第8章 混杂堆积的基本特征与研究简史(4)
泥石流根据黏度和容重一般可以分为稀性、亚黏性、黏性三类，不同容重的泥石流物理性质及其动力过程也存在一定差异。
稀性泥石流密度为13—17t/m3，一般表现为紊动流和扰动流，而粉砂、砂和砾石则靠紊动、扰动产生的上举力悬浮搬运或者沿底床推移。流体的结构为两相，即液相的浆体和固相的粉砂、砂和砾石。由底床向上，碎屑的大小和含量锐减。稀性泥石流在进入扇形地或坡降变小时粗大的碎屑先堆积，浆体继续流动，在坡度更缓处堆积，从而出现沿流向的粒级分异。稀性泥石流对底床往往可产生冲刷作用。
亚黏性泥石流密度为17—19t/m3，常表现为扰动流，浆体可以层流的方式运动。
由于底床不规则或内部缓慢运动的粗大碎屑的阻挡，整个流体会出现扰动，悬浮搬运的粗大碎屑靠扰动力和浆体黏度支撑（照片53），重力超过上举力的大碎屑在床面滚动前进。亚黏性泥石流在堆积时发生一定的流体分化，坡度变缓减速沉积时，细粒的浆体向上和向外溢流，粗大的颗粒则发生重力下沉，从而引起重力分异。泥石流流体停止运动时，边界推挤和剪切会使部分的大砾石挤到边缘成为砾石堤（侧脊堤），并使扁平砾石产生定向排列，出现叠瓦构造（照片57，照片58，照片520b）。以层流状态停积的亚黏性泥石流底部由于剪切作用使大砾石向上运动而出现反向粒级层。
黏性泥石流密度为19—25t/m3，常以层流、塞流或滑动流的方式运动，水和黏粒构成严密网格的浆体，黏度高，上举力和支撑能力强，水和碎屑组成结构作整体搬运，表现为一相流。阵性泥石流在扇形地上堆积时龙头部位由于阵性推挤而出现表面弧形的脊和沟，同时使内部扁平砾石产生定向，与亚黏性泥石流龙头部位停止时的动力特征类似。
三类泥石流由于容重、黏度的差异使其流态、流动过程中的动力特征都存在差异，各自形成了不同的沉积构造特征（图113）。其共同的动力机制是流动或蠕动过程，特别是泥石流趋向于停积时，流速减缓，浆体由流动转为蠕动时，对泥石流沉积构造特征的形成具有决定意义（参阅第五章（第五节）及图527—图529）。
根据吴积善（1981）研究，泥石流浆体的流态有塞流（包括由塞流到层流的过渡）、层流、过渡流和紊流四种。泥石流体的流态有滑动态、蠕动态、扰动态和紊动态四种。
泥石流的流态是由流体结构决定的。泥石流在流动时，内部成分组合形成某种结构，内部碎屑在结构力的支撑下运动。首先，具有电介质的水和黏土结合成网格结构，形成细粒浆体；细粒浆体和砂（包括粉砂）结合成网粒结构，形成粗粒浆体；粗粒浆体和砾石结合成构架结构，即为整个泥石流体。泥石流体的结构类型和结构强度与流体中黏土矿物含量有关，也与流体密度有关。一般黏土矿物含量越高，密度越高（单位体积流体的质量），流体的强度就越大，浮托砾石的能力也越大（照片53）。稀性泥石流结构松散，水和黏土形成链状结构，以紊流形式运动。砂和砾石不参与结构的形成，靠紊动悬浮搬运或沉于底床跃移或拖移。黏性泥石流常形成紧密的结构，水、黏土、砂和砾石结合成整体，作整体搬运。高黏度泥石流多为塞流流态，底部是层流，上部有一个近似刚性的“固体塞”，即流核，做块状运动。下部的层流剪切使底部出现反向的粒级，而上部的固体塞内碎屑做整体搬运。“固体塞”内粒径无分异（照片510，照片511，照片513，照片514；图141，图142）。密度和黏度特别大的泥石流，流体强度大，运动时可以滑动的方式进行，部分表现为刚性特征。底部有一层极薄的细粒浆体膜作为滑动层。然而有时在黏性泥石流体底部也可以存在一定厚度的底泥层（照片513，照片514）。
