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第85章 混杂堆积的成因判别原则和方法(1)

(第一节)概述

关于混杂堆积混杂岩的成因判别,涉及(岩相)古地理重建、层控矿床形成、展布规律以及工程基础性质等重要问题。由于学科的发展和一些新概念的建立(如形成擦痕的原因有多种),人们对混杂堆积和混杂岩沉积特征的认识已大大深化,对以前被识别为“冰碛”成因的混杂堆积物或混杂岩已纷纷提出泥石流成因说。当然,并不是“非冰碛即泥石流堆积”,因为混杂成因是多种多样的。这一问题涉及范围之广,在时间、空间上都是超过想象的。可以说目前世界上到处都在应用现代概念对地质史上各时代的“冰碛岩”的成因进行重新检验。而这个问题的最终解决则取决于对各不同成因的混杂堆积和混杂岩的沉积特征的深入研究和认识,从而达到正确的成因判别。作者本着“将今论古”的原则,近年来对主要类型的现代混杂堆积物,如冰碛、泥石流堆积、冰缘与坡地堆积、滑坡堆积、崩塌堆积、堰塞湖溃决堆积、火山碎屑堆积等十余项混杂堆(沉)积,以及部分有争议的不同时代的“冰碛岩”进行了比较沉积学研究。同时结合参考他人的工作成果,在如何有效地对混杂堆积及混杂岩进行成因判别上,有了一些感性和理性的认识。

在中国东部105°E以东低山区,一般为2000—3000m以下)有无第四纪古冰川问题的争论已历时80年,对诸如“泥砾”一类混杂堆积的成因判别上的分歧乃主要方面之一。尤其是在侵蚀地貌已不存在或遭受不同程度破坏时,堆积物所赋存的成因信息就更受重视。李四光先生在《冰期之庐山》(1947)一书中也强调沉积物中保存有更丰富的成因信息。国内外一致认为,像“泥砾”一类的混杂堆积物的成因判别是复杂的、困难的。在西方也困扰了人们许多年,把多种成因的混杂堆积物简单地当成是冰碛的事亦时有发生。美国著名第四纪地质学家Flint(1960)鉴于当时国际上已发现混杂堆积物的多种成因而并非仅仅是冰川成因,才提出用非成因名词——混杂堆积物(diamic ton)和混杂岩(diamictite)一词来描述成因不明的堆积物,亦即在所讨论的岩石或堆积物不能确定是否是真正的冰碛物或冰碛岩时,采用非成因性术语为妥。这种情况在中国也同样存在而且更为突出,澄清和解决这一问题也显得更为迫切。

混杂岩的成因研究在古老地层中也一直是个引人注意的课题。邓巴(1974)在《地层学原理》一书中就列举了多种混杂沉积岩,如山麓角砾岩(bajadabreccia)、扇积砾岩(fanglomerate)、残留角砾岩或塌陷角砾岩(karstbreccia),以及海底断层倒石堆角砾岩等,同样也存在着关于成因的争论(Chumakov,1981)。又如对我国震旦纪混杂岩和湘黔川鄂交界处早震旦世早期的一套混杂岩,有人认为是冰碛冰水沉积,而洪庆玉等(1984,1985)和陆松年(1982,1983)则认为既非冰盖冰水沉积,也非洋盆浊流沉积,而是陆源碎屑重力流沉积。曾被认为是冰碛岩的晚元古代青白口杂砾岩层,其特征是几乎纯为燧石角砾,成分单调,主要系来自下伏地层中的燧石,保存原始的角砾状和薄层条带状,未经搬运。这实际上就是邓巴(1974)所提到的未经搬运的风化残留角砾岩,而与冰川无关。

Flint(1971)曾将混杂堆积归纳为六类成因类型(包括大气和水下)。其中大气环境包括:冰碛,泥石流或水石流堆积,坡积和冰缘冻融蠕流堆积,崩塌堆积,火山碎屑堆积以及断层角砾岩等;水下环境包括:水下滑塌堆积,水下火山碎屑堆积,冰海沉积(受滑塌或滑坡改造)等。然而根据近年了解,混杂堆积的类型远不止如此。如有河床蚀余滞留堆积,水下泥石流(包括部分浊积岩沟槽和扇顶部分),以及构造杂岩及地震引起的震积岩等,还包括星际撞击、人工堆积等也可列入混杂堆积。按大类统计现已有14类,既拓展了广度,也加强了深度。更重要的是混杂堆积已逐步成为一个沉积相的分支,有明确的定义、研究对象、研究内容和方法。在实践中根据碎屑来源、岩性,砾石形状及表面特征、层理、含化石情况,堆积体形状及范围、厚度等,不难判别其成因类型。就中国东部尤其是庐山、黄山,某些混杂堆积的成因之争论已有很多讨论,如谢又予和吴淑安(1981),邓养鑫(1983),王汉存和张林源(1984)以及其他地区(徐海鹏等,1985;何元庆,1986)均认为不是冰碛而是泥石流堆积,详情可参阅第五章。

