Question

碎屑物质的搬运和沉积

Answer 1

碎屑物质在水、风、冰、及重力等的作用下，以机械方式进行搬运和沉积，其主要受力学定律支配。

1.碎屑物质在水流中的搬运和沉积

河流是碎屑物质搬运的主要动力，碎屑物质在水流中的搬运和沉积一方面取决于碎屑物质的密度、粒度、形状、相互引力和摩擦力，另一方面取决于水流的速度、流量和性质。当水流动力大于碎屑重力并克服了摩擦力和引力时，碎屑物质被搬运，反之则沉积。

图4-1 沉积颗粒搬运机理

（据何镜宇等，1987）

①悬浮搬运；②跳跃搬运；③滚动搬运

水流对碎屑物质的搬运方式有三种（图4-1）——滚动搬运、跳跃搬运和悬浮搬运。①滚动搬运是指碎屑颗粒在水流的作用下沿底面产生的滚动前进；②跳跃搬运系指碎屑颗粒间歇性地离开底面而沿流向产生的跳跃前进；③悬浮搬运即指碎屑颗粒在水流中保持不沉淀到底面而呈悬浮状态前进。

Hjulstrom（1936）研究了颗粒的侵蚀、搬运、沉积与水流速度的关系（图4-2），发现颗粒大小与水流速度的关系是决定碎屑物质搬运和沉积的主要因素。从图4-2中可以看出：

（1）颗粒从静止时开始搬动（侵蚀）所需要的起动流速要大于继续搬运时的流速，因为起动流速不仅要克服颗粒本身的重力，而且还要克服颗粒间的引力及摩擦力。

（2）大于2mm的颗粒，其起动流速与沉积临界流速相差最小，而且粒级与两种流速成正相关。因此，砾石很难被长距离搬运，多沿河底呈滚动式前进。

（3）2～0.05mm的颗粒所需要的起动流速最小，而且起动流速与沉积临界流速相差也不大。这说明砂粒在流水中搬运时极为活跃，既易搬运又易沉积，故常呈跳跃式前进。

（4）小于0.05mm的颗粒，它们的起动流速和沉积临界流速之差最大。故粉砂尤其是更细的泥级颗粒，一经水流搬运就长期悬浮于水体中，不易沉积下来，大多搬运到比较安静的水域中才慢慢地沉积。而且，它们沉积之后不易再呈分散质点被搬运。

图4-2 经Sundborg（1956）修改过的Hjulstrom图解（1936）

图示水深为lm时平坦河床上石英颗粒运动时的侵蚀、搬运和沉积的临界流速。阴影区表示实验数据的离散度，在粘土和粉砂区只有极少的可靠数据

碎屑物质在搬运过程中，由于颗粒之间的碰撞和摩擦，以及水流对颗粒的分选和化学分解，其在矿物成分、粒度、分选性和形状上都要发生变化。一般是随着搬运距离的加长，其粒度变细，圆度、球度增高，分选性变好；不稳定矿物逐渐减少，而稳定矿物相对增多。

2.碎屑物质在水盆地中的搬运和沉积

水盆地包括海洋、潟湖、湖泊等水体，其中以海水盆地较为重要。在海水盆地中，碎屑物质由波浪、潮汐及海流搬运与沉积。波浪对碎屑物质的搬运能力和搬运容量主要取决于波浪的大小，而波浪的大小则决定于风的强度和潮汐作用的影响。波浪搬运碎屑物质主要发生在浅海浪基面以上，碎屑物质或垂直于海岸方向移动，或平行于海岸方向运动，波浪在沉积物表面上造成对称或不对称的波纹。海流对海底的粗碎屑物质影响较小，而常常搬运上部的悬浮物质和溶解物质，海流的搬运主要发生在浅海大陆架地区。潮汐作用对海岸沉积物的改造和形成、对陆源碎屑和盆内碎屑沉积物则均有很大影响。

碎屑物质在水盆地中的搬运多呈往返运动（如波浪、潮汐），碎屑物质受到较好的磨蚀和分选，故海相碎屑沉积物分选、圆度较好，稳定矿物多。

3.碎屑物质在风中的搬运和沉积

风的搬运和沉积物质主要分布在干旱的沙漠地区，然而，在远洋深海中也能出现尘暴携扬搬运的细粒沉积物。由于风的密度和粘度远小于水的，故风的搬运能力比水流的弱，一般只能搬运细砂、粉砂和泥质物质，唯有大风才有可能搬运粗砂以至砾石。风的搬运方式也有滚动、跳跃和悬浮三种，其中以跳跃搬运为主。

风运砂的特点是粒度细、分选和圆度好，可形成大型沙丘，以及造成厚度很大的交错层理。

4.冰川的搬运和沉积作用

冰川分布于高寒地区，其搬运方式是以碎屑物质浮于冰上或包于冰中呈固体形式搬运，部分碎屑物质则沿谷底被冰拖运。因此，冰川沉积物既无分选又无磨圆，多呈棱角状，碎屑上往往有“丁”字形擦痕和压坑。

载有碎屑物质的冰川入海后，碎屑物质随着冰的逐渐融解而陆续沉降，形成冰川－海洋沉积。这种冰川－海洋沉积物不受海洋深度的影响。

5.浊流的搬运和沉积作用

浊流是一种含有大量碎屑物质的高密度重力流（底流）。在海盆地的大陆斜坡及海底地形倾斜的地区上，沉积物由于地震、构造运动、暴风浪等发生重力滑塌，即可形成浊流。浊流沿海底峡谷或斜坡向下流动，把大量碎屑物质带到大陆斜坡的底都以至深海平原。随着浊流能量的逐渐消失，碎屑物质陆续沉积下来成为浊积物。

除海盆地外，在湖泊水下也可出现浊流及浊积物（详见第六章）。