基于Google Earth軟件的密西西比河現代三角洲沉積特征解剖

謝啟紅，邵先杰，孫慶宇，接敬濤，張 珉，時培兵，霍夢穎

(1.燕山大學 石油工程系，河北 秦皇島 066004；2.河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454000)

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基于Google Earth軟件的密西西比河
現代三角洲沉積特征解剖

謝啟紅1，邵先杰1，孫慶宇2，接敬濤1，張 珉1，時培兵1，霍夢穎1

(1.燕山大學 石油工程系，河北 秦皇島 066004；2.河南理工大學 能源科學與工程學院，河南 焦作 454000)

摘要：以密西西比河三角洲為例，應用Google Earth軟件等信息技術將密西西比河三角洲解析數字化，提取三角洲的地貌、海拔深度值等參數，結合地質沉積背景及測井曲線資料，詳細解剖三角洲各沉積亞相及微相單元特征。研究發現密西西比河三角洲各沉積微相及亞相均比較發育，橫向與縱向上連續性較好；密西西比河三角洲是典型的鳥足狀三角洲，受河流主控因素影響，三角洲前緣發育特有的支流間灣沉積，河口沙壩發育數量多，席狀沙在河口沙壩前端呈舌狀凸起。

關鍵詞：密西西比河三角洲；沉積特征；鳥足狀三角洲；河流作用；Google Earth

密西西比河三角洲是由美國西部落基山脈的密西西比河攜帶的大量碎屑物，在路易斯安那州南部的墨西哥灣入海口處堆積形成的泥沙等綜合沉積體。密西西比河流域是典型的高落差、強能量、多物源的流系。三角洲沉積體系含有豐富的有機物，砂體孔滲性發育，是良好的油氣儲集區，已被大量的油氣勘探成果所證實[1]。因此，準確的掌握其沉積特征及沉積模式對于尋找油氣資源具有重要的指導意義。目前，針對不同三角洲的沉積模式及沉積特征研究成果已經很多[2-5]，但由于缺乏真實的水下沙體海拔深度、坡降等資料，導致水下沙體的平面展布研究準確性較差。隨著遙感衛星技術的發展，衛星圖像資料在研究中得以應用，并發揮了重要作用[6-7]。前人對密西西比河三角洲的河口邊緣的動力沉積過程及有關生態恢復建設進行了大量的研究[8-10]，但是針對密西西比河現代三角洲沉積特征、相帶具體劃分和沙體分布方面的研究相對較少，本文將對此進行完善與豐富。

1 區域背景概況

密西西比河三角洲位于美國路易斯安那州南部，屬亞熱帶濕潤地區，氣候溫和，雨量充沛。冬季平均氣溫13℃；夏季平均氣溫為28℃，降雨主要來源于墨西哥灣和太平洋的濕氣，冬季月平均降雨量在127 mm，夏季月平均降雨量為152 mm。密西西比河汛期為4～5月，9～10月為枯水期，河流徑流量介于2 830～57 900 m3/s。河口屬典型的弱潮河口，平均潮差為0.3～0.75 m，流速為0.1～0.15 m/s。因此，河流作用在河口發育中中起主導作用[11]。密西西比河年均徑流量為5 800×108m3，年均輸沙量4.95×108t，且主要在三角洲前端的西部分支河道注入海灣[12]。

密西西比河三角洲形成于新生代第四紀晚期，在全新世沉積速率最大，超過了3.0 cm/y[11]。密西西比河三角洲的形成經歷了多期的疊置沉積，根據大量鉆孔巖心資料[8]研究表明，密西西比河在過去的6 000年中形成了16個不同的三角洲瓣，其中，每一個三角洲瓣都包含了一個完成的三角洲沉積相。密西西比河現代三角洲的沉積速率平均值為0.24 cm/y[13]。三角洲在平面上展布呈鳥足狀(圖1)，水上三角洲面積為2.6×104km2。三角洲平原分流河道密布，約250多條支流，形成巨大的不對稱樹枝狀水系，其中最主要的支流有俄亥俄河、密蘇里河、阿肯色河等。三角洲地勢低平，海拔高度為-3～2 m，大部分人口集中于狹窄的土脊高地。近百年以來，密西西比河曾發生了37次重大洪災[12]，導致河堤兩岸多沼澤濕地，洼地分布。

2 沉積特征

三角洲總的沉積面貌和各亞相沙體特征主要取決于河流和海洋水體各種動能的相對差異程度[14-15]。筆者通過采用Google- Earth信息技術對密西西比河三角洲進行了海拔深度數字化取點分析，通過數據整理，作出了密西西比河三角洲的海拔深度等值線圖(圖2)，并結合對現代沉積調查資料的分析，將其歸類為鳥足狀三角洲[1]。又根據沉積特征與沙體分布，將三角洲劃分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲三個亞相，并作出了其沉積微相圖(圖3)。

