沉积岩与沉积相2.2沉积岩的搬运和沉积作用

1、本讲介绍 上一讲我们学习了沉积岩原始物质的形成。我们知道风化作用形成了最主要的沉积岩原始物质成分。 母岩风化后，少量会残留在原地形成风化壳，大部分则进入搬运状态向沉积盆地转移，并随着搬运介质能力的减弱而逐渐沉积下来形成沉积物。这一讲，我们就来学习一下沉积物的搬运和沉积作用，重点讲解碎屑物在流水中的搬运和沉积作用，溶解物质的搬运和沉积作用，并简单了解一下生物的搬运和沉积作用。第二节 沉积物的搬运和沉积作用 一、引言风化作用的产物及其它来源的沉积物质少量残留原地大部分将进入搬运状态向沉积盆地转移。搬运中仍会发生机械破碎和化学分解新矿物介质搬运能力减弱，无力携带所搬运沉积物沉积沉积下来的沉积物 长期

2、固定下来不再移动， 地壳上升，侵蚀基准面下降，流体流速加快重新发生侵蚀并被再次被搬运第二节 沉积物的搬运和沉积作用 风化、搬运和沉积是三个连续而又独立的阶段，但有时相互交替和重复，尤其是搬运和沉积作用，是一对矛盾。第二节 沉积物的搬运和沉积作用 沉积物发生搬运和沉积的地质营力（搬运介质）流水风（大气）冰川重力生物 地壳表层条件第二节 沉积物的搬运和沉积作用 按沉积物被搬运和沉积的方式不同可以分为：1.机械/物理搬运和沉积作用碎屑+新生成物质+火山碎屑+宇宙源物质2.化学搬运和沉积作用溶解物质、深层卤水生物化学搬运和沉积作用溶解物质深层卤水生物源物质3.生物搬运和沉积作用生物源物质第二节 沉积物

3、的搬运和沉积作用 二、流体的几个基本概念和基础知识（一）牛顿流体和非牛顿流体内摩擦定律： 在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力粘滞系数/运动粘滞系数始终保持一常数。 牵引流服从内摩擦定律牛顿流体 沉积物重力流不服从内摩擦定律非牛顿流体第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （二）层流、紊流和雷诺数 两种流动型态层流与紊流/湍流/涡流 层流 紊流第二节 沉积物的搬运和沉积作用 雷诺数（Re, Reynolds numbers ） 层流和紊流的判别标准惯性力与粘滞力之间的关系，描述流体的流动状态Re惯性力/粘滞力V2d2/VdVd/Re1 层流Re140 临界流Re 40 紊流 第二节 沉积物的搬运

4、和沉积作用 （三）缓流、急流和佛罗德数（Fr）明渠水流 急流、缓流和临界流三种流态 判别标志为佛罗德数（ Fr， Froude number ）Fr惯性力/重力（V2/D）/gV2/（gD） 标志惯性力与重力之间的关系 描述流体的运动强度第二节 沉积物的搬运和沉积作用 Fr1：急流，水浅流急上部流动体制，高流态Fr1：临界流，过渡流态Fr1：缓流，水深流缓下部流动体制，低流态牢记！第二节 沉积物的搬运和沉积作用 牵引流和沉积物重力流的区别类别牵引流重力流流体性质牛顿流体非牛顿流体密度低高（1.08，海水比重）水动力学机制地形、潮流或风重力液固相分明不分搬运介质流水沉积物搬运动力推力、负荷力重力

5、搬运方式滚动、跳跃、悬浮悬浮运动关系水主动，颗粒被动水被动，颗粒主动搬运物质碎屑物质、溶解物质碎屑物质为主沉积作用流速、能量减小能力减小转化或稀释沉积环境地形变化较小山前或斜坡及其下游方向沉积构造各种类型层理粒序/递变层理第二节 沉积物的搬运和沉积作用 三、碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积作用-机械搬运和沉积作用 什么性质的流体？ 河水、海水、湖水、风、冰川 物源区在哪儿？ 山区（剥蚀区）、陆地岸边 搬运的起点在哪儿？ 山区（剥蚀区）、陆地岸边第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （一）受力分析 1.有效重力（w）：颗粒受到的重力和浮力两者之差 2.粘结力（Pc）：由颗粒表面的水膜所造成的粘结力 3.水

6、平推移力（Px）：水流作用于颗粒顺水流方向的力 4.垂直上举力（Py）：垂直向上，产生原因： 水体浮力（已计算在有效重力中）； 颗粒上下因流速差而引起的压力差； 紊流中存在涡流的扬举作用/上举涡力 PyPcPxW第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （二）流体搬运碎屑物质的方式 推移搬运（滚动+跳跃）床沙载荷(bed load)，粗 悬浮搬运悬移载荷（suspend load），细 载荷：流体中被搬运的沉积物，也叫负载，负荷。 第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （三） 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积与流速和颗粒大小的关系尤尔斯特隆图解开始搬运速度（V开）：流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需的流速

7、继续搬运速度（V继）：流水维持碎屑物质继续搬运所需要的流速。V开V继第二节 沉积物的搬运和沉积作用 尤尔斯特隆图解两线：开始搬运曲线/继续搬运曲线三区：剥蚀区 / 搬运区 / 沉积区三段：砾级：难搬易沉 山区粉砂和泥级：易搬难沉 深水砂级：易搬易沉 分布最广搬运和沉积的决定因素：粒径和流速剥蚀区搬运区沉积区第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （四）机械沉积作用主要是流水的动力不足以克服碎屑的重力时，碎屑物质就会沉积下来。碎屑物质在静水中下沉颗粒越大，比重越大，沉积速率就越大。根据实验极细砂下沉30m约2小时，细粘土则需要1年；下沉30004000m，极细砂需要10天，细粘土需要100年。第二节 沉

