经典地质图集，彻底搞明白冲积扇！

当奔腾的河流带着泥沙，

摆脱束缚冲出山谷，

地球上最壮观之一的景观

—— 冲积扇 ，开始逐渐形成！

新疆塔克拉玛干沙漠的冲积扇（图源@NASA）

冲积扇形成之震撼绝不亚于

山峰、海洋、河流和湖泊

……

伊朗南部冲积扇（图源@NASA）

埃及东北部冲积扇（图源@NASA）

如此令人惊叹的冲积扇

究竟是如何形成的？

它的沉积又有什么显著特征？

冲积扇（图源@WildFilmsIndia）

 

01      

 形成与形态 

冲积扇(alluvial fan) 是指

河流流出峡谷后，

因突变为宽浅水体而流速顿减，

所携带的 碎 屑物在山前

堆积成的扇形沉积体。

（图源@sites.google.com）

冲积扇的形成需要有

充足的陆源碎屑供应，

以及从山区向盆地过渡的

高差悬殊的地形突变。

美国加州死亡谷冲积扇（图源@Marli Miller）

在干旱-半干旱气候区，

植被稀少，物理风化作用剧烈。

降雨量虽少但多为暴雨，

洪水短暂而猛烈，

因此在山区向内陆盆地或

平原过渡的地形转换地带

多有冲积扇发育。

（图源@The Elements Unearthed）

例如我国西北地区沿

祁连山一阿尔金山

—昆仑山北麓地带

发育有一系列冲积扇。

它们整体延绵数千公里，

相互叠接，极为壮观。

阿尔金山（图源@beijinghikers.com）

干旱-半干旱气候区 是

最有利于冲积扇发育的地区。

而在 潮湿或半潮湿气候区 ，

如果有合适的地质条件及

充分的物质供应也可形成

规模较大的冲积扇。

柯西河（图源@John Pavelka）

例如位于喜马拉雅山

南麓热带潮湿气候区的柯西河。

由于坡降陡、 水量充足

且流速急，侧向摆动迅速，

仅在近两个多世纪以来，

即从东向西侧移170公里，

形成了著名的柯西河冲积扇。

柯西河冲积扇（图源@文献[5]）

发育于干旱—半干旱气候区

的冲积扇称作 旱地扇

(arid alluvial-fan)，

而在潮湿—亚潮湿气候区的

冲积扇可称作 湿地扇

（humid alluvial-fan）。

（图源@image.baidu.com）

两种扇体平面形态

均呈扇状或朵状体， 

从山口向内陆盆地或

冲积平原辐射散开。

（图源@ScienceDirect.com）

旱地扇与湿地扇发育明显

受到地质构造控制。

在强烈差异升降的

活动性断裂带的断陷盆地边缘，

往往分布着面积广泛和

厚度巨大的冲积扇。

法国庇里牛斯山冲积扇（图源@Mikenorton）

 

02      

 沉积类型 

冲积扇沉积物类型比较复杂，

包括了粗大的砾石、砂以及泥质。

各种类型沉积物之间存在着

较规律的组合关系，

主要受水流的不同流动机制控制。

理想旱地沉积 （图源@Sedimentation and Stratigraphy）

冲积扇上水流形态既有

高粘度洪流的泥石流，

也有低粘度的液态流。

这些水流 在洪水期溢出 河道，

形成宽而浅的片状漫流或

席状洪流(sheet flood)。

（图源@google.com）

不同流动形式产生了不同沉积物。

根据流动特点可以从

冲积扇区分出四种沉积类型：

泥石流沉积、河道沉积、

片（漫）流沉积和筛状沉积 。

泥石流沉积

 

泥石流 是由沉积物和水

混合在一起的一种

高密度、高粘度的流体。

泥石流 （图源@irpi.cnr.it）

沉积物含量一般大于40%的

称作粘性泥石流；

大于10%，小于40%的

称作稀性泥石流。

泥石流因含有大量沉基，

流体强度很大，

可以将巨大漂砾托起和搬运走。

泥石流通道及沉积（图源@AZGS）

形成泥石流的必要条件是

植被稀少， 有突发性的洪水

和陡峭的坡度，以及大量碎屑

和泥质基质的供应。

（图源@文献[6]）

泥石流具有强大的侵蚀作用，

在水道中央和两侧

因剪切力不足以克服沉积物强度，

可形成刚性的 中央塞

(central plug)和天然堤。

喜马拉雅山泥石流通道（图源@DanHobley ）

泥石流流速减缓时，

大小不同的负载同时堆积下来，

形成分选很差的砾、

砂、泥混合沉积物。

泥石流沉积（图源@The University of Arizona）

因此泥石流沉积相为

几乎没有内部构造的块状层，

颗粒大小混杂，

粒度相差悬殊，

从直径可达数米的漂砾到

极细的泥质混杂在一起。

加利福尼亚古泥石流沉积（图源@Wilson44691）

板状或长条状漂砾

垂直定向排列，

在泥基中漂浮状产出或

突出在层面之上等现象，

均为泥石流的显著特征。

泥石流沉积（图源@ zeesstof ）

河道沉积

 

