03-第三四讲 沉积物的搬运和沉积

砂级 易搬易沉 跳跃 分布 最广 0.1～2mm，V开最小，V继中等， ∆V不大。
2.碎屑颗粒在流水中的沉积作用 斯托克实验公式： 斯托克实验公式： V=(2 )/(9μ))*gr V=(2(d1-d2)/(9μ))*gr2 适用于静水、 室温、 r<0 mm（ 细砂以下） 适用于静水 、 室温 、 r<0.1mm （ 细砂以下 ） 颗粒越大，比重越大，沉积速率就越大。 颗粒越大，比重越大，沉积速率就越大。 粒径> 的颗粒， 粒径 >0.1mm 的颗粒 ， 下沉速度与其半径平方根 成正比。根据实验极细砂下沉30 30m 小时， 成正比。根据实验极细砂下沉 30m约2小时， 细 粘土则需要1 下沉3000 4000m 3000～ 粘土则需要 1年；下沉 3000～ 4000m， 极细砂需 10天 细粘土需要100 100年 要10天，细粘土需要100年。
（三）福劳德数（Fr）与床沙形态 福劳德数（Fr） 1.佛罗德数（Fr）--判断水流状态的参数 1.佛罗德数（Fr）--判断水流状态的参数 佛罗德数 Fr＝惯性力/重力＝ /l）/g＝ lg） Fr＝惯性力/重力＝（V2/l）/g＝V2/（lg） ——标志惯性力与重力之间的关系、描述流体的运动强度 标志惯性力与重力之间的关系、 标志惯性力与重力之间的关系 明渠水流：河流、湖泊、海洋中的牵引流 明渠水流：河流、湖泊、海洋中的牵引流——无压流 无压流
三)碎屑物质在海湖水体中的搬运和沉积作用
Question:
1. 流水搬运的碎屑物质最终都要流入海洋、湖泊，那么是否 流水搬运的碎屑物质最终都要流入海洋、湖泊， 这些物质流入海洋、湖泊中就立即发生沉积呢？ 这些物质流入海洋、湖泊中就立即发生沉积呢？ 2. 海洋、湖泊中除了流水搬运来的碎屑物质外，是否还有其 海洋、湖泊中除了流水搬运来的碎屑物质外， 它来源的碎屑物质呢？ 它来源的碎屑物质呢？
自然界中流水多为紊 流，使沉积物得以搬 层流类似于静水， 运，层流类似于静水， 易发生沉积
二、碎屑颗粒在牵引流中的搬运和沉积作用
一）碎屑颗粒在单向水流中的搬运、沉积作用 碎屑颗粒在单向水流中的搬运、 1。碎屑颗粒的搬运源自文库沉积作用的条件 。碎屑颗粒的搬运、 受力分析： 受力分析： 动力：上举力：流速、 动力：上举力：流速、水深 水平推力：大小、密度 水平推力：大小、 -------流速、颗粒大小 流速、 流速 阻力 有效重力 -------尤尔斯特隆用图解方式定量表示了颗粒大小、流速与搬 尤尔斯特隆用图解方式定量表示了颗粒大小、 尤尔斯特隆用图解方式定量表示了颗粒大小 运、沉积的关系 ------尤尔斯特隆图解 ------尤尔斯特隆图解 水平推力 上举力
（四）层流、紊流和雷诺数 层流、 两种流动型态——层流与紊流 涡流 层流与紊流/涡流 两种流动型态 层流与紊流 层流 缓慢流动，流体质点平行线状流动，彼此不相掺混。 缓慢流动，流体质点平行线状流动，彼此不相掺混。 紊流 充满旋涡的流动，流速大小和流动方式随时间变化， 充满旋涡的流动，流速大小和流动方式随时间变化， 流体质点运动轨迹极不规则，彼此掺混。 流体质点运动轨迹极不规则，彼此掺混。 层流 紊流
Fr＜1：缓流，水深流缓——上部流动体制，低流态 Fr＜ 缓流， 上部流动体制， Fr＝1：临界流，过渡流态 Fr＝ 临界流， Fr＞1：急流，水浅流急——下部流动体制，高流态 Fr＞ 急流， 下部流动体制，
2.床沙（bed）形态（底形）-bedform 床沙（bed）形态（底形）
流水在床沙表面流动时形成的几何形态，受流动强度（Fr） --流水在床沙表面流动时形成的几何形态，受流动强度（Fr）控制 明渠水流随流动强度加大在床面依次出现下列床沙形态： 明渠水流随流动强度加大在床面依次出现下列床沙形态： 无颗粒运动的平坦床沙---沙纹---沙浪---沙丘---过渡型---平坦底床--无颗粒运动的平坦床沙---沙纹---沙浪---沙丘---过渡型---平坦底床---逆 ---沙纹---沙浪---沙丘---过渡型---平坦底床---逆 行沙丘-----槽 行沙丘---槽、坑
二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用
