第二章大陸碎屑沉積-沙漠.冰川沉積

第二章大陸碎屑沉積第一節(jié)沖積扇沉積

第二節(jié)河流沉積第三節(jié)湖泊沉積第四節(jié)沙漠沉積第五節(jié)冰川沉積第四節(jié)沙漠沉積1.沙漠的環(huán)境的特點(diǎn)2.沙漠的沉積類型及特征沙漠（錄象）1.沙漠的環(huán)境的特點(diǎn)風(fēng)的作用是主要的地質(zhì)營力沙漠中由于風(fēng)的吹揚(yáng)作用使基巖裸露，并伴有崩裂的巨礫出現(xiàn)，形成“巖漠”風(fēng)的搬運(yùn)使沙質(zhì)物質(zhì)集中堆積，形成風(fēng)成砂沉積不能被搬運(yùn)的礫石、卵石、粗砂殘留下來，堆積而成“石漠”或稱“戈壁”

沙漠沉積環(huán)境

沙漠是大陸上雨量稀少、生物難于生存的干旱地區(qū)。因其蒸發(fā)量大，又缺乏植被，所以風(fēng)的作用十分強(qiáng)烈。與沙漠有關(guān)的干旱與半干旱氣候區(qū)，約占現(xiàn)代大陸面積的三分之一。它們主要分布在赤道兩側(cè)15一300范圍內(nèi)的副熱高壓帶及信風(fēng)帶。在高山環(huán)繞的大陸內(nèi)部，因山脈阻擋，濕空氣難以達(dá)到，也可出現(xiàn)干旱帶。例如，我國的新疆、內(nèi)蒙和北美的西部大陸等地。如果按照將今論古的原則推論，沙漠在地質(zhì)歷史時(shí)期也庇是十分普遍的現(xiàn)象。因?yàn)椴徽摰厍虮砻娴拇箨懯窍鄬?duì)固定的，還是活動(dòng)的，其大氣圈的循環(huán)樣式應(yīng)該是類似的。因此，地質(zhì)記錄中的沙漠沉積可以作為一種古氣候和古緯度的標(biāo)志，用于判斷大陸塊在地質(zhì)歷史的演變過程中所處的地理位置。風(fēng)成砂巖具有很高的孔隙度，它可以作為良好的含水層，也能成為油氣聚集的場所。例如，美國西部的賓夕法尼亞系和侏羅系以及北海油田的三疊系赤底統(tǒng)等，均已發(fā)現(xiàn)有這種類型的油氣儲(chǔ)集層。沙漠環(huán)境按沉積特征可分為間歇性河流、巖漠、礫漠、風(fēng)成砂、內(nèi)陸薩布哈和干鹽湖等次一級(jí)單元。巖漠和礫漠的分布面積較大，卻以侵蝕作用為主，因此在地質(zhì)記錄中很少保存。風(fēng)成砂僅占現(xiàn)代沙漠面積的百分之二十，但是由于它們是風(fēng)成環(huán)境的主要沉積作用單元，所以在地層記錄中常常保存有巨厚的沉積。其它環(huán)境在沙漠中占的比例很小。

現(xiàn)代風(fēng)成砂一般特征現(xiàn)代的風(fēng)成砂主要見于沙漠和海岸沙丘兩種環(huán)境。其中以沙漠區(qū)的分布最廣。風(fēng)成砂主要集中在沙漠區(qū)的低洼部分。最初它們可能來自間歇河流沉積或是對(duì)較老的砂巖或其它源巖的磨蝕作用。在風(fēng)的作用下，它們移去了粉砂和粘土，再后砂與礫又分開。

沙丘類型

在沙漠中風(fēng)成砂千般發(fā)育在以盛行風(fēng)為主的地區(qū)，而在多種風(fēng)型匯合的地區(qū)不發(fā)育。風(fēng)成砂的沙丘類型，在空間上有明顯的分帶性。通常自沙漠邊緣向內(nèi)部依次為：新月形沙丘、橫向沙丘、縱向沙丘、錐形沙丘（沙山）。

