第3章第四紀沉積物

第3章第四紀沉積物主要內(nèi)容：概述第四紀沉積環(huán)境☆第四紀沉積層中國第四紀地層特點

第四紀是地球發(fā)展最新階段，它包括更新世和全新世。地球發(fā)展歷史有43億年以上，而第四紀卻非常短促，約180萬年左右。一、概述第四紀是地球發(fā)展史的最新階段，時間范圍從上新世末（距今248萬年）直到現(xiàn)在。第四紀分為更新世和全新世兩個階段。它以人類的出現(xiàn)為開始，哺乳動物興盛，氣候波動劇烈，各種陸相沉積發(fā)育。有冰期和間冰期之分，更替達20多次。二、第四紀沉積環(huán)境1.沉積環(huán)境：指形成松散碎屑物的地形、地貌、動力、生物、無力、化學等因素的總和。2.沉積環(huán)境對沉積物特征的影響：（1）動力愈強，搬運顆粒越粗；（2）距離越遠，顆粒磨圓程度越好；（3）顆粒越粗，沉積物越易成單粒結(jié)構(gòu)；（4）搬運越遠，沉積物分選性越好。3.第四紀沉積物的總體特征：（1）巖性松散：——習稱“松散堆積物”，也有膠結(jié)甚至固結(jié)的。是確定第四紀沉積物的重要特征。除海灘巖、火山巖、強鈣質(zhì)膠結(jié)的沉積物外。

（2）富含生物化石（3）地層對比較困難（4）人類活動跡象明顯4成因類型：三、第四紀沉積層1、沉積層殘積物是由巖石風化后，未經(jīng)搬運而殘留于原地的土，而另一部分則被風和降水所帶走。它處于巖石風化殼的上部，是風化殼中的劇風化帶，向下則逐漸變?yōu)榘腼L化的巖石。它的分布主要受地形的控制，在寬廣的分水嶺上，由雨水產(chǎn)生地表徑流速度小，風化產(chǎn)物易于保留的地方，殘積物就比較厚。在平緩的山坡上也常有殘積物覆蓋。在地表或近地表條件下，由于溫度、大氣、水及生物等因素的影響，使地殼或巖石圈的礦物、巖石在原地發(fā)生分解和破壞的過程——風化作用。風化作用的重要特征：巖石或礦物在原地遭受分解和破壞，風化的產(chǎn)物仍保留在原地。殘積物成分與母巖有關(guān)殘積物厚度與地形有關(guān)1、殘積物巖石－（物理、化學）風化－殘留在原地殘積物－殘積土－殘積層風化殼

土壤層殘積物半風化巖石強風化中風化弱風化新鮮巖石2、坡積層坡積物是殘積物經(jīng)水流搬運，順坡移動堆積而成的土。即是雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風化產(chǎn)物緩慢地洗刷剝蝕，順著斜坡向下逐漸移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。其成份與坡上的殘積土基本一致。由于地形的不同，其厚度變化大，新近堆積的坡積土，土質(zhì)疏松，壓縮性較高。它一般分布在坡腰上或坡腳下，其上部與殘積物相接。坡積物底部的傾斜度決定于基巖的傾斜程度，而表面傾斜度則與生成的時間有關(guān)，時間越長，搬運、沉積在山坡下部的物質(zhì)就越厚，表面傾斜度就越小。片流（坡流、面流）——在降雨或融雪時，地表水一部分滲入地下，其余的沿坡面向下運動。這種暫時性的無固定流槽的地面薄層狀、網(wǎng)狀細流稱為片流。片流搬運的物體在坡麓堆積下來，形成坡積土。坡積物的特點：1)分為巖屑、礦屑、沙礫或礦質(zhì)黏土。2)碎屑顆粒大小混雜，棱角分明、分選性差，層理不明顯。坡積物質(zhì)隨斜坡自上而下呈現(xiàn)由粗而細的分選現(xiàn)象。其成份與坡上的殘積土基本一致。與下臥基巖沒有直接關(guān)系，這是它與殘積物明顯的區(qū)別。