第二章 大陸碎屑沉積沙漠冰川沉積

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當(dāng)前1頁，總共44頁。沙漠（錄象）當(dāng)前2頁，總共44頁。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”當(dāng)前3頁，總共44頁。

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潭ǖ?，還是活動的，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集層。當(dāng)前4頁，總共44頁。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。

當(dāng)前5頁，總共44頁。

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）。

當(dāng)前6頁，總共44頁。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，但有時具有明顯的雙峰。雙峰態(tài)的風(fēng)成砂有兩個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。

當(dāng)前7頁，總共44頁。

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)成砂的比較識別的。常用的識別標(biāo)志主要有以下幾種：(1)具有規(guī)模巨大的交錯層理；(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

當(dāng)前8頁，總共44頁。(一)規(guī)模巨大的交錯層理

風(fēng)成砂巖突出的特征是具有規(guī)模巨大的交錯層理。這種交錯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)。這種交錯層在地層中不是以簡單的單個層系，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。

當(dāng)前9頁，總共44頁。

(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。

當(dāng)前10頁，總共44頁。當(dāng)前11頁，總共44頁。當(dāng)前12頁，總共44頁。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。

當(dāng)前13頁，總共44頁。(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。

當(dāng)前14頁，總共44頁。

(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)成交錯層理當(dāng)前15頁，總共44頁。(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，當(dāng)前16頁，總共44頁。當(dāng)前17頁，總共44頁。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當(dāng)前18頁，總共44頁?！攀霰ㄊ顷懙厣系慕笛┙?jīng)過堆積和變質(zhì)而成的一種流動的冰體體系。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。

當(dāng)前19頁，總共44頁。

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。

當(dāng)前20頁，總共44頁。當(dāng)前21頁，總共44頁。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，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，松散的雪粒被上覆積雪壓縮，同時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，只要有相應(yīng)的坡度，即可發(fā)生流動。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。

當(dāng)前22頁，總共44頁。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。

當(dāng)前23頁，總共44頁。當(dāng)前24頁，總共44頁?；烊朐诒w中的碎屑呈“懸浮”狀態(tài)隨冰川整體運(yùn)動。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，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。

當(dāng)前25頁，總共44頁。當(dāng)前26頁，總共44頁。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。

當(dāng)前27頁，總共44頁。（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)動方向—致。如果蛇丘沉積物經(jīng)過分選，有時也可具粒序、沖淤構(gòu)造、交錯層及水平層理。底磧被運(yùn)動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、水平層與交錯層等，冰水平原向下可過渡為辮狀河沉積。

當(dāng)前28頁，總共44頁。當(dāng)前29頁，總共44頁。

（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，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。

當(dāng)前30頁，總共44頁。當(dāng)前31頁，總共44頁。

（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。

當(dāng)前32頁，總共44頁。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。

當(dāng)前33頁，總共44頁。

1、塊狀冰磧巖(massivetillite)塊狀冰磧巖是冰川作用最特征的—個沉積相，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，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。

當(dāng)前34頁，總共44頁。冰川礫巖和角礫巖(冰磧巖)

當(dāng)前35頁，總共44頁。冰川礫巖和角礫巖(冰磧巖)

當(dāng)前36頁，總共44頁。

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動局部混合，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，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。

當(dāng)前37頁，總共44頁。

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)。

當(dāng)前38頁，總共44頁。紋層狀礫質(zhì)泥巖

一種含有稀散礫級碎屑的副礫巖