地质学基础第十一章 河流的地质作用.DOC

第十一章河流的地质作用 1.概述 河流是陆地上永久性有固定水流，它与人类的生活生产有着极其密切的关系。人类文明的发展与河流分不开的“母亲河”同时从自然界的角度，河流是陆地上最活跃的地质动力。河流的地质作用是陆地上最强烈的外动力地质作用，流水的作用，是河水运动过程中对地表各种改造。 一、片流、洪流 和 河流 1．片流与坡积裙 大气降水3/1为地表水，最初覆盖地面沿斜坡均匀活动网状流片流。 2． 洪流与洪积扇 片流进一步发展水量增大，在一些沟槽中汇集、浊流一但浊流便以自身冲刷使沟槽扩大，成沟谷。沟谷中的浊水能量大（雨季）携带大量冲刷碎屑在沟口（山角处）堆积扇水，称浊积扇，浊积平原。浊流反在雨季有水（发生）。 3． 河流 大型切割源沟各称冲沟，当部沟有充足的外给水源即成为永久性水，称河流。 地表上有固定水道（河道）的经常性水流。 二、河水的运动形式 一 层流水质点运动轨迹（线）平行仅在平坦河底附近运动弱。 二 紊流水质点运动浅无规律紊乱紊流是河水中最常见的运动形式。 三 环流水质点作螺旋状运动，运动迹线在横剖面上投影为环形， 具有较强能量动力。 （三）涡流水质绕轴旋转运动，轴与河底近垂直，出现在水流急，河谷凹凸不平，涡流对河床破坏作用强，虽不是河水主要运动形式，但动力强。 三、河流的动能 E 1/2 QV2 Q流量 V流速 动能与流量、流速有着直接关系 流量指单位时间内通过水断面的水量。 流速指单位时间内流通过的距离。 2．河流的侵蚀作用 河水在运动过程中对河床岩石的剥蚀、破坏作用称侵蚀作用。 一、侵蚀作用的方式 1. 冲蚀流水以本身的动能将河床的泥、砂、砾冲走。 2．磨蚀流中携带的砂、砾对河床岩石的磨损同时流水 中的砾、砾本身变被磨损。 3．溶蚀流水溶解了一些酸、碱、盐类，成为溶剂， 溶解河床的岩石。 这三种锓蚀方式通常是同时发生，而不同的条件下，表现的主次、强弱程度不同 泥质、砂质、河床，冲蚀作用为主， 上游冲、磨为坚硬岩石河床，磨蚀作用明显，下游溶蚀明显 可溶性岩石河床，溶蚀作用强烈。 二、侵蚀作用的类型 按侵蚀作用方向分为 （一）下蚀作用（底蚀）流水对河底岩石的锓蚀（磨、冲刷、溶）结果使河床降低。 掏空 黄果树瀑布落差75米 1．下蚀的原因 １流水顺坡而下，向下的运动分量冲刷河底。最重要的下蚀坡度逾陆，下蚀作用越强烈，下蚀最强烈的是瀑布地区。下蚀作用使瀑布不断后退。 我国黄河壶口瀑布５cm/年（退）北美尼亚加拉瀑布0.3m/年30m/年。 2 流水携带的砾、砂在河底滚动，跳跃，不断磨蚀河底基岩，洪水期，搬运量大，下蚀作用强烈。 ３涡流作用 涡流使携带的砾石像钻具一样作用于河底，形成凹坑。 ４双向环流 河水涌入峡谷进，河床峡谷中的流水为双向环流使峡谷加深。 2．向源侵蚀（溯源侵蚀） 由于下蚀作用使河流向源头方向伸长（加长）。 两条近乎垂直的河流在溯源侵蚀作用下，发生河流袭夺。 河流袭夺当两条条河流向同一分水岭溯源侵蚀时，当某一向源侵蚀较快的河流向上伸长并中途切断另一条河流时，于是就把另一河流上游的河水夺过来，此为河流袭夺。 3． 侵蚀基准面河流下蚀作用的极限。 当河床趋于注入水体的水面时，河水失去了势能差，不再流动。这时一蚀作用也就停止了，因此，注入水体的水面就是河流的侵蚀基准面。 所谓千条江河归大海，河水桌子终是要注入海洋的，所以河流的最终侵蚀基准面海平面。 有些内陆河流，河口通向湖泊，因此湖面可以说是地方暂时性的侵蚀基准面。 4． 河流平衡剖面 河流纵剖面河源头至河口，沿中线的剖面向河丘作表现为源头至河品、河底的连线。 由于下蚀作用的结果使河床高度降低，坡度变缓，河床趋于平滑，水动能减少。当流水即不发生侵蚀，也不发生较大的沉积作用，这时纵使剖面河底成为光滑平缓的曲线，此剖面为河流平衡剖面。 平衡剖面是个达不至的理想剖面，由于人为及自然的作用总是打破平衡形成的条件，但平衡剖面预示了河床的坡度与河流的流连、水量搬起石头砸自己的脚物等因素之间有建立平衡的普遍趋势。