石油课堂 | 湖泊的地质作用

湖泊的地质作用包括湖水及其携带的碎屑物对湖岸的磨蚀作用，湖内物质的再分配作用以及湖水的沉积作用等。湖泊地质作用的性质和强度取决于湖盆的大小及成因类型、湖水的成分及动力学特征以及湖中的生物特征。

湖泊的磨蚀作用

湖泊的磨蚀作用与湖水的运动有直接关系，首先是与风浪有关，湖水水体越大，所能形成的风浪也越高，对湖岸的破坏作用也越强。湖水对湖岸的磨蚀作用同样会对湖岸进行塑造，在早期阶段，尤其是堤坝型湖岸，湖水处于积蓄阶段，其破坏力具有相当的强度。湖水在侵蚀湖岸的过程中迫使湖岸不断后退，并最终在较缓的岸坡形成平衡剖面，在基岩湖岸同样会形成湖蚀洞穴、波切台和波筑台等地貌。如果湖岸不能抵挡住湖水的磨蚀，则湖岸在湖水的磨蚀下最终将垮塌，湖泊也就消失了。对于一些水体不大的小湖，岸坡的平衡剖面很容易形成，此时湖水对湖岸的磨蚀作用已经非常微弱，不再塑造湖岸，湖水的运动只对湖中的沉积物进一步的磨细。

一般地说，湖水的磨蚀能力远小于海洋的磨蚀能力，对湖岸的破坏力也较小，湖岸边容易生长地各种植物也对湖岸起到了保护作用，减少了湖水对湖岸的破坏。

湖泊的沉积作用

湖泊的沉积作用是湖泊地质作用的最主要内容，由湖水自身的破坏作用，河流、雨水携带而产生的碎屑物可以在湖盆中沉积下来。湖泊沉积物按成因类型可以大致分为三类：碎屑沉积物、生物沉积物和化学沉积物。

湖成沉积的主要特点是：①以细组分的泥质沉积物为主，并含有丰富的生物物质和化学沉淀物。②沉积物常有细而平直的层理（层厚1～10mm），有时是微层理（纹层），这是由于湖水较为平静的沉积条件所决定的。这些微层理还经常反映了季节性的变化，即碎屑物的粗细韵律性变化，如夏季雨水充沛、冰雪消融，河流所携带的碎屑物变粗，形成粒级较大的沉积层，冬季则形成较细的沉积层。③由于湖泊是相对较为平静的沉积环境，且湖中及湖岸会生长大量的植物，这些植物在秋冬季会大量死亡，在湖中形成生物沉积物，并保留较为完整的生物形态，因此湖成沉积物中常可以见到保存完好的生物化石。④ 湖水由于季节的变化，水面高程也会随之发生变化，当湖滩露出水面后，就会形成泥裂、雨痕、冲刷面、印模等（图1-1），因此在湖成沉积物中经常可以见到上述各种层面构造。

图1-1 湖滩上的泥裂现象

湖水的机械沉积作用

湖水的机械沉积作用以形成碎屑沉积物为主，其沉积物的来源主要是注入湖泊的河流所携带的碎屑物，湖水侵蚀作用由湖岸崩落的碎屑物，风和冰川所携带的碎屑物等。不管是河流、还是湖泊本身的波浪、潮汐、沿岸流、浊流等不同的水流形式，在向湖泊中心流动时都会受到静止湖水的阻滞，此时沉积物便依照粒度和密度的大小顺序沉积下来。由此可见，湖水的机械沉积作用所形成的碎屑物具有很好的磨圆度分选性，碎屑物的粒度在湖盆的平面上呈同心圆状分布（图1-2）。通常情况下由于湖水的反复作用，湖泊的机械沉积物很少见到大粒级的碎屑物，只有崩落时间不长的基岩湖岸才可见到粗碎屑和砾石。

图1-2 青海湖湖底沉积物分布

1—砾石 2—沙砾 3—暗礁 4—沙 5—沙-淤泥 6—淤泥

潮湿气候地区的湖泊，入湖的河流较多，水量也比较大，它们所携带的碎屑物会淤积在河流入湖口处，形成三角洲。如果河流所携带的泥沙较多，由于湖泊的深度通常较浅，三角洲的生长速度非常快，湖泊的面积迅速缩小，直至消亡，此时出现湖积三角洲平原或沼泽。如注入洞庭湖的河流众多，大河就有湘、资、源、澧四水和长江的四口，它们每年带入的大量泥沙使洞庭湖迅速缩小，东至武汉、西达江陵、南临益阳、北及汉水的古云梦大泽变成了如今面积只有约3000km2的洞庭湖（1998年约为2691km2，退耕还湖后增加约554km2）。干旱气候地区的湖泊，入湖河流少、水量小、所携带的泥沙少，因而三角洲的增长缓慢。

湖泊的演化趋势总是在不断的变小、变浅，直至消亡，除非形成湖泊的因素始终在起作用，但这种情况在地质历史中是不常见的，即使存在对于地质历史也是短暂的。因此湖泊的生命在地质历史中是短暂的，它们的生命周期取决于气候条件、自然地理因素和构造作用的活动程度。

湖水的生物沉积作用

湖水的生物沉积主要发生在潮湿气候区，干旱气候区的生物沉积则较少。平静的湖水和有充足水源的湖岸为生物在湖泊中和湖岸的繁殖提供了良好的环境，潮湿气候区的湖泊中生长着各种生物，尤其是植物极为茂盛。植物在湖岸和湖水中的生长随水深的变化具有分带的现象，湖水中不同深度层次也生长着不一样的植物，这些植物绝大部分都在秋天死亡，并在湖底形成一层毡状生物遗体。湖水表面还生长着大量的浮游动物或其他小型动物，这些动物死后沉于湖底，与其他生物沉积物和碎屑物一起构成了湖底的有机质泥层。湖底缺氧的环境使厌氧细菌繁殖，并对有机质泥层发生作用，使其沥青化。

