吉爾伯特型三角洲沉積過程與沉積模式

摘 要 在國內外文獻調研的基礎上，系統總結了吉爾伯特型三角洲概念、沉積物特征、沉積過程及模式。吉爾伯特型三角洲特指頂積層、前積層、底積層三層結構顯著、重力流沉積過程主導前緣沉積的三角洲沉積。吉爾伯特型三角洲以兼具牽引流沉積與重力流沉積為典型特征，三角洲平原對應頂積層，以辮狀河道沉積垂向疊置為主要特征，波浪改造作用發育；三角洲前緣斜坡以碎屑流沉積和濁流沉積為主，超臨界濁流沉積構造發育，典型的沉積構造包括侵蝕凹槽、旋回坎、后積層理和廣泛發育的分層構造；前三角洲對應底積層，以低密度濁流沉積為主，滑塌變形構造與碎屑滾落沉積發育，局部可見風暴改造沉積。吉爾伯特型三角洲前積層的形成過程是沉積物垮塌再搬運形成的重力流與洪水作用形成的異重流綜合作用的結果，其形成過程受沉積物粒度和泥質雜基含量等內部因素與基準面升降、氣候變化和構造活動等外部因素綜合控制。異重流觸發下超臨界濁流發育的吉爾伯特型三角洲前積層形成過程研究和沉積過程與沉積構型要素綜合的沉積模式研究，是吉爾伯特型三角洲沉積未來研究的攻關方向。

關鍵詞 異重流；超臨界濁流；沉積特征；沉積過程；沉積模式；吉爾伯特型三角洲

第一作者簡介 侯明才，男，1968年出生，教授，博導，大地構造沉積學和層序巖相古地理學，E-mail： houmc@cdut.edu.cn

通信作者 楊田，男，研究員，博導，沉積學和油氣儲層地質學，E-mail： yangtian19@cdut.edu.cn

中圖分類號 P512.2 文獻標志碼 A

0 引言

三角洲是重要的過渡相沉積類型，在河流入湖或入海口廣泛發育；三角洲的分類、成因及分布研究一直是沉積學家關注的重要內容[1]。一方面，三角洲沉積是河流、波浪、潮汐三者綜合作用的結果，其沉積過程蘊含了豐富的過渡相沉積動力學信息[2?3]；同時，三角洲的形成分布及其內部結構特征受構造活動和海（湖）平面升降等控制顯著，其沉積物對研究地質歷史時期構造活動、氣候演化、海（湖）平面變化有重要意義[4?5]。另一方面，三角洲沉積物中各種礦產資源富集，特別是作為油氣富集的重要場所，其形成和分布規律研究對于高效的油氣勘探與開發具有重要指導意義[6]。

三角洲的概念可追溯到約公元前450年，古航海家和歷史學家Herodotus觀察到尼羅河口的沖積平原在平面上形如希臘字母△，因而將其命名為三角洲[7]。待到1885年，Gilbert[8]對美國邦維爾湖更新世三角洲的系統研究，提出著名的三角洲剖面上的三層結構認識；Barrell[9]進一步將這種三層結構命名為頂積層、前積層和底積層，在這種典型識別標志的支撐下，三角洲的研究成為沉積學研究的熱點[7，10]。然而，大量的實例研究發現，河口區平面上呈三角形的沉積體不一定具備三層結構，而大量具備三層結構的沉積體平面上并不具備典型三角形形態；為了緩和這一沖突，大量針對三角洲的限定性術語層出不窮[7]。大量術語的涌現，有益的方面指示了對三角洲相關研究的不斷深入，而不利的方面則給準確的對比研究帶來了極大的挑戰[6?7，11]。近年來，關于三角洲的相關研究進一步深化，特別是淺水三角洲[12?14]、深水三角洲[10，15]、陸架邊緣三角洲[16?17]等概念和認識進一步發展；同時，關于三角洲形成演化過程中的沉積物搬運、沉積過程的認識進一步深化[1，18]。然而，國內關于三角洲相關術語的使用還存在一定混亂現象；而針對三角洲沉積物搬運沉積的過程沉積學研究則長期未引起重視[6，11]。因而，系統梳理三角洲相關概念的內涵及其發展歷程，重視三角洲形成發育的過程沉積學研究，可能是破解這一困境的有效方法。作者不懼淺薄，對吉爾伯特型三角洲沉積過程與沉積模式相關問題談一些粗淺的看法，以期促進國內三角洲沉積相關研究的進一步深入發展。

