干旱氣候下沖積扇—沖積平原曲流河沉積演化過程與展布
——以新疆庫車河現代沉積為例

高志勇，馮佳睿，石雨昕，羅忠，張宇航

中國石油勘探開發研究院，北京 100083

0 引言

近年來，關于沖積扇、季節性河流、分支河流體系（DFS）以及河流扇等的研究成果頗豐[1-11]，并在各類現代與古代沉積體的沉積構型、成因機制、水動力條件變化、識別標志等諸多方面取得了重要進展。當然，針對不同沉積體的劃分、體系歸屬等問題還存在不確定性，如沖積扇、河流扇與分支河流體系之間關系的討論等[9-10,12-13]。造成上述爭議的原因，固然有沉積體發育環境的多解性存在，但研究角度的不同或關注點的差異可能也是重要原因之一。再者，雖然目前關于干旱氣候下沖積扇與季節性河流兩種沉積體系的研究成果較多，但是，針對如現今我國西部山前由一條主水系控制下的沖積扇演化至沖積平原上河流相沉積體的研究成果卻相對較少。譬如，位于現今新疆南天山前的庫車河屬干旱氣候下的季節性河流，其由天山山間的河流相（辮狀河），演變至出山口后的沖積扇沉積，扇根發育泥石流、片流等沉積，至扇中主要發育大面積的辮狀分流河道帶，再向下游演變成單一徑流河道（低彎度曲流河），并逐步演化為沖積平原上的高彎度曲流河沉積，最后庫車河水散失于遠離南天山前的沖積平原內。由出山口至河水散失，庫車河延伸100 km以上，發育明顯的沖積扇—沖積平原曲流河沉積?？梢娫谝粭l河流的控制下，受氣候、降水條件變化、沉積坡度變化等因素影響，可發育多種類型的沉積體系，且各沉積體系之間關聯緊密、有序分布。由此，若進一步放大沉積體的研究尺度，聚焦于不同沉積體之間在時間上、平面上的沉積演化過程，會發現不同沉積體的演變沒有絕對的界限，彼此間聯系十分緊密。因此，加強由一條主線聯系的多種類型沉積體及其演化過程的分析，揭示其主要控制因素，對明確各類型沉積體的本質規律與演變，減少沉積體的劃分、體系歸屬等問題的產生亦具有重要幫助。

1 概況

位于南天山的庫車河又稱蘇巴什河，發源于天山山脈中段的科克鐵克山莫斯塔冰川，冰川面積較小，覆蓋率僅有0.5%，其徑流補給主要來源于夏季降雨[14]。庫車河上游干流稱為烏什開伯西河，阿恰溝及大小龍池池水在庫爾干匯入烏什開伯西河后，始稱庫車河[15-16]。庫車河從源頭至庫爾干河流呈北西—南南走向，庫爾干至庫如力河流基本呈南北向，至庫如力河流接納東岸大支流科格納克河后，轉向南偏西，在庫臺克力克與西岸大支流卡爾塔西河交匯，連續兩次轉彎后南下經康村，穿過卻勒塔格山至國家基本站蘭干水文站[14-16]。流出水文站，經大轉彎后河流游蕩性增強，庫車河河道分為上中下三段，上段從出山口至林基路大壩下游3 km 處的東西支流處，長8.5 km，該段主流受林基路大壩的約束后偏左，而后以扇面形式分流，在林基路大壩下游3 km附近，明顯形成東西兩條主要支流。中段自東、西支分流處至喀蘭溝口兩支流重新匯合處，西支流長度為15.4 km，東支流長度為15.9 km，兩支流至南疆鐵路以南3 km處重新匯合。下段自喀蘭溝口至下游的拔洛外村，河道長為12 km，該段河道沿喀蘭溝折向南東蜿蜒于下游平原和荒漠區，最后散失于塔里木河北岸荒漠區（圖1）。庫車河全長221.6 km[14-16]，蘭干水文站以上集水面積為2 946 km2，河長122 km2，流域總面積為5 070 km2。為了解剖庫車河現代多種類型沉積體的沉積演化過程與相邊界特征，在山間辮狀河—沖積扇—曲流河沉積環境內，設置了13 個測量點（圖1），在每個測量點進行了沉積構造、沉積物粒度特征、大量礫質沉積物與搬運距離關系等研究。其中，礫石的粒度是通過測量每個礫石a 軸(長徑)、b 軸(中徑)和c 軸(短徑)的長度，然后進行計算和統計而得的，其中的平均礫徑，是首先計算出各礫軸的平均礫徑再計算等體積球徑而得出的，即平均礫徑（）以靠山近源的最大，中間次之，前緣最小[17-20]。

