Các đá trầm tích lục địa ít phong phú trong dữ liệu địa chất so với các đá trầm tích biển. Các môi tường lục địa phổ biến nhất là các môi trường song (dòng nước chảy), băng hà và hồ.
1.1 Các môi trường sông
Các dòng nước chảy, nhìn từ trên xuống, có ba kiểu hình chính là: thẳng (straight), uốn
khúc (meandering) và tết bím hay bện thừng (braided/anastomosing). Hai loại sông uốn khúc
và tết bím tạo ra các tích tụ đáng kể. Các chỗ tích tụ trầm tích nằm cùng với dòng chảy bao gồm lòng sông và các đồng bằng chung quanh.
Hình 4.1 – Biểu đồ khối và mặt cắt của môi trường dòng chảy uốn khúc
1 – cuội kết; 2 – cát kết lòng sông phân lớp xiên chéo; 3 – phân lớp xiên chéo; 4 – bùn kết; 5 – than bùn; 6 – cát kết . Các mũi tên chỉ các dãy trầm tích mịn dần lên.
Ở dòng chảy uốn khúc (hình 4.1) nước chảy trong một lòng sông chính và chuyển động qua lại ngang qua đồng bằng lũ như con rắn uốn lượn. Trong khi lũ lụt, cát và cuội ở đáy sông di chuyển và tái tích tụ hoặc ở lòng sông hoặc dọc theo các rìa lòng sông. Sự xâm thực khiến cho lòng sông di cư. Qua thời gian, khi lòng sông di cư, cuội và cát tích tụ từng chỗ tạo ra các doi lòng sông (channel bars) phân lớp xiên chéo ngay giữa lòng sông, các thềm bờ (bank benches) dọc theo các bờ hoặc rìa dòng chảy và các doi lồi (point bars) dọc theo rìa dòng sông bên phía lồi của khúc uốn cong. Trải qua sự thành đá, cát và cuội trở thành cát kết và cuội kết.
Lũ lụt xuất hiện khi nước dâng tràn qua các bờ. Lũ tạo ra các tích tụ tràn bờ thế năng cao bao gồm : (1) các tích tụ đê tự nhiên tuyến tính ( linear natural levee deposits) gồm cát và bột được nước đổ xuống trên các bờ sông và (2) các tích tụ bãi bồi hình thành do vỡ đê (lobate, crevasse, splay deposits) gồm cát và bột, do đê bị bục và nước thoát ra đồng bằng lũ. Trên đồng bằng lũ, bột và sét tích đọng. các bùn giàu hữu cơ và các lớp thực vật thối rửa (than bùn) tạo thành trong các vùng đầm lầy (swamp). Cả hai vùng đồng bằng lũ và đầm lầy là các
môi trường tràn bờ thế năng thấp (overbank low - energy environments). Các hồ hình thành
trong các khúc uốn đã bị bỏ (sông cổ) cũng là các môi trường thế năng thấp.
Các quá trình tích tụ khác nhau xảy ra trong môi trường sông và tạo ra địa tầng xen kẽ phức tạp bao gồm các khối dạng thấu kính đến dạng tấm của cuội kết, cát kết và bùn kết (hình 4.1). Địa tầng này đặc trưng bởi các dãy mịn dần lên (fining upward sequences), là các dãy đá với đá hạt thô (chứa cuội) ở đáy, các đá hạt vừa (cát kết) ở giữa, và bùn kết ở đỉnh. Các đơn vị cát kết phân lớp xiên chéo, dạng thấu kính parabol, dạng thùy - thấu kính, và dạng tuyến – thấu kính và các hóa thạch không phải biển (trong các đá Paleozoi và trẻ hơn) là biểu thị cho môi trường này.
Các dòng sông uốn khúc nói chung có sự vượt trội của trầm tích hạt thô (cát và sạn) bởi vì các lòng sông tải một lượng lớn các trầm tích hạt thô, nên các điều kiện tràn bờ gây ra tích tụ các trầm tích này mà sự phân lớp trở nên xen kẽ các khối trọng tuyến, dạng parabol cho đến dạng thùy- thấu kính của cát kết và cuội kết phân lớp xiên chéo. Các lòng sông và sự phân lớp xiên chéo là các cấu tạo phổ biến trong các đá này và các hóa thạch không phải biển có thể có mặt trong các đá trẻ hơn Paleozoi giữa.
