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第四章 流水地貌与沉积物

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第四章 流水地貌与沉积物安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学本章主要包括两个章节:河流地貌和沉积物暂时性流水沉积物与地貌(一)河流作用特征(二)河谷(三)河床(四)河漫滩(五)冲积物(六)河流阶地(七)水系(八)洪流性质与类型(九)洪流堆积物和地貌河流地貌和沉积物安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学地表流水是最主要的地貌外力之一。 它在流动过程中,不仅能侵蚀地面,形成各种形态的侵蚀沟谷,同时又将被侵蚀的物质沿途堆积,形成各种各样的堆积地貌。凡由地表流水作用 (包括侵蚀、搬运和堆积 )塑造的各种地貌, 统称流水地貌 。流水包括河流和暂时性沟谷水流 。在湿润地区,河床中终年保持一定的水量 ,称经常性流水。常年性流水具有稳定的水源补给和固定的水道。如长江、珠江等。沟谷及侵蚀沟中的水流 ,在一些降水量小于蒸发量或汇水面积较小的沟谷中 ,水流往往也是暂时性的 ,特别是在干旱和半干旱地区的沟谷中 ,仅在暴雨或大量融冰化雪的季节才有水流,其他时间几乎无水,这种短时期出现的流水,称 暂时性流水。暂时性流水分为片流和洪流 。无论是暂时性流水或经常性流水,他们对坡面或沟谷的塑造是很明显的,只不过作用的方式不同而已。(一)河流作用特征安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学在河流的侵蚀、搬运和堆积、作用过程中, 河流以其动能和不同大小尺度的水流运动 ,在长期洪水位与平水位交替变化环境中,在河床岩石和地质构造基础上塑造了流水地貌,并形成沉积物。河流动能河流动能是河流地质作用的水力能量,河流动能的大小可以综合地反映河流地质作用的强弱和特征。河流动能用下式表示:E=1/2m 为河流流量( m3/s) ,m/s)。欲求某一河段动能则以( vA+,其中 (一)河流作用特征安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 一)河流作用特征安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学层流 的 水质点有一定的轨迹,与邻近的质点作平行运动,彼此互不混乱 (图 4这种流动 仅在水库及高含沙量的浑水中或坡面薄层缓流中可能存在 。而在沟槽中很少发生。由于层流没有垂直于水量方向的向上分力作用,所以一般不能卷起泥沙。紊流 的 水质点是呈不规则的运动。并且互相干扰,在水层与水层之间夹杂了大小不一的旋涡运动 (图 4旋涡的产生,是由于上下各水层流速不同,分界面上形成相对运动,这种分界面极不稳定,很 容易造成微弱的波动 ;这种波动逐渐发展,最后在交界面上 形成一系列的旋涡 。图 4流中水质点的运动状态示意图( a)层流,上为平面;下为纵剖面( b)紊流,上为平面;下为纵剖面(一)河流作用特征安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 大尺度的水流运动。水流的运动受到河槽边界的限制 , 因此,水流的平均方向,决定于槽线的方向。槽线的曲折和断面形态的改变 ,会使水流内部形成一种规模较大的旋转运动。在弯曲河道中 ,从凸岸由水面流向凹岸的表层流和从凹岸由河底流向凸岸的底流构成一个连续的螺旋形向前移动的水流,称为 横向环流 。