登陆注册
2228400000008

第8章 混杂堆积的基本特征与研究简史(4)

泥石流根据黏度和容重一般可以分为稀性、亚黏性、黏性三类,不同容重的泥石流物理性质及其动力过程也存在一定差异。

稀性泥石流密度为13—17t/m3,一般表现为紊动流和扰动流,而粉砂、砂和砾石则靠紊动、扰动产生的上举力悬浮搬运或者沿底床推移。流体的结构为两相,即液相的浆体和固相的粉砂、砂和砾石。由底床向上,碎屑的大小和含量锐减。稀性泥石流在进入扇形地或坡降变小时粗大的碎屑先堆积,浆体继续流动,在坡度更缓处堆积,从而出现沿流向的粒级分异。稀性泥石流对底床往往可产生冲刷作用。

亚黏性泥石流密度为17—19t/m3,常表现为扰动流,浆体可以层流的方式运动。

由于底床不规则或内部缓慢运动的粗大碎屑的阻挡,整个流体会出现扰动,悬浮搬运的粗大碎屑靠扰动力和浆体黏度支撑(照片53),重力超过上举力的大碎屑在床面滚动前进。亚黏性泥石流在堆积时发生一定的流体分化,坡度变缓减速沉积时,细粒的浆体向上和向外溢流,粗大的颗粒则发生重力下沉,从而引起重力分异。泥石流流体停止运动时,边界推挤和剪切会使部分的大砾石挤到边缘成为砾石堤(侧脊堤),并使扁平砾石产生定向排列,出现叠瓦构造(照片57,照片58,照片520b)。以层流状态停积的亚黏性泥石流底部由于剪切作用使大砾石向上运动而出现反向粒级层。

黏性泥石流密度为19—25t/m3,常以层流、塞流或滑动流的方式运动,水和黏粒构成严密网格的浆体,黏度高,上举力和支撑能力强,水和碎屑组成结构作整体搬运,表现为一相流。阵性泥石流在扇形地上堆积时龙头部位由于阵性推挤而出现表面弧形的脊和沟,同时使内部扁平砾石产生定向,与亚黏性泥石流龙头部位停止时的动力特征类似。

三类泥石流由于容重、黏度的差异使其流态、流动过程中的动力特征都存在差异,各自形成了不同的沉积构造特征(图113)。其共同的动力机制是流动或蠕动过程,特别是泥石流趋向于停积时,流速减缓,浆体由流动转为蠕动时,对泥石流沉积构造特征的形成具有决定意义(参阅第五章(第五节)及图527—图529)。

根据吴积善(1981)研究,泥石流浆体的流态有塞流(包括由塞流到层流的过渡)、层流、过渡流和紊流四种。泥石流体的流态有滑动态、蠕动态、扰动态和紊动态四种。

泥石流的流态是由流体结构决定的。泥石流在流动时,内部成分组合形成某种结构,内部碎屑在结构力的支撑下运动。首先,具有电介质的水和黏土结合成网格结构,形成细粒浆体;细粒浆体和砂(包括粉砂)结合成网粒结构,形成粗粒浆体;粗粒浆体和砾石结合成构架结构,即为整个泥石流体。泥石流体的结构类型和结构强度与流体中黏土矿物含量有关,也与流体密度有关。一般黏土矿物含量越高,密度越高(单位体积流体的质量),流体的强度就越大,浮托砾石的能力也越大(照片53)。稀性泥石流结构松散,水和黏土形成链状结构,以紊流形式运动。砂和砾石不参与结构的形成,靠紊动悬浮搬运或沉于底床跃移或拖移。黏性泥石流常形成紧密的结构,水、黏土、砂和砾石结合成整体,作整体搬运。高黏度泥石流多为塞流流态,底部是层流,上部有一个近似刚性的“固体塞”,即流核,做块状运动。下部的层流剪切使底部出现反向的粒级,而上部的固体塞内碎屑做整体搬运。“固体塞”内粒径无分异(照片510,照片511,照片513,照片514;图141,图142)。密度和黏度特别大的泥石流,流体强度大,运动时可以滑动的方式进行,部分表现为刚性特征。底部有一层极薄的细粒浆体膜作为滑动层。然而有时在黏性泥石流体底部也可以存在一定厚度的底泥层(照片513,照片514)。