風(fēng)成砂的粒度特征

風(fēng)是一種非常有效的分選介質(zhì)，它可以使碎屑沉積物產(chǎn)生良好的分異作用。風(fēng)成砂通常分選良好，園度較高。風(fēng)成砂通常是單峰的，但有時(shí)具有明顯的雙峰。雙峰態(tài)的風(fēng)成砂有兩個(gè)分選良好的砂的總體。風(fēng)成石英砂的表面還可因搬運(yùn)中互相撞擊成毛玻璃狀的霜面。

古代風(fēng)成砂巖

古代的風(fēng)成砂巖，—般是根據(jù)與現(xiàn)代大沙漠中的風(fēng)成砂的比較識(shí)別的。常用的識(shí)別標(biāo)志主要有以下幾種：(1)具有規(guī)模巨大的交錯(cuò)層理；(2)可以見到為數(shù)不多的風(fēng)成波痕、泥裂和雨痕等層面構(gòu)造；(3)砂巖分選良好，粒間充填物主要為化學(xué)沉淀物；(4)缺乏云母類碎屑；(5)石英砂粒表面呈毛玻璃狀；(6)缺乏海相化石和煤；(7)缺乏分布廣泛的標(biāo)志層；(8)與蒸發(fā)巖或河流沉積共生等

(一)規(guī)模巨大的交錯(cuò)層理

風(fēng)成砂巖突出的特征是具有規(guī)模巨大的交錯(cuò)層理。這種交錯(cuò)層的前積紋層傾斜陡，單向傾斜，形體宏大，延伸很遠(yuǎn)。有的前積紋層順風(fēng)方向漸趨變平，與下伏界面呈切線狀。層系呈板狀或楔伏，厚度巨大(20—35m)。這種交錯(cuò)層在地層中不是以簡單的單個(gè)層系，而是以層系類型單調(diào)的、厚達(dá)幾十米或幾百米的復(fù)合層系的形式出現(xiàn)。這種特征除了現(xiàn)代沙漠中的大沙丘以外，在其它環(huán)境中是不存在的。

(二)其它陸相沉積構(gòu)造風(fēng)成砂沉積中經(jīng)?？梢砸姷揭恍┐我年懴喑梢虻臉?gòu)造，如風(fēng)成波痕，雨痕、動(dòng)物足跡以及粗粒滯留沉積層等。粗粒滯留沉積物出現(xiàn)于沙丘間的風(fēng)蝕坑凹地區(qū)。它們一般由粗砂和礫石組成，并在滯留面上呈等間距分布。風(fēng)成砂巖中有時(shí)夾有薄層的泥巖、白云巖或石灰?guī)r，它們代表短暫的湖泊沉積。其厚度很薄(不足數(shù)米)，延伸不遠(yuǎn)(不大于lkm2)，層面常具干裂。(三)古生物證據(jù)

在有大型交錯(cuò)層的砂巖中，沒有發(fā)現(xiàn)過任何海相化石，但是在風(fēng)成環(huán)境的其它沉積中可以見到恐龍化石，恐龍足跡，淡水的介形蟲以及少數(shù)植物化石。

2.沙漠的沉積類型及特征(1)巖漠沉積--巖漠是以剝蝕作用為主的平坦的巖石裸露地區(qū)，風(fēng)把疏松的干顆粒吹走，并撞擊巖石表面，使之變成很光滑的、具有沙漠漆的釉質(zhì)表面，僅有少數(shù)大的棱角狀礫石散布其上。其沉積物在地質(zhì)剖面中很難見到。

(2)礫漠

礫漠又稱戈壁灘，它們主要由中礫、卵石和粗砂組成，堆積面比較平坦，沉積厚度很小。礫漠的礫石是地表細(xì)粒沉積物被風(fēng)吹去之后的一種蝕余堆積物。由于風(fēng)砂磨蝕，礫石表面常具撞擊痕和磨光面，或變成風(fēng)棱石。

