第2章第四纪沉积与地层

石英砂电镜照片
贝壳状断口—残坡积；
磨圆度好，有撞击坑—海滩砂。
问题4∶
问题5: 请根据这两粒石英砂的表 面特征推断它们的搬运介质情况?
光滑的表面，在水介质中长期搬运 无光泽的麻点表面(沙漠砂)。
沉积物颗粒特征的机制1
沉积物的形成包括三个环节∶从母体脱离、搬运、沉积。沉积物的结构特征— 粒度和颗粒形态—取决于沉积物颗粒的搬运和沉积过程∶搬运距离长短、搬运 的方式(悬移、跃移、推移)、介质和动力强弱。
稳定的 正长石、 钠长石、 钛铁矿、 榍石、蓝 晶石、磁 铁矿、赤 铁矿、磷 灰石等
不稳定的 角闪石、 辉石、黑 云母、蓝 闪石、紫 苏辉石、 透辉石、 阳起石、 透闪石等
极不稳定 的 基性斜长 石、橄榄 石、黄铁 矿、绿帘 石、绿泥 石、褐帘 石等
原生矿物和自生矿物
原生 ( 内生 ) 矿物∶沉积之前在内 生条件下的造岩和成矿过程中形成的 矿物。如∶石英、长石、云母。 自生 ( 表生 ) 矿物∶沉积物形成过 程中生成的新的矿物，有些可作为指 示沉积环境的“标志矿物”。如∶海 绿石、磷灰石指示浅海环境。
②砂粒形态
⑴粒度 ①粒级划分
基本粒组— 4组
插入粒级—10级
基本粒组和 插入粒级名称
十进制标准(mm)
基本粒组 分界
2
插入粒级 分界 200 / 20
砾石 (漂砾/卵石/砾石) 砂(粗/中 /细)
粉砂(粗/细)
0.05
0.005
0.5 / 0.25
0.01
粘土(粗/细)
0.002
温氏等比标准D 与φ值标准的关系
每一种现代环境都以生活在其中的 一定的生物群落为特征，通过生物的生 存、死亡、埋藏和保存；一个古代生物 群落会在沉积物(岩)中留下∶
①生物体残骸，如介壳、骨骼、牙等； ②排泄物和衍生物，如粪便、硅酸体； ③印痕和扰动构造(非实体)； ④有机质。
山西太谷红崖上新世榆社鲴
山西武乡张村上新世红鮊
山西武乡张村上新世红鮊
安徽宁国化石冰裂楔剖面
沙丘 移动 形成 的斜 层理
沙丘移动形成的斜层理
沙波移动形成的斜层理
沙波移动形成的斜层理
斜层理是河流沉积的基本层理特征，是陆相沉积中最为常见的层理。注意要区分层面和层理面。
交错层理
小型薄层交错层理
交错层理的形成与变化的流向造成的沙波的往返运动，彼此重迭切割有关。
沙丘形成的砂岩交错层理
一、基本概念
沉积物、沉积作用；
沉积相、相分析
⒈ 沉积物与沉积作用
⑴沉积物
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。来源∶母岩风化产物、 火山喷发物、有机物、宇宙物质等。
注意∶沉积物具有一定的空间形态(沉积体)， 具有一定的成分、结构、构造特征(与一定的沉积环 境相联系)，一般具有成层性(沉积地层)。
山西武乡上新世蜻蜓稚虫和 榆社上新世陆龟
山西太谷上新世榆(左)和栗(右)
小孩和雷龙脚印
足印属于生物相，是一种印痕化石。
三、第四纪沉积物的成因类型 ⒈ 陆相
倒石锥 ⑴残积物
⑸湖泊沉积
⑹冰积物(冰川沉积)
崩塌堆积物 ⑺冰缘沉积 ⑵斜坡堆积物 坠积物 ⑻风成沉积 ⑶洪积物 坡积物 ⑷冲积物(河流沉积) ⑼洞穴沉积 滑坡堆积物
②颜色的指示意义∶ 红色 — 主要是由于含有高价铁的脱 水赤铁矿染色而成，代表氧化环境。 黄色 — 含水的氧化铁或氢氧化铁染 色而成，呈锈黄色和棕黄色。 绿色—还原条件下低价铁化合物的 反映，灰绿色、蓝绿色、黄绿色，如湖 相粘土，或由于含铜矿物或其它绿色矿 物(角闪石、绿泥石等)。
亚利桑那纪念谷的红色风化岩
⑵颗粒形态
①砾石形态
砾石单体形态 三轴∶长轴a (最大长度)，中轴b (最大宽 度)，短轴c (最大厚度)；三轴相互垂直。 扁平度 = (a+b) / 2c
球 度=
3
abc / a
磨圆度 = 2r / a (最大内切圆的半径)
不同分选性和 磨圆度的砂砾
问题3 问题3，4 磨圆度好的砾石一定球度好吗? 为什么? 问题4
河流砾石与海滩砾石相比较多数 情况下哪种砾石的球度会更好些? 为什么?
