高志勇，石雨昕，毛治國，馮佳睿，崔京鋼

1.中國石油勘探開發(fā)研究院實驗研究中心，北京 100083 2.提高石油采收率國家重點實驗室，北京 100083

河流沉積學研究熱點與進展
——第11屆國際河流沉積學大會綜述

高志勇1,2，石雨昕1,2，毛治國1,2，馮佳睿1,2，崔京鋼1,2

1.中國石油勘探開發(fā)研究院實驗研究中心，北京 100083 2.提高石油采收率國家重點實驗室，北京 100083

第11屆國際河流沉積學大會于2017年7月17日—21日在加拿大卡爾加里大學舉行，每四年舉行一次的國際河流沉積學學術(shù)會議，吸引了當今北美、歐洲、澳洲及亞洲從事河流沉積學及相關(guān)學科研究的眾多知名學者參會，研究成果充分體現(xiàn)了當前國際河流沉積學研究取得的重要進展和發(fā)展方向。重要進展有：1)河流動力學及其變化過程研究。其中包括將今論古法論現(xiàn)代河流沉積過程與古老地層對比，河道—洪泛平原體系的越岸復合沉積動力學，河流動力學與變化過程研究展望，恢復河道遷移過程：新一代平面圖演化模式的討論，沖積河流和基巖河流的湍流、顆粒間作用和沉積作用；2)陸緣河流。包括河流入海處的地貌動力學與沉積學，河流補給邊緣的沉積物搬運、地貌和地層特征，干旱地區(qū)河流、沖積扇體系與風的相互作用，植被生長前、無植物生長、或是植被發(fā)育區(qū)河流的沉積過程研究；3)河流沉積地層及其地下資源。包括源—匯系統(tǒng)，“河流相模式”是否有用的討論，辮狀河、網(wǎng)狀河、曲流河概念的厘定等；4)河流地貌變化。包括氣候改變、泥濘植被洪泛平原等對河流沉積物通量、河流模式等產(chǎn)生影響，河道中沖積島嶼的演化和穩(wěn)定河流的蛇曲化，河流環(huán)境中沉積物生物作用等?；谏鲜鲑Y料分析，認為河流演化過程從定性向定量化研究，物理模擬與數(shù)值模擬技術(shù)是河流沉積學研究不可或缺的手段，應用定量建模、數(shù)學計算等方法進行精準研究，碎屑鋯石U-Pb定年技術(shù)是新一代從源到匯研究的重要工具等諸多方面，是我國學者應該重視并開展研究的方向。

河流沉積學；研究熱點；研究方向；國際河流沉積學大會

1 概述

開展河流沉積學研究不但具有重要的理論意義，而且對生產(chǎn)實踐和洪災防治具有重要的指導作用。1977年召開了由沉積地質(zhì)學家、河流工程學家和地貌學家參加的第一屆國際河流沉積學大會，此后每四年舉行一次[1]。第十一屆國際河流沉積學大會于2017年7月17日至7月21日在加拿大阿爾伯達省卡爾加里大學召開，歷時5天，中間1天安排野外考察。來自世界各地200多名學者參加會議，參會的學者分別來自加拿大、美國、英國、澳大利亞、荷蘭、意大利、西班牙、瑞士、中國、印度、日本、韓國等多個國家。參加會議的中國學者主要來自中國石油勘探開發(fā)研究院、中國地質(zhì)大學(北京)、中國科學院、西南石油大學等多家單位。會議共收集了177篇有關(guān)河流沉積等方面的高質(zhì)量論文，邀請了河流沉積學研究的著名專家Nansonetal.[2]、Sanjeev[3]、Miall[4]和Church[5]做了4個大會主旨發(fā)言。大會主要圍繞河流動力學及其變化過程(River Dynamics and Change)、陸緣河流(Rivers on the Edge)、河流沉積地層及其地下資源(Fluvial Stratigraphy and Subsurface Resources)、河流地貌變化(Managing Fluvial Landscapes)等4個主題開展學術(shù)交流。會議特邀報告5篇，口頭交流報告130個，展板交流53版。

大會共設(shè)置了4個主題、25個專題(表1)。主題1，河流動力學及其變化：專題1(RDC-1)將今論古法論河流沉積：致敬Derald Smith；專題2(RDC-2)河道—洪泛平原體系的越岸復合沉積動力學；專題3(RDC-3)從微觀到宏觀：湍流、顆粒間相互作用于沉積作用間的耦合關(guān)系；專題4(RDC-4)半沖積河流與基巖河流的地貌動力學；專題5(RDC-5)有機物在沖積體系中的作用；專題6(RDC-6)恢復河道遷移過程：建立具預測性河道平面演化模式；專題7(RDC-7)研究河流動力學及其變化的主要貢獻；主題2，陸緣河流：專題1(RE-1)河流入海處的地貌動力學與沉積學；專題2(RE-2)是植被生長前、無植物生長、或是植被發(fā)育區(qū)河流？沉積過程研究；專題3(RE-3)干旱地區(qū)河流、沖積扇體系與風的相互作用；專題4(RE-4)河流補給邊緣的沉積物搬運、地貌和地層特征；專題5(RE-5)陸緣河流的主要貢獻。主題3，河流地層學及地下資源：專題1(FSSR-1)河流、三角洲體系的發(fā)育規(guī)模、分布及連通性討論；專題2(FSSR-2)河流沉積解譯及地層預測法恢復古地貌；專題3(FSSR-3)數(shù)據(jù)及建立實驗模型法恢復古環(huán)境；專題4(FSSR-4)河道構(gòu)型控制及儲層連通性；專題5(FSSR-5)全球地下資源分析：自McMurray組到Mungaroo組；專題6(FSSR-6)分散負載—控制沉積物的提取和質(zhì)量平衡；專題7(FSSR-7)河流和三角洲決口內(nèi)外控制因素及沖積構(gòu)型；專題8(FSSR-8)河流地層學及地下資源的主要貢獻。主題4，河流地貌變化：專題1(MFL-1)有機物在沖積體系中的作用；專題2(MFL-2)河流對氣候改變及人類干擾的響應；專題3(MFL-3)河流和三角洲的結(jié)構(gòu)和動力學特征；專題4(MFL-4)河流環(huán)境中沉積物生物固結(jié)作用；專題5(MFL-5)研究河流地貌變化的意義所在。

