沉积物颗粒的性质1.pdf

河流动力学基础1河 流 动 力 学 基础河流动力学基础2第一章 泥沙颗粒的基本性质第一章 泥沙颗粒的基本性质1. 风化过程与地表物质组成风化过程与地表物质组成 风化作用阶段及其产物、土壤 、黄土和红壤的侵蚀特性风化作用阶段及其产物、土壤 、黄土和红壤的侵蚀特性2. 泥沙颗粒的个体特性泥沙颗粒的个体特性 泥沙颗粒的粒径、形状、密度泥沙颗粒的粒径、形状、密度ρ ρs、容重、容重γ γs和比重和比重3. 泥沙颗粒的群体特性泥沙颗粒的群体特性 颗粒的粒径分布和级配曲线、粒径分布的特征值、淤积物的干容重、水下 休止角、细颗粒泥沙的物理化学性质颗粒的粒径分布和级配曲线、粒径分布的特征值、淤积物的干容重、水下 休止角、细颗粒泥沙的物理化学性质4. 泥沙颗粒的沉速泥沙颗粒的沉速 圆球在静止流体中的重力沉降、天然沙的沉速公式、含沙浓度对沉速的影 响圆球在静止流体中的重力沉降、天然沙的沉速公式、含沙浓度对沉速的影 响(群体沉速群体沉速)5. 含沙水体含沙水体(浑水浑水)的性质的性质 浑水的容重及含沙量、含沙水体的流型、泥沙运动形式的分类浑水的容重及含沙量、含沙水体的流型、泥沙运动形式的分类河流动力学基础311/36风化、侵蚀地貌风化、侵蚀地貌河流动力学基础粗泥沙源自岩石和矿物风化而成的碎屑粗泥沙源自岩石和矿物风化而成的碎屑(包括石块包括石块)， 而坡面表土的流失是细颗粒泥沙的来源。

而坡面表土的流失是细颗粒泥沙的来源4从岩石到土壤：局部气候决定风化进程物理风化物理风化:碎屑残积 阶段碎屑残积 阶段, 颗粒颗粒> 0.02mm初级化学风化初级化学风化:钙质残积 阶段钙质残积 阶段, Ca相对富集相对富集深度化学风化深度化学风化:硅铝残积 阶段硅铝残积 阶段,形成各种粘土矿物形成各种粘土矿物极度化学风化极度化学风化:铁铝富集阶段铁铝富集阶段,形成 富含高价铁的粘土，即红土形成 富含高价铁的粘土，即红土干冷气候 (干旱土)湿润气候干冷气候 (干旱土)湿润气候湿热气候湿热气候有温差的 行星表面有温差的 行星表面河流动力学基础河流动力学基础5刚刚从山上冲 下来的石头, 怎 么会有浑圆的 形状? 刚刚从山上冲 下来的石头, 怎 么会有浑圆的 形状? “泥沙”指所有在流体中运动 或受水流、风力、波浪、冰川 及重力作用移动后沉积下来的 固体颗粒碎屑泥沙”指所有在流体中运动 或受水流、风力、波浪、冰川 及重力作用移动后沉积下来的 固体颗粒碎屑河流动力学基础6风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土物理风化：循节理开裂，受应力崩解物理风化：循节理开裂，受应力崩解冰劈作用原理冰劈作用原理(frost wedging)1.降水进入岩石缝隙；降水进入岩石缝隙；2.结冰扩张劈裂岩石。

结冰扩张劈裂岩石河流动力学基础7开裂后的岩块进一步风化形成圆石开裂后的岩块进一步风化形成圆石风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土河流动力学基础8坚硬的岩石经长期风化坚硬的岩石经长期风化, 变成浑圆的形状变成浑圆的形状风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土河流动力学基础9温差较大的地区，体积庞大的圆石会开裂，继续物理风化的过程温差较大的地区，体积庞大的圆石会开裂，继续物理风化的过程风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土河流动力学基础10风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土在一定水热条件下，化学风化形成粘土矿 物在一定水热条件下，化学风化形成粘土矿 物 (干冷气候和湿热气候的最终产物不同干冷气候和湿热气候的最终产物不同)化学风化化学风化化学风化：化学风化：1. 溶解溶解 (dissolution)；； 2. 水解水解(hydrolysis)；；3. 氧化氧化 (oxidation)。

