第四纪沉积物

第四纪沉积物一、第四纪的时间范围最初，人们把地壳的发展历史分为第一纪（原始纪）、第二纪和第三纪3个大阶段。

1829年，法国学者J.德努瓦耶在研究巴黎盆地的地层时，把第三系上部的松散沉积物划分出来命名为第四系，其时代为第四纪。

随着地质科学的发展，第一纪和第二纪因细分成若干个纪被废弃了，仅保留下第三纪和第四纪的名称，这两个时代合称为新生代。

第四纪是地球发展史的最新阶段，时间范围从上新世末（距今 248万年）直到现在。

第四纪分为更新世和全新世两个阶段。

第四纪一词是J.德努瓦耶于1829年提出的。

第四纪形成的地层称第四系，再分为更新统和全新统。

更新世是1839年提出的，他把巴黎盆地含软体动物化石70％为现生种的地层称为更新世地层。

全新世和近代为同义词。

近代(Recent)一词是1833年由莱伊尔引进地质学中，含义是从此地球被人类所居住。

全新世是1850年P.热尔韦提出的，1885年正式通过。

第四系下界的确定是一个重大的基本理论问题，至今仍有不同意见。

1948年第18届国际地质大会确定，以真马、真牛、真象的出现作为划分更新世的标志。

陆相地层以意大利北部维拉弗朗层，海相以意大利南部的卡拉布里层的底界作为更新世的开始。

中国相当于维拉弗朗层的泥河湾层作为早更新世的标准地层。

其后，应用测定了法国和非洲相当于维拉弗朗层的地层底界年龄，约为180万年。

因此，许多学者认为第四纪下限应为距今180万年。

1977年，国际第四纪会议建议，以意大利的弗利卡 (Vrica)剖面作为上新世与更新世的分界，其地质年龄为170万年左右。

对中国黄土的研究表明，大约距今248万年黄土开始沉积，反映了气候和环境的明显变化。

还有部分学者认为，第四纪下限应定在距今350～330万年。

总之，第四纪下限尚未最后确定，本文暂以距今248万年作为第四纪的开始。

二、第四纪沉积物成因及工程性质第四纪沉积物的是沉积在陆地或水盆地中的松散的矿物质颗粒或有机物质，如砾石、砂、粘土、灰泥、生物残骸等。

多来源于母岩风化产物、火山喷发物、有机物、宇宙物质等。

第四系的划分，普遍采用1932年第二届国际第四纪会议上提出的四分原则，即分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。

