金博体育（ 2 ） 分选度 （分选性） 指碎屑 颗粒大小分布的均匀程度 。 可以反映流体的动能强度（簸选能力）和搬运距离。 牵引流对颗粒的分选作用： a 上游环境 b 沉积环境 c 下游环境 （ F 1 流入水动力 、 F 2 流出水动力。 F 1 ≧ F 2 ，分选好； F 1 和 F 2 差值越大，分选越差） （ 3 ） 圆度 碎屑棱角被磨圆的程度。 不同矿物的物化性质不同，抗磨蚀性能不同，通常根据石英的圆 滑程度，分为五级。 将 次圆 到 极圆 等级称为 砾状结构 。 将 次棱角 到 棱角 等级称为 角砾状结构 。 （ 4 ） 球度 指碎屑三维空间近球体的程度。 （ 5 ） 形状 由颗粒中 A 、 B 、 C 三个轴的相对大小决定。分为球状、 椭球状、扁球状、片状、不规则状。 （ 6 ） 孔隙 原生孔隙、次生孔隙。 （ 7 ） 支撑类型 ? 根据岩石中碎屑与填隙物 （杂基） 的支撑情况，分为 颗粒支 撑 、 杂基（基质）支撑 以及 过渡支撑 三种类型。分别称为 支撑结构和漂浮状结构。 ? 地质意义：可以反映流体的性质， 颗粒支撑（杂基含量少 或无）为牵引流 ， 杂基支撑为沉积物重力流 。 注：杂基（基质） —— 以机械方式沉积，与主体碎屑混杂堆积，充填孔 隙的细小碎屑，通常指泥和细粉砂。 （ 8 ） 成熟度 指碎屑接近理想终极状态 （ 稳定 ） 的程度。包括 成分成熟度 和 结构成 熟度。 1 ） 成分成熟度 指碎屑中 稳定碎屑成分 （石英、石英岩屑、燧石岩屑、锆石、金红石、电气石） 的含量 。含量越多，成分成熟度越高。 成分成熟度指数 （ CMI ） —— 稳定碎屑成分与不稳定碎屑成分的量比关系。 地质意义：反映沉积时的构造环境与气候条件。 成分成熟度高 ， 表明物源区沉积环境湿热温暖、大地构造稳定、剥蚀量 较少、长距离搬运、化学风化作用强烈等特征。 成分成熟度低 ， 表明物源区沉积环境寒冷、大地构造活跃、剥蚀量较 多、短距离搬运、埋藏速度快、物理风化作用弱等特征。 2 ） 结构成熟度 指碎屑结构接近理想终极状态（ 无杂基、分选极好、磨圆极好 ） 的程度。 地质意义： 一般讲，结构成熟度高金博体育，表明 物源区大地构造稳定，剥蚀埋藏缓 慢，碎屑长时间、长距离搬运、磨蚀圆度高，流体清澈，簸选能力强， 分选好，形成无杂基的颗粒支撑结构。 相反，则表明结构成熟度低。 结构成熟度分级以及与沉积环境的关系 成熟度 级别 结构特征 可能的沉积环境 圆度 分选度 杂基含量 % 极不成熟 差 差 ＞ 15 大陆泥石流、洪积物、冰磯物 不成熟 差 差 5~15 洪积物、河流、浅湖 次成熟 差 中等 ＜ 5 洪积物、河流、浅湖、风成沙丘 成熟 中等 好 ＜ 5 河流、风成沙丘、海滩 极成熟 好 好 ＜ 5 风成沙丘、海滩 四、化学搬运、沉积作用与沉积物 ? （一）胶体搬运与沉积作用 100% 胶体溶液 线% Al Fe Mn SiO 2 P 2 O 5 CaCO 3 CaSO 4 NaCl MgCl 2 溶 解 度 溶解度低的 Fe 、 Mn 、 Al 、 Si 等组分，常呈胶体形式搬运与沉积。 1. 胶体特征 （ 1 ） 质点小 。 1~100um ，大于真溶液 —— 扩散能力弱， 小于悬浮颗粒 —— 不受重力影响。 （ 2 ） 带电荷 。表面积大，吸附离子带有电荷，成为正胶体或负胶体。 