磨圆度是表面特征，球度是形状特征。 以平移、跳跃搬运方式为主的(如海滩)，扁平度高；以滚动为 主的(如急流河床)球度好。除了环境外，与砾石大小也有关。
冰积砾石上的擦痕
风棱石照片
风 棱 石
风棱石的特征∶至少一个磨光面，沙漠漆
风棱石的成因
第二章 第四纪沉 积与地层
第四纪 第四纪 沉积 本章的目的和重点 地层
目的∶理解和掌握第四纪沉积和地层 的基本概念、基本方法和基本结论 重点∶
相分析方法及其在沉积特征和成因类 型分析中的应用 地层划分对比概念方法与中国第四纪 地层划分方案
第一节 第四纪沉积
一、基本概念
二、第四纪沉积特征
三、第四纪沉积物的成因类型
⒈ 沉积物与沉积作用
问题1∶沉积物与沉积岩有何
区别?
固结和松散， 成岩作用
⒈ 沉积物与沉积作用
⑵沉积作用
广义∶沉积岩形成的全过程，包括沉 积物质从物源区的离解、搬运，到沉积区 的沉积，沉积时和沉积后的化学变化和成 岩作用；狭义∶仅指沉淀堆积作用，包括 机械沉积(固态碎屑物，受重力支配)、化 学沉积(溶液或胶体的淀积)、生物沉积(生 命活动或遗体堆积)。
⒈ 基本特征
⒉ 结构特征
⒊ 构造特征
⒋ 矿物特征
岩
相
⒌ 颜色和化学特征
⒍ 生物特征 生物相
⒈ 基本特征
⑴ 松散性∶ 习称“松散堆积物”，也有胶结甚 至固结的 ( 如内蒙和东北玄武岩掩盖下 的变质残积物、温泉堆积、化学沉积 ) 。
⒈ 基本特征
⑵ 多变性∶ “薄薄的第四纪覆盖层”，与其 它各系相比，分布普遍，但岩相复杂 多变，同期沉积物可在短距离内发生 相变，厚度小而多变 ( 山顶到山脚 ) ， 划分对比困难，研究难度大。
⒋ 矿物特征
不同岩矿组成的砂砾可以指示其物源
⒋ 矿物特征
⑴矿物分类
⑵标志矿物
⑶组合特征
⒋ 矿物特征
⑴ 矿物分类
①按抗风化能力分∶稳定矿物和不稳 定矿物。（与搬运介质和距离有关） ②按比重分∶重矿物和轻矿物，以比 重2.86为界。 ③按形成时间分∶原生(内生)矿物和 自生(表生)矿物。
最稳定的 石英、白 云母、锆 英石、电 气石、金 红石、石 榴石、黄 玉、尖晶 石、十字 石、燧石 等
结论∶黄河 ①歧口以 为查清塘沽新 ③南堡— 南是黄河矿物 港回淤泥沙来 口北上的泥 歧口为海河矿 塘沽新港回淤泥沙来源研究 区，其特点是 源，分析了从 沙影响到歧 物区，特点是 滦河口 南堡 塘沽 石榴石、绿帘 滦河口到黄河 口附近，滦 不稳定的普通 口近岸 0.1 — 石含量较高。 角闪石和辉石 河口南下的 渤海湾 0.05mm 粒级沉 含量最高。 泥沙影响到 ②南堡以 积物的矿物组 歧口 ④新港港 东是滦河矿物 南堡一带， 黄河口 合特征，并与3 池中沉积物的 区，特点是磁 海河入海泥 条入海河流冲 矿物组合与海 铁矿、钛铁矿、 沙主要在近 积物的矿物组 莱州湾 河沉积物吻合 锆英石、含量 岸向两侧扩 合进行对比， 较高。 散。 结果发现∶ 。
