堆积物

地质科学名词

堆积物是在一定的地质条件下，通过快速侵蚀、搬运形成的产物，它包含着大量地质条件的形成、运动和堆积过程的信息。

泥石流堆积物

泥石流堆积物是泥石流快速侵蚀、搬运的产物，它包含着大量泥石流的形成、运动和堆积过程的信息。泥石流堆积物的粒度能充分反映搬运介质和运动方式的特点，通过研究泥石流的粒度组成，可以了解泥石流的形成机理，具有重要的作用。因此,泥石流堆积物粒度的研究成为泥石流研究的一个重要内容。

分析方法

泥石流堆积物粒度分析资料的处理，主要有统计法和图解法。常用的粒度参数有粒度平均值、标准差、偏度、峰态和粒度众数值等，他们从不同的角度说明了泥石流堆积物的粒度分布；图解法主要有粒度分布直方图、频率曲线图、累积曲线图和概率累计曲线图等。

分形理论作为研究自然界中没有特征长度，但又有自相似性的图形和现象的重要方法和理论，在土壤、断层泥、冻土、水石流、冰碛物、河流堆积、湖泊堆积、海底堆积，以及沙漠沉积中都有广泛的应用，尤其在土壤中的应用最为成熟，并获得了一系列的实际意义和应用价值。自20 世纪90 年代开始已经被应用于泥石流堆积物粒度的研究中，并得到了国内外众多学者的认可和重视。

由于泥石流堆积物颗粒级配范围广，颗粒的分布规律非常复杂，常用的粒度统计参数很难全面的描述泥石流堆积物的颗粒组成和粒度分布规律。粒度平均值只能反映一个样品颗粒的粗细程度，标准差仅仅对堆积物粒度分布的分散程度进行说明，偏度、峰态和众数值等粒度参数也只能反映某一个方面。相比之下，图解法能够比较直观的反映出泥石流堆积物的颗粒组成和粒度分布的定性特征。

分形特征

泥石流堆积物是泥石流快速侵蚀、搬运的产物，它包含着大量泥石流形成、运动和堆积过程的信息。泥石流堆积物的粒度分布充分反映出泥石流这种特殊的搬运介质和方式的特点，所以泥石流堆积物的粒度分维与泥石流的粘性等性质有密切的联系。

1、分形特征与粘性的关系

按照泥石流的物质成分、颗粒组成,以及流体容重、粘度等的不同,泥石流可分为粘性泥石流、稀性泥石流和过渡性泥石流。泥石流堆积物的分形特征能够反映堆积物的物质成分和粒度分布,因此,也与泥石流的粘性具有密切关系。

2、分形特征与堆积年代的关系

泥石流暴发后在堆积区进行堆积，但是堆积物的成分和粒径的大小并不是不变的，而是由于堆积区降水、温度、植被等外界条件的变化，泥石流的再次堆积，以及人类活动等影响随着时间的推移不断发生变化。按照泥石流堆积的年代不同，泥石流可分为古泥石流、老泥石流和近代泥石流，泥石流堆积物按照堆积时间的不同也相应的分为古泥石流堆积物、老泥石流堆积物和近代泥石流堆积物。

冰水堆积物

冰水堆积物系由冰川融水搬运堆积的沉积物。冰水堆积物川形成于第四纪中更新世及晚更新世，是冰川融化后形成的冰水对冰川携带的碎屑物质进行搬运堆积而成的产物,大多为漂卵。

形成原因

冰川河的地质作用有刨蚀、搬运和沉积三种。冰川对岩石的破坏作用称为刨蚀作用。冰川移动时，因压力和摩擦的作用而使其底部发热，部分冰被融化成水而进入岩石裂缝，裂缝里的水结冰后体积增大而扩展裂缝，岩石被分裂成岩块。岩块被冰川挟带一起移动，便使摩擦作用更为加强，同时岩块本身也布满擦痕。冰川的刨蚀作用改变了地形地貌。冰川的搬运作用有两种一种是碎屑物质包裹在冰内随冰川移动另一种是冰融化成冰水，冰水进行搬运。冰川的沉积作用同样有两种一种是冰休融化，碎屑物直接堆积，称为冰债土物另一种是冰川表面、底部和两侧的冰水将碎屑物质冰债物进行再托运而再堆积，即融化后的冰水将冰债物冲刷、淘洗,按颗粒的大小，堆积成层,而形成冰水堆积物。由各种冰水所产生的堆积物，统称为冰水沉积土物冰水堆积物。