自然界常见的胶体有： 正胶体 负胶体 Al(OH) 3 、 Fe(OH) 3 、 Cr(OH) 3 、 Ti(OH) 3 、 Ce(OH) 3 、 Cd(OH) 3 、 CuCO 3 、 MgCO 3 、 CaF 2 PbS 、 CuS 、 CdS 、 As 2 S 3 、 Sb 2 S 等硫 化物； S 、 Au 、 Ag 、 Pt 、 粘土质胶体、腐殖质胶体 SiO 2 、 SnO 2 、 MnO 2 、 V 2 O 5 、 （ 3 ） 吸附性强 粒度小、表面积大、具有很强的选择性吸收。 通常正胶体吸附各种酸根以及络阴离子团，负胶体常吸附各种金属 离子，例如： 粘土胶体吸附 ： Au 、 Ag 、 K 、 Hg 、 V 、 Pt 等 SiO 2 胶体吸附 ：放射性元素 Fe 胶体吸附 ： V 、 P 、 As 等 Mn 胶体吸附 ： Co 、 Cu 、 Ni 、 Ag 、 W 、 Hg 等。 ? 2. 胶体凝聚沉积以及沉积物特征 胶体凝聚沉积作用，称为 胶凝作用 或 絮凝作用 。 （ 1 ）胶体凝聚沉积原因： 1 ） 正、负胶体相遇，电性中和。 是海（湖）粘土岩形成的重要原因 之一。 如： 2Al 2 O 3 · nH 2 O+4SiO 2 · nH 2 O Al 4 （ Si 4 O 10 ）（ OH ） 8 +nH 2 O 正胶体 负胶体 高岭石凝胶体 2 ） 胶体溶液里加入电解质，电性中和。 河流携带的含有金属阳离子的负胶体与海水、湖水相遇后，沉积在三角洲地带， 脱水后成为沉积岩或沉积矿产。例如：河流搬运的 Si 、 Al 、 Fe 、 Mn 等胶体物质进入 海洋后大都在近岸地区迅速下沉。 目前世界上发现的海相沉积大型铁、锰、铝等矿床都是胶体凝聚沉积而成。 3 ） 蒸发作用 使胶体溶液浓缩，增加胶体粒子的碰撞几率，形成胶体团下沉。 如干燥气候下湖泊、河漫滩水体干涸时，泥质类的沉积，主要由此原因引起。 4 ） pH 值、 Eh 值的影响 有些胶体沉积要求具备一定的 pH 或 Eh 值，若不满足，即使有异性电荷的电解 质或胶体混合，也不发生沉淀。 例如： SiO 2 和 Al 2 O 3 胶体，在 pH 值 4.5 ～ 5.2 可中和生成高岭石，如果不满足，即 使两种胶体混合也不发生沉淀。即高岭石在酸性介质中凝聚，蒙脱石在碱性介质中 凝聚。 对于两性胶体影响显著，例如 Al(OH) 3 ，酸性环境带正电荷，碱性环境带负电 荷。 5 ） 腐殖酸的保护 自然界大量存在的腐殖酸本身易于水化，成为稳定胶粒，常与金属 氢氧化物胶体结合生成螯合物，起到“ 护胶作用 ” ，提高了金属氢氧化物 胶体的搬运能力。如河水中搬运的 Fe 、 Mn 、 Al 氢氧化物胶体以及硫化物 胶体较多，而河流中沉积的胶体沉积物较少。 ? （ 2 ）胶体沉积物特征 1 ）未脱水时呈凝胶状、冻状，成岩后具 贝壳状断口 。 2 ）脱水后具龟裂纹， 裂隙发育，敲击后碎屑易显棱角 。 3 ）呈 放射状、扇状、鲕状、肾状、以及结核状等结构 ， 重结晶后具 微晶结构。 4 ）产状常为 结核状、透镜状、层状产出 。 5 ）吸附能力与离子交换能力强，导致其 颜色、化学成分不定 。 ? （二） 真溶液搬运与沉积作用 母岩风化产物中以真溶液搬运与沉积的物质主要是溶解度高的 Cl 、 S 、 K 、 Na 、 Ca 、 Mg 等组分，常呈离子形式溶于水中。其溶解或沉淀晶出的控制因素是 溶解度 （溶度积）， 只有当离子浓度大于或等于其溶解度时，才能晶出。