Chapter 6冲积扇沉积体系

第六章 冲积扇沉积体系冲积扇（Alluvial fan ）是发育在山谷出口处、主要由暂时性洪水水流的冲刷作用形成、范围局限、形状近似于圆锥状的山麓粗碎屑堆积物。

它由山谷口向盆地方向呈放射状散开，其平面形态呈锥形、朵状或扇形（图6－1a ）；发育在那些地势起伏较大而且沉积物补给丰富的地区。

通常是许多冲积扇彼此相连和重叠，形成沿山麓分布的带状或裙边状的冲积扇群（图6－1b ）。

在我国地貌学和第四纪地质学界又将冲积扇习称为洪积扇，它有别于堆积在一些冲沟口的冲积锥。

后者是由降落在山坡上的雨水或融雪水所形成的片状水流，将山坡上冲刷下来的坡积物快速堆积在冲沟口而形成的一种小型沉积体。

冲积锥也可呈扇状（或锥状），但规模小，分布零散，多与抬升的剥蚀区相联系。

在地质时期，随着地壳上升和剥蚀区扩大，冲积锥保存下来的很少。

冲积扇是一种水道化的水流沉积，但从其发育的特定地质地理位置、典型的扇状外形和内部结构来看，与典型的河流相或冲积平原存在着明显的差异。

此外，冲积扇也不同于扇三角洲（Fandelta ），前者完全发育在地表，是一种纯陆上沉积体，而后者是由于冲积扇直接沉积到一个相对稳定、独立的水体（湖或海）后，遭受湖泊或海洋作用改造而成的一种陆上与水下过渡类型的沉积体系。

扇三角洲沉积相在我国东部的中、新生代陆相断陷盆地中极为发育，常构成重要a b 图6－1 冲积扇与扇群的地貌特征的油气储集层。

第一节 冲积扇的基本特征、分类及其形态一、基本特征冲积扇的形成要求有充足的陆源碎屑供应和从山区向盆地过渡的高差悬殊的地形突变。

被峡谷所限的山区河流携带着从源区剥蚀的大量碎屑物质，一旦冲出谷口，因地势突然展开，坡降减缓，河道加宽变浅，流速降低，搬运能力骤然减弱，大量底负载迅速堆积下来，从而在谷口外形成一个以谷口为顶点向外辐射散开的扇状沉积体，即冲积扇。

因而，在干旱半干旱气候区，植被不发育，物理风化强烈，降雨量虽少但多为暴雨，洪水短暂而猛烈，并可提供大量的近源碎屑物质；山口外开阔而平缓的地形是接受沉积的有利场所，这为形成冲积扇提供了必要的先决条件。

上升的隆起区或山区与盆地之间往往有同生断层发育，当断层持续活动时，可以发育很厚的冲积扇，形成其独特的沉积层序。

因而，在山区向内陆盆地或平原过渡的地形转变带多有冲积扇发育。

冲积扇的面积变化较大，其半径可从小于100m 到大于150km 以上，但通常它们平均小于10km 。

其沉积物的厚度变化范围可以从几米到8000m 左右。

冲积扇沉积为陆上沉积体系中最粗、分选最差的近源沉积，通常向下倾方向并入细粒、低坡度的河流体系。

然而，有些冲积扇可以直接进入湖或海盆水体形成水下扇或扇三角洲沉积体。

现代冲积扇广泛分布于世界各地的干旱与半干旱地区，例如我国西北地区沿祁连山一阿尔金山一昆仑山北麓地带发育有一系列冲积扇，它们相互叠接延绵长达数千公里，极为壮观。

由于干旱气候区缺少植被，岩层易遭受风化，所以，干旱—半干旱气候区有利于冲积扇的发育。

在潮湿或半潮湿气候区，雨量充沛，植被发育，但是如有合适的地质构造和地形条件及充分的物质供应，也可形成规模巨大的冲积扇。

例如地处喜马拉雅山南麓热带潮湿气候区的柯西河，由于水量充足，坡降大、水流急，侧向摆动迅速，仅在近两个多世纪以来，从东向西侧移170km ，从而形成著名的柯西河冲积扇（图6－2）。

二、冲积扇的分类综上所述，根据气候状况，可以区分出两类冲积扇，发育于干旱半干旱气候区的冲积扇称作旱地扇（Arid alluvial fan ）；在潮湿亚潮湿气候区的冲积扇可称作湿地扇（Wet alluvial fan or Humid alluvial fan ）。

