第十五章搬運(yùn)作用3

第十五章搬運(yùn)、沉積作用與碎屑物一、概述風(fēng)化產(chǎn)物及其他沉積物除部分殘留原地外，大部分將被搬運(yùn)到沉積盆地沉積下來(lái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河流每年約搬運(yùn)165億噸物質(zhì)，海洋中每年新生成的巖石圈物質(zhì)約300億噸(黃潤(rùn)秋，1997)。沉積物的搬運(yùn)作用和沉積作用常交替進(jìn)行，并且在過(guò)程中也繼續(xù)發(fā)生著風(fēng)化作用，如化學(xué)分解、機(jī)械破碎等。三個(gè)作用階段密切聯(lián)系、又相互獨(dú)立。（一）搬運(yùn)介質(zhì)

水（河、湖、海、地下水等）

空氣（風(fēng)）冰川生物（二）搬運(yùn)與沉積方式

1.機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用對(duì)象：碎屑、粘土以及內(nèi)源顆粒（鮞粒、生物碎屑等）。方式：滑動(dòng)式、滾動(dòng)式、跳躍式和懸浮式。機(jī)理：受流體力學(xué)定理支配。

2.化學(xué)搬運(yùn)與沉積作用對(duì)象：化學(xué)溶解物（真溶液、膠體）。方式：真溶液、膠體或絡(luò)合物形式。機(jī)理：受化學(xué)、物理化學(xué)定理支配。

3.生物搬運(yùn)與沉積作用（后者大于前者）對(duì)象：巖石、水、大氣中的元素。方式：光合作用、新陳代謝等形式。機(jī)理：受生物物理、生物化學(xué)、生物生理定理支配。（三）流體類型風(fēng)和水都是流體，也是搬運(yùn)和沉積的主要介質(zhì)。分為：牽引流、沉積物重力流。

1.牽引流

介質(zhì)里含有少量沉積物質(zhì)，在介質(zhì)的推動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，沉積物處于被動(dòng)狀態(tài)，大多情況下沉積物由高處向低處運(yùn)移，有時(shí)也可以由低處向高處運(yùn)移。例如風(fēng)流、河流、湖流、海流、波浪流、潮汐流、等深流等。搬運(yùn)力：

牽引力（推力）——與流體的流速呈正相關(guān)關(guān)系。如山區(qū)河流或洪流，流速高、牽引力大，搬運(yùn)的礫石大，但搬運(yùn)的數(shù)量不一定多。

載荷力（負(fù)荷力）——與流體的流量呈正相關(guān)關(guān)系。如平原河流，流量大、載荷力大，搬運(yùn)的碎屑數(shù)量大，但搬運(yùn)的顆粒小。注：牽引力大不一定載荷力也大，反之亦然。2.沉積物重力流

介質(zhì)里含有大量沉積物質(zhì)，呈懸浮態(tài)高密度混合一起，在重力下運(yùn)動(dòng)，沉積物處于主動(dòng)狀態(tài)，沉積物都是沿斜坡由高處向低處運(yùn)移。例如泥石流、濁流等。搬運(yùn)力——重力。注：隨著密度降低，沉積物重力流逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?。二、與沉積學(xué)相關(guān)的流體力學(xué)基本原理（一）內(nèi)摩擦力（F）

河水流動(dòng)中，水流受河道摩擦影響，流速由河床底部的零值開(kāi)始，向上逐漸增大，各微層水流速不同，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，快層對(duì)慢層沿流向產(chǎn)生拖力，慢層對(duì)快層反流向產(chǎn)生阻滯力。

內(nèi)摩擦力（F）——作用在流體內(nèi)部?jī)晌咏佑|面上，大小相同、方向相反的一對(duì)力。河道底部水流方向河流表面流速梯度流速0（二）內(nèi)摩擦定律

F=ηA

τ=η

F——內(nèi)摩擦力（牛）

η

——?jiǎng)恿φ硿禂?shù)（Pa.S）（與流體和溫度有關(guān)）

A

——接觸面積（m2）

dv

——單位層內(nèi)上下流速差

dz

——單位層厚度

——流速梯度（秒-1）

τ——剪切應(yīng)力（F/A）應(yīng)用：凡符合于牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，稱為

牛頓流體，如牽引流。

凡不符合于牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，稱

為非牛頓流體，如沉積物重力流。（三）水流流動(dòng)狀態(tài)——層流、紊流與雷諾數(shù)自然界的水流流動(dòng)狀態(tài)分為：

層流——流速緩慢，各質(zhì)點(diǎn)的流速、方向不變，呈平行線狀，分層流動(dòng)。

紊流——流速湍急，各質(zhì)點(diǎn)的流速、方向隨時(shí)間而變，運(yùn)動(dòng)軌跡不規(guī)則，質(zhì)點(diǎn)混亂、呈漩渦狀。

臨界流——介于上述兩者之間。注：隨著水流的粘度、密度、管道直徑因素改變，流動(dòng)狀態(tài)可以轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)變時(shí)的流速稱為臨界流速。

