第二章大陆碎屑沉积-沙漠.冰川沉积

第二章大陆碎屑沉积第一节冲积扇沉积

第二节河流沉积第三节湖泊沉积第四节沙漠沉积第五节冰川沉积第四节沙漠沉积1.沙漠的环境的特点2.沙漠的沉积类型及特征沙漠（录象）1.沙漠的环境的特点风的作用是主要的地质营力沙漠中由于风的吹扬作用使基岩裸露，并伴有崩裂的巨砾出现，形成“岩漠”风的搬运使沙质物质集中堆积，形成风成砂沉积不能被搬运的砾石、卵石、粗砂残留下来，堆积而成“石漠”或称“戈壁”

沙漠沉积环境

沙漠是大陆上雨量稀少、生物难于生存的干旱地区。因其蒸发量大，又缺乏植被，所以风的作用十分强烈。与沙漠有关的干旱与半干旱气候区，约占现代大陆面积的三分之一。它们主要分布在赤道两侧15一300范围内的副热高压带及信风带。在高山环绕的大陆内部，因山脉阻挡，湿空气难以达到，也可出现干旱带。例如，我国的新疆、内蒙和北美的西部大陆等地。如果按照将今论古的原则推论，沙漠在地质历史时期也庇是十分普遍的现象。因为不论地球表面的大陆是相对固定的，还是活动的，其大气圈的循环样式应该是类似的。因此，地质记录中的沙漠沉积可以作为一种古气候和古纬度的标志，用于判断大陆块在地质历史的演变过程中所处的地理位置。风成砂岩具有很高的孔隙度，它可以作为良好的含水层，也能成为油气聚集的场所。例如，美国西部的宾夕法尼亚系和侏罗系以及北海油田的三叠系赤底统等，均已发现有这种类型的油气储集层。沙漠环境按沉积特征可分为间歇性河流、岩漠、砾漠、风成砂、内陆萨布哈和干盐湖等次一级单元。岩漠和砾漠的分布面积较大，却以侵蚀作用为主，因此在地质记录中很少保存。风成砂仅占现代沙漠面积的百分之二十，但是由于它们是风成环境的主要沉积作用单元，所以在地层记录中常常保存有巨厚的沉积。其它环境在沙漠中占的比例很小。

现代风成砂一般特征现代的风成砂主要见于沙漠和海岸沙丘两种环境。其中以沙漠区的分布最广。风成砂主要集中在沙漠区的低洼部分。最初它们可能来自间歇河流沉积或是对较老的砂岩或其它源岩的磨蚀作用。在风的作用下，它们移去了粉砂和粘土，再后砂与砾又分开。

沙丘类型

在沙漠中风成砂千般发育在以盛行风为主的地区，而在多种风型汇合的地区不发育。风成砂的沙丘类型，在空间上有明显的分带性。通常自沙漠边缘向内部依次为：新月形沙丘、横向沙丘、纵向沙丘、锥形沙丘（沙山）。

风成砂的粒度特征

风是一种非常有效的分选介质，它可以使碎屑沉积物产生良好的分异作用。风成砂通常分选良好，园度较高。风成砂通常是单峰的，但有时具有明显的双峰。双峰态的风成砂有两个分选良好的砂的总体。风成石英砂的表面还可因搬运中互相撞击成毛玻璃状的霜面。

古代风成砂岩

古代的风成砂岩，—般是根据与现代大沙漠中的风成砂的比较识别的。常用的识别标志主要有以下几种：(1)具有规模巨大的交错层理；(2)可以见到为数不多的风成波痕、泥裂和雨痕等层面构造；(3)砂岩分选良好，粒间充填物主要为化学沉淀物；(4)缺乏云母类碎屑；(5)石英砂粒表面呈毛玻璃状；(6)缺乏海相化石和煤；(7)缺乏分布广泛的标志层；(8)与蒸发岩或河流沉积共生等

