第3章第四纪沉积物

第3章第四纪沉积物主要内容：概述第四纪沉积环境☆第四纪沉积层中国第四纪地层特点

第四纪是地球发展最新阶段，它包括更新世和全新世。地球发展历史有43亿年以上，而第四纪却非常短促，约180万年左右。一、概述第四纪是地球发展史的最新阶段，时间范围从上新世末（距今248万年）直到现在。第四纪分为更新世和全新世两个阶段。它以人类的出现为开始，哺乳动物兴盛，气候波动剧烈，各种陆相沉积发育。有冰期和间冰期之分，更替达20多次。二、第四纪沉积环境1.沉积环境：指形成松散碎屑物的地形、地貌、动力、生物、无力、化学等因素的总和。2.沉积环境对沉积物特征的影响：（1）动力愈强，搬运颗粒越粗；（2）距离越远，颗粒磨圆程度越好；（3）颗粒越粗，沉积物越易成单粒结构；（4）搬运越远，沉积物分选性越好。3.第四纪沉积物的总体特征：（1）岩性松散：——习称“松散堆积物”，也有胶结甚至固结的。是确定第四纪沉积物的重要特征。除海滩岩、火山岩、强钙质胶结的沉积物外。

（2）富含生物化石（3）地层对比较困难（4）人类活动迹象明显4成因类型：三、第四纪沉积层1、沉积层残积物是由岩石风化后，未经搬运而残留于原地的土，而另一部分则被风和降水所带走。它处于岩石风化壳的上部，是风化壳中的剧风化带，向下则逐渐变为半风化的岩石。它的分布主要受地形的控制，在宽广的分水岭上，由雨水产生地表径流速度小，风化产物易于保留的地方，残积物就比较厚。在平缓的山坡上也常有残积物覆盖。在地表或近地表条件下，由于温度、大气、水及生物等因素的影响，使地壳或岩石圈的矿物、岩石在原地发生分解和破坏的过程——风化作用。风化作用的重要特征：岩石或矿物在原地遭受分解和破坏，风化的产物仍保留在原地。残积物成分与母岩有关残积物厚度与地形有关1、残积物岩石－（物理、化学）风化－残留在原地残积物－残积土－残积层风化壳

土壤层残积物半风化岩石强风化中风化弱风化新鲜岩石2、坡积层坡积物是残积物经水流搬运，顺坡移动堆积而成的土。即是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀，顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。其成份与坡上的残积土基本一致。由于地形的不同，其厚度变化大，新近堆积的坡积土，土质疏松，压缩性较高。它一般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积物相接。坡积物底部的倾斜度决定于基岩的倾斜程度，而表面倾斜度则与生成的时间有关，时间越长，搬运、沉积在山坡下部的物质就越厚，表面倾斜度就越小。片流（坡流、面流）——在降雨或融雪时，地表水一部分渗入地下，其余的沿坡面向下运动。这种暂时性的无固定流槽的地面薄层状、网状细流称为片流。片流搬运的物体在坡麓堆积下来，形成坡积土。坡积物的特点：1)分为岩屑、矿屑、沙砾或矿质黏土。2)碎屑颗粒大小混杂，棱角分明、分选性差，层理不明显。坡积物质随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选现象。其成份与坡上的残积土基本一致。与下卧基岩没有直接关系，这是它与残积物明显的区别。由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动，还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均匀，且其厚度变化很大(上部有时不足一米，下部可达几十米)，尤其是新近堆积的坡积物，土质疏松，压缩性较高。坡积土上建设应注意的问题：①注意下卧基岩表面的坡度及形态，分析坡积物稳定性。②坡积土含较多细颗粒，吸水性强，注意雨季的稳定性。③坡积物粗细混杂，土质不均匀，厚度不均匀，注意差异沉降。山前坡积物剖面图3、洪积物大雨、雪水，大量碎屑物，沿冲沟搬运到山前或山坡的低平地带堆积而成，在沟口常呈扇状分布－洪积扇一定程度的分选和磨圆，较明显的层理、夹层厚度从扇顶向外逐渐变薄干旱、半干旱、（物理风化作用）碎屑多，雨水集中－洪积物发育上部中部下部洪积扇沉积物洪积物的颗粒虽因搬运过程中的分选作用而呈现上述随离山远近而变的现象，但由于搬运距离短，颗粒的磨圆度仍不佳，此外，山洪是周期性产生的，每次的大小不尽相同，堆积下来的物质也不一样。