔 多

河型	地貌单元	坡降	曲率	宽深比	沉积速率	水流及能量	沉积作用	沉积物粒度	沉积构造	粒度特征	泥炭	岩性序列	形态砂体	分岔系数
曲流河	河道 及边 滩、 决口 扇、 天然 堤、 河泛 平原	较低	高	小于 40	低, 0.5 mm/a	水深 流缓	侧向 加积 作用 明显， 发育 边滩	细， 多为 砂泥	多种 多样， 槽状 和板 状交 错层 理	两段 式概 率图， C---M 图以 QRS 段为 主	较少	“泥包 砂” 或砂 泥间 互正 旋回 沉积	剖面 透镜 状， 平面 弯曲 条带 状	低， 无分 岔
辫状河	河道 及心 滩、 河泛 平原	较高， 多大 于 1‰	低	远大 于50	高， 2mm/a	水浅 流急	垂向 及侧 向加 积作 用， 发育 心滩	粗， 多为 砾砂	槽状 交错 层理 及冲 刷构 造	三段 式概 率图， C---M 图以 PQR 段为 主	几乎 没有	“砂包 泥”正 旋回 沉积	剖面 板状， 平面 直或 弯曲 带状	高， 分岔 多

第三节 古代河流鉴别标志及河流与油气关系

一、鉴别标志

河流沉积类型多，沉积作用机理存在差异，不同沉积类型河流具有不同的沉积特征(图18-17)。

(一) 矿物成分复杂，成分成熟度低

河流沉积岩石类型以碎屑岩为主，其次为粘土岩，较少出现碳酸盐岩。在碎屑岩中，又以砂岩和粉砂岩为主，砾岩多出现在山区河流和平原河流的河床沉积中。碎屑岩的物质成分复杂，它与源区以及河流流域的基岩成分有关。-一般不稳定组分高，成分成熟度低。砾岩多为复成分，砂岩以长石砂岩、岩屑砂岩为主，个别也出现石英砂岩，泥质胶结居多，间或有钙、铁质胶结者。

大多数河流的水介质是弱氧化的，并且几乎是中性至弱酸性的，故河流相沉积中不出现海绿石，也不常见菱铁矿等二价铁矿物。粘土矿物中高岭石较多，伊利石较少。

(二) 粒度资料反映了特征的牵引流性质

河流碎屑沉积物以砂、粉砂为主，分选差至中等，分选系数一般大于1.2。粒度频率曲线常为双峰。粒度概率曲线显示明显的两段型 (图18–18)，且以发育跳跃总体为特征，其分布范围为1.75φ~3φ之间，跳跃总体与悬浮总体之间的截点在2.75φ~3.5φ之间，悬浮总体的含量为2%~30%。

河流的水流属牵引流，故河流沉积在牵引流综合C——M图上呈S形，它有较发育的PQ、QR和RS段。图18-18是鄂尔多斯盆地侏罗系延安组砂岩的C—M图，样品点几乎全部落在 PQ和QR 区内，相当于河道和沙坝区，显示为河流相特征。

(三) 沉积构造丰富，发育大型交错层理，具特征的“二元结构”序列

河流相层理发育，类型繁多，但以大型板状和槽状交错层理为特征。细层倾斜方向指向砂体延伸方向，倾角 15°~30°，由下至上层系及细层的厚度变薄、粒度变细，细层具粒度正韵律，层系厚度很少超过1m，一般为30cm或更薄。在河流沉积序列中，大型板状、槽状交错层理发育在下部，小型者发育在上部，波状层理发育在顶部。

河流沉积中常见流水不对称波痕，也可见砾石的叠瓦状排列，扁平面向上游倾斜，倾角约为

河流沉积的最底部常具明显的侵蚀、切割及冲刷构造，并常含泥砾及下伏层的砾石。

在沉积剖面上，自下而上表现为下粗上细的间断性正韵律或正旋回，每个旋回底部发育有明显的底冲刷现象与叠瓦状排列的砾石，下部为具有大型板状、槽状交错层理及平行层理的砂岩，上部为具有小型交错层理、波状层理、上攀交错层理的粉砂岩及泥质粉砂岩，顶部常具有暴露大气的标志，如钙质结核、泥裂等。曲流河垂向序列“二元结构” 上、下部地层沉积厚度近于相等(图18–10)，而辫状河和网状河下部粗粒沉积物厚度明显大于上部细粒沉积物厚度 (图18–14, 图18–15)。

河流沉积“二元结构”沉积序列在测井曲线上多呈钟形和箱形，在地震剖面上可具有充填特征和透镜状特征。

(四) 生物化石稀少

河流相生物化石一般保存不好，通常较难见到动物化石及较完整的植物化石，所见者常是破碎的植物枝、干、叶等。河床亚相典型的指相化石为硅化木，它是植物的干或茎在开放系统条件下硅化而成。河漫沼泽沉积中可见炭化植物屑或茎叶植物化石，它们多是在封闭缺氧条件下保存下来的。在时代较新的河流相地层中可见到脊椎动物化石。

(五) 特征的砂体形态

河流砂体在平面上多呈弯曲的长条状、带状、树枝状等。在横切河流的剖面上，呈上平下凸的透镜状或板状或“墙式”嵌于四周河漫泥质沉积之中。曲流河剖面砂体多呈孤立透镜状； 辫状河心滩砂体总是呈透镜状成群出现，交错叠置，四周为泥质沉积所包围，显示河道的多次往复迁移; 网状河砂体多呈墙状, 网点分布 (图18-2, 图18-4, 图18-17)。

二、河流沉积与油气的关系

河流相沉积难以构成良好的烃源岩，但河道砂体可构成油气储集的良好场所。如果古河流砂体接近油源，可成为油气的储层。由于河流砂体岩性变化快，其内部储油物性的非均质性较为明显。垂向上以河流沉积旋回下部河床亚相中的边滩或心滩砂岩储油物性最好，向上逐渐变差； 横向上透镜体中部储油物性较好，向两侧变差。

古河流砂体可形成岩性油藏、地层——岩性油藏以及构造—岩性油藏。目前这类油藏在世界各地不断有所发现。如美国怀俄明州下白垩统砂岩中凯奥蒂溪油田、米勒溪油田，加拿大阿尔伯达省贝尔希尔油田分别属于河流相的岩性油藏和地层—岩性油藏，我国陕北马岭侏罗系油田亦属河流相成因。渤海湾盆地新近系馆陶组相继发现了河流相砂体为储层的大型油气田。如胜利油田范围内的孤岛和孤东油田，即是新近系馆陶组不同类型河流沉积砂体作为储层的大型高产油气田。