沉积地质学作业(李萍).doc

沉积地质学授课教师: 孟庆仁研 2005: 李 萍专 业: 固体地球物理学 号: 200521338二六年二月十八日冲积扇沉积体系ALLUVIAL-FAN depositional system 冲积扇是水流受到峡谷的限制从高地流向临近的低地时在山口形成的锥状碎石堆积物。一般是在干热气候条件下，地壳升降运动教强烈的地区，风化，剥蚀作用强烈，其形成的产物被暂时性水流（雨水或洪水）或山区河流带走，当水流流出山口,地形坡度急剧变缓,水流向四方散开,流速骤减,碎屑物质大量沉积,形成锥状或扇状堆积体。它具有山区河流冲积成因的特点，故又称为冲积扇(如图1)。它的规模一般较大,通常是由许多扇体互相衔接起来形成巨大的冲积扇体系。尽管冲积扇体系在文献中常用来表示一大类的沉积物,但它却最好应该严格限定于表示不沿着河道的,发生在与斜坡(1)相关地带的,形成一定范围的锥形堆积体(Blair&Mcpherson,1994)。在纵剖面上,冲积扇呈下凹的透镜状或呈楔形;在横剖面上呈上凸状.其表面坡度,扇根处可达5-10;远离山口变缓,为2-6。通常是许多冲积扇彼此相连和重叠,形成沿山麓分布的带状或裙边状的冲积扇群或山麓堆积。 一、冲积扇体系的沉积过程:(DEPOSITIONAL PROCESSES ON ALLUVIAL FANS)主要沉积过程:冲积扇形成的主要沉积过程是指流域盆地的活动性的可迁移的沉积物被带到扇体,引起扇的建 造和沉积。以持续时间短(即灾难性的),磨圆分选差的粗 图1 冲积扇的基本形态(据孟庆仁)粒沉积为特点。其沉积作用一般有两种类型:一种类型起因于暂时性水流作用;另一种起因于泥石流及其有关的作用。 次要沉积过程:先前初步沉积过程中在扇体上已沉积的沉积物进行的改造,例如陆表流的风选作用,雨水或水流的冲刷作用,风蚀或再沉积作用,以及植物根系的生长,动物的挖洞行为或后期剥蚀、构造活动中的断层或褶皱作用等,导致扇体的散开或坡度降低以及岩层组成中出现风选的碎屑岩或粘土岩的薄层等现象。 二、冲积扇的沉积类型:由于冲积扇上可能出现的两种类型的搬运和沉积作用,其沉积可分为两种类确河流体系中的作用,他们以悬浮,跳跃和滚动方式搬运沉积物为特征。其特点是在山口的扇根部分发育主河道,向扇端方向形成以放射状散开且逐渐变浅的辫状分支河道,暂时性流水携带沉积物沿河道或漫溢出河道而堆积;另一种则起因于泥流,泥石流等陆上重力流作用。暂时性水流沉积一般成层性好,含有指示不同流态的各种沉积构造,而且杂基含量少,为碎屑支撑,并含有叠瓦状及与流动方向有关的其他定向构造。泥石流及其有关作用的沉积特点是含有大量泥质和粉砂质杂基。这些细粒物质支撑碎屑和岩块,并以粘性流体的块体方式进行搬运。因而其沉积通常成层性不好,几乎很少显示沉积构造和叠瓦状组构,但具有大量粘土杂基,呈杂基支撑。根据冲积扇沉积物的成因,布尔(Bull,1972)提出如下沉积物分类:1) 泥石流沉积物:其沉积物主要由泥石流或泥流沉积而成。2) 水携沉积物:其沉积物主要由暂时性水流沉积而成,可进一步划分为河道沉积物,漫流沉积物和筛积物。 一)泥流,泥石流等陆上重力流作用: 陆上绝壁岩床跨塌的类型有三种:1、岩落(rock falls):包括单个岩石向下运动,代表性的是砾石级碎屑岩在重力作用下下落。这些碎屑岩一般因为从破裂中直接释放而具有棱角。通常覆盖流域盆地的峭壁岩床根基或在山前堆积,形成斜面或塌积体。超大砾石以滚动或跳跃的方式搬运到扇体组成粒级特大的碎屑沉积。2、岩滑(rock slides):较大的石块在断裂过程中从岩床滑落,以即迅速又不易察觉的形式运动,以整体形式顺坡下滑。它以岩石的机械滑行为特点。由于在上部重力负荷下,滑动面聚集了强大的剪应力,因而它的基部常为角砾岩。3、岩崩(rock avalanches):发生断裂活动的峭壁岩床部分或全部瓦解或粉碎形成的角砾岩,由于坡度的减缓和重物的侧向散开而沿山麓地带堆积。与岩落的不同与大多数岩块的大小和数量有关,它以粒流的滚动和跳跃的机械搬运为特点。