沉積作用是被運(yùn)動(dòng)介質(zhì)搬運(yùn)的物質(zhì)到達(dá)適宜的場(chǎng)所后,由于條件發(fā)生改變而發(fā)生沉淀、堆積的過程。按沉積環(huán)境它可分為大陸沉積與海洋沉積兩類;按沉積作用方式又可分為機(jī)械沉積、化學(xué)沉積和物質(zhì)沉積三類引。廣義指造巖沉積物質(zhì)進(jìn)行堆積和形成巖石的作用,狹義的指介質(zhì)(如水)中懸浮狀物質(zhì)的機(jī)械沉淀作用。指被風(fēng),流水,冰川等搬運(yùn)的物質(zhì)在一定條件下沉積,堆積的過程。例:河口三角洲。
河流作用
地面流水的沉積作用以機(jī)械沉積作用為主,由于地面流水總是處于較快的運(yùn)動(dòng)與循環(huán)狀態(tài),其中的溶運(yùn)物在搬運(yùn)過程中一般不具備沉積條件,故化學(xué)沉積作用微弱。
河流的沉積作用
河流的沉積作用,自上游至下游普遍存在。發(fā)生沉積作用的原因,歸納起來有
三點(diǎn):一是流速減小,二是流量減小,這二者都會(huì)使河流活力降低而發(fā)生沉積;三是進(jìn)入河流的碎屑過多,超出河流的搬運(yùn)能力而發(fā)生沉積。據(jù)此分析,河流發(fā)生沉積作用有三個(gè)主要場(chǎng)所:一是河流匯入其它相對(duì)靜止的水體處,如河流入海、入湖以及支流入主流處;二是河床縱剖面坡度由陡變緩處,一般來說河流中、下游地勢(shì)較平坦,沉積作用明顯;三是河流的凸岸,由單向環(huán)流侵蝕凹岸,其產(chǎn)生的碎屑在凸岸沉積。
滯留礫石沉積在河流上游,由于坡降大,河流具有較大的動(dòng)能。細(xì)粒物質(zhì)被沖走,粗粒物質(zhì)留下來成為滯留沉積。其沉積物以河床礫石為主,成分復(fù)雜,礫石呈疊瓦狀排列,一般厚度不大,常呈透鏡體分布于河道之中。
邊灘沉積與河漫灘河流在遷移彎曲的過程中,所攜帶的碎屑物在凸岸一側(cè)沉積下來。開始僅僅形成淺灘,隨著河流不斷側(cè)向遷移,淺灘也不斷增長,最后形成寬闊的邊灘。邊灘沉積物成分復(fù)雜,常含有植物碎片。粒度變化范圍大,規(guī)模較大河流的邊灘沉積,都是以砂為主,有少量的礫石和粉砂;較小河流的邊灘沉積,粒度可粗至礫石級(jí)。邊灘沉積中的層理以大型板狀交錯(cuò)層理為主。邊灘沉積是單向環(huán)流側(cè)向加積的產(chǎn)物,當(dāng)洪水期來到時(shí),水位增高,邊灘被沒于水下,洪水中的細(xì)粒物質(zhì)(粉砂、亞粘土等)就會(huì)疊積在邊灘沉積物之上,形成河漫灘,并一般具有水平薄層層理。因此,河漫灘具有二元結(jié)構(gòu),即底部為邊灘沉積,頂部為河漫灘沉積。
心灘沉積辮狀河或網(wǎng)狀河的特點(diǎn)是發(fā)育一系列心灘。心灘形成于洪水期,此期間形成雙向環(huán)流,表流從中央向兩側(cè)流,底流從兩側(cè)向中心匯聚,然后上升,由于水流的相互抵觸和重力作用,使碎屑在河心發(fā)生沉積(圖6.7)。每一次洪水期,使心灘擴(kuò)展、加高,最后露出水面,造成河流分叉。這種分叉過程在河道內(nèi)反復(fù)進(jìn)行,即形成了心灘密布的、網(wǎng)狀的游蕩性河流。心灘沉積物成分復(fù)雜。粒度變化范圍比邊灘大得多,也更粗一些,可以有礫石、粗砂,有時(shí)還有粉砂和粘土夾層。心灘沉積物中的層理發(fā)育,常見大型槽狀交錯(cuò)層理,層理的底界面常為明顯的沖刷面,并有礫石分布。
天然堤與決口扇沉積洪水期河水漫越河岸,由于河水變淺、流速驟減,河水
所攜帶的大量懸浮物質(zhì),很快在岸邊沉積下來,形成天然堤。天然堤主要發(fā)育在蛇曲河流中,沉積物為粉砂和泥,兩者常呈互層。決口扇是洪水沖決天然堤,在天然堤外側(cè)斜坡上形成的扇狀堆積物。它在剖面上呈透鏡狀,厚度自數(shù)十厘米到幾米。沉積物的粒度比天然堤的粗,主要為細(xì)砂和粉砂。
