地面流水地質(zhì)作用

第七章地面流水的地質(zhì)作用第一節(jié) 概述一、地面流水的概念地面流水(flowingsurfacewater)--陸地表面上流動(dòng)著的液態(tài)水。片流(sheetflow)--順斜坡片狀流動(dòng)的地面流水。洪流(floodcurrent)--片流遇到凹凸不平的地面時(shí)，水便集中到低洼的溝中流動(dòng)。第1頁/共71頁河流(river)----暫時(shí)性流水（片流、洪流）流到低洼溝谷中獲得地下水補(bǔ)給，形成經(jīng)常性流水。第2頁/共71頁流域----地面流水直接流入同一條河流的區(qū)域。分水嶺----流域之間的高地。水系----流域內(nèi)河流匯集成的水網(wǎng)。分內(nèi)流水系和外流水系。分別入湖或入海。第3頁/共71頁二、地面流水的運(yùn)動(dòng)方式層流、紊流、環(huán)流、渦流1、層流(Lamellarflow)----水質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)過程中相對(duì)位置保持平行的水流。第4頁/共71頁二、地面流水的運(yùn)動(dòng)方式2、紊流(turbulentflow)----水質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)過程中，彼此間相對(duì)位置隨時(shí)變換。臨界速度----流水從層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)的速度。

第5頁/共71頁3、環(huán)流(Circularcurrent)----水質(zhì)點(diǎn)作螺旋形的運(yùn)動(dòng)，過水橫切面上投影為環(huán)狀。

單向環(huán)流(singlecircularcurrent)*慣性離心力F＝MV2/R。*科里奧利力*凹岸沖刷，凸岸沉積。

雙向環(huán)流(doublecircularcurrent）*水動(dòng)力變化。4、渦流(eddycurrent)----水質(zhì)點(diǎn)繞軸旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

狀態(tài)——豎直和水平。

原因——障礙物。第6頁/共71頁三、流水動(dòng)能與地質(zhì)作用

流動(dòng)過程中，勢(shì)能不斷轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。

不同的河流、不同河段具有不同動(dòng)能。E=1/2*MV2

動(dòng)能的變化導(dǎo)致流水地質(zhì)作用方式、強(qiáng)度的改變。

流水除機(jī)械動(dòng)力外，還有化學(xué)動(dòng)力。第7頁/共71頁四、地面流水水力作用原理侵蝕作用----當(dāng)?shù)孛嬗伤缮⒌哪嗌暗[石組成時(shí)，地面流水的水力作用，可使顆粒離開原地。F4+F5+FGF2F3F1第8頁/共71頁實(shí)驗(yàn)研究表明:①

V＞15m／s，d＜lm顆粒被侵蝕；②V＜18cm/s，所有粒度都不會(huì)被侵蝕；③固結(jié)的要比未固結(jié)的抗侵蝕，④最易侵蝕的為細(xì)砂(0.125--0.25mm)，⑤細(xì)砂以下粒級(jí)，尤其是固結(jié)的粘土，不易被侵蝕。第9頁/共71頁第二節(jié)暫時(shí)性流水的地質(zhì)作用一、雨蝕作用雨蝕作用----山坡上部松散沉積物經(jīng)雨滴沖擊，遭受剝蝕，堆積于山坡下部的地質(zhì)作用。第10頁/共71頁雨蝕作用

*機(jī)械沖擊作用*化學(xué)溶蝕作用影響雨蝕作用的因素降雨量和降雨強(qiáng)度，斜坡的坡度與性質(zhì)，風(fēng)向也有一定關(guān)系。第11頁/共71頁二、片流的地質(zhì)作用洗刷作用（sheetwash）----片流沿斜坡把細(xì)小的松散物質(zhì)沖洗至斜坡下部的過程。溶溝石牙（karren）----可溶性巖石。土柱（earthpillar）----石塊保護(hù)底下的松散堆積物。第12頁/共71頁

