04第四纪沉积物的研究方法

21 砾性：不同成因的沉积物砾石的岩性不同。
冰川漂砾
砾性
片流 简单 洪流 较简单 河流 复杂 冰川 较简单 重力 最简单
（1）沉积学标志
砾径
泥 石 冰 流 洪冲湖 风 碛 堆 积积积 积 物 积 物物物 物
大 砾径 小
冰碛物 差 分选 好
风成沙
23
砾态
圆度
24
砾态
圆度
海滩砾石
洪积砾石
河流砾石
方法：激光粒度仪
• 样品前处理步骤如下：
• （1）取0.5—1g（粗砂可适量增加）样品放入50ml烧杯中， 加入约烧杯容量1/2的自来水浸泡样品，加入2—3滴 10%H2O2，靜置24小时（有机质挥发，生成CO2）；
• （2）24小时后（无气泡产生），用电炉蒸样品，使反应 剩余的H2O2挥发出来；
粒度测试结果分析（图件）
• 直方图：常以粒径区间（组距）为横坐标，
以频率（或频数）为纵坐标做成的一种最
简单的统计图。它是以矩形面积代表频率
（或频数）的分布。可以一目了然的表示
出各样品粒度的变化，众数的位置和移动、
偏度情况等。
体积 (%)
6
5
4
3
2
1
0-3.3
-0.8
1.7
GWL-40, 2003年11月10日 15:06:42
※石英砂表面微结构分析
• 残坡积
各种环境下
– 新鲜，与母岩中的极相似
• 冰川环境下
石英砂表面 微结构特征
– 常有贝壳状断口和不规则断块，平摊的解理面 常组成一系列的阶梯状特征，具深而直、不平 整的冰川擦痕和其他刻蚀形态
• 洪积石英砂
– 磨圆差，具不规则外形，贝壳状断口，锯齿状 脊线和方向紊乱、无一定规律的擦痕和沟槽， 有V形撞击坑
痕线、弯曲钩，磨圆度高，表面具贝壳状断口和
SiO2沉淀、具有方向性的溶蚀沟和溶蚀坑 – 大陆架砂：磨圆度好，溶蚀孔，Si质沉淀物，具
明显的成岩作用标志
※石英砂表面微结构分析
第四章 第四纪沉积 物的研究方法
第四章 第四纪沉积物 的研究方法
• 一、第四纪沉积物的特征 • 二、第四纪沉积物的成因研究方法 • 三、各种成因沉积物的野外鉴定
一、第四纪沉积物的特征
1、基本特征 2、第四纪沉积物的命名 3、第四纪沉积物与地貌的相关性 4、第四纪沉积物时空分布规律
一、第四纪沉积物的特征
2、第四纪沉积物的命名
第四纪沉积物的二元法命名
（砂砾沉积物）
第四纪沉积物的三元法命名
（砂、粉砂、粘粒沉积物）
3、第四纪沉积物与地貌的相关性
• －－剥蚀区地貌发展的同时在相邻的堆 积区一定有相应的堆积。
• 如何证明相关性？ • （1）岩性成分是否来自供源区； • （2）看每期沉积物的粒度变化；
水流： 分选性：3>2>1 水动力条件：1>2>3 水动力稳定性：3>2>1
1 23
不同成因介质： 3：河流 2：片流 1：重力、冰川
不同沉积物的几种概率曲线图（P11）
粗三段型--河流 粗二段型--河流、洪流、风力、或海浪 细一段或细二段--片流 一段式曲线--滑塌浊积砂 高角度的直线型--风暴浊积砂 (约45度)
4、第四纪沉积物时空分布规律
• 受气候、地形和构造运动等因素影响 • 受气候地带性规律控制，中国第四纪沉
积物沉积有明显纬向和经向地带性； • 地貌三大阶梯：纬向分布受干扰，而经
向地带性得到加强； • 新构造运动与沉积物分布：第四纪沉积
物在时间上有继承性。
二、第四纪沉积物的成因研究方法※
◆第四纪沉积物的成因类型（genetic type) ◆－－指在第四纪时期，由于某一种地质动力
29
表面特征
点状、纺 锤状擦痕
风棱石
擦痕、压痕、 磨光面、熨
斗状等
砾石统计
• 判断古水流的流向 • 研究不同阶地之间的关系：
砾石组成 水流动力条件
• 长江三峡何时切开？ 砾石统计 • 大砾岩山三好砾岩成因
（1）沉积学标志
• A、岩性 • b、砂和粘土(<2mm)
砂、亚砂土、亚粘土、粘土
※粒度特征研究
所造成的特有的沉积物。
1、第四纪沉积物的成因类型标志 2、第四纪沉积物成因类型确定的原
则和方法 3、第四纪沉积物成因分析及其分类
1、第四纪沉积物的成因类型标志
• 能明显反映沉积物成因的标志，叫成因 类型标志。包括以下三个方面的标志：
• （1）沉积学标志※ • （2）地貌标志 • （3）环境标志