指导水利工程。 （二）侧蚀作用（旁蚀） 河水对河床两岸的岩石进行侵蚀，使河谷加宽或使河道左右迁移的作用称侧蚀作用。 １． 侧蚀的原因 １河流弯道处的离心力 河道中只要有一个哪怕是微小的弯曲存在，流水就会在慢性和离心力的作用下涌向凹岸，从而在道弯处形成单向环流。 单向环流使岸不断侵蚀，同时凸岸沉积，结果加大了河流的弯面程度。 ２科里奥利力的作用 科里奥利力（Coriolis force）地球自转偏向力，由于地球自转作用带来的力作用于地表一切运动的物体；北半球向右偏，南半球向左偏的作用少。 由于科氏的作用，即使是很平的河道也将有一侧受到侧方侵蚀，北半球河流的左转弯处，离心力与科氏力同时作用凹岸，侧蚀强烈；右转弯处，离心力与科氏力相反。 ２． 侧蚀的结果 １河床弯道处曲率增大 ２河谷加宽，不对称，凹岸陡，凸岸缓。 ３自由河曲及牛轭湖的形成。 自由河曲河流在平坦宽阔的冲击平原上流动时，侧蚀作用强烈弯道自由发展，弯曲加大，河床在平面上蜿蜒回环。弯曲很多时，称蛇曲。 湖北湖南岳阳之间直线87公里，河道240公里。湖中、下游自由河曲较发育。河道截弯取直使原几十公里的河道缩短为几公里。 牛轭湖自由河曲的某一段上，两对的弯道沟通，弃废的部分河道形成了牛轭湖。 牛轭湖 三、下蚀、侧蚀作用的关系 河流在运动过程中通常是下蚀、侧蚀同时进行，仅在不同河段上表现度不同。 上游 地形起伏大，河床坡度陡，下蚀作用为主。 中、下游 地形相对平缓，侧蚀为主，自由河曲。 纯蚀作用 实际不对称河谷 纯侧蚀作用 3 .河流的搬运作用 河流将其携带的物质向下游方向搬运的作用。 一、搬运方式 机械搬运 ① 悬运通常是粘土和粉砂粒级的碎屑，由于紊流的向上分力分力作用使其浮在水体中随水流动。 颗粒的沉降速度紊流向上分力。 ② 推运河床底部较大的砂、砾在流水的水平冲力作用下，沿河底滚动力学或滑动。 推运的砾石最大扁平面的倾向一般指向上游，根据此可判断古河流的流向。 ③ 跃运 细砂砾石在靠近河底部跳跃式的随流水向前移。 原因近河底附近上下流速不同，底部受河床磨阻力的影响流速减少。上部流速较大，下下流速差产生的上举力使砾砂跃起，而后上举力消失落下，跳跃式向前移动。 ④ 溶运溶液及胶体 可溶盐类 CaCO3、 MgCO3 、KCl、 Nad 胶体溶液 SiO2、 MnO2 河流以机械搬运为主 搬运能力河水能够搬运的碎屑颗料大小。 搬运量河水中携带的碎屑物总量。 r粒径∝V2 G重量∝r3粒径 G重量∝V6 4.河流的沉积作用 沉积作用地表上的风化产物、有机动性物及某些火山物质，在外力的作用下经搬运作用的媒介从原地搬运到其它地方，当搬运动力减弱或在物化学作用下而下沉堆积的过程。 河流的沉积作用河水中的携带物（由于水动能减少）沉积下来。 一、河流沉积的原因 ① 水体的阻滞河水注入其它水体时，运动的水受到相对而言宁静的水体的阻滞，河流流速减少，发生沉积。 ② 地面坡度的影响 坡度大、水流速快，动能力较少发生沉积。当坡度减小，河床平缓时，流速减慢，搬运能力降低，发生沉积。同一条河来说，上游水流急，搬运动力强。沉积主要发生在中、下游。 河流沉积物称为冲积物 二、 冲积物的特征 冲积物主要是机械沉积的碎屑物质。 1．分选性好 同一时期或同一定地点沉积物颗粒的均匀程度。当河流流速减少时，携带的碎屑物，按半径大小或颗粒的比重从大 小，重 轻，先后沉积下来。因此在一定的地点或某一时期沉积下来的冲积物粒度较均一，也就具有较好的分选性。 2． 磨圆度好 河水中碎屑物，在搬运过程中，使颗粒与颗粒之间以及颗粒与河床基岩发生磨擦，使昨梭角磨圆，较好的磨圆度越向河流的下游碎屑物磨圆度越好。 3． 层理清晰 流动的水中沉积的沉积物有较明显的交错层理。 由于水动力的季节性变化 洪水期沉积颗粒粗 枯水期沉积颗粒细 冬季颜色深 夏季颜色浅 三、 沉积作用的类型 1．