沖積扇

沖積扇沿著半徑方向，可分為頂坡段、前緣段和兩者之間的過渡段。從扇頂?shù)缴染壍孛嬷饾u降低，坡度逐漸變小，堆積物由粗到細(xì)，分選性逐漸變好。其縱剖面形態(tài)與河床一致呈現(xiàn)下凹形，橫剖面為上凸形。一般說，沖積扇的大小與河流長度大體呈正比。

沖積扇上可能出現(xiàn)的搬運(yùn)和沉積作用有兩種基本類型:一種是起因于暫時性或間歇性水流形成的牽引流搬運(yùn)沉積作用，形成水?dāng)y沉積物，主要有三類:河道沉積、漫流(片流)沉積和篩狀沉積;另一種類型起因于重力與洪水作用，形成泥流、泥石流(碎屑流)沉積。

干旱區(qū)沖積扇面的地貌通常可分為四部分︰活沖刷區(qū)，死沖刷區(qū)，荒漠礫石鋪蓋區(qū)和未分離的砂和礫石區(qū)。沖積扇的巖石碎塊上常有荒漠巖漆，這是一種主要由鐵、錳氧化物形成的棕黑色薄層。大部分人認(rèn)為，因為巖漆可溶于水，其存在證明這些巖石碎塊在近2,000年內(nèi)沒有受到多少洪水的淹沒。

巖漆的有無必然與洪水相關(guān)，也是識別死、活沖刷區(qū)的基本特征。無論死、活沖刷區(qū)都有許多粗大砂礫，其中散布著巨大石塊，徑長甚至大到10公尺。死沖刷區(qū)的粗大石塊上都不同程度地染有巖漆，礫石的平均粒徑也比活沖刷區(qū)的大。這種粒徑的差異說明︰死沖刷區(qū)物質(zhì)沉積時，氣候較濕潤，降雨較多，河流流量比現(xiàn)今為大。

沖積扇上值得注意的其他地貌特征有︰泥石流堤──蜿蜒的塊礫堤，代表從前泥石流的兩側(cè)邊界;扇頂深谷──峽谷狀的溝谷，圍限著扇頂?shù)幕詈哟?。還有荒漠礫石蓋層，由帶棱角的卵、礫、塊石交錯搭接而成，在扇面上形成平坦或波狀的硬殼，過去認(rèn)為是風(fēng)力作用的產(chǎn)物，有人提出是降雨、徑流和重力作用將扇面細(xì)粒物質(zhì)移走而形成的，風(fēng)力作用只是阻止細(xì)粒物質(zhì)在已形成的礫石蓋層上堆積。

沖積扇大小主要與沉積物供給量、氣候因素、物質(zhì)來源區(qū)與堆積區(qū)的地形條件有關(guān)。在溫帶或濕潤地區(qū)，降雨和洪流頻率高，侵蝕作用阻礙了沖積扇的增長，濕潤區(qū)統(tǒng)貫沖積扇的水流把沉積物多半都搬運(yùn)到?jīng)_積扇范圍以外去，也阻礙了大沖積扇的發(fā)育。未受構(gòu)造變形或鄰近沖積扇增長所限制的沖積扇，其形狀近似部分錐體，橫剖面呈凸形，縱剖面略呈凹形。扇的坡度受沖積扇大小、物質(zhì)來源、物質(zhì)來源區(qū)主要巖性、堆積歷史和構(gòu)造運(yùn)動史的影響。上升區(qū)，扇面可以很陡。粗大礫石多形成陡扇，頁巖、泥巖區(qū)的細(xì)粒物質(zhì)多形成平緩扇。與泥石流堆積有關(guān)的小沖積扇很陡，物質(zhì)來源豐富的大沖積扇也很陡。

沖積扇(alluvial fan)是河流出山口處的扇形堆積體。當(dāng)河流流出谷口時擺脫側(cè)向約束，其攜帶物質(zhì)便鋪散沉積下來。沖積扇平面上呈扇形，扇頂伸向谷口，立體上大致呈半埋藏的錐形。以山麓谷口為頂點(diǎn)，向開闊低地展布的河流堆積扇狀地貌。它是沖積平原的一部分，規(guī)模大小不等，從數(shù)百平方米至數(shù)百平方公里。廣義的沖積扇包括在干旱區(qū)或半干旱區(qū)河流出山口處的扇形堆積體，即洪積扇;狹義的沖積扇僅指濕潤區(qū)較長大河流出山口處的扇狀堆積體，不包括洪積扇。

