碎屑的搬運(yùn)(1)

1、風(fēng)化作用的產(chǎn)物及其它來(lái)源的沉積物質(zhì)少量殘留原地 大部分將進(jìn)入搬運(yùn)狀態(tài)向沉積盆地轉(zhuǎn)移。大部分將進(jìn)入搬運(yùn)狀態(tài)向沉積盆地轉(zhuǎn)移。介質(zhì)搬運(yùn)能力減弱，無(wú)力攜帶所搬運(yùn)的沉積物介質(zhì)搬運(yùn)能力減弱，無(wú)力攜帶所搬運(yùn)的沉積物沉積沉積 沉積下來(lái)的沉積物沉積下來(lái)的沉積物 長(zhǎng)期固定下來(lái)不再移動(dòng)，長(zhǎng)期固定下來(lái)不再移動(dòng)， 地殼上升，侵蝕基準(zhǔn)面下降，流體流速加快地殼上升，侵蝕基準(zhǔn)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(yùn)再次被搬運(yùn)沉積物在搬運(yùn)中仍會(huì)發(fā)生機(jī)械破碎和化學(xué)分解沉積物在搬運(yùn)中仍會(huì)發(fā)生機(jī)械破碎和化學(xué)分解新礦物新礦物 介質(zhì)搬運(yùn)能力減弱，無(wú)力攜帶所搬運(yùn)的沉積物介質(zhì)搬運(yùn)能力減弱，無(wú)力攜帶所搬運(yùn)的沉積物沉積沉積

2、 沉積下來(lái)的沉積物沉積下來(lái)的沉積物 長(zhǎng)期固定下來(lái)不再移動(dòng)，長(zhǎng)期固定下來(lái)不再移動(dòng)， 介質(zhì)搬運(yùn)能力減弱，無(wú)力攜帶所搬運(yùn)的沉積物介質(zhì)搬運(yùn)能力減弱，無(wú)力攜帶所搬運(yùn)的沉積物沉積沉積 沉積下來(lái)的沉積物沉積下來(lái)的沉積物 物質(zhì)搬運(yùn)和沉積的方式：物質(zhì)搬運(yùn)和沉積的方式：機(jī)械搬運(yùn)和沉積：機(jī)械搬運(yùn)和沉積：被搬運(yùn)的物質(zhì)被搬運(yùn)的物質(zhì)碎屑物質(zhì)、新生碎屑物質(zhì)、新生成礦物成礦物搬運(yùn)方式搬運(yùn)方式滑動(dòng)、滾動(dòng)、跳躍和懸浮滑動(dòng)、滾動(dòng)、跳躍和懸浮?；瑒?dòng)、滾動(dòng)?；瑒?dòng)、滾動(dòng)和跳躍又稱(chēng)和跳躍又稱(chēng)推移搬運(yùn)或床沙搬運(yùn)推移搬運(yùn)或床沙搬運(yùn)；懸浮搬運(yùn)又稱(chēng)；懸浮搬運(yùn)又稱(chēng)懸懸移搬運(yùn)移搬運(yùn)。化學(xué)搬運(yùn)和沉積：化學(xué)搬運(yùn)和沉積：被搬運(yùn)物質(zhì)被搬運(yùn)物質(zhì)溶解物質(zhì)溶解物質(zhì)

3、搬運(yùn)方式搬運(yùn)方式真溶液真溶液、膠體溶液膠體溶液或或絡(luò)合物絡(luò)合物。生物搬運(yùn)和沉積：生物搬運(yùn)和沉積：被搬運(yùn)物質(zhì)被搬運(yùn)物質(zhì)溶解物質(zhì)、內(nèi)源粒溶解物質(zhì)、內(nèi)源粒屑物質(zhì)及部分粘土物質(zhì)屑物質(zhì)及部分粘土物質(zhì) 搬運(yùn)方式搬運(yùn)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(xué)作用。學(xué)作用。 考察實(shí)際流體時(shí)，我們可以設(shè)想將流體的一小部分與其他部分分割開(kāi)來(lái)，然后考察作用于其上的各種力，跟蹤它的運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dāng)然是在極為夸大的情況下)將此種質(zhì)點(diǎn)設(shè)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(yīng)力(壓力) 剪切力或切向應(yīng)力(粘性摩擦力) 補(bǔ)充內(nèi)容補(bǔ)充內(nèi)容 當(dāng)不同流體單元之間或流體與固體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就有剪應(yīng)力出現(xiàn)剪應(yīng)力的產(chǎn)生，是由于實(shí)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(zhì)點(diǎn)能夠發(fā)生明顯的形變，甚至比泡沫橡皮之類(lèi)物質(zhì)還容易變形但象橡皮一樣，流體質(zhì)點(diǎn)也會(huì)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(chēng)為粘性。牛頓內(nèi)摩擦定律 對(duì)于運(yùn)動(dòng)的流體，當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性作用，在流體內(nèi)部流層之間會(huì)出現(xiàn)成對(duì)的切力，稱(chēng)為內(nèi)摩擦力。 17世紀(jì)牛頓通過(guò)牛頓平板實(shí)驗(yàn)研究了流體