1 吉爾伯特型三角洲的概念

三角洲的奠基性工作始于美國的著名地質學家Gilbert，Gilbert[8]針對美國邦維爾湖更新世三角洲，詳細解析了三角洲的結構，劃分出底積層、前積層與頂積層三層結構（圖1），前積層傾角較大（多大于20°，砂質沉積物多為24°～27°，礫質沉積物多為30°～35°），是典型三角洲的代表性識別標志。

Bates[19]是最早探求三角洲沉積過程解釋研究的先行者，其根據流入盆地中流體密度與盆地水體密度的相對大小，將流入盆地的流體劃分為流體密度小于盆地水體密度的異輕流（hypopycnal）、流體密度等于盆地水體密度的等密度流（homopycnal）、流體密度大于盆地水體密度的異重流（hyperpycnal）。上述三種不同性質的流體流入盆地，形成三種不同類型的三角洲，異輕流主要形成濱岸三角洲（圖2a），等密度流則形成吉爾伯特型三角洲（圖2b），異重流主要形成深水三角洲（圖2c）。Bates[19]認為吉爾伯特型三角洲主要是受等密度流平面噴流（jet flow）作用控制，導致河流搬運底負載沉積物迅速卸載前積，形成高角度前積層，而懸浮載荷則繼續向前搬運，在更遠處卸載形成底積層；河流在前積層頂部的截切與搬運沉積則形成頂積層（圖2b）。這是文獻記載中首次以吉爾伯特型三角洲來特指這種三層結構顯著的三角洲沉積，不僅是對吉爾伯特突出工作的紀念，也是三角洲沉積研究不斷深入的重要標志[5，19]。需要指出，Bates[19]定義的吉爾伯特型三角洲并未強調其必須形成于湖泊環境，而是以湖盆中易于發育這種類型的沉積作為例證，這也為后期吉爾伯特型三角洲概念的擴大化創造了條件。此外，部分學者以Gilbert的工作主要針對湖盆三角洲為由，認為吉爾伯特型三角洲即湖相三角洲[21]。

Holmes[22]提出洪積扇向穩定水體推進形成扇三角洲的認識，扇三角洲的發育強調大的地形高差、大的坡角、底床載荷主導的溪流分叉作用。扇三角洲在上述沉積背景下，極易形成具有較大傾角的前積層，與下部底積層、上部頂積層構成典型的吉爾伯特型三角洲的三層結構，因而大量的研究將吉爾伯特型三角洲歸為扇三角洲，或稱為吉爾伯特型扇三角洲[1，10，18，23?25]，并且強調Gilbert[8]所研究的美國邦維爾湖更新世三角洲實際上為扇三角洲[26?27]。爾后，關于吉爾伯特型三角洲與吉爾伯特型扇三角洲的概念開始通用，并且后續又出現了諸如吉爾伯特三角洲（Gilbert delta）[25]、吉爾伯特前積層（Gilbertforesets）[27]、吉爾伯特型剖面（Gilbert-type profile）[10]、吉爾伯特型層序（Gilbert-type sequences）[28]等一系列的相關概念[29]。Blair et al.[27]進一步指出高角度前積層在非三角洲環境同樣發育，需要詳細的相分析來佐證其具體的形成環境，因而認為吉爾伯特型三角洲的概念并不嚴謹。

吉爾伯特前積層或吉爾伯特型層序指示較大傾角的前積層，其并無特征的沉積環境指示意義；三角洲與扇三角洲中均具有三層結構不發育的實例存在；除了三層結構以外，沉積物的沉積過程及沉積動力機制也是需要考慮的重要方面。因此，建議以吉爾伯特型扇三角洲特指三層結構顯著、平原和前緣重力流沉積過程主導的扇三角洲沉積；以吉爾伯特型三角洲指示具有三層結構、前緣重力流沉積過程主導的三角洲沉積；以此來區分三層結構不發育的扇三角洲與三角洲沉積。