特点： 1. 特点： 1）风只搬运碎屑物质 相同速度， 2）搬运能力小，只搬运细颗粒，相同速度，搬运能 搬运能力小，只搬运细颗粒 相同速度 力只有流水1/300 1/300。 力只有流水1/300。 3）颗粒分选、磨圆好，常具霜面、棱面。 颗粒分选、磨圆好，常具霜面、棱面。 4）作用空间大
四、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用
现代冰川覆盖面积约占陆地面积的10% 现代冰川覆盖面积约占陆地面积的10%，在地质历史中的一些 10 时期地球上曾有广泛的冰川分布。 时期地球上曾有广泛的冰川分布。 特点： 特点： 1.冰川和浮冰 1.冰川和浮冰——固体搬运和沉积 冰川和浮冰 固体搬运和沉积 2.能力巨大，碎屑为主，数十～数千吨浮于冰上或包于冰中 2.能力巨大，碎屑为主，数十～ 能力巨大 3.搬运作用： 3.搬运作用： 搬运作用 1）塑性流动—冰川自身重力使其下部处于塑性状态。 塑性流动 冰川自身重力使其下部处于塑性状态。 2）滑动—底部存在冰融水的现象 滑动 底 3）破裂面—内部 破裂面 内 整体搬运
二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用
2.搬运方式： 2.搬运方式： 搬运方式 跳跃<0.5mm（70-80%）； 跳跃<0.5mm（70-80%）； <0.5mm 滚动0.5～2mm（ 20%）； 滚动0.5～2mm（〈20%）； 0.5 悬移<0.1～0.2mm（ 10%） 悬移<0.1～0.2mm（〈10%） <0.1 视风速可互相转化 搬运作用的控制因素： 搬运作用的控制因素： 1）风速 2）碎屑颗粒的湿度 3）颗粒的大小 尘暴的搬运和沉积：<0.05mm的粉砂和粘土 尘暴的搬运和沉积：<0.05mm的粉砂和粘土
二）沉积物机械搬运的方式和床沙形态
（一）碎屑颗粒在流水中的受力分析 1.有效重力（w）：颗粒受到的重力和浮力两者之差 有效重力（ ） 有效重力 2.粘结力（Pc）：由颗粒表面的水膜所造成的粘结力 粘结力（ ） 粘结力 3.水平推移力（Px）：水流作用于颗粒顺水流方向的力 水平推移力（ ） 水平推移力 4.垂直上举力（Py）：垂直向上，产生原因： Py 垂直上举力（ ） 垂直向上，产生原因： 垂直上举力
尤尔斯特隆图解
两条曲线： 两条曲线： 开始搬运曲线 继续搬运曲线 三个区： 三个区： 剥蚀区， 剥蚀区，搬运区和沉积区 三个段： 三个段： 砾级 难搬易沉 山区d>2mm，V
大，V继大，∆V＝V开—V继，小。
搬运和沉积的决定因素 粒径和流速
剥蚀区
搬运区
沉积区
开
粉砂和泥级 易搬难沉 深水
d<0.01mm，V开大，V继很小， ∆V很大，
沉积物发生物质搬运和沉积作用的介质（搬运介质） 沉积物发生物质搬运和沉积作用的介质（搬运介质） ------流水、 ------流水、风（大气）、冰川 流水 大气）、冰川 ）、 搬运动力 ： --------风 重力、流水、波浪、 --------风、重力、流水、波浪、潮汐 --------流体 --------流体
雷诺数（ 雷诺数（Re, Reynolds
numbers
）--判断层流和紊流的参数 判断层流和紊流的参数
惯性力与粘滞力之间的关系， 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 ＝惯性力 粘滞力 粘滞力＝ ＝ Re＝1± 层流、Re＝1～40 临界流、Re > 40 紊流 ＝ ± 层流、 ＝ ～ 临界流、 流速 流面 扬举力 剪切力 搬运能力 分布 层流 紊流 小 大 稳定 变化 小 大 小 大 弱 强 下 上
一、流体的几个基本概念和基础知识
一）牛顿流体和非牛顿流体 内摩擦定律
在温度不变的条件下，随着流速梯度变化， 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常数。 粘滞系数/运动粘滞系数始终保持一常数。 服从内摩擦定律——牛顿流体 牵引流 （ 含少量泥 牛顿流体—牵引流 服从内摩擦定律 牛顿流体 牵引流（ 砂的流水：河流、波浪流、潮汐流、大气流等） 砂的流水：河流、波浪流、潮汐流、大气流等）。 不服从内摩擦定律——非牛顿流体---重力流（浊流、 非牛顿流体---重力流（浊流、 不服从内摩擦定律 非牛顿流体---重力流 泥石流、风暴流、狂风流等） 泥石流、风暴流、狂风流等）。