这种有机泥可以用于医疗或饲料的添加物，还可以从中获得甲烷、汽油、凡士林、石蜡等提取物。沥青质有机泥一般不太厚，通常只有1～10m，但厚时可达40m。在成岩过程中，这些有机泥会转变成胶状腐植煤、沥青黏土或油页岩。在特殊的条件下，富含浮游动物或其他小型动物遗体的厚层腐植泥在较高温度（100℃～200℃）和压力（300大气压）的作用下，经细菌和其他复杂的物理化学过程，可以形成石油，即陆相成油。

湖泊的生物沉积除了上述的形式外，在温带较冷的气候条件下有时会繁殖大量的硅藻，由硅藻转化而成的硅藻土是重要的工业原料，可以用做吸附剂、耐火材料、充填材料等。

湖水的化学沉积作用

湖水的化学沉积作用受气候条件的控制十分明显，不同的气候条件，湖水的化学沉积物有很大的区别，因此可以根据湖水的化学沉积物类型来推断湖泊所处的气候环境。

潮湿气候区的化学沉积 潮湿气候区由于雨量充沛，化学风化作用强烈，不仅易溶的元素如K、Na、Ca、Mg等组成的化合物呈离子状态被搬运到湖水中，一些较难溶的元素如Fe、Mn、Al、Si、P等也可以离子状态或胶体溶液的状态被搬运到湖中。易溶元素由于溶解度大，加上潮湿气候区的湖水补给量大，很难形成化学沉积物；而Fe、Mn、Al等难溶元素组成的化合物是潮湿区湖泊化学沉积的主要物质来源。当地表水流和地下水携带着Fe、Mn、Al等低价盐类或胶体溶液进入湖中，在各种物理化学过程中或者生物的参与作用中转变成高价的难溶盐类沉积下来，构成了潮湿气候区的主要化学沉积物，如Fe（HCO3）2或FeSO4的二价铁转化成高价铁沉积下来。但在不同的环境条件下，沉积作用的铁的化学组成还会有所不同。如温热潮湿气候下：

4Fe（HCO3）2+O2+2H2O —→ 4Fe（OH）3+8CO2

在冷湿气候下：Fe（HCO3）2—→ FeCO3+H2O+CO2

在缺氧的条件下：Fe（HCO3）2+2H2S —→FeS2+3H2O+CO2+CO

干旱气候区的化学沉积 干旱气候区的湖泊，湖水很少向外流泄，湖水的主要排泄方式是蒸发。因此，由地表水和地下水所带来的盐分年复一年地滞留在湖中，随着湖水的不断蒸发，湖水的盐度也逐渐增加，由淡水湖逐渐转变成咸水湖直至盐湖，当湖水中的盐度超过了饱和度后，各种盐类便逐步沉积下来。强烈地蒸发和盐类的沉积，会使湖水水面不断下降，最终湖水将会干涸、消失（图1-3）。湖水在干涸过程中，盐类会按照其溶解度的大小依次沉淀下来。

图1-3 罗布泊干涸后的卫星影像

湖水在咸化的过程中，首先沉淀的是溶解度最小的碳酸盐类，其中以钙的碳酸盐最先沉淀，其次是镁、钠的碳酸盐。这些碳酸盐沉积物有些可以形成具有经济价值的苏打（Na2CO3·10H2O）、天然碱（NaCO3·NaHCO2·2H2O）等，因此称之为碱湖。碳酸盐类沉淀之后湖水进一步咸化，溶解度较高的硫酸盐类也开始沉淀，形成石膏（CaSO4·2H2O）、芒硝（Na2SO4·10H2O）等硫酸盐沉淀，这类盐湖称之为苦湖。硫酸盐析出沉淀后，湖水即变成卤水，如果湖水继续蒸发，将沉淀溶解度最大的氯化物，青海柴达木盆地分布了众多的盐湖，如茶卡盐湖、可可盐湖、察尔汗盐湖等。

盐湖的盐类沉积顺序在大的盐湖中可以反映在沉积剖面上，即由下往上依次为碳酸盐类、硫酸盐类和氯化物；在平面上则表现为从边缘向中心由碳酸盐类向氯化物的演变。但自然界中并不是所有的盐湖都有相似的特征，盐湖中的盐分还与物质来源、气候变化等地质因素有关。在一些盐分来源丰富的现代湖泊中，也有极高的卤水浓度，从湖底捞出沉淀物后几天有可以析出新的沉淀物。

盐湖除了化学沉积外，通常还会发生机械沉积，有时机械沉积量比化学沉积量还大，构成了机械沉积与化学沉积互层的现象。当盐湖完全干涸后，湖泊的地质作用即告结束，其他地质作用代替了湖泊的地质作用，如风化、风的作用等。湖底中沉淀的盐层可重新遭受风化、剥蚀，盐层再次遭到破坏与碎屑物共同构成了盐土荒漠；或被其他沉积物所掩埋，并保留在地层中，形成蒸发岩类。湖泊的化学沉积是重要的成矿作用之一，其化学沉积物是重要的工业原料，其中最常见的Na、K、Br、I、Li、Rb、Cs等二十多种元素是制药、冶金甚至是一些尖端工业的重要原料。