坡積物(Slopewash)----洗刷作用使山坡上松散物質(zhì)順坡向下搬運(yùn)，到緩坡處沉積，形成的沉積物。坡積裙----坡積物沿山麓分布，形成平緩的地形。*碎屑棱角明顯，*分選性不好，略顯一些層理，*物質(zhì)成分與山坡基巖成分相同。第13頁/共71頁三、洪流的地質(zhì)作用沖刷作用(scouring)----洪流以巨大的機(jī)械力沖刷溝底及溝壁巖石的過程。沖溝(gully)----沖刷作用形成的溝谷。向源頭伸長，發(fā)展支溝，可達(dá)分水嶺。歹地(badland)----沖溝把地面切割得支離破碎，千溝萬壘，形成溝望縱橫、支離破碎、草木稀少的地面。第14頁/共71頁

洪積物(diluvium)----洪流一旦流出溝口，搬運(yùn)的碎屑在溝口大量沉積，此種沉積物稱洪積物。洪積扇（diluvialfan）----洪積物常呈扇形堆積，稱洪積扇。第15頁/共71頁洪積扇的特點(diǎn)：

由扇頂向外，沉積物數(shù)量減少，粒徑變細(xì)，扇頂區(qū)地面坡度大，扇緣區(qū)平緩。洪積物分選、磨圓均較差，層理不好。洪積扇演化：

山前沖積-洪積平原。聯(lián)合洪積扇。上迭式洪積扇。第16頁/共71頁第三節(jié)河流的地質(zhì)作用一、河流的侵蝕作用

侵蝕作用(erosion)----河流在流動(dòng)過程中，因自身的化學(xué)動(dòng)力(溶解力)、機(jī)械動(dòng)力(水力)及攜帶的泥沙礫石等不斷破壞河床的過程。第17頁/共71頁（一）河流侵蝕作用的方式1、溶蝕作用(corrosion)

河水是溶劑，河流以溶解方式破壞巖石。2、沖蝕作用(hydraulicprocess)

河流以水力侵蝕河床，也叫水力作用3、磨蝕作用(abrasion)

河流以攜帶的泥砂礫石作工具磨損河床。第18頁/共71頁（二）河流侵蝕作用的類型按侵蝕方向，河流侵蝕作用分：下蝕作用(verticalerosion)----河流侵蝕河床底部巖石，使河床降低的作用。側(cè)蝕作用(lateralerosion)----河水侵蝕河床兩壁或谷坡，使河床左右遷徒和谷坡后退的作用。第19頁/共71頁1、下蝕作用（1）．下蝕作用的過程河谷(valley)----下蝕作用使河床不斷加深，切刻出的槽形凹地。河谷橫剖面的形態(tài)要素：谷底河床谷坡

V字型峽谷。第20頁/共71頁河流下蝕作用形成：V字型峽谷第21頁/共71頁河流下蝕作用過程中，形成急流和瀑布。第22頁/共71頁第23頁/共71頁瀑布成因：

河床上出現(xiàn)陡坎，熔巖流、山崩、滑坡堵塞；斷層崖，冰川作用堅(jiān)硬巖石瀕臨軟弱巖石河段處。尼阿加拉瀑布、黃河壺口大瀑布。第24頁/共71頁第25頁/共71頁第26頁/共71頁第27頁/共71頁瀑布并不是永存的，向上游方向退移。第28頁/共71頁

溯源侵蝕(headwarderosion)----河流的源頭下蝕力導(dǎo)致河谷后退，這個(gè)過程稱為河流的溯源侵蝕，也叫向源侵蝕。河流襲奪(rivercapture)----當(dāng)某一河流溯源侵蝕時(shí)，中途切斷另一條河流，并因下切深而把后者的水奪過來的現(xiàn)象。后者叫斷頭河，前者叫襲奪河。第29頁/共71頁第30頁/共71頁（2）下蝕作用的極限侵蝕基準(zhǔn)面(baseleveloferosion)----下蝕作用的極限。*海平面是最終侵蝕基準(zhǔn)面。*侵蝕基準(zhǔn)面以下可有局部下蝕作用。*侵蝕基準(zhǔn)面不固定。

地方性或暫時(shí)性侵蝕基準(zhǔn)面。第31頁/共71頁2、側(cè)蝕作用（1）側(cè)蝕作用原因慣性離心力科里奧利力山崩、滑坡、支流注入等原因。第32頁/共71頁（2）側(cè)蝕作用塑造河谷的過程