(四)坡积与冰缘堆积动力过程

冰缘区的坡面地貌过程极为活跃,故绝大部分冰缘堆积属坡积,大部分冰缘区具干冷气候,坡面上部的块体剥落和坡地中部、下部的斜坡冲刷、蠕动为主导的地貌过程。

纵观坡积过程受四种动力控制:

(1)重力,物质从高处坠落由势能转为动能,造成较大颗粒滚动和跳动而远离坡麓。只有少部分物质参与坡积过程。坡面较陡(>30°),物质组成也粗大,有粗糙层次(照片21,照片23,照片25)。

(2)水,坡面流水可带走细粒物,也可调整坡面物质的位置和产状。受流水作用的坡面,坡度大多在30°左右,物质有粗有细,层次较好(照片214)。

(3)热,温度变化导致的冻融作用。(1)此种坡度较缓(<25°),可搬动一定大小的石块(通过针冰的消长)顺坡移动,细粒物较多,造成了坡积物的良好组构;(2)热能控制降水形式,高山区以降雪为主,融雪过程使坡面物质饱水,并时而以小股坡面泥石流顺坡运动造成舌状致密团块出现,在其他松散坡积层中,形成所谓“流碛团块”。

以突发和小股为特点的融雪水流缺少对细粒物冲刷、淘蚀和充填,以致高山坡积物比较松散。相反,在低山区降水以降雨为主,比较活跃的坡面流水能造成细粒物质的冲刷和填充,致使结构比较紧密;(3)坡面物质蠕动除针冰的冻融过程外,在温暖山地,若水分和黏土物质充分,在重力作用下也可以产生。

(4)风,在风力活动强劲的地区,风也参与坡积过程。在冰缘区的冻融蠕流堆积中也有相当数量的风成磨圆砂参与。

(五)崩塌、塌陷、滑坡等重力地貌的动力过程

崩塌、塌陷和滑坡的发生和堆积主要受重力控制,皆有突发性,且短暂而快速地完成从发生到堆积的全过程。因此,尽管规模各异,但堆积物皆有大小粒径悬殊、无分选等特点。作为此类堆积的突出特点是堆积物孔隙度大,裂隙、孔洞多,尤其是巨砾间有更少充填物。

崩塌是岩土陡崖向临空面方向突然倾倒、翻滚及跳跃和自由坠落的地貌过程,块体多半在悬空状态下完成其过程。崩塌是指岩块绕岩体的底面的某个支点向前倾倒,它往往与滑坡等过程相伴生,故崩塌、塌陷(fall)、坠落与滑坡(物质沿剪切面整体向下移动)等是陡坡物质运动的主要形式。具体的分类可参考图110。以上各种动力过程均与岩体性质、结构、坡度、气候、地下水等密切相关,当然地震也是重要的推动力之一。

