劉闖+鐘建華+曹夢春+孫寧亮+王雅琳

摘 要：泥裂較為常見，但是成因機(jī)理還不完全清楚。通過總結(jié)近年來泥裂的相關(guān)研究進(jìn)展，對泥裂的影響因素進(jìn)行了歸納，總結(jié)了泥裂的研究意義，并討論了泥裂研究存在的問題。結(jié)果表明：泥裂的內(nèi)部影響因素在于泥質(zhì)沉積物成分和厚度以及上、下接觸關(guān)系，其中厚度和成分的變化導(dǎo)致破碎程度不同，上、下沉積物之間的摩擦力越小，形成的泥裂多邊形越多，邊緣越容易發(fā)生上翹；泥裂的外部影響因素包括溫度、干濕環(huán)境交替、水分及含鹽度、生物改造，其中高溫度下形成的單個泥裂范圍大，干濕環(huán)境的不斷交替使泥裂交角趨于120°，水含量影響泥裂多邊形的大小，含鹽度影響泥裂的邊緣形態(tài)，動植物活動對泥裂的形態(tài)具有改造作用；厚度是泥裂得以保存下來的重要因素，同時后期沉積物的快速覆蓋也非常重要；從工程角度而言，探究泥裂的成因機(jī)理有助于解決泥裂引起的工程問題；從地質(zhì)角度而言，泥裂的出現(xiàn)表明沉積物曾出露于地表水面之上，地質(zhì)時期保存下來的泥裂構(gòu)造可以指示古海岸線、區(qū)域性地層上升及氣候冷暖干濕變化等。

關(guān)鍵詞：泥裂；影響因素；成因機(jī)理；泥質(zhì)沉積物；物理模擬；溫度；厚度；沉積構(gòu)造

中圖分類號：P512.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： Mud cracks are common in nature， but the genetic mechanism is not clear. The influence factors of mud cracks were summarized， and their significance was concluded， and the problems in the research of mud cracks were discussed. The results show that the internal influence factors of mud cracks include the composition and thickness of muddy sediments， and the contact relationship between the upper and lower layers； the change of thickness and composition leads to different fracture degrees； the smaller friction between the upper and lower sediments is， the more polygons of mud cracks are， and the easier warping-up of the edge is； the external influence factors of mud cracks include temperature， alternation of dry and wet environments， water and salinity and biological perturbation； the range of single mud crack is larger in high temperature； the crossing angle of mud crack tends to 120° under the condition of continuous alternation of dry and wet environments； the moisture influences the size of polygon of mud crack； the salinity influences the morphology of the edge of mud crack； the morphology of mud crack can be transformed by animals and plants； the thickness is an important factor for preserving mud cracks as well as the rapid cover of later sediments. The study on genetic mechanism of mud cracks contributes to solve the engineering problems caused by mud cracks. The appearance of mud cracks indicates that the sediments have been exposed on the surface， and the mud cracks preserved can be indicative for the ancient shoreline， the regional uplift of strata， the climate changes of cold-warm and dry-wet， and so on.

Key words： mud crack； influence factor； genetic mechanism； muddy sediment； physical simulation； temperature； thichness； sedimentary structure

0 引 言

沉積構(gòu)造是沉積學(xué)領(lǐng)域中重要的研究內(nèi)容，國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了大量研究[1-9]，而泥裂作為一種暴露成因構(gòu)造，受到一定的關(guān)注[10-21]。關(guān)于泥裂的研究可追溯到1917年，Kindle通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，探究溫度、泥質(zhì)成分、水分及含鹽度等因素對泥裂形態(tài)的影響[10]；Tang等認(rèn)為黏土含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）越高，形成的泥裂斷塊數(shù)越多[16]；Selen等指出原始含水量越少，泥裂區(qū)域越小[22]；Style等專門研究了泥裂多邊形邊緣翹起問題，建立模型預(yù)測泥裂卷起的曲率半徑和卷起深度[23]；吳泰然等發(fā)現(xiàn)了動物的活動對泥裂形態(tài)具有一定的影響，邊緣平直的泥裂改造成了鋸齒狀泥裂[24]；Kues等研究了小型腹足類爬跡、底棲貽貝類動物、甲蟲幼蟲遺跡對泥裂發(fā)育模式的影響[12-13，25]；郭璇等將泥裂作為一種泥質(zhì)沉積物非構(gòu)造干縮裂縫進(jìn)行了詳細(xì)研究[26-31]。目前，對泥裂的研究，多數(shù)注重泥裂的影響因素[10，16，32-35]，部分涉及泥裂的幾何學(xué)特征[18，36]，研究方法主要包括室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)[10，16，18，30，37]和野外地質(zhì)觀察[14，20，38-39]，技術(shù)手段有分形理論[15，17，40]、計(jì)算機(jī)圖像分析[41-44]、數(shù)學(xué)模型[45-47]、擴(kuò)展有限元法[48]等。本文對現(xiàn)代泥裂的影響因素進(jìn)行歸納和總結(jié)，表征不同條件下泥裂的發(fā)育特征，并探討其對古氣候、古水流等研究的指示意義。

