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沉积环境是岩石形成的环境,一般包括了岩石的物理、化学和生物三个方面。物理环境主要指物质的来源、输运和沉积过程,例如风化、侵蚀、水流、冰川等过程;化学环境则是指沉积物质的化学性质和作用,例如溶解、矿化、变质等过程;而生物环境则包括了生物的活动和影响,例如生物体的沉积、作用和影响等。


沉积环境是岩石形成的物理、化学和生物环境所组成的复合体,决定了岩石的成分和性质,也决定了岩石的性质和演化历史。

在高考地理中沉积环境是一个非常重要的考点。

一、如何判断沉积环境?

1.沉积物特征


(1)颗粒大小:一般来说,颗粒粗大的沉积物(如砾石),通常是在距离物源较近、水动力较强(如河流上游、山区的洪流堆积区)的环境下沉积的。而颗粒细小的粉砂、黏土,多是在水动力较弱、距离物源较远的环境(如河流下游、湖泊、深海)沉积。


(2)颗粒形状(磨圆度):磨圆度好的颗粒(近似球形),往往经过了较长距离的搬运和磨蚀,可能是在河流中游、滨海等有一定水动力的环境沉积。磨圆度差的,很可能沉积位置靠近物源地。


(3)分选性:分选性好(颗粒大小较为均匀)的沉积物,是在水动力稳定的环境下沉积的,比如海滩沉积,海浪反复冲刷使得沉积物颗粒较为均一;分选性差(大小混杂)可能是在水动力多变或者沉积过程比较复杂的环境,如冰川堆积。

2.沉积构造


(1)层理构造:水平层理一般代表水动力较弱的沉积环境,如深湖、深海环境;交错层理常见于河流、风沙等有一定水流或风流作用的环境。


(2)波痕:对称波痕通常是在双向水流(如滨海环境的涨潮和退潮)或波浪作用下形成的;不对称波痕可以指示水流方向,其陡的一侧指向水流方向,常见于河流、浅海等有单向水流的环境。

3.化石类型


若沉积岩中有珊瑚化石,表明是在温暖浅海的沉积环境;有植物化石,可能是在陆地的沼泽、河流边滩等环境;含三叶虫化石的沉积岩,多是在古生代的浅海环境沉积的。

二、如何确定沉积环境的年代?

1.利用放射性同位素测年法


这是一种比较精确的方法。例如,对于含有放射性元素(如铀 - 238、钾 - 40等)的沉积岩,可以通过测量母核素与子核素的比例来计算岩石的年龄。以铀 - 238为例,它会经过一系列衰变最终形成铅 - 206,根据两者的含量比例,利用半衰期公式就能计算出岩石从沉积开始到现在所经历的时间。这种方法适用于年龄较老的沉积岩,特别是那些形成于几百万年甚至几亿年前的岩石。

2.根据地层顺序


沉积岩是一层一层沉积形成的,在正常情况下,下面的地层年代比上面的地层年代久远,这就是“地层层序律”。如果知道某一层沉积岩的相对年代,并且能识别出典型的地层标志(如一层特殊的火山灰沉积层,其年代在其他地区已被确定),就可以推断其他沉积层的年代范围。


例如,在某个区域发现有三层沉积岩,最上面一层含有现代生物化石,中间一层含有中生代恐龙化石,最下面一层含有古生代三叶虫化石,那么可以大致确定这三层沉积岩的年代顺序是从下往上从古生代到中生代再到现代。

3.借助古生物化石


生物的演化是有顺序的,不同的生物出现在特定的地质时期。所以通过鉴定沉积岩中的化石种类,可以确定沉积环境的大致年代。

比如,在沉积岩中发现了三叶虫化石,就可以推断该沉积环境的年代可能是古生代,因为三叶虫主要生活在古生代。如果发现哺乳动物化石,那么沉积年代应该是在中生代晚期之后,因为哺乳动物在中生代晚期才开始大量出现。

三、沉积环境有哪些考点?

