第十章第十章 河流及其地质作用河流及其地质作用南京大学地球科学系 舒良树普通地质学 (General Geology)Chapter 10 The river 旅行时,河流 既是他们的主要路线,同时又是他们的旅行障碍 。古代埃及人靠春季尼罗河的洪水而获得可耕土地 ，稍后又学会了储水灌溉。 洪灾则威胁着人类生存,在全球自然灾害中,水灾排在第一位。 古代大禹治水，就掌握了是疏浚而不是堵的先进技术。公元前250年, 四川郡守李冰父子筑都江堰 ,采用“深淘滩,低筑堰,遇弯截角”的方法，引岷江水入川西平原,使川西平原“水旱从人,不知饥谨, 时无荒年,天下谓之天府”。1963-1992年全球自然灾害破坏程度统计国家南水北调工程示意图Section 1 Introduction 一.有关概念 Some terms 1.河流: 地表上具经常性流水的线形凹地。河流形成过程:片流洪流大河 2.片流:大气降水沿地表自然斜坡均匀流动,无固定 流向的地表流水。片流通过洗刷作用将山坡上细小的、松散的残积 物搬运至山坡的凹入部位，形成坡积物；山麓地带 的坡积物连成一片称为坡积裙。 3.洪流 沿地表斜坡上的沟槽定向流动的水体。 沟的发展：沟槽沟谷大沟谷；沟分为沟头、 沟口、沟壁、沟叉。从源头下方侵蚀，使沟加深、拓宽、伸长。无雨则干涸。 形成季节性洪积物（分选性差、磨圆度差）洪 积扇、洪积锥（沟口粗、开阔带细）若干洪积扇 在山前连成片则为洪积平原(如大青山前的包头)。 “V”形谷为幼年期河流标志 我国第一大峡谷（Gorge）长江上游云南金沙江虎 跳峡；第二大峡谷为长江三峡(Three Gorges)=瞿 塘峡（川）+ 巫峡（川鄂神女峰）+ 西陵峡（鄂） “U”形谷只与冰川作用有关；“碟”形谷则形 成于平原地区(湖北城陵矶) 二河流的动能 动能E=1/2QV2（Q流量，V流速） 1.影响流速三因素：坡度、河床宽度（宽则流速小 ，因水体与河床的接触面大）、滚石负荷状况（克 服内部摩擦要消耗能量）. 2.影响流量三因素：W(Width)、d(depth)、V (Velocity) 3.同一条河流,上游坡度动能大;下游虽水量大,但 流速小,动能可能反而小。 4.动能大，搬运力就大；搬运力搬运量，则河流 侵蚀；搬运力横向力,合力向右； 3，底层水流，河流右弯时，离心力横向力,合力向左23凹岸凹岸凸岸凸岸包 头 牛 轭 湖3 溯源侵蚀 Retrogressive erosion: 下切侵蚀引起河流朝源头加长的侵蚀。 发生在沟头处：片流在此集中，流量、流速增加，侵蚀力加强，发生溯源侵蚀。 若河口处侵蚀面下降,也会发生溯源侵蚀。 溯蚀、下蚀总是相伴而生，下蚀必导致溯蚀。 溯源侵蚀使河流变大、变长，把许多支流连成一片。 水系=主流+支流，水系分布区称流域(如长江流域) 分水岭Dividing crest ：流域与流域之间的高地。 秦 岭-巴颜喀拉山是长江、黄河的分水岭。二侧河流的溯源侵蚀会降低分水岭高度。如果二侧溯源 侵蚀能力相同，分水岭仅降低高度，位置不变；如果溯源 侵蚀能力不同，分水岭向着侵蚀能力弱的一侧迁移。 河流袭夺：由于溯源侵蚀，一条河流将另一条河流上 游的水截夺过来。在二条流向垂直的河流之间最易发生。Section 3 Transportation of river 一流水质点的两种运动方式 1.层流Laminar flow：流体流动时，质点不互相 混合，流动的层与层之间不交错。在水浅、流速慢、河床平滑的河段,可成层流。 2.紊流Turbulent flow：流动层交错，质点互相混合。河流主体表现为紊流运动。 二物质的三种搬运方式Traction,suspension,solution transport 1.拖运(底运): 物质粗大者多在河床底运。当流速变小时很容易发生沉积。 2.悬运:物质较细者,则呈悬浮状态搬运。如粘土。 3.溶运:物质极细者，便呈溶液状态搬运，溶运物主要有Ca、Mg、碳酸盐等。层流（a)与紊流(b)剖面图河床堆积-四川大宁河 三.河流的沉积作用：专指河流范围内的沉积 1.沉积的原因：流速降低、流量减小、搬运物增多（搬运力小于搬运量）。 2.河流沉积物（冲积物Alluvium）的五大特征 (1) 分选性好 长时间稳定的河流水动力，可使各种粒级的物质充分分开 磨圆度好 长距离搬运，使岩块变圆滑。 成层性好 二个周期变化因素：洪水期，粗， 枯水期，细；夏季，颜色淡，冬季，颜色深。 韵律性好 形成递变层理。河流的一次侧向摆动，由下到上可形成：河床沉积（粗）、河漫滩沉积（中）、牛轭湖沉积（细）。 具流水成因的原生构造 冲刷痕,砂丘(Dune,大 的波痕),波痕,交错层,前积层(foreset bed)等四.