沉积岩形成及演化

深海盆地的浊流
2、层流、紊流与雷诺数
自然界任何流体按其流动特点可分为层流和紊流（或称湍流）两种 流动形态。 层流是一种缓慢流动的流体，流体质点作有条不紊的、平行的线状 运动，彼此不相掺混。紊流是一种充满了漩涡的湍急流动的流体，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， 彼此互相掺混。
第二、斯托克(G.G. Stokes, 1850)的实验表 明，除碎屑颗粒的粒径外，颗粒的比重、形状、流 体的粘度、温度、盐度等也是影响碎屑颗粒沉积与 搬运的重要因素。即：碎屑颗粒在静水中沉降速度 与碎屑半径的平方成正比、与碎屑颗粒密度与介质 密度之差成正比、与粘度成反比。
1)碎屑在水中的沉降速度主要与颗粒的粒径有关，愈 细小的碎屑沉降速度愈小。极细砂下沉30m约需2h，而细粘 土则约需1年；如要下沉30O0一4000m，极细砂约需10d，细 粘土则约需100年。
一、搬运和沉积作用的分类
按控制因素和机理分为： 机械搬运和沉积；化学搬运和沉积； 按介质性质分为： 水的搬运和沉积； 空气(风)的搬运和沉积； 冰的搬运和沉积； 生物的搬运和沉积； 按搬运沉积的特征及控制因素分为： 牵引流的搬运和沉积 按运动特征分为流水、波浪、潮汐的； 沉积物重力流的搬运和沉积 按介质分为水体的和空气的重力流
风速大于4m/s时, 风能搬运 0.25㎜以下的碎屑
风速大于33.5m/s(12级)时, 风能搬运巨大的砾石。
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风的搬运方式（与流水相较）：
搬运方式？
搬运力不同（相同流速）？ 搬运量差异？ 搬运距离？
风的搬运方式
悬浮Βιβλιοθήκη Baidu运
跳跃搬运
滚动搬运
推移搬运
风的搬运和沉积作用
中国2002年沙尘暴
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l）同粒径颗粒开始被搬运的水流速度(始动速度)要比继续搬 运所需的流速大，开始从运动状态变为停滞沉积状态的水流速 度小于继续搬运的水流速度。这是因为始动流速不仅要克服颗 粒本身的重力，还要克服颗粒间的吸附力。
2）0.05一2mm的颗粒 所需的始动流速最小， 而且始动流速与沉积 流速相差也不大。
这说明砂粒质点在流 水中搬运时很活跃， 容易搬运，也易于沉 积，故跳跃式前进。
滚动
推移
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风的沉积作用发生的原因：
•风砂流在运行中因地面摩擦而逐渐减速；
•风砂流在遇障碍物(草丛、树丛及地形突起处)时， 风速减小；
•两股风砂流交汇处，或干燥空气与冷湿空气相遇， 气流上升，引起砂粒或尘土沉积。
风成物及风成物类型 当风速减弱时，砂粒和尘土便堆积下来，形成风积物
风成物类型
风成砂
四、风化壳及研究意义－概念 概念：残积物和经生物风化作用形成的土壤 层等在陆地上形成的不连续薄壳(层)，称为 风化壳。 风化壳的厚薄取决于岩石性质、气候和地形 等条件。
风化壳与固体矿产：如Fe、Mn、A1、Ni和粘土 矿等残余矿床，金、金刚石等残积砂矿。
风化壳与油气资源：古风化壳还是很好的储集 空间。
第二章
碎屑沉积岩的形成及演化
沉积岩原始物质形成阶段 原始物质搬运和沉积阶段 沉积物的同生作用和准同生作用阶段 沉积物成岩作用阶段 沉积岩的后生作用阶段
第二章
碎屑沉积岩的形成及演化
2.1 母岩的风化作用 2.2 碎屑物质的搬运和沉积作用 2.3 溶解物质的搬运与沉积作用 2.4 沉积后作用及其阶段的划分
二、有关流体力学的几个基本概念 1、牵引流和沉积物重力流
均是牵引流。其特征是： a) 多是从高处往低处搬运。 。 b)牵引流的流动是由介质的动力而产生的，由介质的流动牵引 (推动)沉积物运动。或者说，由介质的流动而牵引推动沉积物运 动的流体称为“牵引流”； c)是长时间持续的介质整体的流动，属正常沉积，其流速主要 与水面坡度有关； d)搬运沉积物的方式兼有悬移(载荷)、推移(载荷)(滑动、滾动 和跳跃)，且多以推移载荷(或称床砂载荷)为主； e)推力（即牵引力）的大小主要取决于流体的流速，推力越 大则能搬运的碎屑颗粒越大。而负荷力大小既取决于流体流量也 取决于流速，负荷力越大则能搬运的沉积物数量越多。推力大不 一定负荷力就大，反之亦然。
