大学地理-地貌学-第二章-坡地地貌

第二章坡地地貌•坡地上的岩块或土体在重力和流水作用下发生崩塌、滑动或蠕动形成的地貌，称为坡地地貌，或称重力地貌。•坡地地貌的形成与发展大致可分成两个阶段，一是坡地物质风化和岩石破裂并具备大量松散物质；二是坡地上的不稳定块体或风化碎屑在重力和流水作用下，发生迁移而形成各种坡地地貌）。第一节风化作用•风化作用(weathering)：暴露地表的岩石受太阳辐射、温度变化、水和生物的作用，发生破碎和分解，形成各种岩屑、砂粒和粘土，这种作用称为风化作用。•风化作用可以分为物理风化、化学风化和生物风化。一、风化作用的类型•物理风化physicalweathering,mechanicalweathering•化学风化chemicalweathering•生物风化biologicalweathering（一）物理风化•概念：地表岩石由于温度变化和孔隙中水的冻融以及岩类的结晶而产生的机械崩解过程。它使岩石的孔隙度和表面积增大。这种只引起物理性质变化的风化作用为物理风化或机械风化。•物理风化的类型•热力风化Thermalstressweathering,Insolationweathering•冻融风化Frostweathering•盐风化Salt-crystalgrowth,Saltweathering,Haloclasty•热力风化：岩石是热的不良导体一，季节变化和昼夜变化引起的温度变化时，岩石表层热胀冷缩，不同深度，这种胀缩程度不同，因而使岩石产生剥落。•岩石不同矿物因颗粒大小，颜色深浅和晶体结不同，膨胀系数也不一样，温度变化时，各矿物之间分裂、分散形成砂粒。•冻融风化：岩石孔隙中的水分在温度降低到0℃时结冰，体积膨胀，对围岩产生强大的压力，使岩石破碎。冰劈作用冰劈作用盐风化•由于盐类的结晶和体积更大的新盐类的形成对围岩施加压力造成的岩石破坏作用称为盐风化。•另一类重要的盐风化是盐的结晶。当岩石孔隙和裂隙中的水溶液被蒸发时，盐类会逐渐达到饱和，盐类就会结晶析出，使体积增大。盐类结晶就会对其围岩产生膨胀压力，使裂隙扩大加深，最后使岩石破裂（二）化学风化•岩石在水、水溶液和空气中与二氧化碳等的作用下所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等系列复杂的化学变化。这种引起岩石的成分和性质变化的风化作用称为化学风化。化学风化•1．水化作用•2．水解作用•3．碳酸化作用•4．氧化过程•5．溶解作用碳酸盐化作用（三）生物风化•概念：是指生物在其生长和分解过程中，直接或间接地对岩石矿物所起的物理的和化学的风化作用。•生物的物理风化：生长在岩石裂隙中的植物根系对围岩产生的压力。根劈作用根劈作用•生物的化学风化，是指生物代谢过程中分泌的各种化合物和微生物对岩石的破坏作用。–地衣等低等生物–铁、硫，硝化、反硝化细菌–生物呼吸增加CO2的浓度，物理风化与化学风化的关系•岩石的风化，实质上只有物理风化和化学风化两种类型。•物理风化作用，加大岩石的空隙度，使岩石获得较好的通透性，这样就更利于水、气体和微生物的侵入。岩石崩解为较小的颗粒，使表面积增加，更有利于化学风化作用的进行。•物理风化是化学风化的前驱和必要准备。•这里5.9•化学风化在改变岩石化学成分和性质的同时，也在改变其物理性质。一般说来，物理风化只能使颗粒破碎到一定的粒径，大致0.02mm是其破碎粒径的下限。然而化学风化却能使岩石破碎到更小的粒径，直到胶体溶液和真溶液。从某种意义上说，化学风化使物理风化的继续和深入。物理风化与化学风化的关系二、主要造岩矿物的风化及其产物•石英（quartz）：主要的造岩矿物，在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。狮身人面像能保留（4000多年）原因何在？三、影响风化作用的因素•气候因素：主要通过温度和降水的变化来实现。在昼夜温差大的地区有利于物理风化作用的进行。•温度变化的频率比温度变化的辐度更为重要。