03碎屑的搬运1

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。大部分将进入搬运状态向沉积盆地转移。介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物沉积沉积 沉积下来的沉积物沉积下来的沉积物 长期固定下来不再移动，长期固定下来不再移动，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重新发生侵蚀并被再次被搬运再次被搬运沉积物在搬运中仍会发生机械破碎和化学分解沉积物在搬运中仍会发生机械破碎和化学分解新矿物新矿物 介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物沉积沉积 沉积下来的沉积物沉积下来的沉积物 长期固定下来不再移动，长期固定下来不再移动，介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物沉积沉积 沉积下来的沉积物沉积下来的沉积物 物质搬运和沉积的方式：物质搬运和沉积的方式：机械搬运和沉积：机械搬运和沉积：被搬运的物质被搬运的物质碎屑物质、新生碎屑物质、新生成矿物成矿物搬运方式搬运方式滑动、滚动、跳跃和悬浮滑动、滚动、跳跃和悬浮。滑动、滚动。滑动、滚动和跳跃又称和跳跃又称推移搬运或床沙搬运推移搬运或床沙搬运；悬浮搬运又称；悬浮搬运又称悬悬移搬运移搬运。化学搬运和沉积：化学搬运和沉积：被搬运物质被搬运物质溶解物质溶解物质搬运方式搬运方式真溶液真溶液、胶体溶液胶体溶液或或络合物络合物。生物搬运和沉积：生物搬运和沉积：被搬运物质被搬运物质溶解物质、内源粒溶解物质、内源粒屑物质及部分粘土物质屑物质及部分粘土物质 搬运方式搬运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、生物化学作用。学作用。考察实际流体时，我们可以设想将流体的一小部分与其他部分分割开来，然后考察作用于其上的各种力，跟踪它的运动过程，并了解这些力是如何起作用的为使分析更加具体，我们可以(当然是在极为夸大的情况下)将此种质点设想成一立方体作用于此立方体上的力有许多种，但可归纳为体积力和表面力；(1)体积力(超距作用)重力 电力 电磁力 (2)表面力(直接接触作用)法向应力(压力)剪切力或切向应力(粘性摩擦力)补充内容补充内容 当不同流体单元之间或流体与固体之间存在相对运动时，就有剪应力出现剪应力的产生，是由于实际流体都具有粘性，即具有“稠密性”，有抗拒形变的能力，流体质点能够发生明显的形变，甚至比泡沫橡皮之类物质还容易变形但象橡皮一样，流体质点也会抵抗形变，固体的抵抗力取决于形变量，而流体的抵抗力取决于形变速率，代表抵抗能力大小的特性称为粘性。牛顿内摩擦定律 对于运动的流体，当流体质点间存在相对运动时，由于流体的粘性作用，在流体内部流层之间会出现成对的切力，称为内摩擦力。17世纪牛顿通过牛顿平板实验研究了流体的粘性。下图即为牛顿平板实验装置，下板固定，上板可动，且平板面积有足够大，可以忽略边缘对流体的影响。其中h h为两平板间的距离，为两平板间的距离，A A为平板面积。为平板面积。若对上板施加力若对上板施加力F F，并使上板以速度，并使上板以速度U U保持匀速直线运保持匀速直线运动，则内摩擦力动，则内摩擦力T=FT=F。通过牛顿平板实验得出：。通过牛顿平板实验得出：因流体质点粘附于固体壁上，故下板上流体质点的速度为因流体质点粘附于固体壁上，故下板上流体质点的速度为零，紧贴上板的液体质点速度为零，紧贴上板的液体质点速度为U U。当。当h h及及U U不太大时，板不太大时，板间沿法线方向的点流速可看成线性分布，即：间沿法线方向的点流速可看成线性分布，即：hAUT yhUuydyduhU 所以，内摩擦力为：所以，内摩擦力为：此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中：此式即为牛顿内摩擦定律公式。其中：为动力粘度，为动力粘度，表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的表征流体抵抗变形的能力，它和密度的比值称为流体的运动粘度运动粘度 。在运用牛顿内摩擦定律公式时应注意在运用牛顿内摩擦定律公式时应注意:此式不仅适用于液体，也适用于气体。此式不仅适用于液体，也适用于气体。此式表明，流体内有相对运动时，流体内就会产生内摩此式表明，流体内有相对运动时，流体内就会产生内摩擦力来抗拒此相对运动。擦力来抗拒此相对运动。切应力切应力的大小与流体的粘性以及沿运动垂直方向上的的大小与流体的粘性以及沿运动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、流体的基本知识1.1.牛顿流体和非牛顿流体牛顿流体和非牛顿流体 内摩擦定律内摩擦定律 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。