通常简称旱扇和湿扇。

图6－2 喜马拉雅山南麓柯西河冲积扇 （据Gole 和Chitale ，1966） 这一巨大的湿地扇主要是河床在230年期间由东向西迁移所造成的旱地扇与湿地扇的共同特点是其平面形态均呈扇状或朵状体，从山口向内陆盆地或冲积平原辐射散开。

扇面的坡度、沉积层厚度及沉积粒度变化从山口向边缘逐渐变缓、变薄及变细。

在山口地区地势最高称作扇顶（或称扇根、上扇）与内陆盆地或冲积平原过渡的边缘地带称作扇端（或称扇缘、下扇），中部称作扇中（中扇）。

而且通过对报道的全球冲积扇的初步统计来看80%为旱扇。

1、旱扇其主要特征是通常发育有一个主体水道（辫状河），扇形的边界十分清楚（图6－3，表6－1）。

粗碎屑沉积物向扇的末端很快变细，厚度也急速变薄。

粒级变化可从砾石级至泥质。

在扇的源端多为混杂砾岩及迭瓦状砾岩层沉积，以间歇性水流的冲积及泥石流（碎屑流）的沉积作用为特征。

在扇的中部发育砂质及砾质河流的冲积作用沉积，在扇的末端部位则主要为粉砂质及泥质岩沉积物，以片流或漫流作用为主。

常见由红色粗碎屑剖面组成反旋回沉积层序，厚度可达数百至数千米。

2、湿扇（辫状平原）湿扇常发育在常年有流水的潮湿地区，沉积物扇形体不清晰（图6－3），多由砾岩辫状河组成辫状平原，地形平缓，以相互叠加的砾岩辫状河型式为多见；其特点是河道多、切割浅、不固定。

沉积体向盆地平原延伸较长，以缺少泥石流（碎屑流）沉积区别于干扇。

在中部及端部组成由粗向上变细的层序组合，即由砾岩—砂岩—泥岩的沉积剖面，并夹有原地植被形成的炭质层或煤层。

正如Steel （1976）所指出的那样，汇水盆地的大小和地形强烈地影响着径流的分布。

所以，由大流域补给的冲积扇体系显出湿扇的特点，即使在相对低降水量地区也是如此。

同样，在降水丰沛、但流域较小的地区，冲积扇可能显示出旱扇所特有的特征。

图6－3 旱扇与湿扇的平面特点（据R ．G ．Walker ，1984） 三、控制扇体几何形态的因素由于冲积扇的平面形态与横向形态较为稳定，即平面呈朵状或扇形、横向剖面呈底平顶凸的透镜状或丘状。

因而，此处主要是指其在纵向上的剖面形态，它受控于盆地边缘的构造背景，最粗最厚的沉积常常紧邻盆地边缘的断裂体系。

然而，向扇中、甚至扇端增厚的现象并非罕见。

1、盆地边缘断裂的控制W ．B ．Bull （1972）和Ａ．Ｐ．Heward （1978）都从不同角度对此进行了详细的研究，布尔主要是讨论单一扇体在纵向剖面上的形态特征；而Heward 则是重点研究边缘断层性质对冲积扇的控制及其所形成的纵向形体，并识别出了盆地边缘三种不同的断裂结构，它们控制了充填盆地的冲积扇体系的几何形态和范围。

表6－1 旱扇与湿扇的地质特征对比①持续活动断裂：主要与走向滑动带有关，它导致沿相对窄的地带出现巨厚的加积（图6－4A ）。

②有限后退断裂：在地堑或半地堑中，这类断裂常产生中等厚度的冲积扇体系（图6－4B ）。

连续的抬升和下切可能产生碎屑型的“倒转地层”。

③多次后退断裂：可产生阶梯状广泛分布、厚度不规则的冲积扇砾岩（图6－4C ）。

图6－4 盆地边缘不同类型断裂所造成冲积扇横剖面几何形态的差异（据A ．P ．Heward ，1979a ）旱地扇与湿地扇的发育受地质构造控制极为明显，在强烈差异升降的活动性断裂带的断陷盆地边缘，往往有分布广泛和厚度巨大的冲积扇分布(图6—5)。