它在干旱、半干旱地區(qū)發(fā)育最好，由暴發(fā)性洪流形成，在一些山間盆地區(qū)尤為突出，通常被視為荒漠地形的特征。沖積扇有幾種重要的類似物:例如河流三角洲，不同之處是后者在河流入?；蚱渌w處的水下形成，中國上海地區(qū)就是典型的河流三角洲;再如深水海底扇，形成于洋底，由通過海底峽谷搬運(yùn)的沉積物堆積而成。研究現(xiàn)代沖積扇，可為辨認(rèn)古沖積扇，從而為研究地質(zhì)歷史提供線索。沖積扇對人類有實際經(jīng)濟(jì)意義，尤其在干旱與半干旱區(qū)，它是用于農(nóng)業(yè)灌溉和維持生命的主要地下水水源。有些城市，例如洛杉磯，整個都建在沖積扇上。

沖積扇上有各種類型的水流，從較清的水流到泥石流。前者與其他環(huán)境中的清水類似，具有同樣的物理與水力學(xué)規(guī)律，對沉積物進(jìn)行同樣良好的分選;只是水系形態(tài)有差別。在山區(qū)是各支流匯入主流，而在沖積扇上則倒置為主河流入補(bǔ)給自由分岔的支流。當(dāng)山地物質(zhì)來源區(qū)有大量細(xì)粒物質(zhì)，加上強(qiáng)烈暴雨，可形成高稠度的泥石流，其中巨礫的重量可比在水中減輕60%，因此搬運(yùn)能力很大。

沖積扇的侵蝕或堆積速率一般由于缺乏資料，難以估計。然而加利福尼亞州懷特山(White Mountains)西側(cè)的米爾納河沖積扇(Milner Creek Fan)由于位于凝灰?guī)r上，根據(jù)鉀-氬年齡測定法(potassium-argon dating)測定出的年代為70萬年，因而得知該沖積扇形成于70萬年內(nèi)，平均堆積速率約為每1,000年7.5~20公分(3~8吋)。構(gòu)造運(yùn)動和氣候變化對沖積扇的發(fā)育都有明顯的作用。山地抬升將導(dǎo)致一群沖積扇的發(fā)育和擴(kuò)大。氣候由干旱變濕潤或由濕潤變干旱將強(qiáng)烈地影響沖積扇的增長速率和堆積區(qū)的位置。

沖積扇可分為扇頂、扇中、扇緣三部分，這種分法，體現(xiàn)了河流在沖積扇上的分選作用。

沖積扇上的這種分選結(jié)構(gòu)，除了構(gòu)建出大地上一種獨(dú)特景觀外，至少還造成了兩個結(jié)果，一是沖積扇成了一座天然的地下水庫，因為分選作用，粗大的礫石留在扇頂，層壘在一起的礫石間遍布空隙，這有利于水流的下滲和轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵聫搅?。而扇緣部分沉積的是粒徑極小的黏土，黏土透水性差，這相當(dāng)于在扇緣建起了一道天然的水庫大壩，一座天然的地下水庫就這樣建成了。當(dāng)水庫中積蓄的水超過了黏土堤壩的高度后，積水就會涌出地表形成一處處泉水流淌，因此在沖積扇的黏土帶與細(xì)沙帶接觸的部分，會形成一個泉水帶，就是在這個環(huán)形的帶狀區(qū)域內(nèi)一處處泉水涌流。而水正是干旱區(qū)的人類最缺乏的寶貴資源，沿著沖積扇的泉水帶，人類開墾田地，種植果蔬糧食，因此泉水帶也是人類的聚落帶。

為什么沖積扇的扇緣部位常常會有泉水出露?這與沖積扇的結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系:從沖積扇的縱剖面圖上可以看出，上層通常是粒徑較大的礫石，下層則是顆粒更小的細(xì)沙和黏土。每當(dāng)山洪暴發(fā)，大量的水流從山口的扇頂部位傾瀉下來，漫過整個扇體，而洪水在沿著扇體向下奔流的同時大量地滲入扇體內(nèi)部。由于扇體最表層的洪積物粒徑較大，排列并不緊密，彼此之間的縫隙很寬，非常利于地表水的下滲。而當(dāng)水下滲到扇體下層的黏土層時，由于沉積物粒徑的減小，排列變得更加緊密，不利于水的繼續(xù)下滲，水流垂直運(yùn)動的速度減緩，變?yōu)榻扑椒较虻牧鲃?。?dāng)水流到?jīng)_積扇扇緣部位的時候，已經(jīng)離地表很近，非常利于打井汲水甚至直接形成泉水出露。而且，由于扇緣部位的黏土在一定程度上起到了對水體阻隔的作用，它能保證季節(jié)性山洪的水長期儲存在扇體中，相當(dāng)于一個"水壩"，保證了泉水的穩(wěn)定性。