因此， 溶解度大的物质不容易沉淀， 溶解度小的首先沉淀。 影响真溶液搬运、沉积（溶解度）的因素较多，如 pH 值、 Eh 值、温度、压力和 CO 2 含 量等，尤其是对溶解度较小的 Si 、 Al 、 Fe 、 Mn 等的影响更为明显。 1. pH 值 （ 1 ） 溶解度随 pH 值增高而增高。 如 SiO 2 在碱性条件易溶解搬运，酸性条件易沉淀。 Fe 3+ PH ＞ 3 时沉淀。 （ 2 ） 溶解度随 pH 值增高而降低。 如 CaCO 3 弱碱性环境沉淀。 Fe 2+ PH ＞ 5.5 ～ 7 时沉淀， 其氢氧化 物在碱性条件易沉淀，酸性条件易溶 解搬运。 因此， 常见石英与方解石、 铁质矿物之间的交代 。 25 ℃时， pH 值与方解石、非晶质 SiO 2 和石英 的溶解度关系图 （ Blatt ， 1972 ） （ 3 ） 溶解度随 pH 值增高而变化。 如 Al 2 O 3 溶液 pH 值为 4 ～ 7 时沉淀，＜ 4 或＞ 7 时均不能沉淀。 2.Eh 值 主要影响变价元素（ Fe 、 Mn ）的溶解度。 氧化条件下易形成高价氧化物或氢氧化物，而还原条件下形成低价氧化物或 氢氧化物。低价化合物的溶解度高出高价化合物几百～几千倍，故 Fe 、 Mn 等变 价元素在还原条件易溶解搬运，在氧化条件易沉淀。 3. 温度 温度升降影响蒸发作用，影响 Cl 、 S 、 Na 、 K 、 Mg 等溶解度大的盐类物质的 溶解与沉淀。只有在干热、蒸发的条件下，沉积形成石膏、硬石膏、钠盐等，称 为蒸发岩。 4. CO 2 含量 主要影响碳酸盐类矿物的形成。环境温度高、压力低时，溶液中 CO 2 含量少， 溶解度小，碳酸盐类矿物易沉淀；相反，则易搬运。如泉水口碳酸盐类沉淀物的 形成。 海湖中，上部水体 CaCO 3 易沉淀晶出方解石矿物，但是，下部水体方解石则 易溶解，方解石晶出后，重力下沉将遭受溶解金博体育。使方解石全部溶解的最大可能深 度，称为 CaCO 3 补偿深度（ CCD ），其下部将没有方解石沉淀物的堆积。 注：现代海洋 CaCO 3 的补偿深度约为 4000~5000m 。 第十五章 搬运、沉积作用与碎屑物 一、概述 风化产物及其他沉积物除部分残留原地外，大部分将被搬运到沉 积盆地沉积下来。据统计，河流每年约搬运 165 亿吨物质，海洋中每 年新生成的岩石圈物质约 300 亿吨 ( 黄润秋， 1997) 。 沉积物的搬运作用和沉积作用常交替进行，并且在过程中也继续 发生着风化作用，如化学分解、机械破碎等。三个作用阶段密切联系、 又相互独立。 （一） 搬运介质 水 （河、湖、海、地下水等） 空气 （风） 冰川 生物 （二） 搬运与沉积方式 1. 机械搬运与沉积作用 对象： 碎屑、粘土以及内源颗粒 （鲕粒、生物碎屑等） 。 方式： 滑动式、滚动式、跳跃式和悬浮式。 机理： 受流体力学定理支配。 2. 化学搬运与沉积作用 对象： 化学溶解物 （真溶液、胶体） 。 方式： 真溶液、胶体或络合物形式。 机理： 受化学、物理化学定理支配。 3. 生物搬运与沉积作用 （后者大于前者） 对象： 岩石、水、大气中的元素。 方式： 光合作用、新陈代谢等形式。 机理： 受生物物理、生物化学、生物生理定理支配。 （三） 流体类型 风和水都是流体，也是搬运和沉积的主要介质。 