第六章搬运作用与沉积作用

第六章搬运作用与沉积作用第一节搬运作用目的要求地表风化和剥蚀作用的产物除少量留在原地之外，大部分要被运动介质搬离原地，因而是一种非常重要的外动力地质作用。要求学生理解搬运作用的方式，不同营力搬运作用的特点等，为沉积作用的学习奠定基础。课时：2学时授课内容一、搬运作用的方式二、不同营力搬运作用的特点o（一）地面流水的搬运作用o（二）地下水的搬运作用o（三）冰川的搬运作用o（四）风的搬运作用o（五）海洋（及湖泊）的搬运作用三、搬运过程中碎屑物质的变化重点搬运作用的方式及不同营力搬运作用的特点是本节的重点。难点冰川是固体，其搬运方式与液体和气体明显不同。另外，冰川的搬运大多数学生很难见到。因此，冰川的搬运作用较难理解，应用形象、浅显易懂的事例来说明。教学方法利用幻灯等以讲授为主，结合部分岩石标本及显微照片说明搬运过程中碎屑物质的变化。讲授重点内容提要一、搬运作用的方式自然界中风化、剥蚀产物被运动介质从一个地方转移到另一个地方的过程称为搬运作用。因此，它与风化作用、剥蚀作用紧密相伴，是非常重要的外动力地质作用之一。搬运作用的方式有三种：机械搬运作用；化学搬运作用和生物搬运作用。以前二者最为重要。o（一）机械搬运作用机械搬运作用是各种营力搬运风化、剥蚀所形成碎屑物质的过程，可分为推移、跃移、悬移和载移四种不同形式（图6—1）。1.推移（tractiontransport）流体在运动过程中，对碎屑物质有一个向前的推力，使其沿介质底面滑动或滚动，这种搬运方式叫推移。小碎屑物易被推移，大碎屑物难被推移；比重大者需要大的推力才能移动；球形颗粒易被推移，椭圆形、棱角状碎屑较难被推移。2.跃移（saltationtransport）在搬运过程中，碎屑物质沿地面呈跳跃方式向前移动的过程叫跃移。一般说来，细砂、粉砂的搬运方式以跃移为主。颗粒跃起、降落、再跃起、再降落这种过程反复进行，碎屑颗粒就不断跳跃前进。3.悬移（supensiontransport）即是粘土、粉砂等较小颗粒，由于流水的紊流作用而呈悬浮状态进行搬运。实验表明，如在清水中撒入粘土和粉砂，它们很快散开，水变浑浊，而且每个颗粒运动的途径都是不规则的。此外还表明，当颗粒的沉降速度小于平均流速的8%或流水的平均流速大于颗粒沉降速度的12倍以上时，颗粒就能成为自由悬浮状态。粉砂和粘土在流水中因紊流运动，一般都保持着悬浮状态，只有当紊流停止时，它们才能沉落下来。4.载移碎屑物质恰似一条传送带载运物质，这种冰的固体搬运过程称为载移。o（二）化学搬运作用母岩经过化学风化、剥蚀作用的产物（溶解物质）呈胶体溶液或真溶液形式被搬运称化学搬运作用。可分两类：胶体溶液搬运和真溶液搬运。1.胶体溶液搬运胶体溶液的性质介于悬浮液和真溶液之间，质点常带电荷。当胶体具有相同符号的电荷时，因排斥力而避免颗粒聚集，而有利于搬运；反之，则不利于搬运。2.真溶液搬运即易溶岩石及矿物成分溶解于河水，以离子状态进行搬运。每立升河水中溶解的盐类物质约为150—300mg，其中以钙、镁的碳酸盐最多，达盐类总量的7%左右，而钾、钠的氯化物较少。在沙漠地区河流中NaCl及CaSO4的含量显著增高。可溶物质的搬运，与溶解度、水介质的PH值、Eh值、温度、压力及CO2含量等一系列因素有关。二、不同营力的搬运作用特点o（一）地面流水的搬运作用流体具有两种流动形式。一种是质点呈平行层状，不互相混合，流动的层与层之间界线不交错，称为层流（laminarflow）；另一种质点以复杂的流线型式交错，质点相互混合，称为紊流（turbulentflow）。河水的流动形式基本都是紊流，只有在流速非常缓慢，或水很浅，河床底平滑时可发生层流。地面流水的搬运作用既有机械搬运，也有化学搬运，但以机械搬运为主。河流能够搬运多大粒径碎屑的能力称为河流的搬运能力（transportcompetence），它决定于流速。资料表明，在平坦的河床上当流速小于18cm/s时，细小的颗粒也难以移动。