(一)规模巨大的交错层理

风成砂岩突出的特征是具有规模巨大的交错层理。这种交错层的前积纹层倾斜陡，单向倾斜，形体宏大，延伸很远。有的前积纹层顺风方向渐趋变平，与下伏界面呈切线状。层系呈板状或楔伏，厚度巨大(20—35m)。这种交错层在地层中不是以简单的单个层系，而是以层系类型单调的、厚达几十米或几百米的复合层系的形式出现。这种特征除了现代沙漠中的大沙丘以外，在其它环境中是不存在的。

(二)其它陆相沉积构造风成砂沉积中经常可以见到一些次要的陆相成因的构造，如风成波痕，雨痕、动物足迹以及粗粒滞留沉积层等。粗粒滞留沉积物出现于沙丘间的风蚀坑凹地区。它们一般由粗砂和砾石组成，并在滞留面上呈等间距分布。风成砂岩中有时夹有薄层的泥岩、白云岩或石灰岩，它们代表短暂的湖泊沉积。其厚度很薄(不足数米)，延伸不远(不大于lkm2)，层面常具干裂。(三)古生物证据

在有大型交错层的砂岩中，没有发现过任何海相化石，但是在风成环境的其它沉积中可以见到恐龙化石，恐龙足迹，淡水的介形虫以及少数植物化石。

2.沙漠的沉积类型及特征(1)岩漠沉积--岩漠是以剥蚀作用为主的平坦的岩石裸露地区，风把疏松的干颗粒吹走，并撞击岩石表面，使之变成很光滑的、具有沙漠漆的釉质表面，仅有少数大的棱角状砾石散布其上。其沉积物在地质剖面中很难见到。

(2)砾漠

砾漠又称戈壁滩，它们主要由中砾、卵石和粗砂组成，堆积面比较平坦，沉积厚度很小。砾漠的砾石是地表细粒沉积物被风吹去之后的一种蚀余堆积物。由于风砂磨蚀，砾石表面常具撞击痕和磨光面，或变成风棱石。

(3)风成砂沉积成熟度高，稳定矿物组分多，粘土含量低，分选极好，磨圆度高，砂粒表面呈毛玻璃状沙丘是风成砂的最主要堆积类型。具有风成交错层理(4)旱谷沉积--旱谷沉积是一种间歇性河流沉积作用的产物。因具有暴洪特点，河道不固定，沉积速度快，顺坡堆积呈扇状，故称旱谷冲积扇。沉积物粒度粗，砾石可具叠瓦状排列。(5)沙漠湖和内陆盐碱滩沉积--沙漠中的风蚀洼地或构造洼地因积水而成湖。主要为粉砂或粘土沉积，各薄层常见递变层理。有石膏和石盐如果沙漠中的风蚀洼地不积水成湖而只出现潮湿的盐壳，就称之为内陆盐碱滩，又称干盐湖或内陆萨布哈，沉积物为粉砂和粘土的互层，其间夹有薄层砂、盐及石膏层，第五节冰川沉积环境

—概述二冰川的侵蚀、搬运和堆积作用三冰水沉积四冰川沉积相—概述

冰川是陆地上的降雪经过堆积和变质而成的一种流动的冰体体系。冰川环境是指直接同冰川冰接触的地区。其主要地质营力是冰川作用，突出的环境特征是温度很低，降水量大，蒸发量很小。冰川的出现可以破坏自然界的水文系统，使许多地质作用发生重大的变化或中断。在冰川时期，大量的降水聚集在冰川区，不能直接注入海洋，结果海面开始下降，河流系统被重新改造。冰川运动可以强烈地侵蚀、改造原有的大陆地形，并将侵蚀下来的碎屑物搬运到冰缘地区沉积。在冰盖区，巨厚的冰体重力可将地壳压迫成洼地；融化的冰水流向冰缘则可形成冰水湖。在冰体覆盖的地区，生物遭到毁灭打击，有的因不能适应冰期环境而灭绝，有的虽能幸存，但其种屑与个体的数量却大大减少。因次，冰期是地质历史上—种罕有的灾难性事件。

