沉积物的搬运和沉积作用
第四章 沉积物的搬运和沉积作用
重力流与牵引流的对比
主要类型 触发机制 水流活动
10/50 表现特征 持续
牵引流 重力流
河流、潮流 沿岸流、等深 流 碎屑流、颗粒 流、液化流、 浊流
沉积物位能 脉动 大于其内部 凝聚力或摩 擦阻力
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 风化、搬运和沉积的主要地质营力 搬运和沉积中流体的基本类型 沉积物的机械搬运方式和床沙形体 沉积物的搬运方式和沉积方式
重力流（turbidity current）的概念： 是非牛顿流体，由沉积介质与沉积物混为一体和整体搬 运（又称密度流和块体流，整体混浊度大），以悬移方 式搬运为主。（弥散有大量沉积物的高密度流体） 牵引流的搬运力： （1）作用在沉积物上的推力(牵引力)，推力主要 取决于流速，推力愈大则能搬运的沉积物颗粒愈大； （2）负荷力(或称载荷力)，主要取决于流量，负 荷力愈大则能搬运的沉积物数量就愈多。 实例：山间急流可以搬运达几十吨重的巨石，但 搬运量较小；长江每年能搬运9.7亿吨泥砂，却不能推 动一块大的砾石。
(3)牵引流沉积作用形成的碎屑沉积物的分布规律
20/50
♣牵引流中沉积物的沉积作用服从于机械沉积分异规律。 ♣沉积分异作用的概念：按物理特征（颗粒大小、形状、比
重）和化学成分，沉积物呈规律性依次沉积的现象。划分为机 械沉积分异作用和化学沉积分异作用。
岩石学-碎屑物质的搬运和沉积作用
水的流速
颗粒直径 水的密度
粘度
层流、紊流和雷诺数
雷诺数（Re, Reynolds numbers ）--层流和 紊流的判别标准
惯性力与粘滞力之间的关系，描述流体的 流动状态
Re＝惯性力/粘滞力＝V2d2ρ/Vdμ＝Vdρ/μ
Re＝1± 层流 Re＝1～40 临界流 Re > 40 紊流
4. 潮汐
潮汐作用对滨岸地区的碎屑 物质影响很大，在潮汐作 用带，水体作大规模地涨 潮和落潮运动，因此也使 水底的碎屑物质作相应的 往返运动。
平潮
高潮高
停潮
低潮高
等深流、 内潮汐流、冷流、暖流、赤道洋流和上返 洋流等对碎屑物质的搬运和沉积均有一定 的作用 。
2. 风暴浪
风暴浪底比正常浪底深，可达200m 风暴浪对正常浪底附近沉积物冲刷侵蚀 风暴回流携带大量碎屑物质形成密度流或
重力流——深海浊流 正常浪底和风暴浪底间是风暴沉积物（岩）
3. 近岸流
A.沿岸流
纵浪引起，波峰线与岸线斜交破浪后产生
B.离岸流
沿岸流流动一段距离，穿过碎浪带形成
滨岸带近岸水流系统示意图（据赖内克，1973)
Ca、Na、Mg的盐类则常呈真溶液搬运 Al、Fe、Mn、Si的氧化物常呈胶体溶液搬运；
真溶液物质的搬运和沉积作用
四、化学沉积分异作用 Chemical sedimentary differentiation
沉积分异作用概念
母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运
和沉积过程中会按颗粒大小、形状、比重、 矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来的
类别 流体性质
密度 水动力学机制
液固相 搬运介质 搬运动力 搬运方式 运动关系 搬运物质 沉积作用 沉积环境 沉积构造
4 沉积物的搬运和沉积作用
第四章沉积物的搬运和沉积作用4.1 搬运和沉积中流体的基本类型4.2 沉积物的搬运方式和沉积方式概念回顾—1、地质作用：造成地壳物质组成、结构构造发生变化的作用，包括外力和内力地质作用。
沉积物的风化、搬运和沉积作用主要受控于外力地质作用。
—2、地质营力：地质作用的能量。
地质营力一方面破坏着地壳岩石，同时又形成新的岩石。
—3、介质：传播能量的媒介。
风化、搬运和沉积作用的介质类型有三种（三态）：—液态（水）：—固态（冰川）：—气态（大气和风）—4.1.1 牵引流—4.1.2 重力流4.1 搬运和沉积中流体的基本类型4.1.1 牵引流—属静水流（弱水流）作用的流体，能沿沉积底床搬运沉积物的流体。
在自然状态下，包括河流、海流、波浪流、潮汐流、等深流、大气流等。
—沉积特征：沉积物颗粒呈明显的分层性，小的颗粒在上，大的颗粒在下。