雷諾（ReynoldsNumber，英國(guó)物理學(xué)家，1883）提出實(shí)驗(yàn)室的臨界流速計(jì)算公式。管道和明渠流條件下層流（A）與紊流（B）關(guān)系示意圖（曾允孚和夏文杰，1986）紊流層流層流紊流雷諾數(shù)與地質(zhì)意義水流狀態(tài)判斷依據(jù)——雷諾數(shù)（Re），（無(wú)量綱）。

Re

=慣性力/粘滯力

=vdρ/η=vd/υ

ρ——密度

v——平均流速

d——管道直徑

υ（η）——粘滯系數(shù)對(duì)于管道流，Re＜2000為層流，Re＞2000為紊流，Re=2000為臨界流。粘滯力大時(shí)水體易為層流，慣性力大時(shí)水體易為紊流。地質(zhì)意義：

1.任何水體都存在層流和紊流兩種流動(dòng)狀態(tài)。層流的深度與雷諾數(shù)為反相關(guān)關(guān)系。

2.層流有利于沉積物沉積。

3.紊流有利于沉積物搬運(yùn)。（四）水流流動(dòng)強(qiáng)度——急流、緩流與福勞德數(shù)急流——水流在障礙物處形成浪花，迅速越過(guò)，上部水面略有升高，不向上游傳播，影響范圍較小。緩流——水流在障礙物前形成跌落，在障礙物后形成壅高，向上游傳播能力強(qiáng)，影響范圍較大。臨界流——介于上述兩者之間。

急流（a）緩流（b）遇到障礙物時(shí)的流動(dòng)特點(diǎn)

（華東水利學(xué)院，1979）急流緩流

福勞德數(shù)（Fr）與地質(zhì)意義水流強(qiáng)度判斷依據(jù)——福勞德數(shù)（Fr），（無(wú)量綱）。

Fr=慣性力/重力

=v/

v——流速

g——重力加速度

h——水深分類與地質(zhì)意義：

1.Fr>1，水流強(qiáng)度為急流，也稱高流態(tài)，對(duì)床砂形體破壞大。

2.Fr<1，水流強(qiáng)度為緩流，也稱低流態(tài)，對(duì)床砂形體破壞小。

3.Fr≈1，水流強(qiáng)度為臨界流，也稱過(guò)渡流態(tài)。實(shí)驗(yàn)室水道沙床上各種床沙類型特征與水流強(qiáng)度的關(guān)系

（曾允孚和夏文杰，1986）

三、機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用（一）牽引流搬運(yùn)與沉積作用

1.水的機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用（1）沉積物受力分析與搬運(yùn)方式水流對(duì)底載荷施加的力包括：

1）有效重力（W）=重力－浮力

2）水平推移力（Px）

3）垂直上舉力（Py）

①浮力

②紊流產(chǎn)生的上升渦力

③壓力差產(chǎn)生的上舉力

4）底部摩擦力（Pf）

5）顆粒間的粘結(jié)力（Pc）Px、Py增大有利于顆粒搬運(yùn)，而W、Pc、Pf增

大則不利于顆粒搬運(yùn)。若：

1）Px＞（W+Pc+Pf）－Py，則以滑動(dòng)方式，如礫石；

2）Px與Py形成合力＞W(wǎng)與Pf形成合力，則以滾動(dòng)方式，如礫石；

3）Py與W反復(fù)無(wú)常變化時(shí)，則以跳躍方式，如砂粒；

4）Py始終大于W時(shí)，則以懸浮方式，如粉砂、粘土。重力摩擦力

和粘結(jié)力推移力浮力和上舉力合力河床底部水流對(duì)碎屑顆粒的三種搬運(yùn)方式（R.C.Selly，1982）合力跳躍方式搬運(yùn)理想模型

伯諾利方程：

p/ρ+gy+v2/2=常數(shù)

p---壓力ρ---水密度

y---距床沙底面的高度v---流速

意義：

流速與壓力呈反相關(guān)關(guān)系。流速快部位形成的壓力低，流速慢部位形成的壓力高，壓力差形成上舉力，上舉力與顆粒的跳躍高度成正比。例如飛機(jī)機(jī)翼上下的差異性。經(jīng)計(jì)算得出的在槽底流過(guò)一個(gè)圓柱體的理想流體流態(tài)（Blatt等，1972）（2）碎屑搬運(yùn)、沉積與流體流速的關(guān)系

碎屑在牽引流中的搬運(yùn)與沉積，與顆粒大小有關(guān)，而顆粒大小又與流體流速相關(guān)。其相互關(guān)系見(jiàn)尤爾斯特隆圖。經(jīng)森德伯格修改的尤爾斯特龍圖解（ASundborg，1956）水力學(xué)意義

1）沉積物的侵蝕（始動(dòng)）速度大于搬運(yùn)速度。

2）＞2mm的礫石，要求始動(dòng)速度和沉積速度差值不大，且隨著粒度增大而增高，說(shuō)明礫石難以侵蝕，極易沉積，不易長(zhǎng)距離搬運(yùn)。多沿河床底部滾動(dòng)式推移前進(jìn)。