(3)風(fēng)成砂沉積成熟度高，穩(wěn)定礦物組分多，粘土含量低，分選極好，磨圓度高，砂粒表面呈毛玻璃狀沙丘是風(fēng)成砂的最主要堆積類型。具有風(fēng)成交錯(cuò)層理(4)旱谷沉積--旱谷沉積是一種間歇性河流沉積作用的產(chǎn)物。因具有暴洪特點(diǎn)，河道不固定，沉積速度快，順坡堆積呈扇狀，故稱旱谷沖積扇。沉積物粒度粗，礫石可具疊瓦狀排列。(5)沙漠湖和內(nèi)陸鹽堿灘沉積--沙漠中的風(fēng)蝕洼地或構(gòu)造洼地因積水而成湖。主要為粉砂或粘土沉積，各薄層常見遞變層理。有石膏和石鹽如果沙漠中的風(fēng)蝕洼地不積水成湖而只出現(xiàn)潮濕的鹽殼，就稱之為內(nèi)陸鹽堿灘，又稱干鹽湖或內(nèi)陸薩布哈，沉積物為粉砂和粘土的互層，其間夾有薄層砂、鹽及石膏層，第五節(jié)冰川沉積環(huán)境

—概述二冰川的侵蝕、搬運(yùn)和堆積作用三冰水沉積四冰川沉積相—概述

冰川是陸地上的降雪經(jīng)過堆積和變質(zhì)而成的一種流動(dòng)的冰體體系。冰川環(huán)境是指直接同冰川冰接觸的地區(qū)。其主要地質(zhì)營力是冰川作用，突出的環(huán)境特征是溫度很低，降水量大，蒸發(fā)量很小。冰川的出現(xiàn)可以破壞自然界的水文系統(tǒng)，使許多地質(zhì)作用發(fā)生重大的變化或中斷。在冰川時(shí)期，大量的降水聚集在冰川區(qū)，不能直接注入海洋，結(jié)果海面開始下降，河流系統(tǒng)被重新改造。冰川運(yùn)動(dòng)可以強(qiáng)烈地侵蝕、改造原有的大陸地形，并將侵蝕下來的碎屑物搬運(yùn)到冰緣地區(qū)沉積。在冰蓋區(qū)，巨厚的冰體重力可將地殼壓迫成洼地；融化的冰水流向冰緣則可形成冰水湖。在冰體覆蓋的地區(qū)，生物遭到毀滅打擊，有的因不能適應(yīng)冰期環(huán)境而滅絕，有的雖能幸存，但其種屑與個(gè)體的數(shù)量卻大大減少。因次，冰期是地質(zhì)歷史上—種罕有的災(zāi)難性事件。

冰川分類一直沒有得到很好解決。目前常用的是將冰川分為山谷冰川、山麓冰川和冰蓋與冰帽三種類型。也有人將冰川分為山谷冰川和大陸冰川兩種類型。

(一)山谷冰川：指冰塊被堵阻在高山谷壁中的冰川．冰塊的厚度可達(dá)數(shù)百米，一般由冰斗和位于較高處的冰原補(bǔ)給。(二)山麓冰川：指由一些山谷冰川會(huì)合形成的冰蓋．這些冰蓋是山谷冰川流至山下低地?cái)U(kuò)展而成的寬廣的冰體。(三)冰蓋或冰帽：冰蓋是擴(kuò)展到大面積陸地或高原的巨大冰塊。這種冰塊出現(xiàn)在雪線特別低的地區(qū)，厚度可達(dá)千米。

二冰川作用

冰川發(fā)育在雪線以上的積雪地帶。當(dāng)降雪聚積時(shí)，呈六邊形冰晶的雪片尖端開始融化，并移向中心，最后形成大小約lmm的重結(jié)晶的橢園形冰粒，這種冰粒稱為雪粒。積雪加厚時(shí)，松散的雪粒被上覆積雪壓縮，同時(shí)每天溫度的變化和因上覆壓力融化的水滲入孔隙并凍結(jié)，使之變成彼此鑲嵌的冰晶塊體。冰體稍受壓力，冰晶之間即可出現(xiàn)暫時(shí)性融水(薄膜水)，引起冰晶變形。因此，當(dāng)冰體達(dá)到某一臨界厚度時(shí)，只要有相應(yīng)的坡度，即可發(fā)生流動(dòng)。冰川是一種流速極其緩幔的層流。其流速每天只有幾毫米至幾米，偶爾也可因底面突然發(fā)生滑動(dòng)引起急沖。在雪線以上的冰川累積區(qū)，由于冰川近底部分受壓力較大，塑性變形也強(qiáng)烈，所以其最大流速靠近底部．而在雪線以下的消融區(qū)，最大流速則在冰川的近表層部分。