牛軛湖沉積由河流的改道、截彎取直或由于河流衰老所形成的湖泊稱為牛軛湖。其沉積物底部是側(cè)向加積形成的河道沉積物,往上為垂向加積的粉砂和粘土,富含有機(jī)質(zhì),一般具水平層理。這些垂向加積的細(xì)粒物質(zhì)是由洪水期河流所帶來的。
山口沉積來自山區(qū)的河流,在流出山口時(shí),由于坡降明顯減小,水流無地形約束而散開,河流的搬運(yùn)能力顯著降低,所攜帶的大量碎屑物便堆積在山口開闊的平地上。沉積物堆積成半圓錐形或扇狀地貌,稱為沖積錐或沖積扇。山口沉積是在水位突然退落,動(dòng)力變小過程中沉積的。因此在錐頂?shù)某练e物粒度粗,以礫石、砂為主,向邊緣逐漸變細(xì)。
河口沉積河流入海、入湖的地方叫河口,它是河流重要的沉積場(chǎng)所。當(dāng)河流進(jìn)入河口時(shí),水域驟然變寬,再加上海水或湖水對(duì)河流的阻擋作用,流速減小,機(jī)械搬運(yùn)物便大量沉積下來。所形成的沉積體形態(tài),從平面上看像三角形,故稱為三角洲。三角洲內(nèi)部從縱剖面上看常具有三層構(gòu)造,即頂積層、前積層和底積層。
前積層是河水到達(dá)河口后,最先在匯水盆地邊緣沉積的較粗泥、砂沉積物,它向海洋(或湖泊)方向傾斜,近岸處較陡,隨著離岸漸遠(yuǎn)而逐漸變緩。底積層是河流帶來的懸浮物,在前積層的前方形成的水平沉積層,由粉砂和粘土組成,粒細(xì)、層薄。頂積層是前積層增長到河底高度時(shí),隨著三角洲向海推進(jìn),在前積層之上沉積的、近水平的沖積物。值得指出的是,三角洲處于海陸過渡地帶,沉積環(huán)境較為復(fù)雜,既有河流的沉積作用,又有海水的沉積作用,很難把它們分開。
河流的沉積物統(tǒng)稱為沖積物。對(duì)于正在形成的沖積物人們很容易認(rèn)識(shí),但在
研究古河流沉積時(shí),就有較大的困難。因?yàn)樵诼L的地質(zhì)歷史中,這些沖積物經(jīng)歷了滄桑之變,因此,掌握沖積物一些最基本的鑒別標(biāo)志顯得尤為重要。沖積物的主要鑒別標(biāo)志是:
①礫石成分復(fù)雜,往往具疊瓦狀排列。砂和粉砂的礦物成分中,不穩(wěn)定組分較多。
②碎屑物質(zhì)的分選性較好。碎屑顆粒隨水動(dòng)力條件的改變,按大小、比重依次沉積。由于這種分選作用,一些比重大而穩(wěn)定的礦物,如金、錫石、金剛石、鎢砂等,便可富集形成沖積砂礦床。
③碎屑顆粒的磨圓度較高。沖積物通常經(jīng)過長距離和多次的再搬運(yùn),由于磨蝕和碰撞造成較高的磨圓度。
④沖積物層理發(fā)育,類型豐富,層理一般傾向河流下游。
⑤沖積物常呈透鏡狀或豆莢狀,少數(shù)呈板片狀。
⑥沖積物往往具有二元結(jié)構(gòu),下部為河床沉積,上部為河漫灘沉積。
洪流及片流
洪流的沉積作用很普遍,特別是在干旱和半干旱地區(qū),洪流是主要的地質(zhì)營力。它不但具有強(qiáng)大的侵蝕能力,而且具有較強(qiáng)的搬運(yùn)能力。當(dāng)洪流攜帶大量碎屑物質(zhì),抵達(dá)沖溝口時(shí),水流突然分散,碎屑物質(zhì)便沉積下來。由洪流形成的沉積物叫洪積物。洪積物在沖溝口所形成的扇狀堆積體叫洪積扇。大型的洪積扇中,洪積物具有明顯的分帶現(xiàn)象。在洪積扇頂部,堆積有粗大的礫石,這是由于水動(dòng)力在此地帶突然降低所致。在洪積扇邊緣,地形較緩,水動(dòng)力更弱,沉積物主要為砂、粘土,并具有層理。在扇頂與扇緣之間,沉積物既有礫石,又有砂及粘土。洪積物這種分帶現(xiàn)象是粗略的,各帶之間沒有截然的界線。
洪積物具有如下特點(diǎn):
①洪積物分布有明顯的地域性,其物質(zhì)成分較單一,不同沖溝中的洪積物巖性差別較大;
②洪積物分選性差,往往礫石、砂、粘土混積在一起;
③洪積物的磨圓度較低,一般介于次圓狀和次棱角狀之間;
④洪積物的層理不發(fā)育,類型單一;
⑤洪積物不具二元結(jié)構(gòu),在剖面上,礫石、砂、粘土的透鏡體相互交疊,呈現(xiàn)出多元結(jié)構(gòu)。