1.2 Các môi trường và đá hoang mạc
Môi trường hoang mạc gồm có 3 môi trường phụ chính là: sa mạc (erg) hay là môi
trường gió tạo (aeolian environment) hồ muối cạn (playa) và quạt bồi tích (alluvian fan)
(hình 4.2).
Sa mạc là các miền hoang mạc rộng lớn được cát phủ. Các đụn (dunes), các vùng giữa các đụn (interdune areas) và các lớp phủ cát (sand sheets) hợp thành sa mạc. Các đụn gió tạo
là các vồng (giồng) cát được tích tụ bởi gió. Nét đặc trưng chính của môi trường và tướng đá của đụn là cát (và cát kết) được chọn lựa tốt bao gồm các đơn vị phân lớp xiên chéo đơn giản đến phức tạp. giữa các đụn là các lớp phủ cát tương đối mỏng, các thể cát nằm ngang giữa các đụn phủ lên các vùng từ nhỏ đến lớn.
Hình 4.2 : Sơ đồ các môi trường hoang mạc (a) với mặt cắt qua quạt và hồ muối cạn (b) các mảnh góc cạnh thể hiện diamictit và fanglomerate. Các hình chữ V dài chỉ các đoạn mặt cắt thô dần lên (coarsering upward sections). Mũi tên chỉ dãy mịn dần lên.
Các lớp phủ cát bẳng phẳng giữa các đụn này đặc trưng bởi cát kết phân phiến mỏng nằm ngang, và phân lớp xiên chéo góc nhỏ gợn sóng, do gió thổi. Các lớp phủ cát là các vùng cát rộng và bằng phẳng nói chung không liên kết chặt chẽ với các đụn tạo thành ở nơi có gương nước ngầm cao ngập úng theo chu kỳ, có sự kết dính và thảm thực vật. Giống như các vùng ở giữa các đụn, các tích tụ lớp phủ cát đặc trưng bởi các lớp phân lớp song song đến phân lớp xiên chéo với vết gợn sóng do gió. Các hạt cát do gió thổi thể hiện các bề mặt rỗ, thực vật thường thiếu vắng ở sa mạc, nhưng cũng có thể có ở đôi chỗ. Hóa thạch điển hình bao gồm các dấu chân và ít hơn là các hang hốc.
Các sa mạc có thể tiếp giáp với các hồ muối cạn. Đó là các bồn hoang mạc không có thực vật, chỉ có nước trong từng thời đoạn. Các hồ muối lục địa (continental sabkhas ) đặc trưng bởi các đá bùn và evaporit phân lớp mỏng hoặc phân phiến. Cát kết có thể tạo thành, đặc biệt ở gần các rìa hồ muối. Tuy nhiên các evaporit phân lớp là kiểu đá độc đáo của địa tầng hồ muối cạn.
Môi trường quạt bồi tích có lẽ được nghiên cứu nhiều nhất trong số các tiểu môi trường hoang mạc. Các quạt bồi tích thường tạo ra các nêm dạng thùy ở nơi mà các dòng chảy ra khỏi các hẻm núi và đổ vào các thung lũng ( hình 4.2 ). Sự sụt giảm tốc độ nước chảy và năng lực vận tải gây ra bởi sự sụt giảm gradient và mở rộng lòng kênh tạo ra trầm tích với khối lượng lớn.
Phần lớn các trầm tích của các quạt bồi tích là kiểu sông thô ( cuội, cát ) nhưng các bùn chứa cuội được tạo ra bởi các dòng bùn hoặc các dòng đất đá thường xen kẽ với các tích tụ sông. Trải qua sự thành đá, các trầm tích này tương ứng trở thành cuội kết, cát kết và
diamictit. Chúng có các cấu tạo của các tích tụ dòng chảy. Tuy nhiên, đôi chỗ ở gần các quạt, lại có các dăm kết và cuội kết với khá nhiều hạt vụn gọi là fanglomerat góc cạnh và hóa thạch rất hiếm trong các tích tụ quạt bồi tích. Tuy vậy, các thân cây, côn trùng và hang của các động vật có xương sống có thể được bảo tồn đôi nơi.