2.层流、紊流和雷诺数 层流和紊流层流和紊流的力学性质及对沉积物的搬运的力学性质及对沉积物的搬运和沉积特点是不同的。和沉积特点是不同的。紊流紊流不仅具粘滞切应力，而且还有流体质不仅具粘滞切应力，而且还有流体质点的紊乱流动而引起的附加切应力点的紊乱流动而引起的附加切应力(或称或称惯性切应力惯性切应力)。而。而层流层流只有粘滞切应力。只有粘滞切应力。因此紊流的搬运能力要强于层流。因此紊流的搬运能力要强于层流。紊流还紊流还有扬举作用，这是使沉积物呈跳跃和悬浮有扬举作用，这是使沉积物呈跳跃和悬浮的主要因素。的主要因素。层流的意义？3.缓流、急流和佛劳德数 明渠中由于流速与波速的比值不同而出现的两种不同性质的水流形态。流速小于波速，外界干扰引起的水面波动能逆流上传的水流称为缓流缓流。缓流缓流水势平稳，遇到底部障碍物时水面下跌。流速大于波速，外界干扰引起的水面波动不能上传的水流称为急流急流。急流急流水势湍急，遇到底部障碍物时水面隆起，一跃而过（图1）。在水力学中用佛劳德数来衡量：在沉积学范畴中牵引流是最常见的，例如，含有少量沉积物的流水(包括河流、海流、波浪流、潮汐流以及六十年代中期提出来的等深流等)和大气流。随着流体中碎屑颗粒数量的不断增加，逐渐向着重力流过渡，例如，水中浓集有大量沉积物的浊流、泥石流等都属沉积物重力流。牵引流和沉积物重力流在流体力学性质、沉积物的搬运方式和驱动力、流体与沉积颗粒之间的力学关系等方面都有显著差异，亦即它们的沉积机理是不一样的，从而形成的沉积物也有各自的特点。二、碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积作用 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与水的流动状态关系密切，是层流还是紊流，是急流还是缓流；还与碎屑颗粒本身特点，如大小、比重、形状等有关。碎屑颗粒由静止状态进入运动状态时的临界水流条件称作碎屑颗粒的起动条件。碎屑颗粒所以能起动是由于促使颗粒运动的力超过了阻止颗粒运动的力，因此要研究起动条件必须首先分析颗粒在水中的受力状况，由于受力状况不同，可出现滑动、滚动、跳动和悬浮的各种搬运方式。1.碎屑颗粒在水中的受力分析碎屑颗粒在水中的受力分析2.碎屑颗粒的搬运方式及特点碎屑颗粒的搬运方式及特点当当Px WPy时，碎屑颗粒开始时，碎屑颗粒开始滑动滑动；当当Pxl1+Pyl2Wl3时，碎屑开始时，碎屑开始滚动滚动；当当PyW，碎屑开始碎屑开始跳跃跳跃；细小的颗粒细小的颗粒Pc较大，一旦脱离床底，由于较大，一旦脱离床底，由于W较小，较小，则很难下沉，则进入则很难下沉，则进入悬浮悬浮状态。状态。3.机械沉积作用 处于搬运状态的碎屑物质，在一定的条件下，主要是当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。斯托克公式只有在静水或层流条件下才适用。斯托克公式只有在静水或层流条件下才适用。斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下求得的，斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下求得的，假如颗粒不是球形，其沉速有所不同。实验证明，假如颗粒不是球形，其沉速有所不同。实验证明，假设球形颗粒的沉速为假设球形颗粒的沉速为100100，则椭球形颗粒的沉速，则椭球形颗粒的沉速为为84846161，立方体为，立方体为7474，长柱体为，长柱体为5050，片状颗粒为，片状颗粒为80803838；碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比；碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比；碎屑物质在流水中的搬运和沉积，流速和颗粒大小之间的关系最为关键。4.4.搬运过程中碎屑物质的变化搬运过程中碎屑物质的变化在某一沉积环境（或某一地段）中，当流入水动在某一沉积环境（或某一地段）中，当流入水动力大于流出水动力时，在该环境中沉积下来的最力大于流出水动力时，在该环境中沉积下来的最大和最小碎屑的粒径，将分别对应于流入和流出大和最小碎屑的粒径，将分别对应于流入和流出的水动力，更大的碎屑不会被带入，更小的碎屑的水动力，更大的碎屑不会被带入，更小的碎屑则会被带出该环境，也就是说，只有一定粒度范则会被带出该环境，也就是说，只有一定粒度范围的碎屑才会在该环境中沉积或静止下来。围的碎屑才会在该环境中沉积或静止下来。碎屑碎屑颗粒的粒度大小与环境的水动力大小相对应，而颗粒的粒度大小与环境的水动力大小相对应，而碎屑颗粒大小的均匀程度则随环境水动力的稳定碎屑颗粒大小的均匀程度则随环境水动力的稳定性相一致。性相一致。这种这种环境条件使沉积碎屑物大小趋于环境条件使沉积碎屑物大小趋于均匀的作用称为均匀的作用称为分选作用分选作用。碎屑颗粒大小均匀的。碎屑颗粒大小均匀的程度称为程度称为分选性分选性。