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沉积环境

环境是地理学中的概念。地球表面划分为不同的地理单元,如山脉、河流、湖泊、沙漠、海洋等就是自然地理环境单元,即地貌单元。沉积作用进行的自然地理环境,称为沉积环境(depositional environment)。沉积环境是一个发生沉积作用的,具有独特的物理、化学和生物特征的地貌单元,并以此与相邻的地区相区别。沉积环境只是环境的一个主要部分。 [1]

岩石在沉积和成岩过程中所处的自然地理条件、气候状况、生物发育状况、沉积介质的物理的化学性质和地球化学条件。一般可分大陆环境、海陆混合环境和海洋环境三大类,和若干小环境,如沙漠、三角洲、海底扇、陆棚、深海平原等,都是沉积环境的单位。大陆环境包括陆地环境(冰川及沙漠环境)、河流环境、湖泊和沼泽环境、洞穴环境。海陆混合环境又称海陆过渡环境,包括滨海、三角洲、边缘湖和河口湾环境。海洋环境分浅海、半深海和深海环境。也有分为5个环境组的:冲积环境组(包括冲积扇、辫状河、曲流河、三角洲等环境)、岸带环境组(包括海滩、潮坪、堡岛、堡礁、湖、河口湾等环境)、海洋环境组(包括浅海环境和浊流盆地环境,后者又分为海底扇、扇谷、天然堤、远基拦水区等亚环境)、内陆盆地环境组(包括淡水湖、盐湖、干盐湖、盐坪、砂丘原野等环境)以及冰川环境组(包括大陆冰川环境和冰海环境)。

有人认为沉积环境是沉积相的同义语。沉积环境对沉积岩和沉积矿床的形成具有重要的影响和控制作用,不同的沉积环境可形成不同类型的沉积岩和沉积矿床。

分为大陆冰川环境和冰海环境。大陆冰川环境分山谷冰川、 山麓冰川、 冰盖或冰帽等亚环境。山谷冰川由较高处的冰斗和冰原补给。山麓冰川是由一些山谷冰川流至山麓处汇集成的宽广冰体,可发展成冰盖。但大的冰盖发育在高原区,尤其高纬度大陆区,如格陵兰和南极洲的大冰盖厚达数千米。高纬度区的冰盖边缘伸入海中可形成冰棚,冰棚崩解或部分大陆冰川带入海中可形成许多在海中漂浮的冰块和大的冰山,能漂浮1000公里以上,这个海域称冰海环境。冰川负载物是冰川流动时侵蚀基岩的破碎物质、冰川谷壁的岩石破碎物,以及地表的松软物质等。冰川流动过程中和冰川末端都有融解,常形成大小混杂、碎屑呈棱角状、粗大碎屑上还常有磨光平面和冰川擦痕的冰碛物。按冰碛物在冰川中的位置分底碛、侧碛、中碛和终碛等。冰川前进时终碛多被破坏,冰川后退时形成一连串冰碛岭,冰川末端和冰盖边缘常发育成群的鼓丘,有很多蛇形丘或冰砾阜,前者长0.5~250多公里,后者呈不规则圆锥状,高数米至百米以上。冰碛物中常含冰川漂砾。冰川后退时融冰水还形成冰水河流,冰水扇,冰水扇平原和辫状冰水河冲积平原等亚环境,向冲积环境过渡。在冰海环境中,冰棚后退,冰山、冰块等融化,携带各种大小的、富棱角的负载物,分散沉积到冰海海底软泥中,可形成相当广泛的冰海沉积。