由于坡積物形成于山坡，常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動，還由于組成物質(zhì)粗細顆?；祀s，土質(zhì)不均勻，且其厚度變化很大(上部有時不足一米，下部可達幾十米)，尤其是新近堆積的坡積物，土質(zhì)疏松，壓縮性較高。坡積土上建設(shè)應注意的問題：①注意下臥基巖表面的坡度及形態(tài)，分析坡積物穩(wěn)定性。②坡積土含較多細顆粒，吸水性強，注意雨季的穩(wěn)定性。③坡積物粗細混雜，土質(zhì)不均勻，厚度不均勻，注意差異沉降。山前坡積物剖面圖3、洪積物大雨、雪水，大量碎屑物，沿沖溝搬運到山前或山坡的低平地帶堆積而成，在溝口常呈扇狀分布－洪積扇一定程度的分選和磨圓，較明顯的層理、夾層厚度從扇頂向外逐漸變薄干旱、半干旱、（物理風化作用）碎屑多，雨水集中－洪積物發(fā)育上部中部下部洪積扇沉積物洪積物的顆粒雖因搬運過程中的分選作用而呈現(xiàn)上述隨離山遠近而變的現(xiàn)象，但由于搬運距離短，顆粒的磨圓度仍不佳，此外，山洪是周期性產(chǎn)生的，每次的大小不盡相同，堆積下來的物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則交錯的層理構(gòu)造，如具有夾層，尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀。洪積物的特點：①溝口附近堆積多，厚度大，顆粒粗大，越向外堆積越少越薄，顆粒細小，具明顯的分帶性；②磨圓度差，分選性較差，可見斜層理和交錯層理。洪積土的工程特性：1）靠近坡腳段為較粗的碎屑土，土質(zhì)均勻，地勢高、地下水位低，地基承載力高；2）離山區(qū)遠的地帶由粉土、黏土顆粒組成，受周期性干燥及可溶鹽的膠結(jié)作用，承載力高；3）中間段由于受前沿細顆粒的影響，常有地下水溢出，或形成沼澤，承載力較低。另外：洪積扇富水，可做水源地。4、沖積物河流沉積物，分：河床沖積物、河漫灘沖積物、牛軛湖沖積物、河口三角洲磨圓度、分選性較好，層理構(gòu)造、韻律性各種沖積物特征不同沖積土分布廣泛,特別是沖積平原是城市發(fā)達、人口集中的地帶。對于粗粒的碎石土、砂土，是良好的天然地基，但如果作為水工建筑物的地基，由于其透水性好會引起嚴重的壩下滲漏；而對于壓縮性高的粘土，一般都需要處理地基。沖積物特點：1）具有良好的分選性（粗大的先沉積，細小的后沉積）；2）具有較好的磨圓度；3）成層性較清晰；4）常具有韻律性二元結(jié)構(gòu)：下部為河床沉積（礫石、砂礫）上部為河漫灘沉積（泥質(zhì)和粉沙）在坡面上有規(guī)律的交替出現(xiàn)；5）常具有波痕，砂丘和交錯層理等構(gòu)造。5、湖泊沉積物湖浪、湖流向湖心方向搬運近岸帶土承載力高，遠岸差湖泊淤塞后變沼澤6、海洋沉積物濱海帶淺海帶大陸斜坡深海帶礫灘沙灘承載力高透水性強細砂粘性土淤泥強度低生物軟泥、粘性土、淤泥7、冰磧與冰水沉積物冰川融化后形成冰磧冰雪融化后形成的水流可沖刷和搬運冰磧物、沉積形成冰水沉積物8、風積物干旱地區(qū)，地面無植被保護，巖石碎屑被風吹揚，風力減弱時發(fā)生沉積形成風積物。四、中國第四紀概況中國第四系分布廣泛，類型多樣，橫向多變，以陸相為主。1、華北和東北地區(qū)華北平原和松遼平原均有第四系發(fā)育，華北平原主要為河湖相沉積，包括粘土、粉砂、細砂等，并夾玄武巖及凝灰?guī)r，總厚約二、三百米。