沖積扇在不同的氣候區(qū)有不同的形成過程:

降水頻率大，水量豐沛，水流比較穩(wěn)定，因此出山口河流形成的沖積扇規(guī)模大，組成物質(zhì)分選較好，礫石磨圓度高，扇面上分流和網(wǎng)流十分發(fā)達(dá)。扇面物質(zhì)在濕熱氣候作用下，土質(zhì)呈現(xiàn)紅壤化。山區(qū)主流兩側(cè)的溪溝坡陡水流急，在山洪暴發(fā)時形成洪流或泥石流，挾帶的大量碎屑物質(zhì)便在溝口附近堆積，形成由大小不一的礫石、砂土和粘土等組成錐形的沖積錐。這些碎屑物質(zhì)分選程度和磨圓度均較差，孔隙度較大，透水性較強(qiáng)。一般情況下，沖積錐面積較小，其上段坡度較大，中段坡度銳減，前緣地段地勢展平，坡度減至1~2度。

出山口河流在山前多發(fā)育大面積的沖積扇。如中國華北平原西部山前的黃河、漳河、滹沱河和永定河等沖積扇，表面形態(tài)扁平，坡度較小，形成廣闊的沖積扇平原。其中，黃河沖積扇面積達(dá)72144平方公里，扇面上廢棄的古河床高地和河間洼地呈指狀分布，波狀起伏的微地貌特點(diǎn)十分明顯(見圖黃河沖積扇)。

降雨量極少，暫時性洪流在山麓谷口處形成洪積扇。組成洪積扇的泥沙石塊，顆粒粗大，磨圓度差，層理不明顯，透水性強(qiáng)，扇面網(wǎng)狀水系發(fā)育不顯著。在山前斷裂活動的盆地，洪積扇具有很大的沉積厚度，緊靠山前部分通常厚度達(dá)數(shù)百米。洪積扇從頂部到扇緣的高差也可達(dá)數(shù)百米。一系列洪積扇互相聯(lián)結(jié)則形成洪積平原，又稱山麓洪積平原。

沖積扇在形成過程中，還受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的影響而產(chǎn)生變形，大體有3種情況:

①當(dāng)山地不斷抬升、山前平原相對下降時，在老扇形體上疊加新扇形體，形成上疊式扇形體，如黃河沖積扇。

②當(dāng)山地上升的規(guī)模和幅度都較大時，老扇形體隨之抬升，在下方發(fā)育新扇形體，新老扇形體聯(lián)接，呈現(xiàn)串珠狀，如甘肅河西走廊的洪積扇。

③當(dāng)山地前緣存在不等量升降的新構(gòu)造運(yùn)動時，新扇形體向相對下降的一側(cè)移動，促使新老扇形體并列，且向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，造成不對稱的形態(tài)，如滹沱河、永定河沖積扇。

沖積扇堆積物粒徑變化很大，在一些扇的上部有比小卡車還大的巨石，1公尺左右的礫石可被沖到扇緣，大礫石與黏土也可在同一處堆積中出現(xiàn)。在堆積層序方面，濕潤地區(qū)的沖積扇，因每年有季節(jié)性的洪水和植被發(fā)育，所以垂直剖面中可出現(xiàn)一系列的埋藏的有機(jī)質(zhì)層，各有機(jī)質(zhì)層在橫向上都相當(dāng)連續(xù)，這說明沉積物依次覆蓋在前一年的草被之上。在干旱區(qū)，洪水稀少，且常以泥石流形式出現(xiàn)，往往被局限在扇頂深谷中。因此在堆積層序中出現(xiàn)直線到曲線形的巖屑舌，可從扇頂伸延到扇中或更遠(yuǎn)。由于堆積作用區(qū)向側(cè)向和下游不斷擺移，沖積扇的內(nèi)部結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一系列的透鏡狀與楔狀體在垂直方向相互交替堆疊，它們是粗、細(xì)和混合粒級的堆積物構(gòu)成的復(fù)雜層組，在橫向上相互錯叉或尖滅。

通常與扇面的幾何形態(tài)有密切關(guān)系。根據(jù)無量綱方法量計，發(fā)現(xiàn)黃河不同時期的沖積扇，無論來沙多少或發(fā)育時間的長短，當(dāng)扇體縱軸□(平行河床的最大長度)與橫軸 b(垂直于河床的最大長度)二者的比值(□/b)達(dá)到0.94左右、 扇頂圓心角(□)介于95°~100°時，原沖積扇的塑造過程終止，開始新沖積扇的發(fā)育過程。

