第11章-河流及其地质作用

第十一章第十一章河流及其地质作用河流及其地质作用Chapter11TheRiverandItsGeologicalAction南京大学地球科学与工程学院舒良树制作普通地质学(PhysicalGeology)◆河流养育了人类,提供了交通渠道,人类生存和发展离不开它。古人沿河而居，河流孕育人类文明。◆南方多水而北方和西部严重缺水。国家开启南水北调重大工程。争夺水源，可以酿成战争。◆洪灾与干旱均严重威胁着人类的生存，影响人类的生活质量。一、有关术语(terms)1.河流:地表上具经常性流水的线形凹地。2.河流形成过程:片流(sheetflow)→洪流(floodcurrent）→河流（river)◆◆片流:降水沿地表斜坡自然流动,是无固定流向的流水。◆◆洪流:沿地表沟槽季节性、快速、定向流动的水体。它从源头朝下方侵蚀,使沟加深拓宽伸长。无雨则干涸。◆◆洪流产物：洪积物(diluvium)（季节性堆积，分选、磨圆均差）→洪积扇(diluvialfan)（沟口颗粒粗、开阔带颗粒细）→若干洪积扇连成一片则成洪积平原(diluvialplain)(包头坐落于洪积平原上)。第一节河流概述Section1IntroductionofTheRiver串串珠珠状状的的洪洪积积扇扇◆◆河流：河谷中源源不断之水流。◆◆河谷要素横剖面（下图）◆◆按横剖面形态可分“V”形谷、“U”形谷、碟形谷三类。河河床床谷谷底底坡坡麓麓谷谷坡坡谷缘谷缘河谷要素横剖面二、河流的动能E=1/2QV2E为动能；Q为流量(discharge)；V为流速(flowvelocity)。1.影响流速三因素：坡度、滚石负荷状况、河床宽度（河宽，水体与河床的接触面大，则流速小）。2.影响流量三因素：w(width)，d(depth)，v(velocity)◆同一河流，上游坡陡，动能大;下游虽水量大，但流速小，动能可能反而小。故下游一般不建水电站。◆动能大，搬运力就大。搬运力搬运量，则河流侵蚀；搬运力小于搬运量，则河流沉积。常年干枯的新疆乌什县流沙河舒良树摄，2005雅鲁藏布江大拐弯三峡一、侵蚀作用三方式：带岩块水体的磨蚀、水力冲蚀、河水对矿物岩石的溶蚀。二、侵蚀作用三方向:下蚀、旁蚀、溯源侵蚀。1.下蚀(bottomerosion):河流对河床的垂向侵蚀。其结果是使河床加深、河床与两岸的高差加大。a.侵蚀基准面:即海平面。入海河流的下蚀不会低于海平面。b.局部侵蚀基准面:即湖面。为入湖河流的侵蚀基准面。c.河流的纵剖面:从源头到河口,河流纵剖面呈线状展布;其曲线总体下凹,起伏形态受岩性和构造的控制。长江的重庆-宜昌-九江-南京-南通段，宜昌以上为侵蚀区,以下为沉积区。d.河流的均夷化(graded):削去河道中突出部位、填平凹坑的作用。条件：长时间无地壳运动、海平面和气候变化不大。第二节河流的侵蚀作用Section2ErosionofRiver河水流趟剖面河流平衡剖面海洋海洋湖泊湖泊e.河流的平衡剖面：均夷化后的河流纵剖面就是一条平滑的曲线，称河流的平衡剖面。◆急流(torrent)：河床坡度大，水流湍急的河流。◆瀑布(waterfall)：发生在断崖、悬谷的急降河流。◆瀑布后退：由于水位落差大、动能大,使下部岩石掏空,上部岩石崩塌，瀑布朝河流上游移位。著名实例：贵州黄果树瀑布落差75m，我国最大；黄河壶口瀑布，每年后退5cm；纽约州西部、美加边界的尼亚加拉（Niagara）瀑布,宽900m,落差57m,3万年中后退了10.4km,每年30cm。急急流（新疆玛纳斯河）流（新疆玛纳斯河）舒良树摄舒良树摄,2003,2003黄河龙羊峡峡谷黄河龙羊峡峡谷金沙江虎跳峡金沙江虎跳峡美加边界Niagara大瀑布岩层软硬相间与落差形成瀑布、瀑布后退与急流示意图2.旁蚀（侧蚀）(lateralerosion):河流对河床两侧及谷坡的侧向侵蚀。其结果是使河床和谷底加宽。动力学原因:弯道离心力与科里奥利力（地球偏转力）（Coriolis’force,又称DeflectingforceofEarthrotation)。