河流环境及相模式

•（二）层流、紊流与雷诺数
• 流体的特性有：粘度、密度、抗
剪性和在适当条件下形成紊流的能力。
• 雷诺数Re=惯性力/粘滞力=vdp/u
•
v-水的流速；
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d-颗粒直径；
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p-水的密度；
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u-水的粘度。
•Re可反映搬运方式：
•Re=1时，层流，只能滚动搬运；
•Re=1~40时，过渡；
•Re>40时, 紊流，出现悬浮搬运。
•层理中等发育，常见为各种沙纹层理、不 规则的水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ层理等。还可见干裂、植物根系 、虫迹以及钙质结核、包卷等沉积构造。
•砂体形态呈薄的板状，这与河道的侧向迁 移-加积作用有关。
•⑤决口扇沉积
•是在河流高水位时，河水冲决天然堤于 堤外侧形成的树枝状水系的扇状堆积物 。决口扇沉积在剖面上呈透镜体产出， 与堤岸或漫滩的粉砂或泥质岩成互层， 通常厚度不超过数米。岩石粒度较相邻 的堤岸或漫滩沉积为粗，由细砂-粉砂级 物质组成。层理不发育，有时可见粒序 性或沙纹层理，砂体内部有水流变小的 证据。常见基底侵蚀构造。
•② 边滩
•是蛇曲河流最主要的流水地貌，边滩沉积是河 床侧向迁移作用的必然产物。蛇曲河道由于横 向环流的影响，河道外岸不断遭受流水的冲刷 侵蚀，内岸则成为沉积物的重要停积场所。开 始，内岸只是一个浅滩，随着河道的侧向迁移 ，浅滩不断增长，并在河道的内弯区形成一个 宽阔的边滩。由于横向环流底流在侧向运动中 的机械分选作用，形成了边滩沉积向上变细的 层序特点。边滩沉积的厚度接近于河水的深度 ，而其宽度则与河流的规模有关。
发生在沿岸涡流高的地区，沉积作用形成在
河床的底部。
•低弯度的河道趋向于侧向侵蚀，中部加积 形成心滩
•河岸的冲刷和河岸的不断拓宽在低弯度河段 中更为显著；
•相反，曲流河则以河道的加深为特征。
第三节 曲流河
1.环境特征--曲流 河的突出特征是 因河道侧向侵蚀 呈明显的弯曲状 。
曲流河
•河道凹岸遭受侵蚀，在 凸岸发生堆积，形成曲 流沙坝。在河道强烈弯 曲的地段，河流在洪水 期可因截弯取直或决口 发生改道，使部分老河 道废弃。
河流环境及相模式
2020年6月1日星期一
野外进行相分析时,应注意河流相的如下特征 ：
➢ 首先，岩石具有明显向上变细的单元结构， 单元砂体底面常有底冲刷现象；
➢ 其次，砂体呈明显的透镜体状产出，岩相变 化很快；
➢ 第三，矿物成熟度比较低，砾石成分中主要 为各种外来砾石；
➢ 第四，具有单向流水的定向性构造，如交错 层理，砾石呈叠瓦状排列；
•⑦牛轭湖沉积
•是一种废弃河道的充填物 。牛轭湖的形成与河道的 串沟截直或颈项截直作用 有关。随着河道的截直， 旧河道被废弃后不再成为 河道沉积物的停积场所， 只能充填洪水期漫岸水流 带来的悬移截荷（泥或粉 砂），因此岩石粒度都很 细。串沟截直与颈项截直 作用所形成的牛轭湖沉积 层序是不一样的 。
•边滩沉积的砂体呈板状，底部一般都有冲刷 面，其宽度30-50km不等。在高弯度河流的情 况下，砂体为泛滥平原的细粒沉积物包围。