3）0.05～2mm的砂粒，尤其是細(xì)砂，要求始動(dòng)速度與沉積速度相差也不大，而且始動(dòng)速度最小，易搬運(yùn)、易沉積，極為活躍。多呈跳躍式搬運(yùn)。

4）＜0.05mm固結(jié)的粉砂和泥粒，要求始動(dòng)速度很高，但沉積速度很低，一旦侵蝕起來(lái)后，長(zhǎng)期懸

浮，很難沉積，在平靜

的沉積盆地里沉積下來(lái)。

對(duì)于未固結(jié)的粉砂

和泥粒，始動(dòng)速度和沉

積速度都很低，很難沉

積。

5）在一定流速下，所搬運(yùn)的顆粒是一個(gè)群體，而不是某粒級(jí)，既有懸浮體，也有跳躍體，甚至滾動(dòng)體。

6）隨流速降低，碎屑顆粒從粗到細(xì)依次沉積——沉積分異。但是，流速頻繁變換，則形成混雜堆積。注：隨流速增大，同一顆粒的運(yùn)動(dòng)方式可以變化。隨流動(dòng)強(qiáng)度變化，流水所能搬運(yùn)最大懸浮

和滾動(dòng)顆粒的關(guān)系曲線（R.G.Walker，1975）（3）碎屑物沉降速度

斯托克斯（G.G.Stokes，1850）沉降公式：

（實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)室、靜水、恒溫20℃、球體＜0.1mm、粘度、密度不變）。

ν——球體沉降速度g——重力加速度

r——球體半徑μ——水的粘度

ρs、ρ——球體和水的密度意義：

1）當(dāng)介質(zhì)、碎屑一定后，顆粒直徑與沉降速度呈正相關(guān)。

2）當(dāng)介質(zhì)、粒度一定后，顆粒比重與沉降速度呈正相關(guān)。

故自然界中，大而輕的常與小而重的顆粒沉積在一起。

3）可以進(jìn)行粒度分析——莎巴寧法。

魏德?tīng)栒J(rèn)為碎屑是不規(guī)則的顆粒，沉降速度應(yīng)改為：

νp——

碎屑沉降速度g——重力加速度

rp——碎屑半徑μ——

水的粘度

ρs、ρ——

碎屑和水的密度

兩個(gè)公式比較：

νp=64%ν

比較后看出，碎屑顆粒因形狀不規(guī)則，表面積增大，沉降速度僅為規(guī)則顆粒的64%。

實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)體積相同時(shí)，假定球形顆粒的沉速為100，則橢球?yàn)?4～61，立方體為74，長(zhǎng)柱體為50，片狀為80～38。片狀顆粒搬運(yùn)最遠(yuǎn)，與泥沙在一起。2.風(fēng)的機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用是僅次于水的搬運(yùn)與沉積介質(zhì)?？梢詫?nèi)陸砂塵搬運(yùn)到海洋，也可以將海灘砂搬運(yùn)到內(nèi)陸。僅能搬運(yùn)碎屑。密度和粘滯性小于水。

ρw=1000kg/m3，ρa(bǔ)=1.22kg/m3，（15℃）在相同流速里，風(fēng)搬運(yùn)的粒度約為水體的1/30，大大小于水體。一般僅搬運(yùn)砂級(jí)以下顆粒，故往往礫石滯留于原地，粗砂靠近物源地。作用的空間范圍大，從低處到高處。搬運(yùn)方式（1）跳躍：占70～80%，一般是＜0.5mm顆粒，尤其細(xì)砂（0.1～0.3mm）最為活躍，呈弓形軌跡，角度一致（10°～16°）。

（2）蠕動(dòng)（滾動(dòng)）：＜20%，一般是0.5～2mm，更大的顆粒一般原地不動(dòng)。跳躍和蠕動(dòng)的搬運(yùn)距離近，多在來(lái)源地附近堆積形成砂丘。

（3）懸浮：＜10%，小于0.1～0.2毫米的顆粒，可搬運(yùn)很遠(yuǎn)?？諝饷芏刃?，風(fēng)速變化快，搬運(yùn)的砂粒粒徑范圍窄，一旦減速便沉積，故顆粒大小較均勻——分選好。顆粒活躍，碰撞較多，表面較圓，具“沙漠漆”。形成大型交錯(cuò)層理，層系厚度達(dá)幾十厘米～幾米。沉積：（1）風(fēng)速降低。（2）遇障礙。莫斯（A.J.Moss，1963）“推移障礙”：松散砂粒容易移動(dòng)，一旦聚集、彼此相靠，便穩(wěn)定下來(lái)形成沙丘。供給不足時(shí)，迎風(fēng)坡遭侵蝕，背風(fēng)坡沉積，導(dǎo)致沙丘向

前移動(dòng)；當(dāng)砂粒足量供給時(shí)，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡均有沉積。砂丘遷移示意圖風(fēng)成砂的跳躍軌跡（R.A.Bagnold，1941）3.沉積分異作用是指依據(jù)沉積物的物理、化學(xué)性質(zhì)有規(guī)律地依次沉積。具體分為機(jī)械沉積分異作用、化學(xué)沉積分異作用。機(jī)械沉積分異作用

