1.5 侵蚀、搬运与沉积

风化形成的碎屑物在各种动力的搬运下，被运到远近不同的地方，如地表低凹的湖盆和海盆地等发生沉积，形成松散的颗粒堆积物。沉积后的碎屑物处于一个新的物理化学环境中，经过一系列的变化，最后又会形成较为密实、坚硬的沉积岩，这种形成岩石的变化改造过程即为成岩作用。在此过程中，外营力可能会携带风化碎屑产物对地表产生冲刷、磨蚀和溶蚀等侵蚀作用，导致地貌特征的变化。

对于土的形成和演化来说，风化、侵蚀、搬运与沉积是最基本的过程，是同时发生、永不停歇的循环过程，风化作用在前两节进行了详细介绍，本节简要介绍侵蚀作用、搬运作用与沉积作用。

1.5.1 侵蚀作用

侵蚀作用指的是风力、水流、海浪、冰川等外营力在运动状态下改变地面岩石及其风化物的过程，是地表冲刷、磨蚀和溶蚀等作用的总称。侵蚀作用可分为机械侵蚀作用和化学侵蚀作用两种。机械侵蚀作用包括风的侵蚀作用、流水的侵蚀作用、海洋的侵蚀作用及冰川的侵蚀作用等，可形成典型的风蚀地貌、海蚀地貌和冰川地貌等。例如，干旱的沙漠区经常可见一些奇形怪状的岩石，有的像大石蘑菇，有的像擎天立柱，它们就是风携带岩石碎屑磨蚀岩石的结果，常称为风蚀地貌。化学侵蚀作用是指岩石中的可溶性盐类溶解导致的地貌变化，如我国的桂林山水、路南石林等岩溶地貌。

图1.3 风力和水流进行侵蚀、搬运、沉积时的速度与颗粒粒径的关系

风化作用与侵蚀作用的区别是，风化作用是破坏后改变物体的形状，而侵蚀作用是转移物体从而改变地貌。同时，风化作用产生的风化碎屑，为外营力提供了侵蚀地面的条件，如果风、水流、冰川内有碎屑状的风化产物，即使非常细小，也能大大加强侵蚀作用，改变地表地貌。

产生侵蚀、搬运、沉积作用的水流和风力（两种最典型的外营力）的速度与颗粒粒径的关系如图1.3所示。

1.5.2 搬运作用

搬运作用是指地表和近地表的岩屑和溶解质等风化产物被外营力搬往他处的过程，是自然界塑造地球表面的重要作用之一。外营力包括水流、波浪、潮汐流和海流、冰川、地下水、风和生物作用等。在搬运过程中，风力搬运风化产物的分选性最好，冰川搬运风化产物的分选性最差。搬运方式主要有推移（滑动和滚动）、跃移、悬移和溶移等，不同营力有不同的搬运方式。

1.风力搬运

风将风化产生的地表松散碎屑物质吹扬起来，搬运到他处的过程，称为风的搬运作用。风力搬运的能力极强，且具有很好的分选能力。搬运能力一般与风力的大小成正比，与碎屑物的粒度大小成反比。风力搬运具有推移、跃移、悬移3种方式。由于风力的强弱、被搬运物质的大小和密度不同，风的搬运方式也不同。

当风速较小或颗粒较大时，颗粒沿着地面滑动或滚动，称为推移。当风速较小时，颗粒时行时止，每次只能移动几毫米。随着风速增大，不仅颗粒移动距离增大，移动的颗粒也增多。推移的搬运方式占风力搬运总量的20%左右。

颗粒在风力作用下以跳跃的方式前移，称为跃移。跃移是风力搬运中最主要的方式，其搬运量约为总搬运量的70%～80%。

较细且较轻的颗粒在风的吹扬下，悬浮于气流中发生移动的方式称为悬移。颗粒越细，搬运距离越远。当风速达到5m/s时，就能使粒径小于0.2mm的颗粒悬移，而粒度小于0.05mm的细粒则可长期随风飘扬至很远的地方。

2.水流搬运

水流携带着风化产物向他处移动的过程，称为水流搬运。水流搬运具有推移、跃移、悬移和溶移4种方式。搬运能力与搬运方式取决于水流流量、水流速度、颗粒大小以及流域的地质条件。流速大的水流能挟带砂砾等较粗的物质，这些物质在河床底部以被推移或跃移的方式前进。粉砂、黏土以及溶解质在水流中则分别以悬移和溶移的方式搬运。水流搬运悬移泥沙的能力称为水流挟沙能力。水流搬运的分选性也较强。