由此可见，冰水堆积物是冰期的冰蚀作用和冰积作用、冰水侵蚀作用和堆积作用和间冰期的冲蚀、冲积作用的共同结果，包括冰川和冰融水所形成的地形和堆积物。经历第四纪地质历史上冰期和间冰期的交替，形成原因复杂。因其中包含底债和受上部较厚第四系冲积物盖重的影响，较为致密。冰水堆积物的成因决定了其一方面具有河流堆积物的特点，如有一定的分选性、成层性和磨圆度，其中砾石磨圆度较好但同时又保存着条痕石等部分冰川作用痕迹，故又有学者称之为层状冰债。

地质年代

冰水堆积物形成于第四纪，第四纪是地质史上最新的一个时间单位，它隶属于新生代，包括更新世和全新世两个阶段。第四纪时期形成的一套地层称为第四系，包括更新统和全新统两个早晚衔接的地层单位，其中，更新统又可分为上更新统、中更新统及下更新统。

分布分类

按分布和形成环境，冰水沉积可分为两类：

1、冰川接触沉积

冰川接触沉积也称冰界沉积、冰内沉积，指冰川区内或紧邻地区，冰水与冰川共存、紧密接触，冰水沉积物与冰绩物相互混杂、交叉重叠的一种冰水沉积，由此形成的沉积物称为冰川接触沉积物或冰内冰水堆积物。形成这种沉积物的冰水包括沿冰川表面流动的冰水，在冰层内部流动的冰融水或沿冰下隧道流动的冰水，也可以是冰下冰水。这种沉积物还经常受到冰流搅动或发生崩塌变形。冰川接触沉积物常构成丘状冰砾阜、平台状的冰阜阶地、圆坑状的锅穴、长堤状的蛇形丘等各种地貌。

2、冰前沉积

冰前沉积也称冰外沉积，是冰水流出冰川以后在冰川外围的冰水沉积，由此形成的沉积物称为冰前沉积物或冰外冰水堆积物。冰前沉积包括冰水河流沉积和冰湖沉积。冰水河流沉积常形成由沙、砾石构成的扇形体，称为冰水扇。若干冰水扇联合而成波状起伏的倾斜平原，称冰水冲积平原又叫外冲平原。冰湖沉积包括三角洲沉积、湖滨沉积和湖底沉积。冰湖底部沉积是冰湖沉积的典型代表，由夏季沉积的浅色粗粒层和冬季沉积的深色细粒层互层组成，通常称纹泥或季候泥。

成因分类

根据成因、分布位置及地貌情况,上述两种沉积所形成的两种冰水堆积物即冰川接触沉积物和冰前沉积物又分别包括几种类型，各自的成因及特点具体介绍如下：

1、冰川接触沉积物

（1）蛇形丘

它是一种狭长、弯曲如蛇行的丘岗。两坡对称，两壁陡直，丘脊狭窄一般高度一米，高者达米长度由几十米到几十千米，北美有长达千米的，延伸方向与冰川运动方向较一致，王要分布在大陆冰川区。蛇形丘的组成物质主要是略具分选的砂砾有资料为“具有一定分选性的砾石和粗砂”，也有资料为“大都为卵石和砾石,部分也有砂”堆积，夹有冰债透镜体，具有不规则的交错层理和水平层理结构。

蛇形丘分布于冰川作用区内，其成因主要有冰下隧道和冰水三角洲堆积两种说法。冰下隧道是指在冰川消融期间,冰融水很多，沿着冰裂隙渗入冰下，在冰川底部流动，形成冰下隧道。在隧道中的冰融水流受到上游强大的静水压力，挟带着许多冰债物不断搬运、堆积,并可逆坡运行，直至冰水堆积物堵塞隧道。当冰体全部融化后，隧道中的砂砾出露地表，成为蛇形丘。因此，蛇形丘可有分支，亦能爬上高坡，甸甸于丘陵、高地之上，贯穿鼓丘群之间。

另外，有些学者认为蛇形丘是“冰前三角洲建造”形成。即由冰隧道和隧道口外两种堆积物组成。根据瑞典的蛇形丘发育情况,蛇形丘由许多小段组成的,呈串珠状。每段组成物质上游是粗大的砾石，地形细狭下游为细小的砂粒，地形宽大。上游属冰下隧道堆积，下游是隧道口外扇形堆积。其形成原理为在夏季，冰融水增多，冰积物在冰川末端形成冰水三角洲，等到下一个夏季，冰川再次后退,再形成一个冰水三角洲，如此反复不断。随着冰川节节后退，隧道口也逐步后移，这样就出现了一段段的堆积物，一个个冰水三角洲连起来，便形成串珠状的蛇形丘了。这种分段组成的蛇形丘又称绳结蛇形丘。