沉積物隨流速和運(yùn)移能力降低，按其物理特性（大小、形狀、比重等）在地表依次沉積。（1）顆粒大小

水流方向

礫巖砂巖粘土巖

（2）形狀粒狀近源沉積，片狀遠(yuǎn)源沉積，常與粘土沉積一起，沉積巖層面常見(jiàn)白云母碎片。（3）比重粒度相同時(shí)，重者先沉積。粒度不相同時(shí)，比重大而體積小者可以與比重小而體積大者沉積一起，例如金、鋯石等重礦物與石英砂堆積。

碎屑物質(zhì)在流水搬運(yùn)過(guò)程中的變化：隨著碎屑物質(zhì)被搬運(yùn)的時(shí)間和距離增長(zhǎng)，不穩(wěn)定成分逐漸變少、粒度逐漸變小、圓度逐漸變好、球度有所增高。碎屑湖泊沉積的理想模式

（據(jù)特溫霍費(fèi)爾，1932）

現(xiàn)代青海湖沉積物分布

（據(jù)中國(guó)科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所，1979）

（二）沉積物重力流搬運(yùn)與沉積作用

是指介質(zhì)里含有大量沉積物質(zhì)，呈懸浮態(tài)（自懸?。└呙芏扰c介質(zhì)混合一起，在重力下沉積物沿斜坡由高處向低處運(yùn)移，沉積物處于主動(dòng)狀態(tài)。例如泥石流、濁流等。沉積物重力流是一種密度流。密度流還包括海洋因溫度差異形成的寒流、等深流，因鹽度差異形成的鹽水楔等。1.分類米德?tīng)栴D和漢普頓根據(jù)顆粒的支撐機(jī)理和堆積的沉積物類型，將沉積物重力流分成泥石流、顆粒流、液化沉積物流和濁流。（1）泥石流（碎屑流）

水介質(zhì)中含有大量的粘土和砂（水含量?jī)H40～60%），高度混合，形成具有一定密度和支撐強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度）的載體（砂泥漿），將礫石、巖塊懸浮搬運(yùn)。如含礫泥巖。（2）顆粒流

介質(zhì)中主要含有砂粒，少量粘土和礫石，由于顆粒之間相互碰撞產(chǎn)生的支撐應(yīng)力，使顆粒懸浮于流體中。例如：西部地區(qū)的巖塊崩塌流、雪崩流（底部氣墊、前部氣浪）；

火山碎屑流（底部氣墊、前部氣浪）；風(fēng)成砂丘突然崩塌，沿坡體形成的砂流；水底坡度變陡地帶，沉積物因斷層、地震或暴風(fēng)浪的強(qiáng)烈震動(dòng)作用，崩落、液化，高速向深處流動(dòng)形成的流體。（3）液化沉積物流當(dāng)碎屑緩慢堆積時(shí)，其重量由下覄沉積物所支撐，孔隙壓力等于靜水壓力。負(fù)荷增大，孔隙減小，孔隙水向側(cè)方擠壓出去，達(dá)到固結(jié)。當(dāng)大量碎屑快速堆積，下覄沉積物難以支撐上覆急劇增加的重量，部分碎屑重量傳遞給孔隙流體，孔隙壓力大于靜水壓力，形成超孔隙壓力，使顆粒懸浮、“沸騰”、液化，形成高密度流體。礫石孔隙大，粉砂、粘土凝聚性較好，不易形成超孔隙壓力。液化沉積物流常發(fā)育于中細(xì)碎屑巖中。（4）濁流

沉積物靠紊流或由紊流的向上分力（上舉力）支撐懸浮，在重力作用下搬運(yùn)，與介質(zhì)組成高密度流體。如礫、砂、泥的沉積組合體。引發(fā)原因：地震、海嘯、暴風(fēng)浪、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等震動(dòng)、或失重。濁流、紊流與沉積物懸浮三者相互作用、互相影響。三者關(guān)系為：紊流沉積物懸浮濁流擾動(dòng)作用重力作用紊流作用2.濁流發(fā)育階段鮑瑪（A.H.Bouma，1962）提出四個(gè)發(fā)育階段：

a.三角洲階段：河流將大量沉積物帶到湖、海盆地，堆積成三角洲。

b.滑動(dòng)階段：因某種作用震動(dòng)，開(kāi)始液化，整體向下方緩慢滑移，隨著水量增加，速度加快。

c.流動(dòng)階段：流體速度加快，內(nèi)部出現(xiàn)速度分層，粗粒涌向前端。

d.濁流階段：沉積物與水高度混合，形成懸浮態(tài)高密度流體，隨流動(dòng)速度加快，沖刷、侵蝕下部物質(zhì)，增大規(guī)模。內(nèi)部分層。平面為錐形或扇形堆積體。具有高濃度懸浮沉積物的河流（H.S.Bell，1942）突發(fā)高速型濁流的形成示意圖

