碎屑的搬運(1)

1、風化作用的產物及其它來源的沉積物質少量殘留原地 大部分將進入搬運狀態(tài)向沉積盆地轉移。大部分將進入搬運狀態(tài)向沉積盆地轉移。介質搬運能力減弱，無力攜帶所搬運的沉積物介質搬運能力減弱，無力攜帶所搬運的沉積物沉積沉積 沉積下來的沉積物沉積下來的沉積物 長期固定下來不再移動，長期固定下來不再移動， 地殼上升，侵蝕基準面下降，流體流速加快地殼上升，侵蝕基準面下降，流體流速加快重新發(fā)生侵蝕并被重新發(fā)生侵蝕并被再次被搬運再次被搬運沉積物在搬運中仍會發(fā)生機械破碎和化學分解沉積物在搬運中仍會發(fā)生機械破碎和化學分解新礦物新礦物 介質搬運能力減弱，無力攜帶所搬運的沉積物介質搬運能力減弱，無力攜帶所搬運的沉積物沉積沉積

2、 沉積下來的沉積物沉積下來的沉積物 長期固定下來不再移動，長期固定下來不再移動， 介質搬運能力減弱，無力攜帶所搬運的沉積物介質搬運能力減弱，無力攜帶所搬運的沉積物沉積沉積 沉積下來的沉積物沉積下來的沉積物 物質搬運和沉積的方式：物質搬運和沉積的方式：機械搬運和沉積：機械搬運和沉積：被搬運的物質被搬運的物質碎屑物質、新生碎屑物質、新生成礦物成礦物搬運方式搬運方式滑動、滾動、跳躍和懸浮滑動、滾動、跳躍和懸浮?；瑒印L動。滑動、滾動和跳躍又稱和跳躍又稱推移搬運或床沙搬運推移搬運或床沙搬運；懸浮搬運又稱；懸浮搬運又稱懸懸移搬運移搬運?；瘜W搬運和沉積：化學搬運和沉積：被搬運物質被搬運物質溶解物質溶解物質

3、搬運方式搬運方式真溶液真溶液、膠體溶液膠體溶液或或絡合物絡合物。生物搬運和沉積：生物搬運和沉積：被搬運物質被搬運物質溶解物質、內源粒溶解物質、內源粒屑物質及部分粘土物質屑物質及部分粘土物質 搬運方式搬運方式生物生理作用生物生理作用、生物物理作用生物物理作用、生物化、生物化學作用。學作用。 考察實際流體時，我們可以設想將流體的一小部分與其他部分分割開來，然后考察作用于其上的各種力，跟蹤它的運動過程，并了解這些力是如何起作用的為使分析更加具體，我們可以(當然是在極為夸大的情況下)將此種質點設想成一立方體作用于此立方體上的力有許多種，但可歸納為體積力和表面力； (1)體積力(超距作用) 重力 電力

4、電磁力 (2)表面力(直接接觸作用) 法向應力(壓力) 剪切力或切向應力(粘性摩擦力) 補充內容補充內容 當不同流體單元之間或流體與固體之間存在相對運動時，就有剪應力出現(xiàn)剪應力的產生，是由于實際流體都具有粘性，即具有“稠密性”，有抗拒形變的能力，流體質點能夠發(fā)生明顯的形變，甚至比泡沫橡皮之類物質還容易變形但象橡皮一樣，流體質點也會抵抗形變，固體的抵抗力取決于形變量，而流體的抵抗力取決于形變速率，代表抵抗能力大小的特性稱為粘性。牛頓內摩擦定律 對于運動的流體，當流體質點間存在相對運動時，由于流體的粘性作用，在流體內部流層之間會出現(xiàn)成對的切力，稱為內摩擦力。 17世紀牛頓通過牛頓平板實驗研究了流體

5、的粘性。下圖即為牛頓平板實驗裝置，下板固定，上板可動，且平板面積有足夠大，可以忽略邊緣對流體的影響。其中h h為兩平板間的距離，為兩平板間的距離，A A為平板面積。為平板面積。 若對上板施加力若對上板施加力F F，并使上板以速度，并使上板以速度U U保持勻速直線運保持勻速直線運動，則內摩擦力動，則內摩擦力T = FT = F。通過牛頓平板實驗得出：。通過牛頓平板實驗得出： 因流體質點粘附于固體壁上，故下板上流體質點的速度為因流體質點粘附于固體壁上，故下板上流體質點的速度為零，緊貼上板的液體質點速度為零，緊貼上板的液體質點速度為U U。當。當h h及及U U不太大時，板不太大時，板間沿法線方向的

6、點流速可看成線性分布，即：間沿法線方向的點流速可看成線性分布，即：hAUT yhUuydyduhU 所以，內摩擦力為：所以，內摩擦力為：此式即為牛頓內摩擦定律公式。其中：此式即為牛頓內摩擦定律公式。其中： 為動力粘度，為動力粘度，表征流體抵抗變形的能力，它和密度的比值稱為流體的表征流體抵抗變形的能力，它和密度的比值稱為流體的運動粘度運動粘度 。 在運用牛頓內摩擦定律公式時應注意在運用牛頓內摩擦定律公式時應注意: :此式不僅適用于液體，也適用于氣體。此式不僅適用于液體，也適用于氣體。此式表明，流體內有相對運動時，流體內就會產生內摩此式表明，流體內有相對運動時，流體內就會產生內摩擦力來抗拒此相對運