二、搬运介质与沉积构造

介质性质、搬运过程的稳定性和沉积空间的大小,是决定堆积有序或无序的三大要素。

堆积物空间排列的有序性,由介质的性质和搬运的稳定性共同决定,对于非水、风等搬运介质的堆积来讲,可以认为搬运介质就是固体自身并参与沉积。

简单地说,有序性表现即有层理(尤其是水平层理),分选好,磨圆好。

不同介质的搬运和沉积作用,使得沉积物在空间上产生相应的颗粒排列组合(结构构造)及其分布规律。正是这种相关关系,使沉积学者不断研究沉积体的构造及其形成过程,探索它们之间的内在联系。沉积构造是反映沉积作用和沉积机制的最好指标,而且在剖面上最易辨认,不易受到后期的化学、生物以及某些物理过程的改造,因此它们是最佳的成因判别标志。混杂堆积很少有连续介质,而多为非连续介质作为搬运工具。沉积物是经过一定的介质搬运后沉积下来的。在此过程中介质必然对各种沉积特征产生巨大的影响。介质的性质包括动态性质和静态性质。前者指介质的流动方向、流动式样的稳定度等;后者为介质的容重、黏度以及介质的深度(佩蒂庄,1975)。表13中列出了泥石流与冰川两类不同介质的一些特征。

在动力、速度、稳定度等对沉积构造有较大影响的介质动态方面,两者相差较大。而泥石流的搬运介质与被搬运的大碎屑总体上是连为一体的(主要指黏性泥石流)。它们作为一种流体一起流动,很难将它们分开。换言之,其绝大部分的搬运介质本身就是沉积物的一部分,这一点是它与自然界的其他类型沉积物最大的不同之处。同时,流动也是它们的显著特征。而冰川堆积则完全相反,在冰川搬运过程中,冰川冰与其所载荷的碎屑是两类不同的流体。前者为搬运介质(伪塑性体),后者是被搬运体(碎屑流),两者很容易分开。除少量在冰内同冰川一起前进的碎屑外,冰底的碎屑在冰川推挤下与底床磨蚀运动很慢,而冰川表面及两侧的碎屑往往依靠自身的重力向低洼处运动(与倒石堆上的砾石运动有些类似),与冰川运动无关。但无论冰川碎屑的运动方式多么复杂,它们是不会整体流动的,这是冰川碎屑与泥石流在运动过程中最显著的区别,它直接控制了冰碛和泥石流堆积这两大类很不相同的沉积构造。

必须指出,当冰碛物从冰体中消融而“卸出”时,是完全受冰面坡度控制的,根本体现不到冰川运动的动力作用。只有在冰碛物完全脱离冰体后,其堆积体再次受到冰川压力、推挤、剪切等作用时,才有一系列冰川沉积构造表现出来。应该说有一部分已经是后生构造了。

冰川冰是固体,其携带的碎屑在冰内无法产生流动,因此典型的冰碛中是无流动构造的。冰上部分的冰碛多表现为与坡面碎屑滚动有关的原生构造和与冰川推挤有关的各种次生构造,而冰下主要为原生的沉积和推挤构造(表18—表110)。这些构造是具有代表意义的冰碛沉积构造,与其他沉积构造截然不同。下面分别介绍各类混杂沉积之间的动力和介质性质之间的关系。

在混杂堆积中除泥石流和堰塞湖溃坝堆积以及部分蚀余堆积具有连续搬运介质外,其他都是非连续搬运介质。更为特别的是冰川堆积类,连续的冰体把部分碎屑物(冰碛物)搬运到一定位置后,被搬运的碎屑物并未真正成为沉积物,就像河流搬运的悬移质和推移质一样。而真正堆积下来的冰碛物则通过融化从冰中坠落、倾卸或多半是从冰坡上滚落的类似坡积的方式。所以冰碛物的搬运介质前期是连续的冰川体,而后期则是由非连续介质完成的,这也足以说明冰碛物确实是各种第四纪沉积物中最复杂的堆积物(Flint,1971)。

对于混杂堆积的动力和介质特点的讨论,将以下面几个表格作为总结,表15—表17可以互相参照比较,比用文字表达更有想象余地。应该承认,动力过程对任何一类沉积特征的形成都是决定性的,不了解动力和介质特征,就无法了解沉积结构、构造的成因,进而也谈不上对混杂堆积不同成因之判别。因此,怎么强调动力过程的重要性对混杂堆积构造研究来说都不为过的。坦白地说,在动力问题上,作者涉及的也只是皮毛,列出一些表格(表15—表17;图112,图114),可能有利于读者逐步体会。

