流体与床沙形态

沉积岩的岩石结构~

根据粘土质点、粉砂和砂的相对含量，可将粘土岩的结构划分为以下几种。按岩石结晶程度可分为非晶质粘土结构，隐晶质粘土结构，显微晶质粘土结构，粗晶粘土结构和斑状粘土结构。按粘土矿物结合体的形状分为胶状粘土结构，鲕状粘土结构，豆状粘土结构和碎屑状粘土结构。此外，还有生物粘土结构和残余粘土结构等。 根据不同粒级的火山碎屑物在火山碎屑岩中的含量可分为4种基本结构类型：集块结构、火山角砾结构、凝灰结构和火山尘结构。此外，还有塑变结构、沉凝灰结构和凝灰碎屑结构。（见火成碎屑岩)岩石构造 　由成分、结构、颜色的不均一引起的沉积岩层内部和层面上宏观特征的总称。它有无机和有机的，有原生和次生的。沉积岩的构造可用于推论沉积条件，判断地层顺序。原生沉积构造，沉积阶段机械作用生成的构造。是沉积环境的标志。它包括3种构造。①层间构造，流体侵蚀冲刷先期沉积物的表面痕迹和堆积形态。它能指示风、水流、波浪的运动方向。波痕是最常见的层间（面）构造。它是流体流经底床时床沙运动的形态，又称底形。②层内构造，又称层理（图1）。流体在搬运过程中由载荷物质垂向和侧向加积形成。细层是组成层理的最小单位，代表瞬时加积的一个纹层。层系是在成分、结构、形态相似的一组细层，代表一个持续水动力状况的加积物。层系组由一系列相似的层系所组成。不同特征的层系组分别构成：水平层理(C1),波状层理(C2），板状交错层理(C3），楔状交错层理（C4),槽状交错层理(C5）。不同层理是实验水槽或天然水道中水流牵引床沙形态变化和迁移形成的。不同流态的床沙形态迁移加积，形成各种层理。低流态时（水的冲刷力弱）由无颗粒运动的平坦底床形成水平纹理；由小型沙纹形成各种小型交错纹理；由沙波和沙丘分别形成板状交错层理和槽状交错层理。高流态时（水的冲刷力强），由粗颗粒平床形成平行层理（带剥离线理）和由逆行沙丘形成逆行沙丘交错层理。粒序层理又称递变层理，指粒度由下而上有递变现象的沉积层。粒度自下而上由粗递变细的称正粒序；粒度做反向递变的称逆粒序。前者主要发育于现代浊流沉积和古代复理石层中。后者见于浊流沉积和某些颗粒流沉积中。粒序层理偶尔可见于牵引流（如河流）和三角洲沉积。③层的变形构造，又称同生变形构造。它是在准同生或沉积期后可塑性变形作用中形成的。变形作用有垂向为主和侧向为主之分。垂向变形的，主要由沉积物液化、重荷、潜水渗透、水位变动等原因造成的，如盘状构造、泄水构造、重荷构造（球-枕构造）、帐篷构造等。侧向变形的，主要由断裂剪切、重力滑帛、水流拖曳诸原因形成的，如滑塌、滑坡、变形层理（同生揉皱）、伏卧前积层等。大规模的侧向变形作用往往能诱导出垂向变形构造。次生或多因素生成的构造 　大多数产于碳酸盐岩和其他内源岩中。其中①结核构造，岩中存在一个成分与主岩有差异的核形物体，是在物理化学条件不均匀状况下，某种成核物质从周围的沉积物或岩石向成核中心富集而形成的。结核可在沉积岩形成作用的各个阶段形成。②鸟眼构造，碳酸盐岩中似鸟眼状孔隙被亮晶方解石或硬石膏充填的构造。大小多为1～3毫米，多平行层面排列。多产于潮上带，少数亦产于潮间带。它是由于露出水面的沉积物干燥收缩、灰泥中产生气泡或藻类腐烂而产生的孔隙，被亮晶充填沉淀而成。③缝合线，由于压溶作用形成垂直层面分布的锯齿状、尖锋状、指状等形态的裂缝。常见于碳酸盐岩中，也可出现于砂岩、硅质岩和盐岩层中。缝合线处常遗留有较多不溶残余物质。缝合线可用于了解岩石形成环境和油、气、水运移条件。生物成因构造：由生物活动形成的原生沉积构造。包括生物生长沉积构造和生物扰动构造。①生物生长沉积构造。是由生物的生长作用形成的一类特殊的沉积构造。主要产于碳酸盐岩和其他内源岩中。其中叠层石构造是由富藻的和贫藻的碳酸盐（或其他内源沉积）的双纹层构造生长叠置而成。核形构造是无固着基底滚动悬着生长而成。凝块构造是只有生长构造外形，没有内部叠层构造。叠层构造的形态特征和变化，与藻类粘结作用的光合作用强度、水流速度和排气强度有关。②生物扰动构造。是由生物的扰动和挖掘作用形成的沉积构造。又称生物侵蚀构造。其中足迹是动物的足趾留在沉积物表面的印痕。移迹是由于无脊椎动物蠕动爬行或啮食，在沉积物表面产生的沟槽。潜穴是由无脊椎动物在未完全固结的沉积物内部，为了居住或觅食所挖掘的各种洞穴、管道。常见的有呈垂直管型、斜交管型、水平管型和复杂分支管道系统等。钻孔是无脊椎动物为了寻食或庇护，在已固结岩石质海岸、海底或生物钙质壳上凿蚀的各种孔洞。钻孔一般分布于未被海侵沉积物覆盖的岩石质海底上，为判别海侵和海岸线的标志。生物扰动变形层理系指生物在沉积物中活动引起的对原生层理构造的变形和破坏，并形成由规则状、不规则状、斑迹状以至完全均质化结构的层理。

