Question

风化产物的搬运和沉积作用

Answer 1

1.搬运作用和沉积作用的概念

搬运作用是指风化、剥蚀后的碎屑、胶体、分子、离子等不同状态的物质，随着各种地质外动力以推移、跃移、悬移、载移或溶液运移等方式转移到别处的过程。

沉积作用是指被搬运的物质由于搬运介质的物理、化学条件的改变，在原始物质提供地之外的地表呈有规律地沉淀、堆积的现象。

地表母岩风化后形成的碎屑物质、粘土物质及溶解物质除少量残留原地，绝大部分被搬运到新的场所沉积下来。搬运风化产物的主要营力是流水、风、冰川、重力以及生物等，其中最重要的是流水的搬运作用。物质搬运的方式决定于风化产物的性质。碎屑物质、粘土物质通常是以机械方式搬运;而溶解物质则以胶体溶液和真溶液的方式进行搬运。

2.机械搬运和沉积作用

搬运和沉积碎屑物质的流体主要是流水和大气，在高寒地区的冰川和干旱地区的风也是搬运和沉积碎屑物质的营力。

(1)流水搬运和沉积作用

地面流水是沿陆地表面流动的水体，包括片流、洪流和河流。片流是无固定水道沿斜坡流动的暂时性水流;洪流是沿沟谷流动的暂时性水流;河流是有稳定水源补给的水流，多有固定的流动水道。

碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与流体的类型(牵引流、沉积物重力流)和水的流动状态(层流、紊流)关系密切;还与碎屑颗粒的大小、相对密度和形状等有关。

牵引流又称拖曳水流、流体重力流，是带动碎屑作牵引运动的流体，主要是低黏度、低密度的水流，如河流、风流和波浪流等。其搬运机制是流体在流动中可推动或拖曳、牵引游移的泥砂等固态颗粒顺流移动。牵引流中的水流状态有层流与紊流之分。

沉积物重力流是指可游移的固态碎屑物质在自身重力推动下形成的流体。这是一种在水中弥散有大量沉积物的高密度混合流，如泥石流、浊流、颗粒流等。在沉积物重力流中，固态碎屑物质的搬运不是因为水流对它施加了牵引力才被动发生，而看起来就像一种“主动”行为，这与牵引流有着本质的区别。

层流是一种缓慢流动的流体，流体质点作有条不紊的平行线状运动，彼此不相掺混。在层流中，碎屑物质的沉积就像在静水中一样。

紊流又称湍流，是一种多漩涡、急速流动的流体，流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此相互掺混。在紊流中，碎屑物质会受到上升力的作用甚至反复上升力的作用，从而阻止了碎屑物质的下沉，加长了搬运距离。

流水搬运作用的主要形式是牵引拖曳。在流体牵引下，碎屑颗粒沿着床沙表面以滚动、滑动、推移和跳跃方式作平行于底面的运动。如砾石在流水的作用下沿河床底的移动，沙子在风的作用下沿沙漠地面的移动，沙子在波浪及海流的作用下沿海滩滩面的移动。

颗粒被牵引拖曳时的具体搬运方式(滚动、跳跃、悬浮)主要受流速和被搬运颗粒的大小、密度和形态的控制。当流速一定时，较小、较轻或片状颗粒容易趋向于悬浮，较大、较重或粒状颗粒容易趋向于跳跃，更大、更重的颗粒则更容易趋向于滚动。如在普通的天然水流中，石英、长石等粒状轻矿物(密度＜2.67)或密度相似的其他颗粒(岩屑等)，其粒径大小与搬运方式间的实际关系是:＞2mm时多为滚动;2～0.05mm时多为跳跃;0.05～0.005mm时多为悬浮;＜0.005mm时则不仅易于悬浮，还有可能向胶体转化。这种自然分级的界线被用作划分砾、砂、粉砂和泥的标准。

在搬运的过程中，颗粒与颗粒，颗粒与水流边界会发生碰撞和摩擦，使颗粒棱角逐渐被磨平、圆化，颗粒也逐渐变小。一般颗粒被搬运距离愈长，搬运方式为滚动或跳跃时，颗粒愈易于圆化和细粒化。