相应的地质时代为早更新世、中更新世、晚更新世和全新世。

划分第四纪地层主要依据沉积物的岩石性质和地质年龄，测定第四纪地层年龄的方法主要有放射性碳法、热释光法、钾- 氩稀释法、裂变径迹法、氨基酸法等。

此外，第四纪地层中所含的哺乳动物化石、孢粉化石、微体动物化石以及沉积物的古地磁特性、氧同位素特征、古土壤标志、天文学标志等都可用于划分第四纪地层。

根据这些标志，许多国家建立了本地区的第四系典型剖面。

第四纪沉积物记录了第四纪发展历史和自然环境变化，分布极广，除岩石裸露的陡峻山坡外，全球几乎到处被第四纪沉积物所覆盖。

第四纪沉积物形成时间晚，大多未胶结，保存比较完整。

厚度一般数十米至数百米，个别地区可超过1000米。

第四纪沉积物成因类型复杂，相变剧烈。

根据所造成沉积物的主要动力条件，主要有：单一成因：一种动力，如冲积物（al）；复合成因：两种以上动力，如洪冲积物（dlp）、冲洪积物（alp）；成因不明：pr。

1、残积物：残积物是由岩石风化后，未经搬运而残留于原地的土，而另一部分则被风和降水所带走。

它处于岩石风化壳的上部，是风化壳中的剧风化带，向下则逐渐变为半风化的岩石。

它的分布主要受地形的控制，在宽广的分水岭上，由雨水产生地表径流速度小，风化产物易于保留的地方，残积物就比较厚。

在平缓的山坡上也常有残积物覆盖。

在地表或近地表条件下，由于温度、大气、水及生物等因素的影响，使地壳或岩石圈的矿物、岩石在原地发生分解和破坏的过程——风化作用。

风化作用的重要特征：岩石或矿物在原地遭受分解和破坏，风化的产物仍保留在原地。

根据风化作用的方式和特点，可分为以下三种类型：1)物理风化作用主要由气温、大气、水等因素的作用引起的矿物、岩石在原地发生机械破碎的过程。

特点：矿物、岩石的物质成分不发生变化，只是碎裂成为大小不等的碎块。

物理风化作用种类：A.温差风化：由于温差变化，岩石在热胀冷缩过程中逐渐破碎的过程，常发生在温差较大的干旱气候地区；沙漠气候条件下砂岩的温差风化左图：由于温差风化引起的层状脱落；右图：球状风化。

B.冰劈作用：充填于岩石裂隙中的水结冰体积膨胀而使岩石裂解的过程。

水结成冰时其体积可增大9.2％。

冰体将对裂缝壁产生2000kg／cm2的巨大压力。

冰劈作用C.其它物理风化作用：盐类的结晶与潮解：充填于岩石孔隙、裂隙中含盐分的溶液，因水溶液浓度的变化，盐类出现结晶与溶解使岩石破碎的过程(类似于冰劈作用)；层裂或卸载作用：岩石因卸载而产生向上或向外的膨胀作用，从而形成一系列平行或垂直地表的裂隙，促使岩石层层剥落和裂解的过程。

2)化学风化：是指在水和水溶液的作用下岩石发生的化学分解过程。

特点：不仅发生岩石破碎，而且岩石的物质成分也将发生变化。

可分为氧化作用、碳酸化作用、溶解作用和水解等次级方式。

纪念碑被酸雨化学风化前后A.氧化作用：矿物、岩石与大气或水中的游离氧起化学反应形成氧化物使岩石破碎的过程，常使多价态元素从低价向高价态转变。

例如黄铁矿氧化为褐铁矿：2FeS2﹢7O2﹢2H2O→2FeSO4﹢2H2SO44FeSO4﹢2H2SO4﹢O2→2Fe2 (SO4)3﹢2H2OFe2 (SO4) 3﹢6H2O→2Fe(OH)3﹢3H2SO4氧化作用风化B.碳酸化作用：是指当CO2溶解于水中时，形成CO32-和HCO31-离子，它们与矿物中的阳离子结合形成易溶于水的碳酸盐或碳酸氢盐的过程。

如钾长石（正长石）经碳酸化作用变为高龄石：4KA1Si3O8﹢2CO2﹢4H2O→A14(Si4O10)(OH)8﹢8SiO2﹢2K2CO3C.水的作用a)水的溶解作用b)水化作用(水合作用)CaSO4﹢2H2O→CaSO4.2H2O(硬石膏) (石膏)Fe2O3﹢nH2O→Fe2O3.nH2O(赤铁矿) (褐铁矿)c）水解作用有些矿物遇水后改变结构，形成带ＯＨ－的新矿物４Ｋ[A1Si3O8]+6H2O → ４Ｋ4[Si4O10](OH)8 +4KOH+8SiO2钾长石高龄石A14[Si4O8](OH)8+nH2O → 2Al2O3.nH2O+4SiO2+4H2O高龄石铝土矿3)生物风化：由生物的生命活动引起的岩石的破坏过程，分生物物理风化作用和生物化学风化作用。

