沉积岩的形成过程课件.pptx
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- 沉积岩 形成 过程 课件
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1、11 1、搬运介质与机理概述、搬运介质与机理概述 风化产物以及其它来源沉积物质除少部分残留原风化产物以及其它来源沉积物质除少部分残留原地外,大部分都要被搬运到沉积盆地中沉积下来。地外,大部分都要被搬运到沉积盆地中沉积下来。对沉积物进行搬运和沉积的介质主要是水和大气,对沉积物进行搬运和沉积的介质主要是水和大气,其次为冰川、生物等其次为冰川、生物等 二、沉积物的搬运与沉积作用阶段二、沉积物的搬运与沉积作用阶段 (一)概述(一)概述2v沉积物在其搬运过程中仍可发生机械破碎和沉积物在其搬运过程中仍可发生机械破碎和化学分解,从而形成一些新矿物。化学分解,从而形成一些新矿物。v随着介质搬运能力的减弱,被搬
2、运的沉积物随着介质搬运能力的减弱,被搬运的沉积物要发生沉积;要发生沉积;v由于地壳上升、侵蚀基准面下降,流速加快,由于地壳上升、侵蚀基准面下降,流速加快,使已沉积下来的物质又发生侵蚀而重新被搬运。使已沉积下来的物质又发生侵蚀而重新被搬运。v风化、搬运和沉积风化、搬运和沉积是三个连续而又独立的阶是三个连续而又独立的阶段段,但又是相互交替和重叠的,其中尤其搬运但又是相互交替和重叠的,其中尤其搬运和沉积更是常常频繁交替的。和沉积更是常常频繁交替的。3(1)机械搬运和沉积作用:滚动、跳动、悬移三种方式搬运,受流体力学定律所支配。 (2)溶解物质和沉积作用:以真溶液、胶体溶液或络合物的方式进行搬运。其搬
3、运和沉积作用是受化学和物理化学定律所支配。 (3)生物搬运和沉积作用:搬运作用相对来说意义不大,但其沉积作用意义巨大。通过生物生理作用、生物物理作用和生物化学作用可使大量溶解物质、内源碎屑物质以及部分粘土物质发生沉积。2、沉积物的搬运与沉积方式、沉积物的搬运与沉积方式4 (二)牵引流与重力流的基本特征(二)牵引流与重力流的基本特征 自然界自然界牵引流牵引流常见,含少量沉积物的流水(包括河常见,含少量沉积物的流水(包括河流、海流、波浪、潮汐流和等深流)和大气流都属于牵流、海流、波浪、潮汐流和等深流)和大气流都属于牵引流。引流。 沉积物重力流沉积物重力流是一种在重力作用下发生流动的弥散是一种在重力
4、作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。浊流、泥石流等都属于沉有大量沉积物的高密度流体。浊流、泥石流等都属于沉积物重力流。积物重力流。牵引流和沉积物重力流在流体力学、沉积物的搬运方牵引流和沉积物重力流在流体力学、沉积物的搬运方式和驱动力、流体与颗粒之间力学关系等方面才有显著式和驱动力、流体与颗粒之间力学关系等方面才有显著差异。从而形成的沉积物也有各自不同的特点。差异。从而形成的沉积物也有各自不同的特点。 5 牵引流重力流密度一般1.08 1.082.86流体性质牛顿流体非牛顿流体搬运方式滚动、跳跃、悬浮悬浮物质为主驱动力流体的推力和负荷力主要是重力搬运物质碎屑物质、溶解物质以碎屑物质为主
5、 随碎屑颗粒数量的增加或减少,他们会v 发生相互转化。牵引流与重力流对比表牵引流与重力流对比表6dydu:单位面积上的内摩擦力,称为粘滞切应力,:单位面积上的内摩擦力,称为粘滞切应力,dududydy:称作流速梯度(或称剪切变形率),:称作流速梯度(或称剪切变形率),:反映流体粘滞性大小系数,称为动力粘滞系数。:反映流体粘滞性大小系数,称为动力粘滞系数。牛顿流体和内摩擦定律凡服从牛顿内磨擦定律的流体称作为牛顿流体,否则称非牛顿流体。内磨擦定律可表示为:7 所谓所谓服从内摩擦定律服从内摩擦定律是指在温度不变条件下,是指在温度不变条件下,随着随着dududydy变化,变化,值始终保持一常数,称为值
