同济考研12-2河流地质作用

第九章河流及其地质作用（2）Streams9·4河流的搬运作用9·4·1流水搬运物质方式9·4·2河流搬运能力9·5河流的沉积9·5·1沉积作用发生的原因及其沉积场所9·5·2冲积物的特征9·5·3河流的沉积类型9·6河流的去均夷化作用9·6·1深切河曲9·6·2河流阶地9·7构造运动对河流地质作用的影响9·8准平原

河流及其地质作用（2）9·4河流的搬运作用9·4·1流水搬运物质方式河流对剥蚀产物的搬运形式有三类：拖运、悬运和溶运。机械风化作用剥蚀下来的碎屑物质在流水中呈拖运和悬运方式搬运，故拖运和悬运又统称为机械搬运。化学风化作用溶解在水中的物质的搬运方式，称溶运，又称化学搬运。1，拖运较粗大的砂、砾碎屑物，以滚动、滑动、跳跃的形式在河床底被流水拖带着搬运，故称拖运，又称牵引搬运（tractiontransport)。拖运中又有滚动和跳跃两种方式。（1）滚动重的或大的碎屑物，水流动能只能推着它贴着地面向前翻滚或滑动的搬运方式，称滚动。（2）跳跃当水的动能与碎屑物的重力相当时，由于碎屑颗粒间相互碰撞产生的上举力，以及紊流的蜗旋作用产生的上举力，使碎屑颗粒短暂上浮，并被水流带着前进后，再下落，呈跳跃式前进的搬运方式，称跳跃。滚动跳跃2，悬运（suspensiontransport)细小的粉砂、泥碎屑物，呈悬浮状态在流水中被搬运，故称悬运。3，溶运（solutiontransport)溶运有真溶液搬运和胶体搬运两种形式。岩石和矿物中的易溶组分，以离子状态进行搬运，称真溶液搬运，主要是K、Na、Ca、Mg的离子及酸根离子。

岩石和矿物中的SiO2、腐殖质及有机酸，以分子，即胶体状态进行搬运，称胶体搬运。在一般情况下，粒径大于0.5mm的砾和粗砂在河床底滚动着搬运；粒径为0.5－0.05mm的中－细砂在河床底跳跃式搬运；粒径小于0.05mm的粉砂－泥在河水中呈悬浮状态搬运。9·4·2河流搬运能力1，河流的溶运能力在常年有流水的河流中的溶解量一般都达不到饱和，在河流的化学搬运途中，不管河流流速发生多大的变化，都很难发生溶运物的沉淀，因此河流的溶运能力与流速无关。河流的溶运力主要取决于流量与河水的性质，以及流域内的气候和岩石的性质。因此，各河流的溶运量很不一致。据1958年测定的溶运量资料：长江17790万吨/a；黄河2018万吨/a；黑龙江362万吨/a；钱塘江210万吨/a2，河流的机械搬运能力河流能够搬运多大粒径碎屑的能力，就是河流的机械搬运能力。河流的机械搬运能力都受河流流量、尤其是受流速的控制。流量增加，可使机械搬运量增加，但搬运物的粒径未必能够增加；流速的增加，不单使搬运物数量增加，而且搬运物的粒径或重量大增。据实验，被搬运物的颗粒重量与起动它的水流流速的4-6次方成正比，M＝CV4－6(C为系数，不同的河流其数值不同）。