1.3 Các môi trường và các tích tụ băng hà:
Các băng hà là các khối băng di chuyển. Đó cũng là một tác nhân xâm thực rất có hiệu quả. Khi băng hà di chuyển, nó tích đọng các vật liệu ở đáy của nó trong các môi trường dưới
băng hà ( subglacial environments) trong các đường hầm và hang trong các môi trường giữa băng hà ( englacial environments ),và dọc theo các bên và ở cuối băng hà trong các môi trường trên băng hà ( supraglacial environments ) (Hình 4.3 ). Phía trước băng hà có thể có
các hồ, tạo thành các môi trường hồ băng ( cryolacustrine environments ). Phía trước ở cuối băng hà cũng còn có các dòng chảy nước nông tạo thành các môi trường sông ven băng hà ( proglacial fluvial environments ) đặc biệt ở những nơi không có hồ. Các cơn gió tích đọng các trầm tích mịn trong các môi trường gió tạo ven băng hà (proglacial aeolian
environments).
Băng tích (till) là các tích tụ do băng hà, các trầm tích rất kém được chọn lựa gồm có các
hòn thô, góc cạnh đến tròn trịa, đôi chỗ bị mài nhẵn mặt và có vết sọc, nằm trong một nền hạt mịn mà thường gồm có các mảnh vụn đá và khoáng vật có kích thước cỡ hạt cát. Đá tương đương, gọi là tilit ( tillite), là một đá hỗn tạp băng hà (glacial diamictite ). Băng tích là trầm tích của môi trường dưới băng hà và cũng là tiêu biểu của một số môi trường trên băng hà.
Trong các môi trường trên băng hà, sông băng hà và ven băng hà, và trong các đường hầm giữa băng hà, các hỗn hợp dòng chảy và lòng sông, các trầm tích hồ và băng tích có thể nằm cài xen kẽ với nhau. Bởi vì các dòng chảy nước nông thường bện vào nhau, nên trầm tích và các cấu tạo thể hiện kiểu sông điển hình. Còn các hòn cuội có vết sọc nằm trong cuội kết chỉ ra nguồn băng hà của trầm tích đó. Các môi trường hồ băng chứa : (1) cát và bùn phân phiến ( một phần được tích đọng bởi các dòng rối ) có chứa các đá bị rơi từ băng tan
( dropstones) (2) đá hỗn hợp ( diamict) bị rơi từ băng tan chảy và các tảng băng trôi
(icebergs), và (3) các dãy trầm tích thô dần lên của cát và bùn phân lớp xiên chéo tích đọng ở
các châu thổ do dòng chảy tạo ra đổ ra hồ. Các đá phân phiến mỏng (laminites ) hay đá sét dải ( varvites) có chứa các đá rơi ( dropstones ) là dấu hiệu chẩn đoán của các tích tụ hồ băng hà này. Sét dải ( varves ) là những cặp trầm tích lặp đi lặp lại dạng nhịp, mỗi cặp thể hiện một năm, gồm có bột là các lớp mùa hè màu sáng và các lớp mùa đông giàu hữu cơ, lớp sét màu sẫm.
Các cơn gió quét ngang qua các trầm tích sông bốc lên, vận chuyển và tích tụ trầm tích mịn hơn ở các trầm tích gió tạo ven băng hà. Nhiều tích tụ loess ( tích tụ trầm tích dạng tấm
giàu thạch anh, chủ yếu có kích cỡ bột, thường chứa vôi, không phân lớp, màu sáng ) được
cho có nguồn gốc tích tụ gió của trầm tích băng hà. Các trầm tích như thế che phủ những vùng rộng trên thế giới.