2 三角洲的分類

三角洲的最先系統研究始于湖泊，后期擴展到海洋，因而根據沉積環境可分為湖相三角洲與海相三角洲；海相三角洲的沉積受到河流、波浪、潮汐的綜合控制，進一步可劃分為河控三角洲、浪控三角洲、潮控三角洲及復合類型[3]。三角洲形成過程中的物源供給同樣對其具有明顯控制作用，根據物源供給差異可劃分為沖積三角洲與非沖積三角洲，非沖積三角洲主要包含火山熔巖三角洲、火山碎屑三角洲；沖積三角洲主要包含曲流河三角洲、辮狀河三角洲、沖積扇三角洲、碎石堆三角洲[7]。除物源供給以外，三角洲形成的沉積動力過程及水體深度也存在明顯的差異，Postma[10]根據沉積水體深度將三角洲系統地劃分為淺水三角洲和深水三角洲兩個大類，然后進一步根據物源供給、沉積物搬運方式的差異劃分出12種類型（圖3）。深水三角洲以深水重力流沉積作用主導；淺水三角洲根據物源供給坡度大小（坡度由大到小劃分為4種類型）和沉積物搬運形式（慣性、摩擦、懸浮搬運）組合，可以劃分為三角洲前積坡度較緩的Hjulstrom 型和三角洲前積坡度較陡的Gilbert型2個亞類8小類[10]（圖3）。此外，還有諸多以三角洲形態、河口作用、發育位置、粒度粗細等為依據的劃分方案[6]，相關的文獻針對三角洲的分類進行了系統的闡述和總結[6?7，10，26]，本文不再贅述。

吉爾伯特型三角洲在上述三角洲的分類中隸屬湖盆或海盆中重力改造的“Gilbert”型淺水三角洲，對應類型④（圖3）。從不同的角度進行分類是對沉積現象深入認識的具體表現，但是，不同分類方案進行對比分析時，一定要明確不同分類方案的分類依據，如若不然，很容易出現概念不等價的混亂對比現象。分類出發點的差異是導致不同術語混雜的主要原因，該問題在地質學的相關研究中表現得尤為突出。

3 吉爾伯特型三角洲的沉積特征

吉爾伯特型三角洲多發育在地形坡度相對較陡、水體深度相對較大、沉積物供給相對充足的沉積背景，兼具牽引流沉積與重力流沉積，三角洲平原以牽引流沉積為主，三角洲前緣斜坡和前三角洲則以重力流沉積為主[1，4?5，18]。

3.1 沉積構造

3.1.1 三角洲平原

三角洲平原主要為辮狀河道沉積，以透鏡狀礫巖垂向和側向疊置為典型特征，局部發育少量碎屑流沉積和漫流沉積。河道底部侵蝕特征顯著，以磨圓較好的顆粒支持礫巖充填常見，塊狀層理或槽狀層理發育，單層厚度較大；沉積物粒度向上逐漸變細，上部多發育層狀疊置礫巖與平行層理發育砂巖，指示牽引流成因[4?5]。部分沉積物粒度向上變粗的礫巖或礫質砂巖垂向層狀疊置，為河道前積疊加產物。同時，在三角洲平原與前緣的轉化部位，可發育部分S形或楔形疊置沉積序列，前積傾角可到10°～20°，單層以正粒序礫巖或礫狀砂巖為主，內部發育平行、楔狀或槽狀交錯層理，為濱岸河流與波浪共同作用沉積產物[4]。部分研究也將該轉化部位歸為三角洲前緣上部沉積[5]，在吉爾伯特型三角洲特殊的沉積背景和沉積動力環境下，該轉化部位多被平原河道沉積侵蝕，形成平原頂積層與前緣斜坡前積層直接接觸的沉積結構[4?5]。此外，與粗粒沉積物相伴隨的泥巖主要為雜色，指示了淺水與間隙性暴露交互環境。

3.1.2 三角洲前緣斜坡

三角洲前緣斜坡是其最具代表性的沉積部位，發育大量特有的重力流成因沉積構造，是識別吉爾伯特型三角洲的重要依據，其中典型的沉積構造包括侵蝕凹槽、后積層理和大量廣泛發育的分層構造。

1） 凹槽充填（scour and fill）

三角洲前緣斜坡由于前積層傾角較大，一方面由于沉積物堆積速率過快超過其穩定休止角易發生局部垮塌，形成廣泛發育的凹槽（圖4a）；另一方面沿前積層搬運的薄層狀濁流或異重流易于達到高弗洛德數的超臨界態，超臨界流體具有很強的侵蝕能力，在水力跳躍作用下對下伏沉積物進行侵蝕，形成凹槽[1，4?5，18，30?31]（圖4b）。這些凹槽在幾何形態上呈現不對稱結構，靠近濱岸段下陷深度大且分布范圍廣，向深水盆地方向下陷深度減小，分布范圍收斂，形似湯勺狀[4?5，31]（圖4a，b），連續的凹槽形成的大型波狀沉積底形則被稱為旋回坎（cyclic steps）[1]，吉爾伯特型三角洲前緣以部分沉積型的旋回坎最為發育[32]。凹槽后期進一步被垮塌沉積物或超臨界流搬運沉積物所充填，前者內部以塊狀沉積多期充填疊置為主（圖4a），后者主要發育大量的后積層理（圖4b）。Dietrich et al.[31]對加拿大魁北克圣勞倫斯河灣北岸晚更新世吉爾伯特型三角洲前積層的研究中同樣發現了廣泛發育的透鏡狀凹槽充填構造。廣泛發育于高角度前積層中的凹槽呈孤立狀或斷續狀分布，底部多充填包含部分泥巖撕裂屑的塊狀粗碎屑沉積物，后積層理發育[2]。