（A.H.Bouma，1962）3.濁流內(nèi)部構(gòu)造一般分為三部分：

頭部：呈舌狀、比體部厚，粒度最粗、密度最高、流速最快，侵蝕能力最強(qiáng)，沖刷痕與刻痕發(fā)育，以侵蝕搬運(yùn)為主。

體部：厚度較均勻，粒度較細(xì)，密度降低，流速減緩。

尾部：厚度迅速變薄，粒度變細(xì)，密度最低，流速減緩，以沉積作用為主。高速濁流內(nèi)部劃分圖

（G.V.MiddletonandM.A.Hampton，1973）4.鮑馬層序粒度分層編號(hào)鮑馬層序分段（1962）解釋泥E內(nèi)濁流沉積（一般為頁(yè)巖）深海沉積作用或細(xì)粒的、低密度濁流沉積作用粉砂D上平行紋層（水平層理）？？？？？C波紋、波狀、包卷交錯(cuò)層理下降流動(dòng)體制的下部

細(xì)砂粗砂底部含礫石B下平行紋層（平行層理）上升流動(dòng)體制形成的平坦床沙A塊狀、粒序?qū)永淼撞堪l(fā)育槽模上升流動(dòng)體制快速沉積作用或流沙形成（？）（三）碎屑結(jié)構(gòu)與碎屑成熟度1.碎屑結(jié)構(gòu)包括粒度、圓度、球度、形狀、分選度、支撐類型和孔隙等方面。（1）粒度指碎屑顆粒的最大視直徑。測(cè)量方法：放大鏡、顯微鏡、篩析法、莎巴寧法等。粒度劃分方法：1）自然粒級(jí)法礫＞2mm

砂2～0.05mm

粉砂0.05～0.005mm

泥＜0.005mm

適用于水利學(xué)研究，與尤氏圖相吻合。2）粒級(jí)法

Ф=-㏒2d

d——顆粒直徑（mm）

有利于粒度統(tǒng)計(jì)與繪圖。Ф值粒級(jí)與教材劃分對(duì)照表相應(yīng)粒級(jí)分別稱為相應(yīng)結(jié)構(gòu)，如礫狀結(jié)構(gòu)、細(xì)砂結(jié)構(gòu)等。粒級(jí)Ф值與mm教材粒級(jí)Ф值與mm教材粒級(jí)Ф值與mm教材礫巨礫＜-8

＞256＞1000砂極粗砂/巨砂-1~0

2~12~1粉砂粗粉砂4~50.063~0.03150.05~0.03卵石-8~-664~256250~1000粗砂0~1

1~0.51~0.5粗礫-6~-416~6450~250中砂1~20.5~0.250.5~0.25細(xì)粉砂5~80.0315~0.00390.03~0.005中礫-4~-24~1610~50細(xì)砂2~30.25~0.1250.25~0.1細(xì)礫-2~-12~42~10極細(xì)砂/微砂3~40.125~0.0630.1~0.05泥＞

8＜0.0039＜0.005（2）分選度（分選性）

指碎屑顆粒大小分布的均勻程度?？梢苑从沉黧w的動(dòng)能強(qiáng)度（簸選能力）和搬運(yùn)距離。牽引流對(duì)顆粒的分選作用：a上游環(huán)境b沉積環(huán)境c下游環(huán)境（F1流入水動(dòng)力、F2流出水動(dòng)力。F1≧F2，分選好；F1和F2差值越大，分選越差）（3）圓度

碎屑棱角被磨圓的程度。不同礦物的物化性質(zhì)不同，抗磨蝕性能不同，通常根據(jù)石英的圓滑程度，分為五級(jí)。將次圓到極圓等級(jí)稱為礫狀結(jié)構(gòu)。將次棱角到棱角等級(jí)稱為角礫狀結(jié)構(gòu)。（4）球度指碎屑三維空間近球體的程度。（5）形狀由顆粒中A、B、C三個(gè)軸的相對(duì)大小決定。分為球狀、橢球狀、扁球狀、片狀、不規(guī)則狀。（6）孔隙原生孔隙、次生孔隙。

（7）支撐類型根據(jù)巖石中碎屑與填隙物（雜基）的支撐情況，分為顆粒支撐、雜基（基質(zhì)）支撐以及過(guò)渡支撐三種類型。分別稱為支撐結(jié)構(gòu)和漂浮狀結(jié)構(gòu)。地質(zhì)意義：可以反映流體的性質(zhì)，顆粒支撐（雜基含量少或無(wú)）為牽引流，雜基支撐為沉積物重力流。注：雜基（基質(zhì)）——以機(jī)械方式沉積，與主體碎屑混雜堆積，充填孔隙的細(xì)小碎屑，通常指泥和細(xì)粉砂。（8）成熟度指碎屑接近理想終極狀態(tài)（穩(wěn)定）的程度。包括成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度。