与岩滑的不同在于底部岩床更深刻的瓦解和由于先前在原地的侵蚀和破坏导致,以及后来以碰撞下落为特点。另外,从坡身不稳的塌积形式来看,有滑塌和泥石流两种类型。滑塌是指由完整的被动摇的崩积层组成,它时而缓慢间歇的,时而较快地沿坡下滑,底部有一个滑脱层(也叫做滑动面,通常是崩积层内部的弱化区,例如粘土层或地下水层)。常由未分选的或分选较差的粘土砾石层组成,它们大小和形状受岩床爆裂方式的控制。滑塌可以发生在一个干旱或欠饱和地区的地震反应中,但是经常由于雨量增加或雪水融化量足以渗透沉积层而触发。因此,增加流体静力学中的毛孔压力或减小切变强度可以降低阻力。通常,滑塌由于在运输过程中分解而饱和粘土时,可以转化为泥石流。泥石流是指陆地上的一种高密度和高粘度的块体流,其碎屑颗粒由杂基支撑,并在重力作用下呈块体搬运,也称其为碎屑流。它的暴发可有两种类型,一种是由滑塌的加速和分解造成;另一种是水流携带的砾石和泥砂沉积物达到足量时,就形成了密度大,粘度高,呈可塑性状态的流体。大量的碎屑物质在泥石流中呈块状整体搬运,在扇体上堆积后,形成泥石流沉积。它产生的主要因素有1)坡度陡,植被不发育。2)源区能供应大量的泥质和碎屑物质。3)季节性的洪水短期内使水量剧增。泥石流沉积是冲积扇的主要沉积类型之一。其最大的沉积特征是分选极差，砾、砂、泥混杂，而且粒级大小相差悬殊，砾石多呈棱角状或半棱角状。层理不发育或不清楚，一般为块状，但有时可见不明显的递变层理(如图2)。其组构特征，或者是板状、长条形砾石以垂直于泥石流流向的直立定向排列为主。或者是呈水平或叠瓦状排列。上述构造与组构特征与泥石流的粘度有关，一般来讲，粘度不大的泥石流沉积可具有递变层理，砾石呈水平或具有叠瓦状构造；粘度大的泥石流多是块状，其砾石以垂直走向排列为主。泥石流沉积可局限于一定的河道内，也可在侧向上呈席状或朵状体延伸到河道间或扇端地区。它们的典型特征是其边缘明显陡而厚，这与泥石流的粘度大有关。但席状沉积物中部的厚度较均一，因而在露头上泥石流的沉积较稳定。单个泥石流可以有明显的水道轴向部分，以及在流体最发育时期由水道侧翼沉积作用所产生的发育良好的天然堤。沿着泥石流沉积的边缘或脊，有时还可见到墙式的粗粒物质。另外，泥石流沉积常与水携沉积交互出现，因而在这两种沉积互层的剖面中，泥石流沉积表现的相当明显，往往成为判断古冲积扇的一个重要标志。泥流是泥石流的一个变种，其沉积物较细，主要由砂和泥混合而成。一般不含4mm以上粒径的颗粒。龟裂是富含粘土质泥流沉积的一个特征。由于泥流的粘度变化可以很大，与泥石流沉积相类似，其沉积形态的变化范围也可以从薄而广的席状到具有明显边缘的、厚的朵状体。泥流沉积即可沉积在冲积扇的河道中，也可以发育在非河道地区。二)暂时性水流作用:水携沉积物可有三种类型：1、河道沉积：是指暂时切入冲积扇内的河道的充填沉积物，也称为河道冲填沉积物。它们是水携沉积物中粗粒和分选差的沉积部分，但向扇端方向，沉积物变细。典型的扇根河道直而深；至扇中和扇端地区则河道变浅，大多为辫状河道；平面形态一般窄而长。通常，河道沉积物由砾石和砂组成，分选较差，层理不发育，多呈块状。但有时发育不明显的单向板状交错层或不明显的平行层理，具有叠瓦状构造，有时在剖面中可见到明显的河道冲刷充填构造。河道沉积的底部一般是凹凸不平或上凸状，与侧翼和下伏沉积物呈冲刷侵蚀接触关系，并且向周围常常过渡为泥石流或泥流沉积。2、漫流沉积：又称为片流沉积。它们主要是指由辫状河流所沉积的席状砂、粉砂和砾石沉积物，是冲积扇中最常见的一种沉积类型。其沉积作用是：携带着沉积物的水流，从冲积扇上的河道末端漫出，形成了宽阔的浅水带或席状漫流。由于水深和水流速度同时减小，以及扇端地区坡度较低缓，而使其所携带的沉积物迅速的沉积下来。首先是浅的支流河道被很快的充填，然后向旁侧迁移，彼此相互叠加或切割，从而形成了席状的砂、砾沉积物，但有时可被低洪时期小而浅的河道切开。 漫流沉积物通常由砂、砾石和含少量粘土的粉砂组成，分选中等。其沉积构造为块状层理，交错层理和水平或平行纹理，有时也见有小型的冲刷充填构造。漫流沉积常与河道充填沉积物相伴生。