由片流在坡坳、坡麓地帶形成的碎屑堆積物叫坡積物。坡積物圍繞山麓連續(xù)分布所形成的裙裾狀地形為坡積裾。片流是一種面狀水流,水動(dòng)力本來就較弱,當(dāng)它到達(dá)坡坳、坡麓時(shí),水
動(dòng)力幾乎消失,所攜帶的碎屑物質(zhì)便堆積下來,故坡積物一般為細(xì)碎屑物,如亞砂土、亞粘土等。片流又可看作是由無數(shù)股很細(xì)小的水流組成,它局部水動(dòng)力較大,因此在坡積物中會(huì)經(jīng)常見到小的礫石透鏡體。坡積物分布廣,但其厚度小。當(dāng)山坡巖石風(fēng)化強(qiáng)烈、碎屑物質(zhì)豐富、又無植被復(fù)蓋時(shí),坡積物就很發(fā)育。
坡積物與洪積物經(jīng)常共存,在野外工作時(shí),應(yīng)注意二者的區(qū)別:
①由于坡積物來自附近山坡,所以坡積物一般比洪積物成分更單純,另外坡積物中礫石含量少,洪積物礫石豐富;
②片流動(dòng)力弱而不穩(wěn)定,故坡積物的分選性比洪積物差;
③坡積物比洪積物的磨圓度低,礫石的棱角較明顯;
④坡積物略顯層狀,不具洪積物的分帶現(xiàn)象;
⑤坡積物多分布于坡麓,構(gòu)成坡積裾地形,而洪積物分布于溝口形成洪積扇地貌。
水冰作用
水的沉積作用
地下水的沉積作用以化學(xué)沉積作用為主,一般只在暗河、地下湖才發(fā)育一定數(shù)量的碎屑沉積,另外還可形成一些洞穴崩塌碎屑堆積。地下水溶運(yùn)的各種物質(zhì),在滲流過程中,由于水溫及壓力等條件改變,便可發(fā)生沉積,有利于化學(xué)沉積的場(chǎng)所主要是洞穴和泉口。
溶洞沉積物在大理石區(qū),當(dāng)溶有碳酸氫鈣的地下水滲入溶洞時(shí),壓力突然降低,水中溶解的二氧化碳逸出,形成碳酸鈣沉淀。地下水在洞頂滲出,天長日久便可在洞頂形成懸掛的錐狀沉積物稱鐘乳石;地下水滴至洞底形成向上增長的筍狀沉積物稱石筍;當(dāng)石鐘乳和石筍連接在一起時(shí)稱為石柱;它們統(tǒng)稱為鐘乳石,其沉積物多呈同心柱狀或同心圓狀結(jié)構(gòu)。若地下水沿洞壁滲出,可形成帷幕狀的沉積物,稱為石幔。
泉華沉積物當(dāng)泉水流出地表時(shí),因壓力降低、溫度升高,地下水中的礦物質(zhì)發(fā)生沉淀,沉淀在泉口的疏松多孔物質(zhì)叫泉華。泉華的成分為碳酸鈣時(shí),稱為鈣華或生石灰華;以二氧化硅為主時(shí)稱為硅華。由于泉華物質(zhì)成分、沉淀數(shù)量及泉口地形的差異,泉華可堆積成錐狀、臺(tái)階狀或扇狀地貌。
冰川的沉積作用
冰川向雪線以下流動(dòng),并不是無休止的。隨著氣溫的逐漸升高,冰川逐漸
消融,冰運(yùn)物也就隨之堆積,所以冰川消融是冰川堆積的主要原因。此外,冰川前進(jìn)時(shí)若底部碎屑物過多或受基巖的阻擋,也會(huì)發(fā)生中途停積。由此可見,冰川的沉積是純機(jī)械沉積。由冰川形成的沉積物統(tǒng)稱為冰物。
當(dāng)氣候條件穩(wěn)定時(shí),冰川的前端(冰前)穩(wěn)定于一定地點(diǎn),那里冰川的消融量等于供給量,整個(gè)冰川雖在流動(dòng),但冰前的位置不變。因此,冰川將冰運(yùn)物源源輸送到冰前堆積,形成弧形的崗,稱為終磧堤或終磧垅。其外側(cè)較陡,內(nèi)側(cè)較緩,不同類型及規(guī)模的冰川所形成的終磧堤規(guī)模差異甚大。當(dāng)全球氣候變冷,冰川擴(kuò)展時(shí),即冰進(jìn)時(shí)期,冰川供給量大于消融量,終磧堤被推進(jìn),可形成寬緩的終磧堤。在冰蓋終磧堤的內(nèi)側(cè),冰川流動(dòng)時(shí),因碎屑物過多并受基巖阻擋,冰運(yùn)物堆積,形成一系列長軸平行于流向的丘狀地形,稱為鼓丘。
當(dāng)氣候轉(zhuǎn)暖,冰川萎縮時(shí),即冰退時(shí)期,冰運(yùn)物不再運(yùn)往固定的地點(diǎn)堆積,而是隨著冰前的后退廣泛堆積在冰床上,這部分冰磧稱為底磧。山谷冰川的兩側(cè)在冰川退縮時(shí),可堆積成側(cè)磧堤。在復(fù)式冰川中,兩冰川側(cè)面的復(fù)合部位可堆積成中磧堤。
