地面流水的地质作用

1、第七章 地面流水的地质作用目的要求地表的矿物、岩石，由于风化作用，可以使其分解、破碎，并被运动介质剥 离原地。因此，剥蚀作用是一种常见的、非常重要的外动力地质作用，是地表物 质迁移的重要动力之一。要求学生们掌握河流、海洋、冰川、地下水等各种剥蚀 作用的基本概念和基本原理，理解外动力地质作用与内动力地质作用的密切关 系。课时：6 学时授课内容一、河流的基本特征二、地面暂时性流水的地质作用三、河流的侵蚀作用四、河流的搬运作用五、河流的沉积作用重点我国大好河山的形成与河流的侵蚀作用密切相关， 中国与邻国很多边界以河 流主航道中线或分水岭划分。 因此，学习河流的地质作用有重要的意义而将其作 为本节的重

2、点。特别是河流的侵蚀作用和河流的沉积作用。难点 各种河流地质作用产物的特征。教学方法 用野外实拍照片，结合多媒体教学及模型进行讲授。讲授重点内容提要一、河流的基本特征 河流的侵蚀作用塑造我国大好河山，并与人类生活、生产、旅游、环境以及 自然灾害的防治和治理密切相关。 中国与邻国的很多边界线以河流主航道中线或 分水岭划分。因此学习河流的侵蚀作用有非常重要的意义。（一）河流的概念 在固定河道中流动的常年性线状流水称为河流。它由主流、支流、水系、主 流域、支流域等要素组成。水系按形状分有：树支状、格子状、放射状、羽毛状、向心状。 根据水文状况河流可分为：常年性河流与间歇性河流。（二）河谷 由流水切割

3、形成的谷地称为河谷。河谷要素包括：1、谷坡：河床两侧的斜坡。2、谷底：谷坡坡麓之间的平坦部分。3、河床：谷底经常被流水占据的部位。河谷形态可分为：“ V”形谷一一谷底很窄，多为河流上游河谷特征“ U ”形谷-谷底较宽，是河流中游河谷特征碟形谷谷底宽缓，是河流下游河谷特征（三）流水的运动方式流水质点的运动方式有两种。 一种是质点呈平行层状， 不互相混合， 流动的 层与层之间界线不交错，称为 层流 （ laminar flow ）；另一种质点以复杂的流 线型式交错，质点相互混合，称为 紊流 （turbulent flow）。河水的流动形式基本都是紊流，只有在流速非常缓慢，或水很浅，河床底平滑时可发

4、生层流。二、地面暂时性流水的地质作用（一）雨蚀与片流的地质作用 雨滴对山坡的冲击和溶蚀的作用称之为雨蚀作用。 有机械的破坏作用和化学 的溶蚀作用。下雨后沿斜坡流动的暂时性面状流水（片流），对山坡冲刷剥蚀的作用（洗 刷作用）。片流的产物就是坡积物（Slopmaterials）,其特征是粒度细、土质松软。 雨蚀与洗刷作用具有垂直侵蚀的倾向， 形成特殊的地貌景观， 如云南元谋土 林、路南石林等景观。（二）洪流的地质作用 下雨后沿沟谷及河道流动的暂时性线状流水， 称之为洪流。 洪流对沟谷的强 烈冲刷的作用常形成 冲沟。（在黄土高原特别突出）洪流地质作用的产物就是 洪积物，其特征是呈扇形堆积（ 洪积扇）

5、，碎屑大 小不一，混杂堆积，分选性、磨圆度较差，层理不发育。三、河流的侵蚀作用河水在流动过程中， 以其自身的动力以及所携带的泥沙对河床的破坏， 使其 加深、加长和加宽等过程称为河流的侵蚀作用。 包括化学溶蚀和机械冲蚀的作用， 但以机械冲蚀作用最为明显，它包含以下两种作用：下蚀作用（ bottom erosion ）河水挟带的碎屑物质对河床底部产生破坏， 使河谷加深的过程称为河流的下蚀作用，亦称底蚀作用。侧蚀作用（ lateral erosion ）河水以自身的动力及挟带的砂石对河床两 侧或谷坡进行破坏的作用称为河流的侧蚀作用，亦称旁蚀作用。根据我国特色，在中国境内河流的侵蚀作用可以通过以下几个

