堆積物

泥石流堆積物是泥石流快速侵蝕、搬運的產物，它包含著大量泥石流的形成、運動和堆積過程的信息。泥石流堆積物的粒度能充分反映搬運介質和運動方式的特點，通過研究泥石流的粒度組成，可以了解泥石流的形成機理，具有重要的作用。因此，泥石流堆積物粒度的研究成為泥石流研究的一個重要內容。

目前，泥石流堆積物粒度分析資料的處理，主要有統計法和圖解法。常用的粒度參數有粒度平均值、標準差、偏度、峰態和粒度眾數值等，他們從不同的角度說明了泥石流堆積物的粒度分佈；圖解法主要有粒度分佈直方圖、頻率曲線圖、累積曲線圖和概率累計曲線圖等。

分形理論作為研究自然界中沒有特徵長度，但又有自相似性的圖形和現象的重要方法和理論，在土壤、斷層泥、凍土、水石流、冰磧物、河流堆積、湖泊堆積、海底堆積，以及沙漠沉積中都有廣泛的應用，尤其在土壤中的應用最為成熟，並獲得了一系列的實際意義和應用價值。自20 世紀90 年代開始已經被應用於泥石流堆積物粒度的研究中，並得到了國內外眾多學者的認可和重視。

由於泥石流堆積物顆粒級配範圍廣，顆粒的分佈規律非常複雜，常用的粒度統計參數很難全面的描述泥石流堆積物的顆粒組成和粒度分佈規律。粒度平均值只能反映一個樣品顆粒的粗細程度，標準差僅僅對堆積物粒度分佈的分散程度進行說明，偏度、峰態和眾數值等粒度參數也只能反映某一個方面。相比之下，圖解法能夠比較直觀的反映出泥石流堆積物的顆粒組成和粒度分佈的定性特徵。

泥石流堆積物是泥石流快速侵蝕、搬運的產物，它包含著大量泥石流形成、運動和堆積過程的信息。泥石流堆積物的粒度分佈充分反映出泥石流這種特殊的搬運介質和方式的特點，所以泥石流堆積物的粒度分維與泥石流的粘性等性質有密切的聯繫。

1、分形特徵與粘性的關係

按照泥石流的物質成分、顆粒組成，以及流體容重、粘度等的不同，泥石流可分為粘性泥石流、稀性泥石流和過渡性泥石流。泥石流堆積物的分形特徵能夠反映堆積物的物質成分和粒度分佈，因此，也與泥石流的粘性具有密切關係。

2、分形特徵與堆積年代的關係

泥石流暴發后在堆積區進行堆積，但是堆積物的成分和粒徑的大小並不是不變的，而是由於堆積區降水、溫度、植被等外界條件的變化，泥石流的再次堆積，以及人類活動等影響隨著時間的推移不斷發生變化。按照泥石流堆積的年代不同，泥石流可分為古泥石流、老泥石流和近代泥石流，泥石流堆積物按照堆積時間的不同也相應的分為古泥石流堆積物、老泥石流堆積物和近代泥石流堆積物。

冰水堆積物系由冰川融水搬運堆積的沉積物。冰水堆積物川形成於第四紀中更新世及晚更新世，是冰川融化后形成的冰水對冰川攜帶的碎屑物質進行搬運堆積而成的產物，大多為漂卵。

冰川河的地質作用有刨蝕、搬運和沉積三種。冰川對岩石的破壞作用稱為刨蝕作用。冰川移動時，因壓力和摩擦的作用而使其底部發熱，部分冰被融化成水而進入岩石裂縫，裂縫裡的水結冰后體積增大而擴展裂縫，岩石被分裂成岩塊。岩塊被冰川挾帶一起移動，便使摩擦作用更為加強，同時岩塊本身也布滿擦痕。冰川的刨蝕作用改變了地形地貌。冰川的搬運作用有兩種一種是碎屑物質包裹在冰內隨冰川移動另一種是冰融化成冰水，冰水進行搬運。冰川的沉積作用同樣有兩種一種是冰休融化，碎屑物直接堆積，稱為冰債土物另一種是冰川表面、底部和兩側的冰水將碎屑物質冰債物進行再託運而再堆積，即融化后的冰水將冰債物沖刷、淘洗，按顆粒的大小，堆積成層，而形成冰水堆積物。由各種冰水所產生的堆積物，統稱為冰水沉積土物冰水堆積物。

