Question

泥炭沼泽

Answer 1

一、泥炭沼泽及其形成条件

沼泽是地表土壤充分湿润、季节性或长期积水，丛生着喜湿性沼泽植物的低洼地段。如果沼泽中形成并积累着泥炭，则称为泥炭沼泽。泥炭沼泽既不属于水域，又不是真正的陆地，而是地表水域和陆地之间的过渡形态。

世界上很多地区都分布有现代泥炭沼泽，据估计，总面积约160×10⁴km²。我国沼泽分布总面积达11×10⁴km²，其中泥炭层堆积较厚的面积约为2.6×10⁴km²。

泥炭沼泽的形成和发育是地质、地貌、水文、土壤、植物等多种自然因素综合作用的结果。

构造运动对泥炭沼泽发育的影响，主要表现为断裂或节理裂隙所构成的破碎带，经风化剥蚀而发展成洼地，形成汇水地区，从而为泥炭沼泽的形成提供了地貌、水文条件。地壳升降运动的幅度、速度、频率等，影响泥炭沼泽的形成和泥炭层数及其厚度。一般来说，地壳上升，往往引起侵蚀作用增强，地下水位下降，不利于泥炭沼泽的形成，如果地壳沉降速度与植物堆积的速率相对平衡时，在地面平坦的低洼地段造成地区泄水条件不畅，有利于泥炭沼泽的发育。

地壳运动常伴有岩浆活动，其中火山喷发往往形成火山口湖，这就为泥炭沼泽的形成提供了空间;此外，由于岩浆溢出，也可造成熔岩堰塞湖，加之火山活动造成土质及大气等许多有利沼泽植物繁衍条件，这些湖泊常演化为泥炭沼泽。

自然地理、地貌条件与泥炭沼泽的形成有密切关系。发育泥炭沼泽，首先应有缓慢沉降的低洼地带，这种洼地有利于水的汇聚而不利于水的排泄，由于基底的缓慢沉降，使地下水位能保持缓慢速度持续抬升;其次，泥炭沼泽发育地区大多与活动能量大的水体(如海、湖、河)之间以一定形式的保护屏障形成相对隔离的地带，被沙坝或沙嘴或沙滩阻隔，如相对分离于开阔海域以外的海湾潟湖地带、天然堤与活动河道分离的河后沼泽及废弃河道等;再次，泥炭沼泽发育的地带，大多为地表地形高差变化不大且地表宽缓低平、能量低的地带。

1.泥炭沼泽重要发育地带———滨海平原

泥炭沼泽具有水陆过渡性质。滨海地带正是海洋与陆地相互作用的结果，尤其海水的波浪、岸流、潮汐及大范围的海面升降等作用，都为泥炭沼泽的广泛发育创造了有利的地貌条件。

北美大西洋、墨西哥湾沿岸的滨海平原宽达500余千米，地势低平，滨海平原上分布有若干宽阔的河流盆地，由于泄水不良，泥炭沼泽发育，有的可达几千平方千米。

滨海地带的海水与沿海陆地地表水和潜水之间的相互关系，也往往构成有利于泥炭沼泽发育的条件。沿海地区是海洋与陆地各种内外营力交互作用的场所，由于地势低平，径流缓慢，堆积作用盛行，滨海平原地表多细碎屑物质，地表水流不易下渗，地下水埋藏浅，加上大气降水大，湿度大，因而有利于泥炭沼泽化。特别是海水与地下潜水具有水力联系的地区，更有利于泥炭沼泽的形成和发展。海水退潮时，河水径流与地下径流则注入大海;涨潮时，海水顶托、倒灌，河流与地下径流发生回流，因而使河水面和地下潜水面抬升，造成地表过湿和积水，因而在滨海平原地区形成和发育大面积的泥炭沼泽。

滨海地带的海湾内，由于波浪作用微弱，易形成海滩、沙嘴等堆积地貌，发育的结果可使海湾封闭形成海湾潟湖，这是泥炭沼泽发育的良好场所。美国弗吉尼亚东南方向的底斯摩沼泽，处于温带地区，面积最大曾达到5700km²。

在三角洲平原上分流河道之间的低洼地及靠近海边缘部分的潟湖湿洼地，也是引起泥炭沼泽化的良好场所。如我国长江三角洲和珠江三角洲地带，地下埋藏的泥炭层正是这种古三角洲平原上的产物。美国密西西比河三角洲平原上沼泽密布，沼泽化程度很高，现代泥炭厚度可达4m。