三、混杂堆积构造分类

在多种沉积构造分类系统中,为了成因判别我们采用了既包含成因又包含形态的分类系统。泥石流体中的多数沉积构造主要是在流动中形成的,即泥石流体中的碎屑在随泥石流一起向前流动过程中,由于边界条件的改变,流速、流态产生差异而形成一系列特征构造。

混杂沉积的沉积构造类型十分多样,它们直接体现出混杂沉积的动力性质和堆积过程,大部分属于同生或准同生构造,小部分属于后生构造,其中最为特殊的是还有一部分属于非沉积的,即后期叠加的“外来构造”。如冰缘坡积中的多边形冰楔、冰卷泥以及红土中的网纹及脉充填等,因为它们出现在混杂沉积物中,在此也可以归入“沉积构造”之中。

尽管混杂堆积的层面发育不够清晰,但在泥石流、冰碛、坡积、火山碎屑、河床蚀余堆积等类型中,层面还是存在的,所以沉积构造也可以按照层面位置划分为层面、层中及层底三个部分。在混杂堆积成因判别时,沉积构造是最好的成因识别标志,因为它们是动力标志。如宏观和微观的流线构造和定向结构,都是具流动特点的、泥石流所特有的,具有很大的专属性。有时,虽然某一沉积构造并非独有,如叠瓦构造,在泥石流和冰碛中均可出现。但前者是必备的,而后者只在特定地段才能出现,见表19。各类混杂堆积的动力也是多种多样的(表110),它们相互之间的内在和外在关系也是极其复杂的(图110)。

鉴于混杂堆积之结构、构造十分复杂多样,且与构造混杂岩也有易混淆之处,暂列出混杂堆积与构造混杂岩之内在及外部联系间的关系,以便相互参照(图114)。

(第三节)扇形地——沉积物从无序到有序的关口扇形地是从剥蚀山地到沉积盆地的通道,是混杂堆积成因争议最集中的地段。

Nichols(2009)的“沉积环境图”(图115)及Prothero等“分布模式图”

(图116)很形象地表达了地球上各类沉积环境,但作者感到它更是生动具体地体现了各种外动力混杂堆积的复杂环境。

从山地到陆盆有各种扇形地,从大陆坡到海盆地也有各种海底扇(图116)。

它们双双承担着关口和通道的角色,这也是地球上两个最大的混杂沉积形成带,构成全球混杂堆积的一种双带沉积模式。若再加上海陆过渡的海岸带,是一个规模较小的混杂沉积相对比较集中的地段,则构成地球上两大一小混杂堆积的形成环境和分布模式。当然,大颗粒砾石也可通过特殊方式(第十五章(第三节))把砾石带入盆地或海盆。

但那已不属于混杂沉积。

一、(气下)冲积扇、洪积扇、泥石流扇

山前气下的冲积扇或旱三角洲(洪积扇)和大陆斜坡前水下的海底扇,都由三部分组成,即扇根(顶部扇)、扇中(中部扇)、扇端(缘)。

各类扇形地,尤其是扇根及其相邻部位,是多种混杂堆积物的聚集地(图122)。

据陈建强等描述(2004),冲积扇沉积物是大陆沉积体系中颗粒最粗、分选最差的近源沉积,以砾岩、砂砾岩和砂岩为主,夹有粉砂岩和泥岩。当存在泥石流沉积时,泥、粉砂、砂砾以及大至数吨的漂砾可混杂堆积在一起,由扇顶到扇缘粒度呈变细趋势。由于兼有牵引流及泥石流沉积,因而在CM图上表现为重力流模式。冲积扇沉积物类型包括:泥石流沉积、河道沉积、漫流沉积及筛积物(冲刷层)四类。