1 內(nèi)部影響因素

1.1 泥質(zhì)沉積物成分和厚度

泥質(zhì)沉積物是泥裂形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，泥質(zhì)含量、粒徑等因素必然會影響泥裂多邊形的幾何形態(tài)。為探究泥質(zhì)沉積物成分對泥裂形態(tài)的影響，多采用控制單一變量的方式進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，即在保證溫度、濕度等其他條件相同的情況下，改變泥質(zhì)沉積物的物質(zhì)組成，探究不同泥質(zhì)沉積物條件下的泥裂幾何形態(tài)。實(shí)驗(yàn)樣品多為砂質(zhì)、泥灰質(zhì)或黏土質(zhì)，通過不同比例的調(diào)配，用水充分混合制成具有一定黏度的糊狀物，置于相同大小和形態(tài)的實(shí)驗(yàn)器皿之中，確保各個器皿之中的實(shí)驗(yàn)樣本厚度相同，用高溫?zé)艄庹丈?，并且每隔一段時間利用數(shù)碼相機(jī)拍照記錄，記錄各個樣本的破裂過程[42]。Kindle設(shè)計(jì)了3組模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料分別為泥灰?guī)r、含砂質(zhì)泥巖和黏土（圖1）；研究結(jié)果表明，泥灰?guī)r和含砂質(zhì)泥巖形成的泥裂多邊形比黏土小得多[10]。泥質(zhì)沉積物成分的不同導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)材料的韌度有所差異，從而影響泥裂的空間幾何形態(tài)[10]。對于不同的土壤性質(zhì)而言，破裂方式與黏土含量直接相關(guān)，泥裂多邊形的寬度越大意味著黏土含量越高，因此，黏土含量是收縮性質(zhì)和破裂行為的重要因素[16]。Selen等將這一因素體現(xiàn)在物質(zhì)的粒徑上，隨著黏土含量的減少，樣品的粒徑會相應(yīng)增大，單個泥裂的發(fā)生區(qū)域減小，整體樣品會顯得更加破碎[22]。

無論地質(zhì)領(lǐng)域中的泥裂，還是工業(yè)領(lǐng)域中金屬材料的破裂，這種泥裂式的破裂模式都會受到材料厚度的影響[49]。對于此類因素的研究，Nahlawi等同樣采取對比實(shí)驗(yàn)的模式進(jìn)行[50-51]。在其他因素保持一致的情況下，更改材料的厚度，對比破裂結(jié)果；實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著泥質(zhì)沉積物的厚度增大，形成的裂隙平均長度、裂縫平均寬度以及泥裂多邊形的個數(shù)呈增長趨勢[50-51]。泥質(zhì)層厚度的增加影響著收縮期間壓力的變化，從而影響內(nèi)部水分運(yùn)移和熱能的分布[16]，造成破裂結(jié)果的差異。

