河口灣潮坪潮汐水道發育特征及地質意義
——以錢塘江為例

郭芪恒，史書婷，金振奎，李陽，王金藝，任奕霖，王凌

1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，西安 710018

2.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院，西安 710018

3.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249

4.中石化石油物探技術研究院，南京 211100

0 引言

近年來，國內外相繼在古河口灣環境中發現了大規模的商業油氣聚集，證實了河口灣具有良好的油氣生成及聚集條件，潮汐水道及潮汐砂壩是最有利的儲集體[1-4]。河口灣沉積特征及巖相受到波浪、潮汐及河流三種水動力的控制，主要發育在特定的海侵時期，特殊的沉積條件導致古河口灣相的野外露頭極為有限[5-8]。目前對古河口灣的識別主要依據其巖相配置關系、不同鹽度生物化石遺跡、沉積構造及古水流方向等標志，但受復雜水動力的影響及缺乏精細露頭剖面的解剖，地質時期古河口灣的識別依然困難[5,7-9]。

“將今論古”是研究不同沉積環境沉積特征的重要手段。前人通過現代沉積考察，在三角洲、河流及沖積扇等方面不斷取得新的發現，這些研究成果對油氣勘探具有重要的指導意義[10-12]。錢塘江是世界上著名的強潮型河口灣，以錢塘江河口灣為例，前人對河口灣的砂壩發育特征[8,13]、涌潮沉積作用與特征[14-15]、河口灣演變[16]、河口灣下切谷沉積序列[17]等方面做了大量的研究，但目前還沒有河口灣潮坪環境中潮汐水道發育特征的相關研究。筆者通過野外調查發現，潮坪環境中的潮道特有的發育模式及伴生的沉積構造是識別河口灣的一種重要的標志。本文以錢塘江現代河口灣為例，通過野外實地觀察、衛星地圖影像，對錢塘江潮坪環境潮汐水道的發育特征及特殊構造進行研究。并結合衛星歷史地圖影相，對潮道的演化及控制因素進行了分析，為進一步完善古河口灣沉積相識別標志提供參考。

1 區域地質概況

錢塘江河口灣是世界上著名的強潮型河口灣，平面上呈典型的喇叭狀[18]，基本呈東西走向，海灣水域面積為4 800 km2[18]（圖1）。記錄表明[8]，錢塘江為典型的半日潮，平均潮差4.29 m。從灣口至乍浦，灣底平坦，略有上凸。從乍浦至七堡一帶，灣底坡度向上游不斷抬升，此后坡度又向上游降低，至閘口附近與落水槽相接，形成一個巨大的沙坎[18]。錢塘江河口的動力條件基本特征是流域水清沙少，而海域水濁沙豐，因此河口灣內的沉積物主要來源于東南方向潮流攜帶的長江入海的泥沙[19]，潮汐影響的水位變化可達到蘆茨埠。根據錢塘江河口灣的水動力和沉積物特征，可將該河口灣分為三段：1）正常河流段：河口灣上段，從蘆茨阜到閘口，河流起主導作用，沉積物主要為砂礫層；2）河口灣漏斗段：閘口與乍浦之間，河流與潮交互作用，沖淤和再沉積現象強烈，形成巨大的以粉砂為主的砂坎；3）河口灣口門段：由乍浦向外，江闊水深，屬口外沉積，習稱杭州灣，潮流占主導作用，河流作用微弱，泥質粉砂為主。杭州灣灣口寬度約100 km，向灣內逐漸縮窄，至澉浦寬度不足20 km，受河口灣寬度縮小的影響，潮差由灣口向灣內迅速增加，至澉浦達到最大值5.5 m[15]。澉浦附近漲潮平均流速4 m/s，在尖山至鹽官河段達到最大，達5 m/s以上；往上游流速逐漸減小，七堡最大流速降至2.5 m/s[20]。錢塘江河口灣演化的總特征是北沖南淤，即北岸以侵蝕作用為主，南岸以淤積作用為主，這主要與灣內漲潮流偏北，落潮流偏南密切相關[21]。退潮流相比漲潮流弱的多，漲潮流攜帶的粗粒沉積物普遍在北岸沉積，而退潮流攜帶的細粒沉積物普遍在南岸沉積，因此在河口灣的南翼由于退潮而形成了廣泛的潮間帶泥灘[13]。本次主要觀察點為四個，其中南岸的P1和北岸的P2觀察點主要為砂坪，北岸的P3和南岸的P4觀察點主要為泥坪（圖1）。

圖1 現代錢塘江河口灣沉積模式圖（據文獻[13,17]修改）Fig.1 Sedimentary facies model of present-day estuary of Qiangtang River (modified from references[13,17])

