04第四纪沉积物的研究方法

第四章第四纪沉积物的研究方法第四章第四纪沉积物的研究方法•一、第四纪沉积物的特征•二、第四纪沉积物的成因研究方法•三、各种成因沉积物的野外鉴定一、第四纪沉积物的特征1、基本特征2、第四纪沉积物的命名3、第四纪沉积物与地貌的相关性4、第四纪沉积物时空分布规律一、第四纪沉积物的特征•1、基本特征（1）岩性松散是确定第四纪沉积物的重要特征。除海滩岩、火山岩、强钙质胶结的沉积物外。•（2）成因多样•几乎包括了所以外力成因的沉积物。1、基本特征eldlplalalll（3）岩性岩相变化快1、基本特征•（4）厚度差异大•厚度从0米到数百米。1、基本特征北京平原区第四系厚度等值线图•（5）不同程度地风化•早更新世：全风化到半风化•中更新世：半风化•晚更新世：薄的风化皮•全新世：未风化1、基本特征•（6）含哺乳动物化石和古人类•尤其洞穴堆积。1、基本特征2、第四纪沉积物的命名•砾石、砂、粘土。•进一步细分采取二元法命名。–例如：据砂和粘土的含量划分–砂、亚砂土、亚粘土、粘土。2、第四纪沉积物的命名第四纪沉积物的二元法命名（砂砾沉积物）第四纪沉积物的三元法命名（砂、粉砂、粘粒沉积物）3、第四纪沉积物与地貌的相关性•－－剥蚀区地貌发展的同时在相邻的堆积区一定有相应的堆积。•如何证明相关性？•（1）岩性成分是否来自供源区；•（2）看每期沉积物的粒度变化；4、第四纪沉积物时空分布规律•受气候、地形和构造运动等因素影响•受气候地带性规律控制，中国第四纪沉积物沉积有明显纬向和经向地带性；•地貌三大阶梯：纬向分布受干扰，而经向地带性得到加强；•新构造运动与沉积物分布：第四纪沉积物在时间上有继承性。二、第四纪沉积物的成因研究方法※◆第四纪沉积物的成因类型（genetictype)◆－－指在第四纪时期，由于某一种地质动力所造成的特有的沉积物。1、第四纪沉积物的成因类型标志2、第四纪沉积物成因类型确定的原则和方法3、第四纪沉积物成因分析及其分类1、第四纪沉积物的成因类型标志•能明显反映沉积物成因的标志，叫成因类型标志。包括以下三个方面的标志：•（1）沉积学标志※•（2）地貌标志•（3）环境标志1、第四纪沉积物的成因类型标志（1）沉积学标志※●A、岩性●B、结构●C、构造●D、产状●E、沉积体形状（1）沉积学标志●A、岩性a、砾石砾性岩性单一/复杂？近源/远缘？★砾径（a、b、c轴）★★砾向（ab面a轴）★★★砾态（圆度球度扁平度）★★★砾石表面特征（擦痕擦口压痕撞痕砸痕）风化程度（全风化半风化未风化〕砾性：不同成因的沉积物砾石的岩性不同。砾性冰川漂砾洪流河流冰川重力片流较简单最简单复杂较简单简单21（1）沉积学标志砾径小大泥石流堆积洪积物冲积物湖积物风积物冰碛物风成沙冰碛物好差分选砾径砾态圆度23砾态圆度海滩砾石河流砾石洪积砾石冰碛砾石24砾态扁平度32acb球度K＝（a＋b）/2c注意：圆度与球度不完全对应25砾石的a轴排列及ab面特征砾向砾石的推移水流方向砾石表面特征（擦痕擦口压痕撞痕砸痕）冰川成因：条状擦痕、压痕、三角面河流成因：溶蚀坑、光滑点状坑泥石流成因：点状撞击坑重力成因：点状坑、贝壳状坑（1）沉积学标志表面特征擦痕、压痕、磨光面、熨斗状等风棱石点状、纺锤状擦痕29砾石统计•判断古水流的流向•研究不同阶地之间的关系：砾石组成水流动力条件•长江三峡何时切开？砾石统计•大砾岩山三好砾岩成因（1）沉积学标志•A、岩性•b、砂和粘土(2mm)砂、亚砂土、亚粘土、粘土※粒度特征研究•方法：筛析法、激光粒度仪•图件：–直方图–频率曲线–累积频率曲线–正态概率曲线–C-M图•粒度参数粒度分析步骤•获得基本的粒度资料，包括样品接收、处理和进行机械分析•机械分析所获得的资料作成各种图表•计算各有关参数和绘制相关图式•用各种方法分析研究这些资料、数据和图式，推出沉积物的来源、搬运动力和沉积环境粒度分析步骤•样品预处理–分样：均匀将样品分成几份——缩分–洗样：洗去沉积物中的杂质粒度分析步骤分样将拌匀的样品平摊在纸上，在样品上划十字，将样品分为相等的四分，分别取对角的两分混和在一起，就将样品缩分为一半了，以此类推。