冰磧物常具有如下特征:
①山岳冰川碎屑成分與冰川發(fā)育區(qū)的基巖成分基本一致,冰蓋的冰磧物成分復(fù)雜,并且細(xì)粒碎屑中不穩(wěn)定的成分較多。
②由于冰川為固體,無分選作用,故冰磧物分選性極差,大至漂礫,小至粘土,混雜堆積在一起,形成“泥包礫”的現(xiàn)象。
③冰川中的碎屑顆粒彼此不相摩擦、碰撞,故冰磧物磨圓度極差。
④巖塊和礫石無定向排列,雜亂無章,亦無層理。
⑤冰磧物表面常有磨光面或交錯(cuò)的釘頭形擦痕,還可出現(xiàn)凹坑和裂隙。具冰川擦痕的礫石稱為條痕石。
⑥冰磧物內(nèi)部化石稀少,常保存寒冷型的孢子花粉。
風(fēng)的沉積作用
風(fēng)的沉積發(fā)生在大氣介質(zhì)中,是純機(jī)械的沉積作用。風(fēng)在搬運(yùn)過程中,因風(fēng)速減小或遇到各種障礙物,風(fēng)運(yùn)物便沉積下來形成風(fēng)積物。高空的懸浮物,遇到冷濕氣團(tuán)時(shí),粉砂、微塵可作為水滴的凝聚核心,并隨雨滴降落到地面。風(fēng)的沉積作用具有明顯的分帶性,干旱的風(fēng)源地區(qū)以風(fēng)成砂沉積為主,在風(fēng)源外圍的半干旱地區(qū)則發(fā)育風(fēng)成黃土。
風(fēng)成砂沉積
風(fēng)沙流遇到障礙物時(shí),砂粒打在障礙物的迎風(fēng)面上,因能量消耗,沉積下來。如果障礙物是灌木、草叢,部分砂粒便會(huì)沉落于灌木或草叢中,最后把障礙物埋沒,形成沙堆。沙堆的出現(xiàn)改變了近地面氣流的動(dòng)力結(jié)構(gòu),在沙堆的背風(fēng)面,產(chǎn)生渦流,使風(fēng)力減弱,發(fā)生沉積。渦流還可以將沙堆兩側(cè)的砂粒卷進(jìn)背風(fēng)區(qū)沉積,隨著沉積作用的進(jìn)行,背風(fēng)坡逐漸變陡,最后形成沙丘。風(fēng)將迎風(fēng)坡上的砂粒帶走,并在背風(fēng)坡堆積下來,沙丘內(nèi)部也隨之形成順風(fēng)向的斜層理。在沙源稀少的地區(qū),如沙漠的邊緣,風(fēng)沙流在開闊平坦的地面上,所形成的月狀沙丘稱為新月形沙丘。
沙丘和沙堆可以孤立存在,也可以連接起來形成沙垅。當(dāng)一個(gè)地區(qū)終年盛行兩個(gè)方向相近的風(fēng),并且風(fēng)力一大一小時(shí),沙堆、沙丘則順主風(fēng)向伸延,形成縱向沙垅。如果兩股相反方向
的風(fēng)交替作用,并以一個(gè)方向的作用占優(yōu)勢(shì),則風(fēng)沙可聚集成垂直風(fēng)向的橫向沙垅。在干旱區(qū),風(fēng)力和風(fēng)向變化很復(fù)雜,因此形成的沙丘、沙垅形態(tài)各異,風(fēng)積物中也具有不同傾向的斜層理,于是形成了風(fēng)成交錯(cuò)層。在風(fēng)力作用下,沙堆、沙丘和沙垅表面形成起伏的沙波紋,遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去,就像浩瀚的海洋一樣,這種地貌稱為沙漠。
風(fēng)成砂的特征:
①砂粒大多為石英,亦有長石、暗色礦物、碳酸根等不穩(wěn)定礦物;
②分選良好;
③磨圓度高,石英砂的表面呈毛玻璃狀,并有小的碰撞坑;
④較粗的砂粒表面常有氧化鐵、氧化錳析出,形成具有油脂光澤的薄膜,稱為沙漠巖漆;
⑤風(fēng)成砂中有中小型交錯(cuò)層理,有時(shí)出現(xiàn)大型風(fēng)成板狀交錯(cuò)層理;
⑥風(fēng)成砂中生物遺跡稀少,有時(shí)存在蒸發(fā)鹽礦物。
風(fēng)成黃土沉積
黃土魟是一種灰黃或棕黃色的松散土狀沉積物,以粉砂和粘土為主,孔隙及垂直節(jié)理發(fā)育。其成因復(fù)雜,但以風(fēng)成為主。
