洪水沉積講義

洪水沉積講義第1頁/共57頁第一節(jié)洪水沉積的特點一、洪水事件洪水事件是指山區(qū)河流急速而又短暫的一種沉積作用。具有陣發(fā)性、瞬間性、短暫性、沉積作用快速性的特點。據(jù)統(tǒng)計，山區(qū)河流的流速是平原河流的三倍，搬運能力為36＝729倍。第2頁/共57頁近代洪水事件及其沉積作用屢見不鮮：時間地點誘因傷亡人數(shù)物質(zhì)損失1913年3月美國邁阿密河流域為主的特大洪水暴雨>500人死亡，數(shù)百人失蹤1.47億美元1948年5－6月加拿大和美國的哥倫比亞河暴雨51人死亡>1億美元1951年11月31日意大利波河河口地區(qū)暴雨強烈潮汐>100人死亡16萬人無家可歸意大利年預(yù)算1/41953年1月30日荷蘭近海區(qū)域近1/6土地強大風(fēng)暴大潮約3000人死亡450個村莊沖毀>3億美元1962年2月7日德國北海沿岸及易北河沿岸颶風(fēng)343人死亡50萬人無家可歸>600萬美元1962年9月26日西班牙巴塞羅那及其周圍村鎮(zhèn)暴雨？445人死亡1000人受傷>8000萬元1966年11月4-6日意大利阿爾諾河和波河決堤，佛洛倫薩、羅馬、那不勒斯、威尼斯等暴雨113人死亡，千余人受傷國會撥款3.2億美元1967年11月6日葡萄牙里斯本暴雨？457人死亡1000人無家可歸1970年6月1日羅馬尼亞、南斯拉夫暴雨？170人死亡25萬人無家可歸>10億美元1973年3月10日美國密西西比河流域>1100萬畝土地暴雨（兩個月）11人死亡3.5萬人無家可歸3.22億美元1990年5月初前蘇聯(lián)烏拉爾山區(qū)南部別拉亞河暴雨11人死亡1.8萬人疏散1.6億美元1998年8月中國長江中下游暴雨？？千億美元第3頁/共57頁二、洪水沉積的特點1、流體特征1）高密度塊狀流2）低密度河道3）低密度片流4）表層滲透流2、沉積類型1）泥石流沉積2）泥流3）河道（充填）沉積4）篩狀沉積第4頁/共57頁泥石流河道片流表層潛流第5頁/共57頁第6頁/共57頁洪水沉積作用的結(jié)果往往形成洪（沖）積扇。但不同氣候區(qū)域存在較大差異。潮濕-半潮濕氣候：河道從扇頂輻射狀伸展，主河道下切，河底在交會點與扇面相交濕地：辮狀河體系從頂?shù)降兹鏇_刷扇面旱地：扇頂冰山融水滲入扇體潛流，至扇端涌出地面三、沖積扇的特點及類型第7頁/共57頁1、沖積扇特點第8頁/共57頁

沖積扇是一種自山口順坡呈放射狀的河流形成的扇形堆積物。多數(shù)是由許多扇體互相銜接起來形成巨大的沖積扇體系。在陸相沉積中，沖積扇是粒度最粗、分選最差的近源沉積單位.

第9頁/共57頁蘇格蘭西部第10頁/共57頁沖積扇通常發(fā)育于地勢起伏較大而且沉積物補給豐富的地區(qū)，因此，其形成要受到構(gòu)造環(huán)境、氣候條件和母巖區(qū)巖石性質(zhì)的影響。第11頁/共57頁很多沖積扇都和正斷層及地塹、半地塹的發(fā)育有關(guān)系，或是造山期后的、或是與裂谷作用和早期裂谷作用有關(guān)。而氣候條件則是在植被不發(fā)育的干旱和半干旱地區(qū)最為有利。第12頁/共57頁第13頁/共57頁

