沖決：河道演化關鍵環節的綜述與討論

摘 要 有關沖決的研究已充分應用于地質學、地貌學、水工學等領域，但尚未受到國內沉積學家的充分重視。在梳理相關爭議性問題的基礎上，綜述并討論有關沖決概念、成因、演化、識別、應用等關鍵問題。主要成果包括：（1）闡述沖決的概念，以及沖決與決口、改道的異同，并建議使用狹義的沖決概念來解釋大規模的河道改道；（2）明確坡度比是沖決的主要控制因素，天然堤的抗沖性（砂質天然堤還是泥質天然堤）、泛濫平原的地貌特征（地表植被，水位，排水狀況，廢棄河道）是河道沖決的次要控制因素；（3）總結了沖決的演化模式與識別標準，提出了適用于儲層沉積學的分類方案；建議國內的沉積學家使用決口型沖決與廢棄河道再占用型沖決識別不同的河道類型與演化方式，或使用地層過渡型沖決與地層突變型沖決的分類方案來區分河道之間的疊置關系；（4）討論了沖決在儲層構型、河型轉化等當前熱點問題中的應用前景。建議引入沖決的概念來完善儲層構型領域5級構型的演變、大型河道化體系的地質知識庫的建立，以及異旋回對儲層構型的影響；補充河型轉化當中大型單一河道與網狀化河道相互轉化的沉積模式。有關沖決問題的綜述與討論為儲層沉積學家恢復古河道演化方式，建立更加精準的地質模型提供更多的科學依據。

關鍵詞 沖決；河道演化；決口扇；儲層構型；砂體疊置；河型轉化；曲流河；改道

第一作者簡介 陳薪凱，男，1990年出生，博士研究生，工程師，油藏評價綜合研究，E-mail： chenxk_cq@petrochina.com.cn

通信作者 周樹勛，男，高級工程師，油藏評價，E-mail： zsx_cq@petrochina.com.cn

中圖分類號 P512.2 文獻標志碼 A

0 引言

沖決一詞在英文中為avulsion，后推廣應用于有關河道研究的諸多領域。有關沖決的研究成果有助于地貌學家探索沖積平原上地貌的形成與演化，有利于沉積學家重建古河道的歷史演變、有益于水利工程師控制城市河道流體的走向[1]。在沉積學領域，河流在洪泛期的決口與沖決，驅使流體與沉積物進入泛濫平原，并促使泛濫平原加積或河道演化；沖決頻率、河道遷移速率以及凈沉積速率決定了泛濫平原上河道、廢棄河道、越岸沉積的豐度與幾何形態[2?6]。在沖積扇或三角洲沉積當中，沖決促進分流河道延伸與廢棄的不斷循環[7?8]。

在國外的研究當中，沖決的概念、成因、演化模式、識別方式等諸多環節還存在較多的爭議[1?8]。首先，部分學者所提出的沖決概念與決口、改道頗為相近，有必要闡明沖決的狹義與廣義概念，以及使用范疇。其次，在沖決的控制因素方面，超高、標準化超高、坡度比等關鍵參數的影響相近但含義不同，且坡度比變化、洪水激發、河道阻塞等經典控制因素，正在受到有關泛濫平原的地形地貌、天然堤的抗沖性等研究的挑戰，有必要對這些控制因素的研究進展進行對比討論。第三，在有關沖決的演化模式與識別方法方面，基于現代沉積的研究主要側重河道的演化樣式，而基于古代露頭的研究則側重于砂體的疊置關系，有必要對比前人分類方案與識別方法，為沉積學家在利用鉆井數據、露頭數據、地震數據進行砂體精細刻畫時提出相應的識別方案。

此外，有關沖決的研究尚未受到國內沉積學家的足夠重視，國內的學者常使用沖裂[9]、沖決[10]、沖裂決口[11]、改道[12?13]等近義詞分別闡述大規模的決口改道事件[9]、河道分叉后所形成的廢棄河道類型[10]、新一期河道的演化階段[11]、淺水三角洲的改道與改道的破壞作用[12?13]等，但尚未對沖決進行專門的引進與討論。有必要在對比討論國內外有關沖決研究的基礎上對沖決概念、成因、演化、識別、應用等關鍵問題進行總結歸納，并結合當前儲層構型、河型轉化等熱點問題進行討論，從而為儲層沉積學家恢復古河道的演化方式，建立更加精細的地質模型提供更多的科學依據。

1 沖決的概念

1.1 沖決的定義

沖決在英文中為avulsion，最早起源于醫學術語[14]，在國內的醫學領域常被翻譯為撕脫或撕裂。在地質學領域，早期Allen[15]將沖決定義為河道遷移至泛濫平原的低洼處導致（沖決點下游）曲流帶的突然廢棄。Makaske[16]認為Allen對沖決的定義僅僅包含曲流河，而辮狀河中新河道的再次形成與網狀河中分流河道的形成都應該屬于沖決的范疇，且新河道的形成并不一定伴隨著現有河道帶的突然廢棄，因此以“河道”代替“曲流帶”，并舍棄“（沖決點）下游河道的突然廢棄”，將沖決定義為當前河道中的流體發生改道（diversion）進入泛濫平原，最終形成新的河道帶。與前人不同的是，Mohrig et al.[1]考慮了廢棄河道的重新占用（reoccupation），并將avulsion定義為流體快速流出原先穩定的河道帶，并進入相鄰泛濫平原新的流體通道內。