横向环流的形成主要是由弯道离心力和地球偏转力的影响所产生的。一)河流作用特征安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学弯曲河道由于水流本身偏转而产生离心力。离心力 F=r, 水流流速随水深而减小,离心力也随水深加大而减弱 。受较强离心力作用的上层水流就会朝向受较弱离心力作用的下层水流方向排挤,因而产生向下水流。另外在同一深度不同部位弯道的横向水流流速也不一致, 靠近凹岸处流速大,凸岸处流速小 ,因而在同一深度各点离心力的强弱也有差异。凹岸水流随着下降水流沿河床底部向凸岸排挤,以维持水流的连续性,靠近河面水流则由凸岸流向凹岸,整个河床内的水流发生连续性的螺旋状前进 。在地球自转的影响下能产生偏转力,在 北半球河流向右岸偏,南半球河流向左岸偏 。地转偏向力作用的强弱与水流流速和水量成正比 。就同一河段来说, 表层流速大于底层流速 ,因而表层水流所受地转偏向力大于底层水流。在弯道上,横向环流方向和片状力方向有的一致,有的不一致。一致时,弯道环流加强;不一致时,弯道环流减弱。(一)河流作用特征安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学河流水位变化河流水位随季节变化 。冬季 (或旱季 )水位下降,其 常年低水位高度称河流平(枯)水位 ;夏季(或雨季、冰雪消融季节)水位迅速上涨,其 常年洪水位高度称河流洪水位 ;几十年或百年一遇的洪水位或低水位称 超洪水位或超低水位 。(二)河谷 貌学及第四纪地质学河谷 是河流挟带着砂砾在地表侵蚀塑造的线型洼地,是一种 形态组合 。谷横剖面形态河谷由 谷底 ,谷坡和谷缘 形态组成。二)河谷 貌学及第四纪地质学谷底包括河水占据的河床和洪水能淹没的河漫滩。谷坡是由河流侵蚀形成的岸坡。谷缘是谷坡上的转折点(或带),它是计算河谷宽度、深度和河谷制图的标志。二)河谷 从河源到河口沿主流线所作剖面 (图 4图 4流纵剖面示意图(二)河谷 貌学及第四纪地质学河谷纵剖面有 凹形、凸形和凹凸形 (图 4小河比较简单,大河比较复杂,如长江纵剖面呈下凹多阶状(图 4图4谷纵剖面图图 4江河谷纵剖面图(二)河谷 貌学及第四纪地质学河谷的发展过程在基岩山地河谷的横剖面发展过程中最为清楚,经历了 “ V”型谷(照片)、河漫滩河谷和成型河谷 阶段,每个阶段纵剖面也相应变化。(二)河谷 貌学及第四纪地质学1.“V”型谷以垂直侵蚀作用为主,发育在河流上游地区剖面的发展的三个阶段(图 4图 4V‖型谷发育的三个阶段隘谷 :谷坡陡峭或近于直立,谷宽与谷底几近一致,河谷极窄,谷底全部为河床占据。障谷 :是隘谷进一步发展而成 ,两壁仍很陡峭,但谷底比隘谷宽,常有基岩或砾石滩露出水面以上,可以通行。峡谷 :隘谷和障谷进一步发展形成峡谷。峡横剖面呈明显的“ V‖字形,有时呈谷中谷现象,谷坡陡峭,坡上有阶状陡坎。(二)河谷 流形成发展中期 (或河流下游、沉降区和软岩区等),河流纵剖面通过溯源侵蚀、瀑布后退和岩坎蚀低等过程已变得较为平缓,曲流的形成和演变成为河流作用重要的方式,河流 以侧方侵蚀为主 ,塑造出宽广的河漫滩(如图)。(二)河谷 河漫滩形成后,由于种种原因使河流垂直侵蚀作用复壮,河流下切,于是河漫滩转化为不受洪水淹没影响的河流阶地,发育有河流阶地的河谷即为成型河谷。 成型河谷中每一次侵蚀基准面下降都会引起河流溯源侵蚀,溯源侵蚀所达到的那一段河床纵向陡坎称为裂点(图 4 既有侧方侵蚀、又有垂直侵蚀;既发育河漫滩又发育河流阶地 ,为河谷发育的晚期。图4流裂点与阶地示意图二)河谷 貌学及第四纪地质学对于同一条河流的不同河段 ,其河谷是不一样的。 