3.海浪搬运

海浪搬运只在近岸浅水带内发生，具有推移、跃移、悬移和溶移4种搬运方式。当外海传来的波浪进入水深小于（λ为波长）的浅水区时，波浪发生变形，不同部分的水质点运动产生差异。在海底附近，水质点由原来做圆周或曲线运动变为仅做往复直线运动，并且向岸运动的速度快，向海运动的速度慢。这种速度上的差异，使得波浪扰动海底所挟带的碎屑物质发生移动，其中粗粒物质多以推移和跃移方式向岸搬运，细粒物质多以悬移方式向海搬运，最后在水深小于临界水深的地方，波浪发生破碎，所挟带来的物质堆积下来。由于波浪的瞬时速度快，能量一般较高，搬运物多为较粗的砂砾。潮流和其他各种海流与波浪不一样，在较长时间内做定向运动，流速也较慢，故搬运的物质多为较细的粉砂和淤泥，呈悬浮状态运移。潮流作用使较细的淤泥质颗粒向岸运动，而粗粒向海运动。

4.冰川搬运

由于冰川的侵蚀和运动所产生的大量松散岩屑和其他风化产物会进入冰川系统，随着冰川一起运动，这种过程称为冰川搬运。可将被冰川搬运的岩屑称为冰碛物，冰川搬移一般包括推移、跃移和悬移3种方式。随着冰川的缓慢移动，大至万吨巨石，小至土块砂粒，均可或被冻结在一起进行悬移，或在冰底受到推移。冰川泥石流可使一些风化物产生跃移。

5.地下水搬运

地下水主要以化学溶移的方式搬运着大量盐类和胶体溶液物质。其搬运物质成分与地下水流经地区的岩体性质和遭受风化的情况有关。地下水溶移能力受温度和压力的影响，当水温较低、压力较大时，其溶移能力较大，故可搬运的质量增加；当水温较低、压力较小时，其溶移能力较小，搬运的质量较少，甚至会发生沉淀。

6.生物搬运

生物对风化堆积层的扰动也起着搬运的作用，生物携带某些风化产物并移动的过程即为生物搬运作用。

1.5.3 沉积作用

沉积作用是指被搬运的物质到达适宜的场所后，由于条件及环境改变而发生沉淀、堆积的过程。广义上的沉积指造岩物质进行堆积，形成岩石的作用，狭义上的沉积指自然营力搬运的风化产物的机械沉淀作用。在沉积学中，常采用比较狭义的概念，把沉积作用定义为沉积物质在地表环境中以成层的方式进行堆积的过程，包括（成岩作用开始以前）自风化、搬运至堆积的全过程。沉积的环境取决于所在区域的物理条件、化学条件及生物条件，沉积作用按沉积环境（图1.4）可分为大陆沉积、大陆海洋混合沉积和海洋沉积三类；按沉积作用方式又可分为机械沉积、化学沉积和生物沉积三类。

图1.4 沉积环境示意图

1.风的沉积作用

风在搬运过程中，因风速减小或遇到各种障碍物，搬运物质便沉积下来形成风积物，这个过程称为风的沉积作用。风的沉积作用发生在大气介质中，是纯机械的沉积作用。风力搬运的高空悬浮物遇到冷湿气团时，可作为水滴的凝聚核心随雨滴降落到地面。风的沉积作用具有明显的分带性，干旱地区主要是风成砂沉积，在风源外围的半干旱地区则主要形成风成黄土沉积。

（1）风成砂沉积。

在干旱地区，风运物遇到障碍物时，砂粒打在障碍物的迎风面上，因能量消耗而沉积下来。如果障碍物是灌木、草丛，部分砂粒便会沉落于灌木或草丛中，最后把障碍物埋没，形成沙堆。沙堆的出现改变了近地面气流的动力结构，在沙堆的背风面，产生涡流，使风力减弱，发生沉积。涡流还可以将沙堆两侧的砂粒卷进背风区沉积。随着沉积作用的进行，背风坡逐渐变陡，最后形成沙丘。风将迎风坡上的砂粒带走，并在背风坡堆积下来，沙丘内部也随之形成顺风向的斜层理。在沙源稀少的地区，如沙漠的边缘，风沙流在开阔平坦的地面上，所形成的月状沙丘称为新月形沙丘。沙丘和沙堆可以孤立存在，也可以连接起来形成沙垅。风成砂沉积物分选性良好。砂粒大多为石英，也含有长石、暗色物质、碳酸盐等不稳定矿物质，颗粒磨圆度较高。