2 河流沉積學研究熱點與進展

2.1 河流動力學及其變化過程

該主題主要圍繞河流相沉積地貌特征與演化過程展開討論，共設(shè)置了37篇口頭報告，14個展板展示。澳大利亞伍倫貢大學著名學者Nanson[2]做了題為“理論地貌學的進步與成果理解全球河流沉積地層學”的主題報告，報告針對全球大多數(shù)河流的動能過剩、河道的最小調(diào)整原則、河流演化與有機物演化的殊途同歸、將今論古法研究河流地層的合理性、支流的層序地層學與正常主河道類比的相關(guān)性五個問題進行討論。他提出LAP(least action principle)最小調(diào)整原則及理論化河道的自我調(diào)整過程。

2.1.1 將今論古論現(xiàn)代河流沉積過程與古老地層對比

隨著油氣等資源勘探的進一步深入，巖性油氣藏日益成為勘探重點。曲流河河道砂體物性好、產(chǎn)量高，在巖性油氣藏勘探中占有重要地位。但是曲流河河道及點壩橫向變化快、分布不集中、勘探難度大。主要原因是缺少對曲流河沉積微相的精細描述。本次會議來自歐美的沉積學者對點壩的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、演化過程進行了詳細的分析。

表1 第11屆國際河流沉積學大會專題代號、名稱及與主題劃分

地質(zhì)學家普遍認為“現(xiàn)在是了解過去的鑰匙”，利用現(xiàn)代沉積考察是認識沉積特征，建立沉積模式的最基本、最有效的方法。加拿大卡爾加里大學學者Hubbardetal.[6]針對曲流河凹岸階地與反向壩進行研究。早在1983年，Lewin就總結(jié)了反向壩的3點沉積特征：1)由泥和粉砂組成；2)側(cè)向加積與下游河道轉(zhuǎn)化有關(guān)；3)點壩的沉積物由粗粒向下游逐漸變細。Hubbard在前人研究的基礎(chǔ)上，認為凹岸階地在地層記錄中，可在與其對應的反向壩沉積序列中顯現(xiàn)，且凹岸階地廣泛分布于曲流河彎中，因此，認為多與凹岸階地共生的反向壩應廣泛發(fā)育。同時指出前人對于凹岸階地與所對應的反向壩的研究并不成熟，可以利用對古環(huán)境精細解譯和儲層類型劃分進一步提高對反向壩的識別。另一位來自卡爾加里大學的學者Hagstrometal.[7]認為，前人太多關(guān)注凹岸侵蝕，而忽略凸岸的侵蝕。關(guān)于凸岸點壩砂體侵蝕的報道很少，凸岸點壩侵蝕直接造成了地層的不連續(xù)性。通過對加拿大阿爾伯達省東北部白堊系McMurray組油砂巖的三維地震資料解釋，識別出了點壩及其之間的侵蝕面。點壩復合砂體之間侵蝕面上下的巖性是發(fā)生變化的，點壩的巖性及厚度變化對于油氣資源勘探十分重要，它的遷移伴隨著凹岸侵蝕與凸岸堆積，而點壩間的侵蝕是很容易形成的，比如一次洪水或風暴。

2.1.2 河道—洪泛平原體系的越岸復合沉積動力學

我國中國科學院黃河清教授等[8]，將發(fā)生自20世紀50年代以來黃河下游所有的特大型洪水分為三類：大型越岸洪泛、小型越岸洪泛和無越岸洪泛。為了確定黃河下游主要和次要的洪泛平原上以及滿槽河道內(nèi)的沉積物分布，設(shè)置了一種由通過整合橫剖面法和輸沙量法組成的計算方法。計算結(jié)果表明，當大型越岸洪泛發(fā)生時，泥沙輸運系數(shù)一般小于0.034，滿槽河道受到嚴重侵蝕，主要和次要的沖積平原上都接受沉積。在小型越岸洪泛發(fā)生時，滿槽河道受到侵蝕時的泥沙輸運系數(shù)小于0.028，此時大量的沙泥質(zhì)沉積于次要平原上，沉積的泥沙量僅與水流含沙量密切相關(guān)。在無越岸洪泛發(fā)生時，滿槽河道受侵蝕時的含沙量一般小于50 kg/m3。美國印第安納大學學者Czubaetal.[9]通過構(gòu)建二維數(shù)值模型，定量計算洪泛平原河道的水動力和彼此連通性。數(shù)值模型模擬了水流深度和流速，用以定量分析洪泛平原河道間的連通性，主河道與洪泛平原漫灘河道之間的連通性，以及水在洪泛平原上的停留時間、河道下切及沉積潛力。模擬結(jié)果表明，洪泛平原漫灘河道傳送量約占流量的50%，被認為是“滿槽流量”。

2.1.3 河流動力學與變化過程研究展望

受邀參會的加拿大達爾豪斯大學學者Gibling[10]報告了地質(zhì)時間上的河流歷史，及對全球范圍的大型河流起源及發(fā)展的研究成果。認為現(xiàn)代河流很少有形成于聯(lián)合古陸破裂之前，更沒有早于侏羅紀的河流。很多大型現(xiàn)代河流形成于侏羅紀到白堊紀古陸破裂時期，并保存在不受造山帶和冰川作用影響的地區(qū)。位于喜馬拉雅與阿爾卑斯造山帶的許多大型河流都形成于中新世或更晚。印度河起源于始新世的印度洋板塊與亞歐板塊的碰撞，最初可能流入中亞。恒河于15 Ma前可能是向東流，隨著印度半島俯沖形成了印度河與恒河的分水嶺。亞馬遜河在11 Ma前隨安第斯山脈隆升，流向發(fā)生了倒轉(zhuǎn)，在7 Ma與大西洋連通。同樣受邀參會的美國猶他大學學者Rittenour[11]對美國阿約羅百年未明確的陡坎水道成因機理做出闡述，通過分析猶他州南部五個相鄰集水區(qū)的年代地層學和流域平均侵蝕速率，以及根據(jù)AMS放射性碳年代和單粒光釋光測年技術(shù)(optically stimulated luminescence, OSL)測定的沖積沉積物定年數(shù)據(jù)，認為宇宙放射性核素鈹?shù)那治g率是來自于現(xiàn)代、全新世和更新世的沖積物和塌積物。利用鈹?shù)牧饔蚱骄治g速率在不同集水區(qū)測定海拔、坡度和基巖的類型，得出隨著河流流量的降低，沉積物沉降，河流系統(tǒng)的動力學穩(wěn)定性被破壞，阿約羅陡坎型水道逐步形成的原因。