2 山間辮狀河—沖積扇—曲流河沉積演化特征

2.1 山間辮狀河沉積特征

卻勒塔格山以北區域主要發育山間戈壁灘與庫車河山間辮狀河沉積，為了解剖山間辮狀河沉積特征，設置了2個測量點。其中，測量點1位于新疆庫車縣217 國道康村北的基迪克大橋處，坐標為42°3'43" N，83°3'4" E，現今海拔為1 440 m。此處山間辮狀河的河谷寬280～670 m，辮狀壩體發育，寬10～30 m，長60～150 m。辮狀河道內沖刷侵蝕不明顯，壩體頂面與河道底部高差較小，壩體一側或者兩側的迎水面，以礫石沉積為主，壩體內部沙質沉積物較多（圖2a）。對辮狀河道內和壩體上礫石的平均礫徑進行測量，主要礫徑介于0.49～26.85 cm，平均值為10.64 cm，最大礫徑為40 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。

圖2 庫車河現代山間辮狀河與沖積扇扇根—扇中的宏觀沉積特征（a）測量點1 山間辮狀河辮狀壩沉積特征（面對上游）；（b）測量點2 山間辮狀河辮狀壩沉積特征（面對上游）；（c）測量點3 出山口處山間河沉積特征（面對上游）；（d）測量點3出山口處山間河礫石沉積，河流侵蝕山體明顯（面對下游）；（e）測量點4沖積扇扇根辮狀河道切割壩體宏觀沉積特征（面對上游）；（f）測量點4沖積扇扇根辮狀河道切割壩體，辮狀壩正韻律沉積；（e的左側局部放大）；（g）測量點5 沖積扇扇中辮狀河道沉積特征（面對上游）；（h）測量點5沖積扇扇中辮狀河道切割壩體特征（面對下游）；（i）測量點6沖積扇扇中辮狀河道沉積特征（面對下游）；（j）測量點7沖積扇扇中辮狀河道沉積特征，河道內沙質增多明顯，沙波構造（面對上游）Fig.2 Sedimentary characteristics of a mountain braided river and alluvial fan from proximal to medial in the Kuqa River

再向下游的山間辮狀河沉積區位于庫車縣217國道旁康村北山龍口上游1.5 km，坐標為41°57'7" N，83°3'17" E，現今海拔為1 332 m，處于測量點1 南部（下游）12 km 左右。此處仍為山間辮狀河，河谷寬700～900 m，辮狀壩體發育，寬40～300 m，長80～800 m。辮狀河道內沖刷侵蝕較明顯，壩體頂面與河道底部高差為30～80 cm，壩體一側或者兩側的迎水面，多以礫石沉積為主，礫石的最大扁平面迎向上游來水方向，壩體內部沙質沉積物增多（圖2b）。壩體表面大量樹干、樹枝等堆積，沙質在辮狀壩內部發育，沙波沉積明顯。辮狀壩內礫石主要礫徑介于1.84～12.52 cm，平均值為7.43 cm，最大礫徑為28 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。

2.2 沖積扇沉積特征

庫車河沖積扇自出山口至扇端南北長約27 km，東西寬約30 km（圖1）。依據庫車河河道演化特征、沉積物及沉積單元特征將沖積扇劃分為扇根、扇中、扇端三部分。其中，自沖積扇頂點（測量點3）至辮狀河道分叉的起始點（含測量點4）劃為扇根，河道延伸約4.8 km。自辮狀河道分叉點至下游演變成分流河道帶并匯聚成單一徑流河道處（含測量點5，測量點6，測量點7），劃分為扇中，河道延伸約12.8 km。自單一徑流河道起始點至低彎度曲流河沉積結束（含測量點8，測量點9，測量點10），以及沖積扇西部分支河道末端消失區域（圖1）等劃分為扇端，庫車河河道延伸約9.4 km。

2.2.1 扇根

自沖積扇頂點（庫車河出山口蘭干水文站）至下游分流河道分叉點，扇根宏觀上呈片狀，主要發育由碎屑流沖出溝槽后快速沉積形成的扇形連片砂礫巖體，砂礫巖體垂向上厚度大，平面上面積大。同時，庫車河河道出山口后切割早期的碎屑流、片流砂礫質沉積物，形成明顯的下切河道（圖2），碎屑流和牽引流作用控制沖積扇根的沉積物展布與沉積特征[1]。

扇根設置了2 個測量點（測量點3 和測量點4），頂點位置（測量點3）位于庫車河出山口蘭干水文站，坐標為41°53'49" N，83°3'49" E，現今海拔為1 282 m，處于測量點2 南部（下游）7 km 左右。此處庫車河流經卻勒塔格山，出山口后形成沖積扇沉積，河谷寬90～110 m，河流侵蝕山體，水淺流急，以礫石沉積為主，沙質較少（圖2c，d）。主要礫徑介于0.95～21.94 cm，平均值為8.37 cm，最大為60 cm，個別巨礫徑可達4 m，呈棱角狀，可能是附近山體崩塌所致。礫石成分變化不大，主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。