•降水量大小在化学风化中具有非常重要的作用。•地形因素：地形起伏、切割程度影响风化的强度、深度和保存风化物的厚度及分布情况•地质因素：岩石的矿物组成、结构和构造直接影响风化的速度、深度和阶段。深色矿物比浅色矿物易风化；多种矿物组成的岩石比单矿物岩石易风化；粒度相差大的和有斑晶的比均粒的岩石易风化；有断裂、裂隙、节理的岩石易风化三、影响风化作用的因素差异风化，differentialweatheringNotethatnotalltherocklayers(strata)intheoutcropstandupequallywelltoweathering.Inthespaceoflessthan25years,youcanseeamarkeddifferencebetweentheweatheringstylesofshale(markedwitharrows)andsandstone.Theshaleismuchlessstable,andiseasiertoerodeaway.Asaresult,theshalelayersarerecessedintothefaceoftheoutcrop.Thesandstonelayersareenrichedinthemineralquartz,whichisverystableatEarth-surfaceconditions.Thequartz-richsandstoneisthereforemoreresistanttoerosion.Becauseitistougher,itstandsoutinhighreliefonthefaceoftheoutcrop.四、风化壳Weatheringcrust岩石经风化后，部分物质和元素被迁移后残留在原地的松散堆积物称残积物。由残积物组成的风化岩石的表层称为风化壳。风化壳上部具有一定肥力和发生结构的疏松土层称为土壤。1.风化壳的基本特征风化壳空间上分布呈不连续性，厚度差异也很大，厚者可达100~200m，薄者不足1m；岩性特征：岩性决定于下伏基岩粒度特征：物质大小混质，分选性极差结构特征：分层发育和保存均较好的风化壳，可以划分强度风化，中度风化和微风化三个层带。风化带中的元素迁移能力•最易转移元素：Cl，Br，I，S•易转移元素：Na，K，Ca，Mg•可转移元素：：Mn，Si（硅酸盐），P，Cu•略可转移元素：Fe，Al，Ti，•基本不转移元素：Si（石英）2.风化壳基本类型及其分布（1）热带，亚热带地区－－富铝型酸性和硅铝铁酸性风化壳（高度化学风化）（2）温带森林带－－硅铝粘土型弱酸性风化壳（中度化学风化）（3）半湿润半干旱森林草原－－碳酸盐型中性至微碱性风化壳（轻中度化学风化）（4）干旱区－－碱性风化壳（以物理风化为主，化学风化很弱）（5）高寒区与极旱荒漠区－－残积粗岩屑型第二节崩塌(fall)•一、崩塌作用方式•概念：陡坡上的岩体、土体、块石或碎屑层，重力作用下，突然发生急剧的快速下移，在坡角形成倒石堆或岩屑堆，这种现象称为崩塌•斜坡上的大块岩（土）体，由于地下水和地表水的影响，在重力作用下，沿着滑动面整体向下滑动，称为滑坡。•崩塌的特征：•速度快•一般为5——200m/s）•规模差异大。（1m3——108）•按发生的地貌部位和崩塌方式又可分为山崩、塌岸和散落。•山崩(Sturzstroms,debrisavalanches)是山岳地区常发生的一种大规模崩塌现象，•河岸、湖岸（库岸）或海岸的陡坡，由于河水、湖水或海水的冲蚀，或地下水的潜蚀作用以及冰冻作用，在岸坡的水面位置常被掏空，使岸坡上部物体失去支持而发生崩塌，称为坍岸(topple)。•散落(Rockfalls)是岩屑沿斜坡向下作滚动或跳跃式地连续运动。其特点是散落的岩屑连续地撞击斜坡坡面，二、崩塌的分类•崩塌的分类可按不同的原则来考虑：•根据坡地的物质组成分类，•（1）崩积物崩塌。（2）表层风化物崩塌。•（3）沉积物崩塌（4）基岩崩塌•根据崩塌的移动形式分类。