球形砾石的重量与起动它的水流流速的6次方成正比；扁平、呈叠瓦状排列的砾石，其重量与起动它的水流流速的4次方成正比。（2）河流的机械搬运量除与流量、流速有关外，还与流域的自然地理及地质条件有关。岩石松散、颗粒微小，气候干燥、地面缺少植被保护的地区，进入河流的泥沙多，河流的机械搬运量就较大；反之进入河流的泥沙少，河流的机械搬运量就较小。例如：黄河中游（包头－陕县），为黄土覆盖区，气候干燥、植被少，进入黄河的泥沙量很大，而包头以上黄河的含沙量并不大。河流能够搬运碎屑物质的最大量称为搬运量（3）河流的机械搬运能力与水流动力特征有关。促使河流中碎屑颗粒运动的力有：①流水对颗粒的冲力；②紊流产生的上举力；③近底部水流上下流速差异产生的上举力；④颗粒的重力在斜坡上的水平分力。当上举力大于颗粒的重量时，颗粒悬浮在水中悬运，呈悬运方式的物质，称悬移质；当上举力小于颗粒的重量时，颗粒被流水的冲力和颗粒的水平分力推动或拖动，而在河床底滚动或滑动，这些物质，称推移质或牵引质；介于上述两者间时，上举力大小脉动，颗粒时而浮起，时而落下，这些呈跳跃式搬运的物质，称跃移质。因此，当水动力大时，粗砂砾可成为跃移质或悬移质；而水动力小时，粗砂砾只能是推移质，甚至不动。河流的机械搬运能力随水动力的大小而变化。9·5河流的沉积当河流的流量、流速减小时，河流的搬运能力降低；或者入河碎屑物增加到超过了河流所能搬运的限度时，就会发生沉积。河流中溶运的物质一般很难达到饱和，因此河流一般不发生化学沉积作用；河流中的生物堆积量也很少，并常被冲走，不易保存。9·5·1沉积作用发生的原因及其沉积场所河流发生沉积作用的原因主要有三：1，流速突降，导致搬运能力减弱，从而使所携带的粗、重碎屑物迅速发生沉积发生流速突降的时间和地点有：①河流入海、入湖或支流入主流时，河水的运动受阻，流速突降。②河流出山区，河道由陡变缓、由窄变宽，河水位能降低，并向前散射，流速突降。③河道决口处时，突然由窄变宽，水流散射，流速骤降。

因此，河流出山口，决口处及河口地带都是重要沉积场所，可形成了广阔的冲积平原或三角洲平原。大量碎屑物质，在河口处沉积，形成三角洲。河流入海口，河水受阻向外喷射，水流受阻，流速降低，搬运力减弱，物质沉积。④河弯地段，在横向环流的作用下，凹岸的水流动能最大，遭受侵蚀，侵蚀下来的物质被搬到水流动能最弱的凸岸处沉积，形成边滩。⑤由窄道进入宽道，粗大碎屑物迅速在河床中堆积或在河床中部有突出物时，水流受阻，并分流，突出物的背水面处水动力明显减小，河流携带的重的及粗大碎屑物以突出物为端点向下游方向发生沉积，形成心滩。边滩心滩心滩2，河流流量减少时，搬运能力减弱，从而使所携带的粗、重碎屑物迅速发生沉积大雨和暴雨期间流量猛增，能携带大量物质，当雨后流量急剧下降，便发生快速沉积。季节性河流夏季水量大，可搬运大量物质，冬季流量小，搬运能力低，发生沉积。3，河流搬运物突然增多，负荷过重，也是引起河流发生沉积的重要因素如山崩、滑坡、洪水注入河流，均可产生河流超负荷，而在河床中发生沉积。

那么，河流的沉积物有什么特点？9·5·2冲积物的特征通过河水的搬运，而沉积下来的沉积物，称冲积物（alluvium)。

河流中物质的搬运，主要发生在水量大、流速大的时期，而物质的沉积则发生在其后的水量、流速突降的时候。

因此，河流的沉积具有较明显的间隙性，沉积物是一次次累积起来的。

这种沉积环境，决定了冲积物应具有下列基本特征：1，具有明显的韵律性（或旋回性）组合特征特征相同的沉积物每重复出现一次称一个韵律（rhythm)。一个完整的河流韵律沉积剖面，自下而上为：这是一次大水来临，流量、流速由大到小变化过程所形成的一个韵律沉积。下一次大水来时可冲蚀上一次的顶部，形成冲蚀构造。韵律层均以冲蚀构造为界。冲蚀构造是一个韵律层的底部，呈鞋跟状，其上为粗大砾、砂组成的河床滞留沉积或心滩沉积。2，冲积物是定向水流作用的产物，具有明显的单向流水成因的沉积构造河流韵律层中的沉积构造沉积类型沉积物沉积构造顶部洪泛平原或决口扇泥质为主水平层理上部天然堤沉积粉砂为主小型波纹层理、爬升层理中部边滩沉积中～细砂斜层理、板状层理下部心滩沉积河床滞留沉积粗砂～砾槽状层理粒序层理、叠瓦状构造、底部冲蚀构造河床滞留沉积及心滩沉积发生在河床中，那里是河流中流量与流速最大的地方，粗碎屑物也呈悬浮状搬运，当流速稍降时粗碎屑物迅速按重力分异沉积，而呈粒序（递变）层理。

