沉積巖與沉積相2.2沉積巖的搬運和沉積作用

1、本講介紹 上一講我們學習了沉積巖原始物質(zhì)的形成。我們知道風化作用形成了最主要的沉積巖原始物質(zhì)成分。 母巖風化后，少量會殘留在原地形成風化殼，大部分則進入搬運狀態(tài)向沉積盆地轉(zhuǎn)移，并隨著搬運介質(zhì)能力的減弱而逐漸沉積下來形成沉積物。這一講，我們就來學習一下沉積物的搬運和沉積作用，重點講解碎屑物在流水中的搬運和沉積作用，溶解物質(zhì)的搬運和沉積作用，并簡單了解一下生物的搬運和沉積作用。第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 一、引言風化作用的產(chǎn)物及其它來源的沉積物質(zhì)少量殘留原地大部分將進入搬運狀態(tài)向沉積盆地轉(zhuǎn)移。搬運中仍會發(fā)生機械破碎和化學分解新礦物介質(zhì)搬運能力減弱，無力攜帶所搬運沉積物沉積沉積下來的沉積物 長期

2、固定下來不再移動， 地殼上升，侵蝕基準面下降，流體流速加快重新發(fā)生侵蝕并被再次被搬運第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 風化、搬運和沉積是三個連續(xù)而又獨立的階段，但有時相互交替和重復(fù)，尤其是搬運和沉積作用，是一對矛盾。第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 沉積物發(fā)生搬運和沉積的地質(zhì)營力（搬運介質(zhì)）流水風（大氣）冰川重力生物 地殼表層條件第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 按沉積物被搬運和沉積的方式不同可以分為：1.機械/物理搬運和沉積作用碎屑+新生成物質(zhì)+火山碎屑+宇宙源物質(zhì)2.化學搬運和沉積作用溶解物質(zhì)、深層鹵水生物化學搬運和沉積作用溶解物質(zhì)深層鹵水生物源物質(zhì)3.生物搬運和沉積作用生物源物質(zhì)第二節(jié) 沉積物

3、的搬運和沉積作用 二、流體的幾個基本概念和基礎(chǔ)知識（一）牛頓流體和非牛頓流體內(nèi)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)。 牽引流服從內(nèi)摩擦定律牛頓流體 沉積物重力流不服從內(nèi)摩擦定律非牛頓流體第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （二）層流、紊流和雷諾數(shù) 兩種流動型態(tài)層流與紊流/湍流/渦流 層流 紊流第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 雷諾數(shù)（Re, Reynolds numbers ） 層流和紊流的判別標準慣性力與粘滯力之間的關(guān)系，描述流體的流動狀態(tài)Re慣性力/粘滯力V2d2/VdVd/Re1 層流Re140 臨界流Re 40 紊流 第二節(jié) 沉積物的搬運

4、和沉積作用 （三）緩流、急流和佛羅德數(shù)（Fr）明渠水流 急流、緩流和臨界流三種流態(tài) 判別標志為佛羅德數(shù)（ Fr， Froude number ）Fr慣性力/重力（V2/D）/gV2/（gD） 標志慣性力與重力之間的關(guān)系 描述流體的運動強度第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 Fr1：急流，水淺流急上部流動體制，高流態(tài)Fr1：臨界流，過渡流態(tài)Fr1：緩流，水深流緩下部流動體制，低流態(tài)牢記！第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 牽引流和沉積物重力流的區(qū)別類別牽引流重力流流體性質(zhì)牛頓流體非牛頓流體密度低高（1.08，海水比重）水動力學機制地形、潮流或風重力液固相分明不分搬運介質(zhì)流水沉積物搬運動力推力、負荷力重力

5、搬運方式滾動、跳躍、懸浮懸浮運動關(guān)系水主動，顆粒被動水被動，顆粒主動搬運物質(zhì)碎屑物質(zhì)、溶解物質(zhì)碎屑物質(zhì)為主沉積作用流速、能量減小能力減小轉(zhuǎn)化或稀釋沉積環(huán)境地形變化較小山前或斜坡及其下游方向沉積構(gòu)造各種類型層理粒序/遞變層理第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 三、碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積作用-機械搬運和沉積作用 什么性質(zhì)的流體？ 河水、海水、湖水、風、冰川 物源區(qū)在哪兒？ 山區(qū)（剝蝕區(qū)）、陸地岸邊 搬運的起點在哪兒？ 山區(qū)（剝蝕區(qū)）、陸地岸邊第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （一）受力分析 1.有效重力（w）：顆粒受到的重力和浮力兩者之差 2.粘結(jié)力（Pc）：由顆粒表面的水膜所造成的粘結(jié)力 3.水