6、部分作以分析：分水岭（源头）附近；上游活动山地中；中游相对稳定山地中；（下 游）平原区；河流入海处。（一）分水岭附近 （源头）的侵蚀作用分水岭（ drainage divide ）流域与流域之间由山体或高地所分开， 水流方向不同， 这种分开相邻流域的 高地称为分水岭。我国长江流域和黄河流域主干水流水体源头部位的分水岭是巴颜喀拉山脉。 而长江流域和黄河流域两大水系的地理分界是秦岭山脉。分水岭以北，所有支 汇集到黄河干流并流入渤海。 分水岭以南，所有支流汇集到长江干流并流入东海。分水岭附近的侵蚀作用主要包括以下两个方面：1、向源侵蚀（up stream erosion）使河流向源头方向加长的作用称

7、河流的向源侵蚀作用。沟头汇集了斜坡上分散的片流，使流水集中，流量和流速增加，比周围斜坡 上片流侵蚀能力大大增强。山高水高，地下水顺坡或沿断层、节理等构造面向沟谷运动，甚至形成滴答 滴答的滴水，它们对源头有一定的侵蚀作用，并有利于在沟头发育泉水，掏蚀岩 石，加速沟头向上坡伸长的进程。随着河流向源头方向伸长，分水岭就逐渐变窄，两侧其高度随之降低。2、河流袭夺（river capture）如果分水岭两侧河流向源侵蚀能力相同，则分水岭高度降低，而其位置不发 生变化。倘若一侧河流的向源侵蚀能力超过另一侧河流， 则分水岭高度降低的同 时，就会伴随其位置向着向源侵蚀能力弱的河流一侧移动（图 5-5 ）。图5

8、-6虎跳峡5-5分水岭迁移向源侵蚀能力强的河流向上坡加长的结果可以交切向源侵蚀能力弱的另一 条河流，将后者上游的河水截夺过来，这种现象称为河流袭夺。袭夺它河的河流称为袭夺河（capturing river） 。被袭夺者称为被夺河（captured river ）。（二）上游活动山地中河流的侵蚀作用上游活动山地中河流的基本特征是：坡度陡，水流急，流速大，河流以下蚀 作用为主。下蚀作用的产物主要有：“ V型谷；急流（湍流）；小型瀑布；局 部侵蚀基准面；河流阶地。由于水力的冲击和飞流溅落与掏蚀，往往会掘 掉瀑布陡壁下部的岩层，使陡壁上面突出状如岩坎 形态的岩层失去支撑而崩落，导致瀑布向上游后退。1

9、“ V型谷或称峡谷（Can yon） 由于坡度陡，水流急，河流产生较强的下蚀作 用，将山谷侵蚀呈“ V型的河谷地貌，这种谷地边 坡陡峻，坡度高达70以上。著名的金沙江虎跳峡江面最窄处仅为 30m最陡 的坡谷可达70 ,峡谷深度达3000m （图5-6 ）。2、急流（torrent ）由于河床坡度大，水流湍急，下蚀作用非常强烈， 往往形成下蚀凹槽（即凹槽式河谷）。3、小瀑布（small waterfall ）活动山地出露的岩石以火成岩（花岗岩、闪长岩、辉长岩等）和变质岩（片岩、片麻岩、花岗质片麻岩、混合岩等）为主，褶 皱强烈，断裂发育，在山区往往形成陡崖地貌。瀑布常在断裂通过的陡崖处出现，或者是

