沉积学课后题答案

1.谈一谈您对雷诺数、佛罗德数、斯托克公式的理解。最好图解说明。雷诺数：是一个用来判别层流与紊流的准则。

雷诺数(Re)=惯性力/粘滞力=V2d2ρ

Vdμ=Vdρ

μ

V---水的流速d---颗粒直径ρ---水的密度μ---动力粘滞系数

佛罗德数：佛罗德数可以将明渠水流的三种状态（急流，缓流，临界流）区分开。

Fr=

V

√Lg

=

惯性力

重力

Fr>1,急流，超临界流，水浅流急

Fr=1,临界流

Fr<1,静流，缓流或临界以下的流动，水深流缓

斯托克公式：碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与水的流动状态(是层流还紊流，是急流还缓流)关系密切，还与碎屑颗粒的本身特点(大小、相对密度和形状等)有关。

(1) 搬运方式

推移搬运( 滚动搬运、跳跃搬运)

悬浮搬运(悬移搬运)

(2)机械沉积作用

处于搬运状态的碎屑物质，在一定的条件下，主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力时，碎屑物质就会沉积下来。

碎屑物质在静水中下沉情况可用斯托克实验公式表示：

v=2

9×d1?d2

μ

×gr2(适用于粒径小于0.1mm的球形颗粒) v---颗粒下沉速度（cm/s）

d1---颗粒密度

d2---水介质密度

g---重力加速度（980cm/s2）

r---颗粒半径（cm）

μ=水介质粘度

①碎屑颗粒在静水中下沉速度与颗粒半径平方成正比；

②碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比；

③斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下求得的，假如颗粒不是球形，其沉

速有所不同。实验证明，假设球形颗粒的沉速为100，则椭球形颗粒的沉速为84~61，立方体为74，长柱体为50，片状颗粒为80~ 38;

④斯托克公式只有在静水或层流条件下才适用。

2.什么是卡门涡街？有什么用处？图解说明。

当Re>40时，会出现“卡门涡街”。

当流体绕流一个无限长的圆柱体时，

将发生边界层分离，并在柱后形成旋

涡，增大机械能量的损失。在了解卡

门涡街前，我们需要先科普一下流体力

学中的一个概念：流体雷诺数，流体雷

诺数是流体在运动过程中其惯性力与粘滞力的比值，流体雷诺数Re=ρvd/μ，如果流体雷诺数很小，那就表示流体在运动时其粘滞力要大于惯性力，流体将趋于稳定流动，如果流体雷诺数很大，那就表示运动的流体其惯性力要大于粘滞力，流体运动不稳定，容易出现紊乱的紊流流场。

实验证明，在流体雷诺数Re=60～5000的范围内，圆柱体后面出现两列多少有些规则的旋涡列。两列旋涡的旋转方向相反，上面的一列均按顺时针方向旋转，下面的一列循逆时针方向旋转；上下两列的漩涡交替地排列着。这种十分整齐排列着的，像街道般的漩涡列被称为"涡街"。因为在1912年美国物理学家卡门最先研究了这一现象，所以这种现象又被称卡门涡街。

用处：如果涡街的交替脱落频率与物体的声学驻波频率相重合，还会出现共振。工业上的预热器、锅炉等多由圆管组成，流体绕流圆管时，卡门涡街的交替脱落会引起预热器箱中气柱的振动，如果涡街的交替脱落频率与物体的声学驻波频率相重合，就会引发声学共振，使管箱激烈振动，严重时，预热器管箱振鼓错开，甚至破裂。如果改变管箱和气体的固有频率，使之与卡门涡街的脱落频率错开，避免发生共振，则可防止设备的破坏。

3.看图，说一说床砂形态特征与水动力的关系。

随着水流流速不断增大，河床也发生变化。

1)典型的不对称波痕：水朝一个方

向流，在河底产生波痕；沙纹具

有三角形的纵剖面，长度一般不

超过30～40 cm，高度不超过

3～4 cm。

2)有波纹叠加的沙丘：水流流速继

续增大，剖面形状与沙纹类似，

但尺寸较沙纹大。

3)沙丘:水流继续增大，沙丘后有

卡门涡街，涡流；随着水流强

度的增大，沙垄趋于衰微，波

长逐渐加长，波高逐渐减小。4)冲蚀成的沙丘：水流继续增大；

5)平坦底床：水流继续增大；床

面恢复平整，但有较强的泥沙

运动。

6)逆行沙丘：水流继续增大；

7)逆行沙丘破浪：水流继续增大；

8)冲槽与冲坑：水流继续增大；

流速再增加时，床面的起伏剧

烈，急滩与深潭相间，急滩段

水流属急流，深潭段水流属缓

流，两者间通过水跃过渡。

意义：

1. 沙波运动是推移质运动的主要方式。凡是推移质运动达到一定规模的地方必然会出现沙波。因此对于一个河段如果知道了其沙波运动的性质，规模和发展趋势，则推移质运动的规律便随之明确了。