（2）风成黄土沉积。

风吹蚀地面时，大量粉砂和黏土离开地面，在紊流上举力的作用下，悬浮于空中，被风带出沙漠区。随着风力的减弱逐渐沉降下来，形成风成黄土沉积。

风成黄土是一种浅黄色或褐黄色的土，颗粒成分以粉土粒级为主（含量大于50%），物质粒径均一，无层理，疏松，富含碳酸钙，有时含硫酸盐或氯化物盐类，是具有肉眼可见孔隙的第四纪陆相沉积物，它起源于第四纪冰川冲刷。该沉积物可广泛沉积，覆盖原有地貌。它在密苏里和莱茵流域的厚度达到30m；在塔吉克斯坦的厚度超过180m，在中国北方，厚度可逾300m。风成黄土在各地的矿物组成基本一致，不受分布影响。风成黄土沉积基本不受地形影响，山顶、山坡、沟谷中都可发生沉积，降落面积广大。黄土可能是陆地上最丰富的第四纪沉积物。由于黄土颗粒较细，多为悬移搬运，其磨圆度较差。

2.水流的沉积作用

地面流水的沉积作用以机械沉积为主。由于地面流水的运动与循环过程一般都很快，其中溶运物在搬运过程中一般不具备沉积条件，因此其化学沉积作用较弱。地面水流的沉积作用按水流形式可分为河流的沉积作用、洪流的沉积作用和片流的沉积作用3种。

（1）河流的沉积作用。

河流的沉积作用在上游至下游间普遍存在，沉积的原因总体来说有3个方面：一是流速减小；二是流量减小；三是进入河流的风化产物过多。前两个方面原因本质上是河流活力降低导致的沉积，第三个方面原因本质上是搬运物超出河流的搬运能力而导致的沉积。可以因此分析，河流发生沉积作用的主要场所有3种：一是河流汇入其他相对静止的水体处，如河流入海、入湖及支流入主流处；二是河床纵剖面坡度由陡变缓处，一般河流中、下游的地势较平坦，沉积作用较为明显；三是河流的凸岸，由单向环流侵蚀凸岸产生的碎屑在凸岸处沉积。河流沉积作用形成的沉积物称为冲积物。

河流沉积按照沉积位置的不同可划分为滞留砾石沉积、边滩和河漫滩沉积、心滩沉积、天然堤和决口扇沉积、牛轭湖沉积、山口沉积、河口沉积等。

（2）洪流的沉积作用。

在干旱和半干旱地区，洪流是主要的地质营力，不但具有强大的侵蚀能力，而且具有较强的搬运能力。当洪流携带大量碎屑物质抵达冲沟口时，水流突然分散，碎屑物质便沉积下来。由洪流形成的沉积物称为洪积物。洪积物在冲沟口所形成的扇状堆积体称为洪积扇。大型的洪积扇中，洪积物具有明显的分带现象。在洪积扇顶部，堆积有粗大的砾石，这是由于水动力在此地带突然降低所导致的。在洪积扇边缘，地形较缓，水动力更弱，沉积物主要为砂、黏土，并具有层理。在扇顶与扇缘之间，沉积物既有砾石又有砂及黏土。洪积物这种分带现象是粗略的，各带之间没有明显的界线。

（3）片流的沉积作用。

片流是一种面状水流，水动力较弱。当片流携带山坡的风化产物，到达坡坳、坡麓时，水动力几乎消失，所携带的碎屑物质便堆积下来，形成坡积物。坡积物一般为细碎屑物，如亚砂土、亚黏土等。片流又可看作是由无数股很细小的水流组成的，它局部水动力较大，因此在坡积物中会经常见到小的砾石透镜体。坡积物分布广，但厚度较小。当山坡岩石风化强烈、碎屑物质丰富又无植被覆盖时，坡积物就很发育。

3.海洋的沉积作用

海洋是巨大的汇水盆地，是最终的沉积场所。海洋沉积物主要来源于河流、冰川和风等自然营力，每年有数百亿吨的物质被搬运到海洋沉积下来。另外，海洋侵蚀作用的产物、火山物质、宇宙物质等也是海洋沉积物的重要组成部分。

海洋的沉积作用可按区域划分为滨海、浅海、半深海和深海几个分区的沉积作用。

（1）滨海的沉积作用。

滨海是海陆交互地带，其范围是最低的低潮线与最高的高潮线之间的海岸地带。当潮汐、波浪和沿岸流的搬运动力变小时，滨海区就产生机械沉积。滨海区由于潮汐、波浪的作用还可带来较多的生物碎屑，形成一定的生物沉积。