風(fēng)吹蝕地面時(shí),使大量粉砂和粘土離開地面。在紊流上舉力的作用下,懸浮空中,被風(fēng)帶出沙漠區(qū),隨著風(fēng)力的減弱徐徐沉降下來,形成風(fēng)成黃土。風(fēng)成黃土沉積基本不受地形影響,山頂、山坡、溝谷中都可發(fā)生沉積,降落面積廣大。例如,在我國北方大興安嶺、太行山幾乎連續(xù)分布,面積約為631000平方千米。
風(fēng)成黃土的特征:
①各地風(fēng)成黃土的礦物組成基本一致,不受下伏基巖影響。黃土中的礦物碎屑成分有50余種,石英和長石占90%以上;
②分選性良好,大部分顆粒粒度局限在0.05~0.005mm的范圍內(nèi);
③由于黃土顆粒細(xì),又呈懸移搬運(yùn),故其磨圓度差;
④黃土層理不明顯,發(fā)育垂直節(jié)理;⑤孔隙度高達(dá)44%~55%,常含鈣質(zhì)結(jié)核。
湖泊作用
湖泊是陸地上的集水洼地,其沉積作用占主導(dǎo)地位。湖泊可分為淡水湖和咸水湖兩類。前者多發(fā)育在潮濕氣候區(qū),不同季節(jié)水位有變化,一般為泄水湖;后者發(fā)育在干旱氣候區(qū),一般為不泄水湖。淡水湖以機(jī)械沉積為主,咸水湖則以化學(xué)沉積為主。
機(jī)械沉積作用
湖水的機(jī)械沉積物主要來源于河流,其次為湖岸巖石的破碎產(chǎn)物。碎屑物質(zhì)從淺水區(qū)進(jìn)入深水區(qū),由于動(dòng)力逐漸減小,逐步發(fā)生沉積。從湖濱到湖心,沉積物粒度由粗變細(xì),呈同心環(huán)帶狀分布。湖泊與海洋相似,粗碎屑物也可以堆積成湖灘、沙壩和沙嘴;細(xì)小的粘土級(jí)物質(zhì)被湖流搬運(yùn)到湖心,極緩慢地沉積到湖底,形成深色的、含有機(jī)質(zhì)的湖泥。湖底較平靜,沉積物不受波浪擾動(dòng),因此發(fā)育水平層理。一般來說,山區(qū)湖泊碎屑沉積物的粒度偏粗,平原區(qū)湖泊的沉積物粒度較細(xì)。
化學(xué)沉積作用
湖水化學(xué)沉積作用受氣候條件的控制極為明顯,不同的氣候區(qū)化學(xué)沉積物差別很大。
潮濕氣候區(qū)降水充沛,湖泊多為泄水湖。溶解度大的組分如K、Na、Mg、Ca等
的鹵化物、硫酸鹽很少發(fā)生沉淀,河流及地下水帶入的Fe、Mn、Al等的膠體物質(zhì)或鹽類物質(zhì)易受水質(zhì)變化的影響,成為潮濕氣候區(qū)湖泊化學(xué)沉積的主要組成部分。這些物質(zhì)沉積后,常形成湖相的鐵、錳、鋁礦床,其中最常見的是鐵礦床,礦物成分以褐鐵礦、菱鐵礦及黃鐵礦為主。
湖水中的鈣質(zhì)可以CaCO3的形式沉淀出來,并與湖底淤泥混在一起,形成鈣質(zhì)泥,成巖后形成泥灰?guī)r,有時(shí)鈣質(zhì)沉淀較少,則形成鈣質(zhì)結(jié)核。
干旱氣候區(qū)湖水很少外泄,主要消耗在蒸發(fā)上。蒸發(fā)作用使湖水的鹽度逐漸增加,變成咸水湖甚至鹽湖。在湖水逐漸咸化的過程中,溶解度小者首先沉淀,沉淀的順序大致為碳酸根、硫酸鹽、氯化物,據(jù)此將鹽湖沉積劃分為四個(gè)階段。
碳酸鹽階段湖水在咸化過程中,溶解度較低的碳酸鹽先達(dá)到飽和而結(jié)晶沉淀。鈣的碳酸鹽沉淀最早,鎂、鈉碳酸鹽次之,形成CaCO3(方解石)、MgCa(CO3)2(白云石)、Na2CO3·10H2O(碳酸鈉),Na2CO3·NaHCO3·2H2O(堿石)。若湖水中含硼酸鹽,則可出現(xiàn)硼砂(Na2B4O7s·10H2sO),此類湖泊稱堿湖或蘇打湖。
硫酸鹽階段湖水進(jìn)一步咸化,深度變淺,溶解度較大的硫酸鹽類沉淀下來,形成CaSO4·2H2O(石膏)、Na2SO4·10H2O(芒硝)、Na2SO4(硫酸鈉)等礦物,這類鹽湖又稱為苦湖。
氯化物階段湖水進(jìn)一步濃縮,殘余湖水便能成為可供直接開采的、以氯化鈉為主的天然鹵水汁。湖水繼續(xù)蒸發(fā),食鹽(NaCl)、光鹵石(氯化鉀·氯化鎂6H2O)和鉀鹽(KCl)開始析出,此類湖泊稱為鹽湖。