在沖決的定義方面，目前多數學者認為沖決一詞僅限于生成新的河道帶，即大規模的改道事件；但也有部分學者將沖決的概念應用于河道的短期改道，比如辮狀河中河道的遷移或曲流河的截彎取直[17?18]。簡而言之，廣義的沖決概念可以指代所有河道化體系的改道現象，但狹義的沖決概念（多數學者接受的概念）是指流體快速流出原先穩定的河道帶，侵蝕泛濫平原，或占用泛濫平原中的廢棄河道，最終形成新的河道帶。鑒于截彎取直、河道廢棄等概念在油藏描述中已經廣泛應用，且這些概念在解決單砂體刻畫時有著良好的應用效果[10，19?21]，本文推薦使用沖決的狹義概念，即僅使用沖決一詞形容大規模的河道改道現象。

1.2 沖決與決口、改道的異同

1.2.1 沖決與改道

沖決是改道（diversion）的近義詞，早期Fisk就只使用改道一詞對密西西比河的沖決現象進行描述[17]，國內的水工學家也常使用“ 改道”一詞來形容avulsion[22?23]。Mackey et al. [24]在沖積地層的模擬中，使用“河道改道（沖決）”的表達方式對與沖決相關的內容進行論述。而前人也多使用改道（diversion）一詞對沖決的定義進行說明[1，15?16]。鑒于早期沖決的概念主要應用于大規模的流體改道[1，15?17]，狹義的沖決概念在某種程度上可以作為大規模改道的近義詞。但又因為目前沖決概念在沖積扇、辮狀河、泛濫平原（曲流河和網狀河）、三角洲體系等諸多改道事件中廣泛應用[1?8，25?26]，很難將廣義的沖決概念與改道區分開來，可以將廣義的沖決概念作為改道的近義詞。

1.2.2 沖決與決口

多數沖決與決口扇相伴生，因此國內的學者多使用沖裂決口或沖決來描述與決口相伴生的沖決現象[9?11]。隨著主河道中的流體不斷匯入決口水道并不斷延伸，此時成長的決口水道可能捕獲主河道中的多數流體甚至全部流體，并最終引發大規模的改道（沖決）[27?28]。無論是現代沉積[27?28]，還是古代露頭[29]，都可以觀察到這一決口水道不斷延伸所引發的沖決現象，而這種與決口扇伴生的沖決類型通常被命名為決口型沖決或前積型沖決[17]。

在區分沖決與決口方面，Nienhuis et al.[30]認為如果決口在短暫的時間內愈合，則不發育沖決，如果決口水道繼續延伸，則可能演化為沖決；Kraus et al.[29]認為，與決口扇相比，沖決覆蓋面積更大（沖決可以涵蓋數百平方千米），持續時間更長（沖決通常大于100年，而決口通常幾天到數年），且沖決河道與主河道（舊河道）大多呈平行或亞平行；而Makaske et al. [31]在對巴西的西南部、Pantanal盆地、Taquari扇體的觀察分析中，則簡單地將流體改道超過舊河道滿岸流體50%的稱為沖決，反之則稱之為決口。

2 沖決的成因

沖決的成因（控制因素）有多種，中國歷史上黃河的沖決大多由河道淤積與水文洪水引發[32?33]；1873年加拿大東Saskatchewan河的大型沖決由河道的冰塞（ice jam）觸發[27?28]；非洲Okavango扇體的沖決主要由植被的生長引發河道堵塞與堆積所致[34]。

在數值模擬當中，Heller et al.[5]使用超高（superelevation，即河流滿岸的水位高程與相鄰泛濫平原最小高程之間的差值）作為衡量沖決的主要因素（圖1）；Mackey et al.[24]使用橫穿河谷的坡度Scv（crossvalleyslope）與順谷河道帶坡度Sdv（down-valleychannel-belt slope）的比值Scv/Sdv作為河道調整至沖決門限的關鍵因素；Slingerland et al.[35]模擬發現，當決口坡度與順流坡度比大于5時，河道將產生沖決。坡度的影響可以簡單地理解為，當順流坡度較大時，流體與沉積物傾向于向下游匯聚，因此沖決較少；而當橫向坡度較大時，流體與沉積物趨向于溢出天然堤，并進入泛濫平原的低洼處。

Jones et al. [36]使用沖決的潛在坡度Sa（slope ofthe potential avulsion course）與現有河道坡度Se（theslope of the existing channel）的比值Sa/Se作為引發沖決的關鍵因素，并將沖決的成因歸因于三大類（表1、圖2）：（1）Se下降導致Sa/Se增加；（2）Sa增大導致Sa/Se增加；（3）Sa/Se不變，但河道攜帶流體與沉積物的能力發生改變。在大多數情況下，這些因素的一部分可以共同使河流接近沖決門限，隨后的觸發事件（主要是洪水）將會導致河流超過沖決門限并產生沖決。但是使用Jones 的方案[36]需要注意以下幾點：（1）Jones所說的Sa是指沖決的潛在坡度（slope of thepotential avulsion course）[36]，可以理解為沖決最大趨勢方向的坡度，該方向可能與河道垂直或斜交（注意與Mackey所說的橫穿河谷方向[24]區分，Mackey采用的是垂直河道的坡度）；（2）沖決的觸發機制通常是洪水事件，但河道的沖決并不一定由大型洪水所引發。當河道調整接近沖決門限時，只需小型的洪水，即可產生沖決[31]；（3）Jones所說的基準面下降誘發沖決[36]（在海相體系或海陸過渡相體系中，基準面通常是指海平面[37]），是指當海（湖）平面下降時，導致湖底或者大陸架暴露，此時當河流流入湖底或大陸架時，隨著河道順流坡度（Se）的降低，導致Sa/Se增加，最終可能導致河道的沖決。這一現象需要與Stouthameret al.[38?39]所強調的基準面（海平面）快速上升促進沖決相區分，因為Stouthamer et al.[38?39]強調的是基準面（海平面）快速上升導致順流坡度（Se）急劇下降，從而引發較高的沖決頻率；（4）除坡度比外，Mohrig et al.[1]增加標準化超高（normalized superelevation，即超高與流體深度的比值）作為衡量沖決的第二個重要指標，認為不同規模的河道體系，其天然堤超高相差巨大，使用超高與流體深度的比值有利于在對比不同規模的河道體系時對超高進行標準化處理（圖1）。