（四）坡积与冰缘堆积动力过程
冰缘区的坡面地貌过程极为活跃，故绝大部分冰缘堆积属坡积，大部分冰缘区具干冷气候，坡面上部的块体剥落和坡地中部、下部的斜坡冲刷、蠕动为主导的地貌过程。
纵观坡积过程受四种动力控制：
（1）重力，物质从高处坠落由势能转为动能，造成较大颗粒滚动和跳动而远离坡麓。只有少部分物质参与坡积过程。坡面较陡（＞30°），物质组成也粗大，有粗糙层次（照片21，照片23，照片25）。
（2）水，坡面流水可带走细粒物，也可调整坡面物质的位置和产状。受流水作用的坡面，坡度大多在30°左右，物质有粗有细，层次较好（照片214）。
（3）热，温度变化导致的冻融作用。（1）此种坡度较缓（＜25°），可搬动一定大小的石块（通过针冰的消长）顺坡移动，细粒物较多，造成了坡积物的良好组构；（2）热能控制降水形式，高山区以降雪为主，融雪过程使坡面物质饱水，并时而以小股坡面泥石流顺坡运动造成舌状致密团块出现，在其他松散坡积层中，形成所谓“流碛团块”。
以突发和小股为特点的融雪水流缺少对细粒物冲刷、淘蚀和充填，以致高山坡积物比较松散。相反，在低山区降水以降雨为主，比较活跃的坡面流水能造成细粒物质的冲刷和填充，致使结构比较紧密；（3）坡面物质蠕动除针冰的冻融过程外，在温暖山地，若水分和黏土物质充分，在重力作用下也可以产生。
（4）风，在风力活动强劲的地区，风也参与坡积过程。在冰缘区的冻融蠕流堆积中也有相当数量的风成磨圆砂参与。
（五）崩塌、塌陷、滑坡等重力地貌的动力过程
崩塌、塌陷和滑坡的发生和堆积主要受重力控制，皆有突发性，且短暂而快速地完成从发生到堆积的全过程。因此，尽管规模各异，但堆积物皆有大小粒径悬殊、无分选等特点。作为此类堆积的突出特点是堆积物孔隙度大，裂隙、孔洞多，尤其是巨砾间有更少充填物。
崩塌是岩土陡崖向临空面方向突然倾倒、翻滚及跳跃和自由坠落的地貌过程，块体多半在悬空状态下完成其过程。崩塌是指岩块绕岩体的底面的某个支点向前倾倒，它往往与滑坡等过程相伴生，故崩塌、塌陷（fall）、坠落与滑坡（物质沿剪切面整体向下移动）等是陡坡物质运动的主要形式。具体的分类可参考图110。以上各种动力过程均与岩体性质、结构、坡度、气候、地下水等密切相关，当然地震也是重要的推动力之一。
二、搬运介质与沉积构造
介质性质、搬运过程的稳定性和沉积空间的大小，是决定堆积有序或无序的三大要素。
堆积物空间排列的有序性，由介质的性质和搬运的稳定性共同决定，对于非水、风等搬运介质的堆积来讲，可以认为搬运介质就是固体自身并参与沉积。
简单地说，有序性表现即有层理（尤其是水平层理），分选好，磨圆好。
