陆地上的沉积物的平均厚度在1800米左右,但这个厚度在不同的地区差异很大。
其实谈到陆地上的沉积物、沉积岩,更应该提到的概念不是平原,而是地质意义上的盆地。
地质意义上的盆地和地理意义上的盆地不同,它不一定非要是一个洼下去的地方。它呈现在地貌上有可能是一个平原(比如中国的松辽盆地、美国的密歇根盆地),有可能是湖泊或海湾(比如中国的渤海、美国的苏必利尔湖),有可能是高原(比如中国的鄂尔多斯、美国的丹佛盆地),甚至还有可能是山脉(比如美国阿巴拉契亚盆地,以及洛基山区的一大堆盆地,像Paradox、Uinta、Kaiporowitz这些盆地),当然也有可能还是地理意义上的盆地(比如中国的塔里木盆地、美国的Big Horn和Great Basin and Range等)。它们的共同特点就是沉积物的厚度一般会大于周围区域。
至于题主说,去掉沉积岩之后,中国或全球的地形是怎样的。中国或全球范围我没法回答,因为很难获得可用的数据,但我可以快速但不太严谨地分析一下北美洲。
首先,从Macrostrat的API里(https://macrostrat.org/api)获取北美洲地层层序的数据。Macrostrat从名字就能看出来,是一个比较宏观的地层数据库,有汇总于很多论文文献、钻探、USGS调查报告的地层柱。虽然它的空间分辨度不是很高,但是如果用来大致看一下沉积层的状况还是可以的。
我在R里面提取的数据:
library(RCurl) library(jsonlite) x="https://macrostrat.org/api/units?lith_class=sedimentary&response=long&&project_id=1" temp = fromJSON(x) df = data.frame(unit_id = temp[["success"]][["data"]][["unit_id"]], col_id = temp[["success"]][["data"]][["col_id"]], lat = temp[["success"]][["data"]][["clat"]], lon = temp[["success"]][["data"]][["clng"]], max_thick = temp[["success"]][["data"]][["max_thick"]], min_thick = temp[["success"]][["data"]][["min_thick"]])
这里解释一下这段API:
units?:返回地层单位
lith_class=sedimentary:只返回沉积岩
response=long:返回更多的信息(这样才会有厚度和地层柱的地理坐标)
project_id=1:北美洲的代号是1
所以现在我们有了数据库中所有的北美洲沉积岩地层单位,以及它们所在地层柱的地理坐标和厚度数据。
接下来,我们就计算在每一组地层柱中所有沉积物层的厚度。首先是通过col_id区分出所有不同的地层柱,然后把每个地层柱中的沉积岩单位的厚度加起来。因为这些地层柱是以盆地或地质区域为单位,在每个区域中,同一个沉积物层的厚度可能会不一样,因此这里有最大和最小厚度,我这里就简单粗暴地取了平均值。最后给数据保存为一个csv文件。
all_col = data.frame(table(df$col_id)) names(all_col)[1] <- "col_id" names(all_col)[2] <- "freq" all_col$sum_thick = 0 for(i in 1:nrow(all_col)){ for(j in 1:nrow(df)){ if(df$col_id[j]==all_col$col_id[i]){ all_col$sum_thick[i] = all_col$sum_thick[i] + (df$max_thick[j] + df$min_thick[j])/2 } } cat("processing", i, "
") } all_col$lat = 0 all_col$lon = 0 for(i in 1:nrow(all_col)){ j = 1 while(j <= nrow(df)){ if(df$col_id[j]==all_col$col_id[i]){ all_col$lat[i] = df$lat[j] all_col$lon[i] = df$lon[j] j = nrow(df) + 1 } else { j = j + 1 } } cat("processing", i, "
") } write.csv(all_col,'data/all_col_sed.csv')
现在我们就有了每个地层柱中沉积物的总厚度(单位是米):
然后因为我们有坐标,所以可以给它们放到地图上看看:
这就是所有地层柱的分布以及沉积物总厚度,颜色越红表示厚度越大,颜色越黄表示厚度越小。地层柱的分布还是比较密集,除了加拿大的东部,因为那里是加拿大地盾(下面会提到),没什么好钻的。
然后我们可以加一个地形数据DEM上去观察:
比较明显的特征是东部的阿巴拉契亚山区和西部的落基山脉、内华达山脉和海岸山脉的沉积层比较厚,墨西哥湾附近和五大湖附近也比较厚,加拿大哈德逊湾附近以及美国中部比较薄。其他的似乎不太好观察。所以接下来,我对地层柱的沉积物总厚度做了一个简单的空间插值:
图中绿色表示沉积物比较薄的地区,棕色、粉色表示比较厚的地区。其实到现在,如果你熟悉北美洲的地质情况,就已经能看出一些有趣的东西了。我们聚焦到美国本土看看都有什么:
大部分沉积物比较厚的区域都对应着地质盆地(黑色标记)。当然也有些例外,比如著名的产油胜地德克萨斯的Permian Basin其实沉积物不那么厚。两处最明显的比较薄地方,一个就是哈德逊湾附近,那里是加拿大地盾,很古老的火成岩和变质岩直接暴露在地表;另一个就是美国中部内布拉斯加州那一片,那里中生代的地层因为出现了明显的不整合面而大规模丢失了,有可能和白垩纪时期的陆间海的侵蚀有关。
接下来,就可以用地形高程数据DEM减去沉积物厚度数据,看看会剩下怎样的地形:
绿色代表低处,棕色代表高处,加了点虚拟的山体阴影。我们可以看到,落基山和阿巴拉契亚山基本上都没了,反而成了洼地,而加拿大地盾和美国中部反而成了高原。最深的坑其实就在落基山,大致是美国爱达荷州那一带(前一张图的Overthrust盆地一带)。那里的地质条件非常复杂,有一大堆纵横交错的逆断层,在一些区域沉积物的厚度甚至能达到十几公里乃至二十公里:
另外,德克萨斯的墨西哥湾沿海地区也是几个比较新的大盆地,沉积物大部分来自古近纪和新近纪,也相当的厚,可达十多公里。
当然,这地图只是显示了陆地,其实除了最高的棕色区域,别的地方海拔都是负的了,等着海水倒灌吧。
OK,利用Macrostrat的粗略分析就是这样的,虽然不太精细,尤其是空间分辨率不高,平均值和插值也很随意,但是大致的无沉积岩地貌还是能够呈现出来。Macrostrat目前还有智利、巴西东部、中美洲东部和新西兰的比较完整的数据,澳大利亚的数据即将登场,有兴趣的大家可以自己去找来数据看看。