8、积物的搬运和沉积作用 颗粒间的碰撞和摩擦流体对颗粒的分选作用化学分解和机械破碎作用碎屑物质在长距离搬运过程中要发生一系列的变化第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （五）碎屑物质在流水搬运中的变化矿物成分 不稳定组分减少 稳定组分增加粒度（颗粒大小） 变细，分选变好颗粒形状 圆度与球度变好第二节 沉积物的搬运和沉积作用 搬运物质：溶解物质及部分新生成物质。搬运方式：胶体溶液或真溶液。 Al、Fe、Mn、Si的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运；Ca、Na、Mg的盐类则常呈真溶液搬运。四、 溶解物质的搬运和沉积作用化学搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （一）胶体溶液物质的搬运与沉积 胶体溶液

9、-介于粗分散系(悬浮液)和离子分散系(真溶液)间，粒子直径介于1100nm间，多呈分子状态。 1、胶体溶液的特点受重力影响极其微弱；扩散能力很弱；类型有正负之分正胶体，表面带正电荷，Fe、Al含水氧化物胶体；负胶体，表面带负电荷，Si、Mn氧化物； 具有吸附现象第二节 沉积物的搬运和沉积作用 2、胶体溶液稳定的因素搬运布朗运动可抗衡重力作用，不使胶粒下沉。同种电荷的胶粒之间的排斥力。扩散层和双电子层中反离子和溶剂的亲和作用，形成的溶剂化膜，缓冲和阻碍粒子的碰撞。 溶解物质就可以胶体溶液的形式被搬运走。 第二节 沉积物的搬运和沉积作用 3、促使胶体聚集和沉淀的因素沉积原因正负胶体相遇“相互聚沉”

10、。电解质作用蒸发作用穿透能力较强的辐射线溶液的pH和Eh值温度增加，剧烈振荡，大气放电，毛细管作用等。4、胶体沉积物的特点第二节 沉积物的搬运和沉积作用 （二）真溶液物质的搬运和沉积作用真溶液物质：母岩风化产生的Cl、S、Ca、Na、Mg、K等还包括部分Fe、Mn、Al和硅。真溶液物质搬运及沉积作用的根本控制因素是溶解度。 溶解度大，易搬难沉；反之，易沉难搬。第二节 沉积物的搬运和沉积作用 溶解度以外的 其它影响因素1.介质的酸碱度（pH值）（1）某些溶解物质的溶解度随pH值增大而变化酸性介质条件下，SiO2沉淀而CaCO3溶解在碱性介质中则相反。（2）随pH值变化，某些溶解物质沉淀形式不同铁

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。第二节 沉积物的搬运和沉积作用 第二节 沉积物的搬运和沉积作用 2.介质的氧化还原电位（Eh值）Eh值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大第二节 沉积物的搬运和沉积作用 3.温度和压力（1）一般物质的溶解度随温度升高而增大（2）压力对溶液中CO2含量影响很大4.溶液中CO2的含量对碳酸盐的沉淀和溶解度有很大的影响CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。CO2浓度增高，平衡向右移动，CaCO3溶解，反之，向左移动，CaCO3沉淀。水中CO2含量与温度、压力有关5.其它-气候、蒸发作用

12、第二节 沉积物的搬运和沉积作用 五、生物的搬运和沉积作用生物作为一种搬运营力意义较小，沉积作用意义重大。藻类和细菌等微生物沉积作用巨大。(一)直接作用生物遗体直接堆积成岩或沉积矿床。 光合作用或吸取养料形成有机体，吸取介质中钙、磷、硅无机盐, 形成外壳和骨骼。有机质部分埋藏下来经生物化学演化，可形成石油、天然气、煤以及油页岩等。无机的生物外壳和骨骼经富集堆积后可形成岩石或矿床，如生物骨骼石灰岩、硅藻土、白垩等。第二节 沉积物的搬运和沉积作用 (二)间接作用1.生物化学沉积作用是指生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质物理化学环境变化，使某些溶解物质沉淀，或由于有机质吸附作用使某些元素沉积

13、。 生物产生H2S、NH3、CH4、O2等气体或吸收CO2气体，影响介质环境的物化条件，使某些物质溶解或沉淀。2.生物物理沉积作用指生物在生命活动中通过捕获、粘结或障积等作用使沉积物沉淀。第二节 沉积物的搬运和沉积作用 六、沉积分异作用沉积分异作用概念 母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运和沉积过程中会按颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来的现象，也叫地表沉积分异作用。机械分异作用：主要受物理原理支配，见于碎屑岩中；化学分异作用：主要受化学原理支配，见于溶解物质沉积过程第二节 沉积物的搬运和沉积作用 (一)机械沉积分异作用碎屑物质在流水搬运和沉积的过程中，将按粒度、密度、形状、成分等差异发生有序沉积的现象物理分异与之对立的是“掺和作用”或“混合作用”、“混杂作用”。第二节 沉积物的搬运和沉积作用 1.颗粒大小分异从上游到下游，粒度由大到小、分选由差变好；2.比重分异体积小比重大和比重小体积大的沉积物可能一起堆积，如含金砾岩3.形状分异片状颗粒比等轴粒状颗粒搬运得远；圆度和球度高的滚动颗粒更易于搬运。4.矿物成分分异颗粒比重和形状同矿物成分密切相关，颗粒大小与矿物物性有关，如脆性、解理、硬度等颗粒粒度分异矿物比重分异含金砾岩第二节 沉积物的搬运和沉积作用 机械沉积分异结果随搬运距离的增长碎屑物质的矿物成分趋向简单稳定组分增多重矿