1）成分成熟度指碎屑中穩(wěn)定碎屑成分（石英、石英巖屑、燧石巖屑、鋯石、金紅石、電氣石）的含量。含量越多，成分成熟度越高。

成分成熟度指數(shù)（CMI）——穩(wěn)定碎屑成分與不穩(wěn)定碎屑成分的量比關(guān)系。地質(zhì)意義：反映沉積時(shí)的構(gòu)造環(huán)境與氣候條件。

成分成熟度高，表明物源區(qū)沉積環(huán)境濕熱溫暖、大地構(gòu)造穩(wěn)定、剝蝕量較少、長(zhǎng)距離搬運(yùn)、化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈等特征。

成分成熟度低，表明物源區(qū)沉積環(huán)境寒冷、大地構(gòu)造活躍、剝蝕量較多、短距離搬運(yùn)、埋藏速度快、物理風(fēng)化作用弱等特征。2）結(jié)構(gòu)成熟度指碎屑結(jié)構(gòu)接近理想終極狀態(tài)（無(wú)雜基、分選極好、磨圓極好）的程度。地質(zhì)意義：一般講，結(jié)構(gòu)成熟度高，表明物源區(qū)大地構(gòu)造穩(wěn)定，剝蝕埋藏緩慢，碎屑長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離搬運(yùn)、磨蝕圓度高，流體清澈，簸選能力強(qiáng)，分選好，形成無(wú)雜基的顆粒支撐結(jié)構(gòu)。相反，則表明結(jié)構(gòu)成熟度低。結(jié)構(gòu)成熟度分級(jí)以及與沉積環(huán)境的關(guān)系成熟度級(jí)別結(jié)構(gòu)特征可能的沉積環(huán)境圓度分選度雜基含量%極不成熟差差＞15大陸泥石流、洪積物、冰磯物不成熟差差5~15洪積物、河流、淺湖次成熟差中等＜5洪積物、河流、淺湖、風(fēng)成沙丘成熟中等好＜5河流、風(fēng)成沙丘、海灘極成熟好好＜5風(fēng)成沙丘、海灘四、化學(xué)搬運(yùn)、沉積作用與沉積物（一）膠體搬運(yùn)與沉積作用

100%

膠體溶液

真溶液

0%AlFeMnSiO2P2O5CaCO3CaSO4NaClMgCl2溶解度

溶解度低的Fe、Mn、Al、Si等組分，常呈膠體形式搬運(yùn)與沉積。1.膠體特征（1）質(zhì)點(diǎn)小。1~100um，大于真溶液——擴(kuò)散能力弱，

小于懸浮顆粒——不受重力影響。（2）帶電荷。表面積大，吸附離子帶有電荷，成為正膠體或負(fù)膠體。自然界常見(jiàn)的膠體有：正膠體負(fù)膠體Al(OH)3、Fe(OH)3、Cr(OH)3、

Ti(OH)3、Ce(OH)3、

Cd(OH)3、CuCO3、MgCO3、CaF2PbS、CuS、CdS、As2S3、Sb2S等硫化物；S、Au、Ag、Pt、粘土質(zhì)膠體、腐殖質(zhì)膠體SiO2、SnO2、MnO2、V2O5、

（3）吸附性強(qiáng)粒度小、表面積大、具有很強(qiáng)的選擇性吸收。通常正膠體吸附各種酸根以及絡(luò)陰離子團(tuán)，負(fù)膠體常吸附各種金屬離子，例如：

粘土膠體吸附：Au、Ag、K、Hg、V、Pt等

SiO2膠體吸附：放射性元素

Fe膠體吸附：V、P、As等

Mn膠體吸附：Co、Cu、Ni、Ag、W、Hg等。2.膠體凝聚沉積以及沉積物特征膠體凝聚沉積作用，稱為膠凝作用或絮凝作用。（1）膠體凝聚沉積原因：

1）正、負(fù)膠體相遇，電性中和。是海（湖）粘土巖形成的重要原因之一。

如：2Al2O3·nH2O+4SiO2·nH2OAl4（Si4O10）（OH）8+nH2O

正膠體負(fù)膠體高嶺石凝膠體2）膠體溶液里加入電解質(zhì)，電性中和。河流攜帶的含有金屬陽(yáng)離子的負(fù)膠體與海水、湖水相遇后，沉積在三角洲地帶，脫水后成為沉積巖或沉積礦產(chǎn)。例如：河流搬運(yùn)的Si、Al、Fe、Mn等膠體物質(zhì)進(jìn)入海洋后大都在近岸地區(qū)迅速下沉。目前世界上發(fā)現(xiàn)的海相沉積大型鐵、錳、鋁等礦床都是膠體凝聚沉積而成。

3）蒸發(fā)作用使膠體溶液濃縮，增加膠體粒子的碰撞幾率，形成膠體團(tuán)下沉。如干燥氣候下湖泊、河漫灘水體干涸時(shí)，泥質(zhì)類的沉積，主要由此原因引起。

