2022《沉积盆地成因学》复习资料 《沉积盆地成因学》复习资料 一、岩石与岩石圈变形 1、区分体力（body force）、面力（surface force）和应力（stress） 体力（body force）在固体内处处存在，与其体积或质量呈正比，又称质量力地球引力引起的重力和地球自转引起的惯性力是岩石圈中岩石受到的两种最重要的体力 面力（surface force）作用于物体的外表面，又称接触力面力的大小与受力表面积和表面的方向相关水平表面上受到的垂直面力随深度呈线性增加 应力（stress）是在体力或面力作用下引起的，是作用在物体内或表面单位面积上的力垂直表面的为正应力（σ），平行表面的为剪应力（τ） 2、什么是静岩压力？ 地质学中常用静岩压力来描述地下深处岩石纯粹由于上覆岩层重量引起的应力状态，它造成对底面A的垂直压应力为：σ1= ρgh 3、目前有几种地壳均衡模型？Platt模型与Airy模型差别是什么？ 20世纪初，J. F. 海福德、海伊斯卡宁（W. A. Heiskanen）和韦宁·迈内兹（F. A. Vening Meinesz）等人进一步完善了普拉特和艾里的假想，形成3种地壳均衡学说：普拉特-海福德模型、艾里－海伊斯卡宁模型和韦宁·迈内兹模型。
4、影响岩石变形的因素有哪些？各自会对岩石变形发生怎样的影响？这些因素在岩石圈变形中会发生作用吗？ (1)影响岩石变形的因素 外界因素：围压：围压增大，岩石的强度极限增大，韧性增大 T-P联合作用！ 缓慢的永久性变形，称为蠕变 内部因素：各向异性：各种面理会成为先存薄弱面，岩石的极限强度会随主应力轴与各向异性构造的方位变化而变化 (2)有三个参数决定了岩石发生脆性变形或韧性变形：压力、温度和应变速率 5、区分Byerlee定律和内维尔-库仑破裂准则 脆性破裂的发生取决于正应力N何时超过岩石内潜在摩擦阻力F，二者的比值等于摩擦系数（f），或内摩擦角的正切（tan?）：F/N = f = tan? Byerlee（1978）通过一系列实验后发现，在应力很低时，摩擦系数会因材料而不同，在应力为5-100 MPa时，摩擦系数与材料间对比关系变差，而当正应力超过200 MPa后，摩擦系数不再材料相关，有：F = aN + b这就是著名的Byerlee定律在压力>2kbar（200MPa）时，系数a和b分别为0.6和0.5 kbar。
Byerlee 定律的形式与内维尔-库仑破裂准则（Nevier-Coulomb failure criterion ）相同：τc= σtan ? + C式中τc为破裂的临界剪切应力，σ为正应力，?为内摩擦角，C为正应力等于零时岩石的强度，称粘度 6、什么是地温梯度？怎样确定一个地区的地幔热流？ 地温梯度:温度随深度的变化 地幔热流的获取： 一种办法是根据实测大地热流值和已知的岩石生热率，由热流（Q ）及岩层放射性生热率（A）之间的线性关系Q = Qm + D A 回归计算得到 另一种办法是建立研究区分层地壳模型，逐层计算放射性元素衰变产生的热量Qi ，然后 累加得到地壳热流值（Qc = Qi ），再由Qm = Q - Qc得到地幔热流值 二、形成沉积盆地的主要物理过程 1、Ingersoll & Busby（1995）归纳的7种盆地沉降机制是什么？ 伸展作用、剥蚀或岩浆房萎缩导致的地壳减薄； 下地壳和上地幔的冷却； 地壳和岩石圈的沉积和火山物质负载； 地壳和岩石圈的构造负载； 岩石圈板底垫托作用导致的壳下负载； 因岩石圈下潜而导致软流圈动力流动； 高压相变导致的地壳密度增大。
2、岩石圈拉张会形成哪些类型的沉积盆地？它们的演化过程有什么异同点？ (1)岩石圈拉张形成盆地的典型特征：裂谷 裂谷盆地的典型特征： 地壳减薄，地幔隆起; 高热流（90-110 mWm-2） ;火山活动; 地貌高地重力负异常; 正断层±走滑断层 (2)岩石圈拉张形成盆地的典型特征：坳拉槽 (3)岩石圈拉张形成盆地的典型特征：被动大陆边缘 被动大陆边缘盆地的典型特征： 覆盖在裂谷盆地上，二者往往为不整合接触 拉张规模大，一般50-150km，可达400-500km 生长断层发育，具重力垮塌现象 正常热流±火山活动 沉积物可多（nourished margin）可少（starved margin） 裂谷盆地和被动大陆边缘的发育过程有两个共同点： 一是地壳发育脆性断裂与拉张，造成张性断裂带和断裂控制的沉降， 二是岩石圈韧性拉张后的热松弛，导致区域性的裂后沉降 3、什么是拉张因子？它受什么因素控制？怎样估算拉张因子？ β为拉张因子，是拉张前地壳或岩石圈的厚度（yo）与拉张后地壳或岩石圈的厚度（yt）之比：β= yo / yt 控制因素:对盆地沉降历史的分析可以估算地壳的拉张因子和拉张速率。