扇根片流砂礫質沉積物被河道下切侵蝕明顯，測量點4位于出山口古城遺址處，坐標為41°51'7" N，83°3'20" E，現今海拔為1 230 m，處于測量點3 南部（下游）5 km左右。該處河谷寬約970 m，辮狀河道及辮狀壩發育，壩體及河道內主要發育礫石沉積，壩體頂部有薄層沙質沉積，河道侵蝕切割壩體，壩體與河道底部高差可達1 m 左右（圖2e，f）。辮狀河道內以礫質—沙質互層沉積為主，呈多期正韻律疊加。多期河道與辮狀壩相互疊置，河道內以礫石質為主，壩體內可見礫質與沙質沉積。辮狀河道及壩體內礫石較粗大，礫石最大扁平面傾向上游來水方向，主要礫徑為0.69～18.44 cm，平均值為7.66 cm，最大為33 cm。辮狀河道及壩體內礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。辮狀河道兩側主要為早期的大面積片流沉積物，片流沉積平面上呈扇狀，剖面上呈上凸半透鏡狀，規模較大。沖積扇根的片流沉積帶（圖1）由多個單一片流朵體（由一次洪水事件形成，一般呈朵狀或舌狀）側向、垂向復合而成[1]。

2.2.2 扇中

扇中寬度可達30 km，以牽引流沉積作用為主，由辮流帶和漫流帶組成[1]，廣泛發育辮狀分流河道帶，砂礫質沉積物大面積分布。根據水動力強度差異，辮狀分流河道分為洪水水道和間洪水道兩類[1]。洪水水道形成于洪水期，水動力強，沉積物粒度較粗，水道規模大、側向切割、匯合及分叉現象頻繁，形成側向連續性較好的寬帶狀水道體系。間洪水道形成于間洪期，水動力較弱，沉積物粒度明顯較細，水道規模較小，側向復合現象較少[1]。

在扇中近端設置了測量點5，位于高架線鐵塔附近，坐標為41°49'52" N，83°3'56" E，現今海拔為1 203 m，處于測量點4南部（下游）2.5 km左右?，F今流水活動的辮狀河道帶寬600～800 m，辮狀河道及辮狀壩發育，壩體寬40～90 m，長80～400 m，壩體及河道內主要發育礫石沉積，礫石最大扁平面傾向上游方向。辮狀河道內具有明顯的分叉、匯合再分叉特征，河道內壩體頂部有薄層沙質沉積，河道侵蝕切割壩體，壩體與河道底部高差變小，以30～60 cm 為主（圖2g，h）。辮狀河道及壩體主要礫徑為0.69～16.94 cm，平均值為5.25 cm，最大為27 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。

扇中中部設置了測量點6，位于314國道北3 km處，坐標為41°47'4" N，83°5'30" E，現今海拔為1 137 m，處于測量點5 南部（下游）5 km 左右?，F今流水活動的辮狀河道帶寬1 000～2 600 m，最寬可達4 400 m。辮狀河道及壩體發育，河道侵蝕切割壩體能力減弱，壩體與河道底部高差變小，以20～40 cm為主。壩體及河道內主要發育礫石沉積，礫石最大扁平面傾向上游方向。壩體頂部局部發育小礫石、粗沙質透鏡體，局部有薄層沙質、泥質沉積（圖2i），泥裂構造發育，泥裂縫內大量粗沙質充填。辮狀河道及壩體主要礫徑為0.71～9.52 cm，平均值為4.03 cm，最大為18 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。

扇中遠端設置了測量點7，位于哈浪溝大橋北1 km，坐標為41°44'19" N，83°7'28" E，現今海拔為1 078 m，處于測量點6南部（下游）5.5 km左右。該處現今流水活動辮狀河道帶寬1 000～2 600 m。辮狀河道及壩體發育，河道侵蝕切割壩體能力減弱，壩體與河道底部高差變小，以20～30 cm 為主。壩體及河道內主要發育礫石沉積，沙質沉積物增多明顯，壩體及河道內沙波沉積構造發育（圖2j）。辮狀河道兩側堤岸高約3 m，以礫石、沙質沉積為主，主要為早期沖積扇沉積物被沖刷侵蝕后保留下來的辮狀河道沉積。辮狀河道及壩體內礫石的主要礫徑為0.75～13.11 cm，平均值為4.35 cm，最大為23 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。