上游河谷 :窄、比降和流速大、水量小、侵蚀强烈、纵断面呈 中游河谷 :比降已经和缓,河床位置比较稳定,侵蚀和堆积作用大致保持平衡,纵断面往往成平滑下凹曲线。 下游河谷 :宽广、河道弯曲,河水流速小而流量大,淤积作用显著,到处可见沙滩和沙洲 。(如图 4 4流不同河段河谷示意图(二)河谷 渐失去侵蚀能力,不能侵蚀到该面以下,这种水平面称为 河流侵蚀基准面 。侵蚀基准面又可分为终极侵蚀基准面和局部(地方)侵蚀基准面。控制河流下切侵蚀的最低基面称为 终极侵蚀基准面 。这个面一般为海平面。但很多河流下游水面到达海平面高度时,仍有一定的侵蚀能力,如长江武汉以东的下游河段,有些地方河床低于海平面几十米甚至近百米。 局部侵蚀基准面 是指河流流经地方坚硬岩坎,湖泊洼地及主支流汇口处等。他们往往控制着上游河段或支流的下切作用。他们在河流的发育过程中起着重要的作用。(二)河谷 4河流平衡是指河床侵蚀与堆积之间的平衡。河流平衡剖面是由河流向源侵蚀作用实现的。瀑布后退是一种重要的向源侵蚀类型。图 4流均衡剖面二)河谷 貌学及第四纪地质学平衡是相对的、有条件的,只能在一定时间和空间条件下的相对平衡。河流平衡的另一含义是自动调整。河床在特定时间、空间和物质平衡条件下的平衡,如果随着流域因素的变化(构造、气候、水量、含沙量、侵蚀基准面变化),河床形态必然发生相应调整,取得新的平衡。经典的理论认为,处于均衡状态下的河流纵剖面是一条圆滑的凹形曲线。(二)河谷 河流沿岩层倾向凭藉其侵蚀能力开拓的河谷。河流经构造洼地或顺应构造软弱带所塑造的河谷。3. 多成因谷 :有些地区谷地受冰川、河流影响有冰前期河谷、冰川和冰后期河谷历晚,有些受湖泊影响有河湖转化历史,这些都属于多成因谷地。(三)河床 貌学及第四纪地质学河谷中枯水期水流所占据的谷底部分称为 河床 。河床类型根据河床平面形态和河床演变规律,可以将冲积性河流的河床划分为 顺直微弯、弯曲、分叉及游荡型 等四种河床类型。平水期,深槽、浅滩交替出现,两侧边滩犬牙交错。洪水期,水流淹没交错分布的边滩,河流顺直奔流,并推动交错的边滩缓慢向下游移动。边滩发育的河床上,如果河岸较容易冲刷或边滩下移较慢,则当边滩下移还没有来得及 掩盖原来被冲刷的河岸时,河岸就有可能冲刷成曲率较大的凹岸,凹岸的形成又加强了环流。环流一方面掏蚀凹岸,另一方面把泥沙带到凸岸堆积,于是更加强了凸岸向河轴线方向推移和凹岸向谷坡推移,使河流更加弯曲。(三)河床 貌学及第四纪地质学曲型河床的演变主要表现在横向变形上,特点是凹岸不断后退,凸岸不断淤长,从而产生河曲蠕移。弯曲型河床多分布于河谷宽广、坡降平缓、河岸较低,并由二元结构组成的谷底,这里曲流摆荡有足够回旋余地。当弯曲发展到一定阶段,上、下两个反方向河弯按某个固定点,呈 曲颈部越来越窄,形成狭窄的曲流颈,洪水时,水流冲溃河曲颈部后引起自然裁弯取直,河弯裁直后,废弃的旧曲流逐渐淤塞衰亡,形成 牛轭湖 。新河由于流程缩短,比降增大,往往迅速拓宽,发展成为主槽。三)河床 貌学及第四纪地质学冲积平原的弯曲河流,流床不受河岸约束,可以自由地在宽广的谷底迂回摆动,这种曲流 称为 自由曲流 (图片 4图片 4由曲流(三)河床 貌学及第四纪地质学山区河流虽然受到河谷基岩河岸的约束,但也常发育刻蚀地面而下的河曲,称为 深切曲流 (图片 4深切曲流通常原来就有弯曲的河道,由于后期地壳上升,导致河流下切而成。若深切河曲在下切过程中同时进行较强的侧蚀,使河的弯曲不断增加,河曲的宽度逐渐变窄,也会发生自然裁弯。被废弃曲流环绕的基岩被孤立在一侧,成为 离堆山 。图片4切曲流(三)河床 心洲型)河床( 图片 4床宽窄相间,窄段为单一河床,宽段由一个或几个江心洲间隔成两股或多股汊道。图片4汊型河床(三)河床 荡型)河床河床宽浅,水流散乱,无固定主槽,沙滩众多,河汊密布(如 如黄河下游就是这类河床。