地面流水的地質(zhì)作用

1、第七章 地面流水的地質(zhì)作用目的要求地表的礦物、巖石，由于風(fēng)化作用，可以使其分解、破碎，并被運動介質(zhì)剝 離原地。因此，剝蝕作用是一種常見的、非常重要的外動力地質(zhì)作用，是地表物 質(zhì)遷移的重要動力之一。要求學(xué)生們掌握河流、海洋、冰川、地下水等各種剝蝕 作用的基本概念和基本原理，理解外動力地質(zhì)作用與內(nèi)動力地質(zhì)作用的密切關(guān) 系。課時：6 學(xué)時授課內(nèi)容一、河流的基本特征二、地面暫時性流水的地質(zhì)作用三、河流的侵蝕作用四、河流的搬運作用五、河流的沉積作用重點我國大好河山的形成與河流的侵蝕作用密切相關(guān)， 中國與鄰國很多邊界以河 流主航道中線或分水嶺劃分。 因此，學(xué)習(xí)河流的地質(zhì)作用有重要的意義而將其作 為本節(jié)的重

2、點。特別是河流的侵蝕作用和河流的沉積作用。難點 各種河流地質(zhì)作用產(chǎn)物的特征。教學(xué)方法 用野外實拍照片，結(jié)合多媒體教學(xué)及模型進行講授。講授重點內(nèi)容提要一、河流的基本特征 河流的侵蝕作用塑造我國大好河山，并與人類生活、生產(chǎn)、旅游、環(huán)境以及 自然災(zāi)害的防治和治理密切相關(guān)。 中國與鄰國的很多邊界線以河流主航道中線或 分水嶺劃分。因此學(xué)習(xí)河流的侵蝕作用有非常重要的意義。（一）河流的概念 在固定河道中流動的常年性線狀流水稱為河流。它由主流、支流、水系、主 流域、支流域等要素組成。水系按形狀分有：樹支狀、格子狀、放射狀、羽毛狀、向心狀。 根據(jù)水文狀況河流可分為：常年性河流與間歇性河流。（二）河谷 由流水切割

3、形成的谷地稱為河谷。河谷要素包括：1、谷坡：河床兩側(cè)的斜坡。2、谷底：谷坡坡麓之間的平坦部分。3、河床：谷底經(jīng)常被流水占據(jù)的部位。河谷形態(tài)可分為：“ V”形谷一一谷底很窄，多為河流上游河谷特征“ U ”形谷-谷底較寬，是河流中游河谷特征碟形谷谷底寬緩，是河流下游河谷特征（三）流水的運動方式流水質(zhì)點的運動方式有兩種。 一種是質(zhì)點呈平行層狀， 不互相混合， 流動的 層與層之間界線不交錯，稱為 層流 （ laminar flow ）；另一種質(zhì)點以復(fù)雜的流 線型式交錯，質(zhì)點相互混合，稱為 紊流 （turbulent flow）。河水的流動形式基本都是紊流，只有在流速非常緩慢，或水很淺，河床底平滑時可發(fā)

4、生層流。二、地面暫時性流水的地質(zhì)作用（一）雨蝕與片流的地質(zhì)作用 雨滴對山坡的沖擊和溶蝕的作用稱之為雨蝕作用。 有機械的破壞作用和化學(xué) 的溶蝕作用。下雨后沿斜坡流動的暫時性面狀流水（片流），對山坡沖刷剝蝕的作用（洗 刷作用）。片流的產(chǎn)物就是坡積物（Slopmaterials）,其特征是粒度細、土質(zhì)松軟。 雨蝕與洗刷作用具有垂直侵蝕的傾向， 形成特殊的地貌景觀， 如云南元謀土 林、路南石林等景觀。（二）洪流的地質(zhì)作用 下雨后沿溝谷及河道流動的暫時性線狀流水， 稱之為洪流。 洪流對溝谷的強 烈沖刷的作用常形成 沖溝。（在黃土高原特別突出）洪流地質(zhì)作用的產(chǎn)物就是 洪積物，其特征是呈扇形堆積（ 洪積扇）

5、，碎屑大 小不一，混雜堆積，分選性、磨圓度較差，層理不發(fā)育。三、河流的侵蝕作用河水在流動過程中， 以其自身的動力以及所攜帶的泥沙對河床的破壞， 使其 加深、加長和加寬等過程稱為河流的侵蝕作用。 包括化學(xué)溶蝕和機械沖蝕的作用， 但以機械沖蝕作用最為明顯，它包含以下兩種作用：下蝕作用（ bottom erosion ）河水挾帶的碎屑物質(zhì)對河床底部產(chǎn)生破壞， 使河谷加深的過程稱為河流的下蝕作用，亦稱底蝕作用。側(cè)蝕作用（ lateral erosion ）河水以自身的動力及挾帶的砂石對河床兩 側(cè)或谷坡進行破壞的作用稱為河流的側(cè)蝕作用，亦稱旁蝕作用。根據(jù)我國特色，在中國境內(nèi)河流的侵蝕作用可以通過以下幾個