秦皇岛
⒌ 颜色和化学特征
⑴颜色
⑵盐类
⑶结核
⒌ 颜色和化学特征
⑴ 颜色 ①原生色和次生色∶
原生色是沉积物形成时生成的颜色， 次生色是沉积物形成之后再生成的颜 色。 注意∶这里所说的颜色是指沉积物总 的色调，并非其中单矿物的颜色。
②颜色的指示意义 ∶ 白色和浅色调—缺乏铁、锰化合物 及有机质等染色成分或含钙量很高。常 见者如高岭土、岩盐、白垩、石灰石、 钙积层、纯石英.砂等。 灰色或黑色—有机质、分散状态的 硫化物(如黄铁矿)含量较高，往往形成 于还原或半还原环境；氧化锰也呈黑色 (如沙漠漆、锰膜、锰结核)。
沉积物颗粒特征的机制2 悬移
跃移 推移
沉积物颗粒特征的机制3
⒊ 构造特征
⑴ 层面构造∶波痕、龟裂、流痕、雨 痕、冰楔等 ⑵ 层理构造
①定义∶沉积薄层之间的不连续界面 的组合情况，沉积岩区别于岩浆岩的 最主要特征。
②主要类型∶水平层理、斜层理、交 错层理、波状层理等。
现代和古代 的波痕
永远垂直于风向的沙波
log2 D
φ 值 D 值 -8 -4 -2 0 2 4 8
256 16
4
1/4 1/16 1/256 1 0.25 0.063 0.0039
⑴粒度
②粒度分析
对碎屑沉积物进行分析研究 的最基本的手段，通过研究组成 沉积物的各种粗细颗粒的机械组 成特征来推断沉积环境。
例如，湖泊沉积由于是静水沉积，粒度比河流 沉积(流水沉积)要细；从湖滨到湖心，粒度从 粗到细。
Biblioteka Baidu
现代泥裂
岩石的冰劈作用
从岩石的冰劈作用引伸到冰裂楔
冰楔(冰裂楔)
融冻作用下形成的层面变形构造 冻结—扩大裂隙；融化—沉积物填充。 指示年平均温度 -6℃以下的多年冻土环 境。
冰裂楔的 年变化
化石冰裂楔 典型剖面
冰裂楔的判别要素∶①楔形；②充填特征(粗细混杂分选 差，平行隙壁的层理)；③上部侵蚀面的存在。
⒈ 基本特征
⑶ 移动性∶ 在其形成过程中和形成之后，不 断进行着破坏、搬运、再沉积作用和 各种各样的变化(山坡、河流、海滩、 大陆架沉积物的例子)。
⒈ 基本特征
⑷ 化石丰富并特含人类化石∶
与其它各系相比，缺乏标准化石， 适用生态-古生物方法。
⒉ 结构特征
⑴粒度
①粒级划分
②粒度分析
⑵颗粒形态
①砾石形态
⑵ 盐类
蒸发盐类 — 碳酸盐、硫酸盐、氯 化物，相应的矿物为方解石、石膏、 芒硝、食盐，这一序列也是盐湖沉积 物演替的基本序列。 硫酸盐和钠的氯化物含量高多为 干旱气候下碱性环境；钙、镁化合物 含量高多反映半干旱或干湿季节变化 的环境；铁、铝化合物含量高的沉积 物多为湿热气候环境下的产物。
碳酸盐湖 硫酸盐湖 氯化物湖
复古地理环境的方法