当流速进一步下降时粗碎屑物在床底呈滚动搬运，并在床底形成冲蚀槽，呈槽状层理。粒序(递变)层理槽状层理

边滩沉积形成于河流弯道凸岸的浅滩上，水流的流速比河床中小，搬运物以砂粒为主，对河底无冲刷力，不形成冲槽。大水到来时，起初水量大、流速快，碎屑物都呈悬浮状搬运，到达边滩部位，水体变浅，受滩底阻力，粗碎屑迅速沉积下来，形成平行层理；

水量、流速渐降，粗碎屑物的搬运主要呈滚动、跳跃状态，河底沙波的迎水坡不断受侵蚀，而背水坡不断接受沉积，形成前积纹层，即斜层理；

大水过后，水流速度更低，接受细粒悬浮质沉积，形成水平层理。大水再次来到，冲蚀掉上次顶部的水平层理，在上次形成的斜层理上叠加平行层理和斜层理；如此，重复叠加，构成板状层系。平行层理斜层理水平层理板状层系板状层系大水到来时，河水满槽，水流受河岸摩阻力，所携带碎屑物迅速在岸边发生堆积，形成天然堤沉积。

天然堤沉积的碎屑物大多是漂在河水上层的呈悬浮状搬运的细粒物质，其水动力比河床中及边滩上弱，因此，生成规模较小的前积纹层，随河水逐渐上涨，在同一地点的前积纹层，在垂向上逐渐叠加，形成爬升层理。天然堤沉积与爬升层理爬升层理

当大水的水头高度大于河流深度时，河水漫过天然堤，向河流两侧广大区域撒开，由于流速骤降，迅速发生沉积。溢出的河水携带细粒悬浮质，形成水平层理和波状层理。

因水体薄，处于强氧化环境，形成红棕色粉砂质泥岩－泥岩。3河流沉积的碎屑物具有一定的磨圆度，磨圆度随搬运距离和磨蚀时间的增加而增大。4，河流沉积的碎屑物具有较好的分选性

