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沉積環境是岩石形成的環境,一般包括了岩石的物理、化學和生物三個方面。物理環境主要指物質的來源、輸運和沉積過程,例如風化、侵蝕、水流、冰川等過程;化學環境則是指沉積物質的化學性質和作用,例如溶解、礦化、變質等過程;而生物環境則包括了生物的活動和影響,例如生物體的沉積、作用和影響等。
沉積環境是岩石形成的物理、化學和生物環境所組成的複合體,決定了岩石的成分和性質,也決定了岩石的性質和演化歷史。
在高考地理中沉積環境是一個非常重要的考點。
一、如何判斷沉積環境?
1.沉積物特徵
(1)顆粒大小:一般來說,顆粒粗大的沉積物(如礫石),通常是在距離物源較近、水動力較強(如河流上游、山區的洪流堆積區)的環境下沉積的。而顆粒細小的粉砂、黏土,多是在水動力較弱、距離物源較遠的環境(如河流下游、湖泊、深海)沉積。
(2)顆粒形狀(磨圓度):磨圓度好的顆粒(近似球形),往往經過了較長距離的搬運和磨蝕,可能是在河流中游、濱海等有一定水動力的環境沉積。磨圓度差的,很可能沉積位置靠近物源地。
(3)分選性:分選性好(顆粒大小較為均勻)的沉積物,是在水動力穩定的環境下沉積的,比如海灘沉積,海浪反覆沖刷使得沉積物顆粒較為均一;分選性差(大小混雜)可能是在水動力多變或者沉積過程比較複雜的環境,如冰川堆積。
2.沉積構造
(1)層理構造:水平層理一般代表水動力較弱的沉積環境,如深湖、深海環境;交錯層理常見於河流、風沙等有一定水流或風流作用的環境。
(2)波痕:對稱波痕通常是在雙向水流(如濱海環境的漲潮和退潮)或波浪作用下形成的;不對稱波痕可以指示水流方向,其陡的一側指向水流方向,常見於河流、淺海等有單向水流的環境。
3.化石型別
若沉積岩中有珊瑚化石,表明是在溫暖淺海的沉積環境;有植物化石,可能是在陸地的沼澤、河流邊灘等環境;含三葉蟲化石的沉積岩,多是在古生代的淺海環境沉積的。
二、如何確定沉積環境的年代?
1.利用放射性同位素測年法
這是一種比較精確的方法。例如,對於含有放射性元素(如鈾 - 238、鉀 - 40等)的沉積岩,可以透過測量母核素與子核素的比例來計算岩石的年齡。以鈾 - 238為例,它會經過一系列衰變最終形成鉛 - 206,根據兩者的含量比例,利用半衰期公式就能計算出岩石從沉積開始到現在所經歷的時間。這種方法適用於年齡較老的沉積岩,特別是那些形成於幾百萬年甚至幾億年前的岩石。
2.根據地層順序
沉積岩是一層一層沉積形成的,在正常情況下,下面的地層年代比上面的地層年代久遠,這就是“地層層序律”。如果知道某一層沉積岩的相對年代,並且能識別出典型的地層標誌(如一層特殊的火山灰沉積層,其年代在其他地區已被確定),就可以推斷其他沉積層的年代範圍。
例如,在某個區域發現有三層沉積岩,最上面一層含有現代生物化石,中間一層含有中生代恐龍化石,最下面一層含有古生代三葉蟲化石,那麼可以大致確定這三層沉積岩的年代順序是從下往上從古生代到中生代再到現代。
3.藉助古生物化石
生物的演化是有順序的,不同的生物出現在特定的地質時期。所以透過鑑定沉積岩中的化石種類,可以確定沉積環境的大致年代。
比如,在沉積岩中發現了三葉蟲化石,就可以推斷該沉積環境的年代可能是古生代,因為三葉蟲主要生活在古生代。如果發現哺乳動物化石,那麼沉積年代應該是在中生代晚期之後,因為哺乳動物在中生代晚期才開始大量出現。
三、沉積環境有哪些考點?