洪積扇的形態(tài)及形成條件

沖積扇在空間上是一個沿山口向外伸展的巨大錐形沉積體，錐體頂端指向山口，錐底向著平原，其延伸長度可達數(shù)百米至百余公里。第14頁/共57頁

在縱向剖面上，沖積扇呈下凹透鏡狀或呈楔形；

橫剖面上呈上凸形，其表面坡度在近山口的扇根處可達5~10°，遠離山口變緩，為2°~6°。

沉積物的厚度變化范圍可從幾米至8000m左右。

沖積扇沉積主要受匯水盆地大小、氣候等多種因素的控制。第15頁/共57頁扇底扇根扇頭內(nèi)扇亞相扇中扇中扇中扇中亞相扇頂扇緣扇端扇緣亞相常用的沖積扇術(shù)語第16頁/共57頁2、沖積扇類型泥石流沉積為主河流沉積為主第17頁/共57頁1）潮濕扇

潮濕扇分布于年降水量較高的潮濕氣候區(qū)。潮濕扇主要受河流作用的控制，泥石流作用相對較弱。在潮濕扇上，礫巖與砂巖的成熟度較高，煤和根土巖較發(fā)育。第18頁/共57頁沉積特點(1)粗大礫石主要集中于扇根部分，且多為碎屑支撐的塊狀層，礫石磨圓較好，疊瓦狀排列常見。巖體呈透鏡狀或原始水平層疊覆，偶而夾有平行層或交錯層砂礫巖透鏡體。(2)扇中主要為砂巖、砂礫巖和礫巖的互層。河道砂巖、砂礫巖具滯留沉積，槽狀和板狀交錯層發(fā)育，礫石壩具平行層理及前積型交錯層。(3)扇端部分主要為辮狀河道砂巖，槽狀和板狀交錯層發(fā)育，礫石壩具平行層理及前積型交錯層。扇端部分主要為辮狀河道砂巖，槽狀及板狀交錯發(fā)育，局部見有平行層理和沙紋交錯層。第19頁/共57頁第20頁/共57頁2）干旱扇

干旱扇規(guī)模較小，沉積物多呈紅色。扇體由泥石流沉積、篩狀沉積、河道沉積和漫流沉積組成。(1)扇根主要為泥石流成因的雜亂礫巖和碎屑支撐的礫巖與篩狀沉積。沉積物分選通常較差底部具侵蝕面，分選相對較好，可以有大型交錯層和疊瓦狀礫石組構(gòu)。(2)扇中主要由砂巖與礫巖的互層組成，砂巖與礫巖之比增大。分選較好的河成交錯層砂巖及砂礫巖透鏡體增多，沖刷-充填構(gòu)造發(fā)育。(3)扇端以砂質(zhì)沉積為主，常夾泥質(zhì)和粉砂層。泥巖具干裂，缺乏植物化石。第21頁/共57頁A相是副礫巖，為一種高速泥石流產(chǎn)物，砂體延展廣泛并具有非侵蝕性的基底，缺少層理及各種沉積構(gòu)造。被解釋成衰減期洪水產(chǎn)物。半旱地區(qū)的扇沉積的四種礫巖相：

第22頁/共57頁B相屬正礫巖，為坡面徑流（片流）產(chǎn)物、由若干有、侵蝕底面的單元組成，這種單元由一個具單一交錯層系的砂質(zhì)礫巖及其上所覆蓋的正礫巖殘留沉積或具交錯層砂巖組成，整個單元是一種單向流的產(chǎn)物，最大碎屑粒徑與層厚間具相關(guān)關(guān)系，是洪水衰減時所沉積的殘留礫石及砂巖。第23頁/共57頁C相是含分散礫石的砂巖，礫石是滯留形式產(chǎn)出的，部分可見向上變細的粒序，是河流或游蕩性河流的河道遭受多次改造的產(chǎn)物。第24頁/共57頁D相常伴有侵蝕沖刷底面，并與砂巖互層。是河流或游蕩性河流沉積。