2） 后積層理（backsets stratification）

吉爾伯特型三角洲前緣斜坡是超臨界濁流（從流態角度出發，水下弗洛德數大于1的濁流，多為快速流動、分層特征顯著的高密度濁流的流態特征）發育的有利場所[18]；在超臨界濁流作用下，向上游方向移動的沉積底形會形成一系列形態和規模各異的交錯層理[31，33?36]，其中后積層理最為常見，是可靠的超臨界濁流沉積判斷依據。后積層理主要是紋層從下層系界面向上層系界面逐漸變緩，沿上層系界面收斂，表現出向古水流上游方向遷移特征的沉積構造；后積層理一般規模較大，主要發育在粗碎屑沉積中，以相對粗碎屑沿紋層方向的定向或疊瓦狀排列為特征（圖4c）。希臘科林斯裂谷南海岸、加拿大魁北克圣勞倫斯河灣北岸、日本中部的Shimosa高原發育的吉爾伯特型三角洲前緣斜坡中均發育典型的后積層理[1，31，37]，這些后積層理均被解釋為超臨界濁流在水力跳躍作用下，沿流體流動方向逆行疊置的沉積產物。

3） 分層構造（spaced stratification）

由于超臨界濁流的流速快、侵蝕能力強，因而具有較強的粗碎屑搬運能力[31，37]，這種含大量粗碎屑的流體在強烈的水力跳躍作用下向亞臨界流轉化，并且以牽引毯的形式發生搬運和沉降，因而形成具有明顯分層構造的粗碎屑沉積[5，18，24，37?39]。分層構造單層厚度多為數厘米，可見明顯的粒度變化以區分平行層理，單層底部為反粒序，其上為不顯粒序的塊狀層所覆蓋，不同厚度的沉積層在垂向上疊加，形成厚度較大的粗碎屑沉積[39]，可與粗粒碎屑流沉積伴生（圖4d）；同時，不同層間侵蝕特征不明顯，平行排列的粒徑差異顯著的沉積物垂向上呈現連續漸變的粗細變化[40?41]（圖4d），與侵蝕特征顯著的正粒序垂向疊置區別明顯（圖4e）。不同地區發育的吉爾伯特型三角洲前緣斜坡帶均可見廣泛發育的分層構造，是重力流沉積層狀疊置的典型識別標志[5，18，24，37]。

3.1.3 前三角洲

1） 滑塌沉積（slumping deposits）

由于吉爾伯特型三角洲前緣斜坡傾角較大，沉積物易達到不穩定狀態或在地震、火山等觸發機制作用下發生前緣斜坡沉積物的垮塌再搬運[4，18，42]。垮塌過程一方面會形成前緣斜坡廣泛發育的凹槽[18]；另一方面會沿著斜坡發生剪切變形并在前三角洲地形平緩處堆積[4，18，42]。滑塌沉積以砂、泥、礫混雜，內部強烈的揉皺變形和廣泛發育的多尺度軟沉積物變形構造為主要特征（圖4f）。滑塌沉積的規模受再搬運沉積物多少的控制，分布厚度從數厘米至十米不等[18]。

2） 碎屑滾落沉積（debris falls deposits）

碎屑滾落沉積是吉爾伯特型三角洲非常重要的識別標志之一[4?5，18，37]。吉爾伯特型三角洲平原辮狀河道底負載搬運的粗碎屑顆粒在河口堆積，由于前緣斜坡傾角大，粗粒碎屑易沿著斜坡向下滾落，在坡角處堆積形成礫石堆或孤立的漂浮狀礫石。這些礫石多磨圓較好，形成的礫石堆具有向上粒度變粗的特征，同時部分粒度較大的碎屑由于動量較大，可搬運較遠的距離而形成孤立的漂浮狀礫石[4?5，18，37]（圖4g）。碎屑滾落沉積與碎屑流沉積形成的粗粒沉積之間存在明顯差異，碎屑流沉積中的礫石由于被泥質雜基所支撐，因而礫石分布較為均勻（圖4h）；碎屑滾落沉積的礫石一般粒徑較大且分布沒有明顯的規律性[4，18]（圖4g）。