冰川分类一直没有得到很好解决。目前常用的是将冰川分为山谷冰川、山麓冰川和冰盖与冰帽三种类型。也有人将冰川分为山谷冰川和大陆冰川两种类型。

(一)山谷冰川：指冰块被堵阻在高山谷壁中的冰川．冰块的厚度可达数百米，一般由冰斗和位于较高处的冰原补给。(二)山麓冰川：指由一些山谷冰川会合形成的冰盖．这些冰盖是山谷冰川流至山下低地扩展而成的宽广的冰体。(三)冰盖或冰帽：冰盖是扩展到大面积陆地或高原的巨大冰块。这种冰块出现在雪线特别低的地区，厚度可达千米。

二冰川作用

冰川发育在雪线以上的积雪地带。当降雪聚积时，呈六边形冰晶的雪片尖端开始融化，并移向中心，最后形成大小约lmm的重结晶的椭园形冰粒，这种冰粒称为雪粒。积雪加厚时，松散的雪粒被上覆积雪压缩，同时每天温度的变化和因上覆压力融化的水渗入孔隙并冻结，使之变成彼此镶嵌的冰晶块体。冰体稍受压力，冰晶之间即可出现暂时性融水(薄膜水)，引起冰晶变形。因此，当冰体达到某一临界厚度时，只要有相应的坡度，即可发生流动。冰川是一种流速极其缓幔的层流。其流速每天只有几毫米至几米，偶尔也可因底面突然发生滑动引起急冲。在雪线以上的冰川累积区，由于冰川近底部分受压力较大，塑性变形也强烈，所以其最大流速靠近底部．而在雪线以下的消融区，最大流速则在冰川的近表层部分。

冰川以其与流水作用显著不同的特殊方式搬运和堆积沉积物。在活动冰体之下，融水渗入到岩石的节理和裂隙之中，并在其中冻结膨胀，使岩石松散、破裂。松散的岩块冻结在冰川底部，并被冰川体从基岩上拔掘出来混入到活动的冰体之中。这种作用称为刨蚀作用。带棱角的岩块和冰体冻结在一起，锒嵌在冰川体上，成为象锉刀一样研磨与削蚀基岩的工具。在上覆冰体的压力作用下，带棱角的岩块变成侵蚀作用很强的营力，它能把基岩上大量的岩块磨蚀下来，并在基岩表面刻划成沟槽和擦痕。磨蚀产生的细粒岩粉尤如磨料，能把基岩表面磨光，同时碎屑本身也可因磨蚀形成带擦痕的磨光面。冰川的这种作用称为磨蚀作用。在冰川活动过的基岩面上，可以找到冰川侵蚀的证据，如磨光面、羊背石和擦痕等。羊背石是冰川磨蚀成的流线形小丘，小丘的上游部分平缓园滑，下游部分则因冰川刨蚀呈陡坎和凹凸不平状。基岩上的冰川擦痕大小不一，小者仅仅是些头发丝状的擦线，大者可以是长达一公里以上的擦沟，其方向与冰流方向—致。

混入在冰体中的碎屑呈“悬浮”状态随冰川整体运动。处于搬运状态的冰川沉积物，地貌工作者称为冰碛，有时也指沉积下来的沉积物。沿冰川边缘搬运的沉积物称为侧碛．二个冰川汇合在—起，侧碛汇合成中碛．陷入冰川裂隙或冰洞中的碎屑称内碛。内碛降落或冰川刨蚀产生的底部碎屑称为底碛．当冰川消融时，各种冰碛混合在—起，最终在冰川前缘沉积，称为终碛。终碛不是—种搬运产物，而是一种沉积物。直接由冰川堆积的沉积物称为冰碛物。它是一种未经分选的由泥质质点、砂粒、砾石以至巨大的岩块混含而成的块状堆积物．其中细粒的碎屑主要是由冰研磨而成，没有明显的风化痕迹。较粗的颗粒表面常具钉子形擦痕和光面。冰碛物的石化产物称为冰碛岩。冰碛岩常常与碎屑流沉积混淆，但是，如果这类沉积停积在具沟槽、擦痕和磨光面的基底之上，那么就无疑是冰川成因的了。

