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1、第二章 沉积物的搬运和沉积作用,第一节 概 述一、沉积物搬运和沉积的地质营力 主要为流动的水和风，其次为冰川、重力、生物等,二、沉积物的搬运和沉积方式1、机械搬运和沉积作用（受流体力学定律所支配）（1）悬移搬运（2）推移搬运(床沙搬运):滚动、滑动、跳动,2、化学搬运和沉积作用（受化学和物理化学定律支配）（1）真溶液（2）胶体溶液或络合物,3、生物搬运和沉积作用（受生物生理、生物物理、生物化学作用所支配）生物搬运作用相对意义不大，但其沉积作用意义巨大,三、流体两种基本类型 1、牵引流（1）搬运方式：推移、悬移及溶解物质 由高往低流，也可由低往高流（2）搬运驱动力：流体作用于沉积物上的推力（牵引
2、力）负荷力（载荷力）（3）沉积作用：机械、化学和生物沉积作用 2、重力流（1）搬运方式：悬移（沿斜坡向下移动）（2）搬运驱动力：重力（3）沉积作用：机械沉积作用,1、液体的粘滞性（1）内摩擦力和粘滞力：T=A*du/dy,（2）粘滞切应力:=*du/dy（3）粘滞性:(一般用运动粘滞系数 v=/(单位:m2/s)2、牛顿流体和非牛顿流体,五、层流和紊流（湍流或涡流）与雷诺数（Re）1、流动形态（按流动特点）（1）层流（laminar）临界流速（critical speed）（2）紊流（turbulent flow）2、雷诺数（Re）（Reynolds number）:Re=惯性力/粘滞力,Re
3、=惯性力/粘滞力惯性力=质量*加速度=r2 ut*u/t=r2 u2 Re=r2 u2/A*du/dy=r2 u2/r2*du/dy=u2/*du/dy=u*dy/=u d/v=/(单位:m2/s)Re=u d/v=u d/v(无量纲数)管道流:Rek(临界雷诺数)=2320 2000 Re 2000 紊流（湍流或涡流）Re 2000 层流明渠流:(用水力半径-R代替管道直径-d,R=过水断面/湿周 R=r2/2 r=r/2=d/4 明渠流临界雷诺数Rek=500雷诺数的意义：描述流体的流动形态，当流体是大于或小于某一临界雷诺数的情况下流动时，其流动方式根本不同，这对沉积物的搬运和沉积作用的研
4、究具有重要的意义。即，Re2000是紊流，2000Re500是过渡流，Re500是层流。,六、急流、缓流与福劳得数（明渠水流中）,1、流动状态（按流动的强度）（1）急流（rapid flow or supercritical flow）（2）临界流（critical flow）（3）缓流（tranquil flow or subcritical flow）2、福劳得数（幅氏值）（Froude number）（Fr）Fr=惯性力/重力=u/(gh)福劳得数（幅氏值）的意义,第二节 牵引流中的碎屑物质的机械搬运和沉积作用一、在流水中碎屑颗粒的搬运作用1、碎屑颗粒在水中的受力分析(4种力):W、Px
5、、Py、Pc,当PyW和 Px f（WPy）时，碎屑颗粒以滑动方式搬运,2、碎屑颗粒的搬运方式（1）推移载荷（也称床沙载荷）：床沙载荷（bed load）:在介质底部以滑动、滚动和跳动方式进行搬运的粗粒沉积物（砾、砂）称为床沙载荷,当Px*L1+Py*L2 W*L3时，碎屑颗粒以滚动方式搬运,当Py W和PyW不断变化时，碎屑颗粒以跳动方式搬运,二、在流水中碎屑颗粒的沉积作用1、碎屑颗粒沉降的机理u 当Pxf（WP）时 推移颗粒停止 当PyW时 悬移颗粒沉降2、沉降速度公式球体碎屑：V=2gr2(s-)/9 不规则碎屑：Vp=grp2(s-)/7,3、影响碎屑颗粒沉度的主要因素（1）形态：Vp
6、/V=1/7：2/9=0.64(半径相同时）（2）颗粒大小：rp/r=71/2/（9/2）1/2=1.25(沉降速度相同时）（3）比重；（4）盐度和含沙量,第三节 风的搬运与沉积作用（自学用点）一、只能搬运碎屑物质：以跳跃为主，其次是悬浮、滚动二、因为、比水小得多1、搬运砂级以下的细粒物质2、分选好3、磨圆好4、具风棱面特征 如冲坑、霜面三、空气作用空间大不受固体边界限制，也不像流水那样明显受重力控制，所以可以把沉积物由地势低处移向高处。四、水层和风层沙丘在粒度上区别,第四节 沉积物重力流的机械搬运和沉积作用1885年，福雷尔（Forel）注意到浊流（当时称比重流）1936年，戴利（Daly）
