沉积作用与沉积构造(PDF)

（2）流态（Flow Regime)
弗劳德常数 Froude number (F):F =V╱√ g . d v: 流速（velocity of flow） g: 重力加速度（gravitational acceleration） d: 水深（depth of water） 低流态（Lower flow regime），F<1，即是一种水深流 缓的流动状态， 水体搬运能力弱，水面波动和沉积物表 面的起伏不同相。 过渡流态（ Transitional flow regime）： F=1， 高流态（ Upper flow regime）：F>1，即是一种水浅 流急的流动状态，水体搬运能力大，水面波动和沉积物表 面的起伏同相。
（2）底形（Bedforms)
底形是水流作用在水底沉积物表面所形成的各种外 形。底形与流态之间有密切的关系，随水流动态的变化， 底形发生有规律的变化。大部分沉积构造（各种波痕、层 理）是由于底形的迁移而形成的。 低流态下，随着水流动态变强（F值增加），底形出 现的次序为：下平底（lower plane bed，没有颗粒移动) 小波痕（small ripples） 小波痕叠加的大波痕 （megaripples superimposed ）大波痕（ mega- ripples） 随着水流动态变强（F值增加），波痕的脊由直线变 为波状和舌形。 过度流态下，底形不稳定，主要是被冲刷的大波痕。 高流态下，常见的底形为上平底（ upper plane bed） 和逆行沙丘 (antidunes）。
Simons, 1962
Plane bed or antidunes
transition
Maga ropple
Small ripple
水深（cm）
2、重力流（Gravity Flow）
通常称为高密度流(dense flow), 在重力作用下，沉积 物不稳定而移动带动水介质运动水介质与沉积物充分 混合，进而形成富含沉积物的流体 按照沉积物的支撑机理，重力流可分为四种类型： 浊流（Turbidity current）： 流体内的沉积物由湍流 的向上分力所支撑，并使沉积物持续地悬浮于流体中。 液化流（ Liquefied flow）：沉积物颗粒间孔隙流体 的向上流动而支撑沉积物。在富含液体（水）的松散沉积 物中，当孔隙流体压力超过静水压力时，颗粒保持悬浮状 态，就象流沙一样。 颗粒流（ Grain flow）：由于沉积物颗粒之间的相互 碰撞作用而支撑颗粒呈悬浮状态，在重力作用下流动。 碎屑流（Debris flow）: 基质支撑沉积物颗粒，使砂、 砾级悬浮于其中而在重力作用下进行搬运。
逆行沙丘 上平底 水流强度stream power(v)
大波痕
小波痕
源自文库
下平底
平均粒径median fall diameter(mm)
底形随水流强度的演化图（Simons, 1965)
A：直线形波痕；b：波曲形波痕；c：舌形波痕；d：新月形波痕
速度（cm/s）
速 度 、 水 深 与 底 形 的 关 系
strongly undulatory small-current ripples.almost tending to the lingoid type. North Sea tidal flats.
直脊水流波痕
曲脊水流波痕
不对称浪成波痕，波脊分叉，北戴 河现代海滩，粉、细砂岩。
对称浪成波痕，波脊分叉又复合，河 北邢台上寒武系石英砂岩。
当流体流动所产生的上举力与牵引力超过沉积物颗粒的重力和 吸附力时，颗粒开始移动。在细粒沉积物中，颗粒主要受吸附力的 作用；在粗粒沉积物中，颗粒主要受重力的作用。细粒沉积物中颗 粒的启动速度比粗粒沉积物中颗粒的启动速度大；但细粒颗粒的沉 降速度比粗颗粒的沉降速度小。
侵蚀区 平均速度 （cm/s）
沉积物颗粒侵 蚀、搬运与沉 积间的关系
浊流 湍流
液化流 液体向 上流动
颗粒流 颗粒相 互作用
碎屑流 基质力
末端浊积岩
根部浊积岩
再沉积砾岩
某些滑塌浊积岩
砾状泥岩
重力流类型（按颗粒支撑机理）（Middleton
and Hampton, 1976)
重力流的形成与演化示意图（Walker, 1978)
二、沉积物颗粒（ Sediment grains）
（Hjulström, 1939)
运区 搬
沉积区
直径（mm）
第二节 沉积构造 (Sedimentary Structures)
沉积构造是由沉积物的成分、结构、颜色的不 匀一性而表现出的宏观特征。 根据形成时间可划分为原生沉积构造和次生沉 积构造。原生沉积构造是在沉积物沉积时或沉积后 不久、以及其固结以前形成，因而是沉积环境的重 要判别标志。
河南现代黄河岸边泥质层
已充填干裂，河南偃师上前寒武系砂岩
泥 裂 构 造
由细砂充填于页岩干裂缝中形成，陕 西铜川白垩系细砂岩。
现代泥裂（野外照片）
Raindrop imprints with elliptical impact craters,because of the oblique direction of falling drops,the rim of the impact crater is broken on the side.laboratory experiment Raindrop imprints.Imprints are small impact craters,circular in shape,as the rain fell almost vertically
A ripple train with weakly undulatory smallcurrent ripples.Froms are transitional between straigth-crested and undulatory ripples.North Sea tidal flats. Ripple length:8cm
沉积作用与沉积构造
• 1. 2. 3. • 1. 2. 3. 沉积作用(Sedimentary Processes) 物理作用(Physical Processes), 生物作用(Biological Processes), 化学作用(Chemical Processes) 沉积构造(Sedimentary Structure) 物理构造(Physical Structure), 生物构造(Biological Structure), 化学构造(Chemical Structure)