2 潮道發育特征

受漲潮流和落潮流方向的影響，錢塘江河口灣兩岸表現為北沖南淤的地質特征（圖1）。北岸的金山衛至澉浦一帶以侵蝕作用為主，在澉浦之后的尖山受河口灣地形的影響沉積了中粗粒的砂質沉積物，潮間帶砂坪極為發育。南岸主要受控于退潮流的影響，潮間帶主體以泥質沉積物為主，潮間帶泥坪極為發育。實地考察結合衛星觀測發現潮間泥坪和砂坪潮道的發育特征及規模存在較大差異。

2.1 泥坪潮道發育特征

本文的泥坪指的是平均低潮面與平均高潮面之間廣泛受到潮汐作用影響的低能潮間帶環境。受潮汐作用的影響，南岸的潮間泥坪潮汐水道廣泛發育，主要以粉砂質泥沉積為主。

2.1.1 橫截面類型特征

泥坪潮道的橫截面主要有兩種：1）陡深的“V”字型（圖2a～e）；2）緩淺的透鏡狀（圖2f，g）。不同橫截面泥坪潮道的形成主要受控于沉積物粒度的控制?！癡”字型的潮道發育的泥坪沉積物主要為粉砂質泥（圖2c，e），潮道以深切作用為主（圖2a，b，d）；透鏡狀潮道發育的泥坪主要沉積物為泥，潮道雖然以深切作用為主，但由于未固結泥質沉積物相比粉砂質泥軟，流動性強，雖然侵蝕初期以“V”字型潮道為主，后期潮道兩岸的軟泥向潮道流動填充，形成了寬緩淺的透鏡狀潮道（圖2f，g）。在“V”字型的潮道兩側，由于泥坪上面的水向潮道匯聚，在潮道兩側形成了大小不一的沖刷痕（圖2a，b）。

圖2 錢塘江河口灣泥坪潮道的特征（a，b）泥坪中的“V”字型潮汐水道；（c）泥坪中的粉砂質泥，水平層理發育；（d）粉砂質泥坪“V”字型潮道；（e）中的淺鉆巖心來自于d中潮道，主要為粉砂質泥；（f，g）透鏡狀寬緩淺的泥坪潮道，主要為泥質，粉砂含量極少Fig.2 Characteristics of tidal channel in mudflat, Qiantang Estuary

2.1.2 平面形態特征

泥坪相對較軟，容易下陷，平面上只能在潮間帶的上部進行觀測。因此，本次主要借助衛星地圖對泥坪潮道的平面形態進行觀察。觀察顯示，一個完整的泥坪潮汐水道可以分為A、B、C三段（圖3）：1）A段為下部曲折段，也是泥坪潮道的開始，以高彎曲度的蛇形潮道為主；2）B 段為中部平直段，泥坪潮道相對比較平直，沒有大的彎曲，主河道的兩側發育近對稱分布的小型潮道，使得中部B 段泥坪潮道呈現羽狀形態；3）C 段為頂部分叉段，該段泥坪潮道由一條主潮道開始分叉為多個分支潮道，呈現樹枝狀形態，越往上潮道的分支越多，規模也越來越小，在潮間帶的頂部逐漸消失。

因此，在平面上，潮間泥坪下部主要以A型蛇曲狀潮道為主，中部主要發育B型羽狀潮道，頂部主要發育C型樹枝分叉狀潮道（圖3）。

圖3 錢塘江河口灣泥坪潮道平面組合形態（2019 年7 月衛星歷史影像照片）Fig.3 Combination pattern of mudflat tidal channel, Qiantang Estuary (photographs of satellite historical images, July 2019)

2.2 砂坪潮道發育特征

本文的砂坪主要指平均低潮面至平均高潮面之間的以粉細砂巖沉積為主的砂質潮坪。錢塘江河口灣北岸尖山附近的砂坪P2 規模最大（圖1），砂坪中的潮道發育最為典型。砂坪沉積物較粗，不易下陷，利于野外觀察。

2.2.1 橫截面類型特征

砂坪潮道的橫截面主要有兩種形態：1）窄陡的“U”型潮道（圖4a，b）；2）寬緩的階梯狀潮道（圖4c，d）?！癠”型潮道有兩種類型，一種是潮道開始發育，延伸較短的初期，形成了兩側斷崖式、底面平坦的窄深的潮道；一種是潮道發育末期形成了兩側斷崖式分布窄淺的潮道。觀察發現“U”潮道發育的規模相比階梯狀的潮道較小，造成這種現象的原因主要與階梯狀潮道的成因密切相關。潮間帶的潮汐水道以侵蝕下切作用為主，階梯狀寬緩的砂坪潮道是初期形成的淺窄的“U”型潮道不斷侵蝕下切擴大的結果，后期的差異沖刷形成了階梯式的潮道形態（圖4d）。