6、始终保持一常数,称为牛顿牛顿流体;流体;牵引流就属牛顿流体。牵引流就属牛顿流体。若若 值随值随dududydy变变化而变化,则为化而变化,则为不服从内摩擦定律,称为非牛顿流不服从内摩擦定律,称为非牛顿流体体,沉积物重力流属非牛顿流体。,沉积物重力流属非牛顿流体。 沉积物重力流即属于宾汉流体。只有当切应力达到某一个值(0)后才开始流动。81 1、牵引流的机械搬运与沉积作用、牵引流的机械搬运与沉积作用2 2、重力流的搬运与沉积作用、重力流的搬运与沉积作用3 3、冰的搬运与沉积作用、冰的搬运与沉积作用4 4、碎屑物质在机械搬运过程中的变化、碎屑物质在机械搬运过程中的变化5 5、空气的机械搬运和沉积作
7、用(略)、空气的机械搬运和沉积作用(略)(三)机械搬运与沉积作用(三)机械搬运与沉积作用9(三)机械搬运与沉积作用(三)机械搬运与沉积作用1 1、牵引流的机械搬运与沉积作用、牵引流的机械搬运与沉积作用 流水(河水、海水、湖水)和风均属牵引流,以下说明牵引流的机械搬运与沉积作用。(l)福劳德数和雷诺数10 在明渠水流(类似自然界的河流、海湖浅水环境中在明渠水流(类似自然界的河流、海湖浅水环境中的牵引流水流)中按流动强度的不同可出现急流、缓的牵引流水流)中按流动强度的不同可出现急流、缓流和临界流三种流态,这三种流态的判别标准是佛罗流和临界流三种流态,这三种流态的判别标准是佛罗德数德数FrFr。 对
8、于流速为对于流速为v的单位流体质量来说,惯性力等于使质点在距离(的单位流体质量来说,惯性力等于使质点在距离(L)内减速到停止状态所需的力,所需的时间为内减速到停止状态所需的力,所需的时间为 t= L/v。故惯性力与。故惯性力与 v/t =v2/L成正比。作用于单位质量上重力为成正比。作用于单位质量上重力为g,所以佛罗德数为:所以佛罗德数为:v佛罗德数缓流和急流判别准则11ghVFr/式中式中V V是平均流速,是平均流速,h h是水深,福劳德数为一无是水深,福劳德数为一无量纲数,用它可判别明渠水流的流态;量纲数,用它可判别明渠水流的流态;G 当当FrFrl l时水流为缓流,也称临界下的流动状态时
9、水流为缓流,也称临界下的流动状态或低流态,它代表一种或低流态,它代表一种水深流缓水深流缓的流动特点;的流动特点;GFr=1Fr=1时水流为时水流为临界流;临界流;G FrFrl l时水流为急流,也称超临界的流动状态或时水流为急流,也称超临界的流动状态或高流态,它代表一种高流态,它代表一种水浅流急水浅流急的流动特点。的流动特点。12如果如果Fr1,则,则表示表示向下游的流速大于向上游传播的向下游的流速大于向上游传播的波速,此时不可能有向上游移动的波波速,此时不可能有向上游移动的波(流动过程中不会流动过程中不会出现壅水出现壅水),水的性质为急流或超临界的流动;,水的性质为急流或超临界的流动; 当当
10、 Frl时,流水性质为静流、缓流或临界以下的流时,流水性质为静流、缓流或临界以下的流动,这表示水深流缓的情况。动,这表示水深流缓的情况。佛罗德数可普遍用于碎屑物质以床沙载荷方式搬运佛罗德数可普遍用于碎屑物质以床沙载荷方式搬运和沉积过程的解释中,它也是一个无量纲数。和沉积过程的解释中,它也是一个无量纲数。13 d d管道直径,管道直径,V-V-流速,流速,-密度密度, , - -流体动力粘滞系数流体动力粘滞系数 Re=2000Re=2000为紊流转变为层流的临界雷诺数,管道流;为紊流转变为层流的临界雷诺数,管道流; Re2000Re2000Re2000时为紊流。时为紊流。 对明渠流来说,则应该用
11、水力半径(对明渠流来说,则应该用水力半径(R R)来代替管)来代替管道直径(道直径(d d)来计算临界雷诺数,因)来计算临界雷诺数,因 R R1 14d4d,故,故对明渠流来说临界雷诺数应为对明渠流来说临界雷诺数应为500500。 v 雷诺数层流和紊流判别准则Re(V. d.)/14层流(A)与紊流(B)的流动特点平行流向的河流垂向剖面(下层流 上紊流)15河流中的紊流及层流底层(据鲁比,1938)流线长度代表流速大小16(2)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作用 1 1)受力分析)受力分析 作用于碎屑颗粒上的力主要有:作用于碎屑颗粒上的力主要有: 有效重力(有效