1.沉积环境类型及特点


(1)河流沉积环境:上游山区水流急,沉积物颗粒大;出山后形成冲积扇,沉积物由扇顶到扇缘颗粒变细。中下游河漫滩在洪水期接受沉积,枯水期露出水面,沉积物以细粒为主。河口三角洲因河流入海或入湖处水流减慢、泥沙堆积而成,呈扇形或三角形,土壤肥沃、地势平坦,利于农业和聚落发展。


(2)海洋沉积环境:滨海地区受海浪、潮汐影响,沉积物分选性好、磨圆度高,沙滩多为细沙。浅海大陆架阳光充足、营养丰富,生物沉积作用明显,形成石灰岩等。深海环境安静,沉积速度慢,多为黏土等细粒沉积物和生物软泥。


(3)湖泊沉积环境:湖滨地带受湖水进退影响,形成砂质、泥质沉积。湖底中心水流平稳,沉积颗粒细,有生物遗体和有机碎屑堆积,若气候干旱,湖水盐度升高,会形成盐湖沉积。


(4)风力沉积环境:在干旱、半干旱地区,风力搬运沙尘堆积形成沙丘、沙垄等风积地貌,沉积物分选性好、磨圆度高,多为粉砂和细砂,如我国西北的塔克拉玛干沙漠。

2.影响沉积环境的因素


(1)地形地貌:高山、高原地区易形成冰川沉积和重力堆积;平原地区多河流、湖泊沉积;沿海地区则以海洋沉积和海陆交互沉积为主。


(2)气候条件:湿润气候区降水多,河流流量大,携带泥沙多,沉积作用强;干旱气候区风力作用显著,风沙沉积为主,且蒸发强会影响湖泊沉积环境形成盐湖等.

(3)地质构造:地壳运动稳定区,沉积环境持续稳定,形成厚层沉积岩;地壳运动活跃区,沉积间断、地层缺失或形成特殊沉积构造,如褶皱、断层等会影响沉积盆地的形态和沉积过程。


(4)水文条件:河流的流量、流速影响沉积物的搬运和堆积,流量大、流速快搬运能力强,流量小、流速慢则易沉积。海洋中的洋流、潮汐也会影响沉积物的分布和沉积速率.

3.沉积环境的判断方法


(1)根据沉积物特征:颗粒粗大、分选性差的沉积物多形成于近源、水动力不稳定的环境,如冲积扇;颗粒细小、分选性好的沉积物多形成于水动力稳定、离源区较远的环境,如海滩、浅海等。

(2)依据沉积构造:水平层理多在深湖、深海等低能环境;交错层理常见于河流、风沙等水动力较强且有一定水流方向或风向的环境。波痕可判断水流或波浪的方向及环境能量状况。

(3)借助化石信息:不同生物生活在特定的沉积环境,如珊瑚化石指示温暖浅海环境,三叶虫化石代表古生代海洋环境,通过鉴定化石种类可确定沉积环境年代和特征。

4.沉积环境与人类活动的关系


(1)土壤与农业:河流三角洲、冲积平原等沉积环境形成的土壤肥沃,是重要的农业产区,但不合理灌溉易导致土壤盐碱化.

(2)资源开发:沉积环境中蕴藏着丰富的矿产资源,如石油、天然气多储存在浅海、湖泊等沉积盆地中,煤炭是古代植物遗体在沉积环境中经长期地质作用形成的。

(3)工程建设:在进行工程建设时,需考虑沉积环境的地质条件,如在河流沉积区建设桥梁、港口等工程,要考虑地基的稳定性和沉积物的承载能力。

四、什么是沉积相?

沉积相是沉积环境及在该环境中形成的沉积岩(物)特征的综合。


沉积环境是形成沉积相的基础。例如,河流沉积环境包括上游、中游、下游等不同地段。河流上游水动力强,坡度陡,沉积相以粗粒的砾石堆积为主,这些砾石磨圆度差、分选性也差,形成的沉积岩类型主要是砾岩;而在河流下游,水动力减弱,沉积相是细粒的泥沙堆积,磨圆度和分选性较好,多形成粉砂岩、页岩。



沉积相可以反映沉积环境的特点。以海洋沉积环境为例,滨海环境受海浪和潮汐影响较大,其沉积相表现为砂质海滩,有良好的分选性和磨圆度,沉积岩主要是砂岩;浅海环境水动力适中,阳光充足,生物丰富,沉积相有生物礁、生物碎屑沉积等,对应的沉积岩主要是生物碎屑灰岩;深海环境水动力微弱,沉积相是细粒的黏土和生物软泥,沉积岩类型主要是黏土岩。



不同的沉积相和沉积环境之间相互联系、相互影响。当沉积环境发生变化,如海平面上升或下降、河流改道等,沉积相也会随之改变。例如,海平面上升可能使滨海沉积环境向陆地推进,原本的陆地沉积环境转变为滨海甚至浅海沉积环境,导致沉积相从陆相沉积(如河流相沉积)转变为海相沉积。

五、如何识别沉积相?