2.1 三角洲平原

三角洲平原是三角洲的水上部分，地勢低平，分布在海拔深度值0～10 m之間，平均坡降為0.000 1，整個平原地區平均海拔高程(相對于平均海平面)為1 m。三角洲平原縱向長度(垂直于海岸線方向)為120 km，其中，伸出海面的鳥足狀三角洲縱向長度為70 km，橫向長度為28 km。三角洲平原沉積微相主要發育平原分流河道、分流間、瀉湖和決口扇。

(1)平原分流河道

以密西西比河為干流的平原分流河道十分發育，約250多條支流，其中最主要的支流有俄亥俄河、密蘇里河、阿肯色河等，在三角洲平原上構成了不對稱樹枝狀體系(圖1)。以伸出海面的局部三角洲平原分流河道為例(圖3)，河道可劃分為兩級：一級為主河道，有1條；二級河道4條。分支河道在三角洲前端表現為“足指頭”形狀，平均縱向距離20 km，其中，西部分支最長可達25 km，河寬均70 m；而東部前端較短，只有18 km，河寬均40 m。河道平均水深為0 m，流速3～15 m/s。

三角洲平原地區屬亞熱帶濕潤氣候，降雨量豐富，平均年降雨量在1 200 mm以上，河口平均年徑流量為5 800×108m3，年均輸沙量4.95×108t。河流沉積主要以細沙為主，沙粒由于河流長期搬運作用，磨圓度較好。

(2)分流間

分流間主要是由于季節性降雨或者洪水形成的泛濫沉積，分布面積廣。沉積物主要以泥質為主，含少量粉沙沉積。

(3)瀉湖

瀉湖分布于平原分流河道之間的洼地(圖3)，主要是由于前期分流河道廢棄遺留下來的河口壩等造成遮擋條件而形成的。瀉湖長21 km，寬10 km，水深2～5 m，以泥質沉積為主，含少量粉沙及生物碎屑。由于河流的改道、消亡等原因，導致瀉湖沉積容易發生間斷，沉積厚度很薄。

(4)決口扇

由于季節性洪水泛濫，導致在河道天然堤低處溢出或天然堤決口，在堤的下坡形成的扇狀堆積物。近百年以來，密西西比河曾發生了37次重大洪災，導致發育了大量決口扇(圖3)，決口扇沉積以泥質粉沙為主，面積最大可達4 km2[16]。

2.2 三角洲前緣

三角洲前緣是處于平均低水位的海平面與平均低水位時期的正常浪基面之間的部分。本文將其劃分在海拔深度等值線標注的-40～0 m之間。該地區海洋作用較弱，沉積水體環境穩定，沙灘廣布，三角洲前緣縱向寬度最大20 km(西部前緣)。三角洲前緣沉積微相主要發育水下分流河道、支流間灣沉積、河口沙壩和席狀沙。

(1)水下分流河道

水下分流河道是平原分流河道在水下的延續，在等值線圖上表現為向陸地海拔高值微凸起。由于河流水動力很強，導致水下分流河道發育，延伸距離可達15 km。沉積水體環境穩定，碎屑沉積物經過長距離搬運后堆積，以細沙沉積為主，分選性好，磨圓度高，厚度大。

(2)支流間灣沉積

支流間灣沉積是鳥足狀三角洲特有的一種沉積微相[17]，發育在水下分流河道之間。由于河流作用很強，導致分支河道和河口沙壩向前推進速度很快，沉積物還未等到海洋波浪、沿岸流的搬運作用，就被水下分流河道沖到了兩側，在分支河道之間形成支流間灣沉積。以泥質沉積為主，含少量粉沙和生物碎屑沉積，發育水平層理。

(3)河口沙壩

河口沙壩主要分布在海拔深度值-5～0 m之間，在海拔深度等值線上表現為向深海低值凸起，沿垂直海岸線方向呈紡錘體狀分布(圖3)。由于河流作用較強，攜帶的大量泥沙沉積物在三角洲前緣堆積，導致河口沙壩十分發育。其中，河口壩縱向長度介于1.5～4 km，橫向長度在0.5～2 km。以細粉沙沉積為主，分選性好，磨圓度高。由于多期疊置沉積，導致厚度大。

(4)席狀沙

席狀沙分布在河口沙壩的前端，無明顯河流作用，是海洋作用(波浪、沿岸流)下將部分河口沙壩的沙沿海搬運沉積形成的。海拔深度等值線為-20～-10 m，其縱向長度可達0.7 km，以粉沙沉積為主。研究發現席狀沙在河口沙壩前緣呈舌狀凸起，而非條帶狀或席狀。