2.2.3 扇端

扇端主要由徑流水道和漫流帶組成[1]，自辮狀分流河道帶匯合為單一徑流河道始，至低彎度曲流河沉積結束。徑流水道呈孤立狀分布，水道側向復合現象少，在扇端西部分支河道末端尖滅現象較多。在扇端近處設置了測量點8，位于喀讓古一村西，坐標為N 41°42'11"，E 83°10'0"，現今海拔為1 021 m，處于測量點7南部（下游）5 km左右。此處為辮狀河道帶匯聚呈單一徑流河道開始處，辮狀河道帶由最寬4 400 m，收窄至寬約260 m，河道內辮狀壩發育，壩體寬40～120 m，長100～300 m。辮狀河道下部礫石為主，上部主要為沙質沉積，局部見礫石與沙質互層沉積，河道侵蝕壩體高差為20～40 cm（圖3a）。辮狀河道兩側堤岸高約3 m，堤岸沉積物主要為中細沙質、細粉沙質，平行層理發育，頂部大量蘆葦等植物生長。辮狀河道及壩體主要礫徑為0.70～9.87 cm，平均值為4.04 cm，最大為16 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖等（表1）。

圖3 庫車河現代沖積扇扇端—沖積平原曲流河的宏觀沉積特征（a）測量點8沖積扇扇端辮狀河道匯聚成單一徑流河道沉積，礫石與沙質沉積（面對下游）；（b）測量點9點壩（邊灘）及河道內沙質與礫石沉積，堤岸上蘆葦等發育（面對上游）；（c）測量點9 點壩頂部沙波構造明顯，顯示低流速特征，礫石—沙質正韻律沉積（面對下游）；（d）測量點10曲流河點壩沉積，壩體頂部大量小礫石沉積（面對上游）；（e）測量點11曲流河河道與邊灘沉積，見礫石—沙質沉積（面對上游）；（f）測量點11點壩頂部沙質沉積物沙波構造，顯示低流速特征，面對下游，沙波迎水面緩，沙波長20 cm左右，寬10～20 cm；（g）測量點12曲流河河道—點壩—堤岸正韻律沉積，層理類型為沙波構造（交錯層理）—平行層理—沙紋層理（面對下游）；（h）測量點12曲流河堤岸內沙紋層理構造；（i）測量點13曲流河道內沙質沉積為主，沙波構造發育（面對下游）；（j）測量點13曲流河堤岸沙質沉積，具平行層理和沙紋層理，頂部蘆葦等植物發育Fig.3 Sedimentary characteristics of a distal alluvial fan and meandering stream in the Kuqa River

扇端中部設置了測量點9，位于喀讓古三村西的單一徑流河道處，坐標為41°39'12" N，83°10'44" E，現今海拔為996 m，處于測量點8南部（下游）6 km左右。此處庫車河呈單一徑流河道低彎度河沉積，河道寬度小于200 m。河道以自旋回沉積為主，水體逐步在河道內擺動，側積作用明顯，邊灘（點壩）寬度為150 m，長度達400 m。河道內由于受水流沖刷作用，沙質沉積物被水流帶走，保留較多的礫石質沉積物，沙質則主要受側積作用形成邊灘沉積。邊灘（點壩）內砂礫質混雜沉積，沙質較多，沙波構造明顯，并見樹枝等植物堆積。河道底部與邊灘頂部高差僅為10～20 cm。河道兩側堤岸高1～2.5 m，粉細沙質沉積，堤岸上大量蘆葦等植物生長（圖3b，c）。河道及邊灘（點壩）沉積的主要礫徑為0.42～9.1cm，平均值為2.39 cm，最大為14.5 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖、石英巖等（表1）。

扇端末端設置了測量點10，位于克孜勒敦南，坐標為41°37'36" N，83°12'8" E，現今海拔為987 m，處于測量點9南部（下游）4 km左右。此處為低彎度曲流河沉積，河道寬度小于200 m，點壩（邊灘）發育（圖4d），寬度為120～150 m，長度為400～700 m。點壩以沙質沉積為主，有小礫石分布，主要礫徑為0.36～6.42 cm，平均值為2.94 cm，最大為12.0 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖、石英巖等（表1）。河道兩側堤岸高1～2 m，沙質沉積為主，并見交錯層理、平行層理，沙質底部見小礫石層狀分布，屬滯留沉積。兩側堤岸上蘆葦等植被發育。

圖4 庫車河現代沖積扇—曲流河的河道與河道兩側堤岸沉積剖面對比圖（a）測量點4，扇根辮狀河道；（b）測量點7，扇中辮狀河道；（c）測量點8，扇端辮狀河道兩側堤岸；（d）測量點12，曲流河河道兩側堤岸Fig.4 Sedimentary characteristics of an alluvial fan braided channel,meandering stream channel,and levee in the Kuqa River

