利用卫星照片解析现代河流沉积特征及控制因素

刘阿超 李元昊 汪学胜 杨龙华

关键词：河流沉积;卫星照片;将今论古;沉积演化

河流沉积在地质记录中分布广泛，是石油、天然气、煤、金、铀等重要的富集场所。国内外学者对河流研究非常重视，在20世纪中期建立了曲流河、辫状河、网状河等主要河流相沉积模式，对地史时期河流的研究提供了指导。现代河流观察分析表明，河流的几何形态、微相类型、砂体规模及分布等受多种因素影响而表现出较大差异，很难用统一的模式概括。近年来，Google earth等高清卫星地图软件给地质人员提供了一个新的研究现代沉积的手段，方便了科研人员从另一个视域观察分析现代沉积特征。本文利用卫星照片为主要分析对象，选取不同环境下的典型河流，结合现代沉积理论，分析不同环境下河流形态、微相类型、砂体规模及演化的特征及控制因素，为类型古地理环境下的河流沉积研究提供参考和依据。现代河流数量和类型很多，限于篇幅，本文主要分析典型河段沉积特征，以河流中下游沉积区作为研究重点。主要选取了暖湿环境河流——长江荆江段、半干旱环境河流——黄河中下游、干旱环境河流——克里雅河三条河流作为研究对象，三条河流均在分布在国内，前人有一定的研究积累，方便进一步分析。

1暖湿环境河流——长江荆江段

长江发源于“世界屋脊”——青藏高原的唐古拉山脉各拉丹冬峰西南侧。流经11个省级行政区（八省二市一区），在崇明岛的东面注入东海，全长6387千米，世界第三大河，是我国南方最大的一条河流。长江流域气候温暖，雨量充沛，由于面积辽阔，地形差异大，因此有着多类型的气候。长江中下游地区四季分明，年平均气温约16～18%。长江出三峡后经过一段丘陵，进入荆江河段，北岸为江汉平原，河流沉积特征典型。

1.1河流主要形态

绵延在湖北、湖南两省的荆江属长江下游的一部分。从河流学的观点来看，以藕池口为界分为上、下荆江，其河流特征迥然不同（图1）。

上荆江段河道弯曲程度不大，计算表明该区弯曲指数在1.2～2.5之间，为中一低弯度曲流河。而下荆江河曲极为发育，横向摆幅达20～40千米，河弯曲折率平均为3，在中国的蜿蜒性河道中居首位，而其中的孙良洲河弯道河道的长度为10余千米，直线距离不到500米，曲折率高达25。蜿蜒型河道在水流的作用下，河弯的凹岸不断崩坍，河弯变得更加弯曲。据统计，下荆江自20世纪初以来，曾发生过十余起自然裁弯，1972年发生的石首县沙滩子自然裁弯。自然裁弯发生后，江水从河曲颈部通过，成为新河，老河道上下口门淤塞，形成牛轭湖。下荆江两岸分布了许多牛轭湖，如尺八口、月亮湖、大公湖、西湖、沙滩子等。

从卫星照片图上看，上段河流为中—低弯度曲流河，飘带状，反映了河流河道相对稳定，长期侧向侵蚀特征（图2），局部决口扇发育。而下段河流形态与上段特征不同，河道为高弯度曲流河，河道侧向大幅度摆动泛滥频繁，发育多个废弃河道和沼泽（图3）。

1.2河流沉积微相类型

主要发育曲流河沉积微相类型。上段河道环境沉积微相主要有河道、边滩、天然堤;泛滥平原环境主要微相有决口扇、河漫沼泽等沉积微相，下段除了以上微相外废弃河道形成的牛轭湖微相更发育（图2、图3）。上段局部发育少量由串沟取直形成的小型心滩（图2中部c处）。

1.3砂体及演化特征

从卫星图上看，新形成的砂体尚未被植被覆盖，颜色浅黄色，较早期形成的砂体往往被植被覆盖，这是判断砂体形成先后顺序的主要方法。卫星图上边滩砂体最为发育，也容易识别，重点分析此类砂体。从图上可以看出，在河道弯曲较大时砂体主要分布在凸岸一侧，随着河道弯曲度增大，边滩也逐渐增大，这也是曲流河凸岸沉积、凹岸侵蚀的结果。随着侵蚀的增加，河流裁弯取直，形成牛轭湖，边滩砂体不在生长，孤立分布，如此反复。在河道较顺直地区，河道边滩砂体相对不发育，局部呈狭长状展布（图2、图3）。