自上游至下游，随搬运距离的加大分选性越来越好，并且沉积物的粒度由粗变细。5，河流沉积物具有明显的成层性河流沉积作用，随水量与流速的变化具有明显的变化规律，从而在垂向上，体现出明显的粗细变化规律。一次大水来临，起初水量大，流速快，只有粗大物质才能沉积，随后水量、流速渐减，发生由粗到细的沉积。每次大水形成一个下粗上细的韵律沉积，河流成层性总是表现为下粗上细的正韵律组合9·5·3河流的沉积类型河流的沉积体系可分：河床内沉积、河床外沉积、山口沉积及河口沉积四个部分。1，河床内沉积－心滩、河床滞留沉积河床内的河流沉积作用随水位的季节性涨落而有规律的进行。在洪水期，河流以侵蚀和搬运为主，在平水期则以搬运和沉积为主。①当河流由窄谷进入宽谷时形成双向环流，并在河床中迅速沉积，从而形成心滩。在支流入主流处，流速下降沉积，也可形成心滩。②河流弯道处在单向环流作用下，凹岸处河流动力大，河床内只停积粗大碎屑，形成河床滞留沉积。河床内沉积的心滩和滞留沉积的特点是：砾砂交互、粒度粗大、分选较差、具大型槽状层理或粒序层理，底部发育冲蚀构造。2，河床外沉积－边滩、天然堤、泛滥平原、决口扇、牛轭湖沉积①河床外的河谷在平水期一般没有流水存在，但洪水期就有洪水漫流其上，其流速缓慢、水动力小。主要在弯道的凸岸形成边滩（又称漫滩沉积或点沙坝）。边滩沉积的特点是：以中砂－细砂为主、粒度中等、分选较好、具板状层理。②河流在向前推进过程中，在主流线两侧水流，因受河岸摩阻力影响，流速下降，而发生沉积，随河水面涨高，堆积高度随之增高，长期堆积的结果，形成天然堤沉积。天然堤沉积的特点是：砂泥互层、粒度细、分选较好、以具爬升层理为标志性特征。③洪水期水量很大，当排泄不畅时，河水往往越过或冲破天然堤形成泛滥平原沉积。越过堤岸的河水携带的都是细粒悬浮质，越过堤岸进入广阔地带的水动力明显减弱。泛滥平原沉积的特点是：以泥质沉积为主、具水平－波状层理，都呈强氧化色。④在河流决口处形成扇形堆积，称决口扇。决口扇沉积比泛滥平原沉积粗些。⑤当河流发展到晚期弯度越来越大，最终取直后造成牛轭湖，湖中水平静。牛轭湖沉积以泥质沉积为主、具水平层理。1998年武汉洪水洪水前洪水后密西西比河3月26日4月18日4月27日2002年3月31日2003年3月31日中国北部中国东部中国北部中国东部非洲东南部泰国南部3，山口沉积－冲积扇沉积冲积扇位于山口低平地带，单体呈扇形，常沿山麓成群、成带分布。冲积扇与洪积扇的区别：冲积扇是常年有水的河流在洪水期堆积而成洪积扇是平时无水的冲沟雨季在沟口的堆积冲积扇是河流洪水期的产物，可分扇根、扇中、扇端三个部分：扇根：坡度大、沉积物粒度粗（砾和粗砂为主）、分选差，是几乎全是悬浮状态搬运的混浊流沉积，层理不显，但底部冲蚀构造特别明显。扇中：坡度中等、沉积物经过扇根沉积后带下来的，粒度比扇根细（砂级为主）、分选比扇根好，由于洪水由强至弱的变化，呈现下粗上细的沉积结构，扇中多水道，发育单向流水层理及底部冲蚀构造。扇端：坡度小、沉积物是扇中沉积后留在水中的细粒悬浮物质物质（粉砂和泥）、分选比扇中好，呈波状－水平层理，冲刷力小，底部冲蚀构造不发育。如果第二次洪水比第一次强，那么第二次的扇根就叠加在第一次的扇中之上，扇体前进；如果第三次洪水比第二次弱，那么第三次的扇中就叠加在第二次的扇根之上，扇体后退。4，河口沉积－三角洲沉积三角洲位于河流入湖、海口，因河水受到海水的阻力，流速骤降，而发生沉积；由狭窄的河道进入宽阔的大海，河水向外散射，使沉积物呈三角形分布，故得名。三角洲卫星照三角洲遥感照（1）三角洲的形成有一定的条件①河流的搬运量大，沉积物有充足的补给；②近河口的海区，水较浅，坡度较小；坡度陡时河流物质就不会在河口堆积，而直接进入深海形成浊积扇。③无强大的波浪和潮流作用。只有当河流的作用大于波浪和潮汐作用时，所形成的三角洲，才能得以保存。如果形成三角洲后，河流作用减弱，而波浪或潮汐作用大于河流作用时，三角洲就遭波浪或潮汐的破坏。不具备上述3个条件的河流就不形成三角洲，而形成三角港。例如，钱塘江搬运量小，波浪和潮流作用大于河流作用，强大潮流带走本来就很少的泥沙，无法形成三角洲。相反，波潮流不断冲蚀和拓宽河口。在向河流上游推进过程中，波潮流的冲蚀作用减弱，因此，形成喇叭形的三角港。浙江海宁钱塘江观潮钱塘潮钱塘潮钱塘潮钱塘潮（2）三角洲的沉积特征①三角洲是河海（湖）共同作用的产物，其碎屑物是陆源供应的，海（湖）水的电解质使河水中的胶体物质及溶解物质，沉淀形成胶结物。