4）pH值、Eh值的影響有些膠體沉積要求具備一定的pH或Eh值，若不滿足，即使有異性電荷的電解質(zhì)或膠體混合，也不發(fā)生沉淀。例如：SiO2和Al2O3膠體，在pH值4.5～5.2可中和生成高嶺石，如果不滿足，即使兩種膠體混合也不發(fā)生沉淀。即高嶺石在酸性介質(zhì)中凝聚，蒙脫石在堿性介質(zhì)中凝聚。對(duì)于兩性膠體影響顯著，例如Al(OH)3，酸性環(huán)境帶正電荷，堿性環(huán)境帶負(fù)電荷。

5）腐殖酸的保護(hù)自然界大量存在的腐殖酸本身易于水化，成為穩(wěn)定膠粒，常與金屬氫氧化物膠體結(jié)合生成螯合物，起到“護(hù)膠作用”，提高了金屬氫氧化物膠體的搬運(yùn)能力。如河水中搬運(yùn)的Fe、Mn、Al氫氧化物膠體以及硫化物膠體較多，而河流中沉積的膠體沉積物較少。（2）膠體沉積物特征

1）未脫水時(shí)呈凝膠狀、凍狀，成巖后具貝殼狀斷口。

2）脫水后具龜裂紋，裂隙發(fā)育，敲擊后碎屑易顯棱角。

3）呈放射狀、扇狀、鮞狀、腎狀、以及結(jié)核狀等結(jié)構(gòu)，重結(jié)晶后具微晶結(jié)構(gòu)。

4）產(chǎn)狀常為結(jié)核狀、透鏡狀、層狀產(chǎn)出。

5）吸附能力與離子交換能力強(qiáng)，導(dǎo)致其顏色、化學(xué)成分不定。（二）真溶液搬運(yùn)與沉積作用母巖風(fēng)化產(chǎn)物中以真溶液搬運(yùn)與沉積的物質(zhì)主要是溶解度高的Cl、S、K、Na、Ca、Mg等組分，常呈離子形式溶于水中。其溶解或沉淀晶出的控制因素是溶解度（溶度積），只有當(dāng)離子濃度大于或等于其溶解度時(shí)，才能晶出。因此，溶解度大的物質(zhì)不容易沉淀，溶解度小的首先沉淀。影響真溶液搬運(yùn)、沉積（溶解度）的因素較多，如pH值、Eh值、溫度、壓力和CO2含量等，尤其是對(duì)溶解度較小的Si、Al、Fe、Mn等的影響更為明顯。

1.pH值（1）溶解度隨pH值增高而增高。如SiO2在堿性條件易溶解搬運(yùn)，酸性條件易沉淀。Fe3+PH＞3時(shí)沉淀。（2）溶解度隨pH值增高而降低。如CaCO3弱堿性環(huán)境沉淀。Fe2+PH＞5.5～7時(shí)沉淀，其氫氧化物在堿性條件易沉淀，酸性條件易溶解搬運(yùn)。因此，常見(jiàn)石英與方解石、鐵質(zhì)礦物之間的交代。25℃時(shí)，pH值與方解石、非晶質(zhì)SiO2和石英

的溶解度關(guān)系圖（Blatt，1972）（3）溶解度隨pH值增高而變化。如Al2O3溶液pH值為4～7時(shí)沉淀，＜4或＞7時(shí)均不能沉淀。2.Eh值主要影響變價(jià)元素（Fe、Mn）的溶解度。氧化條件下易形成高價(jià)氧化物或氫氧化物，而還原條件下形成低價(jià)氧化物或氫氧化物。低價(jià)化合物的溶解度高出高價(jià)化合物幾百～幾千倍，故Fe、Mn等變價(jià)元素在還原條件易溶解搬運(yùn)，在氧化條件易沉淀。3.溫度溫度升降影響蒸發(fā)作用，影響Cl、S、Na、K、Mg等溶解度大的鹽類物質(zhì)的溶解與沉淀。只有在干熱、蒸發(fā)的條件下，沉積形成石膏、硬石膏、鈉鹽等，稱為蒸發(fā)巖。4.CO2含量主要影響碳酸鹽類礦物的形成。環(huán)境溫度高、壓力低時(shí)，溶液中CO2含量少，溶解度小，碳酸鹽類礦物易沉淀；相反，則易搬運(yùn)。如泉水口碳酸鹽類沉淀物的形成。海湖中，上部水體CaCO3易沉淀晶出方解石礦物，但是，下部水體方解石則易溶解，方解石晶出后，重力下沉將遭受溶解。使方解石全部溶解的最大可能深度，稱為CaCO3補(bǔ)償深度（CCD），其下部將沒(méi)有方解石沉淀物的堆積。注：現(xiàn)代海洋CaCO3的補(bǔ)償深度約為4000~5000m。（三）化學(xué)沉積物與結(jié)構(gòu)1.化學(xué)沉積物是指由化學(xué)方式形成的沉積物。既包括直接從溶液中晶出的物質(zhì)，如鹽類礦物，也包括后期改造形成的礦物，如重結(jié)晶或交代形成。起膠結(jié)作用的稱為膠結(jié)物，不起膠結(jié)作用的稱為自生礦物。2.化學(xué)結(jié)構(gòu)（結(jié)晶結(jié)構(gòu)）其晶出方式與巖漿相近，故有很多相近點(diǎn)（環(huán)境不同）。結(jié)構(gòu)命名方法與巖漿巖相同，如：非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)、顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；自形、半自形、它形；等粒、不等粒，似斑狀；