超高[5]、標準化超高[1]、坡度比[24，36]等關鍵參數在沖決的成因方面廣泛應用，并作為沖決前河道不斷調整并接近沖決門限的關鍵參數，或者被稱作沖決的關鍵性前置因素。但其重要性也受到部分學者的挑戰。Rajchl et al.[40]探討了泥炭的差異壓實對沖決的影響，但差異壓實的結果仍然是局部坡度的改變。Aslan et al.[41]認為，密西西比河流域橫穿河道與順河道的坡度之比為16～100，這些數值遠遠超過了Slingerland數值模擬中的沖決門限[35]，但是下密西西比河谷中的沖決事件卻很少，這一結果表明數值模擬過程中應當減少對坡度優勢（gradient advatages）的過分強調，增強對其他因素的關注，如泛濫平原的地形等。Makaske et al.[31]對巴西西南部Taquari扇體的觀測結果顯示，砂質天然堤是中扇區域決口沖決產生的主要因素之一，應當重視天然堤的抗沖性。Nienhuis et al.[30]通過數值模擬，認為植被促進沉積物在泛濫平原中沉積，并減少侵蝕作用，沒有植被覆蓋的泛濫平原更容易產生沖決。

隨著露頭調研與數值模擬的不斷深入，坡度變化（包括海平面升降、構造變化、天然堤加積、泛濫平原加積、差異壓實、河道的延伸與側向加積對坡度比的改變）[1，5，17，，24，31，，35?36，38?39]、天然堤的抗沖性（砂質天然堤還是泥質天然堤）[31，41]、泛濫平原地貌（地表植被、水位、排水狀況、廢棄河道）[1，30?31，40?41]均可以作為影響沖決的前置因素，在這些因素的綜合作用下，河道不斷調整并接近沖決門限，并在一定的觸發機制（洪水、構造運動、河道堵塞等）下產生沖決。但每種研究手段各有利弊，在探究沖決的成因方面，現代沉積的觀察最為真實，但大型沖決的時間跨度少則數十年多則數千年，很難觀察到沖決的整個環節；數值模擬可以提供最為便利且跨度更長的沖決過程，但是在參數的設計與模型的精度上又很難達到真實河道的水平。只有將這些研究成果相互對比，不斷改進，才能得到更為準確的結果。

3 沖決的演化模式與分類方案

前人主要根據現代沉積中河道的演化樣式[27，41?43]與古代露頭中砂體的疊置關系[1，29，44]對沖決進行分類，常用的沖決類型為決口型沖決、下切型沖決、廢棄河道再占用型沖決等（表2）。其中決口型沖決與廢棄河道再占用型沖決的定義，主要源自對現代沉積的觀察，用于描述河道的演化過程[27，41?43]；下切型沖決主要源自對古代露頭的觀察，用于描述厚層的河道砂體與下伏泛濫平原的突變接觸[1，29，44]。特別是Slingerland et al.[37]所定義的下切型沖決，在決口型沖決的遠端[44]，河道再占用型沖決當中[1，43]，以及缺乏決口扇的河流體系當中均有出現[44]。

3.1 決口型沖決

決口型沖決（avulsion accompanied by crevasse-splaydeposits）[43] 主要源自于Smith et al.[27] 對CumberlandMarshes的研究成果，即沖決體系由決口水道的不斷延伸導致舊河道的不斷廢棄，并最終形成新一期的河道體系（圖3），當時被Smith et al.[27]定義為前積型沖決（avulsion by progradation）。在此之前，Bridge[46]曾認為沖決可能由逐漸擴大的決口扇產生，但并未提供更多論證。這種沖決類型也稱作異粒巖相型沖決沉積（heteroli ? thic avulsion deposits）[29]、加積型沖決（aggradational avulsion）[1]，或地層過渡型沖決（stratigraphically transitional avulsion）[44]，該類型在野外的典型標志為厚層的河道砂體底部為薄互層的決口扇沉積體系[29，44]。

Smith et al.[27]將決口型沖決的演化過程分為4個階段：（1）沖決的初始階段（initial avulsion stage），主河道（舊河道）的流體與沉積物擴散并進入鄰近泛濫平原，形成小型決口扇復合體（類似于I型決口扇），此時網狀河道的數量不斷增加（圖3a，d）；（2）網狀階段（anastornosed stage）受流量與沉積物供給所限，網狀河道的數量最終達到動態平衡（以廣泛分布的II型決口扇與III型決口扇為主要特征），在此過程中，舊河道的廢棄伴隨著新河道的形成（圖3b，d）；（3）逆轉階段（reversion stage），沉積物的不斷堆積導致泛濫平原與主河道（舊河道）間的坡度降低，分流河道的廢棄速率大于形成速率，此時流體開始集中在數量不斷減少且寬度不斷擴大的河道中（圖3b，d）；（4）單一河道階段（single channel stage）伴隨著舊河道（主河道）的廢棄與新河道（主河道）的形成，并最終形成新一期的大型河道帶（圖3c，d）。

決口型沖決演化模式[27]被后續的學者廣泛接受，并在現代沉積[31，41?43] 與古代露頭[1，29，44] 中廣泛使用。Mohrig et al. [1]使用“加積型沖決”一詞來描述Smith沖決模式[27]（圖4），其主要過程包括：（1）流體與沉積物從沖決點溢出以網狀河道的形式向泛濫平原的地勢低洼處前積，當網狀河道流經先前的廢棄河道時與廢棄河道匯聚并再次匯入主河道（圖4a）；（2）流體匯入單一河道，并在舊河道下游與之匯聚，直至沖決結束（圖4b）。Mohrig模式[1]與Smith模式[27]的最大差異在于尺度不同，Smith et al. [27]所調查的CumberlandMarshes沖決體系，其大型沖決帶延伸范圍可達數百平方千米，而Mohrig et al. [1]所調研古代露頭的規模則遠遠小于大型沖決，更像是在建立局部范圍內的沖決模式。