•③串沟沙坝及串沟充填沉积
•串沟是洪水期在边滩上冲刷侵蚀出来的一 条新河道，与其有关的沉积可分为串沟沙 坝及串沟淤填沉积，二者在剖面上均呈透 镜体状，前者较粗，为中-粗粒碎屑堆积； 后者较细，主要为泥质淤积物。
•二、 水流的主要类型及其沉积物特征
•水流类型：中性水流、侵蚀－改造水流、沉积－改 造水流、沉积变形水流，中间两种对底床有改造作用 。 •（一）侵蚀－改造水流 • 它有4个方面的意义 •1、尤尔斯特龙效应
•2、粘性底质上的流痕
•3、与水流深度急速度有关的、在非粘性沉 积物中形成的地形系列及流态 • 1）底形：波痕、沙波、平床、同相位沉 积物波等 • 2）流态：水流、 •水与沉积物的界面 •形状、沉积物的搬 •运方式、水流中能 •量消散过程以及水 •面形态和水－沉积 •物界面之间相位关 •系的总和。
•三、与河流有关的沉积构造及动力学特征 •（一）波痕构造
•（二）层理构造 •简单层理：
•交错层理、爬升波纹层理、 •平行层理、水平层理、 •均匀层理、递变层理
•复合层理：
•脉状层理、波状层理、 •透镜状层理、 •韵律层理
•
•1、交错层理 •板状、楔状、槽状交错层理
• 板状交错层理
•South Saskatchewan
•边滩沉积是河流沉积中 最常见的岩相之一。其 岩石类型常是成分比较 复杂，矿物成熟度比较 低的岩屑砂岩及长石砂 岩类。粒度分布范围也 很大，由分选不好的砂 或者粉砂、泥等沉积物 混合组成，一般大型河 流的边滩都是以砂级沉 积为主。
•边滩沉积层理序列 •（据伦纳克，1973）
•边滩沉积的概率累积 曲线的特点是：主要由 跳跃总体及悬移总体组 成，滚动总体不发育。 跳跃总体是主要成分， 具有中至较高的斜率， 分选中等至较好。悬移 总体的斜率低，分选差 ，两者的接合点（截点 S）是急剧的，大约在3 ～3.5φ左右。
•3、在单个半韵律旋回内，粒度向上变细 、单层厚度向上变薄、反映水动力条件逐 渐变弱的层理类型也相应变化.
•4、具有明显的单向水流型层理。旋回 下部的砂岩中有大型槽状交错层理、大 型板状交错层理及平行层理；旋回上部 的粉砂岩、泥岩中则为上叠沙纹层理、 水平层理及其它沙纹层理等。还常见泥 裂、钙质结核、植物根、虫孔等构造。
•滞留砾岩的砾石成分比较复杂，主要为陆 源的砾石及树干（硅化木）与泥质砾石。 粒度较租，主要为砾岩、砂质砾岩级的， 砂级物质较少。
•砾石会具叠瓦排列，扁平砾石的最大扁平 面倾向河流上游方向，砾石长轴则为顺流 方向。
•滞留砾岩砂体呈透镜状产出，并位于河流 沉积旋回的底部，向上过渡为边滩或心滩 沉积，其底面常为明显的冲刷面。
•边滩沉积的层理构造特别发育，主要为各种 大、中型的交错层理及沙纹层理，如槽状交 锗层理、板状交错层理、平行层理、舌状交 错层理等。在垂向上，层理类型具有自下而 上由大型变为小型的特点。沿着边滩曲流砂 坝的表面由侧向加积作用所形成的一种“低 角度的交错层理”，爬升层理，其厚度通常 在25m间，它是蛇曲河流的一个重要标志。
➢ 第五，交错层理特别发育。
•第一节 沉积动力学 •一、 流体动力学的基本知识和概念
•（一）牛顿流体和非牛顿流体及各自搬运和沉积方 式 •1、概念 • 从流体力学性质来说，凡服从牛顿内摩擦定律的 流体称作牛顿流体，否造称为非牛顿流体。 • 所谓服从牛顿内摩擦定律是指在时间不变的条件 下，随着流速梯度的变化，流体动力粘度系数始终保 持为一常数。 • 牵引流为牛顿流体，沉积物重力流为非牛顿流体