(三)河床 槛、壶穴、深槽 。岩槛 :横卧于河床上的坚硬岩石被侵蚀形成的陡坎。与下游河床形成一个不连续的陡坡,常形成瀑布或跌水,并构成上游河段的地方性侵蚀基准面。(图片 4片4三)河床 貌学及第四纪地质学壶穴 :河底旋涡流携带着砂砾旋转磨蚀河床基岩,久之在河床基岩中形成的圆坑。壶穴分布在山区石质河床基岩节理充分发育或构造破碎带。山区河床坡降大,水流急,能冲击岩石节理面或破碎带,掏蚀河床,形成深潭里的水流漩涡挟着砾石对河床进行磨蚀。能形成数米或更深的壶穴。(图片 4片4河床中发育深达几十米深的槽形坑。三)河床 貌学及第四纪地质学河床堆积地貌有 心滩、沙洲、边滩和沙嘴 等。边滩 :又称 点坝或滨河床浅滩 ,发育于河床凸岸。心滩与沙洲 :是河床中水流受阻形成的不下不稳定沙质堆积体。四)河漫滩 展安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学河流洪水期淹没河床以外的谷底部分,称为 河漫滩 。河流中下游的河漫滩宽度往往比河床大十几倍到几十倍,极宽广的河漫滩也称为 泛滥平原或冲积平原 。河漫滩的形成与发展河漫滩的形成分为雏形 河漫滩、原始河漫滩、河漫滩 三个阶段。河谷的发育是 从年轻的 ,谷底几乎全为河床所占据,只有在河弯凸岸形成 雏形边滩 。随着侧向侵蚀的发展,河谷不断展宽,凸岸边滩不断展宽、加高、增长,面积也越来越大,于是便形成了 雏形河漫滩 。雏形河漫滩形成以后,洪水时由于河漫滩水深比河床处浅,使河漫滩上流速减小,平水期和枯水期植物在滩面上生长,更加降低了洪水时滩面上的流速,引起悬移质在河漫滩上沉积下来,使河漫滩上覆盖了一层粘性土,即河漫滩相沉积物,即 原始河漫滩 。其下部为河床相沙砾层,所以河漫滩物质组成具有二元结构。河漫滩的二元结构是河床侧向移动的结果。河漫滩的形成必须具备两个条件: 河床侧向移动和洪枯水位变化 。(四)河漫滩 展安徽建筑工业学院土木工程学院岩土系 地貌学及第四纪地质学河床 横向移动 为河漫滩地貌发育创造了空间条件。决定了河漫滩的规模和类型。山区河流河床的横向移动缓慢,河漫滩狭窄,当洪水漫滩后,滩面上的流速仍然比较大,形成 砾石河漫滩 。在冲积性河床上,河床横向移动快,河漫滩的规模大,洪水漫滩后,不仅在滩面上沉积了河漫滩相冲积层,而且由于滩面上水动力条件和泥沙条件的差异,河漫滩上的流速,离河床越远越小,所以在滩面上沉积的泥沙的平均厚度与粒径离河床越远越小。当弯曲发展到一定阶段,上、下两个反方向河弯按某个固定点,呈 曲颈部越来越窄,形成狭窄的 曲流颈 ,洪水时,水流冲溃河曲颈部后引起自然裁弯取直,河弯裁直后,废弃的旧曲流逐渐淤塞衰亡,形成 牛轭湖 。新河由于流程缩短,比降增大,往往迅速拓宽,发展成为 主槽 。(四)河漫滩 河漫滩表面平坦或微向河床侵斜。发育在平原区负载大、推力小的地上悬河地带,上游来沙特别多,河床不断淤高,两岸形成天然堤 (图 4图4然堤的形成(五)冲积物 貌学及第四纪地质学冲积物在河床中的运动河流的沉积物统称为冲积物。水流的侵蚀作用有三种形式; 冲蚀作用、磨蚀作用、融蚀作用 ,总称为河流的 侵蚀作用 。重力、水流推力、上举力 。水流流过泥沙颗粒时,泥沙颗粒顶部和底部的水流流速不同,根据 伯努里定律 ,顶部流速高,压力小;底部流速低,压力大。这样造成的压力差产生上举力。(五)冲积物 貌学及第四纪地质学假设河床表面泥沙颗粒的形状为一个边长为 面推力 体中单位质量液体所具有的动能) :式中: 沙颗粒在即将起动又未动的临界状态时,应满足平衡方程:理上式得:(五)冲积物 貌学及第四纪地质学令:则: d=河床上移动的推移质的直径与水流速度的平方成正比,因为推移质的重量与直径三次方成比例,如将上式两端立方并乘以 :令:则:上式说明, 推移质的重量与水流速度的六次方成正比 。