沙下湖階段當(dāng)湖泊全被固體鹽類充滿,全年都不存在天然鹵水,鹽層常被碎屑物復(fù)蓋成為埋藏的鹽礦床,鹽湖的發(fā)展結(jié)束。
上述鹽湖發(fā)展過程是個(gè)理想的過程,只有在氣候長期不變,湖水化學(xué)成分
多的情況下才能達(dá)到。另外,鹽湖除化學(xué)沉積外還有機(jī)械沉積,因此鹽層常與砂泥層交互出現(xiàn)。
沼澤的沉積作用
沼澤的沉積作用以生物沉積作用為主。沼澤是地表充分濕潤或有淺層積水的地帶,一般喜濕性植被發(fā)育。植物死亡后,堆積起來形成泥炭。泥炭沼澤可分為低位、中位和高位三種類型。低位沼澤低于地下水面,由地表水和地下水補(bǔ)給,植物能得到充足的養(yǎng)分;高位沼澤中部隆起,只能從大氣降水得到補(bǔ)給,植物缺乏養(yǎng)分;中位沼澤介于上述兩類型間。低位沼澤泥炭最為發(fā)育。泥炭是褐色或暗棕色、相對(duì)密度0.7-1.05的疏松有機(jī)化合物,可作為燃料,亦可用于化工原料和農(nóng)業(yè)肥料。
海洋作用
海洋是巨大的匯水盆地,是最終的沉積場(chǎng)所。海洋沉積物主要來源于大陸,河流、冰川和風(fēng)等營力,每年將數(shù)百億噸的物質(zhì)搬運(yùn)到海洋沉積下來。另外,海洋侵蝕作用的產(chǎn)物、火山物質(zhì)、宇宙物質(zhì)等也是海洋沉積的重要組成部分。
海洋的沉積作用可進(jìn)一步劃分為濱海、淺海、半深海和深海幾個(gè)環(huán)境分區(qū)。
海濱的沉積作用
濱海是海陸交互地帶,其范圍是最低的低潮線與最高的高潮線之間的海岸地帶。濱海區(qū)當(dāng)潮汐、波浪和沿岸流的搬運(yùn)動(dòng)力變小時(shí),就產(chǎn)生機(jī)械沉積。濱海區(qū)由于潮汐、波浪的作用還可帶來較多的生物碎屑,形成一定的生物沉積。
海灘沉積海灘是在海岸地帶由碎屑沉積物堆積而成的平坦地形。在山區(qū)河流的入海口或基巖海岸附近,沉積物主要由礫石組成,這種海灘稱為礫灘。礫石具有較高的磨圓度,扁圓形礫石常具定向性排列,礫石長軸基本與海岸平行,最大扁平面傾向海洋。主要由砂組成的海灘叫沙灘。在波浪的長期作用下,砂粒具有良好的分選性和磨圓度,成分單一,不穩(wěn)定礦物少,以石英砂最為常見。沙灘表面具有不對(duì)稱波痕,內(nèi)部具有交錯(cuò)層理。由于沙灘經(jīng)受了波浪的長期篩選,獨(dú)居石、鋯石、鈦鐵礦、金等重礦物,易富集形成濱海砂礦。
潮坪沉積在寬闊平緩的海岸地帶,波浪波及不到這里,只有高潮時(shí)海水才能到
達(dá),因而這里以潮汐作用為主,此地帶稱為潮坪。潮流動(dòng)能小于波浪,僅能把細(xì)砂、粉砂和粘土搬運(yùn)到潮坪上沉積。由于潮水周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng),潮坪沉積具有雙向斜層理,沉積物表面發(fā)育波痕、泥裂、蟲跡等。
沙壩及沙嘴沉積當(dāng)海浪從沙質(zhì)海底的淺水區(qū)向岸推進(jìn)時(shí),在水深約等于兩個(gè)波高處,進(jìn)浪與底流相遇。波浪的破碎使動(dòng)能減小,所攜帶的泥沙便堆積下來,開始形成水下沙埂,沙埂進(jìn)一步增高加寬,形成平行于海岸的長條形垅崗,稱為沙壩。沙嘴也是由沙粒堆積而成的長條形垅崗,它一端與海岸相連,另一端伸入海中。它的形成過程與沿岸流有關(guān)。由于海岸曲折,每一股沿岸流并不隨之曲折,當(dāng)沿岸流推動(dòng)砂粒前進(jìn)時(shí),因慣性使砂粒進(jìn)入海灣區(qū),然后減速發(fā)生沉積。另外,兩股反向沿岸流相遇時(shí),能量相互抵銷,也能使砂粒沉積形成沙嘴。
貝殼堤在平緩而又堅(jiān)實(shí)的海濱帶,牡蠣科等軟體動(dòng)物門可以大量繁殖,死亡后,其骨骼被波浪沖到海灘堆積形成貝殼堤或介殼灘,如果富集、規(guī)模大,可作為石灰原料。
淺海的沉積作用