（2）浅海的沉积作用。

浅海是海岸以外较平坦的浅水海域，其水深处于低潮线至水深200m之间。许多地区的大陆架水深在200m以内，地势开阔平坦，因此浅海大致与大陆架相当。浅海距大陆较近，各种生物活动很多，是海洋中的最主要沉积区。

浅海中90%以上的碎屑物来源于大陆。当不同粒级碎屑进入浅海时，海水的运动使颗粒下沉速度减慢，一些较细的颗粒处于悬浮状态，海流将这些悬浮物搬运到离岸较远的地区，较粗的颗粒则在近岸地区发生沉积。因此，从近岸到远岸，依次排列着砾石、粗砂、细砂、粉砂和黏土等。

浅海也是化学沉积的有利地区，形成了众多的化学沉积物，其中许多是重要的矿产，主要的化学沉积有碳酸盐沉积，硅质沉积，铝、铁、锰、海绿石沉积及磷质沉积。同时，浅海带内生活着大量底栖生物，当它们死亡后，生物的壳体与灰泥混杂沉积，可形成介壳石灰岩。生物壳体或骨骼的碎片与其他沉积物混杂也可形成生物碎屑岩。

（3）半深海及深海的沉积作用。

半深海是从浅海向广阔深海的过渡地带，水深一般位于200～2000m，在海底地形上相当于大陆坡的位置，通常地形坡度较陡。深海是水深大于2000m的广大海域，其海底地形主要包括大陆基、大洋盆地及海沟等。

半深海及深海离大陆较远，一般来说，粗粒物质很难到达这里，只有浊流、冰川、风以及火山作用，能产生较粗的物质沉积。浊流所挟带的大量物质，在进入大陆坡脚和深海盆地时，因搬运能力剧减发生堆积，所形成的沉积物称为浊积物。由浊积物构成的扇状地形称为深海扇。扇体的沉积厚度较大，随着向深海平原前进厚度逐渐减小。浊积物主要由黏土和砂组成，还有砾石、岩块、生物碎屑等，具有分选性和层理。粒径小于0.005mm的悬浮物质可以进入半深海和深海区。这些物质虽属陆源的悬浮物质，但它们几乎都具有胶体性质，可长期悬浮于水中，只有在极安静的水动力条件下才能沉入海底。由于海洋中的波浪和洋流，极安静的环境几乎不存在，如果没有胶体物质的凝聚作用，它们基本不会发生沉积。

半深海区的化学沉积物大多是一些胶状软泥，主要颜色有蓝色、绿色和红色。而深海区作为海洋的主体，可以发生化学沉积作用形成锰结核、多金属软泥等。

半深海及深海的生物沉积物主要是一些生物软泥，尤其是深海区分布较广，它是深海沉积的重要部分。大量的浮游生物死亡后堆积，与泥质沉积物混在一起形成生物组分超过50%的软泥。根据生物软泥的成分和生物碎屑的种类，可将其分为以碳酸钙为主的钙质软泥和以硅质为主的硅质软泥。前者包括抱球虫软泥和翼足类软泥，后者包括硅藻软泥和放射虫软泥。

4.湖泊的沉积作用

湖泊是陆地上的集水洼地，可分为淡水湖和咸水湖两类，其沉积作用占主导地位。淡水湖多在潮湿气候区发育，不同季节水位有变化，一般为泄水湖；咸水湖在干旱气候区发育，一般为不泄水湖。淡水湖以机械沉积为主，咸水湖则以化学沉积为主。

（1）湖泊的机械沉积作用。

湖泊的机械沉积物主要来源于河流，其次为湖岸岩石的破碎产物。碎屑物质从浅水区进入深水区，由于动力逐渐减小，逐步发生沉积。从湖滨到湖心，沉积物粒度由粗变细，呈同心环带状分布。湖泊与海洋相似，粗碎屑物也可以堆积成湖滩、沙坝和沙嘴。细小的黏土级物质被湖流搬运到湖心，极缓慢地沉积到湖底，形成深色的、含有机质的湖泥。湖底较平静，沉积物不受波浪扰动，因此发育水平层理。一般来说，山区湖泊碎屑沉积物的粒度偏粗，平原区湖泊的沉积物粒度较细。