7、動。擦力來抗拒此相對運動。切應力切應力的大小與流體的粘性以及沿運動垂直方向上的的大小與流體的粘性以及沿運動垂直方向上的速度梯度速度梯度du/dydu/dy成正比。成正比。dyduAhUAAT一、流體的基本知識1.1.牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體和非牛頓流體 內摩擦定律內摩擦定律 在溫度不變的條件下，隨著流速梯度變化，動力粘滯系數(shù)/運動粘滯系數(shù)始終保持一常數(shù)。 2.層流、紊流和雷諾數(shù) 層流和紊流層流和紊流的力學性質及對沉積物的搬運的力學性質及對沉積物的搬運和沉積特點是不同的。和沉積特點是不同的。 紊流紊流不僅具粘滯切應力，而且還有流體質不僅具粘滯切應力，而且還有流體質點的紊亂流動而引起的附加切應

8、力點的紊亂流動而引起的附加切應力( (或稱或稱慣性切應力慣性切應力) )。而。而層流層流只有粘滯切應力。只有粘滯切應力。因此紊流的搬運能力要強于層流。因此紊流的搬運能力要強于層流。紊流還紊流還有揚舉作用，這是使沉積物呈跳躍和懸浮有揚舉作用，這是使沉積物呈跳躍和懸浮的主要因素。的主要因素。層流的意義？3. 緩流、急流和佛勞德數(shù) 明渠中由于流速與波速的比值不同而出現(xiàn)的兩種不同性質的水流形態(tài)。流速小于波速，外界干擾引起的水面波動能逆流上傳的水流稱為緩流緩流。緩流緩流水勢平穩(wěn)，遇到底部障礙物時水面下跌。流速大于波速，外界干擾引起的水面波動不能上傳的水流稱為急流急流。急流急流水勢湍急，遇到底部障礙物時水

9、面隆起，一躍而過（圖1）。 在水力學中用佛勞德數(shù)來衡量： 在沉積學范疇中牽引流是最常見的，例如，含有少量沉積物的流水(包括河流、海流、波浪流、潮汐流以及六十年代中期提出來的等深流等)和大氣流。 隨著流體中碎屑顆粒數(shù)量的不斷增加，逐漸向著重力流過渡，例如，水中濃集有大量沉積物的濁流、泥石流等都屬沉積物重力流。 牽引流和沉積物重力流在流體力學性質、沉積物的搬運方式和驅動力、流體與沉積顆粒之間的力學關系等方面都有顯著差異，亦即它們的沉積機理是不一樣的，從而形成的沉積物也有各自的特點。二、碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積作用 碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積，主要與水的流動狀態(tài)關系密切，是層流還是紊流，是急流

10、還是緩流；還與碎屑顆粒本身特點，如大小、比重、形狀等有關。 碎屑顆粒由靜止狀態(tài)進入運動狀態(tài)時的臨界水流條件稱作碎屑顆粒的起動條件。碎屑顆粒所以能起動是由于促使顆粒運動的力超過了阻止顆粒運動的力，因此要研究起動條件必須首先分析顆粒在水中的受力狀況，由于受力狀況不同，可出現(xiàn)滑動、滾動、跳動和懸浮的各種搬運方式。1. 碎屑顆粒在水中的受力分析碎屑顆粒在水中的受力分析2. 碎屑顆粒的搬運方式及特點碎屑顆粒的搬運方式及特點當當Px WPy時，碎屑顆粒開始時，碎屑顆粒開始滑動滑動；當當Pxl1+Pyl2Wl3時，碎屑開始時，碎屑開始滾動滾動；當當PyW，碎屑開始碎屑開始跳躍跳躍；細小的顆粒細小的顆粒Pc較

11、大，一旦脫離床底，由于較大，一旦脫離床底，由于W較小，較小，則很難下沉，則進入則很難下沉，則進入懸浮懸浮狀態(tài)。狀態(tài)。3.機械沉積作用 處于搬運狀態(tài)的碎屑物質，在一定的條件下，主要是當流水的動力不足以克服碎屑的重力時，碎屑物質就會沉積下來。斯托克公式只有在靜水或層流條件下才適用。斯托克公式只有在靜水或層流條件下才適用。斯托克公式是在假定顆粒為球形的情況下求得的，斯托克公式是在假定顆粒為球形的情況下求得的，假如顆粒不是球形，其沉速有所不同。實驗證明，假如顆粒不是球形，其沉速有所不同。實驗證明，假設球形顆粒的沉速為假設球形顆粒的沉速為100100，則橢球形顆粒的沉速，則橢球形顆粒的沉速為為84846

12、161，立方體為，立方體為7474，長柱體為，長柱體為5050，片狀顆粒為，片狀顆粒為80803838；碎屑顆粒在靜水中下沉速度與其相對密度成正比；碎屑顆粒在靜水中下沉速度與其相對密度成正比； 碎屑物質在流水中的搬運和沉積，流速和顆粒大小之間的關系最為關鍵。4.4.搬運過程中碎屑物質的變化搬運過程中碎屑物質的變化在某一沉積環(huán)境（或某一地段）中，當流入水動在某一沉積環(huán)境（或某一地段）中，當流入水動力大于流出水動力時，在該環(huán)境中沉積下來的最力大于流出水動力時，在該環(huán)境中沉積下來的最大和最小碎屑的粒徑，將分別對應于流入和流出大和最小碎屑的粒徑，將分別對應于流入和流出的水動力，更大的碎屑不會被帶入，更小的碎屑的水動力，更大的碎屑不會被帶入，更小的碎屑則會被帶出該環(huán)境，也就是說，只有一定粒度范則會被帶出該環(huán)境，也就是說，只有一定粒度范圍的碎屑才會在該環(huán)境中沉積或靜止下來。圍的碎屑才會在該環(huán)境中沉