在高考地理中,识别沉积相主要有以下方法。


首先看岩石类型。砂岩常形成于河流、滨海或浅海等水动力较强的环境;页岩多在静水环境如湖泊、深海沉积;石灰岩主要形成于浅海环境,尤其是生物繁茂的温暖浅海区域,因为石灰岩主要是生物遗体沉积形成的。


其次考虑沉积构造。观察层理,水平层理通常意味着低能的沉积环境,比如深湖、深海环境或者泻湖。而交错层理反映水动力较强、有一定水流方向的环境,像河流沉积、风沙沉积。波痕也是重要线索,对称波痕一般是在波浪来回冲刷的环境(如潮坪),不对称波痕可以用来判断水流方向,其陡坡指向水流方向,常见于单向水流的环境,如河流或者沿岸流影响的浅海。


再者是分析化石。含海百合化石大概率是浅海沉积相;如果有淡水螺类化石,可能是在湖泊、河流等淡水环境沉积;有植物叶片化石的话,更倾向于是在陆地的河流泛滥平原、沼泽等沉积环境。


另外,从沉积物颗粒大小和分选性也能识别。例如,颗粒粗大、分选性差的沉积物可能是近源的、水动力不稳定的沉积相,如冲积扇;颗粒细小、分选性好的可能是在水动力较稳定、离源区较远的环境沉积,像海滩、浅海等沉积相。

物理沉积,即我们地理教科书上通常讲的“沉积”,是指物质在搬运过程中,如果外力减弱或遇到障碍物,被搬运的物质沉积下来,形成的沉积地貌。如一般流水沉积形成的地貌三角洲、冲积扇、河漫滩等;冰川沉积地貌,即冰碛地貌;海水沉积地貌海滩;风力沉积形成的沙丘等。这些都属于物理沉积作用形成的地貌。


化学沉积,这个在我们的地理教材中没有单独讲到,但在实际生活中却大量存在着。主要发生在由石灰岩形成的喀斯特地貌地区。石钟乳、石笋、石柱等都是在发生沉积过程中伴随着化学反应而形成的沉积地貌,这类沉积被称为化学沉积。“水滴石穿”这个成语讲的实际上是流水的侵蚀作用,而在喀斯特地区,溶洞内的滴水往往会形成石笋等,这是化学沉积的典型特点。


注意物理沉积和化学积沉的不同之处:物理沉积的重要特点是,搬运动力减弱时,沉积作用显著,而搬运能力强时,则沉积作用较弱。而化学沉积往往表现出在水流速度较快时,沉积作用显著。如云南香格里拉附近的白水台梯田、四川九寨沟黄龙五彩池的形成都与此有关。由于石灰岩的化学特性,在梯田边缘水流速度较梯田面内水流速度快,速度快化学沉积作用较快,从而形成梯田的边缘,导致形成壮丽的梯田。

生物沉积,在这里提出的生物沉积是指在物理沉积或化学沉积过程中,伴有生命活动的沉积。生物沉积物多形成于海洋中,部分形成于湖沼中。如蓝藻等附着在石灰岩上,并使石灰岩不断向各个方向生长长大等。


注意化学沉积和生物沉积的不同之处:化学沉积符合重力作用原理,具有直上直下生长的特点。如石笋、石钟乳等的生长。而生物沉积则是克服重力作用,肆意向各个方向生长,具有反重力作用的特点。如贵州织金洞内的各种地貌具有生物沉积的特点。生物沉积形成的岩石即是放在洞穴外部,它也会生长。另外生物沉积具有明显的趋光性,在面向光线较强的一侧沉积物生长较快。

重力堆积:

