沉積巖第2章課件

第二章沉積物的搬運和沉積作用第一節(jié)概述一、沉積物搬運和沉積的地質營力

主要為流動的水和風，其次為冰川、重力、生物等二、沉積物的搬運和沉積方式1、機械搬運和沉積作用（受流體力學定律所支配）（1）懸移搬運（2）推移搬運(床沙搬運):滾動、滑動、跳動2、化學搬運和沉積作用（受化學和物理化學定律支配）（1）真溶液（2）膠體溶液或絡合物3、生物搬運和沉積作用（受生物生理、生物物理、生物化學作用所支配）生物搬運作用相對意義不大，但其沉積作用意義巨大三、流體兩種基本類型

1、牽引流（1）搬運方式：推移、懸移及溶解物質由高往低流，也可由低往高流（2）搬運驅動力：流體作用于沉積物上的推力（牽引力）負荷力（載荷力）（3）沉積作用：機械、化學和生物沉積作用2、重力流（1）搬運方式：懸移（沿斜坡向下移動）（2）搬運驅動力：重力（3）沉積作用：機械沉積作用四、有關流體力學基本概念物質表面物質演化物質運動原因（形態(tài)學）（運動學）（動力學）1、液體的粘滯性（1）內摩擦力和粘滯力：T=μA*du/dy（2）粘滯切應力:て=

*du/dy

（3）粘滯性:(一般用運動粘滯系數(shù)v=

/ρ(單位:m2/s))2、牛頓流體和非牛頓流體du/dyて五、層流和紊流（湍流或渦流）與雷諾數(shù)（Re）1、流動形態(tài)（按流動特點）（1）層流（laminar）臨界流速（criticalspeed）（2）紊流（turbulentflow）2、雷諾數(shù)（Re）（Reynoldsnumber）:Re=慣性力/粘滯力當管中流速增大到一定數(shù)值后當管中流速較小時第二節(jié)牽引流中的碎屑物質的機械搬運和沉積作用一、在流水中碎屑顆粒的搬運作用1、碎屑顆粒在水中的受力分析(4種力):

W、Px、Py、Pc床沙形體（bedform）：把隨著流體流動強度變化在床沙表面出現(xiàn)的不同幾何形體稱為床沙形體流動強度增大當Py＜W和Px≥f（W－Py）時，碎屑顆粒以滑動方式搬運2、碎屑顆粒的搬運方式（1）推移載荷（也稱床沙載荷）：床沙載荷（bedload）:在介質底部以滑動、滾動和跳動方式進行搬運的粗粒沉積物（礫、砂）稱為床沙載荷當Px*L1+Py*L2≥W*L3時，碎屑顆粒以滾動方式搬運A當Py＞

W和Py＜W不斷變化時，碎屑顆粒以跳動方式搬運（2）懸移載荷的搬運：當Py＞

W上述搬運方式隨著u增大，滑動跳動懸浮二、在流水中碎屑顆粒的沉積作用1、碎屑顆粒沉降的機理u↓當Px＜f（W－P）時推移顆粒停止當Py＜W時懸移顆粒沉降2、沉降速度公式球體碎屑：V=2gr2(ρs-ρ)/9μ不規(guī)則碎屑：Vp=grp2(ρs-ρ)/7μ3、碎屑顆粒的搬運和沉積影響因素流動狀態(tài)有關：u、ρ、μ、h、Q本身的特點有關：如比重、大小、形狀等3、影響碎屑顆粒沉度的主要因素（1）形態(tài)：Vp/V=1/7：2/9=0.64(半徑相同時）（2）顆粒大?。簉p/r=71/2/（9/2）1/2=1.25(沉降速度相同時）（3）比重；（4）鹽度和含沙量第三節(jié)

風的搬運與沉積作用（自學用點）一、只能搬運碎屑物質：以跳躍為主，其次是懸浮、滾動二、因為ρ、μ比水小得多1、搬運砂級以下的細粒物質2、分選好3、磨圓好4、具風棱面特征如沖坑、霜面三、空氣作用空間大不受固體邊界限制，也不像流水那樣明顯受重力控制，所以可以把沉積物由地勢低處移向高處。四、水層和風層沙丘在粒度上區(qū)別

第四節(jié)沉積物重力流的機械搬運和沉積作用1885年，福雷爾（Forel）注意到濁流（當時稱比重流）1936年，戴利（Daly）用濁流來解釋海底峽谷的成因劃時代的研究則是五十年代后，如奎恩（Kuenen）、鮑馬（Bouma）等的研究，成為沉積學研究歷史的一個里程碑，開始了近代沉積學。隨著研究深入發(fā)現(xiàn)濁流僅是沉積物重力流中的一種類型。濁流和沉積巖發(fā)現(xiàn)的重要意義：突破了傳統(tǒng)的機械沉積分異作用的理論。一、沉積物重力流的概念和分類1、沉積物重力流（gravitycurrent）、整體流或塊狀流（massflow）沉積物重力流是一種在重力作用下發(fā)生流動的彌散有大量沉積物的高密度流體。（密度流有多種，如鹽度的差異、溫度的差異等）2、沉積物重力流分類首先分為水下沉積物重力流和大氣沉積物重力流，再根據(jù)碎屑顆粒支撐機理（碎屑顆粒的懸浮機理）進一步各劃分出四類：水下重力流碎屑流或水下泥石流砂、礫、泥和水，水泥混合基質屈服強度支撐顆粒流主要為砂，少量礫和水，顆粒相互碰撞作用支撐液化沉積物流泥、砂，超孔隙壓力產生向上的粒間流支撐濁流沉積物與水混，湍流支撐大氣沉積物重力流巖塊崩塌流顆粒流泥石流碎屑流熱氣底浪沉積

