Question

沉积物的搬运、分异和沉积作用

Answer 1

母岩风化物中除了少部分残留在原地形成风化壳外，其余大部分要被流水、风或冰川等流动介质搬运到沉积场所沉积下来，最终形成沉积岩。同时沉积物在搬运至沉积盆地的过程中要发生分异作用，导致沉积物依一定的先后次序逐渐沉积于沉积场所的不同部位。

1.碎屑颗粒物的搬运和分异作用

搬运碎屑颗粒物的介质为流体，最主要的是流水和大气，颗粒在水中受到的力包括重力、流体的冲击力、水流的上举力、漩涡水流的支撑力。沉积物在水中的搬运与水的流动状态有关，雷诺数是判断水流流动状态的一个重要参数:

综合地质学

式中:d为水力半径;v为水流的流速;μ为水的黏度。雷诺数为一个无量纲量，在明渠流中临界雷诺数为500，雷诺数小于500的流态称为层流，大于500的称为紊流，自然界中的绝大多数水体是紊流，沉积物在层流中类似静水的条件下沉积，而在紊流中则不易沉积。沉积物在流体中搬运机理有两种，一种为悬浮负载形式，颗粒悬浮于流体中，在紊流的作用下搬运;另一种为底负载形式，沉积颗粒在河床等底部以跳跃的形式运动。沉积物在水中的沉积，还和沉积颗粒本身的性质，如颗粒的大小、密度等有关。尤尔斯托姆研究了颗粒的侵蚀沉积和水流速度的关系:

1)流体的流速越大，可以搬运的颗粒越粗;

2)细沙颗粒的启动流速最小，最容易牵引，易于远距离搬运;

3)粒度比细沙更细的沉积颗粒在搬运过程中的启动流速较大，沉积临界流速小，因此搬运后不容易再沉积;

4)颗粒搬运的启动流速大于沉积的临界流速，其中粗颗粒的启动流速和沉积临界流速相差不大，因此，粗颗粒不容易长距离搬运。

机械搬运的颗粒在水动力不足的情况下会逐渐沉降下来，颗粒的沉降速率可以用Stockes沉降公式表示:

综合地质学

式中:V表示颗粒的沉降速率，(cm/s);d₁为颗粒的密度;d₂为水介质的密度;μ为水介质的黏度;g为重力加速度;r为颗粒的半径。

碎屑物质在流水搬运过程中，由于颗粒之间的碰撞和摩擦，颗粒的粒度、圆度和分选都将发生变化，一般随着搬运距离的加长，粒度、圆度增高，分选变好。

2.溶解物质的搬运和沉积

溶解物质的搬运和沉积与物质的溶解度密切相关，主要受化学和物理化学定律的支配，溶解物质在溶液中以胶体和真溶液两种方式进行搬运和沉积。自然界中Al，Fe，Mn，Si等氧化物难溶于水，故在溶液中以胶体形式搬运。促使胶体发生沉积的主要因素有胶体的电性、电解质的作用、蒸发作用等。而K，Ca，Na，Mg等化合物的溶解度大，在溶液中易形成真溶液被搬运。真溶液的搬运和沉积主要受溶解度的影响，此外影响真溶液搬运和沉积的参数还有溶液的酸碱度(pH)、氧化还原电位(E_h)、溶液中二氧化碳的含量、温度、压力等。

3.生物搬运和沉积作用

生物的活动对溶解物质的搬运和沉积可以产生直接和间接的作用，直接作用是指生物从周围环境中吸收一定的物质，生物死亡后可以直接堆积形成生物成因的岩石，比如生物礁等;间接作用是指由于生物的存在可以引起周围水体的pH值以及二氧化碳等的含量变化，从而影响沉积物的搬运和沉积。生物的搬运和沉积对于沉积矿产的形成具有重要的意义，沉积岩中煤、石油、天然气等的形成就是与生物的搬运和沉积密切相关的。

4.沉积分异作用

风化产物在流体搬运的过程中，在外界条件的影响下按照一定的次序分别沉淀下来的现象称为沉积分异作用。沉积分异作用分成机械沉积分异作用和化学沉积分异作用。

机械沉积分异作用与水流的速度、碎屑物质的比重以及颗粒的形状有关。在水流速度一定的情况下，重矿物首先沉淀，圆度较高的矿物比片状矿物容易沉淀。因此，在横向上临近物源区的地方沉积岩的成分复杂，垂向上常常呈现正粒序特征。

化学沉积分异作用是由于元素的化合物在水溶液中的溶解度不同而发生先后沉淀的现象。沉积盆地边缘的沉积物溶解度较小，向着沉积盆地的中心，溶解度逐渐增大。沉淀的顺序依次为:氧化物—磷酸岩—硅酸岩—碳酸岩—硫酸岩及卤化物。