沙漠是几乎没有植被、昼夜温差大、以风的营力为主、常有大面积沙丘的高度干燥地区。现代大陆有1/5地区为沙漠区。沙漠环境中有无沉积的、以风蚀作用为主的地区,如形成风蚀洼地或只有基岩裸露的岩漠环境等。广泛分布滞留的砾石和粗砂的沙漠区称石漠,或称戈壁。沙漠中的砾石常具风蚀形成的光滑微弯曲的棱角表面和光滑的脑纹状表面,前者为典型的风棱石,多为三棱石,有时砾石表面还有沙漠特有的黑色光亮的沙漠漆。沙漠中分布最广的风成沉积物是沙漠砂,多成沙丘,也有平坦的沙席,暴风期沙席也形成纵向沙条;它们组成成片分布的沙丘原野,大的沙丘原野可达50万平方公里。分布最广的沙丘类型为新月形沙丘和平行盛行风的纵向沙丘;沙丘脊高数米及至100~200米。风速减弱时沙丘上还可叠置风成沙纹。沙漠中也有降水,还有骤雨,可发育成间歇性河流,但因干旱时间长,称干河或旱谷。在山麓谷口处还可形成旱谷扇。沙漠中低洼湿地有植物茂密生长处形成沙漠中的绿洲。沙漠中也可有暂时性的湖泊,称沙漠湖。干涸的沙漠湖和旱谷中洼地处还常形成龟裂泥地,并形成很多泥裂碎片,也可经暂时性流水带入冲积物中。沙漠中也有盐湖,但常成干盐湖。

现代湖泊的面积约占大陆表面的1%。湖是陆地上凹地蓄水形成的水体,是隔离的、无潮汐的水盆地,也是一个小的生态区。小的湖可小于1平方公里,而有些大湖甚至被叫作海,如里海、咸海。然而,海是有潮汐作用的连续水体,以有较一致的含盐度(35‰)和具一定特征的窄盐度生物而区别于湖。湖的含盐度不固定,但大部分属淡水湖,有微咸湖和盐湖,因而有不同的生物种属。世界上有的滨海湖与海连通,但湖水的化学性质及其中的生物群也不同于海。有些湖泊只是分布在陆地平缓或低洼处的暂时水体,而大湖则常常是较古老的构造湖盆,是长久性水体。一般,湖泊沉积物常发育清楚的、薄的年纹理。这是由于季节变化为主导因素形成的。在 1厘米厚的湖泥沉积中常可有数条、乃至上百条薄纹理。湖沉积物因湖泊所处地理位置和大小等可以很不相同,在有些地形较复杂,基岩出露较多的地区,湖滨带可形成沙堤和窄的砂砾滩等,湖中心为泥质沉积,过渡的浅湖、半深湖多砂泥混合沉积。在温暖潮湿气候条件下,如地势平缓,碎屑物供给少,湖滨还可发育介壳滩和鲕滩,湖中心可发育灰泥沉积。有些湖泊近滨发育藻和软体动物,而湖中心沉积腐泥,这类沉积在以后的地质时代可形成油页岩。干旱区的盐湖沉积虽然也有多种多样的碎屑和生物沉积,但常主要为蒸发成因的化学沉积,有各种碳酸盐、硫酸盐、氯化物等沉积;但也常显有年理,具湖沉积的特点。

沼泽是陆地上饱含水的、常长满植物的过湿地区。它是一种特殊水体,常常发育在滨海,湖泊和湖边缘。有时湖泊或湖可完全转化为沼泽。沼泽也有咸水和淡水之分,滨海和湖边缘的沼泽为咸水沼泽,内陆的沼泽均为淡水沼泽。沼泽植物死后为带入的泥砂掩埋或为水体覆盖可形成泥炭沼泽。沼泽地的破裂还可形成大面积分布的黑色泥土的溢流沉积物。沼泽沉积物中富生物扰动构造,纹理不发育,一般多为不厚的块状层理。沼泽沉积物富有机质,呈暗色,并以常富植屑和植物根为特征。