2.3 曲流河沉積特征

庫車河由沖積扇端進入沖積平原沉積區發育曲流河沉積，曲流河道、廢棄河道、天然堤、河漫灘等沉積微相發育，由沖積平原上游區至下游區廢棄河道增加明顯，廢棄河道帶寬度超過2 km，以大面積砂泥質沉積為主，大面積鹽堿地及大量蘆葦等植被發育。

沖積平原曲流河沉積區設置了3個測量點，近端測量點11 位于克孜勒敦南5 km，坐標為41°36'46" N，83°12'33" E，現今海拔為985 m，處于測量點10南部（下游）2 km 左右。此處庫車河演化為曲流河沉積，河道寬約50 m，點壩（邊灘）發育，寬度為90～110 m，長度為130～200 m。點壩主要為沙質沉積，頂部沙波構造明顯，顯示低流速特征，沙波迎水面緩，沙波長20 cm左右，寬10～20 cm，并見鳥類足跡，河道內小礫石與沙質沉積（圖3e，f）。主要礫徑為0.34～3.83 cm，平均值為1.24 cm，最大為7.0 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖、石英巖等（表1）。河道兩側堤岸高1m左右，沙質沉積為主，并見平行層理、沙紋層理，堤岸上蘆葦等植被發育。

中部的測量點12 位于濕地南側，坐標為41°34'12" N，83°15'29" E，現今海拔為976 m，處于測量點11 南部（下游）7.5 km 左右。此處為曲流河沉積，間或河道較順直，寬約30 m，點壩（邊灘）發育，寬度為10～20 m，長度為30～50 m，點壩頂部沙波構造發育（圖3g）。河道與點壩主要為沙質沉積，沙波構造明顯，并見鳥類足跡，河道內小礫石沉積物少，主要為河道底部滯留沉積。主要礫徑為0.16～1.49 cm，平均值為0.46 cm，最大為1.7 cm。礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、凝灰巖、灰巖、砂巖，少量為安山巖、千枚巖、石英巖等（表1）。該測量點河道窄，河道順直，兩側堤岸發育，一側堤岸高度為40～80 cm，另一側堤岸高度為1.5～2.5 m。堤岸以沙質沉積為主，平行層理、沙紋層理發育，堤岸上蘆葦等植被發育（圖3h）。

曲流河下游遠端的測量點13 位于濕地南側10.0 km，坐標為41°32'3" N，83°20'55" E，現今海拔為968 m，處于測量點12 南部（下游）10.0 km 左右。該處以曲流河沉積為主，河道寬20～30 m，點壩不發育，河道內沙質沉積為主，沙波構造明顯，礫石不發育。兩側堤岸高1.0～1.5 m，堤岸下部發育沙紋層理，上部發育平行層理，頂部大量蘆葦等植被生長（圖3i，j）。

3 順源沉積特征

3.1 河道與堤岸沉積變化

平面上，庫車河山間辮狀河段河谷寬由280～670 m，逐漸演變至寬700～900 m。出山口后形成沖積扇，沖積扇根頂點處河谷寬90～110 m，向下游逐漸演變至寬970 m 左右。沖積扇扇中近端辮狀河道帶寬600～800 m，中部—遠端辮狀河道帶寬1 000～2 600 m，最寬可達4 400 m。沖積扇扇端近處由辮狀河道帶演變為單一徑流河道，寬度收窄至260 m 左右，扇端中部—遠端單一徑流河道寬度小于200 m。至沖積平原曲流河沉積，河道寬度一般為50 m，向下游逐漸演變至寬20～30 m。

垂向上，沖積扇扇根辮狀河道主要發育粗大礫石—砂礫質互層沉積，呈多期正韻律疊加，每期河道底部以礫質沖刷侵蝕砂礫質為主，沉積構造以塊狀為主（圖4a）?？梢姸嗥诤拥琅c辮狀壩相互疊置，河道內以礫石質為主，壩體內可見礫質與沙質沉積，并見明顯的河道砂礫質前積構造，表明沉積水動力較強。沖積扇扇中以廣泛分布的辮狀分流河道帶為主，垂向上多期河道疊置，與扇根相比，辮狀河道相互切割頻繁，且水流方向變化較大，每期河道砂礫質側向尖滅特征明顯（圖4b）。河道內砂礫質較扇根變小明顯，以多期正韻律疊置為主，沉積構造以塊狀為主，局部見平行層理。