決口型沖決模式的提出有利于解決以下幾個問題：（1）河道的大規模改道（沖決）可以是漸變的，而早期的數值模擬當中通常將沖決作為瞬時的突變過程[2?4]；（2）沖決是泛濫平原加積的主要方式之一，而早期的沉積學觀點認為泛濫平原主要由越岸沉積組成[27?28]；（3）對于所觀察到的決口扇過渡為主河道的序列，大多可以解釋為決口型沖決現象。

需要注意的是，并不是所有的決口型沖決都能觀察到“由底部決口扇向上過渡為主河道”的沉積序列。（1）在決口型沖決演化的末期，單一河道匯聚早中期所有的流體與沉積物，該河道不斷地變寬變大且深切下伏地層，可能將下伏的決口扇侵蝕殆盡，導致新一期的主河道在垂向序列上直接表現為主河道與泛濫平原直接侵蝕接觸[43]；（2）在遠離舊河道的區域，在早期沖決的過程中并沒有沉積大量的決口扇體系，因此當新一期河道流經舊河道遠端區域的時候，也可能表現出主河道與泛濫平原直接侵蝕接觸[44]。

3.2 河道再占用型沖決（下切型沖決）

河道再占用型沖決（avulsion by reoccupation）是指越岸流體（或決口水道）占用原先的廢棄河道（廢棄河道多為泛濫平原的低洼處），并在該廢棄河道的基礎上不斷地延伸擴大并最終形成大規模的沖決河道（圖4c，d）[1，17，43]，這一現象在Mississippi 河[41]、Cumberland Marshes[42]、Rhine-Meuse三角洲[43]等現代沉積體系中多有發現。Slingerland et al.[17]認為該沖決類型使用合并型沖決（avulsion by annexation）更為合適，因為河道的合并用既可以包含占用廢棄河道（傳統意義上的河道再占用型）也可以包含占用活躍河道。但多數學者仍采用河道再占用型沖決，可能是由于活躍河道的再占用主要集中在河道帶內（特別是辮狀河體系內活躍河道的不斷變換），且合并型沖決一詞無法直觀地表達這種沖決方式。

河道再占用型沖決在古代露頭上的典型特征包括：（1）復合砂體呈階地狀多期疊置[1]；（2）每期河道之間（河道廢棄到再次占用期間）由于泥巖長期暴露地表使得每期河道砂體之間的泥巖顏色呈氧化色[1，47]。Mohrig et al. [1]認為導致河道被重新占用的原因包括：（1）只要現存的廢棄河道沒有被完全充填，就為越岸流體提供現成的輸送渠道；（2）即使被充填了，砂質的河道充填要比相鄰的泛濫平原更容易被沖刷。

需要注意的是，這種河道再占用型的沖決模式被Mohrig命名為下切型沖決[1]，用于表示河道沉積與下伏的泛濫平原的直接接觸，且中間并沒有薄互層決口扇的過渡。在后續的研究中，Slingerland et al. [17]將河道再占用型沖決與下切型沖決分開，作為第三種沖決類型。盡管這種與泛濫平原直接接觸的下切型沖決類型在露頭中廣泛分布[1，43?44]，但很難作為一種單獨的沖決演化方式，因為決口型沖決也可能伴隨著河道的下切或與泛濫平原突變接觸的現象（決口型沖決的末期主河道的下切；決口型沖決遠端區域，河道底部缺乏決口扇沉積體系），而河道再占用型沖決也可能由于河道下切深度較淺仍在底部殘存決口扇沉積。因此，這些概念之間的相互交叉導致在應用過程中會受到很大的限制，為了在應用當中避免分歧，建議在使用現代沉積或地震切片研究河道的演化方式時（這些資料更容易在宏觀上觀察到河道演化的整個過程），僅使用決口型沖決與河道再占用型沖決進行描述。

3.3 其他沖決模式

決口型沖決與河道再占用型沖決是早期較為經典的沖決演化形式。近年來隨著調研的不斷深入，學者們提出了木塞充填沖決模式、回水沖刷沖決模式等。

木塞充填沖決模式基于Gibling 對加拿大Pennsylvanian South Bar組辮狀河露頭的觀察總結出木塞充填河道的演化模式[48]。該模式主要包含4個階段：（1）河道內洪水沉積物的堆積；（2）木質阻塞，河道加寬與河岸侵蝕；（3）沖決與河道廢棄；（4）河道再激活。但是該模式的前兩個過程似乎側重沖決前的準備工作，或沖決的前置因素（沖決事件之前河道自我調整并接近沖決門限），而導致河道阻塞加寬與河岸侵蝕的原因除木塞以外，冰塞、巖體垮塌等多種阻塞現象均適合這一模式。因此該模式對于木塞所引發的沖決現象具有一定的研究意義，但很難作為標準模式推廣。

