第四章 第四纪沉积层的形成及其工程地质特征

第四章第四纪沉积层的形成及其工程地质特征

【教学基本要求】

1. 理解风化作用的类型 ; 岩石风化程度的划分及风化的产物。

2. 理解地表流水的地质作用及坡积、洪积、冲积层。

3. 理解海洋的地质作用及海相沉积层。

4. 了解湖泊的地质作用及湖沼沉积层。

5. 知道冰川的地质作用及冰渍层。

6. 知道风的地质作用及风积层。

【学习重点】

1．风化作用及残积层。

2. 地表流水的地质作用及坡积土、洪积土、冲积土。

3. 海洋的地质作用及海相沉积层。

4. 湖泊的地质作用及湖沼沉积层。

【内容提要及学习指导】

4.1 风化作用及残积层

第四纪是地质年代中新近的一个纪。第四纪沉积物是由地壳的岩石风化后，经风、地表流水、湖泊、海洋、冰川等地质作用的破坏，搬运和堆积而成的近代沉积物。其沉积历史不长，是一种松散的沉积物。

在大气、水和生物活动等因素影响下，地表或接近地表的岩石，发生物理的和化学的变化，致使岩体崩解、剥落、破碎，变成松散的碎屑性物质，这种作用称为风化作用。风化作用在地表最为明显。风化后的岩石改变了原有的物理力学性能，强度大大降低，变形增加，直接影响作为建筑物地基的工程特性。风化作用使岩石产生裂隙，破坏岩石的整体性，影响地基边坡的稳定性。根据风化作用的性质及其影响因素，岩石的风化可分为物理风化、化学风化和生物风化。

昼夜和季节的温度变化是物理风化作用的主要因素。化学风化是指岩石在水和各种水溶液的作用下所引起的破坏作用。这种作用不仅使岩石在块体大小上发生变化，更重要的是使岩石成分发生变化。生物风化作用是指岩石在生物活动作用下所引起的破坏。注意理解各种风化之间的联系与区别。

岩石风化后产生的碎屑物质，在被风和大气降水带走一部分后，残留在原地，这种残留在原地的碎屑物称为残积土。残积土主要分布在岩石暴露于地表而受到强烈风化作用的山区、丘陵及剥蚀平原。残积土从上到下沿地表向深处颗粒由细变粗。由于残积物是未经搬运的，颗粒不可能被磨圆或分选，一般不具层理，碎块呈棱角状，土质不均，具有较大孔隙，厚度在山坡顶部较薄，低洼处较厚。残积土由于山区原始地形变化较大和岩石风化程度不一，厚度变化很大，在同一个建设场地内，分布很不均匀。因此，在残积土上进行工程建设时，要特别注意地基土的不均匀性。

4.2 地表流水的地质作用及坡积土、洪积土、冲积土

地表水是指分布在江河、湖泊、海洋内及陆地上的冰雪融化的液态水。有两种地表水：一种称为暂时流水，如雨水、融雪水及山洪急流；另一种称为长期流水，如江水、河水。地表水冲刷地表，形成各种堆积物，主要有坡积土、洪积土和冲积土。

坡积土是岩石风化产物在地表水的作用下被缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。坡积土是搬运距离不远的风化产物，其物质来源于坡上，一般以黏土、粉质黏土为主，坡积土随斜坡自上而下逐渐变缓，呈现由粗而细的分选作用。在坡积土上进行工程建设时，应注意下卧基岩表面的坡度及其形态，坡积土组成物质粗细混杂，土质不均匀，尤其是新近堆积的坡积土，土质疏松，压缩性较高，加上坡积土的厚度多是不均匀的，因此在这种坡积土上修建建筑物时应注意不均匀沉降的问题。

洪积土是山洪急流、暴雨或骤然大量的融雪水形成搬运力很大的急流，它能冲刷岩石，形成冲沟，并能把大量的碎屑物质搬运到沟口或山麓平原堆积而形成洪积土。当山洪挟带的大量石块泥砂流出沟谷口后，因为地势开阔，水流分散，搬运力骤减，所搬运的块石、碎石及粗砂就首先在沟谷口大量堆积起来；而较细的物质继续被流水搬运至离沟谷口较远的地方，离谷口的距离越远，沉积的物质越细。经过多次洪水后，在山谷口就堆积起锥型的洪积物，称为洪积扇。洪积土具有的特征是物质大小混杂，分选性差，颗粒多带有棱角。洪积扇顶部以粗大块石为多；中部地带颗粒变细，多为砂砾粘土交错；扇的边缘则以粉砂和粘性土为主。洪积物质随近山到远山呈现由粗到细的分选作用，但碎屑物质的磨圆度由于搬运距离短而不仍佳。山洪大小交替的分选作用，常呈不规则的交错层状构造，交错层状构造往往形成夹层、尖灭及透镜体等产状。