如圖4c 所示，沖積扇扇端由于受單一徑流河道下切作用明顯，河道兩側堤岸高約3 m，堤岸沉積物主要為中細沙質、粉細沙質，平行層理較發育，可見生物鉆孔，頂部大量蘆葦等植物生長。至沖積平原曲流河沉積區，河道下切作用減弱，兩側堤岸發育，一側堤岸高度為40～80 cm，另一側堤岸高度為1.5～2.5 m。堤岸以粉細沙質沉積為主，平行層理、沙紋層理發育，堤岸上蘆葦等植被發育（圖4d）。

3.2 河道彎曲度變化

彎曲河道是最常見的河型之一，廣泛存在于沖積平原河流中，自然條件下遵循“凹沖凸淤”或過度彎曲條件下的“裁彎取直”、“切灘撇彎”等演變[21]。河灣的顯著特點是具有曲折迂回的幾何形態和蜿蜒蠕動的動態特征，天然河灣是指從彎道進口位置算起，沿水流方向經過彎頂，直至出口位置的整個彎曲的流路。河灣形態的類型具有鵝頭型、V型、U型、Ω型，其中鵝頭型和V型是天然河灣發育的前期階段，U型是發育的中間階段，Ω型是發育晚期階段，而天然河灣的幾何形態多為不規則[22]。

河灣的彎曲度，即河流曲度，是指河流實際長度與河流起迄斷面的直線距離的比值，可用公式（1）表示[22-27]：

式中：K 為單一河流曲度；La 為河流實際長度；Ls 為河流起迄斷面直線距離。

天然河灣形態演變可分為橫向變形或向下游蠕動這兩個過程，經歷“微彎—強彎—裁彎”周期性的演變模式，彎曲度K 數值越大表示單個河灣彎曲變形越強烈[22]。前人對河流曲度進行了分類及研究[23,26-28]，一般認為K=1.0～1.05 為順直型，K=1.05～1.3為低彎度型，K=1.3～2.0為高彎度型，K＞2.0為特高彎度型。

自庫車河沖積扇扇端的測量點8開始，由辮狀分流河道帶演變為單一徑流河道，河道向下游逐漸演變為低彎度曲流河、高彎度曲流河。如圖5 所示，選取沖積扇扇端測量點9和曲流河測量點11的兩段蛇曲河道段進行測量，河灣兩點的河道實際長度分別是La1為590.2 m，La2為675.4 m，河灣兩點河道直線距離分別是Ls1為700.0 m，Ls2為1 167.0 m，計算所得兩處的河道曲度分別是K1為1.14，K2為1.67，進而認為沖積扇端單一徑流河道為低彎度曲流河，沖積平原上為高彎度曲流河。低彎度曲流河發育處沉積坡度為0.25°，邊灘（點壩）寬度達150 m，長度為400 m。高彎度曲流河的沉積坡度則降低至0.07°，點壩（邊灘）寬度為90～110 m，長度為130～200 m?？梢姵练e地形平坦、穩定、坡度小是曲流河發育的地形條件。河流的形成是其自動調整的結果，在河水流量和泥沙含量一定的情況下，河流將調整其坡降比、形態、河床物質組成等，最終調整河型，使得上游的水和泥沙能夠通過下游河段下泄，保持相對平衡[29]。

圖5 庫車河現代沖積扇端低彎度曲流河—沖積平原上高彎度曲流河變化特征Fig.5 Evolution of a low sinuosity river with a distal alluvial fan and high sinuosity river in the Kuqa River

3.3 礫石徑變化與沉積搬運距離關系

庫車河山間辮狀河、沖積扇辮狀河道及壩體、曲流河道內分布大量礫石質沉積物，開展了礫石a 軸(長徑)、b 軸(中徑)和c 軸(短徑)的長度和礫石排列分布的傾向與傾角的測量工作（表1）。如表1 沿物源區—沉積區下游設置了多個考察點，在每個考察點根據礫石沉積特征的不同，選取多個測量點，每個測量點面積大于1 m2，并隨機選取大于100個礫石進行測量。在獲得大量數據基礎上，建立了平均礫徑與沉積搬運距離關系式。選取的礫石主要分布在河道內（含辮狀壩），即在牽引流作用下的礫石沉積物，由此建立的平均礫徑（）與沉積搬運距離（S）之間的關系符合從源到匯的地質條件。

表1所示，由山間辮狀河、沖積扇辮狀河道、曲流河（測量點1～12），平均礫徑隨沉積搬運距離的增大，呈明顯的線性遞減特征。如在測量點1 山間辮狀河平均礫徑為10.64 cm，至測量點4沖積扇根平均礫徑為7.6 cm，測量點7 沖積扇中辮狀河道平均礫徑為4.35 cm，測量點9 沖積扇端低彎度河平均礫徑為2.39 cm，以及測量點12曲流河沉積的平均礫徑降低至0.46 cm。礫石的沉積搬運距離為63.53 km，平均礫徑減少了95.7%，并向下游逐步演化為以沙質沉積為主。對平均礫徑變化值與沉積搬運距離進行了數據擬合，建立了如下關系式（圖6）：