1.沉積環境型別及特點
(1)河流沉積環境:上游山區水流急,沉積物顆粒大;出山後形成沖積扇,沉積物由扇頂到扇緣顆粒變細。中下游河漫灘在洪水期接受沉積,枯水期露出水面,沉積物以細粒為主。河口三角洲因河流入海或入湖處水流減慢、泥沙堆積而成,呈扇形或三角形,土壤肥沃、地勢平坦,利於農業和聚落髮展。
(2)海洋沉積環境:濱海地區受海浪、潮汐影響,沉積物分選性好、磨圓度高,沙灘多為細沙。淺海大陸架陽光充足、營養豐富,生物沉積作用明顯,形成石灰岩等。深海環境安靜,沉積速度慢,多為黏土等細粒沉積物和生物軟泥。
(3)湖泊沉積環境:湖濱地帶受湖水進退影響,形成砂質、泥質沉積。湖底中心水流平穩,沉積顆粒細,有生物遺體和有機碎屑堆積,若氣候乾旱,湖水鹽度升高,會形成鹽湖沉積。
(4)風力沉積環境:在乾旱、半乾旱地區,風力搬運沙塵堆積形成沙丘、沙壟等風積地貌,沉積物分選性好、磨圓度高,多為粉砂和細砂,如我國西北的塔克拉瑪干沙漠。
2.影響沉積環境的因素
(1)地形地貌:高山、高原地區易形成冰川沉積和重力堆積;平原地區多河流、湖泊沉積;沿海地區則以海洋沉積和海陸互動沉積為主。
(2)氣候條件:溼潤氣候區降水多,河流流量大,攜帶泥沙多,沉積作用強;乾旱氣候區風力作用顯著,風沙沉積為主,且蒸發強會影響湖泊沉積環境形成鹽湖等.
(3)地質構造:地殼運動穩定區,沉積環境持續穩定,形成厚層沉積岩;地殼運動活躍區,沉積間斷、地層缺失或形成特殊沉積構造,如褶皺、斷層等會影響沉積盆地的形態和沉積過程。
(4)水文條件:河流的流量、流速影響沉積物的搬運和堆積,流量大、流速快搬運能力強,流量小、流速慢則易沉積。海洋中的洋流、潮汐也會影響沉積物的分佈和沉積速率.
3.沉積環境的判斷方法
(1)根據沉積物特徵:顆粒粗大、分選性差的沉積物多形成於近源、水動力不穩定的環境,如沖積扇;顆粒細小、分選性好的沉積物多形成於水動力穩定、離源區較遠的環境,如海灘、淺海等。
(2)依據沉積構造:水平層理多在深湖、深海等低能環境;交錯層理常見於河流、風沙等水動力較強且有一定水流方向或風向的環境。波痕可判斷水流或波浪的方向及環境能量狀況。
(3)藉助化石資訊:不同生物生活在特定的沉積環境,如珊瑚化石指示溫暖淺海環境,三葉蟲化石代表古生代海洋環境,透過鑑定化石種類可確定沉積環境年代和特徵。
4.沉積環境與人類活動的關係
(1)土壤與農業:河流三角洲、沖積平原等沉積環境形成的土壤肥沃,是重要的農業產區,但不合理灌溉易導致土壤鹽鹼化.
(2)資源開發:沉積環境中蘊藏著豐富的礦產資源,如石油、天然氣多儲存在淺海、湖泊等沉積盆地中,煤炭是古代植物遺體在沉積環境中經長期地質作用形成的。
(3)工程建設:在進行工程建設時,需考慮沉積環境的地質條件,如在河流沉積區建設橋樑、港口等工程,要考慮地基的穩定性和沉積物的承載能力。
四、什麼是沉積相?
沉積相是沉積環境及在該環境中形成的沉積岩(物)特徵的綜合。
沉積環境是形成沉積相的基礎。例如,河流沉積環境包括上游、中游、下游等不同地段。河流上游水動力強,坡度陡,沉積相以粗粒的礫石堆積為主,這些礫石磨圓度差、分選性也差,形成的沉積岩型別主要是礫岩;而在河流下游,水動力減弱,沉積相是細粒的泥沙堆積,磨圓度和分選性較好,多形成粉砂岩、頁岩。
沉積相可以反映沉積環境的特點。以海洋沉積環境為例,濱海環境受海浪和潮汐影響較大,其沉積相表現為砂質海灘,有良好的分選性和磨圓度,沉積岩主要是砂岩;淺海環境水動力適中,陽光充足,生物豐富,沉積相有生物礁、生物碎屑沉積等,對應的沉積岩主要是生物碎屑灰巖;深海環境水動力微弱,沉積相是細粒的黏土和生物軟泥,沉積岩型別主要是黏土巖。
不同的沉積相和沉積環境之間相互聯絡、相互影響。當沉積環境發生變化,如海平面上升或下降、河流改道等,沉積相也會隨之改變。例如,海平面上升可能使濱海沉積環境向陸地推進,原本的陸地沉積環境轉變為濱海甚至淺海沉積環境,導致沉積相從陸相沉積(如河流相沉積)轉變為海相沉積。
五、如何識別沉積相?