6、部分作以分析：分水嶺（源頭）附近；上游活動山地中；中游相對穩(wěn)定山地中；（下 游）平原區(qū)；河流入海處。（一）分水嶺附近 （源頭）的侵蝕作用分水嶺（ drainage divide ）流域與流域之間由山體或高地所分開， 水流方向不同， 這種分開相鄰流域的 高地稱為分水嶺。我國長江流域和黃河流域主干水流水體源頭部位的分水嶺是巴顏喀拉山脈。 而長江流域和黃河流域兩大水系的地理分界是秦嶺山脈。分水嶺以北，所有支 匯集到黃河干流并流入渤海。 分水嶺以南，所有支流匯集到長江干流并流入東海。分水嶺附近的侵蝕作用主要包括以下兩個方面：1、向源侵蝕（up stream erosion）使河流向源頭方向加長的作用稱

7、河流的向源侵蝕作用。溝頭匯集了斜坡上分散的片流，使流水集中，流量和流速增加，比周圍斜坡 上片流侵蝕能力大大增強。山高水高，地下水順坡或沿斷層、節(jié)理等構(gòu)造面向溝谷運動，甚至形成滴答 滴答的滴水，它們對源頭有一定的侵蝕作用，并有利于在溝頭發(fā)育泉水，掏蝕巖 石，加速溝頭向上坡伸長的進程。隨著河流向源頭方向伸長，分水嶺就逐漸變窄，兩側(cè)其高度隨之降低。2、河流襲奪（river capture）如果分水嶺兩側(cè)河流向源侵蝕能力相同，則分水嶺高度降低，而其位置不發(fā) 生變化。倘若一側(cè)河流的向源侵蝕能力超過另一側(cè)河流， 則分水嶺高度降低的同 時，就會伴隨其位置向著向源侵蝕能力弱的河流一側(cè)移動（圖 5-5 ）。圖5

8、-6虎跳峽5-5分水嶺遷移向源侵蝕能力強的河流向上坡加長的結(jié)果可以交切向源侵蝕能力弱的另一 條河流，將后者上游的河水截奪過來，這種現(xiàn)象稱為河流襲奪。襲奪它河的河流稱為襲奪河（capturing river） 。被襲奪者稱為被奪河（captured river ）。（二）上游活動山地中河流的侵蝕作用上游活動山地中河流的基本特征是：坡度陡，水流急，流速大，河流以下蝕 作用為主。下蝕作用的產(chǎn)物主要有：“ V型谷；急流（湍流）；小型瀑布；局 部侵蝕基準(zhǔn)面；河流階地。由于水力的沖擊和飛流濺落與掏蝕，往往會掘 掉瀑布陡壁下部的巖層，使陡壁上面突出狀如巖坎 形態(tài)的巖層失去支撐而崩落，導(dǎo)致瀑布向上游后退。1

9、“ V型谷或稱峽谷（Can yon） 由于坡度陡，水流急，河流產(chǎn)生較強的下蝕作 用，將山谷侵蝕呈“ V型的河谷地貌，這種谷地邊 坡陡峻，坡度高達70以上。著名的金沙江虎跳峽江面最窄處僅為 30m最陡 的坡谷可達70 ,峽谷深度達3000m （圖5-6 ）。2、急流（torrent ）由于河床坡度大，水流湍急，下蝕作用非常強烈， 往往形成下蝕凹槽（即凹槽式河谷）。3、小瀑布（small waterfall ）活動山地出露的巖石以火成巖（花崗巖、閃長巖、輝長巖等）和變質(zhì)巖（片巖、片麻巖、花崗質(zhì)片麻巖、混合巖等）為主，褶 皺強烈，斷裂發(fā)育，在山區(qū)往往形成陡崖地貌。瀑布常在斷裂通過的陡崖處出現(xiàn)，或者是