水体浮力（已计算在有效重力中） ①水体浮力（已计算在有效重力中）； 颗粒上下因流速差而引起的压力差； ②颗粒上下因流速差而引起的压力差； 紊流中存在涡流的扬举作用/上举涡力 ③紊流中存在涡流的扬举作用 上举涡力
——紊流的上举力大于层流。
Pc W
Px
（二）沉积物的搬运方式、载荷 沉积物的搬运方式、 载荷：流体中被搬运的沉积物（ 载荷：流体中被搬运的沉积物（Load） ） 载荷量： 载荷量：单位时间内流经某一横断面的沉积物总量 搬运方式： 搬运方式： 沉积物： 沉积物： 溶解物质-----化学 溶解载荷（solutional load) 化学---溶解载荷 溶解物质 化学 溶解载荷（ 碎屑物质 滚动、跳跃搬运 推移 床沙）载荷(bed load),粗 推移（ 滚动、跳跃搬运---推移（床沙）载荷 粗 悬浮搬运——悬移载荷（suspended load）,细 悬移载荷（ 悬浮搬运 悬移载荷 ）细
三）碎屑物质在海湖水体中的搬运和沉积作用
海洋主要营力: 海洋主要营力 波浪 潮汐 近岸流 风暴流 浊流 等深流…… 等深流 湖泊主要营力: 湖泊主要营力 波浪 湖流 风暴流 浊流 ……
三、沉积物重力流的 机械搬运与沉积作用
沉积物重力流（ flow)： 沉积物重力流（sediment gravity flow)： 在重力作用下， 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。 流体。 类型： 类型： 水上重力流：岩崩、颗粒流（火山碎屑流） 水上重力流：岩崩、颗粒流（火山碎屑流） 水下重力流： 水下重力流： 泥石流、颗粒流、沉积物液化流、 泥石流、颗粒流、沉积物液化流、浊流
碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积与流速和颗粒大小的关系— 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积与流速和颗粒大小的关系 —尤尔斯特隆图解 尤尔斯特隆图解 几个概念： 几个概念： 开始搬运速度（V开）： 开始搬运速度（ 开 流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需的流速 继续搬运速度（ 继 继续搬运速度（V继）： 流水维持碎屑物质继续搬运所需要的流速。 流水维持碎屑物质继续搬运所需要的流速。 V开>V继 开 继
第二节 机械沉积物的搬运和沉积作用
风化作用的产物及其它来源的沉积物质除了少量残 留原地以外， 留原地以外 ， 大部分将进入搬运状态向沉积盆地转 移。 母岩风化：碎屑物质、新生成物质、 母岩风化：碎屑物质、新生成物质、溶解物质 生物来源：生物硬体、 生物来源：生物硬体、生物软体 深部来源：岩浆、卤水、气热液 深部来源：岩浆、卤水、 宇宙来源： 宇宙来源：陨石 -----搬运、沉积作用的类型：物理、化学、 -----搬运、沉积作用的类型：物理、化学、生物 搬运
牵引流和重力流的区别
类别 流体性质 密度 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 流水 推力、负荷力 推力、 滚动、跳跃、 滚动、跳跃、悬浮 水主动， 水主动，颗粒被动 碎屑物质、 碎屑物质、溶解物质 流速、 流速、能量减小 地形变化较小 各种类型层理 牵引流 牛顿流体 低 重力流 非牛顿流体 高（>1.08，海水比重） ，海水比重） 不分 沉积物 重力 悬浮 水被动， 水被动，颗粒主动 碎屑物质为主 能力减小转化或稀释 山前或斜坡及其下游方向 粒序/递变层理 粒序 递变层理
3.沉积作用 3.沉积作用 风速降低：障碍物--障碍堆积 风速降低：障碍物--障碍堆积 -两股风相遇
问题：在平坦的沙漠中沙丘如何形成？ 问题：在平坦的沙漠中沙丘如何形成？
沙丘形成以后， 沙丘形成以后， 起到障碍作用， 起到障碍作用， 可逐渐加高。 可逐渐加高。 沙丘的沉积： 沙丘的沉积： 砂供给充足时， 砂供给充足时， 迎风面和背风 面均发生沉积 不足时， 不足时， 迎风面侵蚀 背风面沉积