分为： 牵引流、沉积物重力流 。 1. 牵引流 介质里含有 少量 沉积物质，在介质的推动下运动，沉积物处于 被动 状态，大 多情况下沉积物由高处向低处运移，有时也可以由低处向高处运移。例如风流、 河流、湖流、海流、波浪流、潮汐流、等深流等。 搬运力： 牵引力 （推力） —— 与流体的 流速 呈正相关关系。如山区河流或洪流，流速 高、牵引力大，搬运的砾石大，但搬运的数量不一定多。 载荷力 （负荷力） —— 与流体的 流量 呈正相关关系。如平原河流，流量大、载 荷力大，搬运的碎屑数量大，但搬运的颗粒小。 注： 牵引力大不一定载荷力也大，反之亦然。 2. 沉积物重力流 介质里含有 大量 沉积物质，呈 悬浮态 高密度混合一起，在 重力 下运动，沉积 物处于 主动 状态，沉积物都是沿斜坡由高处向低处运移。例如泥石流、浊流等。 搬运力 —— 重力 。 注： 随着密度降低，沉积物重力流逐渐转变为牵引流。 二、与沉积学相关的流体力学基本原理 （一） 内摩擦力 （ F ） 河水流动中，水流受河道摩擦影响，流速由河床底部的零值开始， 向上逐渐增大，各微层水流速不同，产生相对运动，快层对慢层沿流 向产生拖力，慢层对快层反流向产生阻滞力。 内摩擦力 （ F ） —— 作用在流体内部两微层接触面上， 大小相同、方 向相反的一对力 。 河道底部 水流方向 河流表面 流速梯度 dz dv 流速 0 （二） 内摩擦定律 F= ηA τ = η F —— 内摩擦力 （牛） η —— 动力粘滞系数 （ Pa.S ）（与流体和温度有关） A —— 接触面积 （ m 2 ） dv —— 单位层内上下流速差 dz —— 单位层厚度 —— 流速梯度 （秒 -1 ） τ—— 剪切应力 （ F/A ） 应用：凡符合于牛顿内摩擦定律的流体，称为 牛顿流体，如牵引流 。 凡不符合于牛顿内摩擦定律的流体，称 为 非牛顿流体，如沉积物重力流。 dz dv dz dv dz dv （三） 水流流动状态 —— 层流、紊流与雷诺数 自然界的水流流动状态分为： 层流 —— 流速缓慢，各质点的流速、方向不变，呈平行线状，分层流动。 紊流 —— 流速湍急，各质点的流速、方向随时间而变，运动轨迹不规则， 质点混乱、呈漩涡状。 临界流 —— 介于上述两者之间。 注 ： 随着水流的粘度、密度、管道直径因素改变，流动状态可以转化。转 变时的流速称为 临界流速 。 雷诺（ Reynolds Number ，英国物理学家， 1883 ） 提出实验室的临界流速计算公式。 管道和明渠流条件下层流 （ A ） 与紊流 （ B ） 关系示意图 （曾允孚和夏文杰， 1986 ） 紊流 层流 层流 紊流 雷诺数与地质意义 水流状态判断依据 —— 雷诺数 （ Re ），（无量纲）。 Re = 惯性力 / 粘滞力 =v d ρ / η = v d/ υ ρ —— 密度 v —— 平均流速 d —— 管道直径 υ （ η ）——粘滞系数 对于管道流， Re ＜ 2000 为层流， Re ＞ 2000 为紊流， Re=2000 为临界流。粘滞力大时水体 易为层流，惯性力大时水体易为紊流。 地质意义 ： 1. 任何水体都存在层流和紊流两种流动状态。层流的深度与雷诺数为反相关关 系。 2. 层流有利于沉积物沉积 。 3. 紊流有利于沉积物搬运 。 （四） 水流流动强度 —— 急流、缓流与福劳德数 ? 