当流速达70cm/s时，数厘米直径的颗粒也能搬运。河流能够搬运碎屑物质的最大量称为搬运量（capacity）。它决定于流速和流量，更重要的是流量。测量流量的单位是m3/s。长江在一般的流速下携带的仅是粘土、粉砂和砂，但数量巨大；相反，一条快速的山间河流可以携带巨砾，但搬运量很小。片流的流量和流速均较小，它只能搬运少量的、细小的碎屑颗粒，但在大雨时，片流借助于重力，也能搬运较大的砾石。洪流的流量和流速均较大，因而具有很强的搬运能力，它能携带大量的泥砂和巨大的石块沿沟谷流动。o（二）地下水的搬运作用除溶洞水有较强的机械搬运外，地下水的搬运主要是以化学方式进行，包括真溶液及胶体溶液两种形式。搬运物以重碳酸盐为主，有时氧化物、硫酸盐、氢氧化物、二氧化硅、磷酸盐、氧化锰以及氧化铁等也很重要。地下水搬运的成分和数量，取决于渗流区岩石性质和风化程度。地下水的搬运能力，与水温、压力、运移速度、PH值及CO2含量有关。一般说来，温度高、压力大、流速快、CO2和酸类物质含量高时，其搬运能力强；反之，则较弱。o（三）冰川的搬运作用冰川的搬运颇具特色：①它具固体搬运即载移搬运能力；②冻结在冰体内的岩石碎块不能自由移动，彼此间很少摩擦与撞击，只是岩块与岩壁间有摩擦；③冰川具有较大的压力，往往形成“丁“字擦痕。冰川将刨蚀的产物以及堕落冰面的风化物一并冻结于冰体之中，像传送带一样将它带到冰川的前端，为冰川的搬运作用。冰川的搬运物都是碎屑物，在冰川中呈固着状态。除因冰体不同部分运动速度有所差异，某些粗大碎屑物相互之间可以局部发生摩擦，以及位于冰川底部和边部的碎屑物可以和冰床基岩发生摩擦以外，绝大多数搬运物在冰体内不能自由转动和位移，不能相互作用，因而在搬运过程中难以受到改造。这是冰川搬运和流水搬运的重要区别。其次，由于冰川是固体介质，尽管其流速很慢，但其搬运能力很强，它可以将直径达数十米的巨大石块搬运很长的距离。大陆冰川以冰山的形式伸入高纬度地带的海洋中，将大量粗大的碎屑物带入海洋中沉积，能造成异常的海底沉积物分布。这是冰川搬运和流水搬运的又一重要区别。冰川的搬运物质通称为冰碛物（ice-moraine）。搬运物按其在冰体中所处的部位，可分为不同类型：位于冰川表面者称为表碛（surfacemoraine）；陷入冰体内部者称为内碛（internalmoraine）；位于底部者称为底碛（groundmoraine）；分布在冰川两侧者称为侧碛（lateralmoraine）。两条冰川汇合后，相邻的两条侧碛在汇合点以下并合成一条，成为位于冰川中间的中碛（medialmoraine）。o（四）风的搬运作用风的搬运以悬移、跃移和推移三种方式进行（图6—2）。1.悬移（suspensiontransport）在紊流及涡流的上举力作用下，细而轻的砂粒悬浮于气流而向前进，简称悬移。当风速达5m/s时，就能使粒径小于0.2mm的砂粒悬移。而粒度小于0.05mm的粉砂粒其沉降速度很低（图6-2）。一旦进入悬浮状态就不易降落而长期随风飘扬。2.跃移砂粒在气流中以跳跃方式前进，简称跃移。跃移物往往是粒径0.2—0.5mm的砂。风力跃移的机理与流水不同。水的密度比空气大800倍，在粘滞性很弱的空气中，粗砂级颗粒的跳跃通常是由飞跃的颗粒降落时碰撞地面而产生的弹力所引起的，其初始能量来源于与其它砂粒的撞击，这是风力搬运特有的现象。当风速达到某一临界速度时，砂粒开始以滚动或滑动方式移动，移动的砂粒相互撞击，两个碰撞颗粒或其中之一粒在冲击力与弹力的作用下跃入空气中，并在重力作用下以与地面成10°—16°交角的平缓轨道下落。如果地面岩石硬，则砂粒撞击地面后会跳回空中，继续向前移动；如果地面是松散的砂，则降落下来的砂粒就撞击地面的砂粒使之跃起，并以抛物线形式向前移动。通过这种形式，一个个跳跃着的砂粒带动着整个地表的沉积物向前移动。3.推移（tractiontransport）当风速较小或者地面砂粒较大（粒径大于0.5mm）时，砂粒不能跳到空中，而是沿着地面滚动或滑动，简称推移。