不同介质的搬运和沉积作用，使得沉积物在空间上产生相应的颗粒排列组合（结构构造）及其分布规律。正是这种相关关系，使沉积学者不断研究沉积体的构造及其形成过程，探索它们之间的内在联系。沉积构造是反映沉积作用和沉积机制的最好指标，而且在剖面上最易辨认，不易受到后期的化学、生物以及某些物理过程的改造，因此它们是最佳的成因判别标志。混杂堆积很少有连续介质，而多为非连续介质作为搬运工具。沉积物是经过一定的介质搬运后沉积下来的。在此过程中介质必然对各种沉积特征产生巨大的影响。介质的性质包括动态性质和静态性质。前者指介质的流动方向、流动式样的稳定度等；后者为介质的容重、黏度以及介质的深度（佩蒂庄，1975）。表13中列出了泥石流与冰川两类不同介质的一些特征。
在动力、速度、稳定度等对沉积构造有较大影响的介质动态方面，两者相差较大。而泥石流的搬运介质与被搬运的大碎屑总体上是连为一体的（主要指黏性泥石流）。它们作为一种流体一起流动，很难将它们分开。换言之，其绝大部分的搬运介质本身就是沉积物的一部分，这一点是它与自然界的其他类型沉积物最大的不同之处。同时，流动也是它们的显著特征。而冰川堆积则完全相反，在冰川搬运过程中，冰川冰与其所载荷的碎屑是两类不同的流体。前者为搬运介质（伪塑性体），后者是被搬运体（碎屑流），两者很容易分开。除少量在冰内同冰川一起前进的碎屑外，冰底的碎屑在冰川推挤下与底床磨蚀运动很慢，而冰川表面及两侧的碎屑往往依靠自身的重力向低洼处运动（与倒石堆上的砾石运动有些类似），与冰川运动无关。但无论冰川碎屑的运动方式多么复杂，它们是不会整体流动的，这是冰川碎屑与泥石流在运动过程中最显著的区别，它直接控制了冰碛和泥石流堆积这两大类很不相同的沉积构造。
必须指出，当冰碛物从冰体中消融而“卸出”时，是完全受冰面坡度控制的，根本体现不到冰川运动的动力作用。只有在冰碛物完全脱离冰体后，其堆积体再次受到冰川压力、推挤、剪切等作用时，才有一系列冰川沉积构造表现出来。应该说有一部分已经是后生构造了。
冰川冰是固体，其携带的碎屑在冰内无法产生流动，因此典型的冰碛中是无流动构造的。冰上部分的冰碛多表现为与坡面碎屑滚动有关的原生构造和与冰川推挤有关的各种次生构造，而冰下主要为原生的沉积和推挤构造（表18—表110）。这些构造是具有代表意义的冰碛沉积构造，与其他沉积构造截然不同。下面分别介绍各类混杂沉积之间的动力和介质性质之间的关系。
在混杂堆积中除泥石流和堰塞湖溃坝堆积以及部分蚀余堆积具有连续搬运介质外，其他都是非连续搬运介质。更为特别的是冰川堆积类，连续的冰体把部分碎屑物（冰碛物）搬运到一定位置后，被搬运的碎屑物并未真正成为沉积物，就像河流搬运的悬移质和推移质一样。而真正堆积下来的冰碛物则通过融化从冰中坠落、倾卸或多半是从冰坡上滚落的类似坡积的方式。所以冰碛物的搬运介质前期是连续的冰川体，而后期则是由非连续介质完成的，这也足以说明冰碛物确实是各种第四纪沉积物中最复杂的堆积物（Flint，1971）。
对于混杂堆积的动力和介质特点的讨论，将以下面几个表格作为总结，表15—表17可以互相参照比较，比用文字表达更有想象余地。应该承认，动力过程对任何一类沉积特征的形成都是决定性的，不了解动力和介质特征，就无法了解沉积结构、构造的成因，进而也谈不上对混杂堆积不同成因之判别。因此，怎么强调动力过程的重要性对混杂堆积构造研究来说都不为过的。坦白地说，在动力问题上，作者涉及的也只是皮毛，列出一些表格（表15—表17；图112，图114），可能有利于读者逐步体会。
三、混杂堆积构造分类