急流 —— 水流在障碍物处形成浪花，迅速越过，上部水面略有升高， 不向上游传播，影响范围较小。 ? 缓流 —— 水流在障碍物前形成跌落，在障碍物后形成壅高，向上游传 播能力强，影响范围较大。 ? 临界流 —— 介于上述两者之间。 急流（ a ）缓流（ b ）遇到障碍物时的流动特点 （华东水利学院， 1979 ） 急流 缓流 福劳德数（ Fr ）与地质意义 水流强度判断依据 —— 福劳德数 （ Fr ），（无量纲）。 Fr= 惯性力 / 重力 = v / v —— 流速 g —— 重力加速度 h —— 水深 分类与地质意义 ： 1. Fr 1 ， 水流强度为 急流 ，也称高流态，对 床砂形体破坏大。 2. Fr 1 ， 水流强度为 缓流 ，也称低流态，对 床砂形体破坏小。 3. Fr ≈ 1 ， 水流强度为 临界流 ，也称过渡流态。 gh 实验室水道沙床上各种床沙类型特征与水流强度的关系 （ 曾允孚和夏文杰， 1986 ） 三、机械搬运与沉积作用 （一） 牵引流搬运与沉积作用 1. 水的机械搬运与沉积作用 （ 1 ） 沉积物受力分析与搬运方式 水流对底载荷施加的力包括： 1 ） 有效重力 （ W ） = 重力－浮力 2 ） 水平 推移力 （ Px ） 3 ） 垂直 上举力 （ Py ） ①浮力 ②紊流产生的上升涡力 ③压力差产生的上举力 4 ） 底部 摩擦力 （ Pf ） 5 ） 颗粒间的 粘结力 （ Pc ） Px 、 Py 增大有利于颗粒搬运，而 W 、 Pc 、 Pf 增 大则不利于颗粒搬运。 若： 1 ） Px ＞（ W+ Pc+ Pf ）－ Py ，则以 滑动 方式，如 砾石 ； 2 ） Px 与 Py 形成合力＞ W 与 Pf 形成合力，则以 滚动 方式，如 砾石 ； 3 ） Py 与 W 反复无常变化时，则以 跳跃 方式，如 砂粒 ； 4 ） Py 始终大于 W 时，则以 悬浮 方式，如 粉砂、粘土 。 重力 摩擦力 和粘结力 推移力 浮力和上举力 合力 河床底部 水流对碎屑颗粒的三种搬运方式 （ R.C.Selly ， 1982 ） 合力 ? 跳跃方式搬运理想模型 伯诺利方程 ： p/ ρ +gy+v 2 /2= 常数 p --- 压力 ρ --- 水密度 y --- 距床沙底面的高度 v --- 流速 意义： 流速与压力呈反相关关系。 流速快部位形成的压力低，流速慢部 位形成的压力高，压力差形成上举力，上举力与颗粒的跳跃高度成正 比。例如飞机机翼上下的差异性。 经计算得出的在槽底流过一个圆柱体的理想流体流态（ Blatt 等， 1972 ） （ 2 ） 碎屑搬运、沉积与流体流速的关系 碎屑在牵引流中的搬运与沉积，与颗粒大小有关，而颗粒大小又与 流体流速相关。其相互关系见尤尔斯特隆图。 经森德伯格修改的尤尔斯特龙图解（ ASundborg ， 1956 ） ? 水力学意义 1 ）沉积物的侵蚀（始动）速度大于搬运速度。 2 ） ＞ 2mm 的砾石 ，要求始动速度和沉积速度差值不大，且随着粒度增大而 增高，说明砾石难以侵蚀，极易沉积，不易长距离搬运。多沿河床底部 滚 动式 推移前进。 3 ） 0.05 ～ 2mm 的砂粒 ，尤其是细砂，要求始动速度与沉积速度相差也不大， 而且始动速度最小，易搬运、易沉积，极为活跃。多呈 跳跃式 搬运。 4 ）＜ 0.05mm 固结的粉砂和泥粒 ，要求始动速度很高，但沉积速度很低，一 旦侵蚀起来后，长期 悬 浮 ，很难沉积，在平静 的沉积盆地里沉积下来。 