•泥盆系，魁北克
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• •
• 槽状交错层理
•2、爬升波纹层理
•3、平行层理与水平层理
•4、均质层理 •5、递变层理 •6、脉状、波状、透镜状层理
•脉状
•波状
•透镜状
•（三）叠瓦状构造
•（四）包卷层理
•（五）冲刷构造 •冲坑、冲槽
•第二节 河流的基本特征
一、现代河流类型的划分
• 河流可以按照不同的原则进行分类： ❖ 按形态可分为辫状河、顺直河及曲流河； ❖ 按发育的阶段可分为幼年期、壮年期及老年
•最大流速和涡流区是易受侵蚀的地区；相 反，相对低速和少涡流区是底床稳定和接受 沉积的地区。
•在曲流河道中，主 流线靠近河流的凹岸 ，最大涡流出现在凹 岸的底部，发生最大 强度的侵蚀作用，使 凹岸产生外移下切， 这是河道加宽的普遍 机制。
•在直河段中，主流线位于靠近河道中心上 部，最大涡流区出现在河道两侧，侵蚀作用
•曲流河沉积环境模式（据Allen,1964）
•2、蛇曲河的沉积类型及其特征 •可以将蛇曲河流沉积划分为两大类，即 底层沉积与顶层沉积。 •底层沉积又称下部旋回沉积，主要是推 移载荷侧向加积作用的产物，包括河床底 部的滞留砾岩沉积、边滩沉积（砂质板状 单元）。 •顶层沉积亦称河流上部旋回沉积，主要 是河流悬移载荷垂向加积的产物，包括堤 岸沉积、决口扇沉积、串沟沙坝及串沟充 填沉积、河漫湖及牛轭湖沉积，以及岸后 沼泽沉积等。
（a）富砂(推移载荷)的低弯度河
（b）富泥(悬移载荷)的低弯度河
（c）
（2）复合的河道形态：
（a）交织河是指被泛滥平原分成若干条彼此分隔 而又会合的持久河道系统，其中各条支流可以有不 同的弯曲度
（b）分支河则是因原始河道快速加积淤塞、分支 而成的
黄河
黄河
长江
•二、河道流动体制
•河道内流水的侵蚀、搬运和沉积作用是由 水流速度和涡流的分布所决定的。
期； ❖ 按水动力状态分为游荡性河、叉流河及曲流
河。 ❖ 对于相模式研究工作来说，则以形态分类并
结合水动力特点比较合适。
•1、河流的分类
•图2-18 河道的四种形态 •a-顺直河；b-曲流河；c-辫状河；d-网状河
（1）按照河流搬运的沉积载荷类型、河道的 几何形态和沉积类型，将平原河流分为：
•（三）缓流、急流和佛罗德数 • 明渠水流存在三种流态：缓流、急流和临界 流，可通过佛罗德数进行判别。 • Fr=惯性力/重力=（v2/L）/g • Fr反映流态和解释底床形态： • Fr<1 ，水流为静流、缓流，表示水深流缓 的情况，易于形成正常沙波; • Fr>1，向下游的流速大于向上传播的波速， 此时不可能有向上游传播的水波，水流为急流， 呈现水浅流急的特点，易于形成平行层理、逆行 沙波。 • Fr＝1，临界流
•5、交错层的流向比较分散，其离散度 （方差值）较大。
•⑥河漫湖泊沉积
•位于河漫平原位置最低的部分，沉积物都 是洪水带来的悬移载荷。洪水的越岸泛滥 作用最大频率是1-2年一次，沉积作用也小 ，巨大洪水才沉积大于lcm厚的不连续成层 的物质。河漫湖泊由于离河道最远，故岩 石的粒度最细，为粉砂岩及泥岩类。常有 干裂或暴露于空气中的其它特征，如钙质 结核、植物根系等。层理发育，有斜波层 理、水平纹层等。在潮湿气候时可形成岸 后沼泽；在于旱气候时会出现泥灰岩及膏 盐沉积。