2.1.4 恢復河道遷移過程：新一代平面圖演化模式的討論

英國利茲大學Yanetal.[12]通過建立地層三維模型，預測河流的相模式與演化過程。運用曲流河點壩沉積結(jié)構(gòu)模型(PB-SAND)結(jié)合河流沉積過程與河流形態(tài)隨機建模，該方法通過大量收集實測的沉積學數(shù)據(jù)并存儲于數(shù)據(jù)庫中，預測河道內(nèi)部結(jié)構(gòu)和點壩形態(tài)等。河流沉積序列通常具有垂向和橫向非均質(zhì)性，利用PB-SAND可以更為精確的三維恢復及預測河流蛇曲彎道的演化。法國洛林大學學者Parqueretal.[13]利用半自動化模型模擬全球古幾何體的年代學特征。該模型適用于曲流河中的每半個蛇曲河彎的模擬，是通過對曲流河的最晚一期形成的河灣，進行反向三維迭代從而得出河道遷移過程而建立。此模型已經(jīng)應用于加拿大的McMurray組油砂的地震圖上。該方法的隨機性，可彌補天然河道遷移及其不可逆性，有助于更好地評估廢棄河道的年齡和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的不確定性。

2.1.5 沖積河流和基巖河流的湍流、顆粒間作用和沉積作用

美國亞利桑那州立大學學者Learyetal.[14]開展了河床的輸沙機理及定量分析河流的泥沙通量的研究。通過在科羅拉多河大峽谷收集高分辨率的河床遷移數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集包括沿科羅拉多河到上游的鉆石溪USGS多波束聲納測量儀收集的3個不同的流量排放數(shù)據(jù)(283 m3/s, 566 m3/s，1 076 m3/s)。每6分鐘收集一次數(shù)據(jù)，連續(xù)12小時。實驗中，提取的詳細地形數(shù)據(jù)(即河床底形高度，波長)和每次水流泥沙通量的一套單底形特征。對數(shù)據(jù)進行耦合、質(zhì)量平衡計算，結(jié)果表明，沙丘的交叉搬運造成沙丘平面形狀的變化。德克薩斯大學奧斯汀分校的Spectoretal.[15]認為了解不同河流環(huán)境中基巖的溶解與磨蝕的控制因素是很有必要的。傳統(tǒng)上認為，河流的化學溶蝕和侵蝕作用與河流被機械侵蝕相比可以忽略不計，如河床底負載沉積物在搬運過程中，河床基巖受到沉積物的沖擊、磨蝕(impact wear)。然而，對于相對可溶的基巖巖石，例如碳酸鹽巖，溶解侵蝕的作用不可小視。溶解作用可以增加河床被溶蝕區(qū)域的粗糙度，并可提高磨蝕效率，磨蝕會與湍流共同作用導致更大范圍的溶解。通過水槽模擬實驗，驗證了溶解作用可產(chǎn)生短波長的粗糙底形，同樣增加了水力粗糙度。在實驗所測量的參數(shù)中，這種河床底部表面的溶蝕有進一步增強趨勢。

2.2 陸緣河流

本次大會與陸緣河流相關(guān)的口頭報告共計32篇，展板7篇。該主題的研究成果主要體現(xiàn)在對現(xiàn)代沉積的河流與海洋、河流與湖泊交互環(huán)境下，以及干旱地區(qū)河流、沖積扇及風成作用環(huán)境下的地貌學、沉積動力學與地層特征等多方面。來自英國倫敦帝國理工學院的Sanjeev[3]教授做了題為“好奇號火星車探索火星上的河流—湖泊沉積體系”的主題報告。Sanjeev教授及其研究團隊通過近5年的資料整理與收集，認為好奇號火星車采集的火星上的巖石樣品至少形成于(3.7±0.1)Ga。對巖石樣品進行精細的沉積學、地層學及地球化學分析后，認為火星車探索的Aeolis Mons山高3 000 m，對探測車拍攝的野外露頭衛(wèi)星圖片進行地質(zhì)分析后認為，該套沉積地層的底部發(fā)育沖積扇礫巖，向上為具交錯層理的河流相砂巖，三角洲相砂巖，湖相泥巖和風成砂巖。通過做圖分析此套沉積序列的垂向變化，認為其具有從河流—三角洲沉積，向上演化為具有廣闊湖水面的湖相細紋層狀泥巖沉積。反映當時的古氣候為溫暖、潮濕，且長時期發(fā)育湖泊?，F(xiàn)今爭論的焦點在于火星的地質(zhì)演化過程中，上述的古氣候特征是如何形成的。