圖4 錢塘江河口灣砂坪潮道特征（a，b）“U”型砂坪潮道；（c，d）階梯狀砂坪潮道Fig.4 Characteristics of tidal channel in sand flat, Qiantang Estuary

2.2.2 平面形態特征

通過衛星地圖結合實地砂坪考察，一個完整的砂坪潮道可分為A'和B'兩段（圖5）：1）A'主要發育一條主潮道，受發育規模的控制有兩種形態，規模較大的潮道相對比較寬直（圖5a），規模較小的潮道相對比較窄彎，呈蛇形分布，類似于泥坪潮道的A 段（圖5b）；2）B'砂坪潮道主要呈現樹枝狀形態，類似于泥坪潮道的C 段，由A'寬直的潮道分叉為多個小型的分支潮道，向潮間帶的上部逐漸尖滅。

圖5 錢塘江河口灣砂坪潮道平面組合特征（a）低海平面時期大規模完整的砂坪潮道組合特征，P2點位，據2010年9月衛星照片；（b）小型砂坪潮道平面組合，與（a）相比首段彎曲，P1點位，據2014年4月衛星照片Fig.5 Combination pattern of sand flat tidal channel, Qiantang Estuary

2.3 典型潮道演化

對典型泥坪潮道的解剖結果顯示，低海平面泥坪潮道A、B、C 序列發育完整（圖6a），隨著海平面相對升高，泥坪潮道A段最先受到侵蝕，泥坪陡坎向陸地方向遷移（圖6b），海平面進一步升高，B段開始被侵蝕，只剩下了C 段（圖6c）。因此相對海平面升高潮流侵蝕夷平作用增強，對潮道的發育和保存不利。對典型砂坪潮道而言，低海平面有利于潮道的發育，高海平面不利于潮道的發育，砂坪潮道繼承性侵蝕比泥坪潮道差，因此隨海平面變化規律不明顯（圖6d，e）。

圖6 錢塘江典型潮道演化特征（a）2019年7月衛星照片，典型泥坪潮道演化規律，P4點位附近；（b）2019年8月衛星照片，典型泥坪潮道演化規律，P4點位附近；（c）2020年2月衛星照片，典型泥坪潮道演化規律，P4點位附近；（d）2010年8月衛星照片，典型砂坪潮道演化規律，P2點位附近；（e）2014年五月衛星照片，典型砂坪潮道演化規律型砂坪潮道演化規律，P2點位附近Fig.6 Evolution characteristics of typical tidal channel in Qiantang Estuary

3 潮道特殊沉積構造

與潮道相伴生的特殊構造極為典型，主要有炭屑層、包卷層理、液化流痕、垮塌構造、波痕等構造。

3.1 炭屑層

炭屑層在發育潮道的砂坪中廣泛發育，厚度在0.1～2 cm 之間，與泥質粉砂巖互層出現，由砂坪的底部向頂部炭屑層的厚度逐漸增加（圖7a）。差異壓實導致粉砂質泥巖和炭屑夾層呈現火焰狀的形態（圖7b）。觀察發現，炭屑層主要發育在有潮汐水道發育的砂坪頂部，而在砂坪的底部，不發育潮汐水道的地形平坦的潮間帶下部的細粉砂巖中，炭屑層不發育。

3.2 包卷層理

包卷層理在潮汐水道發育的砂坪陡坎中極為常見。主要發育在砂坪陡坎的頂部，平均高度在10 cm左右，包卷層理的內部常見1 mm左右的植物碎屑層（圖7c）。本區的包卷層理成因主要受控于陡坎頂部邊緣差異侵蝕形成的波狀地形，地形下凹的部位為包卷層理的形成奠定了基礎（圖7d）。

3.3 液化流痕

液化流痕在砂坪潮道的兩側及砂坪陡坎處普遍發育，是在潮水大面積退出砂坪后，液化的高密度的水和砂懸液混合體沿著砂坪陡坎和潮道兩側高陡的侵蝕面流動，密集的近平行的液化流痕披覆在巖石斷面上（圖7e）。

3.4 垮塌構造

垮塌構造主要發育在砂坪陡坎及砂坪潮道兩側，主要受控于地形的影響及潮汐水流的沖擊，也是潮道寬度不斷增加的主要因素（圖7f）。

圖7 錢塘江潮坪潮道伴生的特殊沉積構造（a）砂坪中的泥質粉砂巖與炭屑富集層薄互層；（b）砂坪陡坎差異壓實形成的火焰狀形態；（c）砂坪中的包卷層理；（d）砂坪陡坎處的波狀起伏地形，是本區包卷層理形成的地形基礎；（e）砂坪中的液化流痕；（f）砂坪潮道邊緣的垮塌構造Fig.7 Special sedimentary structure associated with the tidal channel in tidal flat, Qiantang Estuary