这就是著名的 艾里定律 。该定律阐明了泥沙冲刷及运动的许多现象,如果平原河流与山区河流流速之比为 1:4,则被推移的泥沙颗粒的重量比将是 1:46,即 1:4096。从这个实例说明, 为什么平原河流只能推移细粒泥沙,而山区河流往往可以推移巨砾。(五)冲积物 貌学及第四纪地质学道水流携带泥沙及溶解质,并推移床底沙砾的作用称为河流的搬运作用。河流水流搬运的方式有三种: 推移、跃移、悬移 。五)冲积物 泥沙颗粒沿河床底滚动、滑动称为推移。床底泥沙呈跳跃式向前搬运。泥沙起动以后,在水流上举力作用下,可以跳离床面,与速度较高的水流相遇,被水流携带前进。但泥沙颗粒比重比水大,它又会逐渐回落到床面上,并对床面上泥沙产生一定冲击作用,作用的大小取决于颗粒的跳跃高度和水流流速。如跳跃较低,由于水流临底面处流速较小,泥沙从水流中取得的动量也较小,在落回床面以后就不再继续跳动。如沙粒跳跃较高,从水流中取得的动量较大,则落回后还可以重新跳动。当流速足够大的时候,泥沙颗粒自床面跳起以后不再落回,而是随着水流以相同的速度前进,这样的泥沙称为 悬移质 。(五)冲积物 水流中携带细小的泥沙以悬浮状态进行搬运,称为悬移。悬浮的泥沙受到三种力的作用:一是 前进水流的作用使泥沙向下游移动 ;二是 向上水流的作用使泥沙抬升 ,三是 泥沙受本身重力影响而下沉 。当河流中泥沙颗粒是上升流速大于沉速时,泥沙被带到距床底一定高度位置而呈悬浮状态,并由水流携带向下游搬运。河流除以推移及悬移形式搬运泥沙外,还带走溶解于水中的溶解质。在石灰岩等可溶性岩石地区,溶解质的数量相当可观。(五)冲积物 貌学及第四纪地质学当河流能量降低 ,不再有足够的能力来搬运其原来所搬运的泥沙时 ,就要发生泥沙的沉积。首先停止运动沉积下来的是推移质中的大颗粒,随着能量进一步减小,推移质将按体积和重量大小依次停积。而悬移质将渐次转化为推移质,继而在河床上停积。引起河流搬运能力降低的因素很多,主要有 河床坡度降低,河流流量减少,以及人工筑坝拦水 等。河流的侵蚀搬运和沉积作用是同时进行的。但在不同河段作用性质和强度是有差别的,一般情况下在 河流上游以侵蚀作用为主 ,下游以堆积作用为主 , 曲流河段内凹岸侵蚀 ,凸岸堆积 。(五)冲积物 貌学及第四纪地质学冲积物的主要鉴别标志 是:①砾石成分复杂 , 往往具叠瓦状排列。砂和粉砂的矿物成分中不稳定组分较多。②碎屑物质的分选性较好。③碎屑颗粒的磨圆度较高。④冲积物层理发育,类型丰富,层理一般倾向河流下游⑤冲积物常呈透镜状或豆荚状,少数呈板片状。⑥冲积物往往具有二元结构,下部为河床沉积,上部为河漫滩沉积图片 冲积物的二元结构(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学道水流携带泥沙及溶解质,并推移床底沙砾的作用称为河流的搬运作用。河流水流搬运的方式有三种: 推移、跃移、悬移 。长江右岸红花套一级基座阶地(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学河流阶地由 阶面、阶坡、前缘、后缘 等要素组成(图 4 4地形态要素示意图①阶地面;②阶坡;③前缘;④后缘 ; ⑤ 坡脚(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学一般河谷中常有一级或多级阶地,每一级阶地都是由阶地面和阶地坎所组成。阶地面比较平坦,微向河流倾斜。阶地面以下为阶地坎,坡度较大。 阶地高度 一般指阶地面与河流平水期水面之间的垂直距离。阶地的级数由下而上顺序分级。