对于 未固结的粉砂 和泥粒， 始动速度和沉 积速度都很低，很难沉 积。 5 ）在一定流速下，所搬运的颗粒是一个群体，而不是某粒级，既有悬 浮体，也有跳跃体，甚至滚动体。 6 ）随流速降低，碎屑颗粒从粗到细依次沉积——沉积分异。但是，流 速频繁变换，则形成混杂堆积。 注：随流速增大，同一颗粒的运动方式可以变化。 随流动强度变化，流水所能搬运最大悬浮 和滚动颗粒的关系曲线（ R.G.Walker ， 1975 ） （ 3 ） 碎屑物沉降速度 斯托克斯 （ G.G.Stokes ， 1850 ） 沉降公式： （实验条件：实验室、静水、恒温 20 ℃、球体＜ 0.1mm 、粘度、密度不变）。 ν—— 球体沉降速度 g —— 重力加速度 r —— 球体半径 μ—— 水的粘度 ρs 、 ρ—— 球体和水的密度 意义： 1 ） 当介质、碎屑一定后，颗粒直径与沉降速度呈正相关。 2 ） 当介质、粒度一定后，颗粒比重与沉降速度呈正相关。 故自然界中，大而轻的常与小而重的颗粒沉积在一起。 3 ）可以进行粒度分析 —— 莎巴宁法。 魏德尔 认为碎屑是不规则的颗粒，沉降速度应改为： ν p —— 碎屑沉降速度 g —— 重力加速度 r p —— 碎屑半径 μ—— 水的粘度 ρs 、 ρ—— 碎屑和水的密度 两个公式比较： ν p =64% ν 比较后看出，碎屑颗粒因形状不规则，表面积增大， 沉降速度仅为规则颗粒的 64% 。 实验证明，当体积相同时，假定球形颗粒的沉速为 100 ，则椭球为 84 ～ 61 ，立方体为 74 ， 长柱体为 50 ，片状为 80 ～ 38 。片状颗粒搬运最远，与泥沙在一起。 ? ? ? ? ? ? s p 2 p gr 7 1 ? ? ? ? ? ? s 2 gr 9 2 9 2 : 7 1 ? ? ? p 2. 风的机械搬运与沉积作用 ? 是仅次于水的搬运与沉积介质金博体育。 ? 可以将内陆砂尘搬运到海洋，也可以将海滩砂搬运到内陆。 ? 仅能搬运碎屑 。 ? 密度和粘滞性小于水。 ρ w =1000kg/m 3 ， ρ a =1.22kg/m 3 ，（ 15 ℃） 在相同流速里，风搬运的粒度约为水体的 1/30 ，大大小于水体。 一 般仅搬运砂级以下颗粒，故往往砾石滞留于原地，粗砂靠近物源地。 ? 作用的空间范围大，从低处到高处。 30 3 . 28 800 00122 . 0 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第十章 风的地质作用 ? 风的搬运作用 沙尘暴 ? 搬运方式 （ 1 ）跳跃：占 70 ～ 80% ，一般是＜ 0.5mm 颗粒，尤其细砂（ 0.1 ～ 0.3mm ）最为活跃，呈弓形 轨迹，角度一致（ 10 °～ 16 °）。 （ 2 ）蠕动（滚动）：＜ 20% ，一般是 0.5 ～ 2mm ， 更大的颗粒一般原地不动。跳跃和蠕动的搬运距离 近，多在来源地附近堆积形成砂丘。 （ 3 ）悬浮：＜ 10% ，小于 0.1 ～ 0.2 毫米的颗粒，可 搬运很远。 ? 空气密度小，风速变化快，搬运的砂粒粒径范围窄，一旦减速便沉积，故颗粒大小较均匀 —— 分选好 。 ? 颗粒活跃，碰撞较多， 表面较圆，具“沙漠漆” 。 ? 形成 大型交错层理 ，层系厚度达几十厘米～几米。 ? 沉积：（ 1 ）风速降低。