3.5 波痕

波痕在砂坪中發育明顯，受不同方向潮流的影響各種干涉波痕也十分發育。在較寬的砂坪潮道相對平坦的階梯面上波痕發育明顯，而在潮道的底面沒有波痕（圖4）。

除了以上5種特殊的沉積構造，在潮道發育的泥坪表面還可以見到水平蟲跡及植物根系，本文不做詳細論述。

4 潮道發育控制因素

4.1 沉積物粒度對潮道形態的影響

沉積物粒度主要影響潮道的形態，以泥質為主的泥坪潮道主要發育“V”型及透鏡狀的潮道；以砂質為主的砂坪潮道主要發育“U”型潮道，階梯狀砂質潮道是原始“U”型潮道不斷深切及橫向侵蝕加寬導致的。受沉積物粒度的影響，砂坪主潮道兩側也不發育對稱的羽狀侵蝕槽。包卷層理、炭屑層、液化流痕及垮塌等特殊構造也主要發育在砂坪潮道中。

4.2 潮間帶坡度對潮道發育的影響

潮坪的坡度主要影響了潮道的深度及規模，高的地形坡度有利于深寬潮道的形成。實地考察顯示高陡坡度形成的陡坎比低緩坡度形成的陡坎要高很多，潮道的深度和規模也更大。

4.3 河口灣形態對潮道發育的影響

河口灣和河流一樣，也是凹岸侵蝕，凸岸堆積。凹岸受到的潮流沖擊較大，以整體的向陸侵蝕夷平作用為主，不發育潮道；潮流及河水攜帶的沉積物普遍在凸岸堆積，因此凸岸擁有更加寬闊的潮間坪，也是潮汐水道普遍發育的地方。

4.4 河口灣海平面高低對潮道發育規模的影響

衛星歷史影像地圖顯示，低海平面有利于潮汐水道的發育，高海平面不利于潮汐水道的發育。無論是砂坪潮道還是泥坪潮道，平均低潮面相對較低時期潮道延伸更長，潮道組合類型發育也更加齊全。隨著海平面逐漸的升高，泥坪潮道下部的A 和砂坪潮道的A'段最先受到潮流的侵蝕，發育潮道的潮間坪陡坎不斷向后遷移，導致潮道逐漸保留了頂部分叉段。因此，河口灣海平面的高低對潮道的演化及形態起到了至關重要的作用，低海平面時期寬闊的潮間坪是大規模潮道發育的基礎。

5 地質意義

河口灣沉積環境有利于油氣的聚集，但河口灣復雜的水動力條件導致識別地質時期的河口灣沉積環境相對比較困難。通過對現代錢塘江河口灣潮間坪潮汐水道的考察，明確了潮間坪的潮汐水道可以成為識別河口灣的重要輔助標志。河口灣潮間坪潮汐水道形態及其伴生構造有利于地質歷史時期古河口灣的識別，也是進一步分析古河口灣演化的重要標志。河口灣兩側凸岸潮間坪是潮汐水道廣泛發育的主要地質場所，在精細的地層地震資料的解剖下，刻畫潮間坪潮汐水道的形態及其延伸方向有利于恢復古河口灣的形態。河口灣潮汐水道組合類型有利于恢復古河口灣海平面的變化，低海平面發育完整的泥坪潮道A、B、C組合和砂坪潮道A'、B'組合，高海平面往往不利于潮間坪潮道的保存發育，強烈的侵蝕夷平作用導致潮道中下部缺失。與陸相河流相比，無論是泥坪潮道還是砂坪潮道均以侵蝕下切作用為主，因此河口灣潮間坪潮道缺乏底部的滯留沉積，后期可能直接被沉積物填充覆蓋，形成頂平底凸的形態。河口灣潮間坪潮道往往發育炭屑層、包卷層理、液化流痕及復雜多變的波痕等沉積構造，是判段潮汐作用的重要標志。

6 結論

（1）錢塘江河口灣潮坪潮道主要發育在河口灣以沉積為主的凸岸上，受潮流影響，凹岸普遍以整體向陸侵蝕夷平作用為主。

（2）泥坪中潮道的橫截面形態主要有“V”型及透鏡狀兩種，平面上由海向陸可分為曲折A段、平直羽狀B 段、樹狀分叉C 段；砂坪潮道的橫截面主要有“U”型及階梯狀，平面上由海向陸可分為曲折或者平直的A'段、樹狀分叉的B'段；河口灣潮坪河道的形態主要受到沉積物粒度的影響，相對較陡、相對較寬、相對較低的海平面有利于大規模潮道的發育。

（3）錢塘江河口灣與潮道伴生的主要構造有炭屑層、包卷層理、液化流痕、垮塌構造及形態多樣的波痕等，結合不同類型潮道的形態可以為確定地質歷史時期的河口灣環境及其演化提供證據。