三冰水沉积

由冰川搬运来的后经融冰水再搬运并沉积下来的物质称为冰水沉积。冰水沉积既有冰川作用的痕迹，又有流水改造作用的特征。冰水沉积的重要特征是具有一定的层理和分选性。因此，又称层状冰碛。按其堆积的位置可分为二类：

(1)冰前沉积在冰川界限以外形成的沉积，如冰水平原、冰湖和冰海沉积。

(2)冰界层状沉积是在与冰川接触部分形成的一种融冰水沉积，如蛇丘、冰碛阜等。

（一）蛇丘和冰碛阜沉积

蛇丘主要是由冰体下部隧洞流出的融冰水堆积的沉积物，形态呈伸长的曲线状，象一道墙。其方向大致与冰体运动方向—致。如果蛇丘沉积物经过分选，有时也可具粒序、冲淤构造、交错层及水平层理。底碛被运动的冰川改造成的流线状小丘称鼓丘。冰碛阜是冰川表面的冰水沉积，在冰体融化后，沉落在底床上的沉积体。因此多呈孤立的丘状，内部常具同心层状构造，层理与冰碛阜外形一致。

（二）冰水平原当融冰水切过终积堤，在外围所形成的扇形堆积体称为冰水扇。几个冰水扇相连接可以构成起伏平缓的冰水平原。冰水平原沉积主要是由砂砾组成的层状的冰河沉积。相邻沉积层间粒度变似良大，其中偶尔也可见到大的冰川漂砾．特征的沉积构造、有冲淤构造、水平层与交错层等，冰水平原向下可过渡为辫状河沉积。

（三）冰湖沉积

在冰前地带冰融水因为受阻可以聚集成冰水湖。在冰川湖的边缘可以形成旋回构造发育的小型扇三角洲，通常其前积层陡倾，向下坡渐变为细粒的湖底沉积物。如果波浪作用活跃，在湖滨地带也可发育薄层的分选良好的砂和砾。当冰川在静滞的湖泊中终止时，水下可以形成粗粒的冰水沉积。在淡水湖或半咸水湖中，这些沉积物很快就过渡为纹泥。浅湖底部的典型沉积是纹泥。纹泥是一种由薄的浅色的细砂、粉砂层和暗色的泥质层交替而成的向上变细的韵律沉积。淡色的粗粒纹层代表春夏温暖季节的沉积，暗色的细粒纹层代表秋冬季节的沉积。淡色的粗沉积也可以是高密度的冰河沿湖底注入而成的。在冰湖纹泥中偶尔也可见到少数坠落石(dropstone)，它们是从浮冰中坠落的。

（四）冰海沉积

冰海环境是指漂浮有冰川冰以及与冰川和冰架邻接的海。这些冰块通过筏运和对海水的温度、盐度、密度、悬浮沉积物的浓度的改变，影响沉积物搬运。冰海沉积突出的特征是坠落石，它是随浮冰(冰山和冰架)筏运入海，沉积在较细粒基质中的较粗碎屑物。如果基质是纹层状的，那么坠落石可以刺穿或者压弯下伏的纹层。在差异压实作用下，坠落石周围的纹层被压缩。坠落物也可以是冰川冰融化释放的冰碛物团块。与冰海有关的沉积物主要有三种类型：在冰川末端的下面，大量的冰碛物释放，形成无层理的基底冰碛物。向海方为层状冰碛物，只含少量粗粒沉积物，它们可能是冰山搬运来的，或者是冰川冰释放的。最外带为具有坠落石的纹层泥，基底冰碛物无层理，缺乏分选，不含原地的生物，而冰海沉积含有原地的生物化石，粘土含量较多，但有分选，具层理。