风成黄土
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沙丘的迁移与风成交错层理
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第三节 溶解物质的搬运与沉积作用
一、概述
二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用
三、真溶液物质的搬运和沉积作用
四、化学沉积分异作用
五、两种沉积分异作用的关系及其地质意义
六、生物（化学）的搬运和沉积作用
一、概述
母岩风化产物中的溶解物质，主要为Cl、S、Ca、 K、Mg、P、Si、Al、Fe等，前面的溶解度大，多呈真 溶液；后面的溶解度小，多呈胶体溶液。
三、母岩风化作用的产物（三大类）
1、碎屑残留物质 主要是指母岩的岩石碎屑和矿物碎屑。主要经机械 方式搬运和沉积，是陆源碎屑岩的主要物质成分。 2、新生成的矿物 主要是指在风化作用过程中新生成的粘土矿物以及 蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。经机械以及化学搬运沉 积，是粘土岩(铝、铁质岩)的主要物质成分。 3、溶解物质 主要是化学风化过程中被溶解的那些成分，如 Cl、 S、Ca、Na、Mg、K、以及Si、Fe、Al、P等，主要以化 学方式搬运沉积，转移至湖泊和海洋中。
四、碎屑物质在海水中的搬运和沉积 海水的运动方式
海水的运动方式
波 浪 （ 海 浪 ）
潮 汐
洋 流
浊 流
海浪（波浪）
中立带
海底强烈侵蚀 海底微受侵蚀
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潮汐
潮汐沉积
风暴
五、碎屑物质在空气(流)中的搬运和沉积
风是一种变幻无穷的流体，又是一种紊流，可挟 带大量的砂石向下风方向运动 。
风的搬运力取决于风力的大小 (即风速的大小)
(4) 碎屑物质在流水搬运及沉积过程中的分异作用
砾岩
砂岩
粘土岩
颗粒按大小分异示意图 矿物按比重分异示意图
在沉积过程中，由于不同粒度、不同比重、不同形状及不同成 分的碎屑沉积时的水流速度不同，沉降速度也各不相同，致使其沉 积的时间先后不同，沉积的场所不同而发生分异。
这种随流体流速(或流动强度)逐渐降低而按粒度由大至小、按 比重由重至轻及按形态依次沉积的现象，称为机械沉积分异。
岩浆岩和变质岩，也包括早已形成的沉积岩。 2. 物源区（母岩区）：物源（母岩）分布的地区。 3. 风化作用：是地壳表层岩石的一种破坏作用。其原
因是环境条件改变使得母岩变得不稳定而发生的碎
裂解体作用，使岩石变为松散的风化产物。这些风 化产物就是最主要的沉积岩的原始物质组分。
石质保护问题！
二、风化作用的类型
分类依据：根据风化作用的性质和原因
1、物理风化作用 风化作用 2、化学风化作用 3、生物风化作用
《普通地质学》学习内容
影响风化作用的因素——内在因素
鲍文反应系列及矿物风化作用的相对稳定性图示
低
高
形 成 温 度
抗 风 化 能 力
低
高
• 矿物的风化稳定性相差很大，一般岩浆晚期形成的矿物稳定性 较高，抗风化有力强；岩浆早期形成的矿物抗风化能力较弱。
层流
紊流
三、碎屑物质在流水中的搬运和沉积 ⑴ 碎屑物质的搬运方式（两种方式）
a、推移搬运（推移载荷）
较粗的碎屑（如砾石和砂）大都沿流水的底部呈移 动、滚动或跳跃式搬运前进。 b、悬浮搬运（悬浮载荷）
较细的碎屑（如粉沙和粘土）在流水中常呈悬浮状 态搬运。
（2）碎屑颗粒在流水中搬运与沉积的控制因素 第一、尤尔斯特隆(F. Hjulströ m, 1936)的实验 表明，颗粒的粒径和流体 的平均流速是控制搬运与 沉积的首要因素。
2)碎屑颗粒在静水中的沉速与其相对密度成正比，即颗 粒相对密度越大，其沉速也越大。自然常可见到比重较大粒 径较小的碎屑共同沉积。
3)颗粒的形态对其沉降速度也 有较大影响，假定球形颗粒的沉速 为100，则椭球形颗粒的沉速为84一 61，立方体为74，长柱体为50，片 状颗粒为80～38。由此可见，球形 颗粒沉速最大，片状颗粒沉速最小， 所以片状矿物（如白云母）常被搬 运得很远，与较细的颗粒（粉砂和 粘土）一起沉积。 4)水温、颗粒相对密度（应相 同）、颗粒表面状况（光滑程度） 等对沉降速度也有影响。 5) 斯托克公式适用静水或层流 条件，在紊流中另作别论。