回水沖刷沖決模式源自于Donselaar et al.[49]對玻利維亞阿爾蒂普拉諾內流盆地科羅拉多河的研究，李嘉光[50]對這一沖決體系做綜述性討論。回水沖刷沖決模式的過程主要包括[49?50]：（1）洪水期決口水道略微侵蝕堤岸與相鄰泛濫平原，決口水道位于主河道上方（圖5a）；（2）洪水衰退期，泛濫平原中的流體向低洼的決口水道匯聚并回流至主河道內，在此過程中，回流的流體沖刷導致決口水道變長變寬且不斷下切天然堤，在此過程中決口水道與主河道河床之間的高差逐漸減小（圖5b）；（3）決口水道進一步增長變寬并不斷下切，導致決口水道河床與主河道河床之間的高差幾乎接近于0，此時即便在低水位期，主河道的流體也可以進入決口水道（圖5c）；（4）決口水道最終捕獲主河道的全部流體，直到主河道廢棄（圖5d）。回水沖刷沖決模式基于干旱湖盆曲流河末端細粒沉積體系[50]，而前積型模式中的CumberlandMarshes地區為半濕潤氣候[27?28]，氣候差異可能是這種模式差異的控制因素之一。此外，回水沖刷沖決模式中的天然堤較低[49]，但后期Toorenenburg根據這一模式提出的與沖決相關的決口扇的演化過程中卻使用了較高的天然堤高程[51]，該模式似乎是Donselaar回水沖刷沖決模式[49]與Toorenenburg復合決口扇模式[52]的混合類型。

此外，在三角洲朵體的遷移當中，Hoyal et al. [8]認為三角洲朵體的“沖決旋回”分為4個階段，即河道沖決→侵蝕→河道延伸→河道回填與廢棄，Edmonds etal. [7]認為三角洲在朵體延伸→沖決→廢棄的不斷循環中不斷地創造新的濕地。這些模式對于三角洲體系5級構型的劃分具有一定理論意義，但除了河道回填與廢棄的過程，其他環節與決口型沖決模式[27]仍存在諸多近似之處。

4 沖決的砂體展布特征與識別方式

隨著地震資料品質的提升，一些區塊的地震精度已經可以達到單一河道[45，53?60]甚至側積層級別[61]。近年來，國外的石油工作者針對儲層范圍內的沖決現象進行研究，Lowe et al. [45]以井震結合的手段對孟加拉灣西側上新世戈達瓦里河深水—水道體系的沖決過程進行詳細描述，認為該地區水道在沖決的早期形成決口扇復合體（可能為復合辮狀水道），隨后流體沿著單一的主水道匯聚局部的流體，并伴隨著水道下切與天然堤建造，最后水道體系被充填。這一結果與Smith的前積型模式[27]近似。Zhao et al.[60]利用高分辨率三維地震對尼日爾三角洲大陸坡上海底水道沖決過程的分析，認為該沖決水道受控于坡度的先增加后降低，從上游到下游依次為盤狀的、深U、深V、淺U狀，并將該沖決水道的演化充填過程分為4個階段。但是國內的石油工作者對河道的沖決（大規模改道）現象或者說5級構型級別河道的演化與展布方式尚未進行充分的探討。因此有必要對沖決河道的砂體展布特征與識別方式進行綜述，并結合沖決的演化模式，為儲層范圍內沖決概念的應用提供理論支持。

4.1 單井與露頭的識別標志

對于沖決的露頭識別，前人通常將沖決歸為兩類[1，29，44]，一種為地層過渡型沖決，通常由底部的決口扇向上過渡為河道砂體，這種類型通常與決口型沖決模式有關；另一種為地層突變型沖決，即河道砂體與泛濫平原直接接觸，下伏幾乎不含決口扇[1，27，29，43?44，62]。早期的觀點認為，決口型沖決對應過渡型序列[29]，河道加積較快[16?17]，且“先充填后下切” [1]；河道再占用型對應突變型序列[1，43]，河道加積緩慢[17]，且“先下切后充填” [1]。這些特征對多數情況適用。

在識別地層過渡型沖決（多為決口型沖決）方面，最簡單的指標為泛濫平原→決口扇→河道砂體的垂向序列（圖6a～c）。Kraus et al.[29]將決口型沖決的露頭識別細分為8個指標：（1）沖決沉積的頂部或底部發育中等厚度或較厚的古土壤（或煤層）；（2）與干流（trunk channel）相伴生的砂體直接位于沖決沉積體系之上；（3）沖決沉積為異粒巖相（heterolithicdeposits），細粒沉積環繞在條帶狀或薄層席狀的砂巖周圍；（4）與沖決相關的細粒沉積僅僅經受了初始的成壤改造，并可以此與泛濫平原沉積（長期暴露）進行區分；（5）許多條帶狀砂巖與干流的古水流方向平行或亞平行；（6）條帶狀砂體的寬厚比小于10；（7）伴隨著薄層砂席的條帶狀砂巖表明網狀的決口水道曾經占據了泛濫平原的特定區域；（8）異粒巖相沉積在側向上廣泛分布，表明它們曾分布在廣泛的泛濫平原之上。盡管Kraus et al.[29]所定義的理論迅速成為識別地層過渡型沖決的主要標準，但是由于其提出的8點指標主要源自其觀察的古代露頭與Smith etal.[27]所調研的現代沉積。可能存在以下問題：（1）條帶狀砂體的寬厚比范圍可能有所偏差，Gibling[63]認為與決口扇相伴生的沖決河道的寬厚比最大可達20，但通常小于15（該數據大多源自于曲流河與網狀河體系），且河道帶的寬厚比根據上游與下游的差異而相差較大[39，64]，也可能引發單一河道寬厚比的差異；（2）許多條帶狀砂巖與干流的古水流方向平行或亞平行的展布特征可能更適用于存在一定坡度的地帶，在坡度的控制下大部分沖決河道朝向低洼的區域匯聚。