重力堆积物又称坠积物,是在陡坡下方或洞穴底部由于重力作用而堆积的物质。它包括崩坍堆积物、滑坡堆积物等多种类型。重力堆积物可由基岩的新鲜角砾碎屑组成,也可由各种第四纪沉积物再堆积而成。重力堆积物中碎屑多呈棱角状。它没有层理,厚度和规模不一。大型滑坡堆积物中,有时还保持原来地层的层理、结构和构造,容易被误认为是原始地层的露头。处于相对稳定状态的重力堆积物,一旦平衡条件被破坏,还会重新移动。重力堆积一般无分选性,但由于物质重力作用大小不同,导致在崩塌物沿一定坡度滑动的过程中,较重的物质滚动的较远,而较轻的物质则滚动的较近,这样就有了一定的层次,所以在有的重力堆积物如岩屑堆,其上部物质较细,下部较粗。重力堆积作用这种层次性多见于具有一定的坡度上出现的崩塌堆积物。


流水堆积:

流水堆积,即碎屑物质在水流搬运能力变弱的情况下,水流速度减慢,河流搬运的物质逐渐在一定地带堆积下来。如冲积扇、三角洲等地貌类型。由于流水搬运物体的重量与水流速度的6次方成正比。所以流水堆积物的颗粒大小分布有着越远越细小,而越近则颗粒较大的规律。这一点刚好同重力堆积相反。这也是判断重力堆积与流水堆积的区别之一。

冰川堆积:

冰川在移动过程中,含有大量的物质,这些物质大小不一,当冰川融化后,这些物质会堆积在冰川融化的地方,形成冰川堆积地貌。所以冰川堆积地貌的物质缺乏层次性,是杂乱无张的。这是冰川堆积地貌的一个重要特点。在我国许多有山岳冰川的地区,有着巨大的石阵,这些石阵大小不一无序,据此可以判断是冰川堆积地貌。

分选性:是指沉积物颗粒直径的均匀程度,不但流水沉积具有分选性,风力沉积也具有分选性。颗粒物的大小取决于流水和风的携带能力,风力越大、流水速度越快携带能力越强,沉积物颗粒物越大,反之越小。

风力搬运作用


蠕移

粒径较大的砂粒会随着风力的牵引作用,沿着地面发生滑动或者滚动。

跃移

粒径较小的砂粒的沉积物会以跳跃的方式前移,是风力搬运的最主要形式。

悬移

细而轻的砂粒在风力的吹扬下,悬浮在气流中移动,是风力搬运距离最远的方式。

搬运物随风速的减弱而堆积,颗粒大的先沉积,颗粒小的后沉积,所以颗粒大的一侧为上风向。


颗粒越细搬运距离越远。搬运能力取决于风速。被风吹扬的颗粒大小与风速成正比,

风速越大,搬运的颗粒越粗,移动的距离越远。

水流搬运作用


推移

类似于蠕移,水流作用使得砂粒沿着沟底或者河床滑动活着滚动。

跃移 地理图文综合整理

一定大小的砂粒在水流作用下跳跃前进。

悬移

水流中的细粒物质成悬浮状态随水流运动。搬运能力取决于流速。

冰川生长与消退


冰雪积累高峰期,冰川沿着山谷向下流动。冰雪的积累体积超过消融体积时,冰川会向前移动,平衡线也会向前移动。当冰川的积累量和消融量平衡时,冰川体积保持不变,运动再次恢复稳定。与生长过程相反,当积累量小于消融量时,冰川会向后移动,平衡线向后移动。许多冰川底部的侵蚀地貌会因此显现。

冰川沉积


在运动速率降低或者发生消融时,冰川携带的各种碎屑物会沉积下来。图示的沉积物称为终碛,是冰川在某一稳定时期,沉积物在冰川末端连续堆积而成。不同的稳定期会形成不同的冰碛物。

从以上的四幅动图中,我们应该可以清晰的看出,风力搬运与流水搬运的过程中,随着搬运力的减弱或遇到阻力时,颗粒大的会先沉积,颗粒小的会后沉积,这两种作用对颗粒物都有分选作用,这样会对三角洲等沉积物粒径大小的分布有一定的理解。而冰川沉积物中颗粒大小的堆放并没有明显的空间差异,所以冰川搬运过程中对颗粒物没有分选性,它是最终混杂堆放在一起的。


在外力搬运过程中,有的对搬运的颗粒物有分选作用,即按颗粒物的大小顺序堆积,比如流水、风力;而有的则没有分选作用,颗粒物混乱堆积,比如冰川。为了更好的了解这些,今天小编带着大家一起来了解一下流体的分选作用。