10、因断层两盘的岩性软硬差异，使河床呈阶梯状，流水从高处泻落，尤如匹练下垂，以飞瀑或多个、多级面流瀑布为 主。瀑布一旦形成，下蚀作用更为强烈，面流瀑布对河床有强烈的洗刷侵蚀作用。 在瀑布跌落处，水花四溅，掏蚀下面的岩石，促使上部岩石崩塌。水流下落，定 向击打，在重力作用下可形成深潭。4、 局部侵蚀基准面（local base level of erosion）河流由于地形平缓，流速下降，下蚀作用减弱甚至消失，在其所注入的水体 表面，使河床坡度局部消失，此地即为局部侵蚀基准面。5、河流阶地（river terrace ）因活动山地的上升，下蚀作用增强，使原本的谷底呈阶梯状残留在新的谷坡 上，成为在河

11、谷两坡的阶梯状地形，主要有 3种类型（图5-7）：S 5-7河流阶地示意囹1堆积阶地；II甚座阶地；III侵铀阶地（1）堆积阶地（accumulation terrace ）阶地面和阶地斜坡全由河流沉积物组成， 无基岩暴露。这种阶地在山地边缘 地带出露较多。（2）基座阶地（basement terrace ）阶地下方有基岩裸露，上部残存有河流沉积物，表明河流已切过早先的冲积 物而达于基岩之中。（3）侵蚀阶地（erosion terrace ）阶地斜坡上有基岩裸露，阶地面上仅有零星甚至缺失河流沉积物，呈现河 流侵蚀的痕迹。（三）中游相对稳定山地中河流的侵蚀作用中游相对稳定山地中河流侵蚀既有下蚀作

12、用，又有侧蚀作用。（四）（下游）平原区河流的侵蚀作用河水流出山地之后，地势转为平坦，水面变得开阔，水流相对平稳，与山地 中地貌及其侵蚀作用明显有别。在河水流出山地时往往会形成河漫滩和心滩。在下游平原区形成蛇曲以及“ U型谷和牛轭湖。总之，（下游）平原区河流以侧 蚀作用为主。1、蛇曲（free meander）在平坦宽阔的冲积平原上流动的河流，其弯道的演化自由而充分，形状象蛇摆动一样，这种异常弯曲的河流弯道称为蛇曲，也称为自由河曲。自然界中任何一条河流总有弯曲。当河水流入凹岸而受到阻挡就沿谷底流向 凸岸，因而产生单向环流。在单向环流的作用下，凹岸下部岩石不断受到侵蚀而 被掏空，同时上部岩石也随之

13、崩塌，破坏下来的岩石碎屑被单向环流的底流搬运 到河流的凸岸进行沉积。这种河流侵蚀作用的结果使河床的凹岸不断向谷坡方向 后退，而凸岸不断前伸，河道的曲率逐渐增加而形成蛇曲。2、“ U型谷（“ U type valley ）在凹岸后退、凸岸前伸的同时，由于主流冲击凹岸的点偏向弯顶的下方，所以河弯最大弯曲点的位置也不断向下游移动， 若遇大水时，河谷的凸岸地形不断 被削直，使河谷整体河道变得越来越宽和越来越直，这种宽阔的河道称为“U型谷。最后，河床只在宽阔的谷底迁徒摆动达不到谷坡部位。 所以，蛇曲在“U 型谷内最为发育。3、牛轭湖（oxbow lake）随着河床的摆动，“ U型谷内蛇曲河床相邻两个河弯

14、的距离不断靠近。当 洪水期，河水冲溃两个河弯之间的河岸，从上一个河弯直接流入相邻的下一个河 弯，这种现象称为河流的截弯取直。被遣弃的弯曲河道的两个河口被泥砂堵塞， 演变成象牛轭状湖泊，人们称其为牛轭湖（图 5-13 ）。（五）河流入海处最终侵蚀基准面河流的下蚀作用不断使河谷加深，但这种作用不是无止境的，当河水面与河 流注入的海平面高度一致时，河水不再具有势能，下蚀作用停止。因此，河流入 海处为每一条河流的最终侵蚀基准面。團513t注韋曲黴環番怔的豪审現四、河流的搬运作用（一）河流搬运作用的方式自然界中风化、剥蚀产物被运动介质从一个地方转移到另一个地方的过程称 为搬运作用。因此，它与风化作用、剥