是大陆至滨海区由雨水或融化的冰雪水、泉水等汇集成各种地表径流和部分片流或漫流携带推移质和悬浮质的沉积环境。其中河流及其流域盆地是分布最广的冲积环境。冲积环境按地势高低大体分为山区河流和山麓冲积扇带、曲流河和冲积平原带、滨海的三角洲带。冲积扇是发育在山麓区的半圆锥状或扇状富粗碎屑沉积体的地貌单元,属洪水沉积物,主要为辫状水道和漫流沉积的沉积物。在干旱、半干旱区冲积扇较典型,常发育泥石流。冲积扇一般形体较小,多锥形,扇面积2~100平方公里,每公里坡降可达100米。潮湿区冲积扇面积常较大,比干旱扇可大数百倍,甚至达10000~15000平方公里以上。但潮湿区冲积扇,以辫状河沉积占优势,因向河流沉积过渡而冲积扇沉积物不甚典型,泥石流常被稀释渐成冲积物,或泥石流沉积多砂质而不典型。一般较典型的冲积扇,近基扇部分常含巨砾,富砾石,有时还有由基岩破裂物形成的粗碎屑沉积体,富孔隙,有滤掉细物质的筛滤作用,富粗碎屑的冲积层常和富泥质基质的泥石流层成厚层互层。远基扇则主要为河成冲积砂层,粗碎屑粒径减小,含量降低,基本上没有泥石流沉积,但面积大,坡度变小,逐渐过渡为冲积平原。

河流为有狭窄和限定路线和常含有泥砂的地表水流。有较大汇水面积的河流常形成永久河或常流河,汇水面积小或干旱区的河流则多成间歇河。河流类型主要有曲流河或蛇曲河和辫状河,还有少见的交织河和顺直河。河道内弯侧常发育点砂坝又称内弯坝或边滩,河岸常发育天然堤,洪水期可形成决口扇和漫岸沉积。辫状河一般发育在河流中、上游较陡处,水流浅急,流量变化大,输砂量大。辫状河道不断分叉而又汇合,河床不断迁移,属游荡性河。辫状河道汊道间还夹有许多沙岛,又称心滩,组成辫状沙坝。顺直河为弯曲度近于1.0的单一河道河流。交织河为两个或多个弯度多变的河道组成的河系,伴有大而稳定有植被的岛或粘结性的滩。河流中、下游常发育冲积平原环境,主要由曲流河沉积及其泛滥沉积物所组成,其中还发育与河道连通的湖、废弃曲流河道形成的牛轭湖以及一些沼泽。河流下游流入湖、海处都可形成三角洲。河流进入三角洲环境时首先形成多条分流河道,发育成三角洲平原亚环境。分流河道也发育天然堤,也有决口扇和漫岸沉积,河道废弃期广泛发育沼泽和泥炭沼泽,是地质时期成煤的重要环境。在海或湖的岸坡带还发育由分流河口沙坝,侧翼席状砂,远沙坝等组成的三角洲前缘亚沉积环境。在三角洲坡脚处形成富泥质、有水平纹层,有时有滑塌块和滑塌褶曲的前三角洲亚沉积环境。但在较强的潮汐或波浪发育的海岸带,河成三角洲还不同程度地被改造成潮控或浪控具潮汐海岸或波浪海岸沉积特点的破坏型三角洲。如发育在海、湖沿岸的冲积扇,有高坡降和发育辫状水道时,则可发育成扇三角洲环境。扇三角洲平原亚环境常为多发洪水沉积环境,也发育辫状分流河道及漫流沉积,也有泥石流沉积,其废弃阶段如为潮湿气候可大面积发育沼泽和泥炭沼泽。水下斜坡部分则常形成富砂砾质的扇三角洲前缘亚沉积环境,以及在坡脚处形成富泥质的前三角洲亚沉积环境。