沉积作用形成的地形 1心滩Channel bar 开阔处流速变小产生 双向环流粗碎屑沉积在河流中部不断淤积 成心滩。心滩在洪水期淹没,枯水期露出水面 。 2江心洲Central bar 心滩扩大则为江心洲 。江心洲的特点是：洲头侵蚀、洲尾沉积、向 下游迁移。一般洪水不会淹没。如移向河边， 则和河漫滩会合。如南京八卦洲,湘江橘子洲 。 3边滩Point bar(点沙坝）:凸岸的堆积体。 洪水期淹没；由单向环流形成。 4河漫滩Flood plain与冲积平原Alluvial plain 边滩加宽、加高，面积加大，形成河漫滩。 洪水期淹没、枯水期露出水面。宽广的河漫滩可形成平原或丘陵地区。 河漫滩的二元结构：下部为河床砂砾沉积；上部为河漫滩泥质粉沙质沉积。 自然堤Dam：洪水溢出河岸,流速骤降,大量 泥沙沉积,形成自然堤。如长江芜湖与安庆间 的自然堤;多为一般年份阻挡洪水的天然屏障 。 冲积平原：河床连续摆动，河漫滩连片扩大 ，形成冲积平原；主要由河流冲积物组成。区别：洪积平原。 5三角洲 Delta: 在河口部位，因流速降低 ，动能减小，形成的大规模沉积体平面上呈三 角形，称之。进一步发展则形成三角洲平原。河漫滩与河床沉积河底砂卵石沉积河曲迁移形成的边滩漫滩粉砂与黏土自然堤侵蚀方向沉积侵蚀 三角洲的形成条件：1有充足的沉积物来 源；2河口处坡度较小，易于沉积（日本东 部不能形成）；3水动力较小，沉积物易于 保存。 三角洲的形态：1鸟嘴状（一条河流入海 者，如长江）；2鸟足状（若干条河流入海 者，如密西西比河）；3扇形（许多条河流 入海着，如黄河）。 唐时扬州位于长江口，是个重要出海港口。唐天宝十二年 （753年），鉴真和尚从这里东渡日本。当时的扬州，地位相 当于今日上海，“舟樯栌比，车谷鳞集”，交通繁忙，手工 业很发达，所产铜镜久负盛名，首饰玉雕制作精湛，造船业 兴旺。现时的上海是公元十世纪才露出海面形成陆地的。元 朝至元二十八年（1219年）才设县，1850年才成为商埠。Section 4 Degradation of river 1.均夷化Gradation：河流削去河底的突起，填平凹 地，达到平衡的过程称之。 2.去均夷化Degradation ：当侵蚀基准面（海平面）下降,陆地上升时,平衡会被破坏，河流就会重新下蚀 ，此过程称为去均夷化。它可形成：1)深切河曲 Incised meander(深切基岩的河流)，2)河流阶地 Terrace。 3. 河流阶地六点特征:1).原谷地残留在新的谷坡之 上;2).形态上具平坦的表面和陡坎,陡坎向河；3).沉 积物为泥、沙、砾；4).可对称也可单侧；5).洪水季 节也不淹没；6).形成多级阶地,底新顶老。4.三级河流阶地 I级Accumulation T: 近河床的堆积阶地（沉积物） ； II级 Basement terrace:基座阶地（沉积物+基岩） ； III级Erosion T: 远河床的侵蚀阶地（全为基岩）。雨花台为浦镇组Np堆积阶地,故雨花石多。第五节 准平原化与地貌演化 1.准平原化Peneplaining：使高山变成平原的地质 作用称之。为河流老年期的标志。 2.夷平面Planation surface:当后期地壳抬升时,海 拔高出平原,河流再下蚀,起伏增大；导致原先被松散 沉积物复盖的平地抬升，形成一系列起伏的山地。 其相邻的平坦山顶位于同一高度,代表当时准平原的 表面,称作夷平面。漓 江 河 床 砾 石河滩漫双层结构-漓江 3.夷平面的年龄：a.保存最老的夷平面不超过140Ma（白垩纪K）; b.越高越老(天山夷平面往往大于2000米高度)。 4河流地貌的三期演化 幼年期地貌：以下蚀为主，形成高山峡谷,V字形河谷. 壮年期地貌：以旁蚀为主，形成宽广的河谷和低山丘陵. 老年期地貌：形成准平原。地表微弱起伏,存在少数孤立残山。如淮北准平原。 第六节 河流发育同地质构造的关系 1.具体的河流与局部构造有关；2.水系型式反应隐 伏的构造；3.区域河流分布与区域构造有关。 本章重点1 概念：河谷横剖面形态要素；侵蚀方式：溶蚀、水冲力、 磨蚀；侵蚀方向：1) 下蚀：取决于流速、水中泥砂量、河床岩石性质及地质构造等；2)旁蚀；3) 塑源侵蚀；三种侵蚀产物；V型河谷；侵蚀基准面；横向环流；截弯取直；河流袭夺；搬运方式（拖运、悬运、溶运）；沉积原因;沉积作用形成的地形；去均夷化及其产物；河流地貌的三期演化。 2 基本特征 河流沉积物（冲积物）的5点特征；三级 河流阶地特征；夷平面特征;河流三角洲沉积特征与形 成条件; 河漫滩的二元结构；河流阶地6点特征；三级 河流阶地特征。