Седиментация из потоков волочения


Один из наиболее важных процессов транспортировки и отложения осадка — потоки волочения. Это такие потоки, которые, как уже отмечалось, перемещают осадок вдоль течения перекатыванием и сальтацией или в виде сплошного двигающегося покрова. Продолжительная переработка осадка вымывает из него алевритовые и глинистые частицы, которые выносятся в виде суспензии. Более тонкие и более легкие песчаные зерна перемещаются быстрее, чем более крупные и более тяжелые. Поэтому для отложений в однонаправленном потоке обычно отмечается уменьшение размера зерен вниз по течению, что называется «размерной градацией» (сортировкой по размеру). Потоки могут быть однонаправленными, как, например, в руслах рек. В эстуариях и в открытом море осадки могут перемещаться вперед и назад под действием приливных течений или более сложными путями.

Основной подход к пониманию седиментации влекомого материала основывался на экспериментальных исследованиях однонаправленных потоков в ограниченных каналах. Эти эксперименты могут быть проведены в искусственных каналах, называемых желобами, которые имеются в качестве стандартного оборудования во многих геологических лабораториях. Явление, которое мы сейчас рассмотрим, описано Симонсом и другими, и оно демонстрируется как обязательная часть программы во многих университетских курсах седиментологии.

Сначала желоб остается в покое. Песок ровно покрывает его дно, скорость течения равна нулю. Затем вода течет вниз по желобу с постепенно возрастающей скоростью. Как только достигается критическая скорость течения, песчинки начинают перекатываться и подскакивать. Поверхность песка покрывается знаками ряби. Крутые склоны валиков направлены вниз по течению, а пологие— навстречу ему. Песчаники отрываются от тыловых склонов и переоткладываются на передовых склонах. Таким образом, эти валики медленно перемещаются вниз по потоку, осаждая косослоистый песок.

С увеличением скорости потока морфология осадочных построек изменяется от знаков ряби до дюн. Дюны сходны со знаками ряби по их форме, способу перемещения и внутреннему строению. Однако они отличаются по размеру, достигая величин в несколько дециметров, а не сантиметров.

На всех этих стадиях образования знаков ряби и дюн число Фруда, рассмотренное в предыдущем разделе, составляет менее 1. С увеличением скорости потока число Фруда достигает 1. Эта величина является пограничной для потоков с двумя различными режимами. Нижний режим потока с числом Фруда менее 1 создает диагонально-слоистые и косослоистые текстуры песка путем образования знаков ряби и дюн. Как только скорость возрастает до числа Фруда, равного 1, дюны выполаживаются, и слой песка приобретает плоскую поверхность. Однако песок все еще переносится и отлагается. Теперь песчинки лежат в горизонтальных слоях и ориентированы параллельно потоку. Эта стадия называется «стреляющим потоком». Как только скорость течения увеличивается еще больше, то число Фруда превышает 1. Поверхность слоя песка преобразуется в округлые валы, называемые «антидюнами», В противоположность дюнам, антидюны обычно имеют симметричное строение в поперечном сечении. Они могут оставаться на месте или перемещаться вверх по течению с отложением падающих в направлении течения передовых слоев. При уменьшении скорости течения наблюдается обратная последовательность изменения морфологии осадка. Антидюны сменяются плоской поверхностью, затем образуются дюны, знаки ряби и так до плоской поверхности и неподвижности при нулевой скорости течения (фиг. 62),

Этот эксперимент четко демонстрирует зависимости между скоростью течения, морфологией отложений и осадочными текстурами. Однако трудно количественно оценить эти зависимости и рассчитать параметры потока на основании изучения гранулярного состава и осадочных текстур в древних отложениях.

Эксперименты показали, что если сохраняются постоянными параметры флюида (т. е. скорость и вязкость), то пороговые величины, при которых происходит смена одних форм другими, варьируют в зависимости от размера зерен. Наиболее примечательным, как показали экспериментальные исследования, явилось то, что стадия образования знаков ряби отсутствует в осадках с диаметром оседания частиц более примерно 0,65 мм (диаметр оседания зависит от диаметра частицы и вязкости флюида). Диаметр оседания частицы уменьшается с увеличением вязкости (например, одно песчаное зерно может иметь тот же самый диаметр оседания, который имеет более крупная частица в более вязкой жидкости). Действительно, полевые наблюдения указывают, что слои со знаками ряби отсутствуют в осадках с диаметром частиц более примерно 0,5 мм.
Седиментация из потоков волочения

Другой важный момент заключается в характере влияния температуры на осадочные текстуры. Хармс и Фенестокк при исследовании участков реки Рио-Гранде показали, что при сходных расходах воды могли наблюдаться либо плоские слои, либо дюны.

По-видимому, это различие в основном контролируется температурой воды. От температуры зависит вязкость флюида и, следовательно, диаметр оседания частиц осадка.

На фиг. 63 показаны зависимости между мощностью потока (скоростью течения, большей или меньшей), диаметром оседания (большим или меньшим размером зерна), морфологией осадка и осадочными текстурами. На фиг. 64 показана зависимость между размером зерен и осадочными текстурами в типичных древних флювиальных породах, отложенных в однонаправленных потоках волочения.

Морские потоки волочения исключительно изменчивы по скорости и направлению. Создаваемые ими формы слоев и текстуры сходны с теми, какие образуются в однонаправленных руслах. Их связи с параметрами потока весьма сложны и поэтому менее хорошо известны.





Яндекс.Метрика