第二节 风成相和冰川相

一、风成相 (aeolian facies)

(一)空气的机械搬运和沉积作用

空气是仅次于水的一种很重要的搬运营力和沉积介质。空气与流水在搬运和沉积机理上有相同之处，也有一些重要的差别。首先，空气只能搬运碎屑物质，而通常不能搬运溶解物质。其次，空气与水的密度不同，从而导致空气搬运和沉积的某些独有特点。第三，空气的作用空间大，不受固体边界限制，也不像流水那样明显受重力控制，所以也可将沉积物由地势低处移向高处。由于风速受地形、地物影响大而有突然变化，加上密度小，因此能搬运的粒径范围较窄，风速一旦减小，则相应地有粒径比较一致的碎屑沉积下来，所以风成沉积物的分选性一般比流水好。碎屑在空气中的搬运方式主要是跳跃，其次是悬浮和滚动 (在风搬运中常称为蠕动)。随着风速的变化，三种搬运方式可相互转化，但据观察现代沙漠沉积发现，在一般情况下，搬运方式与粒度之间的关系相当恒定。跳跃颗粒粒径一般小于0.5mm, 尤其细砂 (0.1~0.3mm) 跳动得最为活跃, 蠕动颗粒都在0.5到2~3mm之间,更大的颗粒一般就留在原地不动；小于0.1~0.2mm的颗粒可悬浮搬运。粒径小于0.05mm的粉砂与粘土可以像尘埃一样弥散在空气里长距离搬运，当发生风暴时，这种搬运作用就更为强烈。当尘埃物质只被短距离搬运沉积在沙漠中时，可被下次风暴搬运；如被带到沙漠以外的地区沉积下来，就有可能保存，我国北方广布的黄土大部属于这种成因。尘埃物质可搬运到海中与深海物质混合沉积在深海盆地中。

(二)风成相模式

在沙漠地区，风及温度的日变化和季节变化很大，年平均降雨量极低，降雨频率每年几次或每隔10~20年一次，而且常常是剧烈降雨，蒸发量常是降雨量的数倍，故极少或几乎没有植物生长。由于缺少植被及土壤的覆盖，可形成暂时性地表湍急径流，并在沙漠中形成间歇性水道 (河流)，称为“旱谷”。水流流向沙漠低洼处发育成沙漠湖，这种湖泊在一年的绝大部分时间是干涸的。如果某些地区先是有水积聚，后又干涸，形成盐结壳，则称为内陆盐碱滩或内陆萨布哈 (图5-3)。

沙漠中由于风的吹扬作用使基岩裸露，并伴有崩裂的巨砾出现，形成“岩漠”。它常位于沙漠层序的最底部，分布于风蚀盆地和旱谷深处。风的吹扬和搬运使沙质物质集中堆积，形成风成砂沉积，不能被搬运的砾石、卵石、粗砂残留下来，堆积而成“石漠”或称“戈壁”。尘土或粉砂被风携带至沙漠附近地区堆积下来形成黄土沉积。

风成砂可进一步分为沙丘 (dune)、沙丘间 (interdune)、沙席 (sand sheet)、间歇河床(ephemeral channel), 或旱谷(wadi)、干盐湖 (playa) 或萨布哈(sabkha) 五种沉积类型。沙丘是风成砂的最主要堆积类型，其内部具有特征的风成交错层理，前积细层倾角为25°~34°，细层厚一般为2~5cm，层系厚可达1~2m，最厚达数米。此外还可见厚为数毫米的极薄的水平纹层，纹理清晰，有时为重矿物与轻矿物分别富集的纹层显现而成。

沙丘沉积层序的底部为分选差至中等、水平或倾角很小的粗粒层状沉积物，其上为分选好、具大型交错层理的砂层，交错层细层倾角陡、倾斜度极为一致。在沙漠盆地边缘，风成层序底部具石漠或戈壁沉积物，其上为旱谷(干河床)与风成砂沉积的互层，再上部为沙丘沉积(图5-4)，常与局部的内陆萨布哈沉积共生。

