1. ml--人工填土
2. pd--植物層
3. al--沖擊層
4. pl--洪積層
5. dl--坡積層
6. el--殘積層
7. eol--風積層
8. l--湖積層
9. h--沼澤沉積層
10. m--海相沉積層
11. mc--海陸交互相沉積層
12. gl--冰積層
13. fgl--冰水沉積層
14. b--火山堆積層
15. col--崩積層
16. del--滑坡堆積層
17. set--泥石流堆積層
18. o--生物堆積
19. ch--化學堆積物
20. pr--成因不明沉積
注:上述每類符號前加Q,并以上標符號的形式顯示,表示完整的地層符號
由原巖風化產(chǎn)物經(jīng)各種外力地質作用而成的沉積物,至今其沉積歷史不長,所以只能形成未經(jīng)膠結硬化的沉積物,也就是通常所說的“第四紀沉積物”或“土”。不同成因類型的第四紀沉積物,各具有一定的分布規(guī)律和工程地質特征,以下分別介紹其中主要的幾種成因類型。殘積物、坡積物和洪積物
殘積物(Qel )(Qel為第四紀地層的成因類型符號)
殘積物是由巖石風化后,未經(jīng)搬運而殘留于原地的土,而另一部分則被風和降水所帶走。它處于巖石風化殼的上部,是風化殼中的劇風化帶,向下則逐漸變?yōu)榘腼L化的巖石。它的分布主要受地形的控制,在寬廣的分水嶺上,由雨水產(chǎn)生地表徑流速度小,風化產(chǎn)物易于保留的地方,殘積物就比較厚。在平緩的山坡上也常有殘積物覆蓋。
在不同的氣候條件下、不同的原巖,將產(chǎn)生不同礦物成份、不同物理力學性質的殘積土。
由于風化剝蝕產(chǎn)物是未經(jīng)搬運的,顆粒不可能被磨圓或分選,沒有層理構造。
殘積物與基巖之間沒有明顯的界限,通常經(jīng)過一個基巖風化層(帶)而直接過渡到新鮮巖石。殘積物有時與強風化層很難區(qū)分。一般說來,殘積物是由于雨雪水流將細顆粒帶走后殘留的較粗顆粒的堆積物。風化層則雖受風化作用的影響,但它是未被剝蝕搬運的基巖風化產(chǎn)物。殘積物中殘留碎屑的礦物成分很大程度上與下臥基巖相一致,這是鑒定殘積物的主要根據(jù)。例如砂巖風化剝蝕后生成的殘積物多為砂巖碎塊。根據(jù)這個道理可按地面殘積物的成分推測下臥基巖的種類。反之,也可按基巖分布的規(guī)律推測其風化產(chǎn)物的特征。山區(qū)的殘積物因原始地形變化很大且?guī)r層風化程度不一,所以其厚度在小范圍內(nèi)變化極大。由于殘積物沒有層理構造,均質性很差,因而土的物理力學性質很不一致,同時多為棱角狀的粗顆粒土,其孔隙度較大,作為建筑物地基容易引起不均勻沉降。
不同巖類具有不同的風化特征,如塊狀構造的花崗巖,多以沿節(jié)理裂隙風化,風化厚度大,且以球狀風化為主。當巖石在大氣,水、生物等外力地質作用下發(fā)生風化,使其結構、礦物成分、物理、力學、化學性質等產(chǎn)生不同程度的變異,則稱為風化巖。巖石已達到完全風化而未經(jīng)搬運的碎屑物稱為殘積土。我國南方花崗巖分布較廣,如深圳地區(qū)約占60%的面積,花崗巖殘積土的厚度在15—40m之間,是該區(qū)城市建筑物基礎的主要持力層。
花崗巖殘積土是在化學風化作用下淋濾形成的產(chǎn)物,其礦物成分與原巖雖有本質的改變,但多保留在原位并具有它的原始形狀,其中不易風化的石英顆粒更是如此。所以花崗巖殘積土一般仍保持其原巖粒狀結構,具有相當高的結構強度,外表看起來很象巖石。對其采用一般的室內(nèi)土工試驗方法測得的物理力學性質分析,其工程性質是較差的,表現(xiàn)在高孔隙比、高壓縮性等方面。但從原位測試分析,它表現(xiàn)為承載力較高、壓縮性較低。