在机械搬运过程中，当流体的动力特征(主要是流速)发生变化时，主要是当流体的动力不足以克服碎屑物质的重力时，碎屑物质就会沉积下来，发生机械沉积作用。

机械沉积作用的基本规律是机械沉积分异，即被搬运颗粒按粒度、密度和形状作有规律组合而分别沉积下来。

粒度分异碎屑物质常从粗到细(即从砾—砂—粉砂—泥)先后沉积;

密度分异从密度大到密度小(如金—黄铁矿—铬铁矿—石英)依次沉积;

形状分异粒状颗粒先沉积，片状颗粒后沉积。

(2)风搬运和沉积作用

在潮湿地区风的地质作用并不明显，但是在干旱的沙漠地区，它是主要的地质营力，起着侵蚀、搬运和堆积作用。风的搬运与流水搬运不同，风只能搬运碎屑物质而不能搬运溶解物质。风的搬运能力较流水要低，在同一速度下，它的搬运能力仅及水的1/300。

在正常地面条件下，风的搬运方式以跳跃为主(70%～80%)，其次是蠕动(＜20%)，而悬浮极少(＜10%)。风力搬运的最大特点是碎屑物质呈弓形轨迹前进。

风所搬运的多半是砂，以及更细小的物质，只有在狂风时才能搬运砾石。因此，风搬运的碎屑物分选性特别好，粒度均匀，圆度和球度较高，表面常有一些相互撞击而形成的麻坑，风成沉积物常堆积成沙丘和沙垅等地形。

(3)冰川搬运和沉积作用

在高山地区和两极地带，搬运碎屑物质的主要地质营力是冰川。冰川搬运碎屑物质的特点是将沿途刨蚀下来的碎石、泥砂冻结在冰中，随冰川的流动而运动，待冰川融化后就沉积下来，成为冰川沉积物。

冰川沉积物有冰碛和冰水沉积两大类。冰碛是冰川直接沉积的产物，是未经分选、磨圆度很差、不发育任何层理的泥砾混杂物。冰川的搬运能力很大，它能将粒径和相对密度很大的物质带走。冰川在搬运过程中要发生磨蚀，并能在基岩和砾石的磨光面上产生特殊的冰擦痕———丁字痕。冰川融化后，冰融水将冰碛物搬运后再沉积下来的是冰水沉积。冰水沉积具有一定的分选和磨圆，砾石的排列有方向性并略显层理。

3.化学搬运和沉积作用

化学搬运是搬运溶解物质的过程，分为胶体溶液搬运和真溶液搬运两种方式。风化、剥蚀作用形成的Al、Fe、Mn、Si的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运;K、Na、Ca、Mg等元素所组成的盐类，常呈真溶液搬运。

(1)胶体溶液搬运和沉积作用

一种物质的细质点(一般介于1～100μm之间)分散在另一种物质中所组成的不均匀分散体系，称为胶体，这种细分散质点称为分散相，分散相周围的物质称为分散介质。在胶体分散系统中，当分散介质多于分散相时称为胶体溶液，当分散相多于分散介质时则称为胶凝体。胶体分散系统中的分散相和分散介质可以是固体、液体或气体。常见的胶体溶液是以水作为分散介质的水溶胶。

在胶体溶液中，分散质点均带电荷，带正电荷的为正胶体，如Fe、Al、Cr、Ti、Zr、Ce、Cd等的氢氧化物，Ca、Mg的碳酸盐等;带负电荷的为负胶体，如As、Sb、Cu、Pb、Hg、Cd等金属硫化物、SiO₂、SnO₂、MnO₂、S、Au、Ag、Pt以及粘土质和腐殖质胶体等。