在床面形态发展过程中的沙纹、沙垄和沙浪统称为沙波。对于沙波的成因，至今仍无公认的理论解释，一般认为沙波是水流与河床相互作用下产生的一种稳定河床形态。沙纹形成可能与局部扰动引起的近壁层流层波动有关，沙垄及沙浪形成可能与两层流体交界上产生的不稳定波动有关，还有人认为沙浪形成与水面波动有关。
发展阶段：
首先是以侧方侵蚀为主,形成宽广的河谷,同时堆积冲积层,然后下切侵蚀加强,切开冲积层,形成阶地陡坎.\x0d河流阶地的类型根据阶地的结构和形态特征划分为侵蚀阶地、基座阶地和堆积阶地.堆积阶地根据组成阶地的冲积层厚度与下切深度的关系,可以分为嵌入阶地、内迭阶地、上迭阶地和掩埋阶地.

沉积物呈床沙推移搬运主要见于牵引流中。床沙载荷是指直接覆于床底上的薄层沉积物颗粒作层状运动而进行搬运。随着流体流动强度的变化，在床沙表面会相应出现不同的几何形体，称为床沙形态。在明渠水流（包括河流、湖、海中的水流）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志为弗劳德数。不同流态可出现不同类型床沙形态。

1.急流与缓流

明渠水流的特点是存在与大气相接触的自由表面，因而明渠水流是一种无压流。这种流动才具有急流、缓流和临界流三种流态的变化。急流与缓流的判别准则是弗劳德数（Fr），即：

沉积岩工作方法

式中：υ是水流平均流速；h是水深；g是重力加速度。弗劳德数（Fr）是量纲为一的量，用它可以判别明渠水流的流态。Fr＜1时，水流为缓流，也称为临界下的流动状态或低流态，它代表一种水深流缓的流动特点；Fr＝1时，水流为临界流；Fr＞1时，水流为急流，也称为超临界的流动状态或高流态，它代表一种水浅流急的流动特点。

2.床沙形态

对于牵引流来说，由于其主要以床沙载荷（推移）方式进行搬运，其典型的特征是形成交错层理。在流体的作用下，床沙面上形成沙波，它们可不断地向下游方向移动，其上游边被冲刷（图2-1，A、D），沙子在下游边崩落下来，沿崩落面形成细层，许多细层叠加在一起构成了前积层（图2-1，B）。

图2-1 沙纹的移动及交错层理的形成

A、D—冲刷面；B—前积层；C—底积层

床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型的床沙形态。每一类型的床沙形态不是固定不变的，而是通过组成床沙的沙砾颗粒的滚动、滑动或跳跃移动而使床沙形态发生顺流或逆流移动，这种现象在水力学上称之为沙波运动。明渠水流随着流动强度加大，在床底面上会依次出现下列床沙形态：无颗粒运动的平坦床沙—沙纹—沙浪—沙丘—过渡型（或低角度沙丘）—平坦床沙—逆行沙丘—流槽和凹坑。