冰川以其與流水作用顯著不同的特殊方式搬運(yùn)和堆積沉積物。在活動(dòng)冰體之下，融水滲入到巖石的節(jié)理和裂隙之中，并在其中凍結(jié)膨脹，使巖石松散、破裂。松散的巖塊凍結(jié)在冰川底部，并被冰川體從基巖上拔掘出來混入到活動(dòng)的冰體之中。這種作用稱為刨蝕作用。帶棱角的巖塊和冰體凍結(jié)在一起，鋃嵌在冰川體上，成為象銼刀一樣研磨與削蝕基巖的工具。在上覆冰體的壓力作用下，帶棱角的巖塊變成侵蝕作用很強(qiáng)的營力，它能把基巖上大量的巖塊磨蝕下來，并在基巖表面刻劃成溝槽和擦痕。磨蝕產(chǎn)生的細(xì)粒巖粉尤如磨料，能把基巖表面磨光，同時(shí)碎屑本身也可因磨蝕形成帶擦痕的磨光面。冰川的這種作用稱為磨蝕作用。在冰川活動(dòng)過的基巖面上，可以找到冰川侵蝕的證據(jù)，如磨光面、羊背石和擦痕等。羊背石是冰川磨蝕成的流線形小丘，小丘的上游部分平緩園滑，下游部分則因冰川刨蝕呈陡坎和凹凸不平狀?；鶐r上的冰川擦痕大小不一，小者僅僅是些頭發(fā)絲狀的擦線，大者可以是長達(dá)一公里以上的擦溝，其方向與冰流方向—致。

混入在冰體中的碎屑呈“懸浮”狀態(tài)隨冰川整體運(yùn)動(dòng)。處于搬運(yùn)狀態(tài)的冰川沉積物，地貌工作者稱為冰磧，有時(shí)也指沉積下來的沉積物。沿冰川邊緣搬運(yùn)的沉積物稱為側(cè)磧．二個(gè)冰川匯合在—起，側(cè)磧匯合成中磧．陷入冰川裂隙或冰洞中的碎屑稱內(nèi)磧。內(nèi)磧降落或冰川刨蝕產(chǎn)生的底部碎屑稱為底磧．當(dāng)冰川消融時(shí)，各種冰磧混合在—起，最終在冰川前緣沉積，稱為終磧。終磧不是—種搬運(yùn)產(chǎn)物，而是一種沉積物。直接由冰川堆積的沉積物稱為冰磧物。它是一種未經(jīng)分選的由泥質(zhì)質(zhì)點(diǎn)、砂粒、礫石以至巨大的巖塊混含而成的塊狀堆積物．其中細(xì)粒的碎屑主要是由冰研磨而成，沒有明顯的風(fēng)化痕跡。較粗的顆粒表面常具釘子形擦痕和光面。冰磧物的石化產(chǎn)物稱為冰磧巖。冰磧巖常常與碎屑流沉積混淆，但是，如果這類沉積停積在具溝槽、擦痕和磨光面的基底之上，那么就無疑是冰川成因的了。

三冰水沉積

由冰川搬運(yùn)來的后經(jīng)融冰水再搬運(yùn)并沉積下來的物質(zhì)稱為冰水沉積。冰水沉積既有冰川作用的痕跡，又有流水改造作用的特征。冰水沉積的重要特征是具有一定的層理和分選性。因此，又稱層狀冰磧。按其堆積的位置可分為二類：