淺海是海岸以外較平坦的淺水海域,其水深自低潮線以下至水深200m之間。許多地區(qū)的大陸架水深在200m以內(nèi),地勢(shì)開闊平坦,所以淺海大致與大陸架相當(dāng)。淺海距大陸較近、各種生物極其繁盛,是海洋中的最主要沉積區(qū),無論沉積物數(shù)量及沉積作用的類型都比海洋中的其它環(huán)境分區(qū)要豐富得多,古代海相沉積巖中絕大部分也為淺海沉積。
淺海的碎屑沉積
淺海中90%以上的碎屑物來源于大陸。當(dāng)不同粒級(jí)碎屑進(jìn)入淺海時(shí),海水的運(yùn)
動(dòng)使顆粒下沉速度減慢,一些較細(xì)的顆粒處于懸浮狀態(tài),海流將這些懸浮物搬運(yùn)到離岸較遠(yuǎn)的地區(qū);較粗的顆粒沉積在近岸地區(qū)。因此從近岸到遠(yuǎn)岸,依次排列著礫石、粗砂、細(xì)砂、粉砂和粘土等。淺海帶沉積物的特點(diǎn)是:近岸帶顆粒粗以砂礫質(zhì)為主,具交錯(cuò)層理和不對(duì)稱波痕,含大量生物化石,有良好的磨圓度和分選性,成分較單一;遠(yuǎn)岸帶粒度細(xì),以粉砂和泥質(zhì)為主,具水平層理,波痕不發(fā)育,有時(shí)有對(duì)稱波痕,分選好但磨圓度不高,成分較復(fù)雜。
淺海是化學(xué)沉積的有利地區(qū),形成了眾多的化學(xué)沉積物,其中許多是重要的礦產(chǎn)。地質(zhì)歷史時(shí)期曾發(fā)育過大量淺海化學(xué)沉積,現(xiàn)代淺海化學(xué)沉積主要發(fā)生在中、低緯地區(qū)。淺海的化學(xué)沉積物主要有碳酸根、硅質(zhì)、鋁、鐵、錳氧化物和氫氧化物、膠磷石和海嶗山綠石等。
碳酸鹽沉積在淺海化學(xué)沉積物中,碳酸鹽類所占比重最大,主要為大理石和白云巖。碳酸鹽沉積的原因是溫度升高或壓力降低,這樣引起海水中CO2含量減少,碳酸氫鈣過飽和形成CaCO3沉淀。在海水動(dòng)蕩的條件下,碳酸鈣以一定的質(zhì)點(diǎn)(如巖屑)為核心呈同心圓狀生長,形成粒狀沉積物,成巖后形成鮞狀灰?guī)r。已固結(jié)或弱固結(jié)的碳酸鈣被波浪沖碎并搓成扁長形團(tuán)塊,膠結(jié)成巖后,形成竹葉石。
硅質(zhì)沉積海水中的硅質(zhì)一部分來自大陸,它們以溶解硅(H3SiO4-)和懸浮硅兩種形式搬運(yùn);另一部分硅質(zhì)來源于海底火山作用、海水的溶解作用及生物活動(dòng)。當(dāng)硅膠進(jìn)入海洋后,在溫度較低、偏堿性的環(huán)境中,逐步凝聚而沉積下來,形成蛋白石,進(jìn)一步脫水形成燧石。燧石常呈結(jié)核狀、透鏡狀或條帶狀產(chǎn)出,顏色多樣。
鋁、鐵、錳及海綠石沉積海水中的鋁、鐵、錳等主要來自大陸。濕熱氣候區(qū)強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用,使Al、Fe、Mn以膠體狀態(tài)隨河流遷入海中,在近岸地帶遇電解質(zhì)而凝聚沉積,在近岸區(qū),因海水動(dòng)蕩,易形成鮞狀結(jié)構(gòu)或豆?fàn)睢⒛I狀結(jié)構(gòu)。海成鋁礬土是由鋁的氫氧化物組成,鐵質(zhì)沉積物主
要為赤鐵礦和褐鐵礦,而錳質(zhì)沉積物則以水錳礦、硬錳礦的形式出現(xiàn)。海綠石是一種綠色粘土礦物,是由海水中硅、鋁、鐵的膠體吸附鉀離子而成。
磷質(zhì)沉積磷主要以HPO42-的形式存在于海水中,表層海水含磷量低,難以沉積。海洋的下層由于有機(jī)物體的分解富含磷質(zhì),當(dāng)富含磷質(zhì)的海水隨上升洋流到達(dá)淺海區(qū)后,因壓力減小,溫度升高,CO2的含量降低,磷質(zhì)發(fā)生沉積,形成膠磷石[Ca3(PO4)2]。膠磷石和其它沉積物共同組成磷灰?guī)r。當(dāng)含磷量較高時(shí)形成磷礦床。
淺海的生物沉積
介殼石灰?guī)r和生物碎屑巖淺海帶生活著大量底棲生物,當(dāng)它們死亡后,生物的殼體與灰泥混雜沉積,可形成介殼石灰?guī)r;生物殼體或骨骼的碎片可以與其它沉積物混雜形成生物碎屑巖。