（2）冰砾阜、冰砾阜阶地和锅穴

冰砾阜是一种圆形的或不规则的小丘，由一些初经分选、略具层理也有资料为“有层理并经分选”的细砾、砂、细砂、粉砂甚至豁土组成其上常覆有薄层冰债物。它是由冰面或冰川边缘湖泊、河流或停滞冰川的穴隙中的冰水沉积物,在冰川消融后沉落到底床上堆积而成。其与鼓丘冰债地貌的一种不同之处，在于冰埠的形状很不规则，且为成层状。在山岳冰川和大陆冰川中都发育冰砾阜。

冰砾阜阶地是由冰缘河流引起的沉积，只发育在山岳冰川谷中，由冰水砂砾层组成，形如河流阶地,呈长条状分布于冰川谷地的两侧。其成因为在冰川两侧，由于岩壁和侧碳吸热较多，且冰川两侧的冰面要比中间来的低，所以冰融水就汇集在这，形成冰侧河流，并带来冰水物质，在其与原冰川接触一侧，因冰体融化失去支撑而坍塌，从而形成了阶梯状陡坎，沿槽谷两壁伸展。锅穴冰穴指分布于冰水平原上的一种圆形洼地，深数米，直径十余米至数十米。其形成是由于冰川耗损时，有些残冰被孤立而埋入冰水堆积物砂砾中，等到冰融化后引起塌陷，而造成锅穴。

2、冰前沉积物

（1）冰水扇及冰水平原

冰川融水从冰川的两侧冰上河和冰川底部流出冰川前端或切过终啧堤后，地势展宽、变缓,形成冰前的辫状水流，冰水携带的大量碎屑物质就沉积下来，形成了顶端厚、向外变薄的扇形冰水堆积体，叫做冰水扇。几个冰水扇相互连接就成为冰水平原，又名外冲平原。冰水扇的颗粒成分包括砾石、砂、粉砂和粘土，主要由分选中等的砂砾组成，含少量漂砾，向下游粒径明显变小，磨圆度显著变好，常有层理出现但极不规则。

（2）纹泥季侯泥

在冰川前缘洼地由冰水注入湖泊而形成的纹层状沉积，具有清晰的韵律层理。其形成过程为冰川后退峙，前面的冰积物会阻塞冰川的通路，常可以积水成湖，称为冰水湖。冰水湖有明显的季节变化，夏季的冰融水较多，大量物质进入湖泊，一些较粗的颗粒细砂、粉砂就快速沉积，而细的颗粒还悬浮在水中，颜色较淡而冬季的冰融水减少，一些长期悬浮的细颗粒亚豁土、勃土才开始沉积，颜色较深。这样一来,在湖泊中就造成了一粗一细很容易辨认的两层沉积物夏季较粗、浅色冬季较细、深色,队做季候泥,据此可推算冰川沉积的年代。

体积计算

对于一些堆积物( 如煤堆、土堆、矿石堆等) 体积的精确测量是测绘领域常见工作。通常采用的方法是采用全站仪或GPS RTK 测量堆积物表面的离散点坐标，通过绘制等高线建立堆积物表面的数字模型，再计算堆积物的体积。但因为这些堆积物表面形状复杂，测量的离散点有限，部分高程无法观测，实际上只能通过等高线模拟得到；且采用摄影测量求取体积时，精度较差，有些堆积物同名点对难以确定。

采用三维激光扫描仪对堆积物观测，可以快速地获取大量堆积物表面点的三维坐标，测量点均匀分布在堆积物表面，因此可以精确地计算体积。采用徕卡ScanStaion C10 三维激光扫描仪对煤堆进行观测。该仪器带有紧凑的内置双轴倾斜补偿器，并且具有测量级的精度、距离和视场角，内置高分辨率数码相机和激光对中器，最远测程为300 m，瞬时最大测量速度为50 000 点/s，视场角高达360° ×270°，采用高密度扫描方式仅需约27 min 即可完成整个全景扫描测量，范围噪声在50 m 范围内为2 mm。

三维激光扫描仪测量速度快，一次测量点数量巨大，可以在堆积物表面均匀获取大量目标点的三维坐标。

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