15、蚀作用紧密相伴，是非常重要的外动力地 质作用之一。搬运作用的方式有三种：机械搬运作用；化学搬运作用和生物搬运 作用。河流的搬运作用以前二者最为重要。1、河流的机械搬运作用河流的机械搬运作用是指流水搬运风化、剥蚀所形成碎屑物质的过程，可分 为推移、跃移和悬移三种不同形式（图 6 1）。6-1在水淹中 = W运动状况苏文才.（1） 推移（traction transport）流体在运动过程中，对碎屑物质有一个向前的推力，使其沿介质底面滑动或 滚动，这种搬运方式叫推移。小碎屑物易被推移，大碎屑物难被推移；比重大者 需要大的推力才能移动；球形颗粒易被推移，椭圆形、棱角状碎屑较难被推移。（2） 跃移（s

16、altation transport）在搬运过程中，碎屑物质沿地面呈跳跃方式向前移动的过程叫跃移。一般说 来，细砂、粉砂的搬运方式以跃移为主。颗粒跃起、降落、再跃起、再降落这种 过程反复进行，碎屑颗粒就不断跳跃前进。（3）悬移（supension transport ）即是粘土、粉砂等较小颗粒，由于流水的紊流作用而呈悬浮状态进行搬运。 实验表明，如在清水中撒入粘土和粉砂，它们很快散开，水变浑浊，而且每个颗 粒运动的途径都是不规则的。此外还表明，当颗粒的沉降速度小于平均流速的 8%或流水的平均流速大于颗粒沉降速度的 12倍以上时，颗粒就能成为自由悬浮 状态。粉砂和粘土在流水中因紊流运动，一般都保

17、持着悬浮状态，只有当紊流停 止时，它们才能沉落下来。（二）河流的化学搬运作用母岩经过化学风化、剥蚀作用的产物（溶解物质）呈胶体溶液或真溶液形式 被搬运称化学搬运作用。可分两类：胶体溶液搬运和真溶液搬运。1、胶体溶液搬运胶体溶液的性质介于悬浮液和真溶液之间，质点常带电荷。当胶体具有相同符号的电荷时，因排斥力而避免颗粒聚集，而有利于搬运；反之，则不利于搬运。2、真溶液搬运即易溶岩石及矿物成分溶解于河水，以离子状态进行搬运。每立升河水中溶 解的盐类物质约为150 300mg其中以钙、镁的碳酸盐最多，达盐类总量的7%左右，而钾、钠的氯化物较少。在沙漠地区河流中NaCI及CaSO的含量显著增高。可溶物质

18、的搬运，与溶解度、水介质的 PH值、Eh值、温度、压力及CO含 量等一系列因素有关。（三）、搬运过程中碎屑物质的变化碎屑物质在长距离搬运过程中，由于颗粒间的碰撞和摩擦，流体对颗粒的分 选作用等，主要发生以下三个方面的变化。1、矿物成分的变化主要指不稳定矿物如长石等会逐渐减少，而稳定矿物如石英等含量相对增 加。2、粒度和分选性的变化粒度指碎屑颗粒的大小。分选性指颗粒大小趋向均一的粒度。 如同过筛子一 样，经过筛子的均比较小，且比较均一，分选性较好；筛子上面的既有大颗粒， 又有小颗粒，分选性就比较差（图 63）。因此，搬运距离远的物质，分选性相对较好；而搬运距离近的物质，分选性 要差。另外，风积物

19、分选性较好，而冰磧物分选就差。3、圆度和球度的变化圆度指碎屑颗粒在搬运过程中，棱角磨损而接近圆形的程度（图64）。球度则是碎屑颗粒接近球形的程度。随着搬运距离的增长，圆度和球度一般是愈 来愈高。另外，硬度低的易于磨圆，粒状矿物易于磨圆；推移、跃移易使颗粒圆 化，而悬移难使颗粒圆化，载移则不能使颗粒圆化。A1图6-4碎屑颗粒的圆度示意图五、河流的沉积作用（一）冲积物的特征河流沉积的物质称为冲积物（alluvium ）。冲积物都是在流动的水体中以机 械方式沉积的碎屑物。因而具有下列基本特征：1、分选性较好这是由于流水搬运能力的变化比较有规律。 在一定强度的水动力状况下，只 能有一定的碎屑物质沉积下