第25頁/共57頁3、沖積扇的沉積類型Buil（1972）在研究很多扇積物之后分出了四種主要類型：泥石流沉積、片泛沉積、河道充填沉積、篩狀沉積。第26頁/共57頁1、泥石流沉積泥石流的概念：是一種高密度的重力流沉積，漢普頓（i922）認為它是一種沉積物與水的混合物，是沿著物質(zhì)聚集體內(nèi)的剪切面而運動的。泥石流（或碎屑流）內(nèi)的碎屑顆粒是由粒間的泥和水的混合物所支撐的，并在重力作用下進行搬運的，其基質(zhì)的強度大到足以托起和搬運巨大的巖塊碎屑。第27頁/共57頁形成泥石流的前提條件：是母巖在風(fēng)化后能產(chǎn)生大量包括粘土在內(nèi)的細屑物質(zhì)，如泥質(zhì)巖一類的母巖就特別有利；其次是有利于迅速侵蝕、搬運的地勢陡峻的古地理背景。第28頁/共57頁沉積特征：泥石流沉積的分選性很差，小者如粉砂、粘土級物質(zhì)，大者可為重達數(shù)噸的漂礫。砂體形態(tài)呈明顯的葉瓣狀舌狀體，其產(chǎn)出位置主要在河道與扇面的“交會點”以下，并常覆蓋于片泛沉積之上，與片泛沉積有明顯的邊緣界線。第29頁/共57頁泥石流沉積層理不發(fā)育，呈塊狀構(gòu)造，有時也可以見到粒序?qū)訕?gòu)造。所含的板條狀或長條狀礫石常常具有一種垂直的定向性，這也是高密度重力流的塊狀層的特點。泥流是泥石流的一種，泥流沉積主要是由砂、粉砂及泥級物質(zhì)組成，具有雜基支撐結(jié)構(gòu)。第30頁/共57頁第31頁/共57頁泥石流+片流第32頁/共57頁2、片泛沉積這是一種粘度相對較低的洪水流沉積，分布于河道下游終端，常過渡為網(wǎng)狀河道砂壩。洪水流為一種淺的坡面徑流，流水持續(xù)時間很短且屬高流態(tài)。片泛沉積由一些分選中等至好的砂和砂礫組成，含少量的粘土質(zhì)粉砂；多數(shù)為塊狀構(gòu)造，可以有交錯層出現(xiàn)，但不普遍。產(chǎn)狀常是由單個透鏡狀砂體組成的巨大板狀體，片泛沉積中常有更粗的河床充填沉積出現(xiàn)，或常為泥石流沉積覆蓋。第33頁/共57頁3、河道充填沉積是一種充填于暫時性（間歇性）河床中的沉積，主要見于沖積扇之上部。河道充填物為低粘度水流形成的礫石與砂質(zhì)沉積，分選性也差，成層性不好，層理也不發(fā)育。有時可見礫石呈疊瓦排列，砂層也偶見交錯層理，體單層厚常在5-50m之間，厚者也可達150m以上，其形態(tài)為透鏡體并呈明顯的下切充填狀。

第34頁/共57頁第35頁/共57頁(1)河道沉積--河床充填沉積主要由礫、砂沉積物組成，粒度粗，分選也差。成層性不好，可見交錯層理。常具明顯的切割-充填構(gòu)造第36頁/共57頁(3)篩狀沉積--當源區(qū)供給沖積扇主要為礫石而無或極少其他粒級的物質(zhì)時，在沖積扇的表層便堆積了舌狀礫石層。扇體表層的礫石層就稱為篩狀沉積。篩狀沉積主要由次棱角狀的粗大礫石組成，分選較好，其間充填物較少.第37頁/共57頁4、篩積物篩積是指在扇體表層呈舌狀堆積的礫石層，大都具有顆粒流沉積性質(zhì)，呈顆粒支撐狀，有少數(shù)是不穩(wěn)定的水流沉積。篩積物粒度粗、滲透性極好，水流通過時會迅速向下滲漏，并導(dǎo)致地表水流迅速減小，像篩子一樣讓流水從其中滲走并阻止了細粒物質(zhì)的搬運。篩積的形成與母巖性質(zhì)有很大關(guān)系，即物源中的泥、粉砂及砂的含量都應(yīng)很少。篩積物由次棱角狀的粗塊礫石組成，分選較好，有時分選得相當好。充填物主要為滲濾的砂，具有明顯的雙眾數(shù)特點。砂體無明顯的成層界線，塊狀構(gòu)造，礫石也很少有疊瓦狀排列。第38頁/共57頁四.亞相劃分第39頁/共57頁(1)扇根：也稱為扇頭或扇首，分布于鄰近斷崖處的沖積扇頂部地帶，其特征是沉積坡度角最大。主要為河床充填沉積及泥石流沉積第40頁/共57頁（2）扇中：位于沖積扇的中部，以沉積坡度角較小和辮狀河道發(fā)育為特征。以辮狀分支河道和漫流沉積為主，砂巖、礫狀砂巖為主?？梢娖叫袑永砗徒诲e層理，河道沖刷-充填構(gòu)造發(fā)育第41頁/共57頁