中夾數(shù)層海相層，含有孔蟲、介形蟲等。沿海地區(qū)曾有多次短暫海侵。東北第四系與華北相似，但厚度稍小，在上更新統(tǒng)（如顧?quán)l(xiāng)屯組）產(chǎn)猛犸象、披毛犀等化石，說明曾出現(xiàn)寒冷氣候。華北上升區(qū)（山區(qū)）也發(fā)育較好的第四系，其典型地層如下：（1）馬蘭組（上更新統(tǒng)，Q3）黃土堆積，因北京西山馬蘭臺黃土堆積而得名。（2）周口店組（中更新統(tǒng)，Q2）石灰?guī)r洞穴堆積，以泥砂、礫石、灰燼層為主，含有豐富哺乳動物化石，并發(fā)現(xiàn)了“北京人”（猿人），聞名國內(nèi)外。（3）泥河灣組（下更新統(tǒng)，Q1）典型湖相兼河流相沉積，主要由淺綠色、淺紅色粘砂、砂粘、泥灰?guī)r、砂層、礫石層等組成，含有淡水軟體動物及脊椎動物化石。標準地點在河北省桑干河流域陽原縣泥河灣、虎頭梁、紅巖村一帶。在河南三門峽黃河兩岸亦有相同層位出露，稱三門組。2、華南地區(qū)沉積類型比較復雜，主要為洞穴堆積、階地堆積、土狀堆積及小盆地堆積。長江下游寧鎮(zhèn)山脈地區(qū)，下更新統(tǒng)稱雨花臺組，以礫、砂為主；中、上更新統(tǒng)稱下蜀組，為紅色粘土沉積。此外，如廣西柳城巨猿洞穴堆積，云南發(fā)現(xiàn)元謀人的河湖相元謀組等，都屬下更新統(tǒng)；四川萬縣鹽井溝洞穴堆積，分布甚廣的雅安礫石層（局部含砂金）等，皆屬中更新統(tǒng)；廣西柳江人洞穴堆積，四川江北礫石層等皆屬上更新統(tǒng)。3、中國西部及青藏地區(qū)西部山高盆大，升降運動強烈，在山麓地帶有粗碎屑堆積。如天山北麓（即準噶爾盆地南緣）下更新統(tǒng)稱西域組，以礫石為主，厚1350m，含三門馬化石。中更新統(tǒng)稱烏蘇組，厚30m；上更新統(tǒng)稱新疆組，厚150m，皆以礫石或礫、砂、粘土等為主。盆地中全新世則主要為風沙堆積或鹽湖沉積，代表干燥氣候條件下的產(chǎn)物。如柴達木盆地共有24個鹽湖，鹽類總儲量為600億t，其中察爾汗鹽湖是我國最大的可溶性鉀鎂礦床、面積5800km2多，氯化鉀儲量約占全國的97％，還含有大量的鎂、鋰等元素。青藏高原，近年考察證明曾有多次冰川活動。在藏北遺留有眾多的湖泊，蘊藏豐富的硅藻土、硼砂及鹽類礦產(chǎn)。五、第四紀沉積物中的幾種特殊土1、軟土：軟土是在靜水或水流緩慢的環(huán)境中沉積，并有微生物的參與，含有較多有機質(zhì)的疏松軟弱黏性土。1）軟土的分布:沿海地區(qū)濱海相、瀉湖相、三角洲相；內(nèi)陸平原或山區(qū)的湖相和沖積洪積沼澤相。2）軟土的分類：孔隙比e>1.5時,稱淤泥；1.5>e>1.0時,稱淤泥質(zhì)土；5%<有機質(zhì)含量<10%時,稱有機質(zhì)土；10%<有機質(zhì)含量<60%時,稱泥炭質(zhì)土；有機質(zhì)含量>60%時,稱泥炭。3)軟土的工程特性：含水率高，天然含水率>液限，軟塑－流塑狀態(tài)；滲透性低，水平向滲透系數(shù)較大；壓縮性高，變形大而不均勻，變形穩(wěn)定歷時長；強度低,與加荷速度和排水條件有關(guān)；顯著的觸變性(高靈敏度)和流變性；流變(Rheology)：在一定荷載下，土的剪切變形隨時間增長的特性。觸變(thixotropy)：土受擾動后強度降低，但隨時間增長強度能部分恢復的性能。