把高于河漫滩的最低一级阶地称为 一级阶地 ,向上依次为 二级阶地、三级阶地 …… 等等。因此,在同一河谷剖面上, 阶地相对年龄一般是高阶地老,低阶地新 。 阶地的海拔高度(绝对高度)一般自上游向下游降低 。但由于构造运动或其它原因,有同一级阶地的海拔高度,有时下游反而比上游大。(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学根据河流阶地的物质组成,将河流阶地分为: 侵蚀阶地、堆积阶地、基座阶地、埋藏阶地 (如图 4(六)河流阶地 由基岩构成,其上很少有河流冲积物覆盖。也叫 基岩阶地 。侵蚀阶地多发育在山区河谷中,这里水流速度大,侵蚀作用强,所以沉积物很薄,有时甚至在河床中出露基岩。当后期河流进行强烈下切时 ,河谷底部抬升形成阶地 ,因而在侵蚀阶地上很少找到冲积物,即使原先有薄层的冲积物分布,在阶地形成以后的长期侵蚀作用中,也可能被冲刷殆尽。阶地面上往往只有一些坡积物。这类阶地面是河流侵蚀削平的基岩面,故称侵蚀阶地。阶地全由河流冲积物组成。在河流中下游最为常见。它的形成过程,首先是河流侧向侵蚀,展宽谷底,同时发生大量堆积,形成宽阔的河漫滩,然后河流强烈下切侵蚀,形成阶地。一般河流下切侵蚀的深度不超过冲积层的厚度,因此,整个阶地全由松散的冲积物组成。(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学根据河流下切侵蚀深度与多级堆积阶地之间的接触关系,堆积阶地可分为 内迭阶地与上迭阶地 二种。内迭阶地 是指新的阶地套迭在老的阶地之内,后一次的河流冲积物分布的范围和厚度都比前一次的为小。这说明在各级阶地的形成过程中,各次河流的下切作用所达到的深度基本一致,而后期的堆积过程较短或堆积作用比前期减弱。上迭阶地 是指新阶地的冲积物完全迭置在较老的阶地冲积物之上。河流后期下切侵蚀都未达到基岩,说明后期下切侵蚀与堆积的规模都逐渐减小。(六)河流阶地 阶地面由两种物质组成,上部为河流的冲积物,下部是基岩或其他类型的沉积物。主要是由于地壳抬升、河流下切侵蚀形成的,在形成过程中河流下切侵蚀深度超过了原来冲积物的厚度,切至基岩内部而成。如果基座阶地形成以后,由于气候或构造的原因,在新一轮的河流侵蚀 ——堆积过程中,河谷中堆积较厚的冲积物,超过阶地基座高度并把基座覆盖起来,称为 覆盖基座阶地 。 若阶地形成以后,由于地壳下降或侵蚀基准面上升,引起河流大量堆积,使阶地被堆积物所覆盖,埋藏于地下,形成埋藏阶地。埋藏阶地分为两种类型:早期地壳上升,或侵蚀基准面下降,形成多级阶地,而后地壳下降或侵蚀基准面上升,发生堆积,把早期形成的阶地全部埋没,形成 埋藏阶地 。地壳长期下降,不同时期的冲积物一层一层迭加起来,形成一种 假埋藏阶地 。(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学另外,由于岩层产状和岩性影响,以及由于河流及块体运动本身作用,可以形成一些 非旋回性阶地 。构造阶地 :在水平构造的地区,因 岩性不同,抵抗风化与剥蚀的强度不同 ,由于差别风化与剥蚀而形成的阶梯状地形,称为构造阶地。它的高度并不反映河流间歇性下切侵蚀的次数和强度。河曲阶地 :由于河流的摆动作用造成 ,并不代表基面变化。河曲阶地在两岸不对称分布 ,高度参差不一,形状不规则,分布零散。同一级阶地沿河延伸不远。河流袭夺阶地 :由于发生河流袭夺现象,袭夺河因水量增大,下切能力加大,河流下切侵蚀原来谷底,形成袭夺阶地。冲积锥、洪积扇阶地 :支流注入主谷处,堆积冲积锥或洪积扇,当受到主流的侧蚀,常形成河曲陡壁,高于河漫滩之上,形状类似河流阶地。由于支流侵蚀基准面的相对下降,支流的切割河床,切入冲积锥或洪积扇之中,并在其前端再沉积形成新的冲积锥或洪积扇。