—牵引流的搬运力：作用在沉积物上的推力(牵引力)，推力主要取决于流速，推力越大则能搬运的沉积物颗粒越大。
—牵引流的负荷力（或称载荷力)：主要取决于流量，负荷力越大则能搬运的沉积物数量就越多。
—实例：山间急流；长江。
4.1.2 重力流—由沉积介质与沉积物混为一体整体搬运（又称密度流和块体流，整体混浊度大）。
—沉积特征：沉积物颗粒在流体中均匀分布，无分层性，呈混浊状态。
—重力流的搬运力：由水与沉积物高度混合（高密度流体），在重力作用下，使混合的流体整体移动。
—思考：—易发生重力流的场所？—重力流的沉积发生在何时？牵引流与重力流的对比脉动沉积物位能大于其内部凝聚力或摩擦阻力泥石流、颗粒流、液化流、浊流重力流持续水流活动河流、潮流、沿岸流、等深流牵引流表现特征触发机制主要类型重力流的平均流速比相应规模的牵引流要小。
重力流随着密度降低，可向牵引流转变。
4.2沉积物的搬运方式和沉积方式—4.2.1 机械搬运和沉积作用—4.2.2 溶解物质的搬运和化学沉积作用—4.2.3 生物的搬运和沉积作用4.2.1 机械搬运和沉积作用1.牵引流的机械搬运和沉积作用（1）搬运方式：—悬浮（图4-2A）—跳跃（图4-2B）—滚动（图4-2C）碎屑在牵引流中的搬运方式（2）牵引流的搬运特点和载荷—牵引流的搬运方式与颗粒大小有关，而颗粒大小又与流速大小有关。
第一章 沉积岩的形成过程
二、化学搬运和沉积
搬运对象：溶解于水的化学物质
溶解物质在自然界中存在的方式：胶体和真溶液
在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图
二、化学物质的搬运和沉积
1) 胶体的搬运与沉积作用 胶体：一种物质的细微质点分散在另一种物质
中的不均匀分散体系。 胶体质点一般介于1～100μm之间，多呈分子
状态。 胶体质点带有电荷。
常见成岩作用现象
1. 压实作用(compaction):静压力下沉积物排气、排水、体积缩小、孔 隙度降低、密度增加。压溶作用(pressure-solution):压力下沉积物 颗粒间或沉积岩内部发生溶解。如，缝合线构造，是压实作用的极限 状态
2. 胶结作用(cementation):孔隙水过饱和沉淀出矿物质（胶结物 cement),将沉积物粘结成岩石。
成岩作用阶段的划分和对比
三、有关术语的阐明
1. 埋藏成岩作用（buried diagenesis）：碎屑 沉积物随埋深增加，主要由于机械压实作 用和化学胶结作用，致使岩石逐渐变致密、 孔隙度减小、物性变差等一系列物理和化 学变化直到变质作用。
2. 沉积后作用（postsedimentationprocess）： 泛指沉积物形成以后到沉积岩遭受风化 作用和变质作用以前这一演化阶段的所 有变化和作用
碎屑物质是构成陆源碎屑岩的主要成分
溶解物质是构成内源沉积岩的主要物质成分
6、沉积物的其它来源Other sources of sediments
1. 生物成因的沉积物：生物遗体，一部分为无 机成分为主的生物残骸，另一部分为有机生 物残体，即动植物的软体（有机质）。
2. 深部来源的沉积物：由火山爆发作用带到地 表或水下的火山碎屑物，沿深断裂流出地表 或注入地下的热卤水、温泉、热气液等。
第六章 搬运作用与沉积作用
推移 流体在运动过程中，对碎屑物质有一个向前的 推力。当P≥f·(G－F－R)时（f为摩擦系数），碎屑颗 粒就会沿着介质底面滑动和滚动，这种搬运方式叫推移 。被推移的物质一般为粗碎屑物质，如粗砂和砾石。
浮力（F）、重力（G）、水平推力（P）、垂直上举力（R）
跃移 在搬运过程中，碎屑物质沿地面呈跳跃方式前 进的过程叫跃移。一般来说，细砂、粉砂的搬运方式以 跃移为主。当R≥G－F时，碎屑颗粒就会从地面上跃起 ，并在推力作用下向前移动。上举力减小，在重力作用 下，颗粒再次落到地面上。
跃移是风搬运砂粒的主要形式，一个飞扬的颗粒如 果撞击在基岩上，其跳跃几乎像弹性体，很少失去动能 。如果飞扬的颗粒落在松散砂质沉积物上，被撞击的颗 粒就会被抛向空中，这样就发生了“连锁反应”。 在正常的地面风条件下，粒径小于 0.1～0.2mm的 颗粒，可呈悬浮搬运；粒径小于0.005 mm的粉砂与粘土 ，可以像尘埃一样弥散在空气中被长距离搬运。当发生 风暴时，这种搬运作用就更为强烈。