White（1994）和Newman &White（1999）考察了2195组裂谷盆地数据后提出，拉张因子与最大应变速率有关 Newman & White（1999）通过数值模拟计算指出，初始应变速率是重要的控制因素初始拉张速率很大时，岩石圈会完全裂开，应变速率开始时会因岩石圈变薄而增大，然后会因岩石圈冷却而减小初始拉张速率小时，岩石圈冷却为主控因素，使拉张速率逐渐减小应变速率高时，裂谷过程在热损失之前就完成了，而且应变速率会随时间而增加，因为同样的驱动力施加在不断减薄的岩石圈上 应变速率低时，裂谷初期，由于岩石圈的减薄效应，应变速率会增大，但随后由于岩石圈地幔的冷却越来越显著，应变速率会越来越 小，直至停止（小于10-17s-1） 初始应变速率的大小还决定了拉张停止时间的早晚（拉张持续时间的长短），初始应变速 率大，拉张持续的时间就短，初始应变速率小，拉张持续的时间就长 4、岩石圈挠曲会形成哪些类型的沉积盆地？ 岩石圈挠曲是具有限强度的岩石圈在受到外部力时发生的长波长弯曲，会造成沉降或隆起挠曲盆地主要有两类，一是海沟（大洋岩石圈挠曲），一是前陆盆地（大陆岩石圈挠曲） 海沟的典型特征： 大洋岩石圈挠曲程度大，高度弯曲，剖面不对称，向陆一侧陡，向洋一侧缓。
海沟的水深为2-4km，波长为50-100km 海沟多为饥饿盆地，少数被充填，取决于是邻近适当的物源 在海沟内及加积楔上，自由空气重力异常是负的两侧为正异常 前陆盆地的典型特征： 长轴平行于构造带走向分布，横剖面具不对称结构，靠近造山带或岩浆弧一侧深度大 前陆盆地是同造山的形成的，靠近强烈剥蚀的物源区，充填了巨厚的同造山沉积物 盆地具负的布格重力异常 大陆岩石圈挠曲地区的热流基本是正常的 5、岩石圈挠曲盆地的构造要素是什么？怎样用薄板挠曲模型去解释挠曲盆地形成过程中的应力平衡状态？ 挠曲盆地构造要素包括负荷、盆地和前隆 6、地幔对流会对地表地势的升降发生影响吗？长波长的大地水准面与地幔中物质的密度有怎样的对应关系？ 地幔动力过程会引起动力响应地势由地幔对流造成的地壳表面垂向位移的高差被称为动力响应地势（Richard & Hager, 1984）动力响应地势不同于地球表层密度差引起的重力均衡地势 长波长的水准面高区反映了上地幔中的高密度体（俯冲板块）和下地幔中的低密度体（超级大地幔柱） 三、沉积盆地的充填 1、陆源碎屑物从产生到沉积，中间经历了哪些作用过程？ 从“源”到“汇”的过程可分为三段，侵蚀段、搬运段和沉积段. 2、剥蚀作用会造成地表高度的升高吗？ 3、滑坡产生的条件是什么？ 当重力超过阻力时或临界摩擦系数等于休止角的，当坡度大于休止角时，或当摩擦系数减小时，就会发生滑坡。
4、层流和紊流的区别是什么？用什么参数可以区分此二者？ 层流（a ）是一种缓慢流动的流体，质点流动的轨迹相互平行、有条不紊，彼此不掺混 紊流（b ）是一种充满了漩涡的急湍流动的流体，质点流动的轨迹极不规则，流速和流动方向也随时改变，彼此掺混 Reynolds 根据在实验室的观测、计算，得到了区分层流和紊流的参数，Re （雷诺数）： 粘滞力惯性力==ηρuD Re 式中u 为流体的流速，D 为碎屑物颗粒直径,ρ为流体的密度，η为流体的粘度 当雷诺数大于2000时，流体发生紊流，惯性力占主导，流动阻力是速度平方的函数；当雷诺数小于2000时，流体发生层流，粘滞力占主导，流动阻力是速度的线性函数 5、使静止颗粒开始移动的临界流速与什么参数有关？写出在紊流条件下该临界流速的近似 表达式 水流使静止颗粒开始移动的临界流速表达式: gD C Z u f f s s ρρρ-==流体密度临界剪切应力* *,Cs 为无量纲数, s ρ和f ρ分别是颗粒沉积物 和流体的密度，g 是重力加速度，D 是颗粒直径 紊流条件下该临界流速的近似表达式:gD u f s )(06.0*ρρ-= 6、什么是尤尔斯特隆（Hjulstr?m ）曲线？ Hjulstr?m 做了一系列实验，揭示了要移动沉积物的临界流速与颗粒直径的关系，被后人称为尤尔斯特隆曲线。
7、自然界的流体可分为牵引流和沉积物重力流两类碎屑沉积物在牵引流中的两种搬运形式是什么？ 推移搬运（或滚动搬运），较粗的碎屑物多沿流水的底部移动，滚动或跳跃式前进 悬浮搬运（或悬移搬运），较细的碎屑物常呈悬浮状态随水流前进 8、佛罗德数（Fr ）的物理意义是什么？在沉积学中有什么应用意义？ 如果是在明渠中流动，水深为D 时，则佛罗德数可定义为： gD u Fr ==重力惯性力，u 是水的平均速度，g 是重力加速度 佛罗德数是惯性力与重力相对贡献之比 沉积学意义：可以看出，如果重力波的波长可以和水深相比拟时，即当重力波长等于水深时，此时的重力波速度等于gD ，此时Fr=1这样就提出了佛罗德数的一个重要含义，如果 Fr>1时，则由于向下游的流速大于向上游传播的速度，就不可能有向上游传播的波，因此当Fr>1时，流水的性质为急流或为超临界流动（临界上的流动），其特点是水浅急流的动态，又称为高流态；当Fr<1时所出现的则是缓流或临界下的流动，它代表的是一种水深流缓的动态，又称为低流态因此，Fr 普遍适用于碎屑物质以床沙载荷方式搬运和沉积作用的解释中，尤其是对沉积构造形成的水动力条件分析中. 9、怎样理解瓦尔索（Walther ）相律？在沉积体系分析中怎样应用瓦尔索相律？ 。