在热带、亚热带地区的海岸和河口地区，还可以形成一种特殊类型的滨海泥炭沼泽———红树林泥炭沼泽。红树林是热带、亚热带的一种海岸植被，一般发育在潮间地带或受潮汐影响的河口地带，如我国沿海从福建南部的惠安、泉州开始，向南一直到海南岛和广西沿海均有分布。其中，海南岛文昌县一带的潟湖内，红树林沼泽普遍发育;广西钦州泥炭层厚达5m。

2.内陆有利发育泥炭沼泽的地区

内陆有利发育泥炭沼泽的地区，一般属于与河流作用、冰川作用有关的河湖地带。

内陆地区地表径流是塑造地貌的重要营力。一般在山地、丘陵、台地，有暂时性流水的作用，易形成源头洼地、沟谷洼地、洪积扇缘洼地等;在平原地带，由经常性流水作用塑造成长条状洼地，如河漫滩洼地、废弃河道洼地等。这些洼地往往成为泥炭沼泽发育的有利场所。

河流的发源地源头沟谷地区，多位于河流上游的支谷中。谷底平坦宽浅，纵横比降都很小，为地表径流汇聚区。由于坡面径流的作用很易于形成围椅状或掌状洼地，到一定阶段，谷底可塑造出相对平衡的剖面，取得较稳定的潜水补给，由于流水不畅，常常形成泥炭沼泽化。

沟谷洼地一般为流水离开源头或上游而进入低山丘陵和山间盆地，由于沟谷已发育到壮年、老年阶段，谷底展宽、水流分散，因而有些地区出现河床、河漫滩、阶地的分化，谷底起伏不平，河漫滩地上往往有废弃河道，在河漫滩与阶地的后缘，常有丰富的地下水露头，因此形成土质湿润或有薄层积水条件，从而成为泥炭沼泽化的场所。天然堤外的洼地，因洪泛的影响也易于泥炭沼泽化。

在山地与平原交接的山前地带，往往由于有利的地质构造条件形成洪积冲积扇群，在这种扇群上的沟道内，由于扇顶有泉水溢出，流经扇身，常年积水形成扇身的过渡湿润。在扇前缘洼地由于地下水在扇缘溢出并积聚于洼地，地下水不断溢出，溶于水中的矿物质沉积下来，因而形成长期处于养分较丰富的条件，构成了有利于泥炭沼泽化的场所。

在进入壮年和老年期的平原地带，一方面由于河道曲流化发展，上下凹岸间的曲流颈逐渐缩短变狭窄，受到洪水的冲决，形成自然的截弯取直，因而形成与主河道相隔离的牛轭湖;另一方面，由于河床长期侧向迁移和河流的周期泛滥，形成了略高出于平均水位的河漫滩，在这些地带表面平坦，地势起伏不大，大多坡积了厚层的松散堆积物;在河漫滩的中央部分，因距河道较远，只有洪泛沉积物的细碎屑物质，地势低洼，因而往往积水成湖。在近河谷的河漫滩上一般于谷坡地段常具有最低洼的地势，也分布有湖沼。上述几种湖泊地带，在其他因素有利的条件下，都可以成为发育泥炭沼泽的场所。

大陆内的湖泊地带中湖滨洼地由于受到潜水和洪水泛滥的影响，在近湖区，因湖水上涨，由于积存洪泛水或潜水位上升，形成长期积水条件，沼泽植物丛生，泥炭堆积迅速进行，因而形成有利泥炭沼泽堆积的地带。

大陆内的山地和高原地区，在构造条件相对稳定的条件下，经外营力长期剥蚀夷平的剥夷面，地面起伏和缓，风化壳较厚，排水条件较差，形成了有利于泥炭沼泽化的自然地理条件，在山地、高原中，常具有不大的封闭或半封闭的山间盆地，因地形封闭常有泉水出露，常形成地表水和地下水的汇集，因此也成为有利于泥炭沼泽化的地带。如我国青藏高原东北边缘的若尔盖就是我国最大的高原草本泥炭沼泽区，南北长约200km，东西宽达100km，全区泥炭沼泽总面积约为5000多平方千米。若尔盖泥炭沼泽区是青藏高原整体上升中的相对下沉区，是高原东北部的一个较大的断陷盆地，四周为海拔4000多米的高山环抱，盆地内多分布有宽谷、低山与丘陵、黑河、白河纵贯全区，北入黄河。由于地壳长期相对下沉，河道迂回多变，湖泊、洼地极多，谷地地表低洼，排水不畅，多为常年积水或过湿地区，加上分布有若干浅湖，因而形成了有利于泥炭沼泽的长期发育。堆积的泥炭层厚度一般达2～3m，最厚可达10m。