2.3 前三角洲

以海拔深度值在-40～20 m之間區域作為前三角洲，以暗色泥巖沉積為主。由于河流作用相對于海洋作用較強，攜帶的大量泥沙在前緣沉積，形成的前三角洲泥分布范圍較廣，厚度較大。

3 結果分析

根據三角洲測井曲線資料[1]分析，可以看出密西西比河三角洲沉積相發育完整，無明顯地層缺失，從上往下依次發育三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲。

三角洲平原微相以平原分流河道、分流間、決口扇為主。分流河道巖性以細沙為主，厚度100 m；分流間以灰色泥巖為主，富含生物碎屑沉積，經多期疊置沉積總厚度可達100 m；決口扇以粉沙沉積為主，含少量泥質，厚度20 m。三角洲前緣微相發育水下分流河道、支流間灣沉積、河口沙壩和席狀沙。水下分流河道沉積以細沙為主，厚度120 m；支流間灣沉積以泥質為主，含少量粉沙，厚度20 m；河口砂壩以粉細沙沉積為主，厚度85 m；席狀沙以粉沙為主，厚度較薄，10 m左右。前三角洲以暗色泥質沉積為主，厚度60 m。

根據Google earth軟件沿陸上“平流分流河道—水下分流河道—河口壩—席狀沙—前三角洲”作剖面(圖4)。看出該三角洲沉積相橫向與縱向上有很好的連續性：三角洲平原分流河道的海拔深度0 m，垂直海岸線延伸長約1.6 km；到三角洲前緣處坡降突然增大，坡降0.02，主要為水下分流河道和支流間灣沉積；垂直海岸線再延伸長度大約1 km，在水下分流河道前端出現一個正地貌與周邊高差4 m，為河口沙壩；沙壩前端坡降增大，達到了0.03，延伸長度約0.7 km，主要為三角洲前緣席狀沙沉積；向前地勢變緩，坡降0.002，為前三角洲環境，在水深40 m處進入濱淺海沉積環境。

本文依據海拔深度等值線結合沙體特征來劃分了沉積亞相及微相單元，準確的還原了水下沙體展布特征，再結合測井曲線分析，大大提高了三角洲沉積相研究的精確度，為同類型的沉積體系研究提供了借鑒與參考。

4 結論

1)利用Google Earth軟件作出的海拔深度等值線圖，結合地質沉積背景和測井曲線，準確還原了水下沙體展布特征，大大提高了三角洲沉積相研究的精確度，為三角洲沉積體系的研究提供了一種新方法。

2)密西西比河三角洲沉積相存在明顯的三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲三層結構，橫向與縱向上連續性較好，三角洲各亞相均比較發育。

3)密西西比河三角洲是典型的鳥足狀三角洲，受河流主控因素影響，三角洲前緣發育特有的支流間灣沉積，河口沙壩發育數量多，席狀沙在河口沙壩前端呈舌狀凸起。

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(責任編輯王利君)

Anatomy of sedimentary characteristics on the Mississippi River modern delta based on the Google Earth software

XIE Qi-hong1，SHAO Xian-jie1，SUN Qing-yu2，JIE Jing-tao1，ZHANG Min1，SHI Pei-bing1，HUO Meng-ying1

(1.Department of Petroleum Engineering，Yanshan University，Hebei Qinhuangdao 066004，China；2.Department of Energy and Engineering，He’nan Polytechnic University，He’nan Jiaozuo 454000，China)

Abstract：As the Mississippi River Delta for example, the author with the help of Google Earth software, put the delta into digital for analysis, and got some parameters such as depth and geomorphology. Combining with the geological sedimentary background and well logging curve, the author analyzed the characteristics of sedimentary subfacies and microfacies units of the delta. The study found that the sedimentary microfacies and subfacies of the Mississippi River delta both developed well, the continuity in transverse and longitudinal was better. The Mississippi River delta is a typical bird foot delta, which mainly influenced by fluvial factor. The deposits between tributary bay only developed on a large scale in the delta front of the bird foot delta, and also developed a lot of mouth bar. The shape of sheet sand in front mouth bar front was ligulate.

Key words：the Mississippi River Delta; sedimentary characteristics; bird foot delta; fluvial factor；Google Earth

中圖分類號：TE121

文獻標識碼：A

文章編號：1673-9469(2016)01-0108-05

doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2016.01.024

作者簡介：謝啟紅(1989-)，男，河南濮陽人，碩士，主要研究方向為油藏描述與油藏工程。

基金項目：國家科技重大專項(2011ZX05038-001)

收稿日期：2015-10-27