關(guān)于風(fēng)成沉積體系的簡單概述

湯海磊

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610000)

一、引言

風(fēng)是形成各種地貌特征的一個重要形成因素，風(fēng)成過程在各種不同的沉積環(huán)境中都很重要，如海灘、冰川、沖積平原和沙漠，從寒冷氣候區(qū)到炎熱干旱氣候區(qū)均有分布。在植被出現(xiàn)之前，地球上的陸地表面普遍被風(fēng)成過程所支配，其范圍遠(yuǎn)比今天廣泛得多，而其他行星如火星的表面已被證明受到風(fēng)的強烈影響。長期以來，地質(zhì)學(xué)家和地貌學(xué)家一直被沙漠和風(fēng)成沉積所吸引，R.A.Bagnold經(jīng)典著作《The Physics of Blown Sand and Desert Dunes》是現(xiàn)代科學(xué)的誕生地。McKee & Moiola(1975)對沙丘內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究。由于風(fēng)成沉積對氣候變化的敏感性，它長期以來一直被用來提取古氣候信息，在第四系沉積和更遙遠(yuǎn)的地質(zhì)記錄。從風(fēng)成記錄中闡述研究區(qū)域的古氣候意義，解釋其變化因素和形成過程以及氣候變化所帶來的一系列效應(yīng)。如撒哈拉大沙漠上空的周期性氣候變化，利用深海沉積物巖心中的風(fēng)成沉積記錄和冰芯記錄來解釋全球大氣環(huán)流[1]。

二、風(fēng)成沉積研究現(xiàn)狀

近年來的研究表明，風(fēng)成沉積與于氣候、沉積物供應(yīng)和相對海平面變化之間存在著一定的相互關(guān)系。由于荒漠化對人類生活的影響以及作為全球氣候條件變化的晴雨表，它今天在科學(xué)和公眾眼中已成為突出的問題。風(fēng)沙治理對干旱地區(qū)和沿海地區(qū)的發(fā)展具有重要意義[2]。風(fēng)成砂巖是重要的儲集層，具有豐富的油氣資源，如發(fā)育在北海地區(qū)的二疊紀(jì)、墨西哥灣的侏羅系和美國西部的侏羅系的風(fēng)成砂巖。關(guān)于儲層特征和流動模型的方法的一個重要部分是基于風(fēng)成沉積物-風(fēng)成砂巖的研究。由于許多沙漠無法到達(dá)，遙感在風(fēng)成研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而這些研究反過來又幫助開發(fā)了遙感技術(shù)。不可避免的是，雖然許多研究者對風(fēng)成系統(tǒng)的研究在近年來迅速發(fā)展，風(fēng)成系統(tǒng)的復(fù)雜性也變得很明顯。

三、風(fēng)成沉積形成環(huán)境及體系單元

全世界沙漠主要分布于南北緯30°之間，這些沙漠發(fā)生在干旱、半干旱和干旱的全球大陸氣候中。從上述區(qū)域吹來的信風(fēng)由下沉的穩(wěn)定的空氣組成，因此不太可能產(chǎn)生降雨。高壓氣團在海洋上空的位置使大陸的西側(cè)受到最大的影響，而沙漠則局限在有高地屏障的西部(如阿塔卡馬、納米布沙漠)，而在沒有高大山地阻擋水汽的地方(如撒哈拉、阿拉伯、澳大利亞)，沙漠就很廣闊。沙漠集中出現(xiàn)在大陸內(nèi)部，是因為遠(yuǎn)離海洋，大洋的水汽無法輸送(如土耳其斯坦、塔克拉瑪干沙漠)。因為山脈帶多分布于大陸邊緣，干旱在內(nèi)部的雨影區(qū)中增強，存在高大山脈迫使空氣上升、冷卻，并在山脈的逆風(fēng)一側(cè)失去水分(例如巴塔哥尼亞、莫哈韋沙漠)。在盛行風(fēng)與海岸線平行吹的海岸，干旱程度會增強，因此很少有水分被帶到內(nèi)陸(如東非)。靠近海岸的冷的上升流也增加了干燥度，因為上升流使空氣變冷，從而有利于穩(wěn)定和抑制提高空氣質(zhì)量所需的對流(如阿塔卡馬、納米布沙漠)。風(fēng)成沉積體系中的沙丘沉積及其較大的風(fēng)成沉積其他沉積體系或者沙海，僅覆蓋約20%的現(xiàn)代沙漠，范圍從北美含沙量較少的沙漠到中亞相對富沙的沙漠。

