书城自然混杂堆积与环境
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第86章 混杂堆积的成因判别原则和方法(2)

Flint(1971)曾提出碎屑成分、碎屑来源等九项指标用以判别混杂堆积的成因,现在看来其中有许多项指标是属于混杂堆积所共有的沉积特征而不具成因判别意义。因此,有必要就混杂堆积的成因判别指标的可行性进行划分和讨论,这将有助于我们正确判断。

(第三节)混杂堆积成因判别标志的分解与归纳根据近年实践,作者建议将混杂堆积特征分解成多达20余的成因判别标志划分成三类,即多解标志,部分多解标志和非多解标志(似专属标志)(崔久之,1988)。

一、多解标志在绝大多数情况下为各种成因的混杂堆积物所共有,因而不能起有效的成因判别作用。它们是:

(1)粒度组成范围广,从黏土到巨砾都有。

(2)分选差,大小混杂,累积曲线平缓而扩散,频率曲线双峰或多峰。在多数情况下峰值多变。

(3)砾石磨圆差。

(4)堆积体(岩层)产状多透镜体、带状体,水平延伸性差。相对而言,分布范围比较小。

(5)堆积体(岩层)下界面糙度大,起伏不平。

(6)堆积体(岩层)厚度数米至数十米居多,很少达百米以上,厚度变化快,体积小。

(7)含化石少或无。

(8)颜色杂,多数取决于母岩,少数取决于后期风化。

二、部分多解标志

即在其他条件配合下可以起到混杂堆积成因判别作用。它们部分受边界条件控制,部分只间接反映沉积环境而不是直接反映沉积物搬运介质的特点。前者如岩性成分、物源远近、黏土矿物及化学成分等,受基岩岩性及分布状况影响很大(尽管黏土及化学成分也能反映后期环境变化);后者如孢粉特征、砂粒及砾石形状与表面特征以及粒度统计参数等。现简述如下:

(9)岩性成分。指岩性组成的复杂与否。一般而言,冰碛物岩性成分复杂,泥石流次之,而火山碎屑堆积、坡积与冰缘堆积等岩性较单纯。

(10)物源远近及含巨砾(直径>1m)情况(指物质搬运的相对和绝对距离)。一般而言,冰碛物尤其是大陆冰盖冰碛物搬运较远,而泥石流搬运较近。坡积及冰缘堆积,崩塌、滑坡堆积来源最近。冰碛、冰缘堆积、泥石流、崩塌堆积含巨砾较多,而坡积含巨砾较少(除非冰缘堆积来源于冰碛物)。

(11)砾石形状特征。除砾石圆化差以外,不同混杂堆积物中砾石的几何形态是不同的,它们各自的磨圆度也不尽相同。

(12)砾石与基岩表面特征(指磨光面、擦痕、刻槽等)。迄今已知冰川、泥石流、河冰、海冰、滑坡和塑性泥流等外力作用过程和断层及层间滑动皆能在砾石或基岩表面造成规模不等而外观相似的表面特征。但细察之则仍可鉴别出不同成因。如本书第十三章(第四节)所述。

(13)砂粒表面特征。不同沉积条件下石英砂具不同的表面特征,这些特征借助双目镜、显微镜或扫描电镜观察。

(14)黏土矿物成分。受制于母岩也反映不同的气候环境。

(15)粒度统计参数、散点图及CM图象。利用统计计算和作图的方法对冰碛成因可起一定的判别作用。此外冰碛和泥石流沉积体系中皆包含多种沉积相或沉积类型,但以往的粒度分析资料未能进一步区分出这些沉积相,导致某种混淆。今后应深入总结能区分其不同沉积相或类型的粒度分析数据特征。