（2）湖泊的化学沉积作用。

湖泊化学沉积作用受气候条件的控制极为明显，不同气候区的化学沉积物差别很大。潮湿气候区降水充沛，湖泊多为泄水湖。溶解度大的组分如K、Na、Mg、Ca等的卤化物、硫酸盐很少发生沉淀，河流及地下水带入的Fe、Mn、Al等的胶体物质或盐类物质易受水质变化的影响，成为潮湿气候区湖泊化学沉积的主要组成部分。这些物质沉积后，常形成湖相的铁、锰、铝矿床，其中最常见的是铁矿床，矿物成分以褐铁矿、菱铁矿及黄铁矿为主。湖水中的钙质可以CaCO₃的形式沉淀出来，并与湖底淤泥混在一起，形成钙质泥，成岩后形成泥灰岩，有时钙质沉淀较少，则形成钙质结核。

干旱气候区湖水很少外泄，主要由蒸发作用消耗。蒸发作用使湖水的含盐度逐渐增加，变成咸水湖甚至盐湖。在湖水逐渐咸化的过程中，溶解度小者首先沉淀，沉淀的顺序大致为碳酸盐、硫酸盐、氯化物，据此将盐湖沉积划分为4个阶段。当湖泊全被固体盐类充满，全年都不存在天然卤水，盐层常被碎屑物覆盖成为埋藏的盐矿床，盐湖的发展结束。上述盐湖发展过程是个理想的过程，只有在气候长期不变，湖水化学成分多的情况下才能达到。另外，盐湖除化学沉积外还有机械沉积，因此盐层常与砂泥层交互出现。

5.冰川的沉积作用

冰川搬运的风化产物处于冰川系统中，并随着冰川发生移动。当气温逐渐升高，冰川逐渐消融，冰运物也就随之堆积。因此，冰川消融是冰川堆积的主要原因。此外，冰川前进时若底部碎屑物过多或受基岩的阻挡，也会发生中途停积。由此可见，冰川的沉积是纯机械沉积。由冰川形成的沉积物统称为冰碛物。

当气候条件稳定时，冰川的前端（冰前）会在某个地点保持稳定状态，此处冰川的消融量等于供给量，整个冰川虽在流动，但冰前的位置不变。因此，冰川会将冰运物不断输送到冰前堆积，形成弧形的垅岗，称为终碛堤或终碛垅。其外侧较陡，内侧较缓，不同类型及规模的冰川所形成的终碛堤的规模差异很大。

当气候变冷、气温降低、冰川扩展时，即处于冰进时期时，冰川供给量大于消融量，终碛堤被推进，可形成宽缓的终碛堤。在大陆冰川终碛堤的内侧，冰川流动时，因碎屑物过多并受基岩阻挡，冰运物堆积，形成一系列长轴平行于流向的丘状地形，称为鼓丘。当气候转暖、气温上升、冰川萎缩时，即处于冰退时期时，冰运物不再运往固定的地点堆积，而是随着冰前的后退广泛堆积在冰床上，这部分冰碛称为底碛。山谷冰川退缩时，可在冰川两侧堆积形成侧碛堤。复式冰川退缩时，可在两冰川侧面的复合部位堆积形成中碛堤。

6.地下水的沉积作用

地下水的沉积作用以化学沉积作用为主，一般只在地下河、地下湖才发育一定数量的碎屑沉积，另外还可形成一些洞穴崩塌碎屑堆积。在渗流过程中，由于水温及压力等条件改变，地下水溶运的各种物质便可发生沉积。有利于化学沉积的场所主要是洞穴和泉口。

（1）洞穴的沉积作用。

当溶有重碳酸钙的地下水渗入溶洞时，压力突然降低，水中溶解的二氧化碳逸出，形成碳酸钙沉淀。地下水在洞顶渗出，天长日久便可在洞顶形成悬挂的锥状沉积物，称为石钟乳。地下水滴至洞底形成向上增长的笋状沉积物，称为石笋。当石钟乳和石笋连接在一起时称为石柱。它们统称为钟乳石，其沉积物多呈同心柱状或同心圆状结构。若地下水沿洞壁渗出，可形成帷幕状的沉积物，称为石幔。

（2）泉口的沉积作用。

当泉水流出地表时，因压力降低、温度升高，地下水中的矿物质发生沉淀，沉淀在泉口的疏松多孔物质称为泉华。泉华的成分以碳酸钙为主时，称为钙华或石灰华；以二氧化硅为主时，称为硅华。由于泉华物质成分、沉淀数量及泉口地形的差异，泉华可堆积形成锥状、台阶状或扇状地貌。

7.沼泽的沉积作用

沼泽是地表充分湿润或有浅层积水的地带，一般喜湿性植被发育，其沉积作用以生物沉积作用为主。死亡后的植物经过生物沉积作用形成以泥炭质为主的物质。