c)搬运沉积物的方式主要是悬移载荷，底载荷的数量很小；
d) 搬运能力及侵蚀能力十分巨大强烈，其形成需特殊的条件， 是碎屑物质从浅水搬运至深湖或深海的主要地质营力；
e) 一般是将碎屑沉积物由浅水(高处)向深水(低处)搬运；
f)其它特征(支撑机制、分类、形成条件、沉积特征等)后述。
陆上泥石流
海底浊流
3）如果流动强度急剧减小， 则可能造成分选极差的多众数 的砾、砂、粉砂和泥的混合沉 积物。 4) 在平均粒度为7cm的砾石沉 积的孔隙中所充填的lmm大小 的砂粒，不可能是同时沉积物， 后者应是在水流强度减小后的 孔隙渗滤充填物。
（3） 碎屑物质在流水搬运过程中的变化
在搬运过程中，风化作用将继续进行，搬运距离的增加、 搬运时间的延长，碎屑的粒度将逐渐减小、圆度和球度将逐 渐变好，稳定组分的比例将逐渐增加。
⑴ 牵引流 自然界中常见的河流、海流、潮流、气流(风)等
牵引流
有如下基本特征：
⑵ 沉积物重力流 是自然界中不常见的另一种特征的流体，
a)弥散着大量沉积物的密度较高并与环境介质产生密度差，从 而在重力的作用下发生流动的流体，称为“沉积物重力流”(是密 度流的一种)；
b)是一种阵发性、事件性的底流，其流速主要与基底坡度(密 度差、厚度、阻力等)有关；
沉积岩的形成
沉积物的形成
沉积物的搬运
成岩作用
沉积岩成因复杂性的示意图
第一节
母岩的风化作用
—— 沉积岩最原始物质的形成
一、母岩、物源区、风化作用的概念
二、风化作用的类型
三、风化作用的影响因素
四、风化作用的产物
五、风化壳的概念
一、母岩、物源区、风化作用的概念
1. 母岩：是供给沉积岩原始物质成分的岩石，主要是
3）大于2mm的颗粒，始动速度大，沉积速度亦大， 其差很小，表明砾石难于被搬运而易于沉积，多以 滾滑方式搬运，不能长距离被搬运。 4）小于0.05mm的颗 粒，始动速度很大沉积 速度很小，二者差值很 大，表明其难于搬运也 难于沉积，因此细粉砂 和泥质一经搬运可随流 水长距离搬运至深湖深 海，且常可见“泥砾”。
风化壳可以恢复古地理环境及指示地壳运动
土壤层 残积层
半风化层
有些地区风化壳不发 育，基岩直接裸露在 地表。裸露在地表的 基岩称为露头。
基岩
第二节
碎屑物质的搬运和沉积作用
一．搬运与沉积作用的分类 二．流体的一些基本知识 三．碎屑物质在流水中的搬运和沉积
四．碎屑物质在海水中的搬运和沉积
五．碎屑物质在空气中的搬运和沉积
第三 沃克的研究表明，水体的流动强度及其变化速 率对碎屑的搬运和沉积也有明显影响。
1）当流动强度为P时，
它所能滚动的砾石最 大粒径为8cm，同时所 能悬浮的最大砂粒为 2.2mm。当流动强度略 小于P时，可使粒径为 8cm的砾石和2.2mm的 砂粒同时沉积，从而 可能形成双众数的砂 砾岩。
2）当流动强度在P附近反复变动时，即属持续水流时， 则可能形成砂质沉积与砾石质沉积的互层，其平均粒 度应分别为2.2mm与8cm左右。
蛋白石
三、真溶液物质的搬运和沉积作用
是均匀的单相，分子半径大小在10-9nm以下 。通常把这种体系称 为真溶液，如CuSO4溶液。
4)介质的pH和Eh对胶体沉积影响很大，如高价铁的氧化 物在pH=2～5和氧化环境中沉淀；铁的硅酸盐在pH=2～7和 氧化环境中沉淀；铁的碳酸盐和硫化物则在pH＞7和还原环 境中沉淀。 5)其它因素：生物作用、蒸发作用、射线的照射等，也 可使胶体沉积。
3、胶体沉积物
常呈钟乳状、肾状、豆状、胶冻状等， 具贝壳状断口；多为含水矿物，含水 量很不固定；化学成分也不够固定； 常具离子交换性及吸附性；也常失水 干裂老化或重结晶。
二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用
1、胶体及其特性
胶体溶液是指一定大小的（1～100nm）固体颗粒和 化合物分散在溶媒（自然界中就是水）中形成的溶液。
2、胶体的搬运沉积规律
1)任何物质，不论以何方式，成为1-100nm的 质点在水体中均可成为胶体，胶体一经形成即可 随水体搬运直到胶体被破坏沉积为止； 腐殖酸胶体的存在有利胶体的稳定，有利于 搬运； 2)不同名电解质的加入，可使电荷中和，从而 使胶体质点发生凝聚而沉积； 3)异名胶体的相互混合可使电荷中和而发生沉 淀；