（1)弯道离心力(curvingcentrifugalforce)：河流开始是直的，当其遇到河流中心障碍物时，水流将改变方向，绕其前行，河道变弯。此时，流水在河弯部位受惯性作用影响，会产生离心力。◆◆若离心力作用于河流的凹岸，会使流速最大的主流线偏向凹岸，致使凹岸的水面涨高、凸岸水面降低,形成横向水位差→形成凹岸高位水流向凸岸流动（回水）、凸岸底流水向凹岸流动的横向弯道环流：单向环流。弯道横向环流形成的图解弯道横向环流形成的图解◆◆如河中央有障碍物，则会形成以障碍物为核心的双向环流向环流。◆◆弯道离心力和横向力的联合作用，将造成凹岸侵蚀、凸岸堆积（凹岸物质随回水朝凸岸搬运,因能量减弱而沉积,形成点沙坝）。◆◆港口不能建在凸岸！南京长江北岸为凹岸。侵蚀坑主流线偏向凹岸点沙坝凹岸凸岸曲流河结构平面图曲流河结构平面图（2）科里奥利力（地球旋转力）：北半球，科氏力作用于河流前进方向的右岸；南半球，它作用于河流前进方向的左岸。◆离心力、科氏力与旁蚀作用的关系。(3)河床的变化:凹岸的垂直下蚀、侧向旁蚀，将使河流弯道向下游迁移，成为蛇形河。◆◆自由河曲：平原上弯道可以自由发展的河流。其结果是使河流长度增加、坡度降低、流速降低。◆◆截弯取直：洪水期间，截弯取直，废弃的河道水遂变成牛轭湖（OxbowLake）。◆◆我国曲流最发育的地方：湖北石首-湖南岳阳。直线才87km，河长却240km！经常发生截弯取直。如：1910年,形成尺八口牛轭湖；1970年形成六合垸牛轭湖，20km截弯成1km！◆◆截弯取直会形成诸多“月牙湖”（NewMoonLake)，如安庆大龙山“月牙湖”。颇具诗情画意。塔里木河的河曲河曲3.溯源侵蚀(retrogressiveerosion):由下切侵蚀引起的一种使河流朝源头加长的侵蚀作用。特点如下：◆◆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。◆◆溯蚀、下蚀总是相伴而生，下蚀必导致溯蚀。◆◆若河口处的侵蚀面发生下降,也会发生溯源侵蚀。◆◆能把沟头上方的许多支流连成一片,使河流变大、变长。◆◆流域：水系分布区。水系=主流+支流。如长江流域、黄河流域等。◆◆分水岭(dividingcrest)：水系与水系之间的高地；所有支流汇入主河流。巴颜喀拉山-秦岭是长江、黄河的分水岭。两侧河流的溯源侵蚀会使分水岭变窄，高度降低。若两侧溯源侵蚀能力相同,分水岭仅降低高度,位置不变；若两侧溯源侵蚀能力不同,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。它最容易发生在两条流向垂直的河流之间。三种搬运方式(traction,suspension,solution)1.拖运(底运):物质粗大者多在河床底部被滚动搬运、跳跃搬运。当流速变小时很容易发生停顿而沉积。2.悬运:物质较细者,则呈悬浮状态搬运。混浊河水如黄河最典型。3.溶运:物质极细者,便呈溶液状态搬运,主要有Ca,Mg,碳酸盐等。第三节河流的搬运作用Section3TransportationofRiver河流底运-堆积的砾石河床---新疆阿拉沟舒良树摄，2012钙华台（广西鹿寨响水河）贵贵州州北北盘盘江江瀑瀑布（钙布（钙华）华）河流的沉积作用:专指河流所经范围内的沉积。一、沉积的原因：流速降低、水流量减小、搬运物增多。前二者指示搬运能力降低，第三者指示搬运力小于搬运量。二、河流沉积物（冲积物(alluvium)）的五点特征◆◆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◆◆磨圆度好磨圆度好长距离搬运与磨蚀，使岩石碎屑变得很圆滑。◆◆成层性好成层性好夏季洪水期，色淡，物质丰富，颗粒粗；冬季枯水期，色深，物质匮乏，颗粒细。◆◆韵律性好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：河床相(粗)、漫滩相(中)、牛轭湖相(细)的沉积。