（ 2 ）遇障碍。 ? 莫斯（ A.J.Moss ， 1963 ）“推移障碍”：松散砂粒容易移动， 一旦聚集、彼此相靠，便稳定下来形成沙丘。 供给不足时，迎风坡遭侵蚀，背风坡沉积，导致沙丘向 前移动；当砂粒足量供给时，迎风坡和背风坡均有沉积。 砂丘迁移示意图 风成砂的跳跃轨迹（ R.A.Bagnold ， 1941 ） 3. 沉积分异作用 ? 是指 依据沉积物的物理、化学性质有规律地依次沉积 。 具体分为机械沉积分异作用、化学沉积分异作用。 机械沉积分异作用 沉积物随流速和运移能力降低，按其物理特性（大小、形状、比重 等）在地表依次沉积。 （ 1 ） 颗粒大小 水流方向 砾岩 砂岩 粘土岩 （ 2 ） 形状 粒状近源沉积，片状远源沉积，常与粘土沉积一起，沉积岩层面常 见白云母碎片。 （ 3 ） 比重 粒度相同时，重者先沉积。粒度不相同时，比重大而体积小者可以 与比重小而体积大者沉积一起，例如金、锆石等重矿物与石英砂堆积。 碎屑物质在流水搬运过程中的变化：随着碎屑物质被搬运的 时间和距离增长，不稳定成分逐渐变少、粒度逐渐变小、圆度 逐渐变好、球度有所增高。 碎屑湖泊沉积的理想模式 （据特温霍费尔， 1932 ） 现代青海湖沉积物分布 （据中国科学院兰州地质研究所， 1979 ） （二）沉积物重力流搬运与沉积作用 是指介质里含有 大量 沉积物质，呈 悬浮态（自悬浮） 高密度与介质 混合一起金博体育，在重力下 沉积物沿斜坡由高处向低处运移 ， 沉积物处于主动 状态 。例如泥石流、浊流等。 沉积物重力流是一种密度流。密度流还包括海洋因温度差异形成的 寒流、等深流，因盐度差异形成的盐水楔等。 1. 分类 米德尔顿和汉普顿根据颗 粒的支撑机理和堆积的沉积物 类型，将沉积物重力流分成 泥 石流 、 颗粒流 、 液化沉积物流 和 浊流 。 （ 1 ） 泥石流 （碎屑流） 水介质中含有大量的粘土和砂（水含量仅 40 ～ 60% ），高度混合， 形成具有一定密度和支撑强度（ 屈服强度 ）的载体（砂泥浆），将砾石、 岩块悬浮搬运。 如含砾泥岩。 （ 2 ） 颗粒流 介质中主要含有砂粒，少量粘土和砾石，由于颗粒之间 相互碰撞 产 生的支撑应力，使颗粒悬浮于流体中。 例如： 西部地区的 岩块崩塌流、雪崩流 （底部气垫、前部气浪）； 火山碎屑流 （底部气垫、前部气浪） ； 风成砂丘突然崩塌，沿坡体形成的 砂流 ； 水底坡度变陡地带，沉积物因断层金博体育、地震或暴风浪的 强烈震动作用，崩落、液化，高速向深处流动形成的流体。 （ 3 ） 液化沉积物流 当碎屑缓慢堆积时，其重量由下覄沉积物所支撑，孔隙压力等于静水压力。 负荷增大，孔隙减小，孔隙水向侧方挤压出去，达到固结。 当大量碎屑快速堆积，下覄沉积物难以支撑上覆急剧增加的重量，部分碎屑 重量传递给孔隙流体，孔隙压力大于静水压力，形成 超孔隙压力 ，使颗粒悬浮、 “沸腾”、液化，形成高密度流体。 砾石孔隙大，粉砂、粘土凝聚性较好，不易形成超孔 隙压力。 液化沉积物流常发育于中细碎屑岩中。 （ 4 ） 浊流 沉积物靠 紊流 或由紊流的向上分力（上举力）支撑悬浮，在重力作用下搬运， 与介质组成高密度流体。如砾、砂、泥的沉积组合体。 引发原因：地震、海啸、暴风浪、构造运动等震动、或失重。 浊流、紊流与沉积物悬浮三者相互作用、互相影响。三者关系为： 紊流 沉积物悬浮 浊流 扰动作用 重力作用 紊流作用 2. 