在高考地理中,識別沉積相主要有以下方法。
首先看岩石型別。砂岩常形成於河流、濱海或淺海等水動力較強的環境;頁岩多在靜水環境如湖泊、深海沉積;石灰岩主要形成於淺海環境,尤其是生物繁茂的溫暖淺海區域,因為石灰岩主要是生物遺體沉積形成的。
其次考慮沉積構造。觀察層理,水平層理通常意味著低能的沉積環境,比如深湖、深海環境或者瀉湖。而交錯層理反映水動力較強、有一定水流方向的環境,像河流沉積、風沙沉積。波痕也是重要線索,對稱波痕一般是在波浪來回沖刷的環境(如潮坪),不對稱波痕可以用來判斷水流方向,其陡坡指向水流方向,常見於單向水流的環境,如河流或者沿岸流影響的淺海。
再者是分析化石。含海百合化石大機率是淺海沉積相;如果有淡水螺類化石,可能是在湖泊、河流等淡水環境沉積;有植物葉片化石的話,更傾向於是在陸地的河流泛濫平原、沼澤等沉積環境。
另外,從沉積物顆粒大小和分選性也能識別。例如,顆粒粗大、分選性差的沉積物可能是近源的、水動力不穩定的沉積相,如沖積扇;顆粒細小、分選性好的可能是在水動力較穩定、離源區較遠的環境沉積,像海灘、淺海等沉積相。
物理沉積,即我們地理教科書上通常講的“沉積”,是指物質在搬運過程中,如果外力減弱或遇到障礙物,被搬運的物質沉積下來,形成的沉積地貌。如一般流水沉積形成的地貌三角洲、沖積扇、河漫灘等;冰川沉積地貌,即冰磧地貌;海水沉積地貌海灘;風力沉積形成的沙丘等。這些都屬於物理沉積作用形成的地貌。
化學沉積,這個在我們的地理教材中沒有單獨講到,但在實際生活中卻大量存在著。主要發生在由石灰岩形成的喀斯特地貌地區。石鐘乳、石筍、石柱等都是在發生沉積過程中伴隨著化學反應而形成的沉積地貌,這類沉積被稱為化學沉積。“水滴石穿”這個成語講的實際上是流水的侵蝕作用,而在喀斯特地區,溶洞內的滴水往往會形成石筍等,這是化學沉積的典型特點。
注意物理沉積和化學積沉的不同之處:物理沉積的重要特點是,搬運動力減弱時,沉積作用顯著,而搬運能力強時,則沉積作用較弱。而化學沉積往往表現出在水流速度較快時,沉積作用顯著。如雲南香格里拉附近的白水臺梯田、四川九寨溝黃龍五彩池的形成都與此有關。由於石灰岩的化學特性,在梯田邊緣水流速度較梯田面內水流速度快,速度快化學沉積作用較快,從而形成梯田的邊緣,導致形成壯麗的梯田。
生物沉積,在這裡提出的生物沉積是指在物理沉積或化學沉積過程中,伴有生命活動的沉積。生物沉積物多形成於海洋中,部分形成於湖沼中。如藍藻等附著在石灰岩上,並使石灰岩不斷向各個方向生長長大等。
注意化學沉積和生物沉積的不同之處:化學沉積符合重力作用原理,具有直上直下生長的特點。如石筍、石鐘乳等的生長。而生物沉積則是克服重力作用,肆意向各個方向生長,具有反重力作用的特點。如貴州織金洞內的各種地貌具有生物沉積的特點。生物沉積形成的岩石即是放在洞穴外部,它也會生長。另外生物沉積具有明顯的趨光性,在面向光線較強的一側沉積物生長較快。
重力堆積:
重力堆積物又稱墜積物,是在陡坡下方或洞穴底部由於重力作用而堆積的物質。它包括崩坍堆積物、滑坡堆積物等多種型別。重力堆積物可由基岩的新鮮角礫碎屑組成,也可由各種第四紀沉積物再堆積而成。重力堆積物中碎屑多呈稜角狀。它沒有層理,厚度和規模不一。大型滑坡堆積物中,有時還保持原來地層的層理、結構和構造,容易被誤認為是原始地層的露頭。處於相對穩定狀態的重力堆積物,一旦平衡條件被破壞,還會重新移動。重力堆積一般無分選性,但由於物質重力作用大小不同,導致在崩塌物沿一定坡度滑動的過程中,較重的物質滾動的較遠,而較輕的物質則滾動的較近,這樣就有了一定的層次,所以在有的重力堆積物如岩屑堆,其上部物質較細,下部較粗。重力堆積作用這種層次性多見於具有一定的坡度上出現的崩塌堆積物。