生物礁生物礁是指在海底原地增殖、營群體生活的生物,如珊瑚、苔蘚蟲和層孔蟲等的骨骼、外殼以及某些沉積物在海底形成的隆起狀堆積體。珊瑚礁在淺海沉積中有特殊意義,珊瑚蟲對(duì)生活環(huán)境有較嚴(yán)格的選擇,只能生活在20℃左右的海水中,并且要求水質(zhì)清澈、鹽度正常,水深不超過20m,水流通暢而不激烈動(dòng)蕩。在這種環(huán)璋中,珊瑚蟲不斷繁生,其骨骼逐漸堆積成礁。如果珊瑚環(huán)繞島的岸邊生長,形成岸礁;如果珊瑚礁平行海岸分布,與岸間有一個(gè)較寬的水道,則成為堡礁;珊瑚圍繞海底隆起的邊緣生長則形成環(huán)狀的礁體,稱為環(huán)礁。
半深海及深海
半深海是從淺海向廣闊深海的過渡地帶,水深一般位于200~2000m之間,在海底地形上相當(dāng)于大陸坡的位置,通常地形坡度較陡。深海是水深大于2000m的廣大海域,其海底地形主要包括大陸基、大洋盆地及海溝等。
半深海及深海離大陸較遠(yuǎn),一般來說,粗粒物質(zhì)很難到達(dá)這里,只有濁流、冰川和風(fēng)以及火山作用,能產(chǎn)生較粗的物質(zhì)沉積。濁流所懸浮和挾帶的大量物質(zhì),在進(jìn)入大陸坡腳和深海盆地時(shí),因搬運(yùn)能力劇減發(fā)生堆積,所形成的沉積物叫濁積物。由濁積物構(gòu)成的扇狀地形叫深海扇。扇體的沉積
厚度較大,向深海平原厚度減小。濁積物主要由粘土和砂組成,還有礫石、巖塊、生物碎屑等。具分選性和層理。
陸源物質(zhì)部分沉積于淺海帶,粒徑小于0.005mm的懸浮物質(zhì)進(jìn)入半深海和深海區(qū)。這些物質(zhì)雖屬陸源的懸浮物質(zhì),但它們幾乎都是膠體性質(zhì),可長期懸浮于水中,只有在極安靜的水動(dòng)力條件下才能沉入海底。由于海洋中波浪和洋流的存在,極安靜的環(huán)境幾乎不存在,如果不是膠體物質(zhì)的凝聚作用,它們可能不會(huì)發(fā)生沉積。
半深海中的沉積物具有世界共同的特點(diǎn),即都是一些膠狀軟泥,其成分大體相似。這些軟泥據(jù)顏色的差異有藍(lán)色軟泥、綠色軟泥、紅色軟泥等。
深海是海洋的主體,但沉積速度較低。化學(xué)沉積作用形成了錳結(jié)核、多金屬軟泥等。
錳結(jié)核錳結(jié)核又稱錳團(tuán)塊、錳礦石球等,它由水針鐵礦、鈉水錳礦和鎂錳礦等礦物組成。錳結(jié)核中含30多種元素、除Fe、Mn外,還有Cu、Co、Ni等,其品位均已達(dá)到工業(yè)品位,而且儲(chǔ)量可觀,所以錳結(jié)核的經(jīng)濟(jì)意義很高。錳結(jié)核主要為黑褐色,含鐵多時(shí)呈紅褐色。結(jié)核大小不一,一般為
0.5~25cm,個(gè)別大于1m。錳結(jié)核都具有一個(gè)碎屑核心,鐵、錳礦物以同心圓狀包在核外,這些核心可以是火山玻璃、生物骨屑或浮冰巖屑等。錳結(jié)核主要分布于水深4000~6000m的深海底,以太平洋深海底為最多。錳結(jié)核的形成條件為:有豐富的錳質(zhì)來源,處于氧化環(huán)境,海流不斷補(bǔ)充錳質(zhì)和沉淀核心。盡管在這種條件下,錳結(jié)核的沉積速度仍很小,一般為10-5~3×10-3mm/a。
多金屬軟泥是一種富含F(xiàn)e、Mn、Al、Zn、Pb、Ag、Au等金屬的未固結(jié)沉積物。一般分布在水深2000~3000m處,由于它分布的深度比錳結(jié)核淺,是未來有前景的礦產(chǎn)。
半深海及深海的生物沉積主要是一些生物軟泥,尤其是深海區(qū)分布較廣,它是深海沉積的重要部分。大量的浮游生物死亡后堆積,與泥質(zhì)沉積物混在一起形成生物組分超過50%的軟泥。生物軟泥據(jù)其成分和生物碎屑的種類,分為以碳酸鈣為主的鈣質(zhì)軟泥和以硅質(zhì)為主的硅質(zhì)軟泥。前者包括抱球蟲軟泥和翼足類軟泥,后者包括硅藻軟泥和放射蟲軟泥。湖泊中的生物作用也可形成腐泥,成巖后稱為油母頁巖。
參考資料 >