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1、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，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、溶解物质 生物来源：生物硬体、生物软体 深部来源：岩浆、卤水、气热液 宇宙来源：陨石 -搬运、沉积作用的类型：物理、化学、生物,沉积物发生物质搬运和沉积作用的介质（搬运介质） -流水、风（大气）、冰川 搬运动力 ： -风、重力、流水、波浪、潮汐 -流体,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，动力粘滞系数/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（
2、含少量泥砂的流水：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、泥石流、风暴流、狂风流等）。,牵引流和重力流的区别,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 2.粘结力（Pc）：由颗粒表面的水膜所造成的粘结力 3.水平推移力（Px）：水流作用于颗粒顺水流方向的力 4.垂直上举力（Py）：垂直向上，产生原因： Py 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； Pc Px 紊流中存在涡流的扬举作用/上举涡力 W 紊流的上举力大于层流。,（二）沉积物的搬运方式、载荷
3、载荷：流体中被搬运的沉积物（Load） 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： 沉积物： 溶解物质-化学-溶解载荷（solutional load) 碎屑物质 滚动、跳跃搬运-推移（床沙）载荷(bed load),粗 悬浮搬运悬移载荷（suspended load）,细,（三）福劳德数（Fr）与床沙形态 1.佛罗德数（Fr）-判断水流状态的参数 Fr惯性力/重力（V2/l）/gV2/（lg） 标志惯性力与重力之间的关系、描述流体的运动强度 明渠水流：河流、湖泊、海洋中的牵引流无压流 Fr1：缓流，水深流缓上部流动体制，低流态 Fr1：临界流，过渡流态 Fr1：急流，水浅流急下
4、部流动体制，高流态 2.床沙（bed）形态（底形）-bedform -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： 无颗粒运动的平坦床沙-沙纹-沙浪-沙丘-过渡型-平坦底床-逆行沙丘-槽、坑,（四）层流、紊流和雷诺数 两种流动型态层流与紊流/涡流 层流 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，流体质点运动轨迹极不规则，彼此掺混。 层流 紊流,雷诺数（Re, Reynolds numbers ）-判断层流和紊流的参数 惯性力与粘滞力之间的关系，描述流体的流动状态 Re惯性
5、力/粘滞力V2d2/VdVd/ Re1 层流、Re140 临界流、Re 40 紊流 流速 流面 扬举力 剪切力 搬运能力 分布 层流 小 稳定 小 小 弱 下 紊流 大 变化 大 大 强 上,自然界中流水多为紊流，使沉积物得以搬运，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 1。碎屑颗粒的搬运、沉积作用的条件 受力分析： 动力：上举力：流速、水深 水平推力：大小、密度 -流速、颗粒大小 -尤尔斯特隆用图解方式定量表示了颗粒大小、流速与搬运、沉积的关系 -尤尔斯特隆图解,上举力,水平推力,阻力,有效重力,碎屑颗粒在流水中的搬运和沉
6、积与流速和颗粒大小的关系尤尔斯特隆图解 几个概念： 开始搬运速度（V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（V继）： 流水维持碎屑物质继续搬运所需要的流速。 V开V继,尤尔斯特隆图解,两条曲线： 开始搬运曲线 继续搬运曲线 三个区： 剥蚀区，搬运区和沉积区 三个段： 砾级 难搬易沉 山区d2mm，V开大，V继大，VV开V继，小。 粉砂和泥级 易搬难沉 深水 d0.01mm，V开大，V继很小， V很大， 砂级 易搬易沉 跳跃 分布最广 0.12mm，V开最小，V继中等， V不大。,剥蚀区,搬运区,沉积区,搬运和沉积的决定因素粒径和流速,2.碎屑颗粒在流水中的沉积作
7、用 斯托克实验公式： V=(2(d1-d2)/(9)*gr2 适用于静水、室温、r0.1mm 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30m约2小时，细粘土则需要1年；下沉30004000m，极细砂需要10天，细粘土需要100年。,二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用,特点： 1）风只搬运碎屑物质 2）搬运能力小，只搬运细颗粒，相同速度，搬运能力只有流水1/300。 3）颗粒分选、磨圆好，常具霜面、棱面。 4）作用空间大,二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用,2.搬运方式： 跳跃0.5mm（70-80%）； 滚动0.52mm（20%）； 悬移0.10.2mm（10%） 视风
8、速可互相转化 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,3.沉积作用 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？,沙丘形成以后， 起到障碍作用， 可逐渐加高。 沙丘的沉积： 砂供给充足时， 迎风面和背风 面均发生沉积 不足时， 迎风面侵蚀 背风面沉积,三)碎屑物质在海湖水体中的搬运和沉积作用,Question: 流水搬运的碎屑物质最终都要流入海洋、湖泊，那么是否这些物质流入海洋、湖泊中就立即发生沉积呢？ 海洋、湖泊中除了流水搬运来的碎屑物质外，是否还有其它来源的碎屑物质呢？,三）碎屑物质在海湖