坡積物(Qdl )
坡積物是殘積物經(jīng)水流搬運,順坡移動堆積而成的土。即是雨雪水流的地質作用將高處巖石風化產(chǎn)物緩慢地洗刷剝蝕,順著斜坡向下逐漸移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。其成份與坡上的殘積土基本一致。由于地形的不同,其厚度變化大,新近堆積的坡積土,土質疏松,壓縮性較高。它一般分布在坡腰上或坡腳下,其上部與殘積物相接。坡積物底部的傾斜度決定于基巖的傾斜程度,而表面傾斜度則與生成的時間有關,時間越長,搬運、沉積在山坡下部的物質就越厚,表面傾斜度就越小。
坡積物質隨斜坡自上而下呈現(xiàn)由粗而細的分選現(xiàn)象。其成份與坡上的殘積土基本一致。與下臥基巖沒有直接關系,這是它與殘積物明顯的區(qū)別。
由于坡積物形成于山坡,常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動,還由于組成物質粗細顆粒混雜,土質不均勻,且其厚度變化很大(上部有時不足一米,下部可達幾十米),尤其是新近堆積的坡積物,土質疏松,壓縮性較高。
洪積物(Qpl )
洪積土是山洪帶來的碎屑物質,在山溝的出口處堆積而成的土。由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流,具有很大的剝蝕和搬運能力。它沖刷地表,挾帶著大量碎屑物質堆積于山谷沖溝出口或山前傾斜平原而形成洪積物。
山洪流出溝谷口后,由于流速驟減,被搬運的粗碎屑物質(如塊石、礫石、粗砂等)首先大量堆積下來,離山漸遠,洪積物的顆粒隨之變細,其分布范圍也逐漸擴大。其地貌特征,靠山近處窄而陡,離山較遠寬而緩,形如錐體,故稱為洪積扇(錐)。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。
如果逐漸擴大以至連接起來,則形成洪積沖積平原的地貌單元。
洪積物的顆粒雖因搬運過程中的分選作用而呈現(xiàn)上述隨離山遠近而變的現(xiàn)象,但由于搬運距離短,顆粒的磨圓度仍不佳,此外,山洪是周期性產(chǎn)生的,每次的大小不盡相同,堆積下來的物質也不一樣。因此,洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則交錯的層理構造,如具有夾層,尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀。
沖積物(Qal )
沖積物是河流流水的地質作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物質剝蝕后搬運、沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。即是由于河流的流水作用,將碎屑物質搬運堆積在它流經(jīng)的區(qū)域內(nèi),隨著從上游到下游水動力的不斷減弱,搬運物質從粗到細逐漸沉積下來,一般在河流的上游以及出山口,沉積有粗粒的碎石土、砂土,在中游丘陵地帶沉積有中粗粒的砂土和粉土,在下游平原三角洲地帶,沉積了最細的粘土。沖積土分布廣泛,特別是沖積平原是城市發(fā)達、人口集中的地帶。對于粗粒的碎石土、砂土,是良好的天然地基,但如果作為水工建筑物的地基,由于其透水性好會引起嚴重的壩下滲漏;而對于壓縮性高的粘土,一般都需要處理地基。
沖積物的特點是呈現(xiàn)明顯的層理構造。由于搬運作用顯著,碎屑物質由帶棱角顆粒(塊石,碎石及角礫)經(jīng)滾磨、碰撞逐漸形成亞圓形或圓形顆粒(漂石、卵石、圓礫),其搬運距離越長,則沉積的物質越細,典型的沖積物是形成于河谷(河流流水侵蝕地表形成的槽形凹地)內(nèi)的沉積物,可分為平原河谷沖積物和山區(qū)河谷沖積物等類型。