20、来。如近河床主流线的沉积物粗，远离主流线沉积物 细。然而，就某种特定条件下的沉积物本身来说，则是比较均一的。2、磨圆度较好较粗的碎屑物质，在搬运过程中相互之间以及碎屑物与河底之间不断摩擦， 变圆滑。如河床中的卵石，常常是相当圆滑的。3、成层性较清楚这是由于河流的沉积作用具有规律性变化。 如因河床侧向迁移， 同一地点在 不同时期所处的部位在变化， 接受的沉积物的特征也就不一样。 此外，就同一地 点而言，洪水期沉积物粗而且数量多， 枯水期的沉积物细而且数量少； 夏季沉积 物颜色较淡， 冬季沉积物颜色较深， 不同时期沉积物的成分也会有差别等等， 因 而在沉积物剖面上表现了成层现象。4、韵律性特征类似

21、的两种或两种以上的沉积物在剖面上有规律的交替重复出现， 称为 韵律性( rhythmicity )或旋回性( cyclicity )，每一次重复就形成一个韵律 (rhythm )。河流沉积常具有韵律性。 如一个完整的韵律可以包括下部的河床沉 积( stream bed deposit )、中部的河漫滩沉积( flood basin deposit )及上 部的牛轭湖沉积( oxbowlake deposit )。这样一个韵律代表了河床在一次侧向 摆动时逐次沉积的产物。如河床反复进行侧向摆动，就可以形成若干个韵律。5、具有流水成因的沉积构造河流沉积物中常见有特征性的波痕、 砂丘(dune)以及交

22、错层理等原生构造。(二) 沉积的主要类型1、心滩( channel bar )河道宽窄不一， 流水从窄束段流入开阔段时， 流速减小， 致使较粗碎屑在河 底中部淤积，最初形成雏形心滩。雏形心滩很不稳定，可因后来的冲刷而消失。 由于雏形心滩存在，过水断面缩小，水流速度增大，并促使主流线偏向两岸，从 而使两岸冲刷后退，产生环流( circulation )。这时表层水流由中间向两岸流 动，底层水流从两侧向中间流动，形成两股环流，促进河床中部沉积的发生。流 水携带的碎屑沿雏形心滩周围和顶部不断淤积， 使之不断扩大和淤高， 转变成心 滩。心滩在洪水期被淹没， 在枯水期露出。 如心滩因大量沉积物堆积而高出

23、水面， 则转变成江心洲( central bar )。江心洲仅在特大洪水时才有可能被淹没。2、边滩与河漫滩( 1)边滩( point bar ) 即点砂坝。它是单向环流将凹岸掏蚀的物质带到凸岸沉积形成小规模沉积体，仅在洪水期被淹没。( 2)河漫滩( flood plain)是边滩变宽、 加高且面积增大的产物。 河漫滩在洪水泛滥时被淹没， 在枯水 期露出水面。 在丘陵和平原区谷底开阔， 可以形成宽广的河漫滩， 其宽度由数米 到数十公里以上， 可以大大超过河流本身的宽度。 当洪水在滩面漫溢时， 水流分 散，流速降低， 加上滩面生长的植物阻碍着洪水的流动， 使泥质和粉砂等较细物 质在河漫滩上沉积下来， 这种沉积物称为河漫滩沉积物 ( flood plain deposit )。 在河漫滩沉积物之下， 常出现砂和砾石等较粗的沉积物， 它们是早先在河底及边 滩中沉积的河床沉积物， 是河床曾在谷底上迁移的遗迹。 河漫滩沉积物和下面的 河床沉积物一起构成了 河漫滩二元结构 (图 65)。由于河床往返摆动， 河漫滩不断发展扩大， 相邻的河漫滩连成一片， 从而形 成广阔的冲积平原( alluvial pl