9、水体中的搬运和沉积作用,海洋主要营力: 波浪 潮汐 近岸流 风暴流 浊流 等深流,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（sediment gravity flow)： 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。 类型： 水上重力流：岩崩、颗粒流（火山碎屑流） 水下重力流： 泥石流、颗粒流、沉积物液化流、浊流,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%，在地质历史中的一些时期地球上曾有广泛的冰川分布。 特点： 1.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
10、3.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。 2）滑动底部存在冰融水的现象 3）破裂面内部 整体搬运,4.沉积作用： 冰川消融，碎屑沉积-冰碛物。 特点： 1）混杂堆积，没有分选和磨圆 2）冰川擦痕，特征“丁”字痕、“V”形刻蚀坑。,五、碎屑颗粒在搬运和沉积作用中变化,1.矿物成分 不稳定组分减少，稳定组分增加 2.粒度（颗粒大小） 变细，分选变好 3.颗粒形状 圆度与球度变好,第三节 溶解物质的搬运和沉积作用 化学搬运和沉积作用,搬运物质：溶解物质及部分新生成物质 搬运方式：胶体溶液或真溶液 Al、Fe、Mn、Si的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运； Ca、Na、Mg的盐类
11、则常呈真溶液搬运,（一）胶体溶液的特点 受重力影响极其微弱； 扩散能力很弱； 类型有正负之分 正胶体，表面带正电荷，如Fe、Al含水氧化物胶体； 负胶体，表面带负电荷，如Si、Mn氧化物，Pb、Cu硫化物； 具有吸附现象,一、胶体溶液物质的搬运与沉积,一、胶体溶液物质的搬运与沉积,（二）胶体溶液稳定的因素搬运 布朗运动可抗衡重力作用，不使胶粒下沉。 同种电荷的胶粒之间的排斥力。 扩散层和双电子层中反离子和溶剂的亲和作用，形成的溶剂化膜，缓冲和阻碍粒子的碰撞。 溶解物质就可以胶体溶液的形式被搬运走。,（三）促使胶体聚集和沉淀的因素沉积原因 正负胶体相遇“相互聚沉”。SiO2胶体同氢氧化铝胶体相遇
12、后电荷中和，形成如高岭石沉淀。 电解质作用-不同名电荷（电解质）与胶粒电荷中和，胶体降低电动电势，失去稳定性而凝聚。海水有大量电解质，河流携的胶体与其相遇，形成凝胶沉淀，三角洲和海岸常见大量粘土及氧化铁胶体沉积物，还能凝集成铁、铝、锰巨大沉积矿床。 蒸发作用一方面促使胶体浓度增加，胶粒间的碰撞机会增加，另一方面也增大了胶体溶液中电解质的浓度。 穿透能力较强的辐射线-如带负电荷的射线可使正胶体凝聚。 溶液的pH和Eh值变化-胶体沉淀时都有一定的pH和Eh值。高岭石在酸性介质(pH6.66.8)中发生凝聚，蒙脱石在碱性介质(pH=7.8)中凝聚。 温度增加，剧烈振荡，大气放电，毛细管作用等。,（四
13、）胶体沉积物的特点 呈贝壳状断口。 陈化脱水出现收缩裂隙，易敲击成尖棱角状碎块。 常呈钟乳状、肾状、豆状。 孔隙度较大，吸收性较强。 巨厚层、透镜状、结核状产出。 化学成分常不固定。常吸附不定量的水分、有机质及各种金属元素，,二、真溶液物质的搬运和沉积作用,真溶液物质：母岩风化产生的Cl、S、Ca、Na、Mg、K等还包括部分Fe、Mn、Al和硅。 真溶液物质搬运及沉积作用的根本控制因素是溶解度。 溶解度大，易搬难沉；反之，难搬易沉。,除溶解度外，其它影响因素 1.介质的酸碱度（pH值） （1）某些溶解物质的溶解度随pH值增大而变化 酸性介质条件下，SiO2沉淀而CaCO3溶解， 碱性介质中则相
14、反。 （2）随pH值变化，某些溶解物质沉淀形式不同。 如：AI在pH=4-10时最稳定，发生Al（OH）3沉淀 pH4、10时则易溶解,2.介质的氧化还原电位（Eh值） Eh值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大。铁、锰氧化条件呈高价赤铁矿、软锰矿沉淀；弱氧化弱还原形成海绿石、鲕绿泥石；还原条件低价菱铁矿、菱锰矿。强还原则生成黄铁矿、硫锰矿。低价铁、锰矿物溶解度比高价大数十数千倍，易搬难沉。,3.温度和压力 （1）一般物质的溶解度随温度升高而增大。 （2）压力对溶液中CO2含量影响很大。 4.溶液中CO2的含量 碳酸盐的沉淀和溶解度有很大的影响。 CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)
15、2。Pco2升高，即CO2浓度增高，平衡向右移动，CaCO3溶解，反之，向左移动CaCO3沉淀。 水中CO2含量与温度、压力有关。 5.其它：气候、蒸发作用,第四节 生物的搬运和沉积作用,生物作为一种搬运营力意义较小，沉积作用意义重大。 藻类和细菌等微生物沉积作用巨大，不仅数量多、分布广、繁殖快、适应性强，而且在地质历史上,其它生物还没有大量出现前就参与沉积作用。叠层石与藻类有关，早在25亿年前太古代末就有叠层石。 一、直接作用生物遗体直接堆积成岩或沉积矿床 光合作用或吸取养料形成有机体，吸取介质中钙、磷、硅无机盐通过生物分泌作用形成外壳和骨骼。 有机质部分埋藏下来经生物化学演化，可形成石油、天然气、煤以及油页岩等。 无机的生物外壳和骨骼经富集堆积后可形成岩石或矿床，如生物骨骼石灰岩、生物磷块岩、硅藻土、白垩等。有些生物原来就营群体生活，在生活过程中通过生物分泌作用以及生物粘结作用形成坚固骨架，不需要经过成岩作用就能直接成为岩石，如礁灰岩。,第四节 生物的搬运和沉积作用,二、间接作用 1.生物化学沉积作用 是指生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质物理化学环境变化，使某些溶解物质沉淀，或由于有机质吸附作用使某些元素沉积。生物产生大量H2S、NH3、CH4、O2等气体或吸收