當軟土地基不能滿足承載力和變形要求，要進行人工處理!2、濕陷性黃土(loessalsoil)濕陷性黃土是干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。分布在我國西北及華北地區(qū),面積約63萬km2。1）黃土分類：按形成年代分：老黃土、新黃土、新近堆積黃土。黃土形成年代愈久，固結(jié)成巖程度大，大孔結(jié)構(gòu)退化，土質(zhì)愈趨密實，強度高而壓縮性小。濕陷性減弱甚至不具濕陷性。按濕陷性分：濕陷性黃土和非濕陷性黃土。2）黃土濕陷性(collapsibility)：天然黃土在上覆土的自重壓力作用下，或在上覆土的自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的，稱為濕陷性黃土。我國西北地區(qū)濕陷性黃土3）黃土濕陷性的形成原因內(nèi)在因素：黃土的結(jié)構(gòu)特征及其物質(zhì)組成。黃土的成分和結(jié)構(gòu)上的基本特點是：以石英和長石組成的粉粒為主，礦物親水性較弱，粒度細而均一，連結(jié)雖較強但不抗水；未經(jīng)很好壓實，結(jié)構(gòu)疏松多孔，大孔性明顯。所以，黃土具有明顯的遇水連結(jié)減弱，結(jié)構(gòu)趨于緊密的傾向。外部條件：水的浸潤和壓力作用。黃土結(jié)構(gòu)示意圖4）天然狀態(tài)下工程特性：含水較少，堅硬—硬塑狀態(tài)壓實程度差，孔隙比高，孔隙大抗水性弱，遇水強烈崩解，濕陷明顯透水性較強，且呈各向異性強度較高，粒間連接較強，壓縮性中等。濕陷性黃土具有以下特征：第一，黃土中具有大量孔隙，尤其是大孔隙，這是是否具有濕陷性和濕陷性強弱的基礎(chǔ)；第二，顆粒間的聯(lián)結(jié)因水分增加而易于削弱和破壞；第三，粘粉含量低，尤其是具活動晶格的粘土礦物含量低。3、膨脹土(expansivesoil)：膨脹土是一種富含親水性黏土礦物,且隨含水量的增減體積發(fā)生顯著脹縮變形的硬塑性黏土。1）膨脹土分布：云南、廣西、貴州、湖北最具代表性。2）膨脹土特征：呈黃褐、灰白、花斑等顏色；黏粒含量高，且為親水性很強的蒙脫石等黏土礦物，土中可溶鹽及有機質(zhì)含量較低，常含鐵錳或鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)構(gòu)致密；表面有大量網(wǎng)狀裂隙，裂面有臘狀光澤的擠壓面。3）膨脹土受季節(jié)氣候影響在天然狀態(tài)下，膨脹土結(jié)構(gòu)致密，處于硬塑或半堅硬狀態(tài)，但在不同的含水條件下，其結(jié)構(gòu)和物理力學性質(zhì)會發(fā)生很大的變化。夏天雨水多，膨脹土吸水發(fā)生膨脹，土體強度顯著下降，房屋地基下沉；冬季雨水少，膨脹土失水干燥，土質(zhì)雖然堅硬，但卻發(fā)生收縮變化，產(chǎn)生明顯的張開裂隙。這種吸水膨脹、失水收縮的反復交替變化，造成房屋地基變形，導致整體性相對較差的土木結(jié)構(gòu)房屋墻體開裂、下沉。4、填土(filling):填土指由于人類工程活動而形成的土。(1)素填土:主要由碎石、砂土或黏性土組成。其中不含雜質(zhì)或雜質(zhì)很少。(2)雜填土:建筑垃圾土、工業(yè)廢料土、生活垃圾土。(浙江杭州、寧波等地由于城市的發(fā)展，建筑物的變遷，地表以碎磚瓦礫等建筑垃圾為主填積而成。）(天津的舊城區(qū)和海河兩岸一般表層都有填土，主要成份有素土、瓦礫爐碴、爐