我国中、新生代内陆盆地广为发育，这些盆地多受燕山期断裂构造控制而成断陷盆地及箕状盆地或掀斜盆地，在临近断裂带一侧几乎都有大小规模不等的冲积扇沉积体发育。

断裂带活动性越强，两侧地块升降差异幅度越大，地质经历越长，以及盆地范围越大，所形成的冲积扇规模也就越大，其几何形态也越多样，内部构造及层序结构也越复杂。

1、圣诞树状它主要由于同一地点持续的断裂活动所造成，多期冲积扇在垂向上进行叠加而产生的巨厚加积，由于盆地的不断下降、冲积扇的持续叠加，物源供给逐渐减小，因而形成了形似树状的叠加楔状体（图6－4A）。

2、透镜体状其形态特征是向着扇中和扇端厚度逐渐减薄，并且扇体的底部为下凹形，这主要是由地堑半地堑中有限后退断裂所产生。

它反映了冲积扇形成时山脉的不断连续抬升，其山前不仅因接受了大量的沉积物，厚度较大，而且紧靠山前地区也同时遭受侵蚀，致使扇根部位的沉积变薄而形成下凹的透镜状沉积体。

3、叠瓦状由于扇根部位山脉的连续抬升和扇根的下切，即多次后退断裂而形成台阶式地形，因而形成了分布广泛、厚度不规则的叠状冲积扇体。

随着后退断裂作用的进行，最近端相变得越来越年轻。

2、流域面积与物源的影响冲积扇的形态和规模大小除受构造因素控制外，还受到下列几种因素的影响，其中包括流域面积、补给水系所携带沉积物的数量粒级，源区母岩的成分和地形以及气候条件等。

①流域面积较大的冲积扇，通常比较小源区的同样物质所形成的扇具有较低的坡度；②当碎屑的粒级和流体中沉积物的浓度增加时，冲积扇的坡度较陡；③在高降水量地区，冲积扇的坡度较缓，而在干旱地区则较陡，这可能是由于在干旱区泥石流沉积比河流沉积更为发育所致；④如果冲积扇所流经的地区为页岩或泥质母岩等细粒物质，则其面积和坡度就比流域为砂岩或结晶岩等较粗粒沉积岩的冲积扇要大和陡。

四、冲积扇的面积与流域盆地之间的关系冲积扇面积的确定对预测矿产的分布范围十分重要，现代冲积扇的研究表明：其面积主要受汇水盆地的规模的控制，对半干旱地区的扇来说，冲积扇的面积（Af）与流域盆地面积（Ad）一般遵循下列关系：Af=c×Ad n其中c和n为经验数值，n通常在0.8～1.0之间，而c在0.15～2.10之间，二者均与物源区的岩性、构造活动性及气候有关。

如：母岩为泥质岩者，其c值是砂岩的两倍，即，前者所形成的冲积扇面积为后者的两倍左右。

换句话说，母岩岩性的稳定性越好，即越不易剥蚀，c值越小；相反稳定性越差，c 值越大。

不同规模冲积扇的表面从扇根到扇端边缘的高差通常较为悬殊，大型活动性冲积扇的高差可达几百米，这意味着在近端地区有巨厚的沉积物。

如果边界断层继续下沉，高差会更大。

然而，大多数冲积扇在辐射剖面上，具有一个中部下凹的轮廓。

较大的冲积扇坡度往往较缓，但由泥岩为主的流域盆地所形成的冲积扇中有35%～75%其坡度比大小近似而以砂岩为主的冲积扇要陡许多，这是就泥流（Mud flow）扇体不同于冲积扇的特征之一。

而泥流不同于泥石流，它是一个特殊的沉积体，通常也可在盆缘大断裂的下降盘形成扇体，或者说是泥石流的一个变种。

其沉积形态的变化范围也可以从薄而广的席状到具有明显边缘的厚层朵状体或扇体（图6－5）；主要由细粒与泥质组成，其粘度通常很高。

其形成的条件主要是：①气候潮湿，或形成于水下；②泥质物供给量大，并缺少砂、砾的供给；③坡度陡（通常大于正常冲积扇）；④物源区以塑性岩体为主。

综上所述，控制冲积扇地质特征的因素主要为三个方面：①构造活动；②气候条件；③物源供给量及岩性。

构造活动主要控制着扇体的形态、沉积规模、沉积速率及垂向层序特征；而气候条件则主要控制着冲积扇的类型、沉积物的结构及分布；物源性质决定着扇体内部的组成及范围等。