流水堆積:
流水堆積,即碎屑物質在水流搬運能力變弱的情況下,水流速度減慢,河流搬運的物質逐漸在一定地帶堆積下來。如沖積扇、三角洲等地貌型別。由於流水搬運物體的重量與水流速度的6次方成正比。所以流水堆積物的顆粒大小分佈有著越遠越細小,而越近則顆粒較大的規律。這一點剛好同重力堆積相反。這也是判斷重力堆積與流水堆積的區別之一。
冰川堆積:
冰川在移動過程中,含有大量的物質,這些物質大小不一,當冰川融化後,這些物質會堆積在冰川融化的地方,形成冰川堆積地貌。所以冰川堆積地貌的物質缺乏層次性,是雜亂無張的。這是冰川堆積地貌的一個重要特點。在我國許多有山嶽冰川的地區,有著巨大的石陣,這些石陣大小不一無序,據此可以判斷是冰川堆積地貌。
分選性:是指沉積物顆粒直徑的均勻程度,不但流水沉積具有分選性,風力沉積也具有分選性。顆粒物的大小取決於流水和風的攜帶能力,風力越大、流水速度越快攜帶能力越強,沉積物顆粒物越大,反之越小。
風力搬運作用
蠕移
粒徑較大的砂粒會隨著風力的牽引作用,沿著地面發生滑動或者滾動。
躍移
粒徑較小的砂粒的沉積物會以跳躍的方式前移,是風力搬運的最主要形式。
懸移
細而輕的砂粒在風力的吹揚下,懸浮在氣流中移動,是風力搬運距離最遠的方式。
搬運物隨風速的減弱而堆積,顆粒大的先沉積,顆粒小的後沉積,所以顆粒大的一側為上風向。
顆粒越細搬運距離越遠。搬運能力取決於風速。被風吹揚的顆粒大小與風速成正比,
風速越大,搬運的顆粒越粗,移動的距離越遠。
水流搬運作用
推移
類似於蠕移,水流作用使得砂粒沿著溝底或者河床滑動活著滾動。
躍移 地理圖文綜合整理
一定大小的砂粒在水流作用下跳躍前進。
懸移
水流中的細粒物質成懸浮狀態隨水流運動。搬運能力取決於流速。
冰川生長與消退
冰雪積累高峰期,冰川沿著山谷向下流動。冰雪的積累體積超過消融體積時,冰川會向前移動,平衡線也會向前移動。當冰川的積累量和消融量平衡時,冰川體積保持不變,運動再次恢復穩定。與生長過程相反,當積累量小於消融量時,冰川會向後移動,平衡線向後移動。許多冰川底部的侵蝕地貌會因此顯現。
冰川沉積
在運動速率降低或者發生消融時,冰川攜帶的各種碎屑物會沉積下來。圖示的沉積物稱為終磧,是冰川在某一穩定時期,沉積物在冰川末端連續堆積而成。不同的穩定期會形成不同的冰磧物。
從以上的四幅動圖中,我們應該可以清晰的看出,風力搬運與流水搬運的過程中,隨著搬運力的減弱或遇到阻力時,顆粒大的會先沉積,顆粒小的會後沉積,這兩種作用對顆粒物都有分選作用,這樣會對三角洲等沉積物粒徑大小的分佈有一定的理解。而冰川沉積物中顆粒大小的堆放並沒有明顯的空間差異,所以冰川搬運過程中對顆粒物沒有分選性,它是最終混雜堆放在一起的。
在外力搬運過程中,有的對搬運的顆粒物有分選作用,即按顆粒物的大小順序堆積,比如流水、風力;而有的則沒有分選作用,顆粒物混亂堆積,比如冰川。為了更好的瞭解這些,今天小編帶著大家一起來了解一下流體的分選作用。
河流的分選作用
河流流速降低,導致泥沙堆積,在沉積時,顆粒大、比重大的總是先沉積,顆粒小、比重小的後沉積,因此,順著河流流向,沉積物顆粒由粗到細,具有明顯的分選性。但這個規律只適合於連續發生沉積的某個河段,對於整條河流來說,由於受地形等因素影響,河流的侵蝕與堆積往往是交替進行的。