酸解酸解(Acid hydrolysis)酸解和次生矿物酸解和次生矿物 (Acid hydrolysis and secondary minerals)H2O + CO2= H2CO3 (水水) (carbon dioxide ) (carbonic acid)CaCO3+ H2CO3 = Ca2++ 2HCO3- 方解石方解石(calcite) (carbonic acid ) (calcium bicarbonate)MgSiO3+ H2O + 2H2CO3 = Mg2++ 2HCO3- + H4SiO4 辉石辉石 (pyroxene) (水水) (碳酸碳酸) (Magnesium ions) (silicic acid) 2NaAlMgSi3O8+ 2H2CO3 + 9 H2O = 2Na++ 2Mg2+ + 2HCO3- + 4 H4SiO4+ Al2Si2O5(OH)4钠钠-斜长岩斜长岩(carbonic acid) 易溶成份次生粘土矿物易溶成份次生粘土矿物 (sodium-plagioclase (clay mineral) feldspar, the most common silicate mineral)河流动力学基础11水的存在是关键条件水的存在是关键条件Al2O3·2SiO2·2H2O (粘土矿物) (Al2O3·mSiO2·nH2O是伊利石、蒙脱 石、高岭土的化学通式)风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土这也是判断月 球或火星上是 否曾经存在过 液态水的一种 方法这也是判断月 球或火星上是 否曾经存在过 液态水的一种 方法长石长石在一定水热条件下，化学风化形成粘土矿 物在一定水热条件下，化学风化形成粘土矿 物 (干冷气候和湿热气候的最终产物不同干冷气候和湿热气候的最终产物不同)化学风化一例化学风化一例河流动力学基础12风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土在一定水热条件下，化学风化形成粘土矿 物在一定水热条件下，化学风化形成粘土矿 物 (干冷气候和湿热气候的最终产物不同干冷气候和湿热气候的最终产物不同)化学风化化学风化化学风化：化学风化：1. 溶解溶解 (dissolution)；； 2. 水解水解(hydrolysis)；；3. 氧化氧化 (oxidation)。

氧化氧化 (Oxidation) 2Fe2SiO4+ 4H2O + O2 = 2Fe2O3 + 2H4SiO4 橄榄石赤铁矿橄榄石赤铁矿 (olivine) (water) (oxygen) (hematite) (silicic acid)河流动力学基础13风化层基岩 出露风化层基岩 出露基岩基岩化学风化与粘土化学风化与粘土: 典型的典型的热带砖红土剖面热带砖红土剖面中，残积物一般分为三部分， 即全风化带、半风化基岩带、未风化基岩带全风化带是原岩全风化为高价 铁染红的粘土，通常以高岭土为主中，残积物一般分为三部分， 即全风化带、半风化基岩带、未风化基岩带全风化带是原岩全风化为高价 铁染红的粘土，通常以高岭土为主风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土河流动力学基础14温度温度植被植被降水降水风化层， 疏松母质层未变化 的基岩风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土极地温带低纬度沙漠带热带雨林已发生化学 变化的基岩最终形成的土壤类型和厚度 取决于气候条件(水热条件)最终形成的土壤类型和厚度 取决于气候条件(水热条件)河流动力学基础15全球土壤类型分布，与气候带有直接的关系全球土壤类型分布，与气候带有直接的关系风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土北纬北纬30o附近的亚非大陆上都有大片沙漠， 中国东南部因青藏高原影响没有沙漠。

附近的亚非大陆上都有大片沙漠， 中国东南部因青藏高原影响没有沙漠河流动力学基础16风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土中国土壤类型分布，反应中国当地气候中国土壤类型分布，反应中国当地气候(与全球气候带有差异与全球气候带有差异)河流动力学基础17气候类型与土壤类型及中国的土壤分布表气候类型与土壤类型及中国的土壤分布表自然带气候类型土壤类型中国分布特征 热带雨林气候砖红壤华南南部和南海诸岛 热带季风气候砖红壤型红壤 热带草原气候燥红壤(热带草原土)热 带热带沙漠气候荒漠土内蒙和西北内陆区 地中海式气候褐土长江以北各省丘陵山地亚热带亚热带季风性湿润气候红壤、黄壤长江以南各省区 温带季风气候棕壤、褐土东北东部、华北区、江淮地区、 温带海洋气候秦岭山地 温带大陆性气候黑钙土、黑土东北区北部温 带温带大陆性气候荒漠土、盐碱土西北区 亚寒带气候灰化土大兴安岭以北 寒带苔原气候冰沿土寒 带 寒带冰原气候未发育土壤风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土河流动力学基础18风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土土壤土壤 (Soil)土壤是以各种风化产 物或松散堆积物为母质 层，经过生物化学作用 为主的成土作用改造而 成的，一般厚度在土壤是以各种风化产 物或松散堆积物为母质 层，经过生物化学作用 为主的成土作用改造而 成的，一般厚度在0.5m ~ 2.0m。

河流动力学基础19风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土在中国西北半干旱气候条件下在中国西北半干旱气候条件下,形成干旱土形成干旱土河流动力学基础20风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土京广高铁沿线广东境内的红土京广高铁沿线广东境内的红土河流动力学基础21土壤具有植物生长所需有机质组分土壤具有植物生长所需有机质组分(腐殖质腐殖质)和无机组分和无机组分 (N、P、K的化合物的化合物)、微量元素和水分与孔隙，这是土壤与 风化残积物、松散堆积物的主要区别微量元素和水分与孔隙，这是土壤与 风化残积物、松散堆积物的主要区别风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有机质与土壤–中国的黄土与红土中国的黄土与红土地表上风化后的极细碎屑地表上风化后的极细碎屑不能不能都称之为“土壤”都称之为“土壤”理想的壤质土壤表土的体积组成风化过程风化过程–物理风化物理风化–化学风化化学风化–粘土矿物形成粘土矿物形成–有机质与土壤有。