浮力（F）、重力（G）、水平推力（P）、垂直上举力（R）
悬移 细小的碎屑颗粒在流体中，由于R+F＞＞G，故 不易沉到底部，总是呈悬浮状态被搬运，这种搬运方式 称悬移。
载移 被冰川搬运的物质，有的堆积在冰川表面，有 的冻结在冰体内，随冰川一起运移。恰似一条传送带载 运物质，称为载移。
冰川的搬运作用－－载移
图6－9 三角洲构造及层序
1－顶积层；2－破坏期沉积；3－前积层；4－底积层
河流的沉积物统称为冲积物。 冲积物的主要鉴别标志是： ①砾石成分复杂, 往往具叠瓦状排列； 砂和粉砂的矿物成分中不稳定组分较多。 ②碎屑物质的分选性较好。 ③碎屑颗粒的 磨圆度较高。。④冲积物层理发育，类型 丰富(如水平层理、交错层理等)，其中，倾 斜的交错层理一般倾向河流下游。⑤冲积 物在剖面上常呈透镜状或豆荚状展布，少 数呈平行板状延伸。⑥冲积物往往具有二 元结构，下部为河床沉积，上部为河漫滩 沉积。
第六章 搬运作用与沉积作用
第六章搬运作用与沉积作用第一节搬运作用目的要求地表风化和剥蚀作用的产物除少量留在原地之外，大部分要被运动介质搬离原地，因而是一种非常重要的外动力地质作用。
要求学生理解搬运作用的方式，不同营力搬运作用的特点等，为沉积作用的学习奠定基础。
课时：2学时授课内容∙一、搬运作用的方式∙二、不同营力搬运作用的特点o（一）地面流水的搬运作用o（二）地下水的搬运作用o（三）冰川的搬运作用o（四）风的搬运作用o（五）海洋（及湖泊）的搬运作用∙三、搬运过程中碎屑物质的变化重点搬运作用的方式及不同营力搬运作用的特点是本节的重点。
难点冰川是固体，其搬运方式与液体和气体明显不同。
另外，冰川的搬运大多数学生很难见到。
因此，冰川的搬运作用较难理解，应用形象、浅显易懂的事例来说明。
教学方法利用幻灯等以讲授为主，结合部分岩石标本及显微照片说明搬运过程中碎屑物质的变化。
讲授重点内容提要∙一、搬运作用的方式自然界中风化、剥蚀产物被运动介质从一个地方转移到另一个地方的过程称为搬运作用。
因此，它与风化作用、剥蚀作用紧密相伴，是非常重要的外动力地质作用之一。
搬运作用的方式有三种：机械搬运作用；化学搬运作用和生物搬运作用。
以前二者最为重要。
o（一）机械搬运作用机械搬运作用是各种营力搬运风化、剥蚀所形成碎屑物质的过程，可分为推移、跃移、悬移和载移四种不同形式（图6—1）。
1.推移（traction transport）流体在运动过程中，对碎屑物质有一个向前的推力，使其沿介质底面滑动或滚动，这种搬运方式叫推移。
小碎屑物易被推移，大碎屑物难被推移；比重大者需要大的推力才能移动；球形颗粒易被推移，椭圆形、棱角状碎屑较难被推移。
2.跃移（saltation transport）在搬运过程中，碎屑物质沿地面呈跳跃方式向前移动的过程叫跃移。
一般说来，细砂、粉砂的搬运方式以跃移为主。
颗粒跃起、降落、再跃起、再降落这种过程反复进行，碎屑颗粒就不断跳跃前进。
3.悬移（supension transport）即是粘土、粉砂等较小颗粒，由于流水的紊流作用而呈悬浮状态进行搬运。
沉积物的搬运和沉积作用
第二章 沉积物的搬运和沉积作用第一节 概述风化作用的产物及其它来源的沉积物质，少量残留原地，大部分进入搬运状态向沉积盆地中转移。
碎屑物质（主要是风化产物中的碎屑物质及新生矿物）在流体的作用下，将随流体发生运动和转移，此现象则称为“搬运”；在一定条件下，运动的碎屑还会从搬运状态转变为物质停积状态，此现象则称为“沉积”。
沉积下来的沉积物：长期固定下来不再移动；随着地壳上升、侵蚀基准面下降，流体的流速加快，会重新发生侵蚀并被再次搬运风化作用；风化产物的搬运作用；沉积作用既是三个连续又独立的阶段，但有时相互交替和重复，尤其是搬运和沉积作用，是一对矛盾在搬运过程中物质仍然可以发生机械破碎和化学分解，即使物质沉积下来以后，还可以由于条件的变化再次进入搬运状态。
沉积物搬运和沉积的地质营力：（搬运介质）水、风（大气）、冰川、重力、生物的搬运风化产物的搬运和沉积作用：（搬运方式）⎪⎩⎪⎨⎧生物搬运和沉积作用化学搬运和沉积作用机械搬运和沉积作用按沉积物被搬运和沉积的方式不同可分为：1）机械搬运与沉积作用碎屑物质和粘土物质多以机械方式在流水、海水、湖水、冰川、风及重力等营力下被搬运。