室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)是泥裂影響因素研究的有效手段，然而自然界是良好的天然實(shí)驗(yàn)室，野外自然狀態(tài)下發(fā)育的泥裂同樣揭示了泥質(zhì)沉積物成分和厚度對泥裂形態(tài)的影響。發(fā)育于陜西府谷地區(qū)的泥裂形態(tài)[圖2（a）]可以明顯地分為兩種：一種是圖中實(shí)線內(nèi)的泥裂，沉積物基本為純泥質(zhì)；另一種是圖中虛線內(nèi)的泥裂，沉積物含有較多砂質(zhì)。由于區(qū)域范圍小，所以可以認(rèn)為兩類泥裂形成時的外部因素完全相同。從圖2可以看出，泥質(zhì)形成的泥裂多邊形明顯大于含砂質(zhì)泥形成的泥裂多邊形。圖2（a）中泥裂多邊形長度和寬度平均約為3 cm，厚度約為0.5 cm，圖2（b）中泥裂長度和寬度平均為10 cm，厚度約為1 cm，兩者的泥裂多邊形形態(tài)均不規(guī)則。與圖2（a）、（b）相比，圖2（c）、（d）中的泥裂厚度明顯大，泥裂多邊形長度和寬度明顯增加，泥裂多邊形形態(tài)較規(guī)則，泥裂縫較平直。圖2（c）中的泥裂發(fā)育于甘肅敦煌地區(qū)，泥裂多邊形呈長方形或近于正方形，長度和寬度為40～50 cm，裂開厚度約為8 cm，泥裂縫平直或略曲，泥裂邊緣未翹起。圖2（d）中的泥裂非常規(guī)則，大量的長方形泥裂組成呈窗欞狀，長度多為20～40 cm，寬度為15～20 cm，裂開深度為4～5 cm，泥裂縫邊緣較平直。

泥質(zhì)沉積物的成分和厚度不會決定泥裂的形成與否，但是對形成的泥裂形態(tài)具有一定影響。總體而言，含砂質(zhì)成分越多，整體沉積物的韌性越差，形成的泥裂越破碎。而對于厚度較大的泥質(zhì)沉積物而言，在其他條件一致的情況下，形成的裂隙長度和寬度都比較大，發(fā)育的裂隙個數(shù)較多，形成的泥裂較為破碎。就保存方面而言，與含砂質(zhì)較多的泥質(zhì)沉積物相比，黏土質(zhì)顆粒之間的膠結(jié)更為緊密，更有利于泥裂的保存。厚度是泥裂能夠完整保存的關(guān)鍵，太薄的沉積層極易受到后期流水沖刷的破壞，只有具有一定厚度的泥裂，才有可能保存下來。

1.2 上、下沉積物接觸關(guān)系

針對上、下沉積物接觸關(guān)系，Groisman等設(shè)計(jì)了3組對比實(shí)驗(yàn)[37]。每組實(shí)驗(yàn)所使用的模擬裝置完全一致，實(shí)驗(yàn)中所用的樣品總量也完全相同，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的條件也保持一致。不同之處在于：第一組裝置底部為玻璃板，無任何涂層；第二組裝置底部涂有2 mm厚的油脂；第三組裝置底部涂有6 mm厚的凡士林（圖3）。結(jié)果表明，第一組實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的泥裂斷塊數(shù)最多，其次為第二組，最后為第三組，因此，隨著底部黏度的增大，形成的泥裂多邊形塊數(shù)減少，單個多邊形的面積增大。Selen等針對這一問題再次進(jìn)行了研究，認(rèn)為黏土和基底材料之間的摩擦力越小，泥裂發(fā)生的區(qū)域越小[22]，這與Groisman等的觀點(diǎn)[37]相吻合。

上、下沉積物接觸關(guān)系不會決定泥裂的發(fā)育與否，但是對泥裂的形態(tài)（特別是泥裂多邊形的邊緣形態(tài)）具有重要影響。通過大量的野外實(shí)際考察發(fā)現(xiàn)，邊緣翹起型泥裂不一定都發(fā)育在上、下沉積物不同的區(qū)域，但是上、下沉積物存在差異的區(qū)域，形成的泥裂多邊形邊緣一般都有上翹的現(xiàn)象。邊緣翹起型泥裂最典型的特征體現(xiàn)在泥裂縱向上的變化，即泥裂多邊形的邊緣上翹。這種翹起可能發(fā)生劇烈翹起：圖4（a）中發(fā)育的邊緣翹起型泥裂，早期為極薄的泥質(zhì)層，覆蓋在粉砂巖之上，在后期強(qiáng)烈干旱條件下，極薄的泥質(zhì)層發(fā)生脫水收縮作用，伴隨重力作用，處于斜坡上的泥質(zhì)層裂開，邊緣強(qiáng)烈翹起呈U形，甚至卷曲成管狀；圖4（b）中發(fā)育的邊緣翹起型泥裂體積較大，近長條狀的泥質(zhì)層厚度為2～3 mm，邊緣翹起高度為3～5 cm，整體單個泥裂呈半圓槽狀。這種翹起也可能是微翹起：圖4（c）中發(fā)育的長條狀泥裂邊緣翹起導(dǎo)致泥裂橫剖面呈淺槽狀，由于泥質(zhì)層內(nèi)部也存在成分的差異，使上、下泥巖層之間明顯裂開，具沿層剝離現(xiàn)象；圖4（d）中的薄泥裂呈長條狀，厚度為1～2 mm，邊緣翹起使泥裂呈淺槽狀。當(dāng)然，上述幾種泥裂的厚度、大小等方面也存在一定的差異，但都具有一點(diǎn)共性，即泥質(zhì)沉積物底部均為粉砂巖，兩者之間的接觸不那么緊密，形成的泥裂多邊形邊緣易于發(fā)生翹起。