(16)砾石支撑类型、含石量和砾石饱和度(描述堆积体砾石间相互接触情况的一种表达方式)。一般分四类:(1)悬浮型(图141),指砾石在细粒物中彼此互不接触而呈悬浮状,含石量(按体积或重量)<25%,属极不饱和型;(2)支撑型(图141),砾石呈点状支撑相互接触,含石量25%—50%,属不饱和型;(3)叠置型,砾石间有较多的点和较大的面相互接触而显示彼此呈叠置状,含石量50%—75%,属基本饱和型;(4)镶嵌型,砾石间接触较紧密呈互相镶嵌状,只留下很少的空隙,含石量>75%,属饱和型。据野外所见,典型泥石流沉积相(如混杂砾石层、悬浮递变粒级层等)多为悬浮型,大陆冰盖或山地冰川的滞碛亦然,冰下融出碛多为支撑型,水石流堆积多为叠置型(如庐山羊角岭和黄山谭家桥扇形地剖面),而大多数河床冲积砾石层则为镶嵌型(图142)。

图141甘肃武都笼床沟泥石流悬浮型(中上部)支撑类型(下部)结构(17)特殊包裹物。指沉积物在搬运过程中裹挟的某些特殊物体。如冰碛物中有冰川前进时修剪两侧森林而裹挟的树木,泥石流前进时裹挟的树木、林叶、泥球和泥块而构成底泥层或裹着碎石块的泥壳,以及火山碎屑中的焦木和炭屑等。

(18)孢粉组合。必须强调孢粉组合所提供的气候冷暖变化都不是冰川存在与否的直接证据。“冷”如现代的高山或高纬苔原带并无现代冰川,“暖”如我国藏东南现代海洋性冰川仍穿行于山地温带森林中。总之,“冷”不等于有冰川,“暖”不等于没有冰川。显然,孢粉组合只是间接的环境标志。

三、非多解标志

指最能反映沉积物搬运介质及流态条件的微观和宏观结构、构造特征。这些特征在不同成因混杂堆积物中是不相同或很不相同的,可借以判别大部分混杂堆积的成因。这类特征,基本上不受次生变化的改造、能完善地保留着原始的成因信息。这类标志有:

(19)砾石组构。是十分有效的成因判别标志。如冰碛物中砾石a轴组构发育良好,其优势方位是平行冰川流向,泥石流则不然。泥石流堆积中ab面优势方位在全剖面上均发育良好,一般均倾向上游(图142)。而冰碛物中ab面组构不发育,一般无优势方位,而仅在局部受冰川推挤应力集中处倾向上游。

图142庐山羊角岭(a)和黄山谭家桥(b)泥石流堆积的砾石组构特征示意图(20)沉积构造和岩石表层变形构造。不同成因的混杂堆积之沉积构造特征各异,如冰川作用的冰床推挤而造成独特的变形构造——表皮构造(图143)。

纽约附近湖相细砂层中受冰川挤推造成的表层构造(Flint,1971)(21)沉积构造和结构。作者曾应用这类反映不同成因的结构构造特征,成功地判别桂林地区的混杂砾石层是泥石流而不是冰川作用产物(施雅风等,1986)。

(22)粒序垂向变化。指砾石和基质部分的粒径在垂向上的变化。泥石流有上细下粗的粒序,而冰川沉积则随机无序。

图145甘肃武都笼床沟泥石流堆积层中细粒物(<2mm)的垂向粒序变化(23)成层性和层理。泥石流堆积物成层性较好,但有层无理(指无分选),冰川堆积物则既无良好层次,又无分选。