搬运方式：（1）滑动（2）滚动（3）跳跃（4）悬浮 （悬移搬运）其中滑动、滚动、和跳跃式统称为推移式搬运（或床沙搬运）。
2）溶解物质的搬运与化学沉积作用溶解物质以真溶液、胶体溶液或洛合物的状态被搬运；其搬运和沉积作用受化学和物理化学定律所支配。
3）生物搬运和沉积作用生物搬运作用意义不大，但是其沉积意义巨大；通过生物生理作用、生物物理作用和生物化学作用可以使大量溶解物质、内源粒屑物质和部分粘土物质发生沉积作用。
第二节有关流体力学的一些概念一、牛顿流体、非牛顿流体内摩擦定律：在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力粘滞系数/运动粘滞系数始终保持一个常数。
牵引流服从内摩擦定律－－－属牛顿流体少量沉积物的流水（河流、海流、潮汐流、洋流等）和大气流。
沉积作用名词解释
沉积作用名词解释
沉积作用是地质学中的一个术语，用于描述在地球表面或地壳内部，由于物质搬运和沉积过程形成的沉积物层的堆积过程。
这个过程包括物质的沉积、聚集和固化，最终形成岩石或岩层。
沉积作用是地球表面和地壳演化的重要组成部分，涉及多种沉积过程，如河流、湖泊、海洋等环境中的沉积，以及风、冰川等力量造成的沉积作用。
沉积作用的结果是形成沉积岩，包括砂岩、泥岩、炭岩、石灰岩等。
在沉积作用中，物质经历以下几个主要步骤：
1. 源区：物质来自于地球表面或地壳内部的源区，如山脉、河流等。
2. 运移：物质通过水流、风力、冰川等力量搬运到其他地方，向低能量的区域运移。
3. 沉积：当运移的能量减小时，物质会沉积下来，包括颗粒沉积和溶解沉积。
4. 堆积：沉积物逐渐堆积形成层状的沉积物堆，被称为沉积层或沉积岩层。
5. 固化：随着时间的推移，沉积物被固化为岩石，这通常发生在沉积物层上面的压力和渗透性流体的作用下。
沉积作用在地质学中具有重要意义，可以提供有关地质历史和环境演变的信息。
通过对沉积岩的分析和解释，可以了解地球过去的气候、地貌变化以及生物进化等重要信息。
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内摩擦定律：τ=μ*(du/dy)
体。
牵引流：牛顿流体（Newtonian fluid）——服从牛顿内摩擦定律的流 搬运力
推力
负荷力（载荷（定义P20)：溶解、悬移 、推移或床沙载荷）
重力流：非牛顿流体（Non-Newtonian fluid）——不服从牛顿内摩擦 定律的流体。
搬运力
重力
2. 急流、缓流和福劳德数
一、牵引流的机械搬运和沉积作用
牵引流(Traction current)—符合牛顿流体定律的 流体。其搬运机制是流体动能拖曳牵引沉积物一起运动 ，如河流、风流和波浪流等。
牵引搬运(牵引作用)—能使碎屑物质作底负载移动 的各种作用
牵引流
（一）水流的机械搬运和沉积作用
1. 流水中碎屑颗粒的搬运作用
碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与水的流动状态关系密切，是层流还紊流 ，是急流还缓流； 还与碎屑颗粒的本身特点(大小、相对密度和形状等)有关。
（1）碎屑颗粒在水中的受力分析(图解板书） A 有效重力（W）：重力和水体浮力的差 B 水平推移力（Px）：水流作用于颗粒上的顺流水方向的力 C 垂直上举力（Py）：①水体浮力； ②颗粒上下存在的流速差所 引起的压力差； ③涡流中的上举力 【伯诺利方程】p23
D 粘结力（Pc） （2） 搬运方式
A 推移搬运（滚动搬运，包括跳跃搬运） B 悬浮搬运(悬移搬运) C 溶解搬运 （3） 起动条件（P25:3)
碎屑物质在流水中的搬运和沉积，流速和颗粒大小之间的关系最为关键 。
1000
流 速 对 数 坐 标 ，c m /s
继 续 搬 运 流 速 曲 线
100 开 始搬运 流 速 曲线
10
1 .0
0 .1
0 .0 0 1
0 .0 1
0 .1
1 .0
10
100
粒 径 对 数 坐 标 ，m m
尤尔斯特隆图解
流 速 ，c m / s
固 结 粘 土 和 粉 砂
512
砾2Biblioteka 6砂粉砂128