2.2.1 河流入海處的地貌動力學與沉積學

荷蘭學者Kleinhansetal.[16]通過運用數(shù)值模擬、物理模擬實驗及地質(zhì)重建等技術(shù)，模擬在荷蘭海岸平原上的河口區(qū)，富泥、富沙河流在不同區(qū)域內(nèi)潮汐與河流相互作用的特征與機理。結(jié)果顯示，植被阻力主要集中在通道上，穩(wěn)定了壩體與堤岸。堤岸的加速收縮，并提供足夠的河流沉積物輸入。泥土大多堆積在植被之后，然而，泥質(zhì)主要沉積在河口區(qū)最高部位的河口側(cè)翼，而不是在河口中部的壩體上。豐富的河流沉積物(沙泥質(zhì))逐漸填滿整個系統(tǒng)直到三角洲形成。印度學者D’Alpaosetal.[17]認為分支河道和曲流河道在河流和潮汐環(huán)境中非常發(fā)育，運用二維、三維數(shù)值模擬技術(shù)，分析河流與潮汐相互作用，特別是在不同水流方向的變化下，曲流河中壩體的形態(tài)特征及多年演化的結(jié)果。認為側(cè)向支流可以在蛇曲折彎處影響沉積砂體的疊加樣式，它們的影響結(jié)果可保存于沉積記錄中。韓國學者Choietal.[18]對接近旱季潮位、具有高彎曲度、受潮汐調(diào)節(jié)作用影響的Sittaung河進行了深入的地質(zhì)調(diào)查，通過在現(xiàn)代沉積剖面中識別出的河流洪水下的沙質(zhì)沉積物，以及潮汐退潮作用下的沙泥質(zhì)沉積物，二者相互疊置呈互層狀分布。日本學者Gugliottaetal.[19]對越南湄公河三角洲的河流與海洋過渡帶的巖相和沉積相進行了研究，通過對河道內(nèi)沉積物樣品分析，河道形態(tài)的刻畫，鹽度分析和貝殼特征研究，認為在雨季海水的影響范圍可向湄公河上游追溯15 km，在干旱季，海水的影響范圍可達50 km。河流與海洋過渡帶內(nèi)的河道沉積是由河流的上游河道、洪泛影響帶、河流的下游河道、潮汐影響帶等構(gòu)成。河流帶來的洪水與海洋的潮汐作用，共同控制了河流與海洋過渡帶內(nèi)的沉積物組成與沉積相類型。美國學者Plink-Bjorklundetal.[20]對潮控三角洲中的河流與潮汐沉積轉(zhuǎn)換帶的地貌動力學進行了回顧，提出河流至潮汐轉(zhuǎn)換帶的地貌動力學是復雜的，受河流動力學與潮汐發(fā)展過程、沉積物體積、咸水與淡水相互作用，以及海岸帶內(nèi)地形的影響，河流與潮汐水道等自身多因素控制?，F(xiàn)代和古代潮控三角洲中的河流與潮汐作用的轉(zhuǎn)換帶，是河道下切逐漸增加以及分流河道內(nèi)沉積物高效輸送的發(fā)育區(qū)。Prokockietal.[21]針對美國Lower Columbia河的河流—潮汐作用轉(zhuǎn)換帶內(nèi)的辮狀壩開展了研究，運用高分辨率探地雷達技術(shù)、淺鉆巖芯技術(shù)，建立了多條探地雷達剖面并獲取大量的淺鉆井巖芯，進而分析辮狀壩的形態(tài)、生長過程、砂體疊置特征。該研究成果首次闡述了在洪水—潮汐作用、盆內(nèi)的風能—波浪作用有機結(jié)合下，重塑沖積體系結(jié)構(gòu)和河流—潮汐作用轉(zhuǎn)換帶壩體形成特征的重要性。西班牙學者Ghinassietal.[22]對西班牙Pyrenees地區(qū)白堊系Tremp組潮汐作用控制的點壩沉積體進行研究，通過對點壩砂體的三維攝影測量模型分析和多項野外露頭關(guān)鍵地質(zhì)因素研究，認為在河流與潮汐共同作用下，古水流對曲流河點壩砂體砂質(zhì)顆粒大小與展布有三種控制作用：1)不常見的沿著壩體向海的方向，砂質(zhì)顆粒粒級變小；2)較常見的壩體砂質(zhì)具有向上變粗的趨勢；3)多數(shù)情況下，古水流指向壩體的彎曲頂點帶。意大利學者Ronchietal.[23]對意大利愛琴海西北部的Piave和Tagliamento 巨型扇體的下切谷特征進行了研究，認為該地區(qū)13.8 ka以來的下切谷寬度可達2 km，深度可達30 m。針對多個下切谷的古地理研究及重建，對全新世的相對海平面上升研究有較好的幫助。

美國的一些學者對位于印度、孟加拉國的恒河，特別是恒河與海洋過渡帶的現(xiàn)代沉積開展了大量的研究工作。Bestetal.[24]對Ganges-Brahmaputra-Meghna(恒河)潮汐三角洲的下切河道的形態(tài)與深度進行了實地測量，認為由河流上游至入海處，由于缺乏泥沙等沉積物，在河流所帶來的洪水水流與潮汐引起的強烈潮流綜合作用下，河流上游的下切河道深度可達50 m，向下游下切河道的深度逐漸變小，下游區(qū)下切河道的深度可達12 m左右。Haleetal.[25]對恒河三角洲紅樹林中沉積物堆積及其控制因素進行了研究，包括懸浮沙質(zhì)濃度，淹沒頻率，持續(xù)時間和深度，沉積物的粒徑以及洪水與海洋潮汐水流量等。Wilsonetal.[26]通過對比分析恒河三角洲東部的構(gòu)造活動帶Sylhet盆地和現(xiàn)代的Jamuna河潮汐三角洲平原上的辮狀河道帶內(nèi)向下游方向的、顆粒變細的河流沉積物，認為沉積坡度的變化，導致了在潮汐回流作用下沉積物粒徑的變小，沉積坡度由1.1×10-4變?yōu)榱?.9×10-5。

2.2.2 河流補給邊緣的沉積物搬運、地貌和地層特征

美國學者Howeetal.[27]提出有些廣泛分布的三角洲并不與經(jīng)典的三角洲定義相吻合，并不是傳統(tǒng)意義上的三角洲沉積(the default delta is not a delta)。廣大學者所默認的河控型三角洲的最主要特征是三角洲要有分叉河道，且朵葉體橫向遷移展布，河控型三角洲這一概念的形成亦基于此，且考察的很多三角洲也符合這一特征。但是，縱觀自然界與人工湖泊中形成的三角洲，由沒有分叉的、單一河道形成的三角洲在湖盆中也是相當發(fā)育的。他們認為，事實上的三角洲形態(tài)學特征是河流通道形成一個單線，進積通道進入盆地，而不帶分叉作為河流的基底延伸。此種直線型的三角洲的形態(tài)是由于懸浮泥沙造成河道內(nèi)沉積物粒徑偏細，且含量超過砂質(zhì)的原因造成。細粒的富泥的沉積物淤積在河口，沙質(zhì)則沉積在河道中部和壩體的側(cè)翼。進積的富泥沉積物堆積在河口，河道就像炮筒(gun barrel)一樣沒有分支，易形成扇體，即與傳統(tǒng)定義上的三角洲不一致，不是真正意義上的三角洲，就像炮筒(gun barrel)一樣，形成扇體而已。美國學者Smithetal.[28]通過建立美國Darby河回流洪水的地質(zhì)模型變化及沉積物搬運的二維水動力耦合模型，描述了流量速度場和深度估計泥沙運輸，并運用激光雷達和測量的測深數(shù)據(jù)，模擬水流的水力特性，計算輸沙量。該成果可對用于在回水平原上沉積物的運輸和沉積物的儲存有更深的了解。美國學者Overeemetal.[29]，重新定義了河流沉積物濃度和濁流觸發(fā)機制的臨界值。通過使用受季節(jié)變化控制的河流沉積物搬運模型，來明確觸發(fā)濁流機制的臨界值。認為高密度濁流在流量超過450 m3/s時開始形成，且在模擬的Squamish河中全天超過了13%的概率發(fā)生。模型預測出的結(jié)果也表示每天水流量沉積物濃度平均僅為(1～3) kg/m3。這也意味著每天河口水動力比我們以前所認知的更為重要。所給出的平均濃度的潮汐調(diào)節(jié)作用，有能力增加河口和三角洲的坡度。

