沖積扇分類

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?yàn)閹r漆可溶于水，其存在證明這些巖石碎塊在近2,000年內(nèi)沒(méi)有受到多少洪水的淹沒(méi)。

巖漆的有無(wú)必然與洪水相關(guān)，也是識(shí)別死、活沖刷區(qū)的基本特征。無(wú)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(zhǎng)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(shuō)明︰死沖刷區(qū)物質(zhì)沉積時(shí)，氣候較濕潤(rùn)，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)幕詈哟病＿€有荒漠礫石蓋層，由帶棱角的卵、礫、塊石交錯(cuò)搭接而成，在扇面上形成平坦或波狀的硬殼，過(guò)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。

沖積扇沿著半徑方向，可分為頂坡段、前緣段和兩者之間的過(guò)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(shuō)，沖積扇的大小與河流長(zhǎng)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(shí)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。

沖積扇大小主要與沉積物供給量、氣候因素、物質(zhì)來(lái)源區(qū)與堆積區(qū)的地形條件有關(guān)。在溫帶或濕潤(rùn)地區(qū)，降雨和洪流頻率高，侵蝕作用阻礙了沖積扇的增長(zhǎng)，濕潤(rùn)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(zhǎng)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(lái)源、物質(zhì)來(lái)源區(qū)主要巖性、堆積歷史和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)史的影響。上升區(qū)，扇面可以很陡。粗大礫石多形成陡扇，頁(yè)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(lái)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(shí)擺脫側(cè)向約束，其攜帶物質(zhì)便鋪散沉積下來(lái)。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(kāi)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(rùn)區(qū)較長(zhǎng)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(guó)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(guò)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(duì)人類有實(shí)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(gè)都建在沖積扇上。

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(rùn)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(shuō)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(jí)的堆積物構(gòu)成的復(fù)雜層組，在橫向上相互錯(cuò)叉或尖滅。

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(duì)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(lái)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(jì)。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(cè)定法(potassium-argon dating)測(cè)定出的年代為70萬(wàn)年，因而得知該沖積扇形成于70萬(wàn)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(dòng)和氣候變化對(duì)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(rùn)或由濕潤(rùn)變干旱將強(qiáng)烈地影響沖積扇的增長(zhǎng)速率和堆積區(qū)的位置。

沖積扇在不同的氣候區(qū)有不同的形成過(guò)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(shí)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(shì)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(guó)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(jiàn)圖黃河沖積扇)。

降雨量極少，暫時(shí)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(dòng)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(guò)程中，還受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)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(duì)下降時(shí)，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(shí)，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(dòng)時(shí)，新扇形體向相對(duì)下降的一側(cè)移動(dòng)，促使新老扇形體并列，且向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，造成不對(duì)稱的形態(tài)，如滹沱河、永定河沖積扇。

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

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(gè)結(jié)果，一是沖積扇成了一座天然的地下水庫(kù)，因?yàn)榉诌x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(kù)大壩，一座天然的地下水庫(kù)就這樣建成了。當(dāng)水庫(kù)中積蓄的水超過(guò)了黏土堤壩的高度后，積水就會(huì)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(huì)形成一個(gè)泉水帶，就是在這個(gè)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(kāi)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(huì)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(lái)，漫過(guò)整個(gè)扇體，而洪水在沿著扇體向下奔流的同時(shí)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(shí)，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(dòng)的速度減緩，變?yōu)榻扑椒较虻牧鲃?dòng)。當(dāng)水流到?jīng)_積扇扇緣部位的時(shí)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(duì)水體阻隔的作用，它能保證季節(jié)性山洪的水長(zhǎng)期儲(chǔ)存在扇體中，相當(dāng)于一個(gè)"水壩"，保證了泉水的穩(wěn)定性。

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(lái)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(gè)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(chǔ)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(guó)新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的克拉瑪依油田三疊系儲(chǔ)油層就是沖積扇砂礫巖體。

在長(zhǎng)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(shù)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(chǔ)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(chǔ)集層的油氣藏，如美國(guó)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(guó)的長(zhǎng)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(guó)的大慶長(zhǎng)垣三角洲、東營(yíng)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(lái)，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(wàn)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(gè)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(jiàn)的良好的儲(chǔ)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(guó)陸相沉積，特別是東部的斷陷湖盆常常是長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(chǔ)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(gè)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(chǔ)油性能，是油氣聚集的良好場(chǎng)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(yè)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(guó)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(dòng)力條件和沉積過(guò)程與開(kāi)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(chǔ)集物性亦好，可作為良好的儲(chǔ)集層。中國(guó)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(chǔ)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(yáng)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(chǔ)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(shí)，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(guó)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(chǔ)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(jì)(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(duì)我國(guó)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(chǔ)集物性較差的儲(chǔ)集層中聚集的天然氣也有開(kāi)采價(jià)值。據(jù)美國(guó)的統(tǒng)計(jì)資料，1979年美國(guó)探明的天然氣儲(chǔ)量為5.494×1012m3，其中約有1.426×1012m3(約占總量1/4)來(lái)自孔隙度為5-15%的儲(chǔ)集層?？梢?jiàn)低孔低滲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(chǔ)層油氣勘探開(kāi)發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ)。