粗晶結(jié)構(gòu)、中晶結(jié)構(gòu)、細(xì)晶結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)（粒度劃分等同于碎屑結(jié)構(gòu)）等。3.化學(xué)沉積分異作用在沉積過(guò)程中，由于各種元素和化合物的化學(xué)性質(zhì)差異，導(dǎo)致不同組分先后沉積的過(guò)程。五、生物搬運(yùn)、沉積作用與沉積物

是指在生物的生命活動(dòng)中，以直接或間接方式進(jìn)行的物質(zhì)遷移和聚集作用。特點(diǎn)：

歷史悠久（35億年、澳大利亞疊層石）

分布廣泛（地下1000m以上到地表）

繁殖迅速（藻類、菌類等）

作用重要（硅藻、鐵藻、泥晶方解石）（一）直接作用生物通過(guò)光合作用、新陳代謝，吸收大氣、水、巖石圈層里的N、P、O、C、Ca、Mg、Si以及U、Au、Ag等組分，組成生物肌體和骨骼，隨沉積環(huán)境演變而遷移，死亡后堆積，形成某些組分的遷移和富集。

有機(jī)體（軟體）轉(zhuǎn)化為石油、天然氣、油頁(yè)巖、泥炭和煤等。硬體部分則與沉積物混雜堆積，形成巖石，如生物碎屑灰?guī)r、礁灰?guī)r、硅藻土（巖）等。（二）間接作用

1.生物化學(xué)作用生物的生命活動(dòng)，改變環(huán)境的物理化學(xué)條件（pH值、Eh值），進(jìn)而影響了物質(zhì)的溶解度、膠體粒子電性、離子團(tuán)等性質(zhì)，發(fā)生組分的遷移或聚集作用。如藍(lán)綠藻類光合作用消耗CO2，使pH值上升，有利于碳酸鹽類物質(zhì)沉積。如生物腐爛、分解后產(chǎn)生大量H2S、NH3、CH4、H2氣體，造成還原條件，有利于變價(jià)元素、金屬硫化物搬運(yùn)等。

2.生物物理作用（1）藻類的粘結(jié)作用生物分泌粘液，捕獲、粘結(jié)水體中細(xì)小沉積物質(zhì)點(diǎn)，如CaCO3質(zhì)點(diǎn)，形成疊層石等。（2）生物障積作用由于生物肢體阻礙了介質(zhì)流速，使介質(zhì)攜帶的沉積物質(zhì)沉積在后面，如珊瑚、海湖底的植物等。六、復(fù)合搬運(yùn)、沉積作用于沉積物

是指沉積物經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)和生物的共同作用下形成。如盆地里的沉積物，前期以化學(xué)、生物化學(xué)和生物作用沉積，后期可能遭受流體沖刷、侵蝕改造破壞，形成大碎屑——自生顆粒和小碎屑——泥晶/微晶基質(zhì)，或在原地沉積，或搬運(yùn)到異地沉積，其過(guò)程與陸源碎屑相似，屬于機(jī)械搬運(yùn)和沉積作用，可以用流體力學(xué)機(jī)理分析巖石形成過(guò)程。

將碎屑巖研究方法引入化學(xué)巖和生物化學(xué)巖中，尤其是在碳酸鹽巖研究中——?？耍‵olk，1962）。（一）自生顆粒（異化粒、顆粒、粒屑）是指在沉積盆地里以化學(xué)作用、生物作用、機(jī)械作用或共同作用后形成的，粒度大于粉砂級(jí)的礦物集合體。常見(jiàn)有：

生物碎屑內(nèi)碎屑鮞粒凝塊石核形石團(tuán)粒特點(diǎn)：

同一種顆粒中的內(nèi)部特征、物質(zhì)組成相同或相近。1.生物碎屑/骨粒個(gè)體完整的叫骨粒/顆粒，多由微體化石（有孔蟲(chóng)、介形蟲(chóng)）組成。破碎不完整的叫生物碎屑/生屑、骨屑，多由大生物化石（腕足、腹足）組成。當(dāng)破碎嚴(yán)重時(shí)，需用顯微鏡觀察殼體的顯微結(jié)構(gòu)鑒別生物種類。群體原地固著生長(zhǎng)的造礁生物（珊瑚），稱為骨架生物。地質(zhì)意義：

1.生屑種類與數(shù)量，可以推測(cè)沉積環(huán)境的物化條件（水深、水溫、鹽度、底質(zhì)、水流動(dòng)態(tài)等）。

2.生屑自形程度（被破壞程度），可以推測(cè)是否經(jīng)過(guò)搬運(yùn)、原地或異地沉積、沉積環(huán)境水流動(dòng)態(tài)強(qiáng)弱性質(zhì)等。薄片中生物碎屑的自形程度類型蜓類，含生屑泥晶灰?guī)r，

川東北二疊系，4×10單偏光

2.內(nèi)碎屑