注意：缩分准确与否是决定分析的样品是否真正具有沉积物代表性的关键，故缩分必须有同一分析人员亲自作。粒度分析步骤洗样洗盐：对海、泻湖和盐湖等样品，将样品置于高烧杯中，加水用玻璃棒搅拌后静置过夜，第二天将杯中清水吸去，再加清水，搅拌静置过夜，如此重复3次即可。除去有机质：通过过氧化氢（H2O2）去处沉积物中的有机质。在盛样品的高烧杯中加入6％的H2O2，用玻璃棒搅拌，过一夜再加一次H2O2，直至没有气泡产生即说明有机质已全部氧化，过量的H2O2用加热法排除。去钙胶结物：盐酸去除；加10％左右盐酸于放有样品的高烧杯，用玻璃棒搅拌后放置第二天，除去清液，再加盐酸，如此反复至不再起泡，然后换清水，搅拌，过夜，吸去清液，加水洗至无钙离子和氯离子为止。方法：激光粒度仪•样品前处理步骤如下：•（1）取0.5—1g（粗砂可适量增加）样品放入50ml烧杯中，加入约烧杯容量1/2的自来水浸泡样品，加入2—3滴10%H2O2，靜置24小时（有机质挥发，生成CO2）；•（2）24小时后（无气泡产生），用电炉蒸样品，使反应剩余的H2O2挥发出来；•（3）蒸完放凉后加入适量10%HCl(1—2ml)，再靜置24小时（溶解生物钙，生成CaCl2）滴管析出清液；•（4）用pH试纸测试其pH值，加入蒸馏水稀释，直至沉积物再次沉积（24小时）；•（5）重复第四步，直至pH值呈中性；•（6）抽去蒸馏水，加入0.05mol/L的NaPO3分散剂约10ml，并用超声波清洗机振荡10分钟后上机测量。粒度测试结果分析（图件）•直方图：常以粒径区间（组距）为横坐标，以频率（或频数）为纵坐标做成的一种最简单的统计图。它是以矩形面积代表频率（或频数）的分布。可以一目了然的表示出各样品粒度的变化，众数的位置和移动、偏度情况等。粒度分布-3.3-0.81.74.26.79.211.714.2粒度（Phi单位）0123456体积(%)GWL-40,2003年11月10日15:06:42频率曲线图将直方图上各矩形上边中点连成一圆滑曲线，即是频率曲线。也可直接从累积曲线上求得，即频率曲线是累积曲线的微分优点：能更准确的确定众数值和偏度的情况粒度测试结果分析（图件）粒度分布-1.70.32.34.36.38.310.312.314.316.3粒度（Phi单位）01234567体积(%)GWL-40,2003年11月10日15:06:42粒度测试结果分析（图件）累积曲线图（又称累积百分含量图）用来表示大于一定粒级的百分含量的统计图，以粒度为横坐标，以粒度频率累积分布为纵坐标，由于粒度分布一般属正态分布或对数正态分布，故其曲线呈S形。优点：可用分组或不分组的资料作图，曲线形状不太受分组间隔大小的影响，可从曲线上读出分布的四分位值或任意分位置，以供粒度参数计算用缺点：不如直方图那样容易确定众数值和众数组粒度测试结果分析（图件）概率累积曲线图将累积曲线的纵坐标累积频率的算术值改为概率质作出的图即是概率值累积曲线图。沉积物的粒度成分因搬运方式不同，可分为推移、跃迁和悬移3各粗细不同部分，它们各成对数正态分布，在图上分为几个直线段，斜率代表分选程度，越大，分选越好优点：为沉积物的直接对比提供许多定量指标，便于肉眼与正态分布作比较，还可以进一步说明颗粒的搬运状态缺点：不如直方图那样容易确定众数值和众数组321水流：分选性：321水动力条件：123水动力稳定性：321不同成因介质：3：河流2：片流1：重力、冰川不同沉积物的几种概率曲线图（P11）粗三段型--河流粗二段型--河流、洪流、风力、或海浪细一段或细二段--片流一段式曲线--滑塌浊积砂高角度的直线型--风暴浊积砂(约45度)分选性峰值高低平均粒度粗、细含量（b）砂和粘土的成因标志※粒度分析粒度参数标准差偏度峰态σ值等级Sk值等级Kg值等级0.350.35—0.50