Volume 24, Number 1 (1997)
Articles

Experiments on Rapid Deposition of Sand from High-velocity Flows

Peter J. Vrolijk
Exxon Production Research Company, Houston, Texas, United States.
John B. Southard
Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, United States.
Published March 3, 1997
How to Cite
Vrolijk, P. J., & Southard, J. B. (1997). Experiments on Rapid Deposition of Sand from High-velocity Flows. Geoscience Canada, 24(1). Retrieved from https://journals.lib.unb.ca/index.php/GC/article/view/3932

Abstract

Observations of sand transport and rapid deposition by strong sand-laden surges in an open channel, by means of high-speed motion pictures, revealed that the dominant effect is a process by which a laminar sheared layer, with sand concentrations approaching the threshold for immobilization by grain interlocking, develops as suspended sand becomes concentrated near the base of the flow. The laminar sheared layer climbs vertically with time as sediment is progressively immobilized at the base of the layer and added at the top from the overlying turbulent flow. The mobility of the laminar sheared layer is probably enhanced by continuous upward flow of interstitial water that is trapped within the layer as the layer accumulates. As the flow weakens and the concentration of suspended sand in the flow decreases, the laminar sheared layer thins and/or becomes immobilized, giving way to the familiar weak traction transport on a well-defined immobile sand bed. Particles reside in the laminar sheared layer only briefly, and move only a short distance before immobilization; the laminar sheared layers seem not to share essential features with traction carpets. Much of the coarser, structureless lower most parts of thick turbidites might have been emplaced by processes not unlike those described here. Our results suggest that the entire turbidity current need not be of extremely high density for an initial deposit to be formed rapidly from extremely high near-bed sediment concentrations. Résumé Des observations réalisées à l'aide de caméras à hautes vitesses sur le transport et la sédimentation rapide provoqués par de forts courants déferlants et à fortes charges de sables en écoulement chenalisé, ont montré que l'effet dominant est le développement, à la base de la coulée, d'une couche laminaire cisaillée ayant une concentration de particules à la limite du seuil de l'immobilisation par congestion des particules. Avec le temps, cette couche cisaillée se déplace verticalement vers le haut, au fur et à mesure que les sédiments s'immobilisent à la base de la couche et que d'autres s'y ajoutent à partir de la couche turbulente du dessus. L'expurgation incessante de l'eau interstitielle par le tassement des sédiments du fond augmente probablement la mobilité de la couche laminaire cisaillée. Lorsque le courant s'affaiblit et que la concentration du sable en suspension diminue, la couche laminaire cisaillée s'amincit et/ou s'immobilise et est remplacée par une couche de transport plus faible caractérisée par la traction sur un fond sableux immobile bien défini. Les particules ne font que transiter brièvement dans la couche laminaire cisaillée et ne se déplacent que sur de faibles distances avant de s'immobiliser ; les couches laminaires cisaillées et les couches de traction ne semblent partager aucune caractéristiques communes essentielles. Il est possible qu'une bonne portion des couches basales non-structurées des turbidites aient été mises en place par un processus de ce genre. Les résultats de nos études montrent qu'il n'est pas nécessaire que la charge sédimentaire de l'ensemble d'un courant de turbidité soit d'une très grande densité pour entraîner rapidement la formation d'un premier dépôt à partir d'une couche à forte densité longeant le fond.