筛积物是冲积扇沉积所特有的,也是泥石流堆积的一个微相(冲刷层),主要出现在扇端和扇中。筛积物是一种呈舌状的砾石沉积物,分选中等到较好,与砾石同时沉积的泥砂已被稍后期的洪水带走。成岩前孔隙中泥质及粉砂质基质较少,呈“筛状”,即泥石流亚相中之冲刷层(崔之久,1996)。

同类推荐
  • 天文百科知识博览

    天文百科知识博览

    《巅峰阅读文库 我的第一本百科书:天文百科知识博览》是一本献给天文爱好者的书籍,也是同青少年朋友分享天文科普知识,掌握各种天文观测常识,了解最新天文探测成果的书籍,内容主要包括宇宙、太阳、太阳系外天体、星系、星云、银河系、银河外星系、恒星、行星、太阳等等。《巅峰阅读文库 我的第一本百科书:天文百科知识博览》内容包罗万象,形式丰富多彩。它既是人们认识世界、感知历史、触摸时空和超越未来的组合工具。又是聆听历史和探索未来的一条捷径,同时也是家长引领孩子成长的教育指南。
  • 灵山秀水之间

    灵山秀水之间

    国家地理·神秘中国是一套以地域事件为单元散点透视、实地实拍、实证实录的图书,从地理人文风貌,到社会历史心态,有记录,有拍摄,有考察,有论证,从不同的角度和侧面,把历史之树的绚丽风采展示给大家。从社会生活的细节上,揭开历史的面纱,看一看神秘中国的精彩。每本书中围绕同一主题生发出的不同故事,就像几片相似的树叶,为中华历史的大树平添几抹生命的绿色。在这里,我们即将看到:秀丽的山川,古老的城镇,尘封的遗迹,神秘的陵寝;我们将接触到:奇石美玉,奇异建筑,珍贵遗产,传奇人物……
  • 当代科技简明教程

    当代科技简明教程

    我们各级领导干部不仅要学习马列主义、毛泽东思想、邓小平理论的基本观点,而且要学习现代科技知识。江泽民在为中央党校出版社和科学出版社联合出版的《现代科学技术基础知识》一书作的序中指出:“抓紧学习和掌握现代科技知识,是摆在我们面前的一项重要任务,各级干部要从事关国家富强、民族振兴的高度来认识学习的重要性,增强学习的自觉性。”对于我们牢固树立“科学技术是第一生产力”的观点,深刻理解“三个代表”的重要思想,从世界眼光和战略思维的高度认清学习现代科技知识的重要性和紧迫性,进一步增强科技意识,从思想到行动上真正转移到依靠科技进步和提高劳动者素质的轨道上来,推动国民经济持续健康地发展,是具有重要现实意义的。
  • 中国未解之谜(上)

    中国未解之谜(上)

    在这种严肃而充满趣味的探索中,读者将会了解大量不为人知的细节,尽情领会事物的丰富与变幻无穷,更加完整而深刻地认识事物。同时引导读者掌握研究事物和探求真相的方法,从中获得思考与发现的巨大乐趣。这不仅有助于读者在现实生活中以更辨证的眼光来看待问题,更促进思想的成熟。本书以解谜团、说故事的形式,把历史、考古、文学、艺术、军事、政治等范畴的知识生动地描述了出来,在知识含量大的基础上,吏具趣味性。读者开卷后,会轻松地了解、掌握、历史知识,对广大青少年朋友尤为适宜。
  • 创造生活的科技文明

    创造生活的科技文明

    科学技术渗透到生活的每一个角落,不仅方便了我们的生活,也促使着社会的不断发展和变化。本书选取了对于人类发展过程中具有重要意义的一些科技发明,以通俗的语言和简单的故事方式进行讲述。我们不仅应该认识到科技的重要性,还应该努力学习科学技术,要热爱科学,尊重科学。
热门推荐
  • 2016中国年度网络文学(男频卷)

    2016中国年度网络文学(男频卷)