7、用浊流来解释海底峡谷的成因,划时代的研究则是五十年代后，如奎恩（Kuenen）、鲍马（Bouma）等的研究，成为沉积学研究历史的一个里程碑，开始了近代沉积学。随着研究深入发现浊流仅是沉积物重力流中的一种类型。浊流和沉积岩发现的重要意义：突破了传统的机械沉积分异作用的理论。一、沉积物重力流的概念和分类1、沉积物重力流（gravity current）、整体流或块状流（mass flow）沉积物重力流是一种在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。（密度流有多种，如盐度的差异、温度的差异等）,2、沉积物重力流分类,首先分为水下沉积物重力流和大气沉积物重力流，再根据碎屑颗粒支撑机理（碎屑颗
8、粒的悬浮机理）进一步各划分出四类：,二、浊流1、浊流的概念和分类（1）浊流（turbidity current):它是由沉积物与水混合成高密度湍流与上伏水体之间有一密度差，在重力作用下产生流动，其中碎屑颗粒靠湍流支撑呈悬浮状态。（2）分类A,按密度分为：高密度浊流和低密度浊流（1.1克/cm3或0.06mm石英砂粒）B,按形成持续性分为：稳定性浊流和阵发性（间歇性）浊流C,按悬浮颗粒大小分为：粗粒、中粒和细粒浊流,2、浊流的形成 阵发性浊流可分为头部、体部、尾部1962年鲍马（A.H.Bouma)提出浊流形成和运动的四个阶段1）三角洲阶段：物质储备阶段2）滑动阶段：在外界机制的触发下，沉积物发
9、生“液化”而滑动3）流动阶段：流体内部出现速度差，粗粒物质开始向头部集中4）浊流阶段：沉积物与水完全混合成悬浮的高密度浊流 触发因素：地震、暴风浪、海底滑动、三角洲等环境的快速堆积而引起的沉积物液化。,第五节 机械搬运过程中碎屑物质的变化 沉积物在搬运过程中，由于颗粒与地面以及颗粒间碰撞和摩擦、流体的分选、继续进行化学分解和机械破碎，使碎屑矿物成分、粒度、形态等都要发生变化一、粒度和分选性的变化 由于磨蚀和破碎、水力分选以及 流速减小 随着搬运距离增大，颗粒越来越细 随着搬运距离增大，分选程度越来越高二、颗粒形状的变化由于随搬运距离的增长，磨蚀作用使颗粒的圆度和球度越来越高但要注意1、机械破碎
10、可部分抵消圆度；2、磨圆度受物理性质（硬度、解理）和搬运介质（流水和风）的影响；3、球度受矿物结晶习性影响，如片状,三、矿物成分的变化 随着搬运距离的增加，不稳定组分减少，稳定组分增加。四、比重的变化 随着搬运距离的增加，比重大的组分减少上述为一般情况，但要注意掺合作用的影响,第六节 溶解物质的搬运和沉积作用与溶解度有关真溶液搬运：如Ka、Na、Ca、Mg 等元素组成的盐类，溶解度大胶体溶液搬运：如Al、Fe、Mn、Si等氧化物难溶于水,一、胶体溶液的搬运与沉积,胶体溶液的性质介于粗分散系（悬浮液 100nm）和离子分散系（真溶液1nm）之间,胶体粒子的直径介于1100nm之间，能透过滤纸，扩
11、散慢，普通显微镜下不能识别。胶体多呈分子状态，胶体质点常带有电荷。,1、胶体的特点：（1）布朗运动（因细小重力影响极微弱）；（2）质点比真溶液的离子大，所以扩散能力弱；（3）表面带电荷 因为电离作用和吸附作用形成“双电层”的胶体结构；（4）胶体的吸附,2、胶体搬运的因素（1）布朗运动的存在可抗衡重力作用，不使胶体下沉。（2）具有相同符号的电荷，因排斥力而避免胶粒相碰聚集成较大的粒子。（3）由于扩散层和双电层中反离子和溶剂的亲和作用，形成一层溶剂化膜，可缓冲和阻碍粒子的碰撞。（4）腐殖酸能起护胶作用：例如水介质中如果含有一定量的腐植酸，将大大增加某些胶体质点的稳定性，使其易于转移而不发生沉淀，这
12、称“护胶作用”。这种护胶作用对铁胶体物质的搬运尤为重要。,3、胶体的沉积作用（1）电解质作用：加入电解质，可使胶体质点的电荷中和，从而可使胶体质点发生凝聚而下沉。河流所搬运的胶体物质(如铁、锰、硅、铝等)之所以在它们一进人海洋就大部分在近岸地区迅速下沉，就是因为海水中的各种电解质中和了它们的电荷所致。这是自然界胶体溶解物质沉淀的主要原因和方式。,（2）带有相反电荷的两种胶体相遇，因电荷中和而发生凝聚，物理化学中称“相互聚沉”。二氧化硅的胶体(负胶体)与氧化铝的胶体(正胶体)相遇，就会相互作用，电荷中和，形成一些粘土矿物(如高岭石等)而沉淀。这也是自然界胶体质点沉积的重要原因。（3）蒸发作用促使