因此，洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层，尖灭或透镜体等产状。洪积物的特点：①沟口附近堆积多，厚度大，颗粒粗大，越向外堆积越少越薄，颗粒细小，具明显的分带性；②磨圆度差，分选性较差，可见斜层理和交错层理。洪积土的工程特性：1）靠近坡脚段为较粗的碎屑土，土质均匀，地势高、地下水位低，地基承载力高；2）离山区远的地带由粉土、黏土颗粒组成，受周期性干燥及可溶盐的胶结作用，承载力高；3）中间段由于受前沿细颗粒的影响，常有地下水溢出，或形成沼泽，承载力较低。另外：洪积扇富水，可做水源地。4、冲积物河流沉积物，分：河床冲积物、河漫滩冲积物、牛轭湖冲积物、河口三角洲磨圆度、分选性较好，层理构造、韵律性各种冲积物特征不同冲积土分布广泛,特别是冲积平原是城市发达、人口集中的地带。对于粗粒的碎石土、砂土，是良好的天然地基，但如果作为水工建筑物的地基，由于其透水性好会引起严重的坝下渗漏；而对于压缩性高的粘土，一般都需要处理地基。冲积物特点：1）具有良好的分选性（粗大的先沉积，细小的后沉积）；2）具有较好的磨圆度；3）成层性较清晰；4）常具有韵律性二元结构：下部为河床沉积（砾石、砂砾）上部为河漫滩沉积（泥质和粉沙）在坡面上有规律的交替出现；5）常具有波痕，砂丘和交错层理等构造。5、湖泊沉积物湖浪、湖流向湖心方向搬运近岸带土承载力高，远岸差湖泊淤塞后变沼泽6、海洋沉积物滨海带浅海带大陆斜坡深海带砾滩沙滩承载力高透水性强细砂粘性土淤泥强度低生物软泥、粘性土、淤泥7、冰碛与冰水沉积物冰川融化后形成冰碛冰雪融化后形成的水流可冲刷和搬运冰碛物、沉积形成冰水沉积物8、风积物干旱地区，地面无植被保护，岩石碎屑被风吹扬，风力减弱时发生沉积形成风积物。四、中国第四纪概况中国第四系分布广泛，类型多样，横向多变，以陆相为主。1、华北和东北地区华北平原和松辽平原均有第四系发育，华北平原主要为河湖相沉积，包括粘土、粉砂、细砂等，并夹玄武岩及凝灰岩，总厚约二、三百米。中夹数层海相层，含有孔虫、介形虫等。沿海地区曾有多次短暂海侵。东北第四系与华北相似，但厚度稍小，在上更新统（如顾乡屯组）产猛犸象、披毛犀等化石，说明曾出现寒冷气候。华北上升区（山区）也发育较好的第四系，其典型地层如下：（1）马兰组（上更新统，Q3）黄土堆积，因北京西山马兰台黄土堆积而得名。（2）周口店组（中更新统，Q2）石灰岩洞穴堆积，以泥砂、砾石、灰烬层为主，含有丰富哺乳动物化石，并发现了“北京人”（猿人），闻名国内外。（3）泥河湾组（下更新统，Q1）典型湖相兼河流相沉积，主要由浅绿色、浅红色粘砂、砂粘、泥灰岩、砂层、砾石层等组成，含有淡水软体动物及脊椎动物化石。标准地点在河北省桑干河流域阳原县泥河湾、虎头梁、红岩村一带。在河南三门峡黄河两岸亦有相同层位出露，称三门组。2、华南地区沉积类型比较复杂，主要为洞穴堆积、阶地堆积、土状堆积及小盆地堆积。长江下游宁镇山脉地区，下更新统称雨花台组，以砾、砂为主；中、上更新统称下蜀组，为红色粘土沉积。此外，如广西柳城巨猿洞穴堆积，云南发现元谋人的河湖相元谋组等，都属下更新统；四川万县盐井沟洞穴堆积，分布甚广的雅安砾石层（局部含砂金）等，皆属中更新统；广西柳江人洞穴堆积，四川江北砾石层等皆属上更新统。3、中国西部及青藏地区西部山高盆大，升降运动强烈，在山麓地带有粗碎屑堆积。如天山北麓（即准噶尔盆地南缘）下更新统称西域组，以砾石为主，厚1350m，含三门马化石。中更新统称乌苏组，厚30m；上更新统称新疆组，厚150m，皆以砾石或砾、砂、粘土等为主。盆地中全新世则主要为风沙堆积或盐湖沉积，代表干燥气候条件下的产物。如柴达木盆地共有24个盐湖，盐类总储量为600亿t，其中察尔汗盐湖是我国最大的可溶性钾镁矿床、面积5800km2多，氯化钾储量约占全国的97％，还含有大量的镁、锂等元素。青藏高原，近年考察证明曾有多次冰川活动。在藏北遗留有众多的湖泊，蕴藏丰富的硅藻土、硼砂及盐类矿产。五、第四纪沉积物中的几种特殊土1、软土：软土是在静水或水流缓慢的环境中沉积，并有微生物的参与，含有较多有机质的疏松软弱黏性土。