10、因斷層兩盤的巖性軟硬差異，使河床呈階梯狀，流水從高處瀉落，尤如匹練下垂，以飛瀑或多個、多級面流瀑布為 主。瀑布一旦形成，下蝕作用更為強烈，面流瀑布對河床有強烈的洗刷侵蝕作用。 在瀑布跌落處，水花四濺，掏蝕下面的巖石，促使上部巖石崩塌。水流下落，定 向擊打，在重力作用下可形成深潭。4、 局部侵蝕基準(zhǔn)面（local base level of erosion）河流由于地形平緩，流速下降，下蝕作用減弱甚至消失，在其所注入的水體 表面，使河床坡度局部消失，此地即為局部侵蝕基準(zhǔn)面。5、河流階地（river terrace ）因活動山地的上升，下蝕作用增強，使原本的谷底呈階梯狀殘留在新的谷坡 上，成為在河

11、谷兩坡的階梯狀地形，主要有 3種類型（圖5-7）：S 5-7河流階地示意囹1堆積階地；II甚座階地；III侵鈾階地（1）堆積階地（accumulation terrace ）階地面和階地斜坡全由河流沉積物組成， 無基巖暴露。這種階地在山地邊緣 地帶出露較多。（2）基座階地（basement terrace ）階地下方有基巖裸露，上部殘存有河流沉積物，表明河流已切過早先的沖積 物而達于基巖之中。（3）侵蝕階地（erosion terrace ）階地斜坡上有基巖裸露，階地面上僅有零星甚至缺失河流沉積物，呈現(xiàn)河 流侵蝕的痕跡。（三）中游相對穩(wěn)定山地中河流的侵蝕作用中游相對穩(wěn)定山地中河流侵蝕既有下蝕作

12、用，又有側(cè)蝕作用。（四）（下游）平原區(qū)河流的侵蝕作用河水流出山地之后，地勢轉(zhuǎn)為平坦，水面變得開闊，水流相對平穩(wěn)，與山地 中地貌及其侵蝕作用明顯有別。在河水流出山地時往往會形成河漫灘和心灘。在下游平原區(qū)形成蛇曲以及“ U型谷和牛軛湖?？傊?，（下游）平原區(qū)河流以側(cè) 蝕作用為主。1、蛇曲（free meander）在平坦寬闊的沖積平原上流動的河流，其彎道的演化自由而充分，形狀象蛇擺動一樣，這種異常彎曲的河流彎道稱為蛇曲，也稱為自由河曲。自然界中任何一條河流總有彎曲。當(dāng)河水流入凹岸而受到阻擋就沿谷底流向 凸岸，因而產(chǎn)生單向環(huán)流。在單向環(huán)流的作用下，凹岸下部巖石不斷受到侵蝕而 被掏空，同時上部巖石也隨之

13、崩塌，破壞下來的巖石碎屑被單向環(huán)流的底流搬運 到河流的凸岸進行沉積。這種河流侵蝕作用的結(jié)果使河床的凹岸不斷向谷坡方向 后退，而凸岸不斷前伸，河道的曲率逐漸增加而形成蛇曲。2、“ U型谷（“ U type valley ）在凹岸后退、凸岸前伸的同時，由于主流沖擊凹岸的點偏向彎頂?shù)南路?，所以河彎最大彎曲點的位置也不斷向下游移動， 若遇大水時，河谷的凸岸地形不斷 被削直，使河谷整體河道變得越來越寬和越來越直，這種寬闊的河道稱為“U型谷。最后，河床只在寬闊的谷底遷徒擺動達不到谷坡部位。 所以，蛇曲在“U 型谷內(nèi)最為發(fā)育。3、牛軛湖（oxbow lake）隨著河床的擺動，“ U型谷內(nèi)蛇曲河床相鄰兩個河彎

14、的距離不斷靠近。當(dāng) 洪水期，河水沖潰兩個河彎之間的河岸，從上一個河彎直接流入相鄰的下一個河 彎，這種現(xiàn)象稱為河流的截彎取直。被遣棄的彎曲河道的兩個河口被泥砂堵塞， 演變成象牛軛狀湖泊，人們稱其為牛軛湖（圖 5-13 ）。（五）河流入海處最終侵蝕基準(zhǔn)面河流的下蝕作用不斷使河谷加深，但這種作用不是無止境的，當(dāng)河水面與河 流注入的海平面高度一致時，河水不再具有勢能，下蝕作用停止。因此，河流入 海處為每一條河流的最終侵蝕基準(zhǔn)面。團513t注韋曲黴環(huán)番怔的豪審現(xiàn)四、河流的搬運作用（一）河流搬運作用的方式自然界中風(fēng)化、剝蝕產(chǎn)物被運動介質(zhì)從一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方的過程稱 為搬運作用。因此，它與風(fēng)化作用、剝