滑坡、泥流阶地 :滑坡可形成台阶状地形 ——滑坡阶地。泥流阶地的寒冻风化强烈作用地区,由泥流在谷坡上堆积的假阶地,特点是级数多,面积小。(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学形成河流阶地必须具备两个条件: 较宽阔的谷底 和 河流下切侵蚀 。宽广的河谷底,大部分 为河漫滩所占,而河床只占一部分。由于流域内气候变化、地壳运动或河口海平面(基面)的变化等原因,引起河流下切侵蚀,河床大幅度的降低,谷底河漫滩部分超出一般洪水期水面以上,成为阶地。由于河流进一步下切侵蚀的原因不同,形成的阶地在形态上和结构上也不一致。阶地的形成条件如下:气候向寒冷方向发展,引起流域物理风化作用加强,或气候向干旱方向发展,流域植被覆盖度减少,引起水系上游部分沟谷活动加强,坡面冲刷强度加大,结果使流域补给河流的水量减少,流域供给河流的沙量增加,造成河床中上游普遍淤积。据研究,河流淤积层的厚度自河口向上游增加,中游达到最大,向上游又逐渐减小,最后在近河源处尖灭。(六)河流阶地 貌学及第四纪地质学相反,气候向湿热方向发展,河流泥沙量减少,径流量增加,引起水流挟沙能力增大,使河床发生下切侵蚀。在整个下切过程中,上游段由于流量较小,下切幅度较小;中游段流量较大,并且水流的能量主要消耗于加深河床,下切幅度最大;下游河段水流大部分能量用以搬运由上游冲刷而来的泥沙。因此,流量虽然沿河流向下游增加,但下切的幅度却由中游向下游河口方向减小。河流下切结果,河床纵剖面坡度在上游增加,中游减缓,而下游几乎保持不变。与此同时,形成一系列阶地,阶地相对高度自河口向上游增加,至中游达到最大值,再向上游又逐渐减小,然后逐渐向河源尖灭。这类阶地纵剖面相对于下切之后的河床纵剖面,在形态上如弹弓之弦,称为 弦状阶地 。河流在继续下切过程中,沿河形成一系列阶地,阶地级数在中游最多,在上、下游较少。这是由于河床左右摆动,河曲向下游移动的缘故。结果 ,不仅在上、中、下游的阶地级数不等 ,而且同一河段的河床两侧阶地也不对称,形成 曲流阶地 。第四纪以来 ,冰期与间冰期交替出现。冰期为河床普遍加积的时期,而间冰期为河流下切 ,形成阶地的时期。由于这类阶地是流域气候变化的产物,常称为 气候阶地 。(六)河流阶地 降的加大引起水流下切侵蚀。侵 蚀作用从河口段开始,然后不断向上游方向发展,即 溯源侵蚀 。在溯源侵蚀能达到的范围,一般都会形成阶地。阶地的相对高度从下游向上游逐渐减小,在溯源侵蚀所达到的一点 ——裂点处消失。如果侵蚀基准面多次下降,则能在河床纵剖面上出现数个裂点。每一裂点的上游将比裂点下游少一级阶地。裂点下游的一级阶地与裂点上游的河漫滩相对应,即裂点上游的河漫滩面与裂点下游一级阶地面是同一时期的谷底。以后,裂点不断后退,也把这些河漫滩切割成阶地。一般认为,第四纪间冰期是海平面普遍上升的时期,也是河流因海侵发生淤积的时期。由于海面变化在晚近地质历史时期交替出现,因此,因侵蚀基准面变化而形成的阶地称为 旋回阶地 。(六)河流阶地 先河床纵剖面的位置相对抬升,而水流侵蚀作用使河床降低,地壳上升的速率与河床下切的速率保持相等,在这种动态平衡的情况下,河床高程基本上保持原先的位置,原先谷底面靠近谷坡的部分则被抬升,形成阶地。在这一过程中,河流好象一把固定在空间上的利锯,而地壳就象一块木料。地壳长期间歇性抬升,河流间歇性下切形成多级阶地。当流域大面积普遍均匀抬升,在整个流域形成阶地。如在同一时期 ,某一地区地壳上升幅度大 ,速度快,而另一地区上升幅度较小,速度慢,则在上升幅度大的地区,阶地高度也大。