冲积扇上的河道

多分布在冲积扇上半部，

因为在交会点

(水道纵剖面线与扇面的交点)之下，

河水易漫出河道形成片流。

（图源@image.baidu.com）

半旱一旱地扇上的河道

多为宽浅的间歇河，

主要的沉积作用发生在

雨季短暂的洪水期。

间歇河 （图源@image.baidu.com）

河道充填物 由分选不好的

砾石和砂组成透镜层，

成层性较差。砂层具过渡流态和

高流态型的平行层理和

粗糙的板状及槽状交错层理。

砾石多呈叠瓦状排列，

底部为明显的凹槽状

突变接触关系。

河道沉积（图源@UNIVERSITY OF MARYLAND）

冲积扇上的河道很不稳定，

经常迁移改道，每次洪水期的

水系分布都有较大变化，

老的河道充填沉积物

常被之后的片流沉积物覆盖，

因此河道沉积相向上

多过渡为片（漫）流沉积相。

河道沉积（图源@Geological Digressions）

片（漫）流沉积

 

片流 为在洪水期漫出河道，

在部分扇面或全部扇面上

大面积流动的一种席状洪流。

水浅流急，为高流态的暂时水流。

片流沉积（图源@UNIVERSITY OF MARYLAND）

片流多出现在交会点以下

河道的下游地带。

洪峰过后，片流又迅速变为

辫状河道及沙坝。

片流沉积（图源@Geological Digressions）

片流沉积物 主要由

分选较好的砂层组成，

并常具小型透镜状

砾石夹层和冲刷构造。

片流沉积砾石夹层 （图源@Geological Digressions）

筛状沉积

 

当洪水携带的沉积物

缺少细粒物质(粉砂和泥)时，

便形成由砾石组成的沉积体。

筛状沉积（图源@ Ji-Elle ）

由于砾石层具有

极高的孔隙和渗透性，

在紧靠交会点的下面，

水流大量从砾石层渗到地下，

同时将携带的细碎屑

填积在大砾石间的孔隙内。

形成的具双众数粒度分布特征的

砂砾石沉积，即为 筛状沉积 。

筛状沉积（图源@UNIVERSITY OF MARYLAND）

河道沉积和片流沉积在

冲积扇 沉积区内分布最广。

在细粒物源充足的冲积扇上，

泥石流沉积也可占据

冲积扇上部的相当大部分，

而筛状沉积通常只在局部发生。

 

03      

亚相划分 

根据现代冲积扇地貌及

沉积物的分布特征，

可进一步将冲积扇划分成

扇根(顶)、扇中和

扇缘(端) 3个亚相，

它们之间没有明显的界线。

在扇与扇之间，

还存在着 扇间地带 。

扇根(顶) 分布在邻近

冲积扇顶部地带的断崖处，

其特点是沉积坡角最大，

并发育有单一的或

2～3个直而深的主河道。

扇根(顶)

其沉积物主要为

泥石流沉积和河道沉积，

由分选极差的、无组构的

混杂砾岩或具叠瓦状的

砾岩、砂砾岩组成。

（图源@UNIVERSITY OF MARYLAND）

扇中 位于冲积扇的中部，

是冲积扇的主要组成部分，

以具有中到较低的沉积坡角和

发育的辫状河道为特征 。

因此，沉积物主要由砂岩、

砾状砂岩和砾岩组成。

扇中

与扇根沉积相比较，

沉积物的分选性明显变好。

可见辫状河流作用形成的

不明显的平行层理和交错层理，

甚至局部可见逆行沙丘交错层理。

扇缘(端) 出现在冲积扇的趾部，

其地貌特征是具有最低的

沉积坡角和地形较平缓。

扇缘(端)

沉积物通常由

砂岩和含砾砂岩组成，

其中夹杂粉砂岩和黏土岩，

局部也可见有膏盐层。

其砂岩粒级变细，

分选性变好。

膏盐层（图源@Geological Digressions）

除在砂岩和含砾砂岩中

仍可见到不明显的平行层理、

交错层理和冲刷一充填构造外，

粉砂岩和泥岩则可显示

块状层理、水平纹理以及

变形构造和暴露构造

(如干裂、雨痕)。

雨痕（图源@Rygel, M.C.）

参考资料：

[1] 大港油田地质研究所. 滦河冲积扇-三角洲沉积体系[M]. 地质出版社, 1985.

[2] 吴胜和, 范峥, 许长福,等. 新疆克拉玛依油田三叠系克下组冲积扇内部构型[J]. 古地理学报, 2012, 014(003):331-340.

[3] 柯保嘉, 陈昌明. 鄂尔多斯盆地西缘砾质冲积扇沉积学特征[J]. 沉积学报, 1991, 009(003):11-21.

[4] 冯增昭. 中国沉积学[M]. 石油工业出版社, 1994.

[5]王良忱, 张金亮. 沉积环境和沉积相[M]. 石油工业出版社, 1996.

[6] Shen, Ping & Zhang, L. & Chen, Hong-Xin & Fan, Ruilin. (2018). EDDA 2.0: Integrated simulation of debris flow initiation and dynamics considering two initiation mechanisms. Geoscientific Model Development. 11. 2841-2856. 10.5194/gmd-11-2841-2018. 

USGS、NASA、TCT、YouTube、维基百科、搜狐、百度百科等