    《2016中国年度网络文学·男频卷》由邵燕君主编、吉云飞副主编、北京大学网络文学研究论坛选编而成,选收2016年完结或已连载主体部分并有更新的作品,在参照各主要文学网站榜单和粉丝圈口碑的基础上,筛选具有较高文学性乃至经典性指向的作品。在关注大神红文的同时,特别关注引发网文新类型、新潮流的小众流行作品。我们力图开创一个不可多得的、有着范本意义的独特年选品种,它所推重的文学性和经典性,不是依据印刷文明体系下的文学传统标准,而是在媒介革命的视野下,在网络文学生产机制和粉丝部落文化的土壤中,重新生长出来的具有网络性的文学性和经典性——这一标准尚在形成之中,该选本的选编正是重要建构实践之一。
  • 金刚般若波罗蜜经注解

    金刚般若波罗蜜经注解

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 凡人剑传

    凡人剑传

    秦昊不想再当凡人,他想修炼,想到天上去看看。
  • 如轮

    如轮

    别肠转如轮,一刻既万周——引自《今别离》
  • 最校长

    最校长

    任风穿越到了一个类似地球的奇怪平行世界,成为了一所即将破落倒闭的野鸡大学的校长,并且得到了一个名校系统。然后,让齐白石教国画、贝多芬教钢琴、苏格拉底教哲学、高斯教数学、钱钟书教国学、宫崎骏教动漫、乔丹教篮球……“在二十一世纪,遥远的东方,有着一座人才杰出的学校,它被誉为东方的明珠、世界第十大奇迹。”——美国《时代周刊》“这个世界上只有两种学校,一种是南星学院,一种是除南星学院外的其他学院。”——英国《泰晤士报》群号:437957995
  • 史前科技:科技大穿越(青少年科学探索营)

    史前科技:科技大穿越(青少年科学探索营)

    本书介绍了失落的利莫里亚文明、沉入海底的古希腊文明、古希腊的克里特文明、爱琴海的迈锡尼文明、哈梯人的赫梯文明、失踪的哈扎尔文明、神秘的苏美尔文明、废弃的印度河文明、探索玛雅文明的奥秘、玛雅文明是怎样衰落的等内容。
  • 我和他的专属爱恋

    我和他的专属爱恋

    活了一辈子了,居然能够再一次活一次。而且还是那么的完美,一定要完成年轻时候的遗憾,年轻时候的相貌平平的女主,现在追回婚后的帅气老公,一段甜美的故事爱恋提前邂逅。
  • 365营养菜

    365营养菜

    本书从人们健康的角度,根据春、夏、秋、冬四季气候的不同,向读者介绍适应气候,并可以治病、防病,提高生活质量的家常营养菜谱。全书共向读者推荐365道菜,一天一个菜,并将每道菜的原料、制作方法、风味特点、营养保健一一介绍给读者,这将是一部极好的家庭生活指南。
  • 让我看看你的伤

    让我看看你的伤

    大家一起围了上去,喊着穆方的名字。护士喊道,让开让开,别挡路。穆方微微睁开眼睛。他向何雨露伸出手,眼睛里似有千言万语。何雨露只是随着大家跟着担架车急走,一时间没有明白他的意思。护士举着吊瓶,一边走一边冲她喊,握住他的手啊。何雨露这才醒悟过来,忙握着穆方的手。这是她第一次握着他的手。那手冰凉彻骨。他说,我,我救了她们。语气微弱得几乎听不清。何雨露的心忽然像被刀刺了一般疼痛,眼泪奔涌而出,她说不出话来,只是拼命地点头。穆方又挣扎着说,我,我救了,她们。
  • 爱情从全世界路过

    爱情从全世界路过

    她给了自己一个期限去成全她的青春,长达十年的爱恋在快要消磨殆尽的时候,柳暗花明。可是,她却再没有任何的力气再去回应他的感情。他对她用尽了侮辱,却也心疼她不显露的脆弱。可是,他的骄傲不允许他放低姿态!当他不舍的时候,为时已晚。