1、第四纪沉积物的成因类型标志
海滩环境
• 判别冰碛和冰水沉积环境公式
Y=-00256MZ+0.03501σ2+0.02578SK-0.01549KG 当Y <0.8133时，属冰水沉积环境， Y >0.8133时，
属冰碛环境
※石英砂表面微结构分析
• 石英砂的选择
– 选取0.5-0.25mm的中、细砂
• 石英砂的处理
– 筛分，选所需粒级，取3-5g样于浓盐酸 中，煮沸10分钟，蒸馏水洗净、烘干
※石英砂表面微结构分析
各种环境下
• 河流环境
石英砂表面
– 距离短或上游：具有尖棱锐角的不
微结构特征
规则状，表面有三角形的机械撞击痕
– 距离长或中下游：磨圆度高，边棱次圆状，具洁 净的表面和水下磨光面，有浅碟形凹面，V形坑 （三角形撞击坑）、假擦痕和沟槽
• 海洋环境下
– 海滩砂：V痕、V坑呈等腰且大致为同一方向，刮
• 制样
– 任选15-20颗石英砂（能概括反映样品的 全部颗粒形态特点），固定在样品托上， 镀一层厚200的金钯合金。
※石英砂表面微结构分析
• 原理：高倍放大
• 基本原则：环境因素是沉积物上机械、 化学、物理和生物等影响反映的总体， 各种因素互相作用、干扰，改变颗粒的 原始特征（原生形），使颗粒获得特定 区域逗留的典型形状（它生形），故需 研究每种类型迹象、互相影响和颗粒表 面形态之间的联系。
• 方法：筛析法、激光粒度仪 • 图件：
–直方图 –频率曲线 –累积频率曲线 –正态概率曲线 – C-M图
• 粒度参数
粒度分析步骤
• 获得基本的粒度资料，包括样品接收、处 理和进行机械分析
• 机械分析所获得的资料作成各种图表 • 计算各有关参数和绘制相关图式 • 用各种方法分析研究这些资料、数据和图
1、基本特征
• （5）不同程度地风化 • 早更新世：全风化到半风化 • 中更新世：半风化 • 晚更新世：薄的风化皮 • 全新世：未风化
1、基本特征
• （6）含哺乳动物化石和古人类 • 尤其洞穴堆积。
2、第四纪沉积物的命名
• 砾石、砂、粘土。 • 进一步细分采取二元法命名。
– 例如：据砂和粘土的含量划分 – 砂、亚砂土、亚粘土、粘土。
粒度分布
6.3
8.3
10.3
粒度（Phi 单位）
12.3
14.3
16.3
体积 (%)
粒度测试结果分析（图件）
累积曲线图（又称累积百分含量图）
用来表示大于一定粒级的百分含量的统计图，以粒 度为横坐标，以粒度频率累积分布为纵坐标，由于 粒度分布一般属正态分布或对数正态分布，故其曲 线呈S形。 优点：可用分组或不分组的资料作图，曲线形状不 太受分组间隔大小的影响，可从曲线上读出分布的 四分位值或任意分位置，以供粒度参数计算用 缺点：不如直方图那样容易确定众数值和众数组
• （3）蒸完放凉后加入适量10%HCl(1—2ml)，再靜置24小 时（溶解生物钙，生成CaCl2）滴管析出清液；
• （4）用pH试纸测试其pH值，加入蒸馏水稀释，直至沉积 物再次沉积（24小时）；
• （5）重复第四步，直至pH值呈中性；
• （并6用）超抽声去波蒸清馏洗水机，振加荡入100分.05钟m后ol上/L机的测Na量PO。3分散剂约10ml，
-0.3—-1
很细偏 细偏
近于对称 粗偏
很粗偏
<0.67 0.67—0.9 0.9—1.11 1.11—1.50 0.50—3.00
>3.00
很宽 宽
中等 窄
很窄 非常窄
※粒度分析
• 判别风和海滩环境公式
应用
Y=-3.5688MZ+3.7016σ2-2.0766SK+3.1135KG 当Y <-2.7411时，属风成环境， Y >-2.7411时，属
结合野外标志，运用统计方法，依据表 面特征组合解释沉积环境。
扫描电 镜下石 英砂的 观察
※石英砂表面微结构分析
• 石英砂粒的外形特征
– 磨圆度、扁平度等
扫描电镜下石 英砂的观察
• 石英砂的表面特征
– 原形特征：结晶条件直接遗留的一切迹象。
包括：颗粒的形态、结晶体生长形态、火山玻璃壳、 包裹体及作用、贝壳状断口、熔融痕迹
粒度分布
4.2
6.7
9.2
粒度（Phi 单位）
11.7
14.2
粒度测试结果分析（图件）
频率曲线图