由此可見，冰水堆積物是冰期的冰蝕作用和冰積作用、冰水侵蝕作用和堆積作用和間冰期的沖蝕、沖積作用的共同結果，包括冰川和冰融水所形成的地形和堆積物。經歷第四紀地質歷史上冰期和間冰期的交替，形成原因複雜。因其中包含底債和受上部較厚第四系沖積物蓋重的影響，較為緻密。冰水堆積物的成因決定了其一方面具有河流堆積物的特點，如有一定的分選性、成層性和磨圓度，其中礫石磨圓度較好但同時又保存著條痕石等部分冰川作用痕迹，故又有學者稱之為層狀冰債。

冰水堆積物形成於第四紀，第四紀是地質史上最新的一個時間單位，它隸屬於新生代，包括更新世和全新世兩個階段。第四紀時期形成的一套地層稱為第四系，包括更新統和全新統兩個早晚銜接的地層單位，其中，更新統又可分為上更新統、中更新統及下更新統。

按分佈和形成環境，冰水沉積可分為兩類：

1、冰川接觸沉積

冰川接觸沉積也稱冰界沉積、冰內沉積，指冰川區內或緊鄰地區，冰水與冰川共存、緊密接觸，冰水沉積物與冰績物相互混雜、交叉重疊的一種冰水沉積，由此形成的沉積物稱為冰川接觸沉積物或冰內冰水堆積物。形成這種沉積物的冰水包括沿冰川表面流動的冰水，在冰層內部流動的冰融水或沿冰下隧道流動的冰水，也可以是冰下冰水。這種沉積物還經常受到冰流攪動或發生崩塌變形。冰川接觸沉積物常構成丘狀冰礫阜、平台狀的冰阜階地、圓坑狀的鍋穴、長堤狀的蛇形丘等各種地貌。

2、冰前沉積

冰前沉積也稱冰外沉積，是冰水流出冰川以後在冰川外圍的冰水沉積，由此形成的沉積物稱為冰前沉積物或冰外冰水堆積物。冰前沉積包括冰水河流沉積和冰湖沉積。冰水河流沉積常形成由沙、礫石構成的扇形體，稱為冰水扇。若干冰水扇聯合而成波狀起伏的傾斜平原，稱冰水沖積平原又叫外沖平原。冰湖沉積包括三角洲沉積、湖濱沉積和湖底沉積。冰湖底部沉積是冰湖沉積的典型代表，由夏季沉積的淺色粗粒層和冬季沉積的深色細粒層互層組成，通常稱紋泥或季候泥。

根據成因、分佈位置及地貌情況，上述兩種沉積所形成的兩種冰水堆積物即冰川接觸沉積物和冰前沉積物又分別包括幾種類型，各自的成因及特點具體介紹如下：

1、冰川接觸沉積物

（1）蛇形丘

它是一種狹長、彎曲如蛇行的丘崗。兩坡對稱，兩壁陡直，丘脊狹窄一般高度一米，高者達米長度由幾十米到幾十千米，北美有長達千米的，延伸方向與冰川運動方向較一致，王要分佈在大陸冰川區。蛇形丘的組成物質主要是略具分選的砂礫有資料為“具有一定分選性的礫石和粗砂”，也有資料為“大都為卵石和礫石，部分也有砂”堆積，夾有冰債透鏡體，具有不規則的交錯層理和水平層理結構。

蛇形丘分佈於冰川作用區內，其成因主要有冰下隧道和冰水三角洲堆積兩種說法。冰下隧道是指在冰川消融期間，冰融水很多，沿著冰裂隙滲入冰下，在冰川底部流動，形成冰下隧道。在隧道中的冰融水流受到上游強大的靜水壓力，挾帶著許多冰債物不斷搬運、堆積，並可逆坡運行，直至冰水堆積物堵塞隧道。當冰體全部融化后，隧道中的砂礫出露地表，成為蛇形丘。因此，蛇形丘可有分支，亦能爬上高坡，甸甸於丘陵、高地之上，貫穿鼓丘群之間。

另外，有些學者認為蛇形丘是“冰前三角洲建造”形成。即由冰隧道和隧道口外兩種堆積物組成。根據瑞典的蛇形丘發育情況，蛇形丘由許多小段組成的，呈串珠狀。每段組成物質上游是粗大的礫石，地形細狹下游為細小的砂粒，地形寬大。上游屬冰下隧道堆積，下游是隧道口外扇形堆積。其形成原理為在夏季，冰融水增多，冰積物在冰川末端形成冰水三角洲，等到下一個夏季，冰川再次後退，再形成一個冰水三角洲，如此反覆不斷。隨著冰川節節後退，隧道口也逐步后移，這樣就出現了一段段的堆積物，一個個冰水三角洲連起來，便形成串珠狀的蛇形丘了。這種分段組成的蛇形丘又稱繩結蛇形丘。