(七)水系 貌学及第四纪地质学水系是指一条干流及其所属各级支流共同组成的河流系统 (图 4图4系图(七)水系 貌学及第四纪地质学水系的形式就是这种组合的形式,受一定地质构造和自然环境的控制,在平面上表现为有规律的排列(图 4水系格局又反映了 一定的地质构造和地壳运动性质 。因此,通过水系排列形式的分析,能够 推测地质构造和地壳运动 。图 4种典型的水系格式(七)水系 貌学及第四纪地质学主要水系如下几种:水系特征是支流多而不规则,主、支流之间呈锐 角相交,排列形式为树枝状。在岩性均一、地形比较平坦的地区最为常见。 主流与支流呈直角或近似直角的格状。这种水系在很大程度上是受构造控制而发育的,常出现在褶曲构造区域,如主流发育在向斜轴部,则支流来自向斜两翼,一般与主流成直角相交。 各条支流平行排列,平行的岭谷往往受较大的构造控制。如在单斜岩层的地区,主流的流向与岩层的走向一致,在主流的一侧形成很多平行的支流。 在穹隆构造山区或火山锥上,各河流顺坡向四周呈放射状水系。如果穹隆构造山的地层软硬相间,河流逐步破坏穹隆山,其支流沿剥蚀出来的软岩层走向发育成圆环形。在盆地地区,河流由四周山岭向盆地中心集中,构成向心的辐合水系,如塔里木河、四川盆地等。河口三角洲地区及滨海平原地区,河道纵横交错,在平面上呈网状排列。(七)水系 貌学及第四纪地质学水系的发展大体分为 三个阶段 :河网密度小,地面切割深度不大,支流短小而且数量少,一般分为 一、二级支流。随着河流下切侵蚀和溯源侵蚀,流域的集水面积扩大,地面切割深度增加,河道延长,发育新的支流,河网密度增大。为水系的繁盛时期。河流的下切侵蚀与侧蚀不断加强,由于流域各河流发育不平衡,大河袭夺或兼并侵蚀能力较小的河流,使水系改观。由于河流长期侵蚀,河谷地面高度降低,冲积层加厚,水系密度逐渐减小,为水系的合并阶段。(七)水系 貌学及第四纪地质学水系变化的原因主要是 分水岭的迁移和河流袭夺 :相邻流域分隔开来的高地。在自然界,分水岭可以是山地、丘陵、高地等。多数情况下,分水岭是不对称的,这是因为:构造条件的控制 :在山区,岩层构造常控制着山坡的坡度。尤其是年轻的褶皱山地,后期的剥蚀作用还没有完全改变原始的山地形态,不对称的褶皱两翼必然引起分水岭的不对称现象。某些构造被剥蚀后,基岩岩性和构造性质还决定着分水岭的形态,例如,背斜谷两侧的不对称的分水岭。在单斜构造地区,经过长期剥蚀以后形成的单面山,一坡缓,一坡陡,形成分水岭的不对称。(七)水系 貌学及第四纪地质学侵蚀基准面的控制 :分水岭两侧的侵蚀基准面的高低和侵蚀基准面与分水岭的距离影响山坡剥蚀后退的速度,从而产生分水岭的不对称现象。如果分水岭与两侧的侵蚀基准面的距离相等,而侵蚀基准面位置的高度不同,则具有较低侵蚀基准面的山坡坡度大;而分水岭另一侧坡度缓。如果分水岭两侧的侵蚀基准面高度相等,而分水岭到两侧侵蚀基准面的距离不同,则侵蚀基准面距离分水岭近的一侧坡度大,另一侧坡度小。由于分水岭两侧的不对称 ,必然影响到两坡河流溯源侵蚀的速度。溯源侵蚀速度快的一坡 ,其河源源头便较快地向分水岭伸展,使分水岭不断地降低,并不断地向坡度较缓的一坡移动 .(七)水系 蚀能力强的河流夺取了侵蚀能力弱的河流上游河段,这种水系的演变现象称为 河流袭夺 。河流袭夺的原因除了分水岭迁移以外,还有新构造运动等。如在流域范围内,当新构造运动发生局部隆起时,河流不能保持原来的流路,于是,隆起地区的上游河段被迫改道、汇流于另外一条河流中。七)水系 貌学及第四纪地质学河流发生袭夺后,抢水的河流叫
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本文标题:第四章 流水地貌与沉积物
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