将直方图上各矩形上边中点连成一圆滑曲线，即 是频率曲线。也可直接从累积曲线上求得，即频
率曲线是累积曲线的微分
优点：能更准确的确定众数值和偏度的情况
7
6
5
4
3
2
1
0-1.7
0.3
2.3
4.3
GWL-40, 2003年11月10日 15:06:42
– 它形特征：受结晶条件和沉积环境的双重影响 产生的一切迹象。必须系统观察：顶端、凹坑、 平坦面
– 晶面微生物
※石英砂表面微结构分析
• 它形特征
扫描电镜
– 机械作用迹象 贝壳状断口 磨擦痕
– 化学成因特征 溶蚀痕
下石英砂 的观察
碟形
沉淀形态（球状、花
月牙形（新月形） 状、薄片状等）
撞击V形坑
过渡形
（1）沉积学标志※
●A、岩性 ●B、结构 ●C、构造 ●D、产状 ●E、沉积体形状
（1）沉积学标志
●A、岩性 a、砾石 砾性 岩性单一/复杂？ 近源/远缘？ ★ 砾径 （a、b、c轴） ★ ★ 砾向 （ab面 a轴） ★ ★ ★ 砾态（圆度 球度 扁平度） ★ ★ ★ 砾石表面特征（擦痕 擦口 压痕 撞痕 砸痕） 风化程度 （全风化 半风化 未风化〕
冰碛砾石
25
砾态
球度

3
bc a2
扁平度 K＝（a＋b）/2c
注意：圆度与球度 不完全对应
砾石的a轴排列及ab面特征
砾向
砾石的推移
水流方向
（1）沉积学标志
砾石表面特征（擦痕 擦口 压痕 撞痕 砸痕） 冰川成因：条状擦痕、压痕、三角面 河流成因：溶蚀坑、光滑点状坑 泥石流成因：点状撞击坑 重力成因：点状坑、贝壳状坑
分样
粒度分析步骤 洗样
洗盐：对海、泻湖和盐湖等样品，将样品置于高烧杯中， 加水用玻璃棒搅拌后静置过夜，第二天将杯中清水吸去， 再加清水，搅拌静置过夜，如此重复3次即可。 除去有机质：通过过氧化氢（H2O2）去处沉积物中的有 机质。在盛样品的高烧杯中加入6％的H2O2，用玻璃棒 搅拌，过一夜再加一次H2O2，直至没有气泡产生即说明 有机质已全部氧化，过量的H2O2用加热法排除。 去钙胶结物：盐酸去除；加10％左右盐酸于放有样品的 高烧杯，用玻璃棒搅拌后放置第二天，除去清液，再加 盐酸，如此反复至不再起泡，然后换清水，搅拌，过夜， 吸去清液，加水洗至无钙离子和氯离子为止。
粒度测试结果分析（图件）
概率累积曲线图
将累积曲线的纵坐标累积频率的算术值改为概率质作出 的图即是概率值累积曲线图。 沉积物的粒度成分因搬运方式不同，可分为推移、跃迁 和悬移3各粗细不同部分，它们各成对数正态分布，在 图上分为几个直线段，斜率代表分选程度，越大，分选 越好 优点：为沉积物的直接对比提供许多定量指标，便于肉 眼与正态分布作比较，还可以进一步说明颗粒的搬运状 态 缺点：不如直方图那样容易确定众数值和众数组
式，推出沉积物的来源、搬运动力和沉积 环境
粒度分析步骤
• 样品预处理
– 分样：均匀将样品分成几份——缩分 – 洗样：洗去沉积物中的杂质
粒度分析步骤
将拌匀的样品平摊在纸上，在样 品上划十字，将样品分为相等的 四分，分别取对角的两分混和在 一起，就将样品缩分为一半了， 以此类推。 注意：缩分准确与否是决定分析 的样品是否真正具有沉积物代表 性的关键，故缩分必须有同一分 析人员亲自作。
• 1、基本特征
（1）岩性松散
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。
1、基本特征
• （2）成因多样 • 几乎包括了所以外力成因的沉积物。
1、基本特征
（3）岩性岩相变化快
el
dl
pl al
all l
1、基本特征
• （4）厚度差异大 • 厚度从0米到数百米。
北京平原区 第四系厚度 等值线图
（b）砂和粘土的成因标志
※粒度分析
粒度参数
平均粒度 分选性
粗、细含量 峰值高低
标准差
偏度
峰态
σ值
等级
Sk值
等级
Kg值
Байду номын сангаас
等级
<0.35 0.35—0.5 0.5—0.7 0.7—1.0 1.0—2.0 2.0—4.0
4.0
分选极好 分选好
分选较好 分选中等 分选较差 分选很差 分选极差
+1.0—+0.3 +0.3—+0.1 +0.1—-0.1 -0.1—-0.3