在識別地層突變型沖決方面，最簡單的指標為泛濫平原與河道砂體的直接接觸（圖6d～g）。有關地層突變型沖決的露頭識別要更加復雜。早期的研究認為地層突變型沖決與廢棄河道的再次占用有關，在沖決河道占用廢棄河道的過程中，多期河道砂體不斷切割疊置，導致河道底部的決口扇被沖刷，最終形成與泛濫平原直接接觸的多期疊置的復合砂體[1，17，43]。但是多期疊置的復合砂體在露頭或者連井剖面當中往往具有多解性。Chamberlin et al. [65]認為，多期疊置的復合砂體可以同時在三種河流類型中出現：（1）河道帶內的沉積過程，如沙壩的遷移、活躍河道的遷移、截彎取直、流體的季節性波動；（2）河道再占用型沖決；（3）下切谷的充填。從多期疊置的砂體中識別河道再占用型沖決的方法主要包括（圖6g）：（1）復合砂體呈階地狀多期疊置[1，65]；（2）每期河道之間（河道廢棄到再次占用期間）由于泥巖長期暴露地表使得每期河道砂體之間的泥巖顏色呈氧化色[1，47]；（3）再占用型河道切割原先局部穩定的泛濫平原沉積（沖決前泛濫平原的長期穩定沉積）[65]。此外，Jones et al. [44]認為，地層突變型沖決并不僅僅由廢棄河道的再次占用產生，地層突變型沖決的成因可能為：（1）沖決沉積的形成地帶遠離與干流相伴生的決口扇區域，并推斷地層突變型以區域性沖決為主；（2）泛濫平原加積以越岸沉積（席狀砂）為主，幾乎不發育決口扇，低幅度、高黏性、泥質的天然堤以及粗粒的河道沉積物可能是不發育決口扇的主要原因；（3）突變型沖決產生于河道頻繁下切的區域；（4）泛濫平原特征如，地勢地貌、有無植被覆蓋、植被類型、水位、是否存在或缺乏早期的河道，以及基底的可侵蝕性都可能是控制河道與泛濫平原突變接觸還是漸變接觸的原因之一（Mohrig et al. [1]認為排水狀況較好的泛濫平原促使流體向前流動并侵蝕地表，形成這種突變接觸類型）。

河道下部有無決口扇沉積在儲層范圍內有著一定的研究意義：（1）可以作為河道演化方式的判別依據，有助于為儲層范圍內河道與砂體的展布特征提供更多的模式依據；（2）地層突變型比地層過渡型存在著更加穩定的隔夾層，導致主力砂體上下之間的連通性變差；而地層過渡型主力砂體之間的薄層決口扇與溢岸砂在一定程度上會增加河道砂體的連通性。張紅薇等[66]通過對大慶油田密集井網下砂體展布的分析，認為當河間砂體位于河道砂體中、下部時，主力砂體的連通較好（可能是由于主力砂體底部的河間砂體大多形成于Smith沖決演化序列的II期與III期[27]，其分布范圍較廣并具有一定規模），而當河間砂體層位較高，且僅與河道砂頂層的薄互層狀砂巖層位相對應時，二者連通較差；（3）與地層過渡型相關的決口扇砂體可以為油氣的富集提供良好的次要儲集層[66?71]，鄧慶軍等[71]通過對薩中開發區斷東區塊薩二油層組的分析，認為決口水道的有效厚度通常大于0.5 m，周連德等[70]通過對渤中34-X油田北塊1井區明化鎮組下段Ⅴ油組的沉積特征進行分析，認為決口扇單層厚度通常小于3 m，但累計厚度可達10 m，馬世忠等[11]認為決口扇水道是剩余油形成和產能挖潛的重要對象之一，對其進行研究具有重要的實用價值。這些研究結果表明，決口扇作為次要的儲集層，具有一定的開發價值。但是在河流相儲層的精細表征中往往被忽略，結合決口型沖決的演化模式與識別標志，可以為與沖決相關的大型決口扇儲層的精細刻畫提供理論依據。

4.2 平面展布特征

了解沖決河道的平面展布樣式有助于在油藏范圍內對多樣的河道展布模式進行歸類，并根據不同類型的砂體疊置關系與河道展布形態，建立更為精準的三維地質模型與井網部署方案。在沖決河道的平面展布上，Slingerland et al. [17]根據沖決河道的平面展布樣式，將沖決劃分為6種類型（圖7），其中完全沖決（full avulsion）導致沖決點下游的舊河道完全廢棄；部分沖決（partial avulsion）使得舊河道中的部分流體遷移至新河道中；點沖決（nodal avulsion）的沖決點相對固定；隨機沖決（random avulsion）則是沿著河道方向以任意點的方式發生沖決；局部沖決（localavulsion）是指沖決河道在下游與舊河道再次匯聚，類似于曲流河的截彎取直；區域沖決（regional avulsion）是指更大規模的沖決事件，并影響沖決河道下游廣泛的區域。需要注意的是，這些分類概念并不是相互排斥的，不同的沖決類型之間可以互相搭配構成同一套沖決體系，如Smith的大型決口型沖決模式[27]幾乎包含了以上所有的展布類型，而Mohrig模式[1]主要為局部沖決。此外，對于分流河道體系而言，多條分流河道可能并不是同時產生的，而是多期沖決所形成的河道體系（圖8），在儲層范圍內區分河道的期次通常可以利用平面上砂厚差異、薄層河間砂、鉆遇河道、頂面層位差異、動態特征來劃分不同河道的期次[19?20，72]。

根據前人研究的結果，并結合油藏工程實踐，建議在擁有高分辨率三維地震的區塊，使用決口型沖決與河道再占用型沖決來研究古代河道的演化樣式，并根據單井資料進一步研究古河道不同演化過程中的砂體疊置樣式（河道與泛濫平原是突變接觸還是漸變接觸）；在缺乏高分辨率三維地震的區塊，則推薦使用突變型沖決與過渡型沖決來研究河道與泛濫平原的接觸關系，并根據接觸關系結合密集井網下的連井資料盡可能地恢復古河道的展布樣式。但需要強調的是，只有具備高分辨率三維地震切片才能準確地識別古河道的沖決演化與疊置方式。