在大陆内部，由于大陆冰川的消融和退缩，留下一系列冰蚀、冰积地貌，往往构成泥炭沼泽发育很有利的场所。冰川的刨蚀作用形成了一些冰斗、围谷、槽谷等低洼地貌。槽谷底部又因差别侵蚀和冰碛物的聚积，造成谷底极不平坦，常常出现一些湿地和湖沼，更由于冰碛物的透水条件差，形成了有利泥炭沼泽化的条件，此外，冰水冲积平原，由于坡度小，沉积较细的碎屑，透水性差，也可以成为泥炭沼泽广泛发育的有利地带。

在山地和高原，往往分布有封闭或半封闭的山间盆地，易于汇集地表水和地下水，可生长喜湿植物和水生植物，因此易于泥炭沼泽化，又由于沼泽环境较为稳定，常形成质量较好、较厚的泥炭。在热带、亚热带湿润地区，岩溶地貌发育，溶蚀洼地也可形成泥炭沼泽。

气候条件对泥炭沼泽的形成起着重要的作用。气温和土壤温度影响植物的生长速度和生长量，同时还控制着微生物的繁殖和活动强度，从而影响植物残体的分解速度。当气温、土温低时，植物生长缓慢及植物残体分解速率低，因而泥炭积累不多;在热带地区，植物的生长量和分解速度都较高，泥炭积累亦受到限制，在气候条件中，湿度因素对植物的生长、微生物活动及泥炭沼泽的形成和发展具有重要意义。当年平均降水量大于年平均蒸发量时，即湿润系数大于1时，泥炭沼泽可得到广泛的发育。据г.H.维素斯基的资料，当湿润系数达1.33时，在缓坡地带也可形成泥炭沼泽。此外，湿度还影响微生物的活动强度。一般在湿度为土壤最大持水量的60%～80%时，微生物的活动力最强;大于80%或小于40%时，微生物活动力较弱或极弱。

形成泥炭沼泽的水文条件主要是入水量，即地表水和地下水的流入量及大气降水量要大于出水量(即地表水、地下水的流出量和蒸发量)，这样才能使泥炭沼泽化地带长期处于排水不畅的积水状态。

二、泥炭沼泽形成的方式

泥炭沼泽是水域和陆地的过渡形态，因此它的形成产生于两种泥炭沼泽化的方式，即由陆地演化为泥炭沼泽，称为陆地泥炭沼泽化;或由水域转化为泥炭沼泽，称为水域泥炭沼泽化。

水域包括湖泊、河流、滨岸地带的各种海湾和河口湾等。水域的泥炭沼泽化都是从岸边及水体底部植物的丛生开始，这些地带往往水深不大，水层透明度较好，水温适宜，含盐度低等。淡水湖易于沼泽化(含盐度＜0.3%)，碱水湖(含盐度＞24.695%)植物生长困难，难以泥炭沼泽化，微碱水湖(含盐度在前二者之间)有可能沼泽化。滨海的潟湖，如不经过淡化过程，就难以泥炭沼泽化。河流的泥炭沼泽化大多发生在平原或山间谷地的中、小河流地带，这是由于河道迂回曲折，河床宽浅，水流平稳，岸、底植物丛生，植物的繁茂更加减缓水的流速，因此有利泥炭沼泽化。水域泥炭沼泽化可以概括为3种模式。

1.浅水缓岸湖泥炭沼泽化的发育模式

这种湖泊由四周向湖心逐渐变深，湖水停滞或仅有微弱流动，波浪小且水的光照条件好。湖底首先沉积含少量有机质的黏土和砂层，其上为腐泥层。湖水逐渐淤浅，在湖底沉积的同时，岸边与不同水深的湖滨地带，植物繁殖起来，由于水深各异而形成不同的植物群落，由岸向湖心方向植物群落呈有规律的变化，可区分出几个植物带(图13):在岸边地下水接近地表或积水的地段，生长着以苔草为主的植物群落，并常形成高大的草丘，在近代泥炭沼泽中可见泽泻科、慈菇、两A蓼、毛茛等，积水较深处可形成木贼独立带;湖水深不足1m地段，为挺水(抽水)植物带，如芦苇、香蒲等;水深1～2m地段，为浮叶植物带，常由蔓延在湖面上的长根茎植物，如水芋、睡莲、眼子菜和一些藻类;在水深2～8m范围内，则为沉水植物带(或称微型植物带)，带内植物生长在湖底，属于孢子藻类，如蓝绿藻等。随着各植物带之下逐渐积累泥炭，湖泊也逐渐淤浅，因此原有植物群落由于水深生态环境演化而依次向湖心推移，形成了植物带有规律地向湖心扩展，最终将湖泊转变为泥炭沼泽。这种由湖滨向湖心演化的模式，大多是在水位变动小，且长期处于稳定的条件下才有可能，因此称为“向心泥炭化型”，也有人称为“向心陆化型”。在湖水水位变化剧烈的情况下，这种湖在水位降低时可出露湖底，由于水层很浅或只有薄层积水，因而促使湿生和水生植物大量繁殖，逐渐积累成泥炭层;随后因水位缓慢回升，且与泥炭的积累速度保持平衡，此时出现泥炭沼泽化由湖心向岸发展，这种发育方式称为“离心泥炭化型”或“离心陆化型”。