①基本方法—“将今论古”∶运用现代环境 条件下形成的沉积物特征的知识去推测地 史时期岩层所反映的沉积环境。
②具体方法—紧密联系的两类研究∶现代 沉积相研究和古代沉积相研究。
将今论古
经典地质学的现实主义原则
现代沉积 相研究
建立沉积 模式 研究古代 沉积相
根据沉积 模式
二、第四纪沉积特征
⑵颗粒形态
①砾石形态
砾石组合形态(产状)
山区河流(急流)中的砾石长轴 与水流方向一致，迭瓦状排列， 倾角较大。 海滩上的砾石长轴与海岸走向 一致，扁平面倾向海洋，扁平面 倾角较小。
冰川
20～25O
河流15～30O
急流 缓流
海滩
15O
平 面 剖 面
⑵颗粒形态 ②砂粒形态 在放大镜、显微镜下观察磨圆度 等表面形态特征。利用扫描电镜的高 分辨率(0.001mm)可以对粒径小于 1mm的单粒石英砂表面特征进行观 察以推断其成因。
注意∶沉积作用的介质(水、空气)。
问题 2∶
这 是 什 么 沉 积 物 ?
⒉ 沉积相 沉积相与相分析 —沉积物的
⑴ 沉积相
“相貌” ①定义∶沉积环境的综合的物质表现，亦即能 Sedimentary facies 反映沉积物(岩)形成时的沉积环境的各种岩性特
征(岩相)和生物特征(生物相)。
②沉积相的类型—陆相(河流、湖泊、沼泽、沙 漠、冰川、洞穴)、海相(浅海、深海、半深海)、 过渡相(三角洲、滨岸、潟湖)。
③意义∶沉积相具有时间和空间两方面的指示 意义，空间—指示古地理、古环境；时间—指 示沉积形成的时代。
沉积环境与沉积相的表现
沉积环境 沉积相
流速、流向、 沉积物的成分、 温度、湿度、 结构、构造、 盐度等自然环 矿物、化学、 境要素 生物特征
⒉ 沉积相与相分析
⑵ 相分析—研究沉积地层的沉积相以恢
盐湖演替模式
砂下湖
盐 湖 演 替 模 式
⑶ 结核
类型繁多，成分不一，成因复杂， 形态各异。各种类型的结核是在特定 的气候条件和地球化学条件下形成的， 有些结核还与生物活动有关。所以， 结核也是研究第四纪沉积物和恢复古 环境的主要标志。 最常见的是铁锰结 核、钙结核。
黄土中钙结 核照片
⒍ 生物特征
⒋ 矿物特征
⑵ 标志矿物
主要对自生 ( 表生 ) 矿物而言，反 映化学、气候等沉积环境要素。如高 岭石的生成指示湿热、酸性、陆相环 境，伊利石的生成指示冷干、中性～ 碱性、海相或盐湖相环境，蒙脱石 — 温干、中性～碱性、海相或盐湖相环 境。
⒋ 矿物特征
⑶ 组合特征
主要对原生 ( 内生 ) 矿物而言，反 映沉积动力条件，指示物源区。除了 应用于沉积环境分析之外，在砂矿勘 探、港口码头工程论证等方面有重要 意义。
⑴ 残积物∶岩石圈表层的风化带称为风化 壳，构成风化壳的物质叫残积物。可划分 为物理风化残积物、化学风化残积物。基 本特点—原地性。