5 存在問題與討論

5.1 沖決與儲層構型

構型是指不同級次構成單元的形態、規模、方向及疊置關系[73]。然而在儲層構型領域，國內主要關注3～4級界面，即隔夾層或單砂體級別，對河道、河道帶，或三角洲朵體級別砂體演化與展布的研究相對較少。Miall[74]認為5級構型即主河道與三角洲朵體當中河道的遷移主要受到沖決控制，且沖決是理解如何產生大型河流構型的關鍵，對沖決的深入研究可以為大型河道的演化提供參考。

在5級構型（即單一河道復合體級別，如單一曲流帶或辮流帶）的演化當中，前人[2?8，24]大多以數值模擬對河道化沉積體系演化過程中河道的大小、形狀、地層組合、疊置密度，以及河道的連通性進行討論。在數值模擬當中，Bridge et al.[3]認為，當沖決頻率恒定時，河道帶的連通性與沉積速率呈反比。Heller etal.[5]建立了砂體疊置關系與沉積速率、沖決頻率之間的關系模型（圖9），并提出當b=1時，沖決頻率與沉積速率的增大率相同，砂體的疊置類型在不同的沉積速率下不變；當blt;1時，沖決頻率（在一定時間內的沖決次數）的增大速率小于沉積速率（沉積物對可容空間充填的速度），隨著沉積速率的增大，砂體的疊置類型由疊置型向孤立型轉化；當bgt;1時，沖決頻率的增加速率大于沉積速率，隨著沉積速率的增大，砂體的疊置類型由孤立型向高砂地比的疊置型轉化。這些模擬的結果可以為油藏范圍內砂體的連通性與疊置關系提供理論參考，但使用數值模擬的結果需要現代沉積與儲層資料的不斷修正。

此外，由于儲層構型的表征逐漸由定性表征向定量表征過渡，量化的參數可以為儲層范圍內單一河道的刻畫提供一定的參數支持。盡管前人在側積層產狀[75?76]、點壩的寬厚比與長寬比[77?78]，以及利用交錯層理與砂丘厚度估算滿岸河深[79]等領域做了大量的工作，但對沖決條件下5級構型定量表征的研究相對較少。Edmonds et al.[80]的研究表明，沖決路徑與河道帶的寬度成一定比例（針對局部沖決），沖決河道（局部沖決）側向遷移的距離（hop length）為2.5個河道帶寬度，沖決長度（avulsion length）為13.4個河道帶長度，而沖決長度大約是沖決河道側向遷移的距離的5.4倍。Gibling et al.[63]認為與決口扇相伴生的沖決河道的寬厚比可達20，但通常小于15。Yalin[81]認為，分流河道的每次分叉（小規模的沖決），都會使河道的寬度與深度分別發生改變，其關系式為Wn+1≈0.7Wn，Hn+1≈0.8Hn，其中，W為河道寬度，H為河道深度，n為河道分叉的期次。沖決控制下大型河道的定量表征有利于河流相儲層5級構型地質知識庫的建立與完善，仍需要在后續的研究中不斷補充。

5.2 自旋回與異旋回對沖決的影響

河道的沖決受自旋回（河道自身的調整）控制，還是受自旋回與異旋回（海平面升降，構造，氣候）共同作用，目前仍存在較大爭議。目前大多數學者認為沖決主要受自旋回控制，同時也可能受異旋回作用的影響[1，30，40，82]。

在自旋回控制方面，一般認為[1，17，83]，河流體系中沉積物在河道中運移，河道內部與邊部的沉降速率要比相鄰泛濫平原的沉降速率高得多，從而引發河道加積，可以使河道的底部高于相鄰泛濫平原，這一過程最終引發河道沖決至泛濫平原中相對低洼穩定的區域。一旦新的河道建立起來，這一旋回將再次發生，從而構成一期期的自旋回過程。即河道的自我調整（導致的坡度調整）是控制沖決的主要原因。也有部分學者認為河道的沖決僅僅受到自旋回作用控制[83]。

在異旋回控制方面，海平面升降、構造、氣候在一定程度上可能影響河道的沖決，但這些觀點也受到一定的爭議。在海平面（注意，對海相或海陸過渡相而言，基準面一般是指海平面或相對海平面，可容納空間使用海平面與海底之間的距離度量[37]）對沖決的控制方面，Stouthamer et al. [38?39] 通過對Rhine?Meuse三角洲的觀測，認為基準面（海平面）上升速率快速增加導致順流坡度急劇下降，從而引發較高的沖決頻率，這是目前被普遍接受的觀點。但是Moran et al. [84]通過動態地貌模擬得克薩斯州崔尼蒂河在早全新世海侵時期的河道沖決時卻提出了相反的觀點，認為對于三角洲體系的沖決而言，基準面上升速率的增加為沉積物創造更多的可容納空間，使河道不容易達到沖決門限，而基準面上升速率的下降導致河道沖決頻率的增加，且當基準面上升速率大于4.5 mm/yr時，此時沖決受阻，因為河道內的沉積不足以達到沖決所需的門限。在氣候對沖決的控制方面，Grenfell et al.[85]認為氣候的變化會影響沖決的規模與頻率；Stouthamer et al.[86?87]認為，在濕潤的氣候條件下沖決的頻率可能較高；此外，Stouthamer etal.[38]認為，在濕潤的氣候條件下，河道流量增加引發河道加積速率增大（引發局部/區域性加積速率之比增大），從而導致橫穿河谷的梯度增加，并可能引發更高頻率的沖決。但是氣候對沖決的影響也有一些反對的觀點，Tooth et al.[88]通過將Klip河的沖決記錄與晚第四紀古氣候做對比，發現該區域的沖決頻率與氣候變化并沒有關系，并認為下切型沖決與異旋回機制無關，而是曲流帶演化過程中自旋回的結果；Larkin et al.[89]通過分析歷史中的航拍照片，并利用光釋光法（optically stimulated luminescence）對南非Tshwane河流沉積進行測年，認為區域性氣候變化與特定沖決時間定年之間缺乏對應關系，表明沖決并不是由異旋回驅動，而是由自旋回驅動，并作為河道帶演化的一部分。在構造對沖決的影響方面，一般認為局部構造的改變會引發順流坡度與橫向坡度的變化，從而影響河道的沖決[36，38]。