(1)冰前沉積在冰川界限以外形成的沉積，如冰水平原、冰湖和冰海沉積。

(2)冰界層狀沉積是在與冰川接觸部分形成的一種融冰水沉積，如蛇丘、冰磧阜等。

（一）蛇丘和冰磧阜沉積

蛇丘主要是由冰體下部隧洞流出的融冰水堆積的沉積物，形態(tài)呈伸長的曲線狀，象一道墻。其方向大致與冰體運(yùn)動(dòng)方向—致。如果蛇丘沉積物經(jīng)過分選，有時(shí)也可具粒序、沖淤構(gòu)造、交錯(cuò)層及水平層理。底磧被運(yùn)動(dòng)的冰川改造成的流線狀小丘稱鼓丘。冰磧阜是冰川表面的冰水沉積，在冰體融化后，沉落在底床上的沉積體。因此多呈孤立的丘狀，內(nèi)部常具同心層狀構(gòu)造，層理與冰磧阜外形一致。

（二）冰水平原當(dāng)融冰水切過終積堤，在外圍所形成的扇形堆積體稱為冰水扇。幾個(gè)冰水扇相連接可以構(gòu)成起伏平緩的冰水平原。冰水平原沉積主要是由砂礫組成的層狀的冰河沉積。相鄰沉積層間粒度變似良大，其中偶爾也可見到大的冰川漂礫．特征的沉積構(gòu)造、有沖淤構(gòu)造、水平層與交錯(cuò)層等，冰水平原向下可過渡為辮狀河沉積。

（三）冰湖沉積

在冰前地帶冰融水因?yàn)槭茏杩梢跃奂杀?。在冰川湖的邊緣可以形成旋回?gòu)造發(fā)育的小型扇三角洲，通常其前積層陡傾，向下坡漸變?yōu)榧?xì)粒的湖底沉積物。如果波浪作用活躍，在湖濱地帶也可發(fā)育薄層的分選良好的砂和礫。當(dāng)冰川在靜滯的湖泊中終止時(shí)，水下可以形成粗粒的冰水沉積。在淡水湖或半咸水湖中，這些沉積物很快就過渡為紋泥。淺湖底部的典型沉積是紋泥。紋泥是一種由薄的淺色的細(xì)砂、粉砂層和暗色的泥質(zhì)層交替而成的向上變細(xì)的韻律沉積。淡色的粗粒紋層代表春夏溫暖季節(jié)的沉積，暗色的細(xì)粒紋層代表秋冬季節(jié)的沉積。淡色的粗沉積也可以是高密度的冰河沿湖底注入而成的。在冰湖紋泥中偶爾也可見到少數(shù)墜落石(dropstone)，它們是從浮冰中墜落的。

（四）冰海沉積

冰海環(huán)境是指漂浮有冰川冰以及與冰川和冰架鄰接的海。這些冰塊通過筏運(yùn)和對(duì)海水的溫度、鹽度、密度、懸浮沉積物的濃度的改變，影響沉積物搬運(yùn)。冰海沉積突出的特征是墜落石，它是隨浮冰(冰山和冰架)筏運(yùn)入海，沉積在較細(xì)?；|(zhì)中的較粗碎屑物。如果基質(zhì)是紋層狀的，那么墜落石可以刺穿或者壓彎下伏的紋層。在差異壓實(shí)作用下，墜落石周圍的紋層被壓縮。墜落物也可以是冰川冰融化釋放的冰磧物團(tuán)塊。與冰海有關(guān)的沉積物主要有三種類型：在冰川末端的下面，大量的冰磧物釋放，形成無層理的基底冰磧物。向海方為層狀冰磧物，只含少量粗粒沉積物，它們可能是冰山搬運(yùn)來的，或者是冰川冰釋放的。最外帶為具有墜落石的紋層泥，基底冰磧物無層理，缺乏分選，不含原地的生物，而冰海沉積含有原地的生物化石，粘土含量較多，但有分選，具層理。