是海陆之间以波浪作用和潮汐作用为主要地质营力的狭长地带,是三角洲、河口湾之间的海岸带。滨海环境向陆达到暴风浪或特大高潮到达的区域及有滨海风成沙丘分布的内岸区;向海包括水下岸坡带的正常(好天气的)浪基面以上的区域及其狭长的海域。以潮汐作用为主的海岸带可分为平均高潮面以上的潮上带、平均低潮面以下的潮下带以及高潮滨线与低潮滨线之间的潮间带,后者是狭义的滨海环境。但坡度低于1‰的潮汐滨海环境则称潮坪。波浪作用较明显的海岸带的陆上较平缓的岸面称海滩或海滨,其前部经常为海水淹没,称前滨或滩面;其后部为后滨。海滩后面仅有风成沙丘分布而暴风浪难以达到的区域则属内岸。波浪较明显的岸带海域称近滨或滨外,或将发育拍岸破浪等的近岸海域称滨面或滨内,而更外面的滨海海域称滨外。还有,滨海环境中在潮汐作用不大的弯曲的缓海岸带,如有沿岸流带来或其他来源的充分的泥砂供给,在波浪作用下可发育成沙嘴、沿岸沙坝或障壁沙坝和障壁岛,后者又称堡坝和堡岛。障壁可使沿岸水体与广海有阻隔,在障壁后狭长水体或内湾中成半封闭或限制流通环境,潮湿气候可淡化,干旱蒸发条件可咸化,这种环境称边缘湖。

是由正常浪基面以下的岸坡带到-200米深的海域;可有陆棚、海湾、海峡等不同地貌区。有些人把浅海定义为低潮滨线至-200米深的海域,这就包括了潮下带或广义的滨外海域。实际上,各地的陆棚宽度和陆棚边缘的深度不一。现代海湾类型的浅海环境称陆表海,坡度平缓,深度一般在-30米以内,现代分布不广,地质时期可能有广泛分布。大陆边缘常有大量沉积物沉积的海域称陆缘海,属陆棚浅海区。

滨海和浅海沉积环境中,不但广泛沉积有陆源碎屑和粘土物质,还常发育有碳酸盐质、硅质、铁质、磷质等沉积物,其中碳酸盐沉积物分布很广。这一环境的沉积作用很多是有生物参加的,因而还有主要由生物生长形成的生物礁、叠层石等。此外,在干热蒸发条件下还形成超盐度的潮坪和湖的蒸发沉积物,如石膏,石盐,钾镁盐岩等。陆棚中广泛分布的砂砾质沉积物,可能和地质历史上冰期时海平面降低有关。陆棚海床上常有底流因风暴浪作用而形成的砂砾沉积。

海洋环境中的主要沉积环境是陆缘区,或称海面下的大陆,包括浅海陆棚和与陆棚相连、坡度变大(4°~7°,有时达13°以上)的大陆坡,大陆坡前面的陆隆等3个部分。它们都是大洋中的陆壳,陆隆是陆壳的最外部边缘。陆缘区沉积物占海洋沉积物总量73%,也多于陆地沉积物总量。而陆缘区面积只相当大陆的一半,占海洋面积15.3%。陆缘区沉积除滨海、浅海和三角洲等沉积外,在大陆坡坡脚处及陆隆区还分布有大量浊流和滑塌等沉积物,形成浊流盆地环境。大陆坡平均深度约为1200~1300米,大陆坡和陆隆一般属半深海环境。海洋中最广阔的部分是深度多大于2000米属深海的远洋环境,也可有浊流盆地,但一般不是重要的沉积环境,而常有大面积的近似平衡的环境。大量的滑塌沉积、水下泥石流沉积和浊流沉积集中在浊流盆地的海底扇环境中。内扇发育滑塌沉积和主水道的具递变层理的砂砾沉积;中扇形成分流水道,主要为块状的砂层和含砾砂层形成的叠置朵叶,中扇下部到外扇区水道渐消失,形成大面积低密度浊流沉积(见浊积岩)。有时补给来源中断,水道为泥质充填,形成泥质海底扇。也有全体成砂质的海底扇,但不再分叠置朵叶。大西洋近底部有一种来自北冰洋区沿等深线流动的等深线流,或称平流,常为含雾状细悬浮物质的低密度流性质的流体,不但可形成细粒平流沉积物,还常常改造陆隆区的各类浊流沉积使其具平流性质。深湖也可有浊流盆地环境,但不典型,规模小。


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