植物根的生长对岩石进行的生物物理风化作用在山区的峭壁、陡坡上常生长着一些大树如榕树、松、柏等。

它们的根系并不都扎在泥土里，而是扎入岩石裂缝中。

随着树木的成长，树根加长加粗，必然对裂缝壁产生强大压力。

据测算这种压力可达100kg／cm2。

久而久之，可加速岩石的破裂与崩落的进程。

这种作用称为根劈作用。

植物根对岩石的风化作用大气降水和风将岩石风化后的碎屑物质中的细小颗粒和溶解物质带走，将粗粒物质或难溶物质残留原地。

残留的碎屑形成残积土。

其特点：残留原地，成分与下伏基岩有关。

具有结构性，松散、富水。

易产生不均匀沉降。

在不同的气候条件下，不同的原岩将产生不同矿物成份、不同物理力学性质的残积土。

由于风化剥蚀产物是未经搬运的，颗粒不可能被磨圆或分选，没有层理构造。

残积物与基岩之间没有明显的界限，通常经过一个基岩风化层(带)而直接过渡到新鲜岩石。

残积物有时与强风化层很难区分。

一般说来，残积物是由于雨雪水流将细颗粒带走后残留的较粗颗粒的堆积物。

风化层则虽受风化作用的影响，但它是未被剥蚀搬运的基岩风化产物。

残积物中残留碎屑的矿物成分很大程度上与下卧基岩相一致，这是鉴定残积物的主要根据。

例如砂岩风化剥蚀后生成的残积物多为砂岩碎块。

根据这个道理可按地面残积物的成分推测下卧基岩的种类。

反之，也可按基岩分布的规律推测其风化产物的特征。

山区的残积物因原始地形变化很大且岩层风化程度不一，所以其厚度在小范围内变化极大。

由于残积物没有层理构造，均质性很差，因而土的物理力学性质很不一致，同时多为棱角状的粗颗粒土，其孔隙度较大，作为建筑物地基容易引起不均匀沉降。

残积物剖面图不同岩类具有不同的风化特征，如块状构造的花岗岩，多以沿节理裂隙风化，风化厚度大，且以球状风化为主。

我国南方花岗岩分布较广，如深圳地区约占60％的面积，花岗岩残积土的厚度在15—40m之间，是该区城市建筑物基础的主要持力层。

花岗岩残积土是在化学风化作用下淋滤形成的产物，其矿物成分与原岩虽有本质的改变，但多保留在原位并具有它的原始形状，其中不易风化的石英颗粒更是如此。

所以花岗岩残积土一般仍保持其原岩粒状结构，具有相当高的结构强度，外表看起来很象岩石。

对其采用一般的室内土工试验方法测得的物理力学性质分析，其工程性质是较差的，表现在高孔隙比、高压缩性等方面。

但从原位测试分析，它表现为承载力较高、压缩性较低。

2、坡积物坡积物是残积物经水流搬运，顺坡移动堆积而成的土。

即是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀，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。

其成份与坡上的残积土基本一致。

由于地形的不同，其厚度变化大，新近堆积的坡积土，土质疏松，压缩性较高。

它一般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积物相接。

坡积物底部的倾斜度决定于基岩的倾斜程度，而表面倾斜度则与生成的时间有关，时间越长，搬运、沉积在山坡下部的物质就越厚，表面倾斜度就越小。

片流（坡流、面流）——在降雨或融雪时，地表水一部分渗入地下，其余的沿坡面向下运动。

这种暂时性的无固定流槽的地面薄层状、网状细流称为片流。

片流搬运的物体在坡麓堆积下来，形成坡积土。

坡积物的特点：1)分为岩屑、矿屑、沙砾或矿质黏土。

2)碎屑颗粒大小混杂，棱角分明、分选性差，层理不明显。

山前坡积物剖面图坡积物质随斜坡自上而下呈现由粗而细的分选现象。

其成份与坡上的残积土基本一致。

与下卧基岩没有直接关系，这是它与残积物明显的区别。

由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动，还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均匀，且其厚度变化很大(上部有时不足一米，下部可达几十米)，尤其是新近堆积的坡积物，土质疏松，压缩性较高。

坡积土上建设应注意的问题：①注意下卧基岩表面的坡度及形态，分析坡积物稳定性。

②坡积土含较多细颗粒，吸水性强，注意雨季的稳定性。

③坡积物粗细混杂，土质不均匀，厚度不均匀，注意差异沉降。

3、洪积物洪积土是山洪带来的碎屑物质，在山沟的出口处堆积而成的土。

由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。

它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物。

洪流携带大量泥沙、石块到沟口，由于坡度减小，洪流无侧壁约束，水流分散，动能迅速减弱，所搬运的碎屑物在沟口大量沉积，形成扇形堆积地貌。