浊流发育阶段 鲍玛 （ A.H.Bouma ， 1962 ） 提出四个发育阶段 ： a. 三角洲阶段 ：河流将大量沉积物带到湖、海盆地，堆积成三角洲。 b. 滑动阶段 ：因某种作用震动，开始液化，整体向下方缓慢滑移，随着水量增加， 速度加快。 c. 流动阶段 ：流体速度加快，内部出现速度分层，粗粒涌向前端。 d. 浊流阶段 ：沉积物与水高度混合，形成悬浮态高密度流体，随流动速度加快，冲 刷、侵蚀下部物质，增大规模。内部分层。平面为锥形或扇形堆积 体。 具有高浓度悬浮沉积物的河流 （ H.S.Bell ， 1942 ） 突发高速型浊流的形成示意图 （ A.H.Bouma ， 1962 ） 3. 浊流内部构造 一般分为三部分： 头部 ：呈舌状、比体部厚，粒度最粗、密度最高、流速最快， 侵蚀能力最强，冲刷痕与刻痕发育， 以侵蚀搬运为主 。 体部 ：厚度较均匀，粒度较细，密度降低，流速减缓。 尾部 ：厚度迅速变薄，粒度变细，密度最低，流速减缓， 以沉 积作用为主 。 高速浊流内部划分图 （ G.V.Middleton and M.A.Hampton ， 1973 ） 4. 鲍马层序 粒 度 分层 编号 鲍马层序分段 （ 1962 ） 解 释 泥 E 内浊流沉积 （一般为页岩） 深海沉积作用或细粒的、 低密度浊流沉积作用 粉砂 D 上平行纹层（水平层理） ？？？？？ C 波纹、波状、包卷交错层 理 下降流动体制的下部 细砂 粗砂 底部含 砾 石 B 下平行纹层 （平行层理） 上升流动体制形成的平坦 床沙 A 块状、粒序层理 底部发育槽模 上升流动体制快速沉积作 用或流沙形成（？） （三）碎屑结构与碎屑成熟度 1. 碎屑结构 包括 粒度 、 圆度 、 球度 、 形状 、 分选度 、 支撑类型 和 孔隙 等方面。 （ 1 ） 粒度 指碎屑颗粒的最大视直径。 测量方法： 放大镜、显微镜、 筛析法、莎巴宁法等。 ? 粒度划分方法： 1 ） 自然粒级法 砾 ＞ 2mm 砂 2 ～ 0.05mm 粉砂 0.05 ～ 0.005mm 泥 ＜ 0.005mm 适用于水利学研究，与尤氏图相吻合。 2 ） 粒级法 Ф = - ㏒ 2 d d —— 颗粒直径（ mm ） 有利于粒度统计与绘图。 Ф 值粒级与教材划分对照表 相应粒级分别称为相应结构 ，如砾状结构、细砂结构等。 粒级 Ф 值与 mm 教材 粒级 Ф 值与 mm 教材 粒级 Ф 值与 mm 教材 砾 巨 砾 ＜ -8 ＞ 256 ＞ 1000 砂 极 粗 砂 / 巨 砂 -1~0 2~1 2~1 粉 砂 粗 粉 砂 4~5 0.063~0.0315 0.05~0.03 卵 石 -8~-6 64~256 250~1000 粗 砂 0~1 1~0.5 1~0.5 粗 砾 -6~-4 16~64 50~250 中 砂 1~2 0.5~0.25 0.5~0.25 细 粉 砂 5~8 0.0315~0.0039 0.03~0.005 中 砾 -4~-2 4~16 10~50 细 砂 2~3 0.25~0.125 0.25~0.1 细 砾 -2~-1 2~4 2~10 极 细 砂 / 微 砂 3~4 0.125~0.063 0.1~0.05 泥 ＞ 8 ＜ 0.0039 ＜ 0.005

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