2.2.3 干旱地區(qū)河流、沖積扇體系與風的相互作用

英國學者Carlingetal.[30]對印度Thar荒漠區(qū)干旱環(huán)境下現(xiàn)代的Luni河的沉積特征進行了研究。該條河流的雨季河水流量峰值可達14 000 m3/s，并攜帶大量泥沙沉積于河床之中。研究區(qū)內(nèi)大量的細砂質(zhì)出現(xiàn)在整個5 m深的河道內(nèi)，沉積構(gòu)造較為典型，包括有平行層理、沙紋層理等，與風成作用有關(guān)，與水流相關(guān)的波紋層理不發(fā)育。該研究成果充分展現(xiàn)了在干旱環(huán)境下的河流相沉積特點，在河流沉積基礎(chǔ)上受風力改造的沉積特征相當明顯。印度學者Bordyetal.[31]對南非Main Karoo盆地Cape山前沖斷帶的多個巨型扇的成因機制進行了研究。通過運用定量相分析、地球化學分析等方法，調(diào)查研究了End-Capitanian地區(qū)不為人知的古生物化石記錄，進而判斷地層沉積間斷時間。160 Ma以前的河流相沉積地層厚600 m，這套厚600 m的地層沉積時間為2.0～2.5 Myr。Bordyetal.[31]試圖將構(gòu)造和氣候控制與河流結(jié)構(gòu)區(qū)分開來，發(fā)現(xiàn)了持續(xù)的沉積物來源，不變的古水流，在沉積過程中不變的干旱古氣候等因素發(fā)揮了重要作用。巴西學者Santosetal.[32]認為現(xiàn)今學者們已經(jīng)認識到無植被發(fā)育的沉積環(huán)境也是很重要的，這是因為對于大多數(shù)在地球早期歷史(30億年前)中，大陸的地貌缺乏陸地植物和沉積過程的相互作用。該學者分別總結(jié)了曲流河上植被發(fā)育特征及其在世界上的分布情況，分為無植被，植被發(fā)育<5%，植被發(fā)育5%～10%與10%～25%等4種條件進行歸納總結(jié)。大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)代稀疏和無植被發(fā)育的曲流河在很大的坡度范圍內(nèi)發(fā)生坡度、盆地性質(zhì)、寬闊的水流通道變化以及寬廣的曲流河道帶沉積。進而認為植被的多少，對河流沉積性質(zhì)具有重要的影響，以前的認識可能有所低估了。澳大利亞學者Cohenetal.[33]通過對澳大利亞干旱內(nèi)陸的現(xiàn)代沉積剖面分析，特別是定年分析，來確定在干旱內(nèi)陸環(huán)境下的河流與湖盆間的相互作用關(guān)系。來自中國石油勘探開發(fā)研究院的高志勇等[34]，對中國新疆焉耆盆地現(xiàn)代河流、沖積扇、扇三角洲的沉積體系中的礫石特征及其展布進行了研究，認為焉耆盆地博斯騰湖北部河流、沖積扇及扇三角洲中有大量礫石分布，河流沉積環(huán)境下，成分為粉細砂巖、凝灰?guī)r、混合巖等礫石搬運距離大于80～100 km后，演化為砂質(zhì)，礫石長軸直徑減少了90%以上。在沖積扇及扇三角洲沉積環(huán)境中，成分為混合巖、細砂巖、脈石英的礫石搬運距離為20 km左右，礫石長軸直徑減少了67%～75%。沉積坡度、水流速等因素控制了河流、沖積扇及扇三角洲中礫石徑的降低。

2.2.4 植被生長前、無植物生長、或是植被發(fā)育區(qū)河流？沉積過程研究

英國學者Daviesetal.[35]對沖積層中植被的影響及其作用進行了研究，提出在現(xiàn)代沉積中，動物、植物對沉積物及沉積作用的影響是顯而易見的。但在古代沉積中，動植物對沉積作用及沉積物影響的研究遠沒有構(gòu)造、古氣候等對沉積控制作用研究的透徹與深入。在比較小的尺度內(nèi)，動植物對沉積作用的影響在野外露頭中是可以識別并觀測到的。在全球的尺度內(nèi)，陸生植物的演化改變了地球表面的功能。該專題中，部分學者在礦床學與沉積學研究有益結(jié)合方面取得了一些重要進展。加拿大學者Noad[36]認為南非城市Welkom地下的太古代沉積中黃金的產(chǎn)量占世界的20%以上。黃金是從相對薄層的、呈礫巖狀的石英巖礦脈中產(chǎn)出的，與黃鐵礦、鈾云母等相伴生。相對純石英的透鏡體沉積在河道內(nèi)的卵石層的底層。部分的黃金與薄的碳縫合線和浸染的碳有關(guān)，礫巖被認為是屬于河流或者淺海沉積。通過對相圖的編制和明確與其相關(guān)的黃金等級，建立了一個發(fā)育在主礁內(nèi)的河道沉積三維模型，該模型提供了分析沉積環(huán)境和孔隙度分布的重要數(shù)據(jù)。Longetal.[37]對Ontario地區(qū)古元古代早期Mississagi組的含金礫巖進行了研究，認為其成因自狹窄河谷內(nèi)高含沙水流中沉積的河床礫石的成巖。礫石質(zhì)的辮狀河道寬范圍從50 m到大于100 m，2～6 m深，河道內(nèi)植被不發(fā)育。辮狀河道內(nèi)向下游礫石徑減小，含金比例最高的礫巖，主要分布在盆地上游。