5、的粘性。下圖即為牛頓平板實(shí)驗(yàn)裝置，下板固定，上板可動(dòng)，且平板面積有足夠大，可以忽略邊緣對(duì)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(duì)上板施加力若對(duì)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(yùn)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，則內(nèi)摩擦力動(dòng)，則內(nèi)摩擦力T = FT = F。通過(guò)牛頓平板實(shí)驗(yàn)得出：。通過(guò)牛頓平板實(shí)驗(yàn)得出： 因流體質(zhì)點(diǎn)粘附于固體壁上，故下板上流體質(zhì)點(diǎn)的速度為因流體質(zhì)點(diǎn)粘附于固體壁上，故下板上流體質(zhì)點(diǎn)的速度為零，緊貼上板的液體質(zhì)點(diǎn)速度為零，緊貼上板的液體質(zhì)點(diǎn)速度為U U。當(dāng)。當(dāng)h h及及U U不太大時(shí)，板不太大時(shí)，板間沿法線方向的

6、點(diǎn)流速可看成線性分布，即：間沿法線方向的點(diǎn)流速可看成線性分布，即：hAUT yhUuydyduhU 所以，內(nèi)摩擦力為：所以，內(nèi)摩擦力為：此式即為牛頓內(nèi)摩擦定律公式。其中：此式即為牛頓內(nèi)摩擦定律公式。其中： 為動(dòng)力粘度，為動(dòng)力粘度，表征流體抵抗變形的能力，它和密度的比值稱(chēng)為流體的表征流體抵抗變形的能力，它和密度的比值稱(chēng)為流體的運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度 。 在運(yùn)用牛頓內(nèi)摩擦定律公式時(shí)應(yīng)注意在運(yùn)用牛頓內(nèi)摩擦定律公式時(shí)應(yīng)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(nèi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩此式表明，流體內(nèi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來(lái)抗拒此相對(duì)運(yùn)

7、動(dòng)。擦力來(lái)抗拒此相對(duì)運(yùn)動(dòng)。切應(yīng)力切應(yīng)力的大小與流體的粘性以及沿運(yùn)動(dòng)垂直方向上的的大小與流體的粘性以及沿運(yùn)動(dòng)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(shí)1.1.牛頓流體和非牛頓流體牛頓流體和非牛頓流體 內(nèi)摩擦定律內(nèi)摩擦定律 在溫度不變的條件下，隨著流速梯度變化，動(dòng)力粘滯系數(shù)/運(yùn)動(dòng)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(xué)性質(zhì)及對(duì)沉積物的搬運(yùn)的力學(xué)性質(zhì)及對(duì)沉積物的搬運(yùn)和沉積特點(diǎn)是不同的。和沉積特點(diǎn)是不同的。 紊流紊流不僅具粘滯切應(yīng)力，而且還有流體質(zhì)不僅具粘滯切應(yīng)力，而且還有流體質(zhì)點(diǎn)的紊亂流動(dòng)而引起的附加切應(yīng)

8、力點(diǎn)的紊亂流動(dòng)而引起的附加切應(yīng)力( (或稱(chēng)或稱(chēng)慣性切應(yīng)力慣性切應(yīng)力) )。而。而層流層流只有粘滯切應(yīng)力。只有粘滯切應(yīng)力。因此紊流的搬運(yùn)能力要強(qiáng)于層流。因此紊流的搬運(yùn)能力要強(qiáng)于層流。紊流還紊流還有揚(yáng)舉作用，這是使沉積物呈跳躍和懸浮有揚(yáng)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(zhì)的水流形態(tài)。流速小于波速，外界干擾引起的水面波動(dòng)能逆流上傳的水流稱(chēng)為緩流緩流。緩流緩流水勢(shì)平穩(wěn)，遇到底部障礙物時(shí)水面下跌。流速大于波速，外界干擾引起的水面波動(dòng)不能上傳的水流稱(chēng)為急流急流。急流急流水勢(shì)湍急，遇到底部障礙物時(shí)水