.5—0.70.7—1.01.0—2.02.0—4.04.0分选极好分选好分选较好分选中等分选较差分选很差分选极差+1.0—+0.3+0.3—+0.1+0.1—-0.1-0.1—-0.3-0.3—-1很细偏细偏近于对称粗偏很粗偏0.670.67—0.90.9—1.111.11—1.500.50—3.003.00很宽宽中等窄很窄非常窄※粒度分析•判别风和海滩环境公式Y=-3.5688MZ+3.7016σ2-2.0766SK+3.1135KG当Y-2.7411时，属风成环境，Y-2.7411时，属海滩环境•判别冰碛和冰水沉积环境公式Y=-00256MZ+0.03501σ2+0.02578SK-0.01549KG当Y0.8133时，属冰水沉积环境，Y0.8133时，属冰碛环境应用※石英砂表面微结构分析•石英砂的选择–选取0.5-0.25mm的中、细砂•石英砂的处理–筛分，选所需粒级，取3-5g样于浓盐酸中，煮沸10分钟，蒸馏水洗净、烘干•制样–任选15-20颗石英砂（能概括反映样品的全部颗粒形态特点），固定在样品托上，镀一层厚200的金钯合金。※石英砂表面微结构分析•原理：高倍放大•基本原则：环境因素是沉积物上机械、化学、物理和生物等影响反映的总体，各种因素互相作用、干扰，改变颗粒的原始特征（原生形），使颗粒获得特定区域逗留的典型形状（它生形），故需研究每种类型迹象、互相影响和颗粒表面形态之间的联系。结合野外标志，运用统计方法，依据表面特征组合解释沉积环境。扫描电镜下石英砂的观察扫描电镜下石英砂的观察※石英砂表面微结构分析•石英砂粒的外形特征–磨圆度、扁平度等•石英砂的表面特征–原形特征：结晶条件直接遗留的一切迹象。包括：颗粒的形态、结晶体生长形态、火山玻璃壳、包裹体及作用、贝壳状断口、熔融痕迹–它形特征：受结晶条件和沉积环境的双重影响产生的一切迹象。必须系统观察：顶端、凹坑、平坦面–晶面微生物扫描电镜下石英砂的观察※石英砂表面微结构分析•它形特征–机械作用迹象贝壳状断口磨擦痕碟形月牙形（新月形）撞击V形坑过渡形–化学成因特征溶蚀痕沉淀形态（球状、花状、薄片状等）各种环境下石英砂表面微结构特征※石英砂表面微结构分析•残坡积–新鲜，与母岩中的极相似•冰川环境下–常有贝壳状断口和不规则断块，平摊的解理面常组成一系列的阶梯状特征，具深而直、不平整的冰川擦痕和其他刻蚀形态•洪积石英砂–磨圆差，具不规则外形，贝壳状断口，锯齿状脊线和方向紊乱、无一定规律的擦痕和沟槽，有V形撞击坑各种环境下石英砂表面微结构特征※石英砂表面微结构分析•河流环境–距离短或上游：具有尖棱锐角的不规则状，表面有三角形的机械撞击痕–距离长或中下游：磨圆度高，边棱次圆状，具洁净的表面和水下磨光面，有浅碟形凹面，V形坑（三角形撞击坑）、假擦痕和沟槽•海洋环境下–海滩砂：V痕、V坑呈等腰且大致为同一方向，刮痕线、弯曲钩，磨圆度高，表面具贝壳状断口和SiO2沉淀、具有方向性的溶蚀沟和溶蚀坑–大陆架砂：磨圆度好，溶蚀孔，Si质沉淀物，具明显的成岩作用标志各种环境下石英砂表面微结构特征※石英砂表面微结构分析•风成环境下–风成砂：次圆状，不透明毛玻璃状，圆形坑，浅碟状凹坑。–风成黄土：表面被一层SiO2包裹，棱形、纺锤形、流线形和不规则状颗粒，贝壳状断口•喀斯特环境–强溶蚀形态，酷似地表石灰岩表面的小溶沟，也常有SiO2的再沉淀被磨蚀贝壳断口，海滩V形撞击坑，海洋V形撞击坑，海滩溶蚀沟，岩溶V套V形态，河流贝壳断口，坡积※碎屑矿物分析•轻矿物：比重2.9•重矿物：比重2.9•对碎屑矿物研究的意义：–通过分析和鉴定，确定矿物组合，判断沉积物来源、搬运途径，对地层的分析和对比、重建古地理环境有着重要的意义※碎屑矿物分析•轻矿物：比重2.9•重矿物：比重2.9•对碎屑矿物研究的意义：–通过分析和鉴定，确定矿物组合，判断沉积物来源、搬运途径，对地层的分析和对比、重建古地理环境有着重要的意义※碎屑矿物分析分析流程洗泥缩分烘干筛分淘洗镜下鉴