3） 風暴改造沉積（storm-reworked deposits）

前三角洲沉積的低密度濁流沉積由于沉積物粒度較細，在風暴作用下易發生改造，形成小型丘洼狀層理發育的風暴改造沉積[4，25]。其主體沉積仍然以底部正粒序層理、上部沙紋層理發育的低密度濁流沉積為主，單層厚度多小于10 cm；濁流沉積的上部分遭受風暴的改造，形成小尺度的丘洼狀層理，丘洼狀層理的波長多小于20 cm，波高多小于5 cm（圖4i）。沉積尺度的大小受風暴作用強度控制，在較強風暴作用下可以形成尺度較大的丘洼狀沉積構造[4]。

3.2 巖相組合

巖相組合是判斷沉積環境的重要依據，吉爾伯特型三角洲不同沉積環境的巖相組合存在顯著的差異。三角洲平原以辮狀河沉積垂向疊置為主要特征，其發育的礫巖多雜基含量較高，疊瓦狀排列，垂向上多為槽狀交錯層理發育的河道沉積充填，底部侵蝕構造發育，單層厚度多大于1 m，垂向疊置形成的沉積序列厚度多大于10 m[4?5，25]（圖5a）。三角洲前緣斜坡以碎屑流沉積和濁流沉積為主，碎屑流沉積主要為雜基支撐或顆粒支撐塊狀或反序礫巖，單層頂底部多為突變接觸，頂部礫石富集，單層厚度多分布在0.1～1 m之間，不同厚度的碎屑流沉積疊置多形成厚度大于5 m的沉積序列；濁流沉積以高密度濁流沉積為主，可見大量的侵蝕凹槽、后積層理和分層構造，單層底部侵蝕構造發育，以礫質砂巖沉積為主，雜基含量相對較低，單層厚度介于0.1～0.5 m，其垂向疊置形成的沉積序列可大于10 m[4?5，25]（圖5b）。前三角洲以低密度濁流沉積為主，滑塌變形構造與碎屑滾落沉積發育；低密度濁流沉積為薄層—中薄層中細砂巖垂向疊置，部分砂體受風暴浪改造可發育丘洼狀層理，滑塌變形構造與碎屑滾落受原始沉積物供給控制，其發育規模多變（圖5c）。

3.3 結構特征

吉爾伯特型三角洲典型的結構特征即地層產狀差異顯著的底積層、前積層與頂積層。前積層傾角多大于20°，且沉積物粒度較粗，與下部底積層之間呈連續過渡接觸，即底積層是前積層粗粒沉積物沉積之后細粒沉積懸浮沉積物進一步向前部搬運的沉積產物（圖6）。前積層與頂積層之間可呈現S型連續過渡接觸或截切接觸，S型連續過渡接觸是湖平面或海平面相對上升背景下的沉積產物，而截切接觸則是湖平面或海平面相對下降背景下的沉積產物[5，37]。因而，吉爾伯特型三角洲的結構特征對基準面的相對變化具有非常敏感的沉積學響應[5，37]。基準面上升期，沉積物供給充分，主要形成典型的S型前積結構，以碎屑流沉積的相對粗粒沉積物沉積為主；基準面下降期，沉積物供給相對減少，伴隨較為強烈的下蝕作用，形成頂部截切的斜交前積結構，以濁流沉積的相對細粒沉積物為主[5，37]（圖7）。準確地識別吉爾伯特型三角洲的前積結構對恢復基準面變化與短時間尺度的氣候演化具有重要意義[5]。

需要特別指出，在三維地震剖面中呈現三層結構不一定為吉爾伯特型三角洲沉積產物，一方面高角度前積層在海灘、濱面等環境同樣可形成[27，43]；另一方面細粒泥質沉積物同樣可以形成具有明顯三層結構的地震反射特征。因而，前積層的物質組成、沉積過程和典型沉積構（如分層構造、后積層理、侵蝕凹槽、旋回坎等）是進一步明確吉爾伯特型三角洲三層結構的重要依據[1，27，43]。

4 吉爾伯特型三角洲的沉積過程及模式

4.1 沉積動力過程

吉爾伯特型三角洲的沉積過程受牽引流沉積與重力流沉積的綜合控制，現階段針對頂積層的河流沉積與底積層的懸浮沉積過程相對明確，而針對前積層的沉積動力過程研究近幾年不斷深化[1?2，5，37，43]，特別是關于前積層中超臨界濁流沉積作用的認識成為近期沉積學研究的熱點問題。吉爾伯特型三角洲前積層的形成過程是沉積物垮塌再搬運形成的重力流與洪水作用形成的異重流綜合作用的結果[5，37]。同時，由于前積層傾角較大，分層的高密度濁流易達到超臨界狀態，使得超臨界濁流與亞臨界濁流轉化過程及沉積發育[1?2，43]。較大的前積層傾角使得河流搬運的粒徑較粗的碎屑易于沿斜坡滾落沉積，形成吉爾伯特型三角洲特有的碎屑滾落沉積[5，18]。