沖積扇是指在干旱、半干旱氣候地區(qū)，山間河流攜帶大量碎屑物質(zhì)進(jìn)入平原，在出山口處因流速變小，能量降低，而使碎屑物沉積下來形成的扇形錐積體。沖積扇中的砂礫巖體稱為沖積扇砂礫巖體。沖積扇在平面上的形態(tài)為扇形或圓錐形，多個扇體在平面上組合形成裙邊狀碎屑堆積體。沖積扇主要由礫、砂和泥質(zhì)組成的混雜堆積，粒度粗，分選差，成分復(fù)雜，圓度不好。但在沖積扇的中部有儲集物性較好的辮狀河道砂礫巖體，鄰近若有油源，油氣一般可以在此聚集。如我國新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的克拉瑪依油田三疊系儲油層就是沖積扇砂礫巖體。

在長期沉降的氣候潮濕區(qū)。河流發(fā)育。由河流成因的砂巖體稱為河流砂巖體。河流的主要類型有辮狀河和曲流河，其沉積模式如圖 所示。河流砂巖體包括礫、砂、粉砂和粘土等各類碎屑沉積物，但以砂質(zhì)為主，成分復(fù)雜，分選差至中等。河流砂巖體的形態(tài)極不規(guī)則，多呈帶狀，樹枝狀或網(wǎng)狀，邊緣呈鋸齒狀。古河道砂巖體以河床中的邊灘和心灘砂巖的儲油物性最好。目前世界范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了不少以古河道砂巖體為儲集層的油氣藏，如美國堪薩斯州的布什城油田、加拿大阿爾伯達(dá)省的貝爾希油田、利比亞蘇爾特盆地的Sarir油田和中國的長慶油田等。

隨著油氣勘探工作的深入，日益證明世界上許多大油氣田與三角洲砂巖體有著密切的聯(lián)系。如科威特的布爾甘油田，西非尼日利亞尼日爾河三角洲發(fā)現(xiàn)許多大油田，中國的大慶長垣三角洲、東營凹陷的東辛、勝坨三角洲等。

三角洲是河流入海(湖)處，由于坡度減緩，流速突然降低，水流分散，河流所攜帶的砂泥在河口附近堆積下來，形成平面上略似尖頂朝向陸地的三角形沉積體。根據(jù)河流、波浪和潮汐能量的強(qiáng)弱，三角洲可分為河控三角洲、浪控三角洲和潮控三角洲等類型。大的河流三角洲規(guī)模可以很大，面積可達(dá)幾十至幾萬平方公里。三角洲可進(jìn)一步劃分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲等亞環(huán)境。各個亞環(huán)境的沉積物特征是不同的。三角洲平原中的分流河道砂巖體，三角洲前緣的水下分流河道砂巖體、河口壩砂巖體、遠(yuǎn)砂壩砂巖體以及前緣席狀砂體都是常見的良好的儲集層。

扇三角洲砂巖體:扇三角洲是指沖積扇或辮狀河直接進(jìn)入水體形成的一類砂體(據(jù)Galloway，1983)。蓋洛韋等人(1983)按水體能量條件將扇三角洲分為湖泊扇三角洲、波浪改造的扇三角洲和潮汐改造的扇三角洲。其中湖泊扇三角洲受波浪和潮汐改造較弱，呈扇形。

中國陸相沉積，特別是東部的斷陷湖盆常常是長條狀的箕狀凹陷。在湖盆的短軸方向上，坡度陡，物源近，很難形成源遠(yuǎn)流長的曲流河。辮狀河直接進(jìn)入淺湖形成的扇三角洲，稱為辮狀河三角洲。孫永傳等曾將沖積扇進(jìn)入淺湖形成的扇形碎屑巖體稱為水下沖積扇。而紀(jì)友亮等卻仍將其歸屬于扇三角洲。扇三角洲可以劃分出如下微相:扇三角洲平原與正常三角洲平原有較大的差別，實際上扇三角洲水上平原屬于近山口的沖積扇環(huán)境。扇三角洲的分流河道砂體、水下分流河道砂體、河口壩砂體及前緣席狀砂構(gòu)成了扇三角洲的主要儲集層。