(24)相序共生关系。指不同沉积相或亚相在垂向上的组合关系。

(25)沉积韵律与旋回。同一岩性的岩层在垂向上的重复出现情况,是区域气候,大地构造、地貌过程反复变化的反映。在泥石流沉积中比冰川明显。

(26)地貌背景和沉积体系。能在一定地貌单元内有成因联系的沉积相的组合关系。换句话说,即在一定地貌单元内,有些相或亚相可以伴生,有些则不伴生。

我们把业已收集到的各成因类型的混杂堆积物的沉积特征分成不同项目列于。

当初步浏览了混杂堆积物主要类型的沉积相特征以后,似乎既看到了困难也看到了希望。

困难在于各主要类型的动力过程有相似之处,有一相多属的现象。如泥石流过程可以出现在冰川堆积、冻融蠕流堆积和火山碎屑堆积中;冰碛物、冰缘坡积物、泥石流堆积物的颗粒累积曲线都具双峰型;冻融蠕流堆积、水石流堆积皆有砾石ab面倾向上游的优选方位。冰川的滞碛和泥石流的混杂层皆有无分选而胶结紧密的特点等。凡此种种现象都表明借助单项标志是不能判别混杂堆积的成因类型的,必须综合应用多项标志的原则方能奏效。

众所周知,混杂堆积各主要类型的搬运、堆积的动力机制是互有异同且异多于同的。现代沉积相研究也要求我们必须给予各类沉积物的结构、构造特征以动力解释。我们可以从各种介质的动力过程、流态性质来探讨堆积物的形成机制,也可以从沉积物的沉积特征来反推并验证搬运沉积的动力过程,通过努力就可以从更大的深度和广度来判别各类混杂堆积物的本质区别。在此基础上应着重研究各类混杂堆积物在横向和垂向上的演化,在查明宏观环境与沉积作用关系的同时查明局部环境下各亚相的特征,这样就有可能建立各类混杂堆积物的沉积体系和沉积相模式,把对判别标志的研究引向更理性的认识。当然,众多不同组合的混杂堆积体也是客观存在的。

人们也许是从研究河、湖、海沉积物的正统的有序的观念出发,将这些非正统的无序的沉积称之为“混杂堆积”。其实,“有序”与“混杂”都是相对的,从Flint提出混杂堆积之命名(1960,1971)和系统阐述混杂堆积之类别,已分别过去50多年和40多年了,混杂堆积已由一个名词和一个较小“家族”发展到一个较大“家族”——一个可能的沉积相的分支,人们的认识确实更加广泛和深入了。本书把这一“家族”归纳为三大不同动力系统,就因为从多种角度看它们都有明显的差别。对于有心人,多种门径均可用作成因识别的。这已不像几十年前甚至有人说“区别混杂堆积的成因(主要指冰川堆积和泥石流堆积)是不可能的!”但对于只满足媒体的需要而不作深入细致的科学研究的人来说,要对混杂堆积的成因作出科学的鉴定那肯定是“天方夜谭”。

早在40多年前,Flint(1971)就根据当时的认识拟定了混杂堆积物和混杂沉积岩特征对比表(表111),以便于人们掌握冰碛物与其他混杂堆积的成因判别的方法。

他当时列出混杂堆积9项特征指标,并划分了气下和水下环境。

现在,作者也循此思路作了另一表格,列出了15种以上类型和18种判别指标。因考虑到大部分类型气下水下皆可形成,就未再刻意区分水下或气下环境。但比较研究的范围已不仅仅是如何区别冰碛物,而是扩展整个混杂堆积和混杂岩家族,也许“混杂”的观念将日益淡薄,因为我们将从“混杂”中鉴别归纳出更多有序的特点来。

顺便提及,当我们在野外面对混杂堆积剖面时,观察的方法应该是时远时近、多次反复。远观是为了把握整个剖面所在的地貌部位、堆积物大的结构构造,如有无层次、层理、较大扁平砾石的ab面倾向,无序的砾石层中有无板状透镜体以及有无大型剪断、推挤、褶皱、斜层等。而近看则注意颗粒支撑类型、粒序、基质类型、砾石岩性成分(百分比)、砾石磨圆度、有无孔洞以及砾石定向排列等。只有反复远近细察多次,才会对剖面结构留下较深刻印象,也才能对剖面堆积物成因有一个初步看法。也许还应对基质部分采集一些原装样品(用胶粘牢),带回实验室做微结构观察和矿物成分分析,等等。在此,作者想起前苏联著名沉积学家鲁欣(1956)的一段话:“解决沉积物成因,决定性的是在野外观察,室内分析只能是辅助性的。”