枯水期，河流攜帶的沉積物在河口快速堆積，當前積沉積物超過穩定休止角或在地震、火山等觸發機制下易于發生垮塌再搬運，其搬運過程依次經歷蠕動→滑動→滑塌→碎屑流→濁流的演化過程[18]，部分粒徑較大的粗碎屑顆粒在搬運過程中易于漂浮到流體表層[40]，以碎屑滾落的形式在斜坡底部或前三角洲卸載沉積[41]（圖8）。這種流體轉化過程受搬運過程中的流體轉化效率控制，多以碎屑流沉積形成的塊狀粗碎屑沉積為主[5，37]。部分碎屑流進一步轉化可形成分層構造發育的高密度濁流，這種流體易于到達超臨界態而形成較多的特殊沉積構造。

洪水期，河流攜帶的高濃度沉積物越過河口直接沿斜坡前積層以異重流的形式搬運[5，18]；這種廣義的異重流包含了碎屑流、高密度濁流和準穩態低密度濁流等多種流體形式[44]。碎屑流在前積層上部快速沉積以后流體轉化為底床載荷主導的異重流沉積，這種異重流由于流體分層作用和沿前緣斜坡的快速搬運，層狀流體的垂向疊置易于形成分層構造發育的粗粒沉積[24]；同時，這種分層流體易達到超臨界狀態，超臨界流體強烈的侵蝕作用則會在前緣斜坡形成大量的侵蝕凹槽，超臨界流轉化為亞臨界流對凹槽的進一步充填則形成特征顯著的后積層理[1?2，43]。當然，洪水期同樣可發育特征顯著的碎屑滾落沉積（圖8）。

4.2 沉積控制因素

4.2.1 內部因素

吉爾伯特型三角洲的物質組成復雜，不同粒徑的沉積物組成是決定其沉積過程及沉積產物的關鍵因素。如不同粒徑的碎屑顆粒，其自身所能保持的穩定休止角存在差異，粒度較粗的碎屑顆粒穩定休止角相對大，因而其形成的前積層的傾角也相對較大[18]；同時，不同粒徑的碎屑滾落沉積存在顯著差異，碎屑顆粒的粒徑越大，其受重力作用而獲得的動量也越大，因而搬運速度要大于粒徑小的沉積物且能夠搬運更遠的距離[5，18]。碎屑流在搬運過程中，不同粒徑的沉積物沉積過程也存在一定差異，由于動力篩選作用，粒徑較大的碎屑顆粒傾向于在流體上部富集，而粒徑較小的碎屑顆粒傾向于在流體底部富集，形成碎屑流典型的向上變粗沉積序列[18，45]。粗粒的碎屑顆粒也易于在碎屑流的邊部富集，形成流體擴張的限制條件，從而有利于碎屑流保存相對較窄的流體形態而快速向前搬運[5，18，46]。濁流在搬運過中沉積物粒度的差異也會導致沉積底形和沉積構造存在顯著差異，沉積物粒度越粗，形成的沉積底形的波長和波高越小，長高比也小；相反，沉積物粒度越細，形成的沉積底形的波長和波高越大，長高比也大；粗粒沉積物中超臨界流沉積構造發育，侵蝕多見[31]。

沉積物中泥質雜基的黏土礦物類型與含量是控制沉積過程及其沉積產物的另一關鍵要素。泥質雜基是控制流體黏性和沉積物穩定性的重要因素，相對較高的泥質雜基含量導致沉積物內聚力增強，從而不易發生垮塌再搬運，其所形成的前積層的傾角也越大[5，18]；此外，泥質雜基含量是控制碎屑巖與濁流之間相互轉化過程的主要因素，進而決定了碎屑流沉積與濁流沉積的分布[18，47?49]。高泥質雜基含量的黏性碎屑流在搬運過程中，由于泥質雜基含量高，滲透率相對較低，介質環境中的水分子不能進入其中，因而碎屑流不能轉化為濁流[50?51]，以碎屑流沉積為主。同時，不同的黏土礦物類型其產生的流體強度也存在顯著差異，相同含量的蒙脫石與高嶺石，蒙脫石產生的流體內聚力要明顯高于高嶺石[52]，因而更有利于黏性碎屑流的發育。