在多种沉积构造分类系统中，为了成因判别我们采用了既包含成因又包含形态的分类系统。泥石流体中的多数沉积构造主要是在流动中形成的，即泥石流体中的碎屑在随泥石流一起向前流动过程中，由于边界条件的改变，流速、流态产生差异而形成一系列特征构造。
混杂沉积的沉积构造类型十分多样，它们直接体现出混杂沉积的动力性质和堆积过程，大部分属于同生或准同生构造，小部分属于后生构造，其中最为特殊的是还有一部分属于非沉积的，即后期叠加的“外来构造”。如冰缘坡积中的多边形冰楔、冰卷泥以及红土中的网纹及脉充填等，因为它们出现在混杂沉积物中，在此也可以归入“沉积构造”之中。
尽管混杂堆积的层面发育不够清晰，但在泥石流、冰碛、坡积、火山碎屑、河床蚀余堆积等类型中，层面还是存在的，所以沉积构造也可以按照层面位置划分为层面、层中及层底三个部分。在混杂堆积成因判别时，沉积构造是最好的成因识别标志，因为它们是动力标志。如宏观和微观的流线构造和定向结构，都是具流动特点的、泥石流所特有的，具有很大的专属性。有时，虽然某一沉积构造并非独有，如叠瓦构造，在泥石流和冰碛中均可出现。但前者是必备的，而后者只在特定地段才能出现，见表19。各类混杂堆积的动力也是多种多样的（表110），它们相互之间的内在和外在关系也是极其复杂的（图110）。
鉴于混杂堆积之结构、构造十分复杂多样，且与构造混杂岩也有易混淆之处，暂列出混杂堆积与构造混杂岩之内在及外部联系间的关系，以便相互参照（图114）。
（第三节）扇形地——沉积物从无序到有序的关口扇形地是从剥蚀山地到沉积盆地的通道，是混杂堆积成因争议最集中的地段。
Nichols（2009）的“沉积环境图”（图115）及Prothero等“分布模式图”
（图116）很形象地表达了地球上各类沉积环境，但作者感到它更是生动具体地体现了各种外动力混杂堆积的复杂环境。
从山地到陆盆有各种扇形地，从大陆坡到海盆地也有各种海底扇（图116）。
它们双双承担着关口和通道的角色，这也是地球上两个最大的混杂沉积形成带，构成全球混杂堆积的一种双带沉积模式。若再加上海陆过渡的海岸带，是一个规模较小的混杂沉积相对比较集中的地段，则构成地球上两大一小混杂堆积的形成环境和分布模式。当然，大颗粒砾石也可通过特殊方式（第十五章（第三节））把砾石带入盆地或海盆。
但那已不属于混杂沉积。
一、（气下）冲积扇、洪积扇、泥石流扇
山前气下的冲积扇或旱三角洲（洪积扇）和大陆斜坡前水下的海底扇，都由三部分组成，即扇根（顶部扇）、扇中（中部扇）、扇端（缘）。
各类扇形地，尤其是扇根及其相邻部位，是多种混杂堆积物的聚集地（图122）。
据陈建强等描述（2004），冲积扇沉积物是大陆沉积体系中颗粒最粗、分选最差的近源沉积，以砾岩、砂砾岩和砂岩为主，夹有粉砂岩和泥岩。当存在泥石流沉积时，泥、粉砂、砂砾以及大至数吨的漂砾可混杂堆积在一起，由扇顶到扇缘粒度呈变细趋势。由于兼有牵引流及泥石流沉积，因而在CM图上表现为重力流模式。冲积扇沉积物类型包括：泥石流沉积、河道沉积、漫流沉积及筛积物（冲刷层）四类。
筛积物是冲积扇沉积所特有的，也是泥石流堆积的一个微相（冲刷层），主要出现在扇端和扇中。筛积物是一种呈舌状的砾石沉积物，分选中等到较好，与砾石同时沉积的泥砂已被稍后期的洪水带走。成岩前孔隙中泥质及粉砂质基质较少，呈“筛状”，即泥石流亚相中之冲刷层（崔之久，1996）。