2. 沙波的消长对河流阻力损失有很大的影响。观测资料表明：沙波对糙率系数的影响远较河床组成的粗细对糙率系数的影响大。

3. 沙波的消长对航道的水深有一定的影响。特别是较大的沙波经过浅滩滩脊时，便有可能为航行带来一定的困难。

4.试举例说明沉积分异过程。最好图解说明。

压固作用（consolidation）是

沉积物在成岩作用过程中的一

种变化。沉积物由于上覆沉积

物不断加厚，在重荷压力下，

使松散沉积物的含水量减少，

产生脱水作用，体积缩小，降

低孔隙度，并变为鞍致密岩石

的作用。如细小的软泥沉积物经压固后可成致密的粘土岩。是在成岩过程中，由于上覆物质不断加厚使静水压力增大；或者受地壳运动的压力等的作用，使沉积物的孔隙缩小、厚度变薄，而变成坚硬沉积岩的作用。

压溶作用，又叫溶解蠕变，是沉积岩中一种有流体参与的塑性变形过程。由于压

力的作用，沉积岩中的一些颗粒（通常是方解石或石英）在高压应力区发生溶解，通过流体迁移，而在低压应力区沉淀，从而造成塑性变形，这种作用称为压溶作用。压溶作用可以产生缝合线，颗粒的拉长等结构构造现象。充填脉的愈合物质来源于脉壁岩石，是压溶作用造成的结果。在垂直最大压缩方向的颗粒边界上被溶解出的物质向低应力区迁移和堆积，可形成劈理，主要有板劈理、褶劈理、破劈理。

胶结作用是指矿物质在碎屑沉积物孔隙中沉淀，形

成自生矿物并使沉积物固结为岩石的作用，它是使

储层孔隙度降低的重要因素。胶结作用的成岩效应

是堵塞孔隙，但不减小粒间体积，这与压实作用的

成岩效应有所差别。

固结作用：指松散沉积物转变为固

结岩石的过程。固结作用可以通过

许多方式完成。例如，压固作用、

自生矿物形成作用、胶体陈化、结

核的形成、重结晶作用、脱水作用

等。

沉积重结晶作用是岩石中矿物组分以溶解、再沉淀或固体扩散等方式，使细小晶粒集结成粗大晶粒的过程。它与交代作用不同，重结晶前后矿物晶形、大小排列方式改变而成分不变。根据热力学第二定律，任何一种物质由一种转变为另一种相都伴随着自由能的减小，因此重结晶后晶体总能量亦趋于减小。重结晶作用主要发生在成岩后生阶段。如微晶方解石变为粗晶方解石、隐晶质的胶磷矿转变为

显晶质的磷灰石，隐晶质高岭石转变为鳞片状或蠕虫状的结晶高岭石，莓球状黄铁矿变为立方体黄铁矿等。

交代作用是物质成分注入和逸出的作用，是在温度、压力、溶液化学成分发生改变后发生的一种置换现象。交代作用的全过程是在固态并有溶液参与下发生的；原有矿物的分解和新生矿物的形成是同时进行的。原岩化学成分发生改变和新形成的岩石具有各种交代结构，是交代作用的两个显著特征。

溶解作用是指水溶液溶解岩石的某些易溶成分，使其松软、破碎、崩解的过程。任何矿物都能溶指水溶液溶解岩石的某些易溶成分，于水，只是溶解度大小不同而已，但溶解作用在易溶的矿物或岩石中作用更为明显。在通常的情况下，最易溶于水的是卤化物和硫酸盐矿物，如NaCl (石盐) ;其次是碳酸盐矿物，如方解石(CaCO,); 最难溶于水的是硅酸盐矿物，如长石、云母等。