13、胶体溶液浓度增大而引起胶体凝聚（4）穿透能力较强的辐射线可使某些胶体凝聚（5）溶液的Ph和Eh值：介质的pH和Eh对胶体沉积作用的影响也很大，因为不同的胶体在沉淀时都有其一定的pH值和Eh值，否则就不能沉淀。例如高价铁的氧化物在pH=25和氧化环境中沉淀。铁的硅酸盐在pH=27和氧化环境中沉淀，铁的碳酸盐和硫化物则在pH7和还原环境中沉淀。,4、由胶体凝聚、沉积而形成的沉积物或岩石的一般特点：（1）未脱水硬化的凝胶呈胶状、糊状或冻状，固结成岩后常具贝壳状断口。（2）胶体沉积颗粒细小，孔隙度较大，因而有较强的吸收性。,（3）由于胶体陈化脱水而常出现收缩裂隙，易敲击成尖棱角状碎块。（4）一般有微晶
14、、放射状、鲕状、球粒状、扇状集合晶等结构。（5）胶体沉积可以呈巨厚层产出，也可成透镜体，结核产出。（6）由于胶体有较强的离子交换和吸附能力，常吸附有不定量的水分、有机质以及各种金属元素，其化学成分场不固定。,二、真溶液物质的搬运与沉积1、影响真溶液搬运或沉积的物质本身条件溶度积 真溶液物质的搬运及沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度，即溶解度越大，越易搬运，越难沉积；反之，溶解度越小，则越易沉积，越难搬运。,当有Ca+2与Sr+2混合液，且Ca+2=Sr+2=0.1mol时：Ksp(CaSO4)=Ca+2SO4-2=6.110-5=0.1molSO4-2Ksp(SrSO4)=Sr+2SO4-2
15、=2.810-7=0.1molSO4-2加入SO4-2时，SrSO4 早于CaSO4沉淀。当溶液中Ca+2为Sr+2的217倍时，硬石膏和天青石才能同时沉淀,2、影响真溶液搬运或沉积的介质条件（1）介质的酸碱度（2）介质的氧化还原电位（3）温度和压力（4）溶液中的CO2含量（5）生物作用,溶解物质搬运和沉淀是与一定的地球化学条件密切相关的。,2、生物物理沉积作用机械方式的生物间接沉积作用主要表现为：,（1）藻类的捕获和粘结作用：蓝绿藻能分泌粘液，在蓝绿藻构成的藻席表面形成有机质薄膜，这种粘液有捕获和粘结水中的碳酸盐颗粒，使之沉积于藻体表面。当一层藻席被新的沉积物覆盖时，藻丝体就会穿过上覆沉积物
16、并繁殖于其表面，重新形成新的藻席，如此周而复始，形成由生物物理沉积作用形成的富藻纹层和非生物成因（机械沉积）的富屑纹层交替出现的叠层石及其他藻纹层沉积物。此外，层孔虫可能也具有类似的捕获和粘结作用。（2）生物障积作用：当流水流经丛生有枝状珊瑚或枝状藻类的地区时，流速受阻，流水中所携带的沉积物即沉积成障积岩。二、生物遗体直接堆积成岩有机质（软体）石油、天然气、煤、油页岩无机质（硬体）岩石或矿床，如生物磷块岩、硅藻土。动物的排泄物粪球粒，也可堆积成岩石。,第八节 关于沉积分异作用一、沉积分异作用（Sedimentary defferentiation)母岩风化产物以及其他来源的沉积物，在搬运和沉积
17、过程中会按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来，这种现象称作地表沉积分异作用。沉积分异现象早在本世纪三十年代初就有人注意到，但进一步完善和系统化是苏联学者普斯托瓦洛夫，也称普氏沉积分异理论。1、机械沉积分异作用 当介质运动速度和运移能力在一定的方向上作有规律的变化时机械沉积受物理原理支配。（1）颗粒（2）比重（3）形状（4）成分,2、化学沉积分异作用 溶解载荷在沉积过程中因为元素和化合物在化学性质上的差异而发生分异，而这种分异作用受化学原理支配。,二、对沉积分异学说的评价1、优点：分异作用是沉积学上客观存在的重要地质现象和沉积规律，对研究搬运、沉积作用、沉积岩、沉积矿床形成和分布规律，指导找矿有一定的意义。,2、缺点：该模式过于简单化和理想化。（1）关于机械沉积分异作用存在的问题没考虑掺合作用没考虑介质的动力条件影响没考虑地形条件影响深海浊积岩打破了该理论的分异模式,（1）关于化学沉积分异作用存在的问题没考虑气候没考虑生物作用没考虑物源胶体与真溶液不应纳入一个分异系列没考虑沉积条件的变化,思考题：一、层流、紊流、缓流、湍流、雷诺数值和福劳德数值及其意义、床砂形体、沉积物重力流、浊流、沉积分异作用二、碎屑颗粒在流水中搬运与沉积的主要影响因素三、简述鲍马提出浊流形成和运动阶段性四、简述影响真溶液搬运和沉积因素五、对沉积分异作用的评价,