6、平推移力（Px）：水流作用于顆粒順水流方向的力 4.垂直上舉力（Py）：垂直向上，產(chǎn)生原因： 水體浮力（已計算在有效重力中）； 顆粒上下因流速差而引起的壓力差； 紊流中存在渦流的揚舉作用/上舉渦力 PyPcPxW第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （二）流體搬運碎屑物質(zhì)的方式 推移搬運（滾動+跳躍）床沙載荷(bed load)，粗 懸浮搬運懸移載荷（suspend load），細 載荷：流體中被搬運的沉積物，也叫負載，負荷。 第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （三） 碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積與流速和顆粒大小的關(guān)系尤爾斯特隆圖解開始搬運速度（V開）：流水把處于靜止狀態(tài)的碎屑物質(zhì)開始搬運走所需的流速

7、繼續(xù)搬運速度（V繼）：流水維持碎屑物質(zhì)繼續(xù)搬運所需要的流速。V開V繼第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 尤爾斯特隆圖解兩線：開始搬運曲線/繼續(xù)搬運曲線三區(qū)：剝蝕區(qū) / 搬運區(qū) / 沉積區(qū)三段：礫級：難搬易沉 山區(qū)粉砂和泥級：易搬難沉 深水砂級：易搬易沉 分布最廣搬運和沉積的決定因素：粒徑和流速剝蝕區(qū)搬運區(qū)沉積區(qū)第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （四）機械沉積作用主要是流水的動力不足以克服碎屑的重力時，碎屑物質(zhì)就會沉積下來。碎屑物質(zhì)在靜水中下沉顆粒越大，比重越大，沉積速率就越大。根據(jù)實驗極細砂下沉30m約2小時，細粘土則需要1年；下沉30004000m，極細砂需要10天，細粘土需要100年。第二節(jié) 沉

8、積物的搬運和沉積作用 顆粒間的碰撞和摩擦流體對顆粒的分選作用化學分解和機械破碎作用碎屑物質(zhì)在長距離搬運過程中要發(fā)生一系列的變化第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （五）碎屑物質(zhì)在流水搬運中的變化礦物成分 不穩(wěn)定組分減少 穩(wěn)定組分增加粒度（顆粒大?。?變細，分選變好顆粒形狀 圓度與球度變好第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 搬運物質(zhì)：溶解物質(zhì)及部分新生成物質(zhì)。搬運方式：膠體溶液或真溶液。 Al、Fe、Mn、Si的氧化物難溶于水，常呈膠體溶液搬運；Ca、Na、Mg的鹽類則常呈真溶液搬運。四、 溶解物質(zhì)的搬運和沉積作用化學搬運和沉積作用第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （一）膠體溶液物質(zhì)的搬運與沉積 膠體溶液

9、-介于粗分散系(懸浮液)和離子分散系(真溶液)間，粒子直徑介于1100nm間，多呈分子狀態(tài)。 1、膠體溶液的特點受重力影響極其微弱；擴散能力很弱；類型有正負之分正膠體，表面帶正電荷，F(xiàn)e、Al含水氧化物膠體；負膠體，表面帶負電荷，Si、Mn氧化物； 具有吸附現(xiàn)象第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 2、膠體溶液穩(wěn)定的因素搬運布朗運動可抗衡重力作用，不使膠粒下沉。同種電荷的膠粒之間的排斥力。擴散層和雙電子層中反離子和溶劑的親和作用，形成的溶劑化膜，緩沖和阻礙粒子的碰撞。 溶解物質(zhì)就可以膠體溶液的形式被搬運走。 第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 3、促使膠體聚集和沉淀的因素沉積原因正負膠體相遇“相互聚沉”