②碎屑物已经过长距离的搬运，磨蚀，具有良好的分选性及磨园度，沉积物以粉砂和泥质为主。③在近岸处沉积物较粗，离河口越远沉积物越细。④沉积物具三层结构：底积层、前积层、顶积层。底积层，又名前三角洲，直接沉积在（海）湖沉积物之上，离河口较远，沉积物以粘土为主，具水平层理。前积层，又名三角洲前缘，沉积在海（湖）盆倾斜边坡上，离河口较近，沉积物比底积层粗（粉砂－粉土），既具单向流水作用的层理，又具波潮流双向作用的层理。顶积层，又名三角洲平原，是河流沉积在三角洲上的延伸，具与河流作用相似的沉积特征，沉积物比河床沉积细、比前积层粗（细砂－粉砂）。⑤当河流作用增大时，三角洲向前推进，前积层叠加在底积层上，顶积层叠加在前积层上，形成下细上粗的反韵律层序；当河流作用减小时，底积层叠加在前积层上，前积层叠加在顶积层上，形成下粗上细的正韵律层序。因此，既有反韵律层，又有正韵律层，是三角洲沉积的层序特点。⑥既有陆生生物化石，又有海生生物化石。河流搬运大量泥沙在河口沉积，促使陆地不断向海洋中伸长。据研究：古长江口原在江阴一带，1900多年来海岸线向外推进了近50公里，沉积面积达5500多平方公里，长江三角洲平均40年向海伸展1公里。黄河近900多年来，河口海岸线向外迁移了约100公里，其中1949年到1951年三年间，黄河三角洲就向外伸展了10公里。由于各河的输沙量及河口区波潮流强度的不同，因此各河口三角洲有不同的增长速度。密西西比河三角洲三角洲与自然界的火灾恒河三角洲5，冲积砂矿，比重比一般造岩矿物重的有用矿物，如：铂(Pt)、金(Au)、金刚石(C)、磁铁矿(Fe3O4)、锆英石(ZrSiO4)、独居石(Ce、La…PO4)、锡石(SnO2)、和白钨矿(CaWO4)等，可在一定的地点富集起来，当冲积物中有用矿物含量达到开采价值时，就叫冲积砂矿。我国金沙江和黑龙江中有沙金矿，湖南、广西有锡矿。根据冲积物内有用矿物的分布可指导寻找原生矿体。9·6河流的去均夷化作用（degradation）在地壳运动和气候变化稳定的地区（或时期）河流通过长期的侵蚀和沉积使它的纵剖面逐渐平缓，并使流域的宽阔地区由原来的高低不平，变成平坦地形，这一演化过程叫河流的均夷化作用。河流的均夷化是河流衰老的过程。当地壳运动和气候变化由稳定转为不稳定，从而破坏河流均夷化作用造成的平衡，河流获得新的能量，下蚀作用复苏，这种现象叫去均夷化作用。引起去均夷化作用的因素主要有二个：1，陆地上升或海平面下降，使河床抬高或侵蚀基准面下降，从而下蚀作用复苏。2，气候变化，由干旱转为潮湿，流量增加，下蚀作用重新开始。9·6·1深切河曲去均夷化的主要表现：深切河曲和河谷阶地自由河曲是河流老年期在宽阔平坦谷地上形成的，是河流均夷化过程的产物。一旦发生去均夷化，下蚀作用复苏，如果河曲各处下蚀速度差异不大，原有河曲能完整地保留下来，并深深地刻入基岩之中，这种河曲叫深切河曲。自由河曲深切河曲深切河曲的侧蚀作用不断发展，河弯颈宽度逐渐变细，最终弃弯取直。废弃弯道称废弃河曲(abandonedmeander）被围绕的孤立山丘叫离堆山（meandercore）9·6·2河流阶地因去均夷化作用河流重新下蚀，原来的谷底和河漫滩抬升到谷坡；河谷拓宽到一定宽度，又形成河漫滩，再次发生去均夷化作用河流再下蚀，谷底和河漫滩又抬升到新的谷坡上；如此多次发生去均夷化作用，形成阶梯状谷坡。由去均夷化作用在河流谷坡上形成的阶梯状地形称河流阶地。阶地面上有河流沉积碎屑物；阶地面高出河床数米－数十米；阶地由高到低，代表形成的时间由老到新。河流阶地河流阶地按其物质组成可分三类：1，堆积阶地（accumulationterrace）阶地面和阶地斜坡全由河流沉积物组成，无基岩裸露2，基座阶地（basementterrace）

阶地上部为河流沉积物，阶地下部基岩裸露3，侵蚀阶地（erosionterrace）阶地斜坡上基岩裸露，阶地面上仅有少量河流沉积物分布9·7构造运动对河流地质作用的影响河流的演变一方面受河流自身的运动规律控制，另一方面受地质构造控制，两者互相影响。构造运动对河流地质作用的影响主要表现在以下三个方面：1，河谷的位置与取向受局部性地质构造控制河谷通常沿地质构造的薄弱带发育，这些薄弱带是软弱岩性、断裂或节理发育带，2，区域性地质构造控制了水系的型式①树枝状水系（dendriticdrain