在風(fēng)成沉積物稀少的地方，沙漠是由裸露的基巖和戈壁礫石組成?；鶐r或覆蓋的固結(jié)沉積物被風(fēng)吹侵蝕成流線型山丘，同時除被廣大沙丘所埋沒的以外，在大風(fēng)區(qū)域還有廣泛的出露，特別是正對風(fēng)口的迎風(fēng)地段，發(fā)育更為典型。在降水充足的地方，存在水成沉積特征。干旱區(qū)的沖積扇從高大的山地向地勢低矮的區(qū)域沖積，并以大量沉積物的形式出現(xiàn)，在沙漠中間歇性的溪流或溪谷可以進(jìn)入盆地。來自風(fēng)成沉積中的細(xì)顆粒沉積物可以堆積成黃土，約10%的地表被黃土或次生黃土覆蓋，其中研究較多的是來自中國和中亞地區(qū)的黃土[3]。

四、風(fēng)成沉積體系影響因素及相互關(guān)系

在沙漠的風(fēng)成系統(tǒng)中運作的過程是復(fù)雜的，在各種空間和時間尺度上運作。一般來說，風(fēng)成過程在干旱的沙漠中占主導(dǎo)地位，因為干旱限制了植被及其對基質(zhì)的穩(wěn)定作用。然而，風(fēng)與基地風(fēng)化速率之間的關(guān)系是復(fù)雜的，不僅取決于干旱程度，還取決于風(fēng)能和物源供應(yīng)。例如，在現(xiàn)代沙漠沉積中，活躍的風(fēng)成沉積系統(tǒng)和植被穩(wěn)定的風(fēng)成系統(tǒng)以年降雨量15cm為劃分標(biāo)志。然而，澳大利亞的大沙漠現(xiàn)在已經(jīng)被植被覆蓋，并且基本穩(wěn)定，在更大的風(fēng)能條件下仍然是活躍，即使在沙子供應(yīng)充足、風(fēng)能很強的潮濕條件下，海岸沙丘也會形成。此外，風(fēng)成沉積物表面、高水位、蒸發(fā)巖或古土壤結(jié)殼等特征也可以穩(wěn)定基地，而植被可以引起風(fēng)成沉積物和黃土的堆積，并影響沙丘的形態(tài)。在干旱的沙漠環(huán)境中，風(fēng)成砂巖的發(fā)育程度通常反映了沉積物的供給，當(dāng)沖積平原不發(fā)育時，就會出現(xiàn)大面積的風(fēng)成沉積環(huán)境。在沒有任何外力因素的情況下，隨著一段時間內(nèi)風(fēng)成沉積物源供給的減少，風(fēng)成沉積系統(tǒng)會收縮，使得鄰近的其他沉積環(huán)境得以擴張。

與其他沉積環(huán)境體系是一樣，風(fēng)成系統(tǒng)對全球和區(qū)域構(gòu)造作用、海平面變化以及氣候變化很敏感[4]。風(fēng)成沉積體系與河流沉積、湖泊沉積和海洋沉積環(huán)境等鄰近環(huán)境相互作用，但這些相互作用各不相同。例如，在沙漠中河流作用的程度取決于斜坡、地表和徑流的性質(zhì)以及風(fēng)積沙的程度。沙漠中的降雨往往是不穩(wěn)定的，在地表暴露基巖的地方，基底是相對不透水的，地表徑流量會增大，從而河流沉積作用會較為集中出現(xiàn)。反之，降雨會迅速滲入風(fēng)成沉積物中，徑流極少。在淡水補給很少或沒有、坡度低、沉積物滲透性高的地方，海水可以通過沿海沙漠含水層向內(nèi)陸滲透幾公里甚至幾十公里。沙漠特有的強烈蒸發(fā)速率產(chǎn)生了表面與地下水位接觸的蒸發(fā)殼表面。地貌特征和地表演化、風(fēng)化、土壤發(fā)生、成巖作用和地下水動力學(xué)同樣變化多端，通常是干旱系統(tǒng)所特有的。沙漠中的大型沖積扇或廣泛的河道網(wǎng)絡(luò)可能處于平衡狀態(tài)，因為它們是罕見的強降雨事件的產(chǎn)物，或者它們可能代表了以前更濕潤的時期。大沙丘需要時間來響應(yīng)風(fēng)的變化，因為需要搬運大量的風(fēng)成沉積物來重塑沙丘。