四冰川沉积相

（一）主要沉积相Edwards(1978)将冰川沉积物归纳为五种沉积相：(1)块状冰碛岩，(2)层状砾岩和砂岩，(3)纹层状泥岩，其中含或者不含坠落石，(4)与岩相(2)和(3)相伴生的冰碛岩，(5)带状冰碛岩。其中(1)(2)(3)三种相最为常见。对于大陆上的第四纪沉积来说，这些相的解释比较明确：块状冰碛岩是冰下环境沉积的底积物；层状砾岩和砂岩是冰河或冰界冰前沉积；具纹泥、坠落石或特征化石的纹层状泥是冰湖或冰海沉积。呈块体流方式侵位的冰碛物或混积物(Diamict)，通常是冰界带层状砾岩或冰前水下环境的纹层泥的夹层。

1、块状冰碛岩(massivetillite)

块状冰碛岩是冰川作用最特征的—个沉积相，其特征可归纳为以下几点：①结构杂乱，无分选或分选差，粒度分布呈双众数或多众数。在研究冰碛物结构时，通常把基质与碎屑的界限定在2mm。②内部不具层理，但是其中可以夹有具层理的孤立的层状沉积物透镜体，通常为砂岩或砾岩，它订提冰下或冰内河在原地沉积的。③碎屑物类型极其复杂，表面具光面及擦痕，其中可以有盆地外的各种岩石和盆地内的沉积岩及层内的经过再搬运的冰川沉积物。④可以在较大范围内追索。至少可以追索数公里。⑤厚度可达数米至数十米，呈层状、楔状或舌状产出。⑥下伏基岩具有磨光面，擦痕和沟槽。

冰川砾岩和角砾岩(冰碛岩)

冰川砾岩和角砾岩(冰碛岩)

2、带状冰碛岩(bandedtillite)

带状冰碛岩具条带状构造。这种条带是由于颜色、成分、粒度的变化引起的。单个条带厚几十毫米至几十厘米。带状冰碛岩是二种不同的沉积体混合成的，一种是夕来的，一种是当地的，二者在冰川之下因冰川的塑性活动局部混合，并被剪切成带状。带状冰碛岩分布不广，它可能是冰川内早期混合作用的产物。当其进一步混合时，最后形成均一的基底冰碛岩。

3、层状的砾岩和砂岩

同冰碛岩和泥岩交互的砂岩和砾岩是一种冰融水沉积，它们可以是冰上、冰下以至冰前的冰河环境的产物，如蛇丘、冰水平原等。其主要特征可归纳为：(1)有泥、砂和砾石几种组分构成，(2)层理类型和数量变化大，(3)分布范围局限，但可达几公里至数百公里，(4)厚度变化大，通常达几十米。

4、纹层岩(1aminites)

纹层岩由砂、粉砂和粘土纹层交替而成。纹层的清浙程度取决于纹层的成分、结构和厚度。最重要的纹层有两类，—类是韵律状的属于季节性纹层泥，多见冰川湖沉积，没有韵律构造的纹层状沉积形成于海洋。纹层岩除了具有纹层外，尚具下列特征：①具有坠落石，冰碛岩砾岩团块和散布在纹层岩中的大量坠落石是浮冰筏运的有力证据，但是缺乏坠落石并不能作为反对冰川成因的证据。在第四纪的许多韵律状纹泥岩中往往只含少数或者就根本不含坠落石。②具有砂岩或混积岩的夹层。坠落石并非总是很容易鉴定．—般来说，为纹层包围的坠落石的直径总是大于纹层的厚度，坠落石上有擦痕，刻蚀面等特征，同时与之共生的还可能有冰碛物团块或砾石组合等，都可作为附加的证据。