Форма кровати
Форма ложа — это геологическая особенность , которая развивается на границе раздела жидкости и подвижного ложа , в результате перемещения материала ложа потоком жидкости. Примерами служат рябь и дюны на дне реки . Формы ложа часто сохраняются в записях горных пород в результате присутствия в осадочной обстановке. Формы ложа часто характеризуют параметры потока, [1] и могут использоваться для определения глубины и скорости потока, а следовательно, и числа Фруда .
Инициирование форм грядок
Формы ложа вездесущи во многих средах (например, речных, эоловых, ледниково-флювиальных, дельтовых и глубоководных), хотя все еще ведутся споры о том, как они развиваются. Существуют две отдельные, хотя и не взаимоисключающие, [2] модели возникновения форм ложа: возникновение дефекта и мгновенное возникновение.
Инициирование дефекта
Теория дефектов предполагает, что турбулентные свипирования, которые генерируются в турбулентных потоках [3] [4], увлекают осадок [5] , который при осаждении создает дефекты в несвязном материале. Затем эти отложения распространяются вниз по течению посредством процесса разделения потока, таким образом, образуя поля форм ложа. Считается, что происхождение дефектов связано с пакетами шпилечных вихревых структур. [6] Эти когерентные турбулентные структуры приводят к образованию коридоров увлечения на подвижном ложе, образуя линейные структуры зерен, которые взаимодействуют с низкоскоростными полосами, создавая агломерацию зерен. Как только достигается критическая высота зерен, происходит разделение потока над новой структурой. Осадок будет размываться вблизи точки повторного присоединения и откладываться ниже по течению, создавая новый дефект. Таким образом, этот новый дефект вызовет образование другого дефекта, и процесс будет продолжаться, распространяясь вниз по течению, в то время как скопления зерен быстро эволюционируют в небольшие формы ложа.
Мгновенное инициирование
В целом, теория распространения дефектов играет большую роль при низких скоростях переноса осадка , поскольку при высоких скоростях дефекты могут быть вымыты, а формы ложа обычно возникают по всему ложу спонтанно. [7] [8] Вендитти и др. (2005) [7] : 1 сообщают, что мгновенное инициирование начинается с формирования рисунка с перекрестной штриховкой, который приводит к шевронным формам, которые мигрируют независимо от структуры рисунка. Эта шевронная структура реорганизуется, образуя будущие линии гребня форм ложа. Вендитти и др. (2006), [8] : 1 на основе более ранней модели Лю (1957) предположили, что мгновенное инициирование является проявлением межфазной гидродинамической нестабильности типа Кельвина-Гельмгольца между высокоактивным псевдожидким слоем осадка и жидкостью над ним. Кроме того, Вендитти и др. (2005) [7] : 2 подразумевают, что нет никакой связи между мгновенным инициированием и когерентными структурами турбулентного потока, поскольку пространственно- и временно-случайные события должны зафиксироваться на месте, чтобы создать рисунок перекрестной штриховки. Более того, нет четкого объяснения влияния турбулентности на формирование гряд, поскольку гряды могут также возникать при ламинарных потоках. Важно отметить, что исследования гряд, генерируемых ламинарным потоком, использовали усредненные по времени условия потока для определения степени турбулентности , указывающей число Рейнольдса в ламинарном режиме. Однако мгновенные процессы, такие как всплески и свипирования, которые редки при низком числе Рейнольдса, но все же присутствуют, могут быть движущими механизмами для создания гряд. Образование форм русла в ламинарных потоках все еще является предметом дискуссий в научном сообществе, поскольку, если это правда, это предполагает, что должны быть и другие процессы развития дефектов, отличные от предложенного Бестом (1992). [6] : 1 Эта альтернативная модель развития форм русла при низких скоростях переноса осадка должна объяснить образование дефектов и форм русла в случаях, когда поток не является турбулентным.
Фазовые диаграммы формы ложа
Фазовые или устойчивые диаграммы определяются как графики, которые показывают режимы существования одного или нескольких устойчивых состояний ложа. Устойчивость ложа может быть определена, когда форма ложа находится в равновесии и не изменяется со временем для одного и того же состояния потока. Эту неизменность во времени не следует путать со статической морфологией или замороженным равновесием; напротив, ложе движется и приспосабливается в динамическом равновесии с потоком и переносом осадка для этого конкретного состояния. Эти фазовые диаграммы [1] : 1 [9] используются для двух основных целей: i) для прогнозирования состояний ложа в известных условиях потока и переноса осадка, и ii) как инструмент для реконструкции палеосред из известного состояния ложа или осадочной структуры. Несмотря на большую полезность таких диаграмм, их очень трудно построить, что делает их либо неполными, либо очень трудными для интерпретации. Эта сложность заключается в количестве переменных, необходимых для количественной оценки системы.