15、蝕作用緊密相伴，是非常重要的外動力地 質(zhì)作用之一。搬運作用的方式有三種：機械搬運作用；化學(xué)搬運作用和生物搬運 作用。河流的搬運作用以前二者最為重要。1、河流的機械搬運作用河流的機械搬運作用是指流水搬運風(fēng)化、剝蝕所形成碎屑物質(zhì)的過程，可分 為推移、躍移和懸移三種不同形式（圖 6 1）。6-1在水淹中 = W運動狀況蘇文才.（1） 推移（traction transport）流體在運動過程中，對碎屑物質(zhì)有一個向前的推力，使其沿介質(zhì)底面滑動或 滾動，這種搬運方式叫推移。小碎屑物易被推移，大碎屑物難被推移；比重大者 需要大的推力才能移動；球形顆粒易被推移，橢圓形、棱角狀碎屑較難被推移。（2） 躍移（s

16、altation transport）在搬運過程中，碎屑物質(zhì)沿地面呈跳躍方式向前移動的過程叫躍移。一般說 來，細砂、粉砂的搬運方式以躍移為主。顆粒躍起、降落、再躍起、再降落這種 過程反復(fù)進行，碎屑顆粒就不斷跳躍前進。（3）懸移（supension transport ）即是粘土、粉砂等較小顆粒，由于流水的紊流作用而呈懸浮狀態(tài)進行搬運。 實驗表明，如在清水中撒入粘土和粉砂，它們很快散開，水變渾濁，而且每個顆 粒運動的途徑都是不規(guī)則的。此外還表明，當(dāng)顆粒的沉降速度小于平均流速的 8%或流水的平均流速大于顆粒沉降速度的 12倍以上時，顆粒就能成為自由懸浮 狀態(tài)。粉砂和粘土在流水中因紊流運動，一般都保

17、持著懸浮狀態(tài)，只有當(dāng)紊流停 止時，它們才能沉落下來。（二）河流的化學(xué)搬運作用母巖經(jīng)過化學(xué)風(fēng)化、剝蝕作用的產(chǎn)物（溶解物質(zhì)）呈膠體溶液或真溶液形式 被搬運稱化學(xué)搬運作用?？煞謨深悾耗z體溶液搬運和真溶液搬運。1、膠體溶液搬運膠體溶液的性質(zhì)介于懸浮液和真溶液之間，質(zhì)點常帶電荷。當(dāng)膠體具有相同符號的電荷時，因排斥力而避免顆粒聚集，而有利于搬運；反之，則不利于搬運。2、真溶液搬運即易溶巖石及礦物成分溶解于河水，以離子狀態(tài)進行搬運。每立升河水中溶 解的鹽類物質(zhì)約為150 300mg其中以鈣、鎂的碳酸鹽最多，達鹽類總量的7%左右，而鉀、鈉的氯化物較少。在沙漠地區(qū)河流中NaCI及CaSO的含量顯著增高。可溶物質(zhì)

18、的搬運，與溶解度、水介質(zhì)的 PH值、Eh值、溫度、壓力及CO含 量等一系列因素有關(guān)。（三）、搬運過程中碎屑物質(zhì)的變化碎屑物質(zhì)在長距離搬運過程中，由于顆粒間的碰撞和摩擦，流體對顆粒的分 選作用等，主要發(fā)生以下三個方面的變化。1、礦物成分的變化主要指不穩(wěn)定礦物如長石等會逐漸減少，而穩(wěn)定礦物如石英等含量相對增 加。2、粒度和分選性的變化粒度指碎屑顆粒的大小。分選性指顆粒大小趨向均一的粒度。 如同過篩子一 樣，經(jīng)過篩子的均比較小，且比較均一，分選性較好；篩子上面的既有大顆粒， 又有小顆粒，分選性就比較差（圖 63）。因此，搬運距離遠的物質(zhì)，分選性相對較好；而搬運距離近的物質(zhì)，分選性 要差。另外，風(fēng)積物

19、分選性較好，而冰磧物分選就差。3、圓度和球度的變化圓度指碎屑顆粒在搬運過程中，棱角磨損而接近圓形的程度（圖64）。球度則是碎屑顆粒接近球形的程度。隨著搬運距離的增長，圓度和球度一般是愈 來愈高。另外，硬度低的易于磨圓，粒狀礦物易于磨圓；推移、躍移易使顆粒圓 化，而懸移難使顆粒圓化，載移則不能使顆粒圓化。A1圖6-4碎屑顆粒的圓度示意圖五、河流的沉積作用（一）沖積物的特征河流沉積的物質(zhì)稱為沖積物（alluvium ）。沖積物都是在流動的水體中以機 械方式沉積的碎屑物。因而具有下列基本特征：1、分選性較好這是由于流水搬運能力的變化比較有規(guī)律。 在一定強度的水動力狀況下，只 能有一定的碎屑物質(zhì)沉積下