2 外部影響因素

2.1 溫 度

泥裂是泥質(zhì)層暴露地表脫水收縮形成的沉積變形構(gòu)造[26]，常見于潮間、潟湖等海相或湖相泥質(zhì)沉積物中[52]，而脫水作用最直接的影響因素在于溫度，因此，溫度對泥裂的影響是顯而易見的[22]。那么，溫度到底是如何影響泥裂的？溫度的高低會使泥裂的大小、形態(tài)等產(chǎn)生什么樣的效應(yīng)？國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了有針對的實(shí)驗(yàn)研究。研究認(rèn)為，溫度對泥裂的影響受控于泥質(zhì)沉積物本身的性質(zhì)，如泊松比、抗剪強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和比表面能等[53]。泥質(zhì)的一些其他性質(zhì)也會受到溫度的影響，如土壤系數(shù)、壓縮系數(shù)、彈性模量和強(qiáng)度等[54]。另外，隨著溫度的變化，孔隙水壓力也相應(yīng)發(fā)生變化[55]。實(shí)驗(yàn)表明，隨著溫度的增加，水分蒸發(fā)不斷減少，黏土層中水的體積和壓力分布發(fā)生強(qiáng)烈變化[56]，形成的泥裂斷塊數(shù)減少，單個泥裂多邊形的長度和寬度增加[16]，即溫度高導(dǎo)致快速脫水，形成的泥裂范圍廣，溫度低導(dǎo)致緩慢脫水，形成的泥裂范圍窄[10]。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)論對于根據(jù)泥裂幾何學(xué)特征輔助推測古氣候具有一定的指示意義。

由于破裂的形成和發(fā)展過程復(fù)雜，黏土層的干縮破裂受到多種因素的影響，盡管在過去的幾十年里已經(jīng)做了大量工作，但是破裂參數(shù)對溫度的變化規(guī)律仍然難以掌握，所以在研究過程中，熱-水-應(yīng)力耦合關(guān)系應(yīng)該考慮在內(nèi)，尤其是泥質(zhì)和水相之間的微觀作用[16]。

總體而言，溫度是直接決定泥裂能否發(fā)生的重要因素，只有達(dá)到一定的溫度條件，造成泥質(zhì)沉積物的脫水作用，才能夠形成泥裂。另外，溫度高低以及變化快慢對泥裂形態(tài)也具有一定的影響，表現(xiàn)在泥裂多邊形長度和寬度的不同。

2.2 干濕環(huán)境交替

Liu等在研究過程中，不單只注重溫度的高低，也注重溫度的變化，即干濕環(huán)境交替的動態(tài)變化[57]。Goehring等針對這一問題進(jìn)行了專門的物理模擬實(shí)驗(yàn)研究，其基本實(shí)驗(yàn)思路為：在保持其他條件一致的情況下，對同一樣品進(jìn)行干濕循環(huán)，如此往復(fù)25次，記錄每次循環(huán)后泥裂的裂縫分布[18]。初始狀態(tài)下，裂縫交角主要為90°和180°，經(jīng)過多次干濕循環(huán)后，裂縫的分布逐漸變化，許多交角接近120°（圖5）。將1次、5次、10次和25次干濕循環(huán)后的交角投入到同一坐標(biāo)系中（圖6），可以看到初始狀態(tài)下頻率分布峰值位于90°和180°，經(jīng)過反復(fù)干燥后趨于120°。Tang等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著干濕環(huán)境交替次數(shù)的增加，裂縫的長度和寬度不斷減小，單個泥裂多邊形面積減小，地層變得更加破碎，并且裂縫邊緣變得更加的不規(guī)整[16]。另外，初次干燥產(chǎn)生的裂縫位置與第二次、第三次的相同，與Yesiller等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[58]相似。Omidi等認(rèn)為干濕循環(huán)對收縮裂縫的影響取決于土壤的成分[59]。

