第二章-沉积物的搬运和沉积作用.ppt

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1、第二章沉积物的搬运和沉积作用（Transportationandsedimentationofsediment）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第二节流体的一些基本知识和概念1.牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体（Newtonianfluid）——服从牛顿内摩擦定律的流体。非牛顿流体（Non-Newtonianfluid）——不服从牛顿内摩擦定律的流体。作为碎屑物质搬运和沉积的流体，

2、自然界存在两种基本类型，即牵引流和沉积物重力流。2.层流、紊流和雷诺数层流（laminarflow）——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（turbulentflow）——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。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（ReyonoldsNumbers）雷诺数(Re)=惯性力/粘滞力=V2d2ρ/Vdμ=Vdρ/

3、μV—水的流速，d—颗粒直径，ρ—水的密度，μ—动力粘滞系数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)自然界中绝大数水体是紊流运动3.急流、缓流和佛罗德数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佛罗德数(FroudeNumbers)(Fr)：佛罗德数v是平均流速，h是水深Fr=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

4、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。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、逆行沙丘、流槽和凹坑。第三节机械搬运和沉积作用一、牵引流的机械搬运和沉积作用牵引流(Tractioncurrent)—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（一）水流的机械搬运和沉积作用1.水流中碎屑颗粒的搬运作用

5、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）：水体浮力；颗粒上下存在的流速差所引起的压力差；涡流中的上举力D粘结力（Pc）（2）搬运方式A推移搬运（滚动搬运和跳跃搬运）B悬浮搬运(悬移搬运)C溶解搬运碎屑物质在静水中下沉情况可用斯托克实验公式表示(G.G.Stokes，1850)：(适用于粒径<0.1mm的球形颗粒)其中：V—颗粒下沉

6、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)V=gr22.碎屑物质在流水中的沉积作用机械沉积作用：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。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颗粒半径平方成正比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

7、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。尤尔斯特隆图解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。经森德伯格(Sundborg，1956)修改过的尤尔斯特隆图解沃克(Walker，1975)的图解当流动强度为P时，它所能滚动的砾石最大粒径为8cm，同时所悬浮的颗粒最大粒径为2.2mm。当流动强度略小于P时，可使粒径为8cm和2.2mm的砾石同时沉积，从而形成双众数的砾岩。当流动强度在P附近反复变动时，则可能形成粗、细砾石沉积的互层，其平均粒