冲积土是河流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。陆地地形的改变最主要是靠河流的地质作用。河流不断地对岩石进行冲刷破坏，并把破坏后的碎石物质搬运到海洋或陆地的低洼地区堆积起来。河流的地质作用主要决定于河水的流速和流量。由于流速、流量的变化，河流表现为侵蚀、搬运和沉积三种性质不同但又相互关联的地质作用。冲积土的特征：物质有明显的分选现象。上游及中游沉积的物质多为大块石、卵石、砾石及粗砂等，下游沉积的物质多为中、细砂、粘性土等；颗粒的磨圆度较好；多具层理，并有尖灭、透镜体等产状。

4.3 海洋的地质作用及海相沉积物

海洋的地质作用主要有破坏作用和沉积作用。

海洋的破坏作用有冲蚀、磨蚀及溶蚀三种。海浪、潮汐和岸流等都能起破坏作用，其中海浪是破坏海岸的主要力量。海浪形成的原因有风力、潮汐、地震、海底火山喷发等，但最常见的是风成浪。

当风吹过水面时，对水面产生风压力，它迫使不可压缩并不具抗剪强度的水质点作“相互补偿”的单向轨道运动，在水面产生峰谷。因此，人们将水质点的振动运动的发生与传播，称为波浪。海浪时刻都在冲击着海岸，风力愈强，它的冲击力也愈大。海浪冲击海岸岩石时，对岩石产生很大的压力，使其破坏。

绝大部分沉积岩是在海洋内沉积形成的，所以海洋的地质作用中最主要的是沉积作用。河水带入海洋的物质和海岸破坏后的物质在搬运过程中，随着流速的逐渐降低，就沉积下来。靠近海岸一带的沉积多是比较粗大的碎屑物，离海岸愈远，沉积物也就愈细小。这种分布情况，同时还与海水深度和海底的地形有直接的关系。

4.4 湖泊的地质作用及湖沼沉积物

湖泊的地质作用主要包括破坏作用和沉积作用。

由于湖的面积较大，风的作用及湖水的涨落，能产生湖浪及湖流，冲蚀湖岸，使岸壁破坏。湖岸地区的地下水位常因湖水位的变化而升降，四周的岩土被水浸湿发生松软现象，能使建筑物的地基沉降，岩坡也可能出现崩塌或滑动。

湖泊的沉积作用主要是指沼泽沉积层中，腐朽植物的残余堆积占主要地位，主要是分解程度不同的泥炭（有时可见到明显的植物纤维）、淤泥和淤泥质土，以及部分粘性土及细砂。它们具有不规则的层理。泥炭的有机质含量达60%以上，

4.5 冰川的地质作用及冰碛土

冰川的地质作用有刨蚀、搬运和沉积三种。冰川对岩石的破坏作用称为刨蚀作用。冰川移动时，因压力和摩擦的作用而使其底部发热，部分冰被融化成水而进入岩石裂缝，裂缝里的水结冰后体积增大而扩展裂缝，岩石被分裂成岩块。岩块被冰川挟带一起移动，便使摩擦作用更为加强，同时岩块本身也布满擦痕。冰川的刨蚀作用改变了地形地貌。冰川的搬运作用有两种：一种是碎屑物质包裹在冰内随冰川移动；另一种是冰融化成冰水，冰水进行搬运。冰川的沉积作用同样有两种：一种是冰体融化，碎屑物直接堆积，称为冰碛土；另一种是冰水将碎屑物质托运而堆积，称为冰水沉积土。

冰碛土的特征是：无层次，也没有分选，而是块石、砾石、砂及粘性土杂乱堆积，分布也不均匀；冰碛土虽然磨耗但仍然保持有棱角的外形；块石、砾石表