12、重力(W W)颗粒在水中同时受到重力和水体浮颗粒在水中同时受到重力和水体浮力作用,两者差值称为有效重力。力作用,两者差值称为有效重力。 水平推移力(水平推移力(P Px x):水流作用于颗粒顺水流方向的:水流作用于颗粒顺水流方向的力。力。 垂直上举力(垂直上举力(P Py y)为垂直向上的力,主要是由压力为垂直向上的力,主要是由压力差及上升涡力所造成。差及上升涡力所造成。 粘结力(粘结力(P PC C):):由多种因素造成,其中主要是由颗由多种因素造成,其中主要是由颗粒表面的水膜所造成的粘结力。粒表面的水膜所造成的粘结力。 17 P Px x和和P Py y是促使颗粒移动,而是促使颗粒移动,而
13、w w和和P Pc c则是抗拒颗粒则是抗拒颗粒运移,碎屑颗粒的搬运和沉积就是这两类作用力运移,碎屑颗粒的搬运和沉积就是这两类作用力的相互作用的表现。上述作用力中最主要的还是的相互作用的表现。上述作用力中最主要的还是PxPx、PyPy和和W W三种力三种力。18垂直上举力(垂直上举力(P Py y)解剖解剖颗粒上下存在有流速差引起的压力差。由边界底部往上水流流速逐渐增大,颗粒上方流水断面变窄,流速进一步加大。由伯诺利方程:P/+ gy + V2/2 = 常数颗粒上下方存在一个差力差,有一定的上举力。19在紊流中除上述压力差外,还存在有涡流的扬举作用(下一张幻灯片图)。因此:紊流的上举力要明显大于
14、层流。202 2)碎屑颗粒的搬运方式)碎屑颗粒的搬运方式 在流水中可以推动(床砂)载荷和悬移载荷方式在流水中可以推动(床砂)载荷和悬移载荷方式搬运搬运床沙床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型的床表面可随水流强度变化而出现各种类型的床沙形体,每一类型的床沙形态不是固定不变的。沙形体,每一类型的床沙形态不是固定不变的。A 推移载荷的搬运:推移载荷的搬运:粗碎屑颗粒在水体底部主要呈滑动或滚动搬运,较粗碎屑颗粒在水体底部主要呈滑动或滚动搬运,较细碎屑则呈跳跃搬运。搬运方式和碎屑大小、水流强细碎屑则呈跳跃搬运。搬运方式和碎屑大小、水流强度有关。度有关。B 悬浮载荷的搬运悬浮载荷的搬运 细小的碎屑颗粒在
15、流水中不易沉到水底,总是呈悬细小的碎屑颗粒在流水中不易沉到水底,总是呈悬浮状态被搬运。浮状态被搬运。21 3 3)尤尔斯特隆图解)尤尔斯特隆图解 碎屑物质的搬运和沉积,与其颗粒的大小、比重、形状碎屑物质的搬运和沉积,与其颗粒的大小、比重、形状和水的流速有关。尤尔斯特隆研究了物质的和水的流速有关。尤尔斯特隆研究了物质的侵蚀侵蚀(开始搬运)、(开始搬运)、继续继续搬运搬运、沉积沉积与水流速度的关系与水流速度的关系 颗粒开始搬运(侵蚀)颗粒开始搬运(侵蚀)所需的起动流速,要大于所需的起动流速,要大于继续搬运所需的流速。继续搬运所需的流速。当水流速当水流速1500cm1500cms,s,粒径粒径100
16、0mm1000mm的颗粒均可的颗粒均可被侵蚀;当水流速度被侵蚀;当水流速度18cm18cms s时,几乎所有粒时,几乎所有粒径的颗粒都不会被侵蚀。径的颗粒都不会被侵蚀。22对粘土及粉砂而言,固结的要比未固结的抗侵蚀,对粘土及粉砂而言,固结的要比未固结的抗侵蚀,侵蚀前者的流速要比侵蚀后者大几到几十倍侵蚀前者的流速要比侵蚀后者大几到几十倍. . 0.05 0.052mm2mm的颗粒所需的起动流速最小,而且与的颗粒所需的起动流速最小,而且与与沉积临界流速的差值亦不大,说明细砂(与沉积临界流速的差值亦不大,说明细砂(0.1250.1250.25mm0.25mm)在流水中易于搬运也易于沉积,最为活跃,)
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