文章编号:1005-0930(2000)-03-0362-08 中图分类号:P 512.2/P 931.1 文献标识码:A ①
河流沉积学研究进展及发展趋势
王随继1, 倪晋仁2, 王光谦3
(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)
(2.北京大学环境科学中心,水沙科学教育部重点实验室,北京100871)
(3.清华大学水利水电工程系,水沙科学教育部重点实验室,北京100084)
摘要:河流沉积学的研究不但具有重要的理论意义,而且对生产实践和洪灾防治具有重要的指导作用.为了使研究者能够全面把握河流沉积学的研究现状及发展趋势,从河流分类、河流沉积作用的模拟实验、河流沉积相模式、河流沉积物形成的影响因素和古河道重建等方面,对河流沉积学的进展作了比较全面的回顾.在此基础上认为,河流层序地层学具有广阔的发展空间;不同河型沉积物的识别还有待从方法上进行加强;分汊河和网状河的多河道形成机理的理论探讨和水槽模拟实验有待深入开展;河型及其沉积物的时空转化模式及影响因素需要进行系统的综合研究;等等.期望将来的研究能够在上述薄弱环节上有所突破,从而使河流沉积学的研究迈上一个新的台阶.
关键词:河流;沉积学;研究进展;发展趋势
河流沉积学作为沉积学的重要分支学科,近年来受到研究者的广泛关注.在一些陆相油田较多的国家,对河流沉积砂体的研究非常重视,如在美国,已发现并已开发的河流砂岩储层很多,包括辫状河道和曲流点坝砂体[1].加拿大陆相油田中河流砂岩储层的研究尤其引人注目,阿尔伯达的辫状河道砂岩储层和萨斯卡彻温省中西部下白垩统的网状河道砂岩储层[2]就是典型代表.中国是一个以陆相油气为主的重要产油国,河流砂岩及三角洲砂岩储层中的石油储量约占已探明储量的80%
[3].已深入研究的河流砂岩储层如:鄂尔多斯盆地延安组曲流河砂岩储层[4]、松辽盆地泉头组中的辫状河及曲流河砂岩储层[5]、吐
哈盆地中侏罗统辫状河砂岩[6]、玉门老君庙油田第三系间泉子组辫状河道砂岩[7]等.河流沉积砂体不但是重要的石油储层,而且是铀矿、砂金矿以及铂、钛、锆、锡、金刚石等稀有矿产的重要聚集场所.河流沼泽相还是重要的聚煤场所.显然,河流沉积物与能源及稀有矿产的开采息息相关.生产的需要推动河流沉积学理论研究向前发展,而发展了的理论将高效率地指导生产活动.生产实践和理论研究相互促进,使河流沉积学在近年来取得了显著进展.本文系统论述了河流沉积学的研究进展,指出了其不足和发展趋势,从而使人们有目的地对其研究的薄弱环节进行发展和完善,从而达到更好地指导生产实践活动的目的.第8卷4期2000年12月 应用基础与工程科学学报JO U RN A L O F BA SI C SCIEN CE AN D EN GIN EERIN G V ol.8,No.4Decem ber 2000①收稿日期:2000-04-18;修订日期:2000-09-28
基金项目:教育部技术研究重点项目资助作者简介:王随继(1966—),男,博士,副研究员
DOI:10.16058/j.i ssn.1005-0930.2000.04.004
1 研究进展
尽管早在19世纪人们已经讨论过“洪积物”,但其真正起步发展是在20世纪50年代末60年代初,因为只有那时才开始严格地应用现代沉积环境和沉积作用的知识.河流沉积作用十分复杂,为了深入研究,1977年召开了有沉积地质学家、河流工程学家和地貌学家参加的第一届国际河流沉积学学术会议,此后每四年举行一次.在世界科学家的共同努力下,河流沉积学得到了长足的发展.
1.1 河型划分
早在20世纪初,Cotton 就已研究过河型的分类问题.50年代初,对现代河流类型及河流沉积作用作了大量的地貌学研究
[8],但该成果并未立即应用于古河流沉积研究中.60年代初,Allen [9]、Berna rd 等[10,11]几乎同时识别出了向上变细的河流沉积层序.1970年,
Allen 发现的以X
交错层及向上变细为特征的沉积层序作为经典河流沉积模式而广受关注[12].不过,整个60年代的工作大都重视侧向加积,底部冲刷及向上变细层序几乎无例外地被解释为曲流河的点坝迁移沉积,没有注意到其他河型[13].
70年代后各类河流分类方案纷纷出台[14～22],归纳起来大致有河道平面形态分类法、水动力特征分类法、沉积物搬运方式分类法等几种.无论如何,为沉积学界所普遍接受的是Rust [17]的河型分类,其他分类法因为存在种种明显的缺点而逐渐被淘汰.我国地貌学界和水利学界最为推崇的当属钱宁
[21]的河型分类.尽管如此,河型分类上的新尝试不时有所出现.Woolfe 等[23]根据河道和河间地的相对沉积速率提出的河型系列分类囊括了地
表所见的所有河型及一些水下河道,可谓是一次有益的尝试,但对冲积河流的分类并没有作出实质性的贡献.冲积河流中有关网状河和分汊河的河型归属问题仍然是令人困惑的.Nanso n 等[24]
从广义分汊河流的概念出发,把分汊河流划分为6类,认为分汊河流可以出现在各类冲积河流中,这一观点仍有争议.从河道形态和沉积物特征来看,以长江下游的河道为代表的河流是不同于辫状河和网状河的河型,可以作为冲积河流的第五类河型-分汊河(狭义的)而单独提出[25].因此,把冲积河流分为直流河、辫状河、曲流河、分汊河和网状河五类,基本上全面反映了冲积河流的所有主要特性.
1.2 河流沉积作用的模拟研究
河水的运动特征和挟沙力是河流发生沉积作用的动力条件,而这些也正是河流沉积学研究中的薄弱环节之一.长期以来,水槽实验对于解释河流沉积物中的一些沉积构造作出了贡献,比如流态概念的建立就是水槽实验的杰出成果,它把实验中所观察到的无运动平床、沙纹、运动平床、逆行沙丘等底型序列成功地用于解释沉积层中的水平层理、小型交错层理、平行层理、大型交错层理等.但是,迄今所作的研究基本是对曲流河、分汊河和辫状河的模拟,而对网状河的模拟研究未见一例.究其原因,首先,河流地貌学家和水利学家并未注意到网状河是不同于分汊河的一种特征明显的独立河型,他们往往将它简单地归入分汊河型中[21],因而就不会针对网状河流的特征而设计模拟实验程式.其次,由于网状河道稳定存在所需条件的特殊性也使得对它的模拟更难进行.模拟实验无论在河流规模上还是在其控制因素上都有一定的局限性.相比来说,对现代河流沉积物进行解剖和沉积模式归纳,以及控制因素的综合研究更能揭示其真谛,这直接关系到古河流沉积体系的研No 363.4 王随继等: 河流沉积学研究进展及发展趋势