2.3 河流沉積地層及其地下資源

該主題主要探討了河流沉積過程中沉積地層的構(gòu)型及其蘊藏的油氣、地下水、地熱、礦產(chǎn)等資源分布。共有37篇宣講論文，26篇展板論文。來自加拿大多倫多大學、河流沉積學研究著名學者Miall[4]做了題為“河流沉積學對石油勘探和地層學的貢獻”主題報告，認為在1996年提出的16種河流沉積相模式對石油勘探，甚至包括3D地震方法解釋河流的沉積特征均有較大貢獻。同時，回顧了河流相層序地層學研究進展，認為可容空間的變化受控于構(gòu)造作用，1990年代河流層序地層學研究進展迅速。指出現(xiàn)今需運用精細的年代地層方法研究地層學，認為現(xiàn)今所保留下來的地層，只有當時沉積時地層厚度的10%而已，甚至更小。指出利用碎屑鋯石精確定年在板塊尺度的源—匯系統(tǒng)中均有重要作用。

2.3.1 源—匯系統(tǒng)

從剝蝕區(qū)形成的物源，經(jīng)過搬運到盆地中沉積下來的這一過程，近一二十年來越來越受到重視。本次會議主要論述了物源如何從山上形成、又如何從剝蝕區(qū)搬運至陸架區(qū)并最終到深海區(qū)沉積下來，有整體概述的，也有就某一方面進行論述。源—匯系統(tǒng)的研究重點是地球動力學和河流搬運過程，用到無量綱尺度分析和多學科融合的“將今論古”方法。美國堪薩斯大學的Blumetal.[38]提出碎屑鋯石(U-Pb)定年是新一代研究從源到匯沉積學與地層學的工具。指出從源到匯的基本概念就是沉積物的搬運路徑由內(nèi)陸到盆地，古水系重建能夠應用于預測水體流量，沉積物搬運路徑和散開方式。例如，通過對墨西哥灣晚白堊世沉積地層中碎屑鋯石定年數(shù)據(jù)的收集與整理，認為墨西哥灣水系被限定在Appalachian-Ouachita 山脈南部，河流的流域面積可達106km2，其中最大的河流是位于墨西哥灣東部的古Tennessee河。此時，北美大多數(shù)的古水系是流向北部的北方海(the Boreal Sea)，進而造就了加拿大阿爾伯達省油砂的廣泛沉積。近年來，關(guān)于河流體系中上游的支流沉積與下游的分流沉積的研究備受關(guān)注。碎屑鋯石定年的方法可以對沉積地層中的支流、分流加以較好的區(qū)分。例如，關(guān)于加拿大西部盆地Aptian McMurray組沉積相解釋的一種觀點認為其屬于遠端河口灣區(qū)域受潮汐影響的河流相沉積，且分流河道帶較發(fā)育。另一種觀點認為Aptian McMurray組屬于河流上游區(qū)域、支流較發(fā)育的古峽谷沉積。通過對采自該組的碎屑鋯石定年數(shù)據(jù)分析后，認為此數(shù)據(jù)具有雙峰、統(tǒng)計獨特性種類的反映多物源的特點，進而認為其具有支流—干流相關(guān)水流特征，支持了McMurray組具有上游支流沉積的古地理背景。

2.3.2 關(guān)于“相模式”是否有用的討論

許多沉積學家早期提出了很多河流相沉積模式，但是隨著理論研究和技術(shù)手段的不斷深入，以前的多種相模式并不符合所有地質(zhì)情況。英國阿伯丁大學的Hartleyetal.[39]直接提出“辮狀的還是蛇曲的？河流相模式有多大用？”。認為最初辮狀河與曲流河的相模式建立于1970年代并被廣泛應用，即使在1980年代就有學者注意到這些模式并不適合，以及很難做到與現(xiàn)代河流及其沉積物的觀察結(jié)果相吻合。通過對現(xiàn)今沉積盆地中河流體系及其所保留下來的沉積巖石的研究，認為經(jīng)典的辮狀河、曲流河沉積相模式在現(xiàn)今沉積盆地中所特有的和有限區(qū)域內(nèi)是適合的。所爭論的焦點在于，通過觀察現(xiàn)今終年流水的河流，砂質(zhì)曲流河的關(guān)鍵特征包括有向下游生長的沙丘和壩體，這些沙丘和壩體由橫向遷移的席狀復合河道帶構(gòu)成，被認為具有辮狀河的特征。在巖石記錄中，辮狀河沉積體系被過度解釋為傳統(tǒng)沉積相模式的垂向沉積序列向上變細、單一層系的特征，本身適合的范圍變小。而曲流河沉積則容易造成誤解，相模式所適用的范圍被認為擴大，特別是在地下數(shù)據(jù)較為有限的前提下。