干濕環(huán)境交替是唯一能夠反映泥裂動態(tài)演化的因素。不同世代的干濕循環(huán)下形成泥裂的多邊形形態(tài)有所差異。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，形成的多邊形由以四邊形為主逐漸變?yōu)橐粤呅螢橹?，相鄰裂隙的交角由?0°逐漸趨于120°，并且多邊形的邊緣由平滑逐漸變?yōu)榘纪共黄健?/p>

2.3 水分及含鹽度

泥質(zhì)沉積物中的裂縫源于內(nèi)部水的散失[60-61]。水對泥裂形態(tài)的影響可以分為兩種情況：①不同的水含量，對于同一性質(zhì)的水而言，在蒸發(fā)速率相同的情況下，水含量越少，形成的泥裂多邊形越小[22]；②同一水含量，不同的含鹽度，隨著鹽度的升高，裂縫寬度、泥裂塊寬度、破裂區(qū)域百分比和體積趨于增大，然而深度減小[32]。Kindle通過對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：高鹽分水延緩泥裂的形成，多邊形邊緣向下；淡水形成的泥裂邊緣向上，呈碟狀；普通海水（中鹽分水）形成的多邊形邊緣既不上翹也不向下，而是保持一個平面[10]。泥裂多邊形邊緣不翹起，可能是高鹽分水造成的，也可能是泥巖的韌度造成的，但是泥裂多邊形翹起一定是低鹽分水造成的，即其形成環(huán)境一定是淡水環(huán)境[10]?；谶@一結(jié)論，根據(jù)泥裂形態(tài)判別古水流的類型，進(jìn)而輔助判別沉積環(huán)境成為可能。

泥裂的形成在于強(qiáng)烈的脫水作用，主要觸發(fā)因素在于溫度的影響，而直接結(jié)果是泥質(zhì)沉積物中水分的缺失。同時，水分的多少以及含鹽度對泥裂多邊形的長度、寬度、泥裂塊個數(shù)以及多邊形邊緣形態(tài)都具有一定影響，但是相較于泥質(zhì)沉積物成分，厚度及上、下沉積物接觸關(guān)系而言，這種影響顯得比較微弱。

2.4 生物改造

生物對泥裂的形成具有一定的改造作用。小型腹足類爬跡、底棲貽貝類動物、甲蟲幼蟲遺跡等對泥裂的發(fā)育模式都具有一定的影響[12-13，25]。Baldwin提到，腹足類動物表面似凹槽痕跡在相同泥表面對收縮裂縫模式具有控制作用[25]。伴隨波浪、水流活動的終止，突發(fā)事件、河流、湖泊環(huán)境為生物表面遺跡的保存提供了完美的條件；這些遺跡對相當(dāng)薄的泥巖層具有微弱的影響，特別是連續(xù)的槽類型，將調(diào)整收縮裂縫的早期階段；泥裂的識別簡單，但是相關(guān)的生物成因結(jié)構(gòu)可能被屏蔽，因此，古生態(tài)或環(huán)境解釋應(yīng)該偏向于無生命條件下；泥裂地貌學(xué)特征（如泥裂邊緣缺口和沉積邊緣抬升）也許有助于確定生物成因起源。在野外地質(zhì)考察中也遇到同樣的現(xiàn)象，吳泰然等在新疆喀什通往塔什庫爾干的314國道旁，發(fā)現(xiàn)了一種極為罕見的鋸齒狀泥裂，在每個鋸齒頂點(diǎn)都有小動物的足跡，鋸齒狀泥裂顯然是在泥裂形成時受到小動物爬行產(chǎn)生的微小擾動（圖7）[24]。另外，植物與泥裂的發(fā)育也存在一定的相關(guān)性[35]，植物根系的存在對于有效阻止裂隙后期閉合，改變裂隙充填物的物理和化學(xué)性質(zhì)，改善裂隙滲透率及水動力機(jī)制具有重要意義[62-64]。圖8為內(nèi)蒙古杭錦旗地區(qū)發(fā)育的泥裂。由于該區(qū)域范圍小，可以認(rèn)為其中每一個泥裂多邊形形成時的溫度等外部因素完全相同。通過礦物成分分析，兩者所含的泥質(zhì)成分也大致相同，因此，泥裂的形態(tài)主要受控于植物的發(fā)育。圖8中虛線以下部分幾乎無植物覆蓋，形成的泥裂多邊形較小，泥裂邊緣翹起現(xiàn)象普遍，而虛線以上部分植物覆蓋密集，形成的單個泥裂多邊形面積較大，泥裂邊緣較平直。