图1-3 浅水缓岸泥炭沼泽化发育模式(据柴岫，1990)

2.深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式

在这种湖中，因湖边大量地繁殖漂浮植物，植物死亡后，其残体沉入湖底转化为泥炭，这是一种由上而下的泥炭化过程。初始，在避风浪的湖边水面长满了漂浮植物，并与湖岸相连，形成漂浮植物毯(简称浮毯或漂筏子)。漂浮植物主要是蔓延在水面上的长根茎植物，近代的如甜茅、睡莲、水芋、沼矮陵菜等……这种长根茎植物，根茎交织成网，风沙带来的矿物质停积其上，养分逐渐改变，其他植物也入侵繁衍，浮毯增厚，密度加大，进而又为苔草植物的生长提供了有利的条件。随着浮毯的逐渐加大积厚向水中沉没，其下部死亡的植物残体，因重力作用，脱落沉入湖底，转化为泥炭，因而逐渐使湖底填积加高，渐渐与浮毯相连，浮毯不断向湖心扩展造成湖泊的淤浅而萎缩(图14)。

3.小河泥炭沼泽化模式

这种泥炭沼泽化大致与第一种模式近似，呈带状，植物分带不明显，往往在流速最小的河段的河底开始生长水生植物，植物繁茂后，由于河床的糙度增加，流速减小，于是在河面及河边出现漂浮植物，在水中充氧不足的条件下，积累起泥炭，使整个河道泥炭沼泽化。

图14深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式(据柴岫，1990)

陆地沼泽化比水域沼泽化更为广泛，面积也较大，尤以气候温和湿润地带最为发育。陆地泥炭沼泽化有多种成因:有的是由于地下水位升高或溢出地面，或由于地表低洼，洪水、冰雪融水及大气降水的汇集，使地表过湿或积水，土层通气条件恶化而形成;有的则是由植物自然更替而引起土壤养分的贫化而造成。

陆地泥炭沼泽化可产生在草甸、干谷、森林地带和永久冻土地带。分布在各种地貌类型中的草甸，如河漫滩、阶地、坳沟、山间小盆地、平缓分水岭、缓坡地、扇缘洼地、冰蚀冰碛谷地及溶蚀洼地等，在有利的温湿条件下，都可以发生草甸泥炭沼泽化。森林地带的沼泽化，往往是由森林的残落物的过分积累及土壤灰化作用引起。永久冻土区的泥炭沼泽化是由于气候严寒、降水少，地表切割微弱，地面众多封闭的洼地易形成小的湖沼，由于永冻层可作隔水层，使地表水不能入渗，在气温低、湿度大、蒸发量小的情况下出现了厌氧条件，从而形成了泥炭沼泽。

三、泥炭沼泽的类型

1.按照泥炭沼泽表面形态和水源补给以及养分和植被等特征划分

通常将泥炭沼泽划分为3种类型，即低位泥炭沼泽、中位泥炭沼泽和高位泥炭沼泽(图15)。

(1)低位泥炭沼泽

这种沼泽类型多处于泥炭沼泽发展的初期。低位泥炭沼泽的表面由于泥炭的积累不厚，且尚未改变原有的地表低洼形态。地表水和地下水作为丰富的水源补给，潜水位较高或地表有积水，溶于水中的矿物质养分丰富。沼泽多为中性或微碱性，pH=7～7.8，沼泽植物要求养分较多，种属较丰富。

由于低位泥炭沼泽富营养，所以有人称为富营养泥炭沼泽。因此，在这类沼泽中高等植物容易大量繁殖，形成茂密的植被，这就对泥炭形成提供了有利条件。在低位泥炭沼泽中形成的泥炭，灰分较高，沥青质含量低，焦油产出率较低。我国第四纪泥炭形成于这种类型的沼泽约占90%，在地史中各成煤期内也大多形成于这种泥炭沼泽类型。