熱灰云

二、濁流1、濁流的概念和分類（1）濁流（turbiditycurrent):它是由沉積物與水混合成高密度湍流與上伏水體之間有一密度差，在重力作用下產生流動，其中碎屑顆粒靠湍流支撐呈懸浮狀態(tài)。（2）分類A,按密度分為：高密度濁流和低密度濁流（1.1克/cm3或0.06mm石英砂粒）B,按形成持續(xù)性分為：穩(wěn)定性濁流和陣發(fā)性（間歇性）濁流C,按懸浮顆粒大小分為：粗粒、中粒和細粒濁流2、濁流的形成陣發(fā)性濁流可分為頭部、體部、尾部1962年鮑馬（A.H.Bouma)提出濁流形成和運動的四個階段1）三角洲階段：物質儲備階段2）滑動階段：在外界機制的觸發(fā)下，沉積物發(fā)生“液化”而滑動3）流動階段：流體內部出現(xiàn)速度差，粗粒物質開始向頭部集中4）濁流階段：沉積物與水完全混合成懸浮的高密度濁流觸發(fā)因素：地震、暴風浪、海底滑動、三角洲等環(huán)境的快速堆積而引起的沉積物液化。第五節(jié)機械搬運過程中碎屑物質的變化沉積物在搬運過程中，由于顆粒與地面以及顆粒間碰撞和摩擦、流體的分選、繼續(xù)進行化學分解和機械破碎，使碎屑礦物成分、粒度、形態(tài)等都要發(fā)生變化一、粒度和分選性的變化由于磨蝕和破碎、水力分選以及流速減小隨著搬運距離增大，顆粒越來越細隨著搬運距離增大，分選程度越來越高二、顆粒形狀的變化由于隨搬運距離的增長，磨蝕作用使顆粒的圓度和球度越來越高但要注意1、機械破碎可部分抵消圓度；2、磨圓度受物理性質（硬度、解理）和搬運介質（流水和風）的影響；3、球度受礦物結晶習性影響，如片狀三、礦物成分的變化隨著搬運距離的增加，不穩(wěn)定組分減少，穩(wěn)定組分增加。四、比重的變化隨著搬運距離的增加，比重大的組分減少上述為一般情況，但要注意摻合作用的影響第六節(jié)溶解物質的搬運和沉積作用與溶解度有關真溶液搬運：如Ka、Na、Ca、Mg等元素組成的鹽類，溶解度大膠體溶液搬運：如Al、Fe、Mn、Si等氧化物難溶于水一、膠體溶液的搬運與沉積膠體溶液的性質介于粗分散系（懸浮液>100nm）和離子分散系（真溶液<1nm）之間,膠體粒子的直徑介于1~100nm之間，能透過濾紙，擴散慢，普通顯微鏡下不能識別。膠體多呈分子狀態(tài)，膠體質點常帶有電荷。1、膠體的特點：（1）布朗運動（因細小重力影響極微弱）；（2）質點比真溶液的離子大，所以擴散能力弱；（3）表面帶電荷因為電離作用和吸附作用形成“雙電層”的膠體結構；（4）膠體的吸附2、膠體搬運的因素（1）布朗運動的存在可抗衡重力作用，不使膠體下沉。（2）具有相同符號的電荷，因排斥力而避免膠粒相碰聚集成較大的粒子。（3）由于擴散層和雙電層中反離子和溶劑的親和作用，形成一層溶劑化膜，可緩沖和阻礙粒子的碰撞。（4）腐殖酸能起護膠作用：例如水介質中如果含有一定量的腐植酸，將大大增加某些膠體質點的穩(wěn)定性，使其易于轉移而不發(fā)生沉淀，這稱“護膠作用”。這種護膠作用對鐵膠體物質的搬運尤為重要。