1.4 Các môi trường và các tích tụ hồ và lục địa khác
Các môi trường hồ phát triển ở nhiều địa điểm khác nhau, bao gồm gần các băng hà, ở các hoang mạc, trên các đồng bằng lũ, trên các tam giác châu, trong các vùng giữa núi, và trong các rift. Trong các hồ nhỏ, trên các rìa hồ, và ở nơi địa hình cao, các trầm tích hồ có thể gồm trầm tích thô và mịn xen kẽ nhau. Ở nơi địa hình thấp hoặc ở nơi các phần trung tâm các hồ nằm xa các đường bờ thì trầm tích tạo thành thường hạt mịn. Bùn và vật chất hữu cơ được tích tụ từ thể huyền phù và các kết tủa hóa học (ví dụ như silica nguồn gốc sinh học, các khoáng vật carbonat và các khoáng vật evaporit) là chủ yếu. Các lớp được tạo thành thường song song và phân phiến mỏng, nói chung bao gồm các sét dải (varves) dễ chẩn đoán. Ngay cả trong các hồ có nhiều bùn, tướng rìa hồ và các turbidit ở giữa hồ cũng có các trầm tích thô
hơn. Các hóa thạch bao gồm các động vật xương sống (cá), động vật thân mềm, các thực vật (bao gồm cấu tạo tảo tầng – algal stromatolites), và các côn trùng.
Các đầm lầy (swamps), cũng giống như các hồ, có các đới trung tâm và rìa, các môi trường phụ giữa đầm lầy và đầm lầy châu thổ (intrapaludal and deltaic paludal
subenvironments). Môi trường phụ giữa đầm lầy đặc trưng bởi nước yên tĩnh. Ở đây tích tụ sét và than bùn mà sẽ trở thành bùn kết và than đá. Môi trường phụ đầm lầy châu thổ đặc trưng bởi cát kết phân lớp xiên chéo và bùn kết.
Các trượt đất (landslides) xuất hiện ở các vùng lục địa, chúng có quy mô từ nhỏ đến rất lớn và các tích tụ điển hình là các đá hỗn tạp (diamicts) hoặc các dăm kết rất thô
(megabreceias). Thành phần các tích tụ trượt đất phụ thuộc hoàn toàn vào địa thể miền nguồn (source terrain), vì bản thân trượt đất, với rất ít ngoại lệ, ít lựa chọn hoặc làm biến đổi các vật liệu trượt đất. Các mảnh vụn thường góc cạnh. Ở các nơi trầm tích sông ngòi bị cuốn vào trượt đất thì có thể xuất hiện các mảnh vụn lớn tròn trịa trong tích tụ. Trái lại, nhiều vụ trượt đất xảy ra do động đất ở Guatemala năm 1976 đã xuất hiện trong một địa thể núi lửa và chỉ gồm có tro. Các hóa thạch không phổ biến trong các tích tụ trượt đất, nhưng đôi chỗ, các thân cây và các thực vật khác cùng với các động vật xương sống có thể bị vùi lấp và hóa đá.
Các tích tụ trượt đất cộng sinh mật thiết với các đá khác ở các khu vực từ ôn đới đến nhiệt đới, nơi mà hoạt động kiến tạo tích cực tạo ra các thung lũng có tác dụng như các bồn trầm tích từ nhỏ đến lớn. Các thung lũng này tương tự như nhiều cách tác động ở các vùng khô hạn. Các khác biệt là do những hiệu quả kiểm soát của các điều kiện đến sự phong hóa, xâm thực và trầm tích. Các đá trầm tích được tạo thành trong các bồn này bao gồm các dăm kết và đá hỗn tạp được tích tụ bởi trượt đất dọc theo rìa các trước núi dốc, các cuội kết và cát kết dòng chảy bện, các bùn kết tạo thành trên các đồng bằng lũ dòng bện, và các đá turbidit cát kết và bùn kết được tích tụ bởi các dòng vẩn đục. Các hóa thạch, ở nơi bắt gặp, gồm có các mảnh cây cối, các tàn tích động vật xương sống, và các động vật thân mềm nước ngọt.