第四纪沉积物特征

(一)基本特征

第四纪沉积物广泛分布于地球表层，形成时间短或正处于形成之中，普遍成松散或半固结状态，易于发生流动和破坏，对工程产生不利影响。

第四纪沉积物分布于起伏不平的地表，处于不同气候带，受到各种地质营力影响，一般具有结构疏松，成因多样，岩相变化大，厚度差异大，有不同程度的风化，而且常含有化石及古文化遗存等。因此在研究第四纪沉积物时，连续观察露头和追索可靠标志层(包括地貌标志)是很重要的方法。地面上(除陡崖地形外)虽然都覆盖有一层厚薄不等的第四纪沉积物，但通常它的厚度只有几米到几十米(甚至只有几厘米)，只是在地壳下降区才达到几百米。保留在第四纪地层剖面中一些有特殊价值的层(如泥碳、冰层、风化壳、砂矿层等)，它们的厚度不大，但具重要意义。

第四纪或现代沉积物的岩性成因、成岩作用、胶结作用以及成岩过程中的新生变形作用等研究，对于分析古代沉积的成因和沉积环境，建立沉积模式，探索沉积规律和构造运用，都是很重要的。

(二)第四纪沉积物的时代

按照第四纪生物演变和气候变化，通常把第四纪分为4个时间尺度不等的时期，相对应的地层分别称为:早更新统(Qp1)、中更新统(Qp2)、晚更新统(Qp3)和全新统(Qh)。

在野外，对第四纪沉积物进行时代判别，需要掌握各时代沉积物类型的特点，并结合区域地质资料及地形地貌特点来判定。表2-6列出了Qp1、Qp2、Qp3、Qh野外鉴别特征。

表2-6 第四纪沉积物野外鉴定特征

(三)几类常见第四纪沉积物特征

第四纪沉积物可分为冲积物、洪积物、残积物、崩坡积物等。其各自特点分别概述如下。

1．冲积物

由长期地表水流搬运，在河流阶地、冲积平原、三角洲地带等平缓地段所堆积下来的碎屑物，称为冲积物，其特征为颗粒在河流上游地段较粗，向下游逐渐变细，分选性及磨圆度均较好，层理清楚。冲积物特征具体如下。

(1) 分选性较好。由于流水搬运能力的变化比较有规律，在一定强度的水动力状况下，只能有一定的碎屑物质沉积下来。如近河床主流线的沉积物粗，远离主流线沉积物细。

(2) 磨圆度较好。较粗的碎屑物质，在搬运过程中相互之间以及碎屑物与河底之间不断摩擦，变圆滑。如河床中的卵石，常常是相当圆滑的。

(3) 成层性较清楚。由于河流的沉积作用具有规律性变化。如因河床侧向迁移，同一地点在不同时期所处的部位在变化，接受的沉积物的特征也就不一样。此外，就同一地点而言，洪水期沉积物粗而且数量多，枯水期的沉积物细而且数量少;夏季沉积物颜色较淡，冬季沉积物颜色较深，不同时期沉积物的成分也会有差别等。

山区河谷冲积物大部分由卵石、碎石等粗颗粒组成，分选性较差，大小不同的砾石互相交替，成为水平排列的透镜体或不规则的夹层，厚度一般不大，这是进行野外鉴别山区河谷冲积物的一个标准，沉积时代均为Qh。一般来说，山区河谷的堆积物颗粒大，承载力高，但由于河流侧向侵蚀的结果也带来了大量的细小颗粒，特别是当河流两旁有许多冲沟支汊时，这些冲沟支汊带来的细小颗粒往往和冲积的粗大颗粒交错堆积在一起，承载力也因而降低。

2．残积物

岩石表面经物理、化学风化作用而残留在原地的碎屑物称为残积物。

残积物在形成的初期，上部的颗粒较细，下部颗粒粗大，但由于雨水或雪水的淋漓，细小碎屑被带走，形成杂乱的堆积物，没有层理、具有较大的孔隙度。残积物颗粒的粗细决定于母岩的岩性，因此，有些地区残积物是粗大的岩块，而另一些地区可能是细小的碎屑。残积物没有经过水平的位移，颗粒具有明显的棱角，但由于大的岩块受到重力作用在下坠过程中可能将周围小的岩块挤出，产生缓慢的、微小的水平位移。

残积物的成分与母岩的岩性密切相关，如花岗岩的残积物中，长石常分解成黏土矿物，石英常破碎成细砂;石灰岩的残积物则往往成为红黏土。残积物的厚度取决于它的残积条件:在山丘顶部常被侵蚀而厚度较小，山谷低洼处则厚度较大，山坡上往往是粗大的岩块。