10、。電解質(zhì)作用蒸發(fā)作用穿透能力較強的輻射線溶液的pH和Eh值溫度增加，劇烈振蕩，大氣放電，毛細管作用等。4、膠體沉積物的特點第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 （二）真溶液物質(zhì)的搬運和沉積作用真溶液物質(zhì)：母巖風化產(chǎn)生的Cl、S、Ca、Na、Mg、K等還包括部分Fe、Mn、Al和硅。真溶液物質(zhì)搬運及沉積作用的根本控制因素是溶解度。 溶解度大，易搬難沉；反之，易沉難搬。第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 溶解度以外的 其它影響因素1.介質(zhì)的酸堿度（pH值）（1）某些溶解物質(zhì)的溶解度隨pH值增大而變化酸性介質(zhì)條件下，SiO2沉淀而CaCO3溶解在堿性介質(zhì)中則相反。（2）隨pH值變化，某些溶解物質(zhì)沉淀形式不同鐵

11、pH23以Fe(OH)3沉淀，pH=5以Fe(OH)2沉淀。pH=67，溶液含CO2，以FeCO3沉淀。第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 2.介質(zhì)的氧化還原電位（Eh值）Eh值對鐵、錳等變價元素的溶解和沉淀影響很大第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 3.溫度和壓力（1）一般物質(zhì)的溶解度隨溫度升高而增大（2）壓力對溶液中CO2含量影響很大4.溶液中CO2的含量對碳酸鹽的沉淀和溶解度有很大的影響CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。CO2濃度增高，平衡向右移動，CaCO3溶解，反之，向左移動，CaCO3沉淀。水中CO2含量與溫度、壓力有關(guān)5.其它-氣候、蒸發(fā)作用

12、第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 五、生物的搬運和沉積作用生物作為一種搬運營力意義較小，沉積作用意義重大。藻類和細菌等微生物沉積作用巨大。(一)直接作用生物遺體直接堆積成巖或沉積礦床。 光合作用或吸取養(yǎng)料形成有機體，吸取介質(zhì)中鈣、磷、硅無機鹽, 形成外殼和骨骼。有機質(zhì)部分埋藏下來經(jīng)生物化學演化，可形成石油、天然氣、煤以及油頁巖等。無機的生物外殼和骨骼經(jīng)富集堆積后可形成巖石或礦床，如生物骨骼石灰?guī)r、硅藻土、白堊等。第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 (二)間接作用1.生物化學沉積作用是指生物的生命活動過程或生物遺體分解過程引起介質(zhì)物理化學環(huán)境變化，使某些溶解物質(zhì)沉淀，或由于有機質(zhì)吸附作用使某些元素沉積

13、。 生物產(chǎn)生H2S、NH3、CH4、O2等氣體或吸收CO2氣體，影響介質(zhì)環(huán)境的物化條件，使某些物質(zhì)溶解或沉淀。2.生物物理沉積作用指生物在生命活動中通過捕獲、粘結(jié)或障積等作用使沉積物沉淀。第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 六、沉積分異作用沉積分異作用概念 母巖風化產(chǎn)物以及其他來源的沉積物在搬運和沉積過程中會按顆粒大小、形狀、比重、礦物成分和化學成分在地表依次沉積下來的現(xiàn)象，也叫地表沉積分異作用。機械分異作用：主要受物理原理支配，見于碎屑巖中；化學分異作用：主要受化學原理支配，見于溶解物質(zhì)沉積過程第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 (一)機械沉積分異作用碎屑物質(zhì)在流水搬運和沉積的過程中，將按粒度、密度、形狀、成分等差異發(fā)生有序沉積的現(xiàn)象物理分異與之對立的是“摻和作用”或“混合作用”、“混雜作用”。第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 1.顆粒大小分異從上游到下游，粒度由大到小、分選由差變好；2.比重分異體積小比重大和比重小體積大的沉積物可能一起堆積，如含金礫巖3.形狀分異片狀顆粒比等軸粒狀顆粒搬運得遠；圓度和球度高的滾動顆粒更易于搬運。4.礦物成分分異顆粒比重和形狀同礦物成分密切相關(guān)，顆粒大小與礦物物性有關(guān)，如脆性、解理、硬度等顆粒粒度分異礦物比重分異含金礫巖第二節(jié) 沉積物的搬運和沉積作用 機械沉積分異結(jié)果隨搬運距離的增長碎屑物質(zhì)的礦物成分趨向簡單穩(wěn)定組分增多重礦