海岸環(huán)境又稱濱岸環(huán)境，它位于海水浪基面以上緊鄰陸地的濱淺海地帶。由于在地質(zhì)歷史中反復(fù)的海進(jìn)和海退，因此，海岸沉積物是一個很寬的帶。海岸地帶由于波浪、沿岸流、潮汐以及風(fēng)的作用，可以破壞附近的三角洲沉積而形成一系列海岸砂巖體，主要有海灘砂、砂壩、堤島、風(fēng)成砂丘等。海岸砂巖體一般呈帶狀或串珠狀沿岸線分布，由于它們經(jīng)受反復(fù)的沖洗和簸揚(yáng)，一般分選好，圓度大，巖性以中細(xì)砂巖為主，較疏松，孔隙度和滲透率都較高，有良好的儲油性能，是油氣聚集的良好場所。海岸砂巖體包括海進(jìn)砂巖體和海退砂巖體。海退砂巖體下伏暗色海相頁巖，生油條件好;而海進(jìn)砂巖體下伏三角洲平原或其它海岸沉積物，生油條件差，故目前世界上發(fā)現(xiàn)的海岸砂巖體油氣田多屬海退型砂巖體。如美國堪薩斯州格林烏德縣契洛鞋帶狀油田就是一例。

湖泊是陸地上水流匯集的地方，由于它距物源近，大量碎屑物質(zhì)在湖泊中堆積，使湖泊砂巖體很發(fā)育。湖泊的水動力條件和沉積過程與開闊的淺海相似，同樣有波浪和沿岸流作用。在湖浪、湖岸流以及河流的地質(zhì)作用下，湖泊砂巖體的類型是多種多樣的，包括洪積成因的湖邊扇砂礫巖體、湖成三角洲砂巖體、濱淺湖的湖灘砂巖體、水下隆起上的淺灘砂巖體、深湖的湖底扇砂巖體等。其中以濱淺湖的湖灘砂巖體和湖成三角洲砂巖體最為發(fā)育，儲集物性亦好，可作為良好的儲集層。中國大部分油氣田成生在陸相沉積盆地之中，湖泊砂巖體就成為主要的儲集層。例如大慶油田的主要產(chǎn)層屬于下白堊統(tǒng)湖成三角洲砂巖復(fù)合體。大港部分油田的產(chǎn)層屬于下第三系濱淺湖灘砂巖體(沿岸砂壩)。下遼河盆地和泌陽盆地的部分油田的產(chǎn)層屬于下第三系湖底扇砂巖體。

濁積砂巖體是由于地震、海嘯等因素的影響，把河流攜帶至海岸帶堆積的大量未固化的沉積物，以懸浮的高密度底流的方式沿海底峽谷搬運(yùn)至深海堆積而成的砂巖體。這種高密度流稱之為濁流。由濁流形成的砂巖體稱為濁積砂巖體。它的平面形態(tài)經(jīng)常是扇形，又稱海底扇或深海扇。濁流也經(jīng)常在湖泊中發(fā)生，它所形成的扇形砂巖體稱湖底扇。圖 為活克(1978)所建立的海底扇相模式。濁積砂巖體由根部至前緣，由下部至上部沉積物一般由粗變細(xì)，分選由差變好，扇體的扇中部分一般有分選較好的砂質(zhì)沉積，可構(gòu)成良好的儲集層。由于濁積砂巖體發(fā)育在深水泥巖之中，這些泥巖既可作為生油巖又可作為封閉層，因此，濁積砂巖體不僅含油氣豐實，而且也是地層、巖性油氣藏發(fā)育的有利地區(qū)。如北海地區(qū)的米勒(Miller)油田和阿爾巴(Alba)油田，以及美國加利福尼亞州文圖拉盆地的第三系油田和洛杉磯盆地的威明頓(Wilnington)油田等，后者的石油可采儲量達(dá)7.84×1010m3。

天 然氣與石油相比，產(chǎn)出的環(huán)境有較為明顯的差別。據(jù)B.C.Вышемнрскнй(1980)的統(tǒng)計(表) 表明:世界石油主要分布在海相地層中，在陸相地層中僅占次要地位;而天然氣在陸相地層中占有相當(dāng)大的比例。這一點(diǎn)對我國陸相盆地天然氣的勘探有重要的指導(dǎo)意義。其次，由于天然氣的分子直徑小和易于滲流，因此在儲集物性較差的儲集層中聚集的天然氣也有開采價值。據(jù)美國的統(tǒng)計資料，1979年美國探明的天然氣儲量為5.494×1012m3，其中約有1.426×1012m3(約占總量1/4)來自孔隙度為5-15%的儲集層?？梢姷涂椎蜐B的砂巖體中可能擁有巨大的天然氣潛量。它是我們現(xiàn)在乃至今后低孔滲儲層油氣勘探開發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)。