平原河谷沖積物
平原河谷除河床外,大多數(shù)都有河漫灘及階地等地貌單元。
平原河流常以側向侵蝕為主,因而河谷不深而寬度很大。正常流量時,河水僅在河床中流動,河床兩側則是寬廣的河漫灘。只在洪水期中,河水才溢出河床,泛濫于河漫灘之上。
河流(谷)階地是在地殼的升降運動與河流的侵蝕,沉積等作用相互配合下形成的,位于河漫灘以上的階地狀平臺。河流階地的形成過程大致如下:當?shù)貧は陆?,河流坡度變小,發(fā)生沉積作用,河谷中的沖積層增厚;地殼上升時,則河流因豎向侵蝕作用增強而下切原有的沖積層,在河谷內(nèi)沖刷出一條較窄的河床,新河床兩側原有的沖積物,即成為階地。如果地殼交替發(fā)生多次升降運動,就可以形成多級階地,由河漫灘向上依次稱為一級階地、二級階地,三級階地……等,階地的位置越高,其形成的年代則越早。如黃河在蘭州附近就有六級階地。
山區(qū)河谷沖積層
在山區(qū),河谷兩岸陡削,大多僅有河谷階地(圖1-15)地表水和地下水基本上都流向河床。山區(qū)河流流速很大,故沉積物質較粗,大多為砂粒所填充的卵石,圓礫等。山間盆地和寬谷中有河漫灘沖積物,其分選性較差,具有透鏡體和傾斜層理構造,厚度不大,在高階地往往是巖石或堅硬土層,作為地基,其工程地質條件很好。
風積物(Qeol )
風積物是由風作為搬運動力,將碎屑物由風力強的地方搬運到風力弱的地方沉積下來的土。風積土生成不受地形的控制,我國的黃土就是典型的風積土。主要分布在沙漠邊緣的干旱與半干旱氣候帶。風積黃土的結構疏松,含水量小,浸水后具有濕陷性。
其它沉積物
除了上述四種主要成因類型的沉積物(殘積物、坡積物、洪積物和沖積物)外,還有海洋沉積物( Qm)、湖泊沉積物(Ql )及冰川沉積物(Qgl )等,它們是分別由海洋、湖泊及冰川等的地質作用形成的。下面只簡略介紹海洋沉積物和湖泊沉積物。
海洋沉積物( Qm)(海相沉積物)
海洋按海水深度及海底地形劃分為濱海帶(指海水高潮位時淹沒,而低潮位時露出的地帶)、淺海區(qū)(指大陸架,水深約0-200m,寬度約100-200km)、陸坡區(qū)(指大陸陡坡,即淺海區(qū)與深海區(qū)之間過渡的陡坡地帶,水深約200-1000m,寬度約100-200km)及深海區(qū)(海洋底盤,水深超過l000m)。
與上述海洋分區(qū),相應的四種海相沉積物如下:
濱海沉積物主要由卵石,圓礫和砂等粗碎屑物質組成(可能有粘性土夾層),具有基本水平或緩傾斜的層理構造,在砂層中常有波浪作用留下的痕跡。作為地基,其強度尚高,但透水性較大。粘性土夾層干時強度較高,但遇水軟化后,強度很低。由于海水大量含鹽,因而使形成的粘土具有較大的膨脹性。
淺海沉積物主要有細顆粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學沉積物(硅質和石灰質等)。離海岸愈遠,沉積物的顆粒愈細小。淺海沉積物具有層理構造,其中砂土較濱海帶更為疏松,因而壓縮性高且不均勻,一般近代粘土質沉積物的密度小,含水量高,因而其壓縮性大,強度低。
陸坡和深海沉積物主要是有機質軟泥,成分均一。
湖泊沉積物(Ql )
湖泊沉積物可分為湖邊沉積物和湖心沉積物。湖泊如逐漸淤塞,則可演變成沼澤,形成沼澤沉積物。
湖邊沉積物主要由湖浪沖蝕湖岸、破壞岸壁形成的碎屑物質組成的。在近岸帶沉積的多數(shù)是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土,遠岸帶沉積的則是細顆粒的砂土和粘性土。湖邊沉積物具有明顯的斜層理。