4.2.2 外部因素

基準面的升降是控制吉爾伯特型三角洲結構及其沉積作用過程的重要外部控制因素[5，32，43]。在不考慮物源輸入變化的情況下，基準面的下降導致三角洲平原的河道下切侵蝕作用增強，三角洲平原與前緣之間多呈截切接觸；由于河流作用強，三角洲前緣斜坡以洪水異重流沉積作用為主，碎屑流沉積少量發育，準穩態超臨界濁流侵蝕作用常見，發育侵蝕凹槽、后積層理、旋回坎等典型識別標志[5，32，43]。基準面上升導致三角洲平原的河道下切侵蝕作用減弱，三角洲平原與前緣之間多呈S型前積過渡接觸；由于河流作用弱，三角洲前緣斜坡以快速前積的沉積物垮塌再搬運沉積過程為主，碎屑流沉積作用為主，發育少量似涌浪超臨界濁流，同時，可見垮塌形成的凹槽以及碎屑滾落沉積和滑塌變形沉積等典型識別標志[5，32，43]。

氣候變化控制的洪水能量的強弱及其季節性變化也是控制三角洲前緣結構及沉積過程的重要因素[4]。較強的洪水一方面攜帶沉積物能力強，沉積物粒度較粗，形成的三角洲前緣傾角較大[4，18，53]；另一方面，較強的洪水易于異重流沉積的形成，由于異重流分層特征更為明顯，易于達到超臨界態[15，54]，使得三角洲前緣對應的超臨界濁流沉積構造更為發育[5，32，43]。水槽實驗表明，三角洲平原的河道在注入水體前是否為限制性水道，對超臨界流的發育具有重要的影響[55]。此外，洪水的季節性或年際間的變化則會導致三角洲體系中發育砂泥間互結構。

構造活動則控制了地形坡度和沉積物的供給[4]。較陡的地形坡度是吉爾伯特型三角洲形成的必要條件，較陡的地形坡度有利于沉積物的快速前積，沉積物在自身重力分量控制下易于超過穩定休止角而到達不穩定狀態，以重力流形式沿斜坡進一步搬運[18]。較陡的地形坡度使得重力流流體厚度較薄，同時，水體深度迅速增大，可有效減少重力流在相對淺水階段搬運的耗散[18]（圖9），使得流體快速達到超臨界狀態，從而形成豐富的超臨界濁流沉積構造[54，56]。同時，構造活動控制了物源區沉積物的持續供給，為三角洲的發育提供了物質保證，供給的沉積粒度又進一步控制了三角洲的結構特征形成。

4.3 沉積模式

吉爾伯特型三角洲的沉積模式以經典的頂積層、前積層和底積層三層結構為典型特征，頂積層對應三角洲平原、前積層對應三角洲前緣和斜坡、底積層對應前三角洲[4?5，8]。三角洲平原以河流沉積作用，波浪改造作用平原與前緣的轉化部位發育，河流沉積以雜基含量較高的礫巖為主，侵蝕作用和河道充填幾何特征顯著；波浪改造沉積將河道沉積中的細粒沉積物移除，形成分選較好的礫巖沉積[4]。三角洲前緣根據主導沉積過程的差異，可分為碎屑流沉積為主和濁流沉積為主兩種類型[5，37]，除了碎屑流沉積塊狀礫巖發育以外，沉積物垮塌形成的凹槽充填，超臨界濁流形成的沖刷槽、旋回坎、后積層理、分層構造等是三角洲前緣重要的沉積識別標志[5，32，43，57]。前三角洲以低密度濁流沉積為主，同時，碎屑滾落沉積、滑塌變形沉積在該區發育，低密度濁流沉積物還可被風暴作用進一步改造，形成丘洼狀層理發育的砂質沉積物[4]（圖10）。

5 吉爾伯特型三角洲的研究思考

5.1 沉積過程研究

吉爾伯特型三角洲的研究由來已久[8]，但至今仍然存在諸多的問題有待進一步的深入研究。吉爾伯特型三角洲的形態和結構主要由河流和盆地水體相互作用控制的沉積物搬運卸載方式所決定，因而形態和結構特征在不同的三角洲之間可能存在顯著的差異，這也是導致三角洲命名和分類方案層出不窮的主要原因[6，11，26]。要深入地理解吉爾伯特型三角洲，除了結構和形態之外，沉積過程可能是更為重要的內容；即相同類型的三角洲應該具有相似的沉積過程，即使形態和結構存在較大的差異。就吉爾伯特型三角洲而言，早期研究主要強調三層結構以及前積層等密度流沉積過程[8，19]；近期大量研究強調了前積層的形成過程中異重流和超臨界濁流的搬運沉積過程[1，4?5，32，37，43]。