20、來。如近河床主流線的沉積物粗，遠離主流線沉積物 細。然而，就某種特定條件下的沉積物本身來說，則是比較均一的。2、磨圓度較好較粗的碎屑物質(zhì)，在搬運過程中相互之間以及碎屑物與河底之間不斷摩擦， 變圓滑。如河床中的卵石，常常是相當(dāng)圓滑的。3、成層性較清楚這是由于河流的沉積作用具有規(guī)律性變化。 如因河床側(cè)向遷移， 同一地點在 不同時期所處的部位在變化， 接受的沉積物的特征也就不一樣。 此外，就同一地 點而言，洪水期沉積物粗而且數(shù)量多， 枯水期的沉積物細而且數(shù)量少； 夏季沉積 物顏色較淡， 冬季沉積物顏色較深， 不同時期沉積物的成分也會有差別等等， 因 而在沉積物剖面上表現(xiàn)了成層現(xiàn)象。4、韻律性特征類似

21、的兩種或兩種以上的沉積物在剖面上有規(guī)律的交替重復(fù)出現(xiàn)， 稱為 韻律性( rhythmicity )或旋回性( cyclicity )，每一次重復(fù)就形成一個韻律 (rhythm )。河流沉積常具有韻律性。 如一個完整的韻律可以包括下部的河床沉 積( stream bed deposit )、中部的河漫灘沉積( flood basin deposit )及上 部的牛軛湖沉積( oxbowlake deposit )。這樣一個韻律代表了河床在一次側(cè)向 擺動時逐次沉積的產(chǎn)物。如河床反復(fù)進行側(cè)向擺動，就可以形成若干個韻律。5、具有流水成因的沉積構(gòu)造河流沉積物中常見有特征性的波痕、 砂丘(dune)以及交

22、錯層理等原生構(gòu)造。(二) 沉積的主要類型1、心灘( channel bar )河道寬窄不一， 流水從窄束段流入開闊段時， 流速減小， 致使較粗碎屑在河 底中部淤積，最初形成雛形心灘。雛形心灘很不穩(wěn)定，可因后來的沖刷而消失。 由于雛形心灘存在，過水?dāng)嗝婵s小，水流速度增大，并促使主流線偏向兩岸，從 而使兩岸沖刷后退，產(chǎn)生環(huán)流( circulation )。這時表層水流由中間向兩岸流 動，底層水流從兩側(cè)向中間流動，形成兩股環(huán)流，促進河床中部沉積的發(fā)生。流 水?dāng)y帶的碎屑沿雛形心灘周圍和頂部不斷淤積， 使之不斷擴大和淤高， 轉(zhuǎn)變成心 灘。心灘在洪水期被淹沒， 在枯水期露出。 如心灘因大量沉積物堆積而高出

23、水面， 則轉(zhuǎn)變成江心洲( central bar )。江心洲僅在特大洪水時才有可能被淹沒。2、邊灘與河漫灘( 1)邊灘( point bar ) 即點砂壩。它是單向環(huán)流將凹岸掏蝕的物質(zhì)帶到凸岸沉積形成小規(guī)模沉積體，僅在洪水期被淹沒。( 2)河漫灘( flood plain)是邊灘變寬、 加高且面積增大的產(chǎn)物。 河漫灘在洪水泛濫時被淹沒， 在枯水 期露出水面。 在丘陵和平原區(qū)谷底開闊， 可以形成寬廣的河漫灘， 其寬度由數(shù)米 到數(shù)十公里以上， 可以大大超過河流本身的寬度。 當(dāng)洪水在灘面漫溢時， 水流分 散，流速降低， 加上灘面生長的植物阻礙著洪水的流動， 使泥質(zhì)和粉砂等較細物 質(zhì)在河漫灘上沉積下來， 這種沉積物稱為河漫灘沉積物 ( flood plain deposit )。 在河漫灘沉積物之下， 常出現(xiàn)砂和礫石等較粗的沉積物， 它們是早先在河底及邊 灘中沉積的河床沉積物， 是河床曾在谷底上遷移的遺跡。 河漫灘沉積物和下面的 河床沉積物一起構(gòu)成了 河漫灘二元結(jié)構(gòu) (圖 65)。由于河床往返擺動， 河漫灘不斷發(fā)展擴大， 相鄰的河漫灘連成一片， 從而形 成廣闊的沖積平原( alluvial pl