在儲層構型領域，吳勝和等[73]認為，目前已有的構型界面分級主要偏重于自成因因素作用結果，而對異成因旋回級次考慮不夠；張昌民等[90]認為，在研究扇三角洲當中，應當注重運用流體力學和水力學原理，對扇三角洲的巖石相進行成因解釋，注重研究構造作用、氣候變化、湖（海）平面變化以及沉積自旋回對扇三角洲沉積層序形成的控制作用。探討自旋回與異旋回對沖決的影響有利于對這一盲區進行補充，并為后續的研究提供基礎資料。

5.3 沖決與河型轉化

近年來河型轉化問題逐漸引起了沉積學家的重視[10，91?95]，其中大部分側重于辮狀河與曲流河之間的演化，而Smith et al.[27]的一個完整的決口型沖決過程對應單一河道→小型決口扇（演化I期中的I型決口扇）→網狀河道（演化II～III期的區域性II、III型決口扇）→單一河道（演化IV期中主河道的下切變寬并伴隨側向加積）的轉化（圖3）。

在辮狀河—曲流河轉化當中，一般認為河型的轉化受到基準面旋回、物源供給、地形坡度及古氣候的變化的控制[93?95]。而在河道沖決過程中，多數學者認為隨著基準面（海/湖平面）的快速上升[38?39]、流量的急劇增大[32?33]、構造傾斜或局部隆升[36，38]，以及濕潤的氣候[38，87]均可能造成河道的沖決頻率增大。而對于決口型沖決體系[27]而言，沖決頻率的增大將導致河道體系由早期的大型單一河道向網狀化河道轉化。

隨著河型轉化問題在沉積學領域的深入研究，在局部范圍乃至開發區塊當中，不同河型的分類與展布情況可能要比原先的模式更加復雜。由于Smith et al.[27]基于Saskatchewan沖決復合體所建立的決口型沖決模式，涵蓋了數百平方千米的面積，單一河道—網狀河道之間的轉化可能影響較大的區域（圖3），甚至影響超短期的基準面旋回。針對低砂地比的曲流河儲層，或位于三角洲平原的網狀河道儲層而言，使用決口型沖決模式有利于對主力河道（Smith模式的IV期河道）與次級河道（Smith模式的II～III期河道）之間的配比與演化提供更多的理論參考，為儲層范圍內河道體系的精細刻畫提供更多依據。

6 結論與認識

（1） 闡述了沖決的概念，以及沖決與決口、改道的異同。廣義的沖決概念指代所有河道化體系的改道，但狹義的沖決概念是指流體快速流出原先穩定的河道帶，侵蝕泛濫平原，或占用泛濫平原中的廢棄河道，最終形成新的河道帶。與改道相比，廣義的沖決概念可以作為改道的近義詞。與決口相比，沖決覆蓋面積更大（可涵蓋數百平方千米），持續時間更長（通常大于100年），且沖決河道與原先的主河道大多呈平行或亞平行展布。鑒于截彎取直、河道廢棄等概念在油藏描述中已經廣泛應用，且這些概念在解決單砂體刻畫時有著特殊的含義，推薦使用沖決的狹義概念，即僅使用沖決一詞解釋大規模的河道改道現象。

（2） 明確了沖決的主要控制因素。坡度比是沖決的主要控制因素，坡度比的不斷調整使河道逐漸接近沖決門限，并在一定的觸發機制下產生沖決。影響坡度比變化的因素包括海平面升降、構造變化、天然堤加積、泛濫平原加積、差異壓實、河道的延伸與側向加積。除坡度比之外，天然堤的抗沖性（砂質天然堤還是泥質天然堤）、泛濫平原的地貌特征（地表植被、水位、排水狀況、廢棄河道）是河道沖決的次要控制因素。綜合現代沉積、古代露頭、數值模擬等多種觀測手段，將為沖決的成因提供更多的參考。

（3） 總結了沖決的演化模式與分類方案，提出了適用于儲層沉積學的分類方案。沖決的主要分類依據為現代沉積中河道的演化樣式與古代露頭中砂體的疊置關系，主要包括決口型沖決（過渡型沖決）、下切型沖決（地層突變型沖決）、廢棄河道再占用型沖決、回水沖刷型沖決等。決口型沖決由決口扇的進一步延伸形成，在垂向上主要發育決口扇向主河道演化的序列。河道再占用型沖決通過流體占用并激活鄰近的廢棄河道形成，在垂向上通常為呈階地狀多期疊置的砂體并多與泛濫平原直接接觸。不同沖決模式的分類方案之間很難找到完全排他的方案。在實際應用過程中，建議國內的沉積學家在具有高分辨率三維地震的情況下使用決口型沖決與廢棄河道再占用型沖決識別不同的河道類型與演化方式，但在僅具備單井取心資料或野外露頭資料時使用地層過渡型沖決與地層突變型沖決的分類方案來區分河道之間的疊置關系。

（4） 討論了沖決在儲層構型、河型轉化等當前熱點問題應用前景。建議引入沖決的概念來完善儲層構型領域5級構型的演變、大型河道化體系的地質知識庫的建立，以及異旋回對儲層構型的影響。并建議使用決口型沖決的演化模式解釋河型轉化當中大型單一河道與網狀化河道相互轉化的沉積特征。

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