（2）冰礫阜、冰礫阜階地和鍋穴

冰礫阜是一種圓形的或不規則的小丘，由一些初經分選、略具層理也有資料為“有層理並經分選”的細礫、砂、細砂、粉砂甚至豁土組成其上常覆有薄層冰債物。它是由冰面或冰川邊緣湖泊、河流或停滯冰川的穴隙中的冰水沉積物，在冰川消融后沉落到底床上堆積而成。其與鼓丘冰債地貌的一種不同之處，在於冰埠的形狀很不規則，且為成層狀。在山嶽冰川和大陸冰川中都發育冰礫阜。

冰礫阜階地是由冰緣河流引起的沉積，只發育在山嶽冰川穀中，由冰水砂礫層組成，形如河流階地，呈長條狀分佈於冰川穀地的兩側。其成因為在冰川兩側，由於岩壁和側碳吸熱較多，且冰川兩側的冰面要比中間來的低，所以冰融水就彙集在這，形成冰側河流，並帶來冰水物質，在其與原冰川接觸一側，因冰體融化失去支撐而坍塌，從而形成了階梯狀陡坎，沿槽谷兩壁伸展。鍋穴冰穴指分佈於冰水平原上的一種圓形窪地，深數米，直徑十餘米至數十米。其形成是由於冰川耗損時，有些殘冰被孤立而埋入冰水堆積物砂礫中，等到冰融化后引起塌陷，而造成鍋穴。

2、冰前沉積物

（1）冰水扇及冰水平原

冰川融水從冰川的兩側冰上河和冰川底部流出冰川前端或切過終嘖堤后，地勢展寬、變緩，形成冰前的辮狀水流，冰水攜帶的大量碎屑物質就沉積下來，形成了頂端厚、向外變薄的扇形冰水堆積體，叫做冰水扇。幾個冰水扇相互連接就成為冰水平原，又名外沖平原。冰水扇的顆粒成分包括礫石、砂、粉砂和粘土，主要由分選中等的砂礫組成，含少量漂礫，向下游粒徑明顯變小，磨圓度顯著變好，常有層理出現但極不規則。

（2）紋泥季侯泥

在冰川前緣窪地由冰水注入湖泊而形成的紋層狀沉積，具有清晰的韻律層理。其形成過程為冰川後退峙，前面的冰積物會阻塞冰川的通路，常可以積水成湖，稱為冰水湖。冰水湖有明顯的季節變化，夏季的冰融水較多，大量物質進入湖泊，一些較粗的顆粒細砂、粉砂就快速沉積，而細的顆粒還懸浮在水中，顏色較淡而冬季的冰融水減少，一些長期懸浮的細顆粒亞豁土、勃土才開始沉積，顏色較深。這樣一來，在湖泊中就造成了一粗一細很容易辨認的兩層沉積物夏季較粗、淺色冬季較細、深色，隊做季候泥，據此可推算冰川沉積的年代。

對於一些堆積物( 如煤堆、土堆、礦石堆等) 體積的精確測量是測繪領域常見工作。通常採用的方法是採用全站儀或GPS RTK 測量堆積物表面的離散點坐標，通過繪製等高線建立堆積物表面的數字模型，再計算堆積物的體積。但因為這些堆積物表面形狀複雜，測量的離散點有限，部分高程無法觀測，實際上只能通過等高線模擬得到；且採用攝影測量求取體積時，精度較差，有些堆積物同名點對難以確定。

採用三維激光掃描儀對堆積物觀測，可以快速地獲取大量堆積物表面點的三維坐標，測量點均勻分佈在堆積物表面，因此可以精確地計算體積。採用徠卡ScanStaion C10 三維激光掃描儀對煤堆進行觀測。該儀器帶有緊湊的內置雙軸傾斜補償器，並且具有測量級的精度、距離和視場角，內置高解析度數碼相機和激光對中器，最遠測程為300 m，瞬時最大測量速度為50 000 點/s，視場角高達360° ×270°，採用高密度掃描方式僅需約27 min 即可完成整個全景掃描測量，範圍雜訊在50 m 範圍內為2 mm。

三維激光掃描儀測量速度快，一次測量點數量巨大，可以在堆積物表面均勻獲取大量目標點的三維坐標。