搬运和沉积中流体的基本类型

如题所述

流水和大气是两种最主要的搬运和沉积介质,它们都是流体。自然界存在有两种基本类型的流体,即牵引流与重力流。牵引流和重力流在流体力学性质、沉积物的搬运方式和驱动力、流体与颗粒之间的力学关系等方面都有显著差异,亦即它们的搬运和沉积机理是不一样的,从而形成的沉积物也有各自的特点。

牵引流是以一定介质动力(推力或上举力)导致流体运动并带动碎屑颗粒迁移的流体。自然界中,牵引流是最常见的,例如,水流(包括河流、海流、波浪流、潮汐流以及等深流等)和大气流。

流体力学性质方面,牵引流属于牛顿流体,而重力流属非牛顿流体。从机械搬运方式来看,牵引流既有推移方式搬运,又有悬移方式搬运,而重力流则以悬移方式搬运为主。

牵引流的搬运力表现在两个方面:一是流体作用于沉积物上的推力(即牵引力),推力的大小主要取决于流体的流速,推力愈大则能搬运的沉积物颗粒愈大;另一是负荷力(或称载荷力),负荷力的大小取决于流体流量,负荷力愈大则能搬运的沉积物数量就愈多。推力大不一定负荷力就大,反之亦然。例如,山间急流可以搬运几十吨重的巨石,而浩瀚的长江,尽管每年能搬运9亿7千万吨物质,却不能推动一块大的砾石;山间急流的负荷力虽小而推力却很大。美国密西西比河的情况与长江基本相同,每年有5亿吨的沉积物进入墨西哥湾。

可见牵引流驱使沉积颗粒移动的动力是流体流动所产生的推力(牵引力)。大部分流体(如水)多半是由高处向低处流,沉积物亦由高处往低处搬运;但也有的流体可向高处流动,如风与海滩上的冲流,这时亦可使沉积颗粒往高处搬运。

流体中被搬运的沉积物称为载荷(load),单位时间内流经某一横断面的沉积物总量(或称容量)称为载荷量。按沉积物搬运方式不同可分为溶解载荷(solutional load)、悬移载荷(suspended load)、推移载荷(tractional load)或床沙载荷(bed load)。当一流体不能再携带更多的沉积物时,那就是满载;随着流速降低,流量减小,流体的推力和负荷力就要减弱,成为超载,这时沉积物就会由粗到细依次发生沉积。

重力流是含有大量沉积物,并在重力作用下发生流动的高密度流体,它的流动主要是由重力所引起的,重力流的流动都是沿斜坡向下移动的,因此,重力流沉积物大量分布在大陆斜坡边缘的盆地深处。

重力流是一种在重力作用下发生流动的流体,重力流流体是含有大量沉积物的高密度流体。约翰逊(Johnson,1930)曾将这类流体称作“浊流”(turbidity currents),随着研究工作的深入,已发现浊流仅是沉积物重力流中的一种类型。重力流因其密度较高,通常是在其他流体的底部沿斜坡向下流动,到沉积盆地深处堆积下来。

重力流的平均流速比相应规模的流水要小。据研究,浊流的最大流速不超过30m/s,在大陆斜坡上一般为5~7m/s,进入深海平原时为4m/s。

随着搬运距离增大,浊流可与上覆水体混合而降低其密度,但这种混合作用是相当缓慢的,或者由于流速降低而使运载的悬浮物下沉,密度也就降低。重力流随着密度降低,可向牵引流转变。

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