◆◆河流原生构造发育河流原生构造发育冲刷痕、波痕、交错层（示单向或往返流向）、砂丘(dune波高达数厘米)、前积层(foresetbed)等。第四节河流的沉积作用Section4DepositionofRiver沉沉积积构构造造与与水水流流流流向向前积层水槽实验结果新疆拜城三叠系交错层理新疆拜城三叠系交错层理舒良树摄，2005三、沉积作用形成的地形1.边滩(点沙坝）(pointbar):凸岸的堆积体。洪水期淹没。由上层河水从凹岸朝凸岸的单向环流搬运、沉积而成。2.心滩(channelbar):开阔处流速变小→障碍物导致双向环流→碎屑物集中在河流中部沉积→不断淤积形成心滩。心滩在洪水期淹没,枯水期露出水面。3.江心洲(centralbar):心滩扩大则为江心洲。特点：洲头侵蚀,洲尾沉积,向下游迁移,一般汛期不会淹没。如移向河边，则和河漫滩会合。如南京八卦洲,湘江橘子洲。4.河漫滩(floodplain)◆◆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。◆◆河漫滩具有二元结构：上部为河漫滩泥质粉沙质沉积，下部为河床砂砾沉积。5.5.自然堤自然堤(dam)：洪水溢出河岸,流速骤降,大量泥沙沉积,形成自然堤。成为阻挡一般洪水的天然屏障。如长江芜湖与安庆间的自然堤。6.6.冲积平原冲积平原((alluvialplain)：：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。与洪积平原的区别：河流与洪流。河流与河谷沉积物剖面图河滩漫双层结构-漓江7．三角洲(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。◆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，是个繁华的出海港口。现在的上海是公元10世纪才露出海面形成陆地的。元朝1219年设县，1850年才成为商埠。俄罗斯圣彼得堡芬兰湾三角洲俄罗斯圣彼得堡芬兰湾三角洲那瓦河那瓦河芬芬兰兰湾湾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。2.去均夷化(degradation)：当陆地上升，侵蚀基准面（海平面）下降时,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：深切基岩的河曲与河流阶地。3.三类河流阶地(terrace)堆积阶地(accumulationterrace):近河床,全部由沉积物组成；基座阶地(basementterrace):斜坡上基岩裸露,阶地面上零星沉积；侵蚀阶地(erosionterrace):远离河床,全由基岩组成的平台。南京雨花台为浦镇组Np的堆积阶地,故砾石（雨花石）很多。第五节河流的均夷化与去均夷化Section5GradationandDegradationofRiver4.河流阶地六点特征(1)原河谷残留在新的谷坡之上;(2)具平坦的表面和陡坎,陡坎向河倾斜；(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。河流堆积阶地（新疆拜城，河床已干枯）舒良树摄，20029万年来形成的多级阶地（吐鲁番火焰山）舒良树摄，2006第六节河流发育与地质构造的关系Section6TheRelationshipofRiverDevelopmentandGeologicalStructure（1）河流区域性分布及总体流向常受区域性地质构造制约。（2）河谷的位置与取向受局部性地质构造控制。（3）水系的型式，反映区域性地质构造的特征。（a）树枝状书系；（b）树枝状水系；（c）角状水系；（d）格子状水系；（e）环状水系；（f）放射状水系。1.准平原化(peneplaining):使高山变成平原的地质