河床沉积 洪水期粗砾 枯水期细 河床是经常性流水占据的部分，沉积颗粒较粗，河床沉积中碎屑物有较好的交错层理，河床沉积随着水位的季节性变化而有规律的进行。 （1）心滩河床中间的沉积地貌，平水位时（枯水期）高出河面， 洪水期被淹没。在平原的河流中经常出现心滩。 平面上梭形、长轴平行于流向 双向环流是形成心滩的主要原因。 心滩 ① 洪水期后，水位退落时 ② 河面进入宽河道时 心滩一旦形成后，将逐渐向下游方向推移。一般心滩在枯水期（平水期）露出水面，洪水期淹没于水中。 （2）江心洲心滩增大，甚至几个心滩连在一起，洪水期亦露出水面，称江心洲。 （3）边滩单向环流作用下，河流弯道处凸岸堆积（单向环流将凹岸侵蚀下的碎屑在凸岸堆积下来）新月形，向河流方向倾斜。 2．河漫沉积 （1）河漫滩与冲积平原 现代河床之外，在洪水期被淹没的地带，河床之外的河谷地上，每当洪水期被水淹没，沉咱们了较多碎屑 物，由于水流分散，碎屑颗粒细水长流小河温滩。河漫在枯水期露出水面，河漫滩在凸岸范围更大。 由于河床在介蚀作用下常发生左右迁移，因此，现代的河浸滩之处，常是地史中的河床位置。显然在现代较细的河漫滩沉积之下，有河床的粗颗沉积。组成了河漫滩的二元结构。 相邻的河漫滩可连成一片形成广阔冲积平原。 （2）天然堤 平行于河床的垄状堆积，洪水期，河水水量加大，溢出河岩。当溢出两岸时，流速聚然减低，河水中携带的较粗物质在紧靠河床的边缘部大量堆积下来，形成天然堤。 3．三角洲沉积 ① 三角洲沉积的原因 １．湖海相对静止的水体水域变宽，对河水的阻滞使河流动能减少，大量碎屑物在河口沉积下来。 ２．海水中电解质，使河水中的胶体凝聚，沉淀下来， 河流在入海（湖）口处的沉积称三角洲沉积。三角洲沉积在平面上，大致呈三角形，故名三角洲。 ② 三角洲内部具有三重层结构（剖面结构） Ｔ顶积层（前积层增高到河床高度时，随着三角洲向海方向推移，前积层上的近于水平的河床沉积） Ｆ前积层（三角洲沉积的主体。河水带的大量泥砂沉积组成） Ｂ底积层（河流带来的悬浮物质及胶体物质沉积形成了底积层，颗粒 细，以粉砂和粘土为主。 5. 构造运动对河流地质作用的影响 地壳的构造运动尤其是上升运动对河流的地质作用有较大的影响，常形成某些特殊的地形地貌。 一、 深切河曲 河流的中下游长期的侧蚀作用结果形成了自由河曲，（蜿蜒回环）如果这时上游地壳出现上升运动，那些么整个河流纵比降增大（高差增大）河水获得了更多的动能。由于动能增加了，下蚀作用便迅速增强，在原来自由河曲育的中下游，河床由于下蚀作用切入到更深的基岩之中，同时，切入基岩中的河流保留了原来自由河曲的确良形态特征（蜿蜒回环，弯道很多）。如四川嘉陵江中下游。由于下蚀作用使自由河曲切入到基岩之中。 二、河流阶地 位于河谷谷坡上的不被水淹没的台阶状地形。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅲ 形成原因地壳上升，河床下切，原来的河谷被抬高，不再有水淹没。 Ⅱ Ⅰ 地壳多次间歇上升可形成多级阶地。 Ⅰ最新 Ⅲ最老 ① 堆积阶地Ⅰ ② 基座阶地Ⅱ ③侵蚀阶地Ⅲ 河流阶地的类型 三、准平原与夷平面的概念 现代江河的上游（源头处）多在山区，可以说从河流的演化历史来看，河流形成的最初阶段，河床附近的地貌通常是一些山地。这时的河流具有很强的侵蚀作用，尤其是下蚀作用，但如果地壳运动保持相对缓定（无大的上升、下降），长期的侵蚀作用结果，将会是下蚀作用使河床坡度变缓，侧蚀作用使河谷加宽并左右摆动，因而使山地逐渐被夷平，最终成为缓坡状平原。这样的作用过程称夷平化（以河地质作用于为主，包括其它外动力）准平原形成后，如果地壳相对上升，准平原又受流水的侵蚀再次被切割成山地。山地中山顶上保留了原来准平原的遗迹，具有较平的山顶，同时一系列相邻的平坦山顶大致位于同一高度。 准平原由于外力（主要是河流）地质作用将山地变化为缓坡状平原。 13