残积物一般透水性较强，以致残积物中一般无地下水，但当堆积在低洼地段而下伏母岩又为不透水层时，则有上层滞水出现。

3．洪积物

山区或高地上的暂时水流将大量的风化碎屑物挟带下来，堆积在前缘的平缓地带，这种堆积物称为洪积物。

洪积物具有一定的分选作用。距山区或高地近的地方，堆积物的颗粒粗大，碎块多呈亚角形;离山区或高地较远的地方，堆积物的颗粒逐渐变细，颗粒形状由亚角形逐渐变成亚圆形或圆形;在离山区或高地更远一些的地方，洪积物中则往往有淤泥等细颗粒土的分布。但是，由于每次暂时水流的搬运能力不等，在粗大颗粒的孔隙中往往填充了细小颗粒，而在细小颗粒层中有时会出现粗大的颗粒，粗细颗粒间没有明显的分界线。

洪积物具有比较明显的层理，但在靠山区或高地近的地方，层理紊乱，往往成为交错层理;在离山区或高地远的地方，层理逐渐清楚，一般成为水平层理或湍流层的交错层理。

洪积物中的地下水一般属于潜水，由山区或高地前缘向平原补给。由于山区或高地前缘地形高，潜水埋藏深，离山区或高地较远的地方，地形低，潜水浅;在局部低洼地段，潜水可能溢出地表。此外，如粗大颗粒的洪积物尖灭在细小颗粒的上面时，潜水也可能在粗细颗粒的交接处溢出地表。洪积物的厚度一般是在离山区或高地近的地方厚度大，远的地方厚度小，在局部范围内的变化不大。

4．坡积物

高处的风化碎屑物由于雨水或雪水的搬运，或者由于本身的重力作用，堆积在斜坡或坡脚，这种堆积物称为坡积物。

坡积物的岩性成分是多种多样的，但与高处的岩性组成有直接关系。坡积物一般具有棱角，但由于经过一段距离的搬运，往往成为亚角形。坡积物没有经过良好的分选作用，细小或粗大的碎块往往夹杂在一起。但由于重力作用，比较粗大的颗粒一般堆积在紧靠斜坡的部位，而细小的颗粒则分布在离开斜坡稍远的地方。

坡积物中一般见不到层理，但有时也具有局部的不清晰的层理。新近堆积的坡积物经常具有垂直的孔隙，结构显得比较疏松。坡积物一般具有较高的压缩性，在水中很易崩解。坡积形成的黄土，其湿陷性一般比洪积或冲积形成的黄土要高得多。坡积层中的地下水一般属于潜水，在坡积物非常复杂的地区，有时形成上层滞水。坡积物的厚度变化比较大，由几厘米到一二十米。在斜坡较陡的地段厚度较薄，在坡脚地段堆积较厚。

(四)第四纪沉积物的岩性

第四纪沉积物岩性主要有碎屑沉积物、化学沉积物、生物沉积物、火山堆积物和人工堆积物。

第四纪碎屑沉积物按粒径分为:砾石、砂、粉砂和黏土4类。第四纪沉积物各种粒径的尺度变化范围较大，常表现为砂砾层、砾质砂土、砾质黏土、含泥质碎石和碎石土块等混合碎屑层岩类。

第四纪有机沉积物、化学沉积物和火山堆积物，依据沉积岩石学方法命名，第四纪有机岩按形成条件分为原地沉积和异地沉积两类。这两类有机沉积都可分为:泥碳、有机质淤泥和有机质碎屑沉积。

第四纪化学岩和火山岩的分类同一般化学岩、火山岩一样。人工堆积物以堆积物性质命名，如填土、垃圾、金属物等。地震堆积直接以地震命名。

(五)第四纪沉积物成因

第四纪沉积物成因研究，对第四纪地层划分、寻找砂矿和水文工程地质研究都有实际价值，也是探讨沉积岩相、沉积环境和沉积机制的重要对象，因而受到重视。

1．成因标志

主要的成因标志有:动力标志、地貌标志和环境标志。

(1)动力标志。是由沉积物岩性、结构、构造和产状(沉积物沿走向变化和分界线等)所阐明的地质营力和搬运介质的特征，如动水、静水、沟谷水流、冰川和风等。必须利用各种标志来确定相当复杂的第四纪陆相沉积成因，尤其要着重砾石和砂的动力标志研究，这是动力标志研究的关键。

(2)地貌标志。陆相沉积物和地貌存在着一致性或相关性。利用地貌标志，有时可以比用动力标志能更易于确定沉积物成因。例如底碛丘陵和终碛堤，明确指出了底碛层和终碛层的区别;倒石堆形态和坡积裙，指出了重力堆积物和坡积物的区别等。

(3)环境标志。有些第四纪沉积物，如风化壳、冰碛层、黄土和冻土，产生于一定的气候条件下。而淡水、半咸水湖相沉积物环境，则可由其“指相化石”反映出来。故环境标志，也是推断第四纪沉积物成因的重要条件。

2．第四纪沉积物成因推断

由上所述，第四纪陆相沉积物成因推断，应采用成因标志综合分析方法。这一方法应贯穿到野外观察和室内分析的全过程。

对于年轻的、各种标志明显的沉积物，其成因推断较易;而对于较老的、蒙受风化剥蚀的残余沉积物则比较困难。不同的标志，又因时因地而异，遂造成第四纪陆相沉积成因推断中的困难，特别是由于缺少定量标志，往往使问题变得模棱两可，这是一个值得重视和深入研究的问题。