64 32
沉积 16
侵蚀
未固结的 粘土和粉砂
8
搬运
4 （ 1939）
尤尔斯特隆的曲线
2
森德伯格的修正曲线
（ 1956） 1
0 .5
-6 -4 -2 0
2
4
68
颗粒直径，
经森德伯格(Sundborg，1956)修改过
的尤尔斯特隆图解
2. 碎屑物质在流水中的沉积作用
P19:1
第二节 流体的一些基本知识和概念
作为碎屑物质搬运和沉积的流体，自然界存在两种基本类型，即牵 引流和沉积物重力流。
1. 牛顿流体和非牛顿流体
牛顿流体（Newtonian fluid）——服从牛顿内摩擦定律的流体。
体。
非牛顿流体（Non-Newtonian fluid）——不服从牛顿内摩擦定律的流
在明渠水流中按流动强度不同可分为：急流、缓流和临界流三种状态。 这三种流态的判别标准是福劳德数(Froude Numbers) (Fr)：
福劳德数
Fr =
V Lgg h
v是平均流速，h是水深
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
床沙运动
当流动强度为P时，它所能
英国学者雷诺(O. Reyonolds)首先从实验室中观察到这一物理现象，用不同管 径的管道和不同流体进行试验，获得了一个判别层流与紊流的准则，称为雷诺数（ Reyonolds Numbers ）
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
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斯实验公式表示(G.G.Stokes，1850)
：
V=
2 9
d1 d2
gr2 (适用于粒径<0.1mm的球形颗粒)
其中：V— 颗粒下沉速度(cm/s)，
床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型床沙形体，一 种类型的床沙形体不是固定不动的，而是通过组成床沙的砂砾颗粒 的滚动、滑动或跳跃移动而使床沙形体发生顺流或逆流移动。
这种现象在水力学中称为沙波运动。
床沙形体
明渠水流随着流动强度的加大，在床面上会依次出现下列床沙形体： 无颗粒运动的平坦床沙、 沙纹、 沙浪、 沙丘、 过渡型(低角度沙丘)、 平坦床沙、
第二章 沉积物的搬运和沉积作用
（Transportation and sedimentation of sediment）
第一节 概 述
搬运和沉积碎屑物质的流体主要是流水和大气，在高寒地区的冰川和干旱地区 的风也是搬运和沉积碎屑物质的营力。 沉积物被搬运和沉积方式的划分：
（1）机械搬运和沉积作用 （2）溶解物质的搬运和沉积作用 （3）生物搬运和沉积作用
流
动 逆行沙丘、
强
度 流槽和凹坑。
加 大
3. 层流、紊流和雷诺数
层流（laminar flow）——一种缓慢流动的流体，流体质点作有条不紊 的平行线状运动，彼此不相掺混。
紊流（turbulent flow）——湍流，一种充满了漩涡的多湍流的流体， 流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此相互 掺混。
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)
碎屑颗粒在静水中下沉速度与颗粒半径平方成正比
极细砂下沉30m约需2h，而细粘土则约需1年；如下沉3000~4000m ，极细砂约需10d，细粘土则约需100年。
碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比 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； 斯托克公式只有在静水或层流的条件下才适用。
Re< 1
层流
Re = 1时，流动呈层流型 Re = 1～40时，在颗粒背后会出现背 流尾迹
Re > 40时，出现“卡门涡街”，紊流(涡 流)
Re= 1~ 40
（ a）
在背流尾迹中具有 不规则旋涡的层流
（ b）
Re= 40~ 120
从层流过度到紊流
（ c）
自然界中绝大数水体是紊流运动
第三节 机械搬运和沉积作用