•（1）散落型崩塌（2）滑动型崩塌•（3）流动型崩塌三、崩塌形成的条件•地形条件包括坡度和坡地相对高度。•坡度对崩塌的影响最为明显，斜坡上的物体，它的重力切向分力和垂向分力是随着山坡坡度大小而变化的。当山坡坡度达到一定角度时岩屑重力的切向分力能够克服摩擦阻力而向下移动。一般大于33°的山坡不论岩屑大小，都将有可能发生移动。•坡地的相对高度和崩塌的规模有关，当坡地相对高度超过50m时，就可能出现大型崩塌。某地崩塌与斜坡坡度和高度关系统计三、崩塌形成的条件•地质条件：•岩石中的节理、断层、地层产状和岩性等都对崩塌有直接影响。在节理和断层发育的山坡上，岩石破碎，很易发生崩塌。当地层倾向和山坡坡向一致，常沿地层层面发生崩塌。•软硬岩性的地层呈互层时，较软岩层易受风化，形成凹坡，坚硬岩层形成陡壁或突出成悬崖，也易发生崩塌三、崩塌形成的条件•3．气候条件气候可使岩石风化破碎，加快坡地崩塌形成的时间。在日温差和年温差较大的干旱半干旱地区，物理风化作用较强，较短时间内岩石就会风化破碎。三、崩塌形成的条件•暴雨、强烈的融冰化雪•很多崩塌都发生在暴雨时或暴雨后。暴雨增加了岩体和土体负荷，破坏了岩体和土体的结构。软化了粘土层，便上覆岩体和土体失去支持。三、崩塌形成的条件•4．地震因素•地震是崩塌的触发因素。地震时，能形成数量多而规模很大的崩塌体。•例如1920年宁夏海原8.5级地震，仅在极震区就有650多处发生大规模的崩塌（其中有一部分是滑坡），地震形成的崩塌分布在上万平方公里范围内，大规模的崩塌常形成天然堤坝，阻塞河流而成湖泊，仅西吉县境内这次地震造成的崩塌就形成41个堰塞湖，至今尚存27个。三、崩塌形成的条件•人为活动•在山区进行各种工程建设时，人工过分开挖边坡，改变斜坡外形，常使山坡平衡遭到破坏而发生大规模崩塌。•另外，任意砍伐森林和在陡坡上开垦荒地也常引起崩塌。四、崩塌堆积地貌•沿斜坡崩塌的物体在坡度较平缓的坡麓地带，堆积成锥形体，称倒石堆（岩屑堆）talus。•倒石堆的特点：•规模不等，结构松散，杂乱、多孔隙、大小混杂无层理，坡度接近自然休止角基坡自然休止角（criticalangleofrepose）：休止角是无粘性土在松散状态堆积时其坡面与水平面所形成的最大倾角。•倒石堆的发育阶段•正在发展中的倒石堆：陡峻，新鲜断裂面，坡度陡。•趋于稳定的倒石堆：较和缓的轮廓，岩块风化，呈上陡下缓的凹形坡，表面碎屑有一定固结。•稳定的倒石堆：坡面和缓，呈下凹形，结构紧密，部分胶结，生长植被。•在山区经常发生崩塌，使村庄、道路和渠道常受破坏，因而需查明倒石堆可能发生地段。如果组成倒石堆的岩屑是大块碎石，而且山坡很陡，说明崩塌盛行，倒石堆正在发育，修筑道路或渠道时，须将山坡上的风化岩屑清除或固定，村舍应尽量避开；如果倒石堆表面大多为细小岩屑，并有植物生长，甚至发育了土壤，而且山坡也较平缓（小于30°），说明倒石堆不再发育，山坡停止崩塌，对道路和渠道已无危害。第三节滑坡•斜坡上的大量土体、岩体或其他碎屑堆积物，主要在重力和水的作用下，沿一定的滑动面做整体下滑的现象，称为滑坡。Landslide,Slip,Slump一、滑坡体的运动•假定斜坡上块体沿以O为中心，R为半径的圆弧ABEC滑动（图2-6），通过O作垂线OE，将滑坡体分为两部分：右边是滑坡体的滑动部分，又称主动部分；左边为滑坡体的随动部分，又称被动部分。•如主动部分作用力增大或被动部分作用力减小，将使滑坡体失去平衡而发生滑坡。反之，如被动部分加大或主动部分作用减小，滑坡稳定性增强，不易发生滑动。二、影响滑坡的各种因素•1．地下水•地下水可使土（岩）体发生复杂的物理化学过程而失去稳定，产生滑坡。例如:•（1）土（岩）体颗粒间的孔隙水将降低细颗粒间的吸附力；•（2）地下水能溶解土体中的胶结物，如黄土中的碳酸钙，使土体失去粘结力；•（3）饱含水分的土（岩）体，增加土体单位体积的重量，因而加大平行滑动面的重力分力；•（4）地下水流动产生的动能可使土体发生滑动；•（5）地下水沿