2半干旱环境河流——黄河中下游

黄河流域西起巴颜喀拉山，北抵阴山，南至秦岭，东注渤海。黄河中上游以山地为主，中下游以平原、丘陵为主。由于河流中段流经黄土高原地区时夹带了大量的泥沙，所以它也被称为世界上含沙量最多的河流。出三门峡后进入河流沉积区，形成了黄河中下游沉积特征。黄河下游高村段属于山东省菏泽黄河水利风景区，温带季风气候，河道特征具有代表性，故选此处河段进行分析（图4）。

2.1河流主要形态

从卫星图上看，黄河下游整体为低弯度曲流河，弯曲指数小于1.5（图4）。局部也有高弯度段和辫状河段，但总体规模较小，为局部地质变化导致，不具有代表性。

2.2河流沉积微相类型

河道环境主要发育河道、边滩、天然堤等微相，局部因发生串沟取直边滩转化为心滩（图4中部）。泛滥平原主要发育废弃河道、湖泊、决口扇等微相类型，牛轭湖微相基本不发育。

2.3砂体及演化特征

曲流河具有凹岸侵蚀、凸岸堆积规律，根据卫星图像特征，主要分析边滩微相砂体。从卫星图上可以看出，边滩砂体十分发育，早期砂体被植被覆盖严重，不易识别。新生的边滩砂体颜色较浅，易于分辨。可以看出，砂体整体较宽缓，顺河道发育。边滩上游部位形成较早，厚度较大，出露较多，但易冲刷侵蚀;下游部位砂体较薄，剛出水面，形成较晚（图4两侧处）。

3干旱环境河流——克里雅河

克里雅河发源于昆仑山主峰乌斯腾格山北坡，分别由库拉甫河和喀什塔什河等支流组成，自南向北流动，在出山口普鲁村往下经和田县绿洲后，继续蜿蜒向北，深入塔克拉玛干沙漠腹地，最后消失在达里雅布依附近，属暖温带内陆干旱荒漠气候区，河流总长860千米，流域总面积3.95万平方千米。克里雅河水主要来自季节性洪水。洪水类型包括季节性积雪融水以及暴雨洪水，水量集中在汛期（6-9月份），占全年水量的74%。输沙量主要分布在4-9月份汛期，而其他月份河流输沙量很小。河水主要由昆仑山雪水融汇而成，经常因季节性洪水改道。

3.1河流主要形态

从卫星图片看，克里雅河中游段主要为高弯度曲流河，随着季节性洪水而泛滥，河道不稳定，河床宽一般200～600米，常流水河道100米左右（图5）。

克里雅河下游段由于水流蒸发等减少，水动力也快速减少，河流侧向侵蚀能力降低，河道较为顺直（图6）。而暖湿一半干旱气候河流下游河水量很多，水动力强，反而河道更弯曲。

3.2河流沉积微相类型

可以看出，中游段和下游段沉积环境差异较大，微相类型也有差别。中游段河流环境主要发育河道、边滩等沉积微相;泛滥平原主要发育废弃河道沉积微相，多被植被覆盖。由于水量少，蒸发量大，牛轭湖、决口扇、沼泽等微相基本不发育（图5）。

下游段河道顺直，发育河道及不典型的边滩沉积微相;泛滥平原规模小，基本不发育（图6）。

3.3砂体规模及演化特征

可以看出，中游段和下游段沉积环境差异较大，砂体也有明显差别，总体看砂体较发育。中游段河道环境主要发育河道和边滩砂体，砂体顺河道发育。下游段河道砂体较发育，条带状顺河展布，连片性好。

4结论

（1）不同气候环境下由于物源、水流量、河床坡度等差异，导致河流形态、沉积微相类型、砂体规模及特征各不相同。

（2）同一河流不同位置因河流水量等原因导致的水动力变化，形成了河流侧向侵蚀能力的差异，最终导致了河流形态等多方面的差异。