(第二节)混杂堆积成因判别原则

一、成因—环境原则

强调沉积物成因—环境关系的分析是自20世纪后半期以来沉积学研究的新进展,并由此派生出沉积体系(depositionalsystens)和沉积体系域(depositionalsystemstracts)两个概念(Fisheretal,1967)。中心思想是将成因环境(包括地貌单元和自然地理)与相应的沉积体或地层体紧密联系起来,并把沉积体系定义为是与整个地貌过程有关的沉积相的集合体,且以地貌单元或生成环境命名。同时期的沉积体系在空间上彼此相联系就构成沉积体系域。它是一个等时的地质体。就混杂堆积而言,如崩塌或滑坡体系—泥石流体系—河流体系;或火山碎屑体系—泥石流体系—河流体系;或冰缘坡积体系—冰碛体系—冰川泥石流体系—河流体系等,皆可构成不同的沉积体系域。由上述可知,沉积体系和沉积体系域的分析方法,就是在正确识别沉积环境的基础上,解释沉积体之间的相互协调衔接的成因关系;力求环环相扣、层层归纳以表明整个区域沉积体的成因和演化历史,这就可避免仅根据个别不可靠的现象来确定某沉积体的成因,导致与整个沉积体系域的总体环境格格不入,譬如近年来有人主张青岛崂山有大规模第四世纪冰川发育(李乃胜等,2003)……就是最好的实例。也就是说,一旦建立了从沉积相(或亚相)—沉积体系—沉积体系域的完整沉积模式,任何与总体沉积环境格格不入的东西就无立足之地。

又譬如,中国东部地区多低山丘陵,新构造差异运动明显,山地山麓盆地或山谷的地貌单元到处可见,地表切割比较强烈,同时不同类型的季风气候占据大部分国土,各种外动力过程极为活跃;在东南季风和印度洋季风控制下的我国东部和西部,干寒的冬季物理风化作用盛行,准备了大量的松散物,风化壳物质深厚,在夏季高温多雨达到最大强度时就造成强烈的地表侵蚀和各种块体运动。特别是在“高能低频”——多年一遇的暴雨情况下,能量集中促使崩塌、滑坡、泥石流等灾害性地貌过程广泛发生,形成崩塌、滑坡、泥石流等各种混杂堆积的沉积体系和相应沉积体系域。这一大的沉积环境在整个第四纪期间并无多大的本质变化。在这种成因——环境条件下,若生硬插入“冰川堆积”显然就与整个环境格格不入。所以我们首先强调混杂堆积物(或岩)成因判别的成因—环境原则。

除上述成因—环境原则外,实践还告诉我们,成因不同的混杂堆积物有许多相同或相似的沉积特征,如粒度组成复杂、分选性差、砾石圆化差、堆积体形状或岩层产状呈透镜状或带状、水平延伸性差、厚度变化快、岩层下界面明显起伏不平、层理不发育或粗糙、含化石少、颜色杂等,有时甚至多种混杂堆积砾石或相关基岩上都刻存磨光面或擦痕……具体而言,冰碛和泥石流堆积就几乎完全具有上述相似或相同的特点。这就排除了根据单项标志或少数几项标志来判别混杂堆积成因的可能。由此便导出混杂堆积成因的另一原则——多指标综合原则(崔久之,1988)。

二、多指标综合原则

此原则不是选择一项或少数几项指标,而是选择若干项指标进行综合识别,这也是避免认识上片面性的一种办法。可以把混杂堆积的沉积特征分解成20多种指标,其中有若干种可以说是多种混杂堆积共同具有的特征,如:粒度组成范围宽广,黏粒到巨砾都有;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,多数情况峰值多变;砾石圆化差,含大量棱角和次棱角形石块;堆积体产状多呈带状、块状,延伸不远,下界面糙度大,变化快,厚度以几米至几十米居多;颜色杂,多数取决于母岩,少数取决于后期风化;含化石少或不含化石。上述特征的综合,可以用来识别是否混杂堆积,但不能判别是何种混杂堆积成因,因为它们都是多解性指标。前国际第四纪委员会秘书长Schliichter(1979)曾提出11个指标用以鉴定冰碛成因,但其中有5条皆属于作者所提的“多解”标志,其他6条则有鉴别意义。陆松年(1983,1988)对前寒武纪冰碛岩有独到研究并曾列出冰成岩及与其相似岩石的成因分类表(表141),以期有利于混杂堆积的成因判别。

我们需要的是能反映沉积物搬运介质及其流态的结构、构造遗存在沉积物及岩石上的原始而未经破坏的特征,它们是非多解性指标,具有一定的专属性的判别标志。此中包括砾石组构、沉积构造与基岩变形构造、宏观和微观的沉积结构、砾石形态和砾石与沉积物下伏基岩的表面特征(刻槽、磨光面等)、粒度在同一层中的垂向变化,成层性和层理状态、相序共生关系、沉积韵律和旋回、相关的地貌背景和沉积体系等。还有若干指标在适合条件下也可以起到判别成因的作用,如由于受边界条件的限制,只反映沉积环境而不反映搬运介质,或只具有统计学意义而机制不甚明了等。这些可称之为次多解指标,包括有:岩性成分的复杂与否、物源远近及所含巨砾的变化、石英砂粒表面形态特征、黏土矿物成分与化学成分、粒度统计参数、砾石支撑和砾石饱和度(分悬浮型、支撑型、叠撑型、镶嵌型)、特殊包裹物、所含孢粉所反映的植被和气候状态等。

表141冰成岩及其相似岩石的成因分类(陆松年,1988)注:关于冰碛分类与命名请参阅本书第二章(第一节),作者注。

综上所述,我们在着手判别混杂堆积的成因类型时,需要透彻地了解沉积物特征的各个方面,对所选择的指标要清楚其适用范围和形成条件,加以综合分析,然后才能做出接近实际的判断。

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