河流的分选作用

河流流速降低,导致泥沙堆积,在沉积时,颗粒大、比重大的总是先沉积,颗粒小、比重小的后沉积,因此,顺着河流流向,沉积物颗粒由粗到细,具有明显的分选性。但这个规律只适合于连续发生沉积的某个河段,对于整条河流来说,由于受地形等因素影响,河流的侵蚀与堆积往往是交替进行的。


洪积—冲积平原地貌以谷口为顶点呈扇形,谭老师地理工作室综合整理冲积扇顶端到边缘地势逐渐降低,堆积物颗粒由粗变细;在干旱地区,冲积扇边缘因地下水位埋藏浅且堆积物颗粒细,土壤肥沃,绿洲和农业通常分布于此。


在自然界中,另外一种与冲积扇形态、成因都相似的扇状堆积物也很常见,这就是泥石流扇。与冲积扇从上到下粒径逐渐减小的趋势不同,泥石流扇恰恰相反,在扇体最下端往往有体积较大的砾石块,偶尔也夹杂有断木,而扇顶部位则是粒径细小的沙砾和黏土。


造成泥石流扇与冲积扇粒径沉积顺序截然相反的原因是由于泥石流与洪流的不同性质引起的。形成冲积扇的水流对固体物质的搬运力量会随着流动距离的增加而不断减弱,因此体积大、重量大的砾石往往在洪流的上游,也就是冲积扇的扇顶部位沉积下来,而体积小、重量小的细沙和黏土,谭老师地理工作室综合整理则可以跟随洪流走得更远,漂到洪积扇的扇缘。而泥石流中往往含有大量的固体物质(浓度为40%—60%,最大能达到80%),使得流体的黏稠度过高。这时,泥石流已经不是夹杂固体物质的水流,而变成一种类似于固体的弹性流体。因此,重量大的巨石由于重力和惯性的作用,会顺着山势一直冲到泥石流扇的扇缘,而重量小的黏土则没有足够的动力完成远行,只能停在扇顶遥望前面的巨石滚滚向前。


冲积扇可分为扇顶、扇中、扇缘三部分,这种分法,体现了河流在冲积扇上的分选作用。

冲积扇上的这种分选结构,还造成了另外的结果,冲积扇成了一座天然的地下水库,因为分选作用,粗大的砾石留在扇顶,层垒在一起的砾石间遍布空隙,这有利于水流的下渗和转变为地下径流。

而扇缘部分沉积的是粒径极小的黏土,黏土透水性差,这相当于在扇缘建起了一道天然的水库大坝,一座天然的地下水库就这样建成了。当水库中积蓄的水超过了黏土堤坝的高度后,积水就会涌出地表形成一处处泉水流淌,因此在冲积扇的黏土带与细沙带接触的部分,会形成一个泉水带,就是在这个环形的带状区域内一处处泉水涌流。而水正是干旱区的人类最缺乏的宝贵资源,沿着冲积扇的泉水带,人类开垦田地,种植果蔬粮食,因此泉水带也是人类的聚落带。


冲积扇成泉原理图

为什么冲积扇的扇缘部位常常会有泉水出露?这与冲积扇的结构有很大关系:从冲积扇的纵剖面图上可以看出,上层通常是粒径较大的砾石,而下层则是颗粒更小的细沙和黏土。每当山洪暴发,大量的水流从山口的扇顶部位倾泻下来,漫过整个扇体,而洪水在沿着扇体向下奔流的同时,也大量地渗入扇体内部。由于扇体最表层的洪积物粒径较大,排列并不紧密,彼此之间的缝隙很宽,非常利于地表水的下渗。而当水下渗到扇体下层的黏土层时,由于沉积物粒径的减小,排列变得更加紧密,不利于水的继续下渗,水流垂直运动的速度减缓,变为近似水平方向的流动。当水流到冲积扇扇缘部位的时候,已经离地表很近,非常利于打井汲水甚至直接形成泉水出露。而且,由于扇缘部位的黏土在一定程度上起到了对水体阻隔的作用,它能保证季节性山洪的水长期储存在扇体中,相当于一个“水坝”,保证了泉水的稳定性。

为何冰川沉积无分选性?


一般风力、河流的分选作用明显,而冰川沉积物则无分选性。那是因为冰川流属于块体运动,当冰川前端位置向前推移时,它会象推土机那样把铲刮的各类物质推进,故冰碛物与其它任何外营力搬运的沉积物明显不同。

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