2.3.3 辮狀河、網(wǎng)狀河、曲流河概念的厘定

以美國堪薩斯大學Blum[40]和英國格拉斯哥大學Owenetal.[41]為代表的學者，在多篇摘要中都提到對于不同類型河流概念的討論和厘定，并針對古代地層記錄中存在的河流類型現(xiàn)象進行討論，認為如何利用現(xiàn)代河流沉積和演化模式來研究古代河流已經(jīng)不是一個簡單的“將今論古”的問題，并針對不同河道砂體類型進行討論，提出從多尺度內(nèi)部和外部層次構(gòu)型、建筑結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)來進行分類。Blum教授[40]認為，多年來學者們都致力于討論在地層記錄中所觀察到的特有的河流沉積響應的河型，例如各種端元河型—辮狀河、曲流河和網(wǎng)狀河的河道樣式等，認為由現(xiàn)代辮狀河、曲流河及網(wǎng)狀河沉積特征所取得的認識，對河流相沉積模式的建立發(fā)揮了重要作用。他在摘要中指出，首先，基巖河流與沖積河流影響著當今世界的大陸內(nèi)部形態(tài)。隨著陸地表面的抬升，河流沉積造成的河道下切、河流階地出現(xiàn)，進而在基巖之上出現(xiàn)不整合。與人的直覺不一致的是，這些河流沉積物應當被保留下來。盡管在古代地層中河流階地較難識別，但基巖之上的不整合是能保留的。其次，通常在野外露頭、測井曲線以及2D地震剖面中，辮狀河道帶作為典型特征，存在于早期相模式中。然而，關(guān)于在三維地震剖面中解釋出辮狀砂體疊置樣式的報導很少，大量的作者都在質(zhì)疑其保存下來的可能性。只有極少數(shù)的反對者認為，現(xiàn)代的辮狀河道沉積出現(xiàn)在造山帶前緣或者裂谷兩側(cè)的幾十公里范圍內(nèi)，并且受粗砂、礫石、沉積坡度超過0.001 m/m以及水深小于5 m的水體等多因素影響。況且辮狀河至曲流河的轉(zhuǎn)換通常伴隨著礫石—砂質(zhì)的轉(zhuǎn)化，更重要的是坡度的降低。鑒于此，認為在現(xiàn)代的下陷式沉積盆地中，辮狀砂體疊置樣式的存在不具有普遍性。最后認為，流入湖盆或者海洋環(huán)境中的河流相沉積物，被廣泛的認為其保存下來的可能性很大。

2.3.4 重視河流演化過程的研究

早期許多學者的研究都是靜態(tài)的，大多是基于某一個點的研究。較多學者[42-47]提到了對河流演化過程的研究，例如河流彎曲帶的演化、河床地形對沉積物的影響、可容空間的變化、下切谷體系的形成、河口沖積和海岸帶沉積的關(guān)系等，并且還強調(diào)人類對現(xiàn)代河流演化的影響，對人與自然的關(guān)系更加重視。

2.3.5 從定性向定量化發(fā)展

本次會議中部分學者提出了研究河流沉積學的新方法新技術(shù)，例如利用結(jié)構(gòu)要素進行復合交叉重建河流形態(tài)、儲層參數(shù)和砂體特征概論曲線結(jié)合、多點地質(zhì)統(tǒng)計學、三維建模等方法等[48-51]，可以看出這些研究從野外露頭的定性描述向室內(nèi)計算機建模的發(fā)展。但是也提到技術(shù)發(fā)展的同時對基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)精度的要求也提高了，這就需要地質(zhì)工作者花費更多的精力。

2.4 河流地貌變化

與本主題相關(guān)的口頭報告共計12篇，展板6篇，來自加拿大大不列顛—哥倫比亞大學的Church[5]教授做了題為“從透視視角研究河流地貌變化”的主題報告。該主題主要探討的內(nèi)容包括河流對氣候改變及人類干擾的響應、河流和三角洲的結(jié)構(gòu)和動力學特征、河流環(huán)境中沉積物生物膠固結(jié)作用等。結(jié)合學者們口頭報告記錄、展板討論，認為該主題具有三個方面研究重點。

2.4.1 氣候改變、泥濘植被洪泛平原等對河流沉積物通量、河流模式等產(chǎn)生影響

為了研究泥土和植被對河流地貌的影響，荷蘭學者Kleinhansetal.[52]根據(jù)由滑槽斷面主導的法國Allier河礫石質(zhì)河床，設(shè)定植物生長和死亡率作為年齡參數(shù)，開展了該區(qū)植被與沉積過程關(guān)系的數(shù)值模擬工作。實驗反復開展了100多次，涵蓋了植被和泥漿參數(shù)的范圍、上游泥漿供應和入侵物種。研究表明：1)對于具有植被和泥土型，植被決定了泥土在何處沉降；2)洪泛平原上水流較高的剪切應力侵蝕了洪泛區(qū)的泥土。英國利茲大學的Colomberaetal.[53]研究了古氣候中的溫度對沉積作用、河道間侵蝕作用的影響。PETM(古新世—始新世特倫普組最大熱量)的紀錄開始于古地貌侵蝕緩解時期，沉積物僅限于侵蝕山谷中。在PETM間斷開始時期，可觀察到河谷充填轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e物廣泛發(fā)育。與下伏地層相比，PETM間斷有以下特征：1)河道沉積物比例很大；2)河道沉積物平均厚度大；3)穩(wěn)定元素含量增加；4)河道充填物厚度略大；5)跨層砂巖和礫巖的比例增加；6)平行層理砂巖或低角度交錯層理砂巖比例減小；7)具交錯層理砂巖平均厚度增加。河流地貌變化研究還需要深入了解沉積物流量的大小及其來源。美國懷俄明州立大學Ashleyetal.[54]在前人研究基礎(chǔ)上推導出一個冪函數(shù)表達式，用數(shù)學方法估算位于大峽谷國家公園的科羅拉多河監(jiān)測站中的河流攜帶物流通量，能夠有效地、直觀地反映在流水、河床粗糙程度和演變的河床顆粒粒度的相互作用下，河流負載物通量的變化。

2.4.2 河道中沖積島嶼的演化和穩(wěn)定河流的蛇曲化等都是研究熱點

2.4.3 硅藻生物膜與微生物組合等生物作用與碎屑巖沉積的關(guān)系

英國伯明翰大學Smithetal.[57]教授利用實驗模擬出的河道，系統(tǒng)地量化生物膜在沉積物基質(zhì)中的集群作用。與河床底形相比，水平層中硅藻生物膜更易迅速的聚集細沙。無論是細砂還是粗沙，在生物穩(wěn)定的河床中，泥沙輸移閾值都比較高。Smith等在一個封閉水道中完成了一組模擬實驗，該水道配備了4 cm厚的滲透層模型，模型由引導流體方向的水平圓柱體組成，從而構(gòu)成了理想的二維滲透層。在流動實驗之前，該模型保存在獨立的生物膜反應器內(nèi)，用以啟動和控制生物膜生長。一旦達到目標生物膜生長階段，這些模型會被轉(zhuǎn)移到水道中，對過渡流和湍流產(chǎn)生影響。采用長距離微粒子圖像測速技術(shù)，定量分析生物膜對自由流體湍流結(jié)構(gòu)及地表以下自由流相互作用的影響，認為生物膜對流經(jīng)或穿透滲透層的流體都會產(chǎn)生影響。英國劍橋大學學者McMahon[58]，通過分析法國北部和英國海峽群島埃迪卡拉—寒武系以及蘇格蘭西北中元古代Meall Dearg組等兩個植被發(fā)育前的沖積層序，以解決微生物群是否可以在沒有植被的情況下在穩(wěn)定河道中發(fā)揮作用。認為上述剖面的研究成果具有相近之處：1)沉積環(huán)境中存在陸生微生物墊的化石證據(jù)；2)沖積層垂向結(jié)構(gòu)充分暴露，為河流沉積物成因精細解釋奠定基礎(chǔ)。河流沉積層系包括槽交叉分層的紅砂巖，具有很少保存的溝道形狀，表明沉積作用是由河道內(nèi)沙丘遷移所主導的。