二、冰川相 (glacial facies)

冰川是陆地上的降雪经过堆积和固化而成的一种流动的冰体体系。冰川是固体物质，它的移动机理包括两个方面。一是塑性流动，由于冰川自身重力使其下部处于塑性状态，称可塑带；上部则为脆性带。可塑带托着脆性带在重力作用下向前运动，由于底部有摩擦阻力的缘故，运动速度有向下变缓的趋势。二是滑动，由于冰融水的活动或冰川底部常处于压力融化(冰的熔点每增加一个大气压就要降低0.0075℃)状况下，所以冰川底部与基岩并没有冻结在一起，冰体可沿冰床滑动。此外，还可沿着冰川内部一系列的破裂而滑动，这是由于下游冰川消融变薄而速度降低，上游运动较快的冰川向前推挤，形成一系列滑动面。冰川移动速度每年可由数十米到数百米。

冰川主要搬运碎屑物质，它们可浮于冰上或包于冰内。碎屑物质可来自冰川对底部和两壁基岩的侵蚀，或由两侧山坡崩塌而来。由于冰川是固体搬运，因而搬运能力很大，可搬运直径数十米、重达数千吨的岩块。由于碎屑不能在冰体中自由移动，彼此间极少撞击和摩擦，因此碎屑缺乏磨圆与分选，大小混杂堆积在一起。碎屑与底壁基岩间的磨蚀和刻划，以及塑性流动所产生的部分岩块间的摩擦，都可产生特殊的冰川擦痕(钉子头抓痕)。

冰川流动到雪线以下就要逐渐消融，所载运的碎屑就沉积下来。沉积作用主要发生在冰川后退或暂时停顿期，随着冰川的消融就有冰水产生，冰碛物遭到流水的改造即成为冰水沉积物。

当冰川入海裂为冰山后可到处漂浮流动，浮冰融化后，冰体所含碎屑即行下沉，形成冰川—海洋沉积。现代南极四周、阿拉斯加北部陆架上部均广泛分布有这种沉积。

冰川分为山谷冰川、山麓冰川、冰帽三种类型 (图5-5)，也有人将其分为山谷冰川和大陆冰川两种类型。

直接由冰川堆积的沉积物称为冰碛物(till)。它是一种未经分选的由泥质质点、砂粒、砾石以至巨大的岩块混合而成的块状堆积物。其中，细粒的碎屑主要由冰研磨而成，没有明显的风化痕迹。较粗的颗粒表面常具钉子形擦痕和光面。冰碛物的石化产物称为冰碛岩 (tillite)。冰碛岩常常与碎屑流沉积混淆，但是，如果这类沉积分布在具沟槽、擦痕和磨光面的基底之上，那么就无疑是冰川成因的了。

Edwards (1978) 将冰川沉积物归纳为五种岩相 (表5-2): (1) 块状冰碛岩; (2)层状砾岩和砂岩； (3)纹层状泥岩，其中含或者不含坠落石；(4)与层状砾岩和砂岩、纹层状泥岩相伴生的冰碛岩，(5)带状冰碛岩。其中，前三种岩相最为常见。

表5-2 主要的冰川相、沉积作用和形成环境

岩 相	沉 积 作 用	环境
块状冰碛岩、带状冰碛岩	在活动冰下面沉积的底碛	冰下环境
层状砂岩和砾岩、砂岩和砾岩中的杂乱沉积层或透镜体	流动水中沉积的杂乱沉积物、块体流(冰碛流)和流动的水体	冰上、冰内、冰前(包括水下)
韵律的纹层状粉砂岩和粘土岩、纹层状泥岩、具坠落石块状混杂岩	纹泥、季节性沉积、由扰动水中的悬浮体及冰浮物质沉积的水成冰碛岩、静水中的悬浮体及冰浮物质沉积	冰湖、冰海