洪積—沖積平原地貌以谷口為頂點呈扇形,譚老師地理工作室綜合整理沖積扇頂端到邊緣地勢逐漸降低,堆積物顆粒由粗變細;在乾旱地區,沖積扇邊緣因地下水位埋藏淺且堆積物顆粒細,土壤肥沃,綠洲和農業通常分佈於此。
在自然界中,另外一種與沖積扇形態、成因都相似的扇狀堆積物也很常見,這就是泥石流扇。與沖積扇從上到下粒徑逐漸減小的趨勢不同,泥石流扇恰恰相反,在扇體最下端往往有體積較大的礫石塊,偶爾也夾雜有斷木,而扇頂部位則是粒徑細小的沙礫和黏土。
造成泥石流扇與沖積扇粒徑沉積順序截然相反的原因是由於泥石流與洪流的不同性質引起的。形成沖積扇的水流對固體物質的搬運力量會隨著流動距離的增加而不斷減弱,因此體積大、重量大的礫石往往在洪流的上游,也就是沖積扇的扇頂部位沉積下來,而體積小、重量小的細沙和黏土,譚老師地理工作室綜合整理則可以跟隨洪流走得更遠,漂到洪積扇的扇緣。而泥石流中往往含有大量的固體物質(濃度為40%—60%,最大能達到80%),使得流體的黏稠度過高。這時,泥石流已經不是夾雜固體物質的水流,而變成一種類似於固體的彈性流體。因此,重量大的巨石由於重力和慣性的作用,會順著山勢一直衝到泥石流扇的扇緣,而重量小的黏土則沒有足夠的動力完成遠行,只能停在扇頂遙望前面的巨石滾滾向前。
沖積扇可分為扇頂、扇中、扇緣三部分,這種分法,體現了河流在沖積扇上的分選作用。
沖積扇上的這種分選結構,還造成了另外的結果,沖積扇成了一座天然的地下水庫,因為分選作用,粗大的礫石留在扇頂,層壘在一起的礫石間遍佈空隙,這有利於水流的下滲和轉變為地下徑流。
而扇緣部分沉積的是粒徑極小的黏土,黏土透水性差,這相當於在扇緣建起了一道天然的水庫大壩,一座天然的地下水庫就這樣建成了。當水庫中積蓄的水超過了黏土堤壩的高度後,積水就會湧出地表形成一處處泉水流淌,因此在沖積扇的黏土帶與細沙帶接觸的部分,會形成一個泉水帶,就是在這個環形的帶狀區域內一處處泉水湧流。而水正是乾旱區的人類最缺乏的寶貴資源,沿著沖積扇的泉水帶,人類開墾田地,種植果蔬糧食,因此泉水帶也是人類的聚落帶。
沖積扇成泉原理圖
為什麼沖積扇的扇緣部位常常會有泉水出露?這與沖積扇的結構有很大關係:從沖積扇的縱剖面圖上可以看出,上層通常是粒徑較大的礫石,而下層則是顆粒更小的細沙和黏土。每當山洪暴發,大量的水流從山口的扇頂部位傾瀉下來,漫過整個扇體,而洪水在沿著扇體向下奔流的同時,也大量地滲入扇體內部。由於扇體最表層的洪積物粒徑較大,排列並不緊密,彼此之間的縫隙很寬,非常利於地表水的下滲。而當水下滲到扇體下層的黏土層時,由於沉積物粒徑的減小,排列變得更加緊密,不利於水的繼續下滲,水流垂直運動的速度減緩,變為近似水平方向的流動。當水流到沖積扇扇緣部位的時候,已經離地表很近,非常利於打井汲水甚至直接形成泉水出露。而且,由於扇緣部位的黏土在一定程度上起到了對水體阻隔的作用,它能保證季節性山洪的水長期儲存在扇體中,相當於一個“水壩”,保證了泉水的穩定性。
為何冰川沉積無分選性?
一般風力、河流的分選作用明顯,而冰川沉積物則無分選性。那是因為冰川流屬於塊體運動,當冰川前端位置向前推移時,它會象推土機那樣把鏟刮的各類物質推進,故冰磧物與其它任何外營力搬運的沉積物明顯不同。
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