異重流和超臨界濁流在吉爾伯特型三角洲中是否廣泛發育還有待更多的實例驗證，特別是國內相關的實例研究還較為少見；這需要對異重流和超臨界濁流的形成條件、沉積過程和識別標志有著深入的認識。前期的相關研究認為異重流沉積主要發育于深水環境[58?59]，實際上，異重流的形成經歷了從淺水至深水的演化過程，在淺水環境同樣存在異重流沉積。即狹義的異重流系指洪水持續供給成因的、流體湍動支撐的準穩態濁流，多發育于深水環境；而廣義的異重流指洪水成因的高密度流，包含了碎屑流、濁流等多種流體類型，從淺水至深水環境均有發育[44，60]。因而，可以認為吉爾伯特型三角洲是廣義異重流發育的有利環境[1，5，32，37，43]。快速搬運的層狀重力流易于達到超臨界態是目前重力流沉積動力過程的新認識[61]，吉爾伯特型三角洲較大的前積傾角為層狀搬運的重力流達到超臨界態創造了有利的條件[1，32]，超臨界濁流的搬運沉積作用為合理解釋三角洲前緣廣泛發育的后積層理、侵蝕凹槽和旋回坎等沉積構造提供了依據[1，5，32，37，43]。從異重流沉積與超臨界濁流沉積過程去理解吉爾伯特型三角洲前積層的形成過程，可為吉爾伯特型三角洲的深入研究提供新的視角[1]。

5.2 沉積模式研究

沉積模式的研究也需要跳出結構和形態研究的桎梏，從沉積過程與沉積構型要素結合的角度綜合考量。宏觀的結構形態是沉積模式研究的基礎，特別是在野外露頭和地震剖面中，可能發育的三層結構為進一步的巖相組合分析和沉積過程分析提供了框架；而三層結構內部的沉積過程與沉積構型要素是確定吉爾伯特型三角洲的關鍵[5，37]。通過框架內不同部位沉積物的詳細巖相組合分析，明確沉積物的幾何形態、物質組成、沉積層之間接觸關系、沉積層粒序特征、礫石疊瓦構造發育情況、超臨界濁流沉積構造發育情況等，開展巖相組合與沉積動力和沉積過程的對應分析，明確不同部位的沉積動力和沉積過程[5，37]。通過不同部位沉積過程與對應沉積構型要素的差異性對比分析，建立最終的沉積模式[1，5，37]。此外，“源—匯”系統的差異也是造成吉爾伯特型三角洲的結構和形態差異的重要原因，在沉積模式的研究中需要綜合“源—匯”系統與沉積過程，從而合理認識吉爾伯特型三角洲沉積結構與形態的多樣性[1，5，37]。

6 結論

（1） 吉爾伯特型扇三角洲特指三層結構顯著、平原和前緣重力流沉積過程發育的扇三角洲沉積；吉爾伯特型三角洲指具有三層結構、前緣和前三角洲重力流沉積過程發育的三角洲沉積。

（2） 吉爾伯特型三角洲的典型沉積特征為兼具牽引流沉積與重力流沉積，牽引流沉積主要發育在三角洲平原，重力流沉積則主要發生在前緣斜坡和前三角洲地區。前緣斜坡發育的典型沉積構造包括侵蝕凹槽、后積層理和大量廣泛發育的分層構造；前三角洲則發育滑塌沉積、碎屑滾落沉積、風暴改造沉積等。

（3） 吉爾伯特型三角洲發育底積層、前積層與頂積層三層結構。頂積層以辮狀河流沉積垂向疊置為主要特征；前緣斜坡以碎屑流沉積和濁流沉積為主，超臨界濁流沉積構造發育；底積層以低密度濁流沉積為主，滑塌變形構造與碎屑滾落沉積發育。

（4） 吉爾伯特型三角洲前積層的形成過程可能是沉積物垮塌再搬運形成的重力流與洪水作用形成的異重流綜合作用的結果；其形成過程受沉積物粒度和泥質雜基含量等內部因素與基準面升降、氣候變化和構造活動等外部因素綜合控制。

（5） 異重流和超臨界濁流作用下的吉爾伯特型三角洲前積層形成過程研究和沉積過程與沉積構型要素綜合的沉積模式研究，是吉爾伯特型三角洲沉積未來研究的攻關方向。

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