9、面隆起，一躍而過(guò)（圖1）。 在水力學(xué)中用佛勞德數(shù)來(lái)衡量： 在沉積學(xué)范疇中牽引流是最常見(jiàn)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(lái)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(guò)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(xué)性質(zhì)、沉積物的搬運(yùn)方式和驅(qū)動(dòng)力、流體與沉積顆粒之間的力學(xué)關(guān)系等方面都有顯著差異，亦即它們的沉積機(jī)理是不一樣的，從而形成的沉積物也有各自的特點(diǎn)。二、碎屑顆粒在流水中的搬運(yùn)和沉積作用 碎屑顆粒在流水中的搬運(yùn)和沉積，主要與水的流動(dòng)狀態(tài)關(guān)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(diǎn)，如大小、比重、形狀等有關(guān)。 碎屑顆粒由靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的臨界水流條件稱(chēng)作碎屑顆粒的起動(dòng)條件。碎屑顆粒所以能起動(dòng)是由于促使顆粒運(yùn)動(dòng)的力超過(guò)了阻止顆粒運(yùn)動(dòng)的力，因此要研究起動(dòng)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(dòng)、滾動(dòng)、跳動(dòng)和懸浮的各種搬運(yùn)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(yùn)方式及特點(diǎn)碎屑顆粒的搬運(yùn)方式及特點(diǎn)當(dāng)當(dāng)Px WPy時(shí)，碎屑顆粒開(kāi)始時(shí)，碎屑顆粒開(kāi)始滑動(dòng)滑動(dòng)；當(dāng)當(dāng)Pxl1+Pyl2Wl3時(shí)，碎屑開(kāi)始時(shí)，碎屑開(kāi)始滾動(dòng)滾動(dòng)；當(dāng)當(dāng)PyW，碎屑開(kāi)始碎屑開(kāi)始跳躍跳躍；細(xì)小的顆粒細(xì)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(jìn)入則很難下沉，則進(jìn)入懸浮懸浮狀態(tài)。狀態(tài)。3.機(jī)械沉積作用 處于搬運(yùn)狀態(tài)的碎屑物質(zhì)，在一定的條件下，主要是當(dāng)流水的動(dòng)力不足以克服碎屑的重力時(shí)，碎屑物質(zhì)就會(huì)沉積下來(lái)。斯托克公式只有在靜水或?qū)恿鳁l件下才適用。斯托克公式只有在靜水或?qū)恿鳁l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(shí)驗(yàn)證明，假如顆粒不是球形，其沉速有所不同。實(shí)驗(yàn)證明，假設(shè)球形顆粒的沉速為假設(shè)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(zhǎng)柱體為，長(zhǎng)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(duì)密度成正比；碎屑顆粒在靜水中下沉速度與其相對(duì)密度成正比； 碎屑物質(zhì)在流水中的搬運(yùn)和沉積，流速和顆粒大小之間的關(guān)系最為關(guān)鍵。4.4.搬運(yùn)過(guò)程中碎屑物質(zhì)的變化搬運(yùn)過(guò)程中碎屑物質(zhì)的變化在某一沉積環(huán)境（或某一地段）中，當(dāng)流入水動(dòng)在某一沉積環(huán)境（或某一地段）中，當(dāng)流入水動(dòng)力大于流出水動(dòng)力時(shí)，在該環(huán)境中沉積下來(lái)的最力大于流出水動(dòng)力時(shí)，在該環(huán)境中沉積下來(lái)的最大和最小碎屑的粒徑，將分別對(duì)應(yīng)于流入和流出大和最小碎屑的粒徑，將分別對(duì)應(yīng)于流入和流出的水動(dòng)力，更大的碎屑不會(huì)被帶入，更小的碎屑的水動(dòng)力，更大的碎屑不會(huì)被帶入，更小的碎屑則會(huì)被帶出該環(huán)境，也就是說(shuō)，只有一定粒度范則會(huì)被帶出該環(huán)境，也就是說(shuō)，只有一定粒度范圍的碎屑才會(huì)在該環(huán)境中沉積或靜止下來(lái)。圍的碎屑才會(huì)在該環(huán)境中沉