3. 层理（Bedding）
层理是肉眼能够识别的最显著 的宏观沉积特征。 纹层（Laminae）：组成层理的 最小宏观单位，具有相对一致 的成分和结构。 单层（Single Bed ）：层理的基 本单元，由成分和形态对一致 的纹层组成。 层组（Bedset）：形态一致且具 有成因联系的一组单层。如果 单层的成分相似或一致，称 “简单层组”，构成的层理称 为简单层理；如果单层的成分 不同，称“复合层组”，构成 的层理称为复合层理。 层理面（Bedding Surfaces）： 单层或层组的分界面。
槽状交错 层理图解
面状交错 层理图解
板状交错层理
楔状交错层理
大型槽状交错层理
波状交错层理
羽状交错层理（Herringbone cross bedding）： 相临单层内的纹层倾向相反，这种层理是潮坪环境 的典型标志。 点 坝 （ 边 滩 ） 交 错 层 理 （ Channel bar crossbedding）：曲流河道内由点沙坝迁移所形成的交错 层理。 水 道 充 填 交 错 层 理 （ Channel-fill cross bedding）：小型水道充填所形成的交错层理。 海滩冲刷交错层理（Beach cross bedding ）：由 于海滩倾 斜面的迁移和冲刷所形成的，纹层倾角 小，沉积物的分选、磨圆好，富含介壳碎片。 沙丘交错层理（Sand dune cross bedding ）：由 沙丘的迁移和崩塌所成，纹层倾角大，可达 30~40o。
不 规 则 或 弯 曲 较 规 则 ， 直 直、长且平行 的，无分叉 脊，分叉 直 线 型 、 切 线 “人字型” 粗 粒 在 波 脊 ， 、 型和"S"形前积 束状纹层，对 细粒在波谷 纹层，不对称 称或不对称
内部构造
巨波痕，呈 波曲形，右 上方为海， 北戴河前滨 下部，砂
大水流波痕的 向流面上叠有 小水流波痕， 大波痕被削顶 。北戴河现代 戴河口。
第一节 沉积作用
§2.1.1 物理作用（Physical Process）
物理作用主要讨论搬运介质与固体颗粒间的关系。 一、搬运介质(Transporting Media) 按照搬运方式不同，把搬运介质分为重力流和牵引流两种 类型。 1、牵引流（Fluid flow） 搬运介质运动带动固体颗粒运动，水和空气是牵引流 的主要介质。 （1）运动方式（Fluid moving fashions）： 层流（Laminar flow）: 流体分子呈直线运动。 紊流（Turbulent flow）: 流体分子运动轨迹不规则
浪成波痕
对称浪成波痕，呈脊尖谷园的典型形态 ，河北邢台上寒武系石英砂岩。
干涉波痕
风成沙丘，呈新 月形，向风坡上 发育风成波痕， 风向向左，新疆 现代沙漠，细砂 。
巨型风成波痕
风成沙丘，风向 向右，新疆现代 沙漠，细砂。
2、底面印痕（Bottom Imprints）
底面印痕发育于沉积物（砂层）底部，为表面痕迹的 铸型。 (1)槽铸型（Flute imprints）: 平行水流方向的瘤状突 起，上游端高而窄，下游端低而宽，可以指示水流方向。 (2)纵向脊和沟铸型（Longitudinal furrows and ridge imprints）：相间排列的沟和脊，平行水流方向，但不能 指示上、下游方向。 (3)沟铸型（Furrow imprint）：窄而长的脊，平行水 流方向。 (4)其它铸型（The other imprints）: 不规则，不能指 示古水流方向。
波痕内部结构(Structure of a ripple)
波痕的分类： 波痕按成因分为：水流波痕、波浪波痕、风成波痕、干 涉波痕与孤立波痕； 按规模可分为：小型波痕、大型波痕与巨型波痕。
三种成因类型波痕对比
类型 特征 形态 波脊 RI>15, SI>3.8 RI<15, SI<3.8 RI: 10~70 水流波痕 波浪波痕 风成波痕
层理类型
纹层
层组
纹层 状沙
简单 层理
波状 层理
简单 层理
沙泥互层 层理
复合 层理
透镜状 层理
复合 层理
（1）简单层理（ Simple Bedding） a) 交错层理（Cross-bedding） 形态类型：
板状交错层理（Tabular cross bedding）：层理面为相 互平行的平面，内部纹层与层理面斜交。 楔状交错层理（Wedge-shaped cross ）：层理面为平 面，但纹层面不平行，内部纹层与层理面斜交。 上述两类层理可统称为面状交错层理（ Planar cross bedding） 槽状交错层理（Trough cross-bedding ）：层理面为曲 面，纹层呈槽状或弧形 波状交错层理（Ripple bedding ）：层理面不规则，内 部纹层与界面平行或斜交。一般，波状交错层理的规模较 小，多为小型交错层理。
§2.1.2 物理构造（Physical Structures）
层面构造[表面痕迹（surface marks）, 底面印痕 （ bottom imprints）]和层理构造（bedding Structures ） 1、表面痕迹（Surface marks） (1) 雨痕（Raindrop marks）圆形或椭圆形， 在少雨区 发育较好。指示水上环境或半干旱环境，说明沉积物曾经 出露水上(暴露标志)。 (2) 泥裂（Cracks）: 平面上为多边形，剖面上为“ V” 字形，由泥岩脱水、收缩或干化而成。 指示干旱气候或 水上环境(暴露标志) 。 (3) 细流痕（Rill marks） 由于细小水流侵蚀沉积物表面 所形成的树支状痕迹。指示水面下降或水上环境。 (4)波痕（Ripple marks）
雨
痕
波痕（Ripple marks）
对称指数（symmetry index）：向流面与背流面水平投 影之比。 波痕指数（ripple index）：波长与波高之比。 波痕内部构造（Internal structure of a ripple）:底积层 （ Bottomset ）； 前积层（ Foreset ）；向流面纹层 （Stosside).