(2)高位泥炭沼泽

这种类型的泥炭沼泽往往处于泥炭沼泽演化的后期。沼泽主要是由大气降水补给，沼泽的水面位于潜水面之上，水泥不充足，水中缺少矿物质养分，因而有人称为贫营养泥炭沼泽。高位泥炭沼泽在发展演化中，泥炭积累速度与养分的供给状况发生了变化，即在沼泽的边缘部分，易得到周边流水所携带的丰富营养;而中心部位则难以得到富养分的地表水和地下水的补给，仅靠大气降水补给，促使贫营养植物首先出现于中心地带。由于中心地带植物残体分解速度慢，使得泥炭增长速度快，与沼泽周边相比，泥炭积累快，于是形成了高位泥炭沼泽中部高出周边的特有剖面形态。在这类沼泽中生长的植物多为草本或藓类植物，种属较为稀少，多发育在地势较高，且较冷和较潮湿的气候条件下。

图1-5 不同发育阶段的泥炭沼泽示意图

(3)中位泥炭沼泽

这类泥炭沼泽多出现于前两类沼泽的过渡时期，在特征与性质上具有过渡特点，因此又称为过渡类型或中营养泥炭沼泽。这类泥炭沼泽的表面，由于泥炭的积累趋于平坦或中部轻微凸起，地表水和地下水通过周边的泥炭层时，其中的水分和养分被部分吸收达到中心地带时，已大为减少，因而潜水位变低、营养状况变差，泥炭层也处于中性到微酸性，植被以中等养分植物为主。

2.按植被生长情况划分

分为草本沼泽、泥炭藓沼泽和木本沼泽。

1)草本沼泽:是典型的低位沼泽，类型多、分布广，常年积水或土壤透湿，以苔草及禾本科植物占优势，几乎全为多年生植物，很多植物具根状茎，常交织成厚的草根层或浮毡层，如芦苇和一些苔草沼泽。

2)泥炭藓沼泽:又称高位沼泽，主要分布在北方针叶林带，由于多水、寒冷和贫营养的生境，泥炭藓成为优势植物，还有少数的草本、矮小灌木及乔木能生活在高位沼泽中，例如羊胡子草、越橘、落叶松等。

3)木本沼泽:又称中位沼泽，植被以木本中养分植物为主。沼泽地是纤维植物、药用植物、蜜源植物的天然宝库，是鸟类、鱼类栖息、繁殖和育肥的良好场所。沼泽具有湿润气候、净化环境的功能。

3.依据沼泽的水动力条件分类

依据沼泽的水动力条件、岩性组合以及沉积物特征，可划分为闭流沼泽、覆水沼泽和泥炭沼泽3种类型。

1)闭流沼泽:以深灰色、黑色粉砂岩、黏土岩和粉砂质黏土岩为主。闭流沼泽中水体较浅，水介质运动微弱，一般层理不发育，含有丰富的植物根、茎化石，甚至可见保存完好的直立植物根化石。常见菱铁矿、黄铁矿结核，局部可能保存少量的淡水动物化石。多发育在聚煤作用的早期，在含煤地层中多见于煤层底板，煤层顶板和夹矸中也可见到。在我国华北地区北部二叠系山西组中较常见。

2)覆水沼泽:覆水沼泽中的水体相对较深。沉积物以黑色炭质泥岩、炭质页岩为主，局部粉砂质含量较高，常发育水平层理或缓波状层理，层面上常保存大量的炭化植物叶、茎碎片，偶含淡水动物化石，也含菱铁矿和黄铁矿结核。多发育在聚煤作用的晚期，在含煤地层中多见于煤层顶板，煤层底板和夹矸中也可见到。

3)泥炭沼泽:泥炭沼泽是介于闭流沼泽和覆水沼泽发育期之间的特殊地质阶段，是地质历史上的主要聚煤环境。

4.依据水介质的盐度分类

可以划分为3种类型:淡水沼泽、半咸水沼泽和咸水沼泽。淡水沼泽在成煤沼泽中占重要地位，由湖泊演化成的沼泽以及河流两侧的泛滥平原沼泽一般都是淡水沼泽;而在滨海环境下，3种类型的沼泽都可以发育，但以半咸水和咸水沼泽为主。

5.依据成因环境分类

根据与其他环境的成因联系，可以把沼泽分为河漫滩中低洼地带形成的河漫沼泽，湖泊充填演化而成的湖成沼泽，以及在海洋沿岸地带的滨海平原、潟湖、海湾、潮坪等场所演化形成的滨海沼泽等。