(3)扇端：也稱扇緣，出現(xiàn)于沖積扇的前部，地形平緩，沉積坡度角低，沉積類型以漫流沉積為主，沉積物較細，通常由砂巖夾粉砂巖、粘土巖組成，可見平行層理、交錯層理、沖刷-充填構(gòu)造等。第42頁/共57頁第43頁/共57頁五、沖積扇的鑒定標志1．扇積物是在氧化條件下的沉積產(chǎn)物，很少有有機質(zhì)和還原性的沉積物，這是干燥和半干燥氣候帶的扇積物的典型特點，故巖石一般帶紅色調(diào)，根據(jù)米勒(Mliller，1971)等人的研究，在現(xiàn)代的沖積扇里，其氧化色調(diào)甚至可以保留到潛水面以下1500英尺的深度。第44頁/共57頁2、由于扇積物傾向于蒸發(fā)作用，常含有鹽類沉積物，如石膏、方解石等。碳酸鹽常堆積在扇體下游的斜坡邊緣帶，因為這里是地下水的排泄區(qū)，又可能是附近干鹽湖沉積物中的咸水流動區(qū)。3．扇積物通常為游蕩性河流的河床沉積或泥石流沉積，或二者兼有之。其中如篩積物、泥石流沉積則是扇積物的最好鑒定標志。泥石流沉積主要發(fā)育在扇體的上部，向扇緣逐漸減少。河床切蝕一充填沉積也主要出現(xiàn)在扇頂附近。

第45頁/共57頁5．由于扇體的大多數(shù)模式都是傾向于產(chǎn)生片狀砂體(如泥流)，故常呈塊狀構(gòu)造，無層理顯示。6．同其它沉積環(huán)境相比，在沖積扇剖面中各種沉積層(如片泛，篩積物和泥石流等)的搬運沉積的水力學(xué)條件是很不相同的，因而表現(xiàn)出它們在厚度上、碎屑粒度上和分選性上變化很大。第46頁/共57頁7．在CM圖上，主要有兩種特殊類型，一種是代表片汜沉積與暫時水流的河床充填物的彎曲圖象，這是最常見的，另一種是大體平行C；M線的直線式圖象；它代表了泥石流沉積。第47頁/共57頁8．沖積扇與河漫灘或湖泊等其它沉積環(huán)境的沉積物常呈超復(fù)接觸或舌狀交錯接觸。沉積物主體部分是長寬比約為5-20的板片狀體。9．沖積扇的水流模式呈輻射狀，古流水方向的數(shù)據(jù)能表明其輻向水流的特征。第48頁/共57頁幾何形態(tài)幾何形態(tài)特征與盆地的構(gòu)造演化和經(jīng)受的作用營力有關(guān)。

(1)盆地下沉幅度大，扇體推進慢，沉積厚度大，形態(tài)呈楔狀體；盆地下沉幅度小，扇體推進快，沉積厚度小，呈分布廣泛的席狀。

(2)碎屑流發(fā)育的扇體多呈厚的楔狀體，河流作用強的扇體則以席狀形態(tài)為特征。

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