生物作用不能夠直接決定泥裂的發(fā)生與否，對大部分泥裂多邊形也無太大影響，但是對于動物爬行區(qū)域以及植物生長的局部地區(qū)，這種影響就顯得比較大，常常導(dǎo)致泥裂多邊形的極度不規(guī)則。

3 研究意義

泥裂通常在現(xiàn)代兩大環(huán)境中出現(xiàn)：一是河、湖、海等水體環(huán)境岸邊或干涸的河（湖）床，此環(huán)境中泥裂形成和保存受水面高低變化的影響（如潮汐、豐水期和枯水期），如果泥裂形成之后再次受到水淹且無沉積物覆蓋，前期形成的泥裂易被破壞或消失；另一種是干旱—半干旱區(qū)短期積水的低洼區(qū)，短期降水使低洼區(qū)積水，由于蒸發(fā)量大，水分很快蒸發(fā)，形成泥裂[65]。因此，地層中的泥裂得以保存可能需要以下條件：①泥質(zhì)沉積物和水共存的物質(zhì)基礎(chǔ)；②溫度達(dá)到一定條件，隨著水分的不斷蒸發(fā)，泥質(zhì)沉積物暴露地表，發(fā)生脫水作用形成泥裂；③形成的泥裂本身具有一定的厚度，足以抵擋后期流水的沖刷作用；④后期沉積物迅速覆蓋，充填裂隙并覆蓋泥裂表面，阻擋水對泥裂的后期侵蝕；⑤對于保留下來的邊緣翹起型泥裂，其上覆沉積物需要松散不致密，保證上覆壓力不太大，否則會在壓實(shí)作用下將其破壞。

地層中保留下來的泥裂常被認(rèn)為是暴露環(huán)境的標(biāo)志，但是其保存條件很少有人探討。毛學(xué)剛等結(jié)合紅層的環(huán)境意義和磁性礦物特征，探究了地質(zhì)時期紅層中泥裂所代表的古環(huán)境[65]。綜上所述，地質(zhì)歷史時期保留下來的泥裂通常為早期泥裂形成后，后期再次水淹發(fā)生沉積，沉積物覆蓋其上，從而保存下來。由于泥質(zhì)沉積物本身松散不易保存，所以現(xiàn)今看到的泥裂多為泥裂鑄痕，即底部泥質(zhì)沉積物被剝蝕掉，只留下上覆沉積物的充填形態(tài)。圖9為大型泥裂鑄痕，其發(fā)育在薄層粉砂巖的底部，形態(tài)以四邊形、五邊形為主，長度為20～30 cm，突起的砂脊高度為7～8 mm。

對于多邊形邊緣翹起的泥裂，厚度一般較薄，泥質(zhì)沉積物與底部連接不牢固，因此，很難長時間保存下來。凡是保存下來的，首先具有足夠的厚度，從而具有一定的抗沖刷能力，其次與底部固結(jié)程度較好，最后上覆沉積物較松散，不會具有太強(qiáng)的壓實(shí)作用。圖10為甘肅敦煌地區(qū)第四系泥巖層中保留下來的邊緣翹起型泥裂，翹起高度為10～20 cm，泥裂上、下巖性較為均一，均為松散的泥巖，多個邊緣翹起型泥裂上、下疊置，也反映出水位和氣候的多期變化。

泥裂又稱為干裂或龜裂，不僅對農(nóng)作物生長和耕作帶來很大影響，還對土體工程性質(zhì)具有重要影響[66-67]。泥裂會降低土體的承載力，使房屋建筑存在安全隱患；泥裂一方面直接增加了土體的滲透性，另一方面大大降低了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，對水工結(jié)構(gòu)物的功能性和穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響；在邊坡工程中，坡面的泥裂加速了土體的風(fēng)化，加劇了坡體的水土流失，雨水能沿著泥裂滲入坡體內(nèi)部，誘導(dǎo)滑坡的發(fā)生；在環(huán)境巖土工程中，黏性土常作為一種緩沖材料，應(yīng)用于垃圾衛(wèi)生填埋場的襯墊層和核廢料地質(zhì)處置庫的工程屏障中，在溫度梯度和地下水的相互作用下，泥裂的產(chǎn)生將極大縮短這類隔離材料的使用年限，增加污染物泄露的風(fēng)險和對環(huán)境的威脅等[53，66-68]。探究泥裂的形成機(jī)理，可以為泥裂帶來的工程問題提供有效的解決辦法。