圖6 庫車河現代山間辮狀河—沖積扇—曲流河礫徑變化與沉積搬運距離關系圖Fig.6 Relationship between average gravel diameter and transport distance in the Kuqa River

3.4 沉積物沙質組分變化

依據《沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法》SY/T 5163—2018 標準，對庫車河現代山間辮狀河—沖積扇—曲流河沙質沉積物進行了碎屑組分測試分析。結果顯示，各沉積體系中的沙質組分主要為石英、鉀長石、斜長石、方解石、角閃石、白云石、黏土礦物等（表2、圖7）。石英礦物抗風化能力強，由山間辮狀河—沖積扇扇端辮狀河道帶含量分布較穩定，含量較高，主要介于40%～60%。至沖積平原的曲流河沉積段，含量降低至40%以下；長石礦物抗風化能力較弱，容易發生風化且穩定性較差，長石類礦物整體含量較低，在山間辮狀河—沖積扇扇端沉積段主要為6%～15%，至沖積平原曲流河沉積段含量有增加；角閃石礦物屬于不穩定礦物，抗風化能力弱，在山間辮狀河—沖積扇扇端的近源沉積段含量為2%～5%，至沖積平原曲流河沉積段含量降低至2%以下；黏土礦物整體上山間辮狀河段含量較高，為17.1%～23.1%，至沖積扇沉積段含量分布較穩定，介于10%～15%，至沖積平原曲流河沉積段含量降低至10%以下。由表2可知，沙質沉積物搬運距離大于70 km，石英、長石等骨架顆粒的整體含量有增加，泥質等黏土礦物含量有降低，表明礦物成分成熟度有增加，但由于搬運距離仍較短，分異度不高。

表2 庫車河現代山間辮狀河—沖積扇—曲流河沙質沉積物的碎屑組分統計表Table 2 The clastic components of sandy sediments in mordern intermountain braided rivers,alluvial fans,and meandering rivers of the Kuqa River

圖7 庫車河現代沙質沉積物中各種礦物的含量與沉積搬運距離關系Fig.7 Relationship between the contents of the main sandy components and transport distance in the Kuqa River

4 山間辮狀河—沖積扇—曲流河沉積演化控制因素

4.1 沉積表面坡度

對庫車河現代山間辮狀河—沖積扇—曲流河的沉積體系表面多個實際測量點的海拔高度，及以前一測量點為基準的直線距離進行了測量，計算出各沉積體系表面降低的梯度，即沉積體系表面每延伸1 km 所降低的高度差[30]。在此基礎上，計算出各測量點的沉積體表面坡度（表3、圖8），山間辮狀河沉積坡度值是0.50°，沖積扇扇根—扇中沉積坡度值范圍增大明顯，分別是0.47°、0.59°、0.62°、0.70°、0.60°，沖積扇扇端單一徑流河道—低彎度河沉積坡度值降低明顯，分別是0.62°、0.25°、0.15°，曲流河沉積坡度值最小，分別是0.07°、0.09°、0.06°。表明山間辮狀河—沖積扇扇根—扇中—扇端—曲流河的河床的沉積坡度變化具有明顯的階段性（圖8）。

表3 庫車河現代山間辮狀河—沖積扇—曲流河沉積體表面坡度值計算表Table 3 Gradient from mountain braided river to alluvial fan and meandering stream in the Kuqa River

圖8 庫車河現代山間辮狀河—沖積扇—曲流河沉積體表面坡度值變化圖Fig.8 Gradient from mountain braided river to alluvial fan and meandering stream in the Kuqa River

由表3可知，測量點1～2的山間辮狀河的沉積坡度值為0.50°，辮狀河道的河谷寬度范圍較大，可達280～900 m；至庫車河出山口—沖積扇扇根，測量點3～4，沉積坡度值增大至0.59°，沖積扇扇根河谷寬90～970 m；至沖積扇扇中，測量點5～7，河道由單一辮狀河道變化為復合辮狀河道帶，河谷變寬，一般為1 000～2 600 m，最寬處可達4 400 m；至沖積扇扇端，測量點8～10，沉積坡度值降低明顯，由0.62°降低至0.15°，由辮狀河道河道帶演變為單一徑流河道的低彎度曲流河，河道寬度由4 400 m驟減至小于200 m；至高彎度曲流河沉積，測量點11～13，沉積坡度值達到最低，為0.06°，曲流河河道寬為50 m，逐步降低至20～30 m。由上述分析可知，沉積坡度的突然變大或者變小，會引起河道類型、河道寬度的變化等的變化。