3、膠體的沉積作用（1）電解質作用：加入電解質，可使膠體質點的電荷中和，從而可使膠體質點發(fā)生凝聚而下沉。河流所搬運的膠體物質(如鐵、錳、硅、鋁等)之所以在它們一進人海洋就大部分在近岸地區(qū)迅速下沉，就是因為海水中的各種電解質中和了它們的電荷所致。這是自然界膠體溶解物質沉淀的主要原因和方式。（2）帶有相反電荷的兩種膠體相遇，因電荷中和而發(fā)生凝聚，物理化學中稱“相互聚沉”。二氧化硅的膠體(負膠體)與氧化鋁的膠體(正膠體)相遇，就會相互作用，電荷中和，形成一些粘土礦物(如高嶺石等)而沉淀。這也是自然界膠體質點沉積的重要原因。（3）蒸發(fā)作用促使膠體溶液濃度增大而引起膠體凝聚（4）穿透能力較強的輻射線可使某些膠體凝聚（5）溶液的Ph和Eh值：介質的pH和Eh對膠體沉積作用的影響也很大，因為不同的膠體在沉淀時都有其一定的pH值和Eh值，否則就不能沉淀。例如高價鐵的氧化物在pH=2—5和氧化環(huán)境中沉淀。鐵的硅酸鹽在pH=2～7和氧化環(huán)境中沉淀，鐵的碳酸鹽和硫化物則在pH>7和還原環(huán)境中沉淀。4、由膠體凝聚、沉積而形成的沉積物或巖石的一般特點：（1）未脫水硬化的凝膠呈膠狀、糊狀或凍狀，固結成巖后常具貝殼狀斷口。（2）膠體沉積顆粒細小，孔隙度較大，因而有較強的吸收性。（3）由于膠體陳化脫水而常出現(xiàn)收縮裂隙，易敲擊成尖棱角狀碎塊。（4）一般有微晶、放射狀、鮞狀、球粒狀、扇狀集合晶等結構。（5）膠體沉積可以呈巨厚層產出，也可成透鏡體，結核產出。（6）由于膠體有較強的離子交換和吸附能力，常吸附有不定量的水分、有機質以及各種金屬元素，其化學成分場不固定。二、真溶液物質的搬運與沉積1、影響真溶液搬運或沉積的物質本身條件——溶度積真溶液物質的搬運及沉積作用的根本控制因素是它們的溶解度，即溶解度越大，越易搬運，越難沉積；反之，溶解度越小，則越易沉積，越難搬運。溶解度的大小與該物質溶度積（Ksp）有關。當難溶電解質溶于水形成飽和溶液時AmBn（固）mA+n+nBm-Ksp=[A+n]m×[B-m]n（為一常數(shù)）當溶液中物質的離子濃度乘積＞大于該物質的Ksp時該物質沉淀根據(jù)Ksp判斷物質的沉淀—溶解平衡移動的原理，稱為溶度積規(guī)則例如：硬石膏的溶度積為6.1×10-5當Ksp(CaSO4)=[Ca+2][SO4-2]>6.1×10-5時，硬石膏沉淀，反之溶解當有Ca+2與Sr+2混合液，且[Ca+2]=[Sr+2]=0.1mol時：Ksp(CaSO4)=[Ca+2][SO4-2]=6.1×10-5=0.1mol[SO4-2]Ksp(SrSO4)=[Sr+2][SO4-2]=2.8×10-7=0.1mol[SO4-2]加入[SO4-2]時，SrSO4早于CaSO4沉淀。當溶液中[Ca+2]為[Sr+2]的217倍時，硬石膏和天青石才能同時沉淀2、影響真溶液搬運或沉積的介質條件（1）介質的酸堿度（2）介質的氧化還原電位（3）溫度和壓力（4）溶液中的CO2含量（5）生物作用溶解物質搬運和沉淀是與一定的地球化學條件密切相關的。第七節(jié)生物的搬運和沉積作用特別藻類和微生物的沉積作用十分重要，因為這類生物繁殖快、分布廣、數(shù)量多、適應性強，地史中出現(xiàn)的早。一、生物的間接作用1、生物化學作用生物在其生命活動過程中或生物遺體分解過程中要產生大量H2S、NH3、H2、O2等氣體或吸收大量CO2氣體，會影響介質環(huán)境的物理化學條件，從而促使某些物質溶解或沉淀。（1）光合作用：Ca+2+2HCO3-1CaCO3+H2O+CO2（2）細菌作用:SO4-2+10H++8eH2S+4H2O（3）鈣化作用2、生物物理沉積作用機械方式的生物間接沉積作用主要表現(xiàn)為：（1）藻類的捕獲和粘結作用：藍綠藻能分泌粘液，在藍綠藻構成的藻席表面形成有機質薄膜，這種粘液有捕獲和粘結水中的碳酸鹽顆粒，使之沉積于藻體表面。當一層藻席被新的沉積物覆蓋時，藻絲體就會穿過上覆沉積物并繁殖于其表面，重新形成新的藻席，如此周而復始，形成由生物物理沉積作用形成的富藻紋層和非生物成因（機械沉積）的富屑紋層交替出現(xiàn)的疊層石及其他藻紋層沉積物。此外，層孔蟲可能也具有類似的捕獲和粘結作用。（2）生物障積作用：當流水流經叢生有枝狀珊瑚或枝狀藻類的地區(qū)時，流速受阻，流水中所攜帶的沉積物即沉積成障積巖。二、生物遺體直接堆積成巖有機質（軟體）—石油、天然氣、煤、油頁巖無機質（硬體）—巖石或礦床，如生物磷塊巖、硅藻土。動物的排泄物——糞球粒，也可堆積成巖石。第八節(jié)關于沉積分異作用一、沉積分異作用（Sedimentarydefferentiation)

母巖風化產物以及其