胶体溶液在搬运过程中，当胶体的稳定因素带电性及动力稳定性遭到破坏，例如胶体的质点电荷被中和时，胶体粒子发生凝聚，形成较大的粒子，然后在重力影响下聚沉，形成胶体沉积物或岩石。因此，陆地上的胶体进入海洋时，与海水的电解质作用发生凝聚而沉淀，可形成Mn、Ni等沉积矿产。

由凝聚作用而成的胶体物质称为凝胶。凝胶呈絮状、冻状、糊状，并含有大量的水分。凝胶逐渐失去水分，体积缩小，变得致密坚硬，就变成胶体沉积物，进而变成胶体成因的矿物和岩石，常呈钟乳状、肾状、豆状和鲕状，透镜状、结核状;具贝壳状断口。

(2)真溶液搬运和沉积作用

由两种或两种以上不同物质组成的均匀物系称溶液。在这种物系中任何部分都具有相同的性质。一般的溶液指水溶液。

溶解在水中的元素主要是各种无机络合物(如SO^2－₄，HCO^－₃等)、低分子有机络合物(如各种可溶有机质)、中性分子(如O₂，H₂CO₃等)和简单离子(如K⁺，Na⁺，Cl^－等)，其粒子的直径大多小于10^－9～10^－8m，常称这种溶液系统为(低分子)真溶液。

母岩风化产物中的Cl、S、Ca、Na、K、Mg等溶解物质，都呈离子状态溶于水中，都是真溶液物质;有时P、Si、Al、Fe、Mn等也可溶于水中，部分地呈真溶液状态。

真溶液搬运和沉积作用的根本控制因素是溶解物质的溶解度。物质溶解度越大，越易搬运，越难沉积。物质溶解度越小，越易沉积，越难搬运。

矿物的溶解度，是指自由离子的浓度达到平衡时单位体积溶液中可溶解的该矿物的摩尔数。矿物溶解度的大小，反应了矿物与极性的水分子之间相互作用的能力，它取决于两种能力的较量，一是水分子要将矿物的离子吸引到溶液中去，二是矿物内部相反符号的带电离子之间相互吸引，以阻止矿物被离解成自由离子进入溶液。

Fe、Mn、Si、Al等的溶解度较小，易于沉淀，在它们的搬运和沉积作用中，水介质的各种物理化学条件的影响十分重要。

对于溶解度大的物质的搬运和沉积，水介质的影响不大。它们只有在干热气候条件下，在封闭或半封闭的盆地中，或在水循环受限制的潮上地带，即在蒸发条件下，才能沉积下来，如石膏、硬石膏、钠盐、钾盐、镁盐等。

(3)化学分异

在元素呈真溶液及胶体溶液迁移的过程中，随时间和距离发生顺利沉淀而分离的现象称为化学分异。依距离蚀源区由近至远和沉淀时间从早到晚，一般的矿物沉淀顺序大致为:氢氧化物和氧化物(Al、Fe、Mn、蛋白石)→磷酸盐(磷酸钙)→硅酸盐(海绿石、磷绿泥石)→碳酸盐(菱铁矿、菱锰矿、方解石、白云石)→硫酸盐及卤化物(土状萤石、天青石、石膏、硬石膏、钠盐、钾盐、镁盐)。

4.生物搬运与沉积作用

在母岩风化产物的搬运与沉积过程中，生物作用同样产生重要的影响。不少的沉积岩和沉积矿床的形成都与生物作用有关，或完全由生物遗体堆积而成。例如生物灰岩、硅藻岩、白垩、磷块岩、油页岩、煤、石油等。

生物的搬运和沉积作用主要有两种方式:一种是生物的新陈代谢作用。即生物在生命活动中总要经常不断地从周围介质中吸取一定的物质成分组成其肉体和骨骼，从而把一些元素富集起来;当生物死亡后，其遗体的堆积物就可以形成特殊的岩石或矿床。另一种作用是由于生物作用而引起周围介质条件的改变，从而影响某些物质的搬运和沉积。如由生物作用排出的CO₂，对碳酸盐的溶解与沉淀就有很大的影响;又如由生物作用排出的有机酸，可使水介质的pH值变低，从而使氧化铁更易于搬运。