四冰川沉積相

（一）主要沉積相Edwards(1978)將冰川沉積物歸納為五種沉積相：(1)塊狀冰磧巖，(2)層狀礫巖和砂巖，(3)紋層狀泥巖，其中含或者不含墜落石，(4)與巖相(2)和(3)相伴生的冰磧巖，(5)帶狀冰磧巖。其中(1)(2)(3)三種相最為常見。對(duì)于大陸上的第四紀(jì)沉積來說，這些相的解釋比較明確：塊狀冰磧巖是冰下環(huán)境沉積的底積物；層狀礫巖和砂巖是冰河或冰界冰前沉積；具紋泥、墜落石或特征化石的紋層狀泥是冰湖或冰海沉積。呈塊體流方式侵位的冰磧物或混積物(Diamict)，通常是冰界帶層狀礫巖或冰前水下環(huán)境的紋層泥的夾層。

1、塊狀冰磧巖(massivetillite)

塊狀冰磧巖是冰川作用最特征的—個(gè)沉積相，其特征可歸納為以下幾點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)雜亂，無分選或分選差，粒度分布呈雙眾數(shù)或多眾數(shù)。在研究冰磧物結(jié)構(gòu)時(shí)，通常把基質(zhì)與碎屑的界限定在2mm。②內(nèi)部不具層理，但是其中可以夾有具層理的孤立的層狀沉積物透鏡體，通常為砂巖或礫巖，它訂提冰下或冰內(nèi)河在原地沉積的。③碎屑物類型極其復(fù)雜，表面具光面及擦痕，其中可以有盆地外的各種巖石和盆地內(nèi)的沉積巖及層內(nèi)的經(jīng)過再搬運(yùn)的冰川沉積物。④可以在較大范圍內(nèi)追索。至少可以追索數(shù)公里。⑤厚度可達(dá)數(shù)米至數(shù)十米，呈層狀、楔狀或舌狀產(chǎn)出。⑥下伏基巖具有磨光面，擦痕和溝槽。

冰川礫巖和角礫巖(冰磧巖)

冰川礫巖和角礫巖(冰磧巖)

2、帶狀冰磧巖(bandedtillite)

帶狀冰磧巖具條帶狀構(gòu)造。這種條帶是由于顏色、成分、粒度的變化引起的。單個(gè)條帶厚幾十毫米至幾十厘米。帶狀冰磧巖是二種不同的沉積體混合成的，一種是夕來的，一種是當(dāng)?shù)氐?，二者在冰川之下因冰川的塑性活?dòng)局部混合，并被剪切成帶狀。帶狀冰磧巖分布不廣，它可能是冰川內(nèi)早期混合作用的產(chǎn)物。當(dāng)其進(jìn)一步混合時(shí)，最后形成均一的基底冰磧巖。

3、層狀的礫巖和砂巖

同冰磧巖和泥巖交互的砂巖和礫巖是一種冰融水沉積，它們可以是冰上、冰下以至冰前的冰河環(huán)境的產(chǎn)物，如蛇丘、冰水平原等。其主要特征可歸納為：(1)有泥、砂和礫石幾種組分構(gòu)成，(2)層理類型和數(shù)量變化大，(3)分布范圍局限，但可達(dá)幾公里至數(shù)百公里，(4)厚度變化大，通常達(dá)幾十米。

4、紋層巖(1aminites)

紋層巖由砂、粉砂和粘土紋層交替而成。紋層的清浙程度取決于紋層的成分、結(jié)構(gòu)和厚度。最重要的紋層有兩類，—類是韻律狀的屬于季節(jié)性紋層泥，多見冰川湖沉積，沒有韻律構(gòu)造的紋層狀沉積形成于海洋。紋層巖除了具有紋層外，尚具下列特征：①具有墜落石，冰磧巖礫巖團(tuán)塊和散布在紋層巖中的大量墜落石是浮冰筏運(yùn)的有力證據(jù)，但是缺乏墜落石并不能作為反對(duì)冰川成因的證據(jù)。在第四紀(jì)的許多韻律狀紋泥巖中往往只含少數(shù)或者就根本不含墜落石。②具有砂巖或混積巖的夾層。墜落石并非總是很容易鑒定．—般來說，為紋層包圍的墜落石的直徑總是大于紋層的厚度，墜落石上有擦痕，刻蝕面等特征，同時(shí)與之共生的還可能有冰磧物團(tuán)塊或礫石組合等，都可作為附加的證據(jù)。