Формы ложа против течения
Типичные однонаправленные формы русла отражают определенную скорость потока, предполагая типичные отложения (песок и ил) и глубину воды, а диаграмму, подобную представленной ниже, можно использовать для интерпретации условий осадконакопления [10] , при этом скорость воды увеличивается по мере продвижения вниз по диаграмме.
| Режим потока | Форма кровати | Потенциал сохранения | Советы по идентификации |
|---|---|---|---|
| Ниже | |||
| Нижняя плоскость кровати | Высокий | Плоские пластинки, почти полное отсутствие тока | |
| Следы ряби | Высокий | Небольшие, см масштабные неровности | |
| Песчаные волны | От среднего до низкого | Редко, длина волны больше, чем у ряби | |
| Дюны /Мегарябли | Высокий | Большие, метровые волны | |
| Верхний | |||
| Верхняя плоскость кровати | Высокий | Плоские пластинки, +/- выровненные зерна ( линейные разделительные линии ) | |
| Антидюны | Низкий | Вода в фазе с формой ложа, пологий угол, тонкие слои | |
| Бассейн и желоб | Очень низкий | В основном эрозионные особенности |
Эта схема предназначена для общего использования, поскольку изменения в размере зерна и глубине потока могут изменить существующую форму ложа и пропустить формы ложа в определенных сценариях. Двунаправленные среды (например, приливные отмели) создают похожие формы ложа, но переработка осадков и противоположные направления потока усложняют структуры.
Эту последовательность формирования гряд можно также проиллюстрировать схематически:
Типы форм кроватей
Нижняя плоскость кровати
«Нижнее плоское ложе» относится к плоской конфигурации ложа реки, которая образуется в результате низкой скорости переноса осадка . [11]
Верхняя плоскость кровати
Особенности "верхней плоскости ложа" плоские и характеризуются однонаправленным потоком с высокими скоростями переноса осадков как в виде донной нагрузки, так и в виде взвешенных частиц . Условия верхней плоскости ложа могут создавать разделительные линии течения , которые обычно представляют собой тонкие полосы на поверхности ложа из-за потока высокой энергии. [11]
Смотрите также
Ссылки
- ^ ab Southard, JB (1991). "Экспериментальное определение устойчивости формы ложа". Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 19 : 423–455. Bibcode : 1991AREPS..19..423S. doi : 10.1146/annurev.ea.19.050191.002231.
- ^ ab Perillo, Mauricio M. (2013). Поток, перенос осадков и формы русла при комбинированных потоках (Ph.D.). Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне.
- ^ Willmarth, WW; Lu, SS (1972). «Структура напряжения Рейнольдса вблизи стенки». Журнал механики жидкости . 55 (1): 65–92. Bibcode : 1972JFM....55...65W. doi : 10.1017/S002211207200165X. S2CID 121418853.
- ^ Lu, SS; Willmarth, WW (1973). "Измерения структуры напряжения Рейнольдса в турбулентном пограничном слое". Журнал механики жидкости . 60 (3): 481–511. Bibcode : 1973JFM....60..481L. doi : 10.1017/S0022112073000315. S2CID 124179402.
- ^ Grass, AJ (1983). «Влияние турбулентности пограничного слоя на механику переноса осадков». В Sumer, BM; Muller, A. (ред.). Механика переноса осадков . AA Balkema. стр. 3–18.
- ^ ab Best, JL (1992). «О захвате осадков и возникновении дефектов ложа: выводы из последних достижений в исследовании турбулентного пограничного слоя». Sedimentology . 39 (5): 797–811. Bibcode : 1992Sedim..39..797B. doi : 10.1111/j.1365-3091.1992.tb02154.x.
- ^ abc Вендитти, Дж. Г.; Чёрч, МА; Беннетт, С. Дж. (2005). «Образование пласта из плоского песчаного пласта». Журнал геофизических исследований . 110 (F1): F01009. Bibcode : 2005JGRF..110.1009V. doi : 10.1029/2004jf000149.
- ^ ab Venditti, JG; Church, MA; Bennett, SJ (2006). "О межфазной нестабильности как причине поперечных субкритических форм пластов". Water Resources Research . 42 (7): W07423. Bibcode : 2006WRR....42.7423V. doi : 10.1029/2005wr004346 .
- ^ Перилло, Маурисио М.; Бест, Джеймс Л.; Гарсия, Марсело Х. (2014). «Новая фазовая диаграмма для пластов с комбинированным течением». Журнал осадочных исследований . 84 (4): 301–313. Бибкод : 2014JSedR..84..301P. дои : 10.2110/jsr.2014.25.
- ^ Протеро, Д.Р. и Шваб, Ф., 1996, Осадочная геология, стр. 45–49, ISBN 0-7167-2726-9
- ^ ab Klaus KE Neuendorf; James P. Mehl Jr.; Julia A. Jackson, ред. (2005). Словарь геологических терминов . Александрия: Американский геологический институт. стр. 382. ISBN 0-922152-76-4.