1）软土的分布:沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相；内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相。2）软土的分类：孔隙比e>1.5时,称淤泥；1.5>e>1.0时,称淤泥质土；5%<有机质含量<10%时,称有机质土；10%<有机质含量<60%时,称泥炭质土；有机质含量>60%时,称泥炭。3)软土的工程特性：含水率高，天然含水率>液限，软塑－流塑状态；渗透性低，水平向渗透系数较大；压缩性高，变形大而不均匀，变形稳定历时长；强度低,与加荷速度和排水条件有关；显著的触变性(高灵敏度)和流变性；流变(Rheology)：在一定荷载下，土的剪切变形随时间增长的特性。触变(thixotropy)：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。当软土地基不能满足承载力和变形要求，要进行人工处理!2、湿陷性黄土(loessalsoil)湿陷性黄土是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。分布在我国西北及华北地区,面积约63万km2。1）黄土分类：按形成年代分：老黄土、新黄土、新近堆积黄土。黄土形成年代愈久，固结成岩程度大，大孔结构退化，土质愈趋密实，强度高而压缩性小。湿陷性减弱甚至不具湿陷性。按湿陷性分：湿陷性黄土和非湿陷性黄土。2）黄土湿陷性(collapsibility)：天然黄土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的，称为湿陷性黄土。我国西北地区湿陷性黄土3）黄土湿陷性的形成原因内在因素：黄土的结构特征及其物质组成。黄土的成分和结构上的基本特点是：以石英和长石组成的粉粒为主，矿物亲水性较弱，粒度细而均一，连结虽较强但不抗水；未经很好压实，结构疏松多孔，大孔性明显。所以，黄土具有明显的遇水连结减弱，结构趋于紧密的倾向。外部条件：水的浸润和压力作用。黄土结构示意图4）天然状态下工程特性：含水较少，坚硬—硬塑状态压实程度差，孔隙比高，孔隙大抗水性弱，遇水强烈崩解，湿陷明显透水性较强，且呈各向异性强度较高，粒间连接较强，压缩性中等。湿陷性黄土具有以下特征：第一，黄土中具有大量孔隙，尤其是大孔隙，这是是否具有湿陷性和湿陷性强弱的基础；第二，颗粒间的联结因水分增加而易于削弱和破坏；第三，粘粉含量低，尤其是具活动晶格的粘土矿物含量低。3、膨胀土(expansivesoil)：膨胀土是一种富含亲水性黏土矿物,且随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑性黏土。1）膨胀土分布：云南、广西、贵州、湖北最具代表性。2）膨胀土特征：呈黄褐、灰白、花斑等颜色；黏粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等黏土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常含铁锰或钙质结核，结构致密；表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤压面。3）膨胀土受季节气候影响在天然状态下，膨胀土结构致密，处于硬塑或半坚硬状态，但在不同的含水条件下，其结构和物理力学性质会发生很大的变化。夏天雨水多，膨胀土吸水发生膨胀，土体强度显著下降，房屋地基下沉；冬季雨水少，膨胀土失水干燥，土质虽然坚硬，但却发生收缩变化，产生明显的张开裂隙。这种吸水膨胀、失水收缩的反复交替变化，造成房屋地基变形，导致整体性相对较差的土木结构房屋墙体开裂、下沉。4、填土(filling):填土指由于人类工程活动而形成的土。(1)素填土:主要由碎石、砂土或黏性土组成。其中不含杂质或杂质很少。(2)杂填土:建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土。(浙江杭州、宁波等地由于城市的发展，建筑物的变迁，地表以碎砖瓦砾等建筑垃圾为主填积而成。）(天津的旧城区和海河两岸一般表层都有填土，主要成份有素土、瓦砾炉碴、炉