泥裂在現(xiàn)代沉積物中屢見不鮮，由于風(fēng)力、剝蝕等地質(zhì)營力作用，在地史時期很難保存[69]。從地質(zhì)角度而言，泥裂的出現(xiàn)說明沉積物曾出露于地表水面之上，地質(zhì)時期常被作為干旱化或干濕交替環(huán)境的標(biāo)志[65]。地質(zhì)時期保存下來的泥裂構(gòu)造對于環(huán)境的指示意義更為重要，可以指示古海岸線位置[70]、區(qū)域性地層上升[71]、氣候冷暖干濕變化[72-76]、淺水暴露[77]等。

室內(nèi)研究中的泥裂多采用單一變量的模式進(jìn)行研究，也就是基于同一個假設(shè)，即泥裂的形成只受到單一因素的影響。自然界中的泥裂在形成過程中，顯然受到多種因素的共同作用。綜合上述多種因素可知，泥裂形成與否的決定性因素在于溫度，只有溫度達(dá)到一定條件，泥質(zhì)沉積物才能夠脫水形成泥裂。前文所述的因素對泥裂多邊形的長度和寬度、泥裂塊個數(shù)等幾何學(xué)特征或多或少都具有一定的影響?？傮w而言，泥質(zhì)沉積物成分、厚度和溫度可能影響更大一些，水分及含鹽度的影響稍顯微弱，而生物改造雖然強(qiáng)烈，但是只能影響到局部區(qū)域。就泥裂的邊緣形態(tài)而言，上、下沉積物接觸關(guān)系起到較大的作用。干濕環(huán)境交替是唯一能夠制約泥裂形成演化的因素，反映泥裂由近四邊形向近六邊形演化的動態(tài)過程，相鄰裂隙的交角出現(xiàn)由近90°向近120°演化的趨勢。

自然界中泥裂的形成和發(fā)展是一個極其復(fù)雜的過程。自然界中的泥質(zhì)沉積物性質(zhì)高度復(fù)雜，與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)材料存在諸多的差異，從而影響著破裂行為，很難在室內(nèi)對此進(jìn)行準(zhǔn)確模擬[16，78]；室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)條件與自然環(huán)境存在諸多差異，發(fā)育的泥裂也是不盡相同。這就限制了物理模擬實(shí)驗(yàn)研究的適用范圍，導(dǎo)致研究的泥裂類型也較為單一。課題組在長期的野外考察過程中，發(fā)現(xiàn)了多種形態(tài)的泥裂，如多邊形呈圓形的泥裂，上、下疊置的泥裂以及單個圓形泥裂內(nèi)部又發(fā)育多個小的圓形泥裂。對于這種復(fù)雜泥裂的研究至今存在一定程度的空缺。因此，未來的研究應(yīng)以自然界中發(fā)育的各種復(fù)雜泥裂為主體，以室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)和理論推演為手段，探討多因素共同影響下復(fù)雜泥裂的成因差異。

4 結(jié) 語

（1）泥裂發(fā)育的影響因素包括內(nèi)部影響因素和外部影響因素。內(nèi)部影響因素主要包括泥質(zhì)沉積物成分和厚度以及上、下沉積物接觸關(guān)系；外部影響因素主要包括溫度、干濕環(huán)境交替、水分及含鹽度、生物改造。

（2）溫度對泥裂的形成具有決定性的作用。泥質(zhì)沉積物成分、厚度和溫度對泥裂的形態(tài)影響較大；上、下沉積物接觸關(guān)系對泥裂多邊形邊緣形態(tài)起主要作用；干濕環(huán)境交替反映泥裂的演化方向；生物改造對局部泥裂的形態(tài)影響較大。

（3）厚度是泥裂得以保存下來的重要因素，同時后期沉積物的快速覆蓋也非常重要。

（4）泥裂在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、工程領(lǐng)域和地質(zhì)領(lǐng)域都有一定的影響。對其成因機(jī)制的研究，在工程領(lǐng)域有助于有效解決泥裂帶來的工程問題，在地質(zhì)領(lǐng)域可以輔助判別古海岸線、區(qū)域地層上升、古氣候等。

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