影响床沙形态、大小和类型变化的最重要因素是流动强度、平均流速、颗粒大小及流动深度。可利用两个参数，即流动强度（或平均流速）与颗粒直径，绘出与床沙形态的关系图（图2-2）。

图2-2 流速、粒度与床沙形态的关系图

（据Middeton and Southard，1977）

从图2-2中可以看出，颗粒小于0.2mm的细粒沉积物，随着流速的增大，床沙形态出现顺序为：无颗粒运动的平坦床沙—沙纹—上部平坦床沙—逆行沙丘；对于直径0.2～0.7mm的砂粒，随着流速的增大，床沙形态出现顺序为：无颗粒运动的平坦床沙—沙纹—沙浪—沙丘—上部平坦床沙—逆行沙丘；对于直径大于0.7mm的沙粒，在流速低，相对应沙纹出现的位置不出现沙纹，而是形成下部平坦床沙，因此，床沙形态出现顺序为：无颗粒运动的平坦床沙—下部平坦床沙—沙浪—沙丘—上部平坦床沙—逆行沙丘。

因此，流体决定床沙的形状，而流体的流动产生了床沙形态的迁移，床沙形态迁移过程在层内留下的痕迹就是层理。床沙形态与层理的对应关系见表2-1。

表2-1 常见的床沙形态与层理的对应关系

图2-3 床沙脊的形态类型

（据姜在兴，2003）

另外，床沙脊的几何形态与交错层理的类型密切相关，床沙脊的几何形态可分为直线状、弯曲状、链状、舌状、新月状和菱形（图2-3）。脊为直线状和微曲线状，可形成板状交错层理；而脊为弯曲状、链状、舌状和新月状时，形成槽状交错层理。

---

康县19562866947： 河流中沙波的形成和发展经历哪些不同阶段 - ？
寸柿宫丽： 在床面形态发展过程中的沙纹、沙垄和沙浪统称为沙波.对于沙波的成因,至今仍无公认的理论解释,一般认为沙波是水流与河床相互作用下产生的一种稳定河床形态.沙纹形成可能与局部扰动引起的近壁层流层波动有关,沙垄及沙浪形成可能与两层流体交界上产生的不稳定波动有关,还有人认为沙浪形成与水面波动有关. 发展阶段: 首先是以侧方侵蚀为主,形成宽广的河谷,同时堆积冲积层,然后下切侵蚀加强,切开冲积层,形成阶地陡坎.\x0d河流阶地的类型根据阶地的结构和形态特征划分为侵蚀阶地、基座阶地和堆积阶地.堆积阶地根据组成阶地的冲积层厚度与下切深度的关系,可以分为嵌入阶地、内迭阶地、上迭阶地和掩埋阶地.

康县19562866947： 剥离线理是什么意思?是属于哪个科目里面的 - ？
寸柿宫丽： 1. 平行层理:在强水动力条件下形成的相互平行的、水平或近水平的、由中粗砂岩、砾岩组成的层理,一般认为是在水流能力比形成大型交错层理更强的高流态条件下的平坦底床上形成的,其特点是颗粒粗,伴生剥离线理,与大型交错层理共生...

康县19562866947： 流体的流动形态有哪几种?如何判断?？
寸柿宫丽： 主要有层流和湍流两种,层流流动平稳有规则,而湍流流动会产生很多涡旋.判断方法是求出该流动的雷诺数,流动的雷诺数小于某一临界值为层流,大于它为湍流.根据不同的结构形式,流动状态,雷诺数有不同的计算公式,具体可以参考流体力学教材

康县19562866947： 低含沙水流与高含沙水流的区别? - ？
寸柿宫丽： 当水体中含沙量较高,并且含有一定量的细(粘)颗粒(d

康县19562866947： 流体的流动形态有哪两种?如何判断流体的流动形态? - ？
寸柿宫丽：[答案] 层流和湍流.判断准则是雷诺数,雷诺数低于转捩点为层流,反之为湍流.圆管中液体的转捩点为2000~2320,平板流动为5*10^5,气体与液体的转捩点不同,流体所处的环境也会影响转捩雷诺数.