4.2 氣候及水流量

沉積區的氣候、降水量以及河水流量等均對沉積體系演化具有重要影響[31]。庫車河自蘭干水文站出山口后，沖積扇至沖積平原區屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫10.5 ℃～14.4 ℃[32]。1960年—2010年來，多年平均降水量為120.3 mm，年均蒸發量為1 992.0～2 863.4 mm，屬于干旱與極端干旱地區。具有氣候干燥、冬冷夏熱、降水量少、蒸發量大且氣溫變化大等特征[33-34]。庫車河徑流補給主要來源于夏季降雨，1985年—2010年共26年的實測多年平均流量為15.05 m3/s[15]。由于降水量較少，季節性河流特征明顯，缺少大面積匯水區，地表徑流水源主要由高山冰雪融水及大氣降水，由于缺乏植被覆蓋，強降雨易形成山洪，洪水快速流動裹挾著大量泥沙沉積物長距離向盆地中心推進。在此過程中，由于干旱區的強烈蒸發與下滲作用，大部分的洪水與河流會消失于荒漠，同時也將攜帶的沉積物卸載于同一地帶[10]。在干旱氣候條件下，庫車河沖積扇自出山口南北長約27 km，東西寬約30 km，沖積平原河流相沉積延伸100 km以上。但與潮濕氣候下形成的濕地扇相比，規模偏小。濕地扇發育長期山區水流，水動力相對平穩，沉積物形成較慢，風化和搬運時間長，沉積物粒度較細、磨圓較好，沉積厚度總體較小，但平面規模較大，是干旱地區洪積扇平面范圍的幾倍甚至幾十倍[3,35]。

4.3 沉積物物質成分

在干旱氣候環境下，植被稀少，氣溫晝夜變化大，巖石的剝落、劈裂、壓碎等機械風化作用強烈。干旱地區風是主要地質營力之一，風吹砂和塵土的磨蝕作用會進一步加劇巖石的機械風化作用，進而在母源區形成豐富的碎屑物質[10]。在庫車河山間辮狀河、沖積扇沉積區以砂礫質沉積物為主，河水對砂礫質侵蝕下切較為困難，故沉積水體多以表面片流狀特征為主，特別是辮狀河道中的砂礫質壩體形態也對水流特征有所影響。前人通過物理模擬實驗并結合野外考察[36]，認為辮狀復合沙壩的形成受侵蝕機制影響，如圖9所示，最初河道內水流集中在孤立的、不連續的沖刷槽中，泥沙通常在沖刷槽的下游末端形成沙丘和橫向沙壩（圖9a）。隨著泥沙的不斷堆積，沙壩不斷生長與合并，形成中心沙壩和點狀沙壩（圖9b）。沙壩的形成與合并迫使水流加速和水位抬升，壩頂水流侵蝕沙壩，產生多條分汊水道，被切割后的沙壩作為中心沙壩留在辮狀河道中（圖9c）。沖積平原高彎度曲流河沉積區，沉積物以砂泥質為主，河水對其侵蝕下切較容易，故沉積水體較深，堤岸固定河道，河道形態則以蛇曲狀為主[31]。

圖9 辮狀河道內辮狀復合壩體演化過程模式圖（據文獻[36]修改）（a）河床演變；（b）復合沙壩生成；（c）復合沙壩切割Fig.9 The pattern diagram of evolution process of braided composite bar in braided river (modified from reference [36])

5 結論

（1）位于新疆的庫車河屬于干旱氣候下的季節性河流，其由山間的辮狀河沉積，演變至出山口后的沖積扇—沖積平原曲流河沉積。由出山口至下游沖積平原內河水散失，庫車河延伸超過100 km，逐一發育近源的沖積扇扇根辮狀河道、泥石流、片流等沉積，扇中發育大面積的辮狀分流河道帶沉積，扇端發育單一徑流河道（低彎度曲流河）沉積，并向下游逐步演化為沖積平原上的高彎度曲流河沉積，最后河水散失于遠離南天山前的沖積平原內。

（2）干旱氣候下庫車河現代山間辮狀河—沖積扇—沖積平原上曲流河沉積體在平面上連續分布，河流形態、河道寬窄變化等與沉積坡度密切相關，礫質沉積物的礫徑變化與沉積搬運距離呈負相關關系，沙質沉積物由近源—遠源分布范圍增大明顯。各沉積體的展布范圍受庫車河河道類型控制并緊密關聯，而河道類型的變化主要受控于沉積坡度、沉積物特征、水流量變化等。