3 討論與結(jié)語

本次大會聚集了當今北美、歐洲、澳洲及亞洲從事河流沉積學及相關(guān)學科研究的頂尖學者，他們的研究成果充分體現(xiàn)了當前河流沉積學研究的主要方向和重要進展，如下方面是需要引起國內(nèi)學者重視及今后開展研究工作的方向與借鑒：

(1) 針對現(xiàn)代河流沉積，主要采用的研究方法是運用物理模擬、數(shù)值模擬技術(shù)，開展水動力學分析，地貌學分析，包括壩體形態(tài)、河道匯合處地貌形態(tài)與水動力特征、河流不同沉積部位的形態(tài)，以及沉積物形態(tài)、變化及其與水動力關(guān)系等?？梢哉f，物理模擬與數(shù)值模擬技術(shù)是當前國際上河流沉積學研究不可或缺的重要手段。我國從事河流沉積學物理與數(shù)值模擬的研究成果也很豐富[59]，因此，國內(nèi)的學者更要增強信心，沿著此方向深入下去；

(2) 現(xiàn)代河流沉積與古代沉積結(jié)合方面，開展新技術(shù)與傳統(tǒng)方法的結(jié)合、多學科交叉研究，以及物理模擬、數(shù)值模擬、定量建模技術(shù)，進行更為精準細致的研究工作。例如，對曲流河點壩砂體生長過程、蛇曲河灣演化過程的定量建模與正演，即恢復(重建)每一期蛇曲河道演化過程，分析壩體寬窄變化、沉積物粒度粗細、水動力條件變化，并進行形成過程及成因機制的數(shù)學計算，可以說各方面的研究進展都詮釋了精準研究的精髓。值得一提的是，大量學者將現(xiàn)代沉積分析結(jié)果應用到加拿大阿爾伯達省McMurray組油砂研究，充分體現(xiàn)了“產(chǎn)學研”的有機結(jié)合；

(3) 當前國際河流沉積學的研究，采用了很多新技術(shù)，如碎屑鋯石U-Pb定年技術(shù)、放射性碳(14C)測年技術(shù)、光釋光測年技術(shù)(OSL)等。Miall，Blum等知名學者都認為碎屑鋯石U-Pb定年技術(shù)是新一代從源到匯沉積分析的重要工具。另外，本次大會關(guān)于河流層序地層學方面的研究非常少，正如Andrew Miall所講，現(xiàn)在回顧起來，1990年代是河流層序地層學發(fā)展的迅速時期。

致謝 審稿專家對本文的成稿提供了有益幫助，表示誠摯謝意！

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CurrentHotTopicsandAdvancesofFluvialSedimentology:Asummaryfrom11thinternationalconferenceonfluvialsedimentology

GAO ZhiYong1,2, SHI YuXin1,2, MAO ZhiGuo1,2, FENG JiaRui1,2, CUI JingGang1,2

1.PetroleumGeologyResearchandLaboratoryCenterRIPED,Beijing100083,China2.StateKeyLaboratoryofEnhancedOilRecovery(ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment),Beijing100083,China

The 11th international conference on fluvial sedimentology was held in University of Calgary, Canada, from 17 to 21 July 2017. As a pageant of international fluvial sedimentology, once four years, scholars who came from North America, European, Australia and Asia attended the conference. A series of academic topics were presented and discussed in different technical programs. More reports and sessions focus the following fields: 1)River dynamics and change, including linking modern river processes to the ancient record, beyond overbank-complex dynamics of channel-floodplain systems, perspectives on river dynamics and change, and reconstructing river channel migration: Next generation forensics for plane evolution patterns, and turbulence, grain interactions, and sedimentation in alluvial and bedrock rivers. 2)Rivers on the edge, including where the river meets the sea: morphodynamics and sedimentology in systems with combined fluvial and tidal currents, transitions in flow, morphology and stratigraphy along river-fed margins, and dryland fluvial and alluvial systems, fluvial-aeolian interaction, and pre-vegetation, non-vegetated, or 'normal' rivers, processes and deposits. 3)Fluvial stratigraphy and subsurface resources, from source to sink sedimentological and stratigraphic analysis, braided or meandering are fluvial facies models useful, and types of rivers preserved in the stratigraphic record. 4)Managing fluvial landscapes, including the climate changing, mud and vegetation of floodplain influence on the discharge and models of fluvial, and the evolution of alluvial island and meandering channel, and the role of biostabilized sediments in fluvial environments. Based on the data of 11th International Conference on fluvial sedimentology, we considered the quantitative research of evolution progress of fluvial, the physical simulation and numerical simulation of fluvial sedimentology, reconstructing the point bar and calculate the date of facies model, and using the detrital zircons as a next dating tool in source to sink sedimentological and stratigraphic analysis, in which some will still be important research and development fields of international fluvial sedimentology.

fluvial sedimentology; hot topics; research direction; international conference on fluvial sedimentology

1000-0550(2017)06-1097-13

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.06.002

2017-08-22；收修改稿日期2017-08-28

國家科技重大專項(2016ZX05003-001)；中國石油股份公司課題(2016B-0502，2016B-0302)[FoundationNational Science and Technology Major Project, No. 2016ZX05003-001; PetroChina Science and Technology Project, No. 2016B-0502, 2016B-0302]

高志勇，男，1974年出生，高級工程師，沉積學及油氣儲層地質(zhì)，E-mail: gzybox@163.com

P512.2

A