其动能来自于其它跳跃砂粒的撞击。跳跃砂粒的撞击所产生的动能很大，能够使地面上较其本身直径大6倍或较其本身重量大200倍的砂粒向前移动。在风速减小时，它们时行时止，每次只能移动几毫米。随着风速增大，不但移动巨砾增大，而且移动的砂粒增多，甚至整个地面的砂粒都向前移动。在上述三种搬运方式中以跃移为主，其搬运量约为总搬运量的70%—80%；推移量次之，约占20%；悬移量最少，一般不超过10%。占搬运量90%的跃移和推移的物质主要是0.2—2mm的砂，它们主要富集在离地面高度30cm以下，尤其是在10cm以下，紧贴着地面运行，其搬运距离较近；悬移的物质主要是小于0.2mm的碎屑，其搬运距离较远，而且颗粒愈细搬运愈远。如我国西北的尘土搬运到达长江中下游地区，蒙古中部的尘土吹送到西北的黄土高原，美国西部的细微尘土搬运极远，而砾石等粗大颗粒残留原地，这是风力搬运的重要特征。如我国风成黄土的颗粒，其粒度自西北向东南有由粗变细的总趋势。此外，随着风速多变，风的搬运能力，即风运物粒度大小也会改变。但是就一定地区和一定时期而言，总存在一种占主导地位的风速。o（五）海洋（及湖泊）的搬运作用在海洋中，波浪、潮汐、洋流、浊流是主要的搬运营力。1.波浪的搬运作用波浪的作用能引起近岸带沉积物的搬运和沉积。当激浪进击海岸时，形成向陆地前进的水流，称为进流（ingressioncurrent）。如波浪前进方向与海岸垂直，进流就将水下的砂、砾向岸上搬运。随着进流能量的耗散，部分砂砾留在岸上，部分砂砾随退回外海方向的水流—回流（reflux）又搬回水下。在进流与回流的往返作用下，砂、砾被磨圆而且得到分选。2.潮汐的搬运作用海平面发生周期性升降的现象称为潮汐（tide）。海水（含地球上的一切物体）恒受月地引力及月地系统围绕其质量中心旋转而产生的离心力共同作用（日地引力较弱，也有影响）。在地球的向月端引力大于离心力，合力指向月球，海水鼓起，发生涨潮（risingtide）；在地球的背月端因离心力大于引力，合力背向月球，海水也鼓起，也发生涨潮。与此同时，在距离向月点90°的地面上，海水面相应降低，发生落潮（fallingtide）。月球绕地球旋转一周所需的时间为24小时51分，故同一地点每隔12小时25分就有一次涨潮，在两次涨潮之间即发生落潮。此外，因地月系统绕太阳运行，当出现新月和满月（农历初一和十五）之后1—2天，月地日三者位于同一线上，太阳的引力与月球的引力叠加，形成大潮（springtide）。当出现上弦月和下弦月（即农历初八、九及二十二、三）后1—2天，月地的联线同地日的连线垂直，形成小潮（neaptide）。由潮汐引起的海面高度变化迫使海水做大规模水平运动，形成潮流（tidalcurrent）。涨潮时，潮水涌向陆地；落潮时，潮水退向外海。在平坦海岸带，潮水的涨落影响到相当宽阔的范围，对于沉积物起着反复的侵蚀、搬运和再沉积的作用，控制着沉积物的性质和特征。在狭窄的河口地带，潮流的侵蚀搬运作用特别强烈。当潮水涌进狭窄的水道时，潮高可激增至数米、十余米，流速增快，可达每秒数米；落潮时潮水又奔腾而下，因而河口被强烈冲刷，不形成三角洲，相反河口向外海呈漏斗状展开，称为三角港（triangularharbour）。如钱塘江、恒河、叶尼塞河、亚马逊河、泰晤士河、易比河等河口即为强潮形成的三角港。3.洋流的搬运作用海水做大规模的定向流动称为洋流或海流（oceancurrent）。它即见于海水表层，也能形成于海水深部；即发生在近岸地带，也分布于远海水域。表层洋流影响深度不超过100m，深部洋流可达深海底。洋流的运动方向可以是水平的，也可以是垂直的（上升或下降）。控制的因素是盛行风的方向、科里奥利效应、大陆的轮廓、岛屿的存在和海底地形等。洋流的速度一般不超过0.5—1.5m/s。洋流的地质作用主要在于搬运。洋流对海底轻微的侵蚀作用并能搬运细粒的碎屑物质。4.浊流的搬运作用浊流（turbiditycurrent）是