与河道沉积物相比较，其粒度较细，分选性变好(如图2)。3、筛状沉积：当源区供给冲积扇主要为砾石 图2 泥石流沉积与水携沉积的比较(据孟庆仁)而无或极少有其他粒级的物质时,在冲积扇的表层便堆积了舌状砾石层。由于粒度粗,砂质之类细碎屑的充填物较少,故渗透性极好,在洪水尚未流到扇缘之前,就沿着像滤水筛子一样的砾石层渗滤到扇体中去了。因此不能形成地表水流,从而阻止了粗粒物质的搬运。扇体表层的砾石层就称为筛状沉积。它虽较为少见,但它是冲积扇上最富有特色的沉积。筛状沉积主要由次棱角状的粗大砾石组成,分选较好,其间充填物少,而且主要是分选好的砂级碎屑,无明显的成层界线,常形成块状沉积。筛状沉积的形成要求独特的源区条件,即母岩区应是节理发育的石英岩之类的岩石。三、冲积扇的亚相类型及沉积层序特征根据现代冲积扇地貌及沉积物的分布特征,陆上冲积扇可进一步划分为扇根,扇中和扇端三个亚相(如图3所示)。(1)扇根:扇根或扇顶分布在邻近冲积扇顶部地带的断崖处,其特征是沉积坡度角最大,常发育有单一的或23个直而深的主河道。因此,其沉积类型主要为河床充填沉积及泥石流沉积。(2)扇中:位于冲积扇的中部,构成冲积扇主体,以沉积坡度角较小和辫状河道发育为特征。以辫状分支河道和漫流沉积为主,与扇根相比,砂/砾比值较大,岩性以砂岩,砾状砂岩为主。可见 图3 冲积扇沉积的正旋回沉积序列(引自孙永传等,1986)辫状河流形成的不明显的平行层理和交错层理,河道冲刷充填构造发育。(3)扇端:也称扇缘,出现于冲积扇的趾部,地形平缓,沉积坡度角低,沉积类型以漫流沉积为主,沉积物较细,通常由砂岩夹粉砂岩,粘土岩组成,局部见有膏岩层,分选变好,可见平行层理,交错层理,冲刷充填构造等,粉砂岩,粘土岩中可显示块状层理,水平纹理和变形构造以及干裂、雨痕等暴露构造。在冲积扇形成和发育过程中,由于沉积物堆积速度和盆地沉降速度不同,可使冲积扇砂体发生进积和退积或侧向转移过程,这种过程明显地反映在冲积扇的沉积层序中。当沉积物的堆积 图4 冲积扇各亚环境的沉积序列(引自孙永传等,1985)速度大于盆地的沉降速度时,冲积扇砂体不断地向盆地方向推进,使扇根沉积置于扇中沉积之上,而扇中沉积又置于扇端沉积之上,形成自下而上由细变粗的进积形反旋回层序,相反,当沉积物的堆积速度小于盆地的沉降速度时,冲积扇砂体则向源区方向退积,形成下粗上细的退积型正旋回沉积层序(如图3) 。另外,在冲积扇的不同部位,其沉积序列也不同(如图4)。四、冲积扇沉积物的空间分布:冲积扇的沉积物类型在空间分布上具有一定的规律性。泥石流沉积常分布在扇根附近;而漫流沉积则分布于扇中和扇端地区;筛积物恰好集中分布在冲积扇河道交叉点以下;而河道沉积主要分布在该区交叉点以上。但沉积后的冲刷侵蚀作用和突然出现的地下水,也可以使河道沉积堆积在更下游的地区。此外,水携沉积物与泥石流沉积物的比例在扇与扇之间变化很大。在源区条件不利于产生泥石流的地方,冲积扇可以完全由水携沉积物组成。一般地,以河流沉积为主的冲积扇,扇体坡度小,向下游更加趋于平缓。漫流沉积组成的冲积扇一般面积较大,坡度较小,由特征不明显的片状纹层砂夹向上变细河道组成。主要由泥石流组成的冲积扇,扇体面积一般较小,坡度较大。沉积物从成层性教差的杂基到碎屑支撑的砾岩和角砾岩,季节性的河流沉积和风成沉积夹在泥石流沉积单元中。不过源区能产生泥石流的充积扇都具有导致水携沉积物堆积的洪水作用。因此,许多冲积扇沉积都是由不同比例的泥石流和水携沉积物的互层沉积所构成的。 五、影响冲积扇形态和规模大小的因素分析 冲积扇的形态和规模大小一般受到构造因素的控制,除此之外,还受到以下几种因素的影响,其中包括流域面积大小,补给水系所携带沉积物的数量和粒级,源区母岩的成分和地形及气候条件等。1) 流域面积较大的冲积扇,通常比较小源区的同样物质所形成的扇具有较低的坡度。2) 当碎屑的粒级和流体中沉积物的浓度增加时,冲积扇的坡度较陡。3) 在高降水量地区,冲积扇的坡度较缓,而在干旱地区则较陡,这可能是由于在干旱区,泥石流沉积比河流沉积更为发育所导致。4) 如果冲积扇所流经的地区为页岩或泥质母