單向環(huán)流的側(cè)蝕作用過程

凹岸不斷后退，凸岸不斷前進(jìn)，河曲下移，

側(cè)蝕作用不是無限的。第33頁/共71頁

裁彎取直(cutoff)單向環(huán)流--河道曲率增加--同側(cè)相鄰兩個(gè)河彎靠攏--連通牛軛湖(oxbowlake)第34頁/共71頁第35頁/共71頁3、下蝕作用與側(cè)蝕作用的關(guān)系

以下蝕為主，河谷呈V字形。以側(cè)蝕為主，谷底寬平、槽形河谷。下蝕和側(cè)蝕同等進(jìn)行，谷形不對(duì)稱。第36頁/共71頁第37頁/共71頁第38頁/共71頁第39頁/共71頁第40頁/共71頁二、河流的搬運(yùn)作用（一）河流的機(jī)械搬運(yùn)力和搬運(yùn)量河流機(jī)械搬運(yùn)力(competence)----機(jī)械搬運(yùn)最大顆粒的能力。

R--V2，G--R3，G--V6

啟動(dòng)速度機(jī)械搬運(yùn)量(capacity)----機(jī)械搬運(yùn)物的總重量。河流機(jī)械搬運(yùn)量不僅與流速、流量有關(guān)，還與流域內(nèi)自然條件有關(guān)。

河流懸運(yùn)量占機(jī)械搬運(yùn)量的大多數(shù)。第41頁/共71頁（二）河流的搬運(yùn)方式

河流搬運(yùn)的物質(zhì)主要是機(jī)械碎屑物，包括各種粒徑的礫石、沙、粉沙和粘土，

小部分為溶解于水中的鹽和膠體。

河流對(duì)前一種物質(zhì)的搬運(yùn)叫機(jī)械搬運(yùn)，

后一種叫化學(xué)搬運(yùn)(溶運(yùn))。第42頁/共71頁1、河流的化學(xué)搬運(yùn)

溶運(yùn)物主要是離子，其次是膠體。溶運(yùn)物未達(dá)飽和度，缺少電解質(zhì)，膠體很少絮凝。

因而在化學(xué)搬運(yùn)途中，不管流速發(fā)生多么急劇的變化，極少發(fā)生溶運(yùn)物沉淀。第43頁/共71頁2、河流的機(jī)械搬運(yùn)懸運(yùn)(suspension)----如果上舉力大于顆粒的重量，這些顆粒將懸浮于水中運(yùn)動(dòng)。推運(yùn)(traction)----如果上舉力小于顆粒的重量，顆粒在水流沖力推動(dòng)下，或沿河床滾動(dòng)，或沿河床滑動(dòng)。躍運(yùn)(saltation)----顆粒的重量與上舉力不相上下，時(shí)而重量大干上舉力，時(shí)而重量小于上舉力，顆粒在水流沖力同時(shí)作用下跳躍前進(jìn)。第44頁/共71頁第45頁/共71頁礫石在水流中的運(yùn)動(dòng)方式：

水動(dòng)力減小時(shí)，懸運(yùn)物--躍運(yùn)物，躍運(yùn)物--推運(yùn)物，推運(yùn)物不再被搬運(yùn)。

水動(dòng)力逐漸增大，長軸垂直流向--滾動(dòng)長軸平行流向--滑動(dòng)--跳躍--懸浮。

主流線附近--長軸平行流向--滑動(dòng)，主流線兩側(cè)--長軸垂直流向--滾動(dòng)。第46頁/共71頁三、河流的沉積作用（一）沉積作用及沖積物的特點(diǎn)沖積物(alluvium)----河流沉積的碎屑物質(zhì)。沉積作用分選作用磨圓作用磨細(xì)作用(極限約為0.05毫米)第47頁/共71頁粒度變小，磨圓度變好粒度大，棱角狀，含最不耐磨的巖屑粒度中等，中等磨圓，耐磨與不耐磨的巖屑都有粒度小，近圓形，主要由最耐磨的礦物組成分選作用和磨圓作用第48頁/共71頁碎屑的磨圓度在一定程度上反映搬運(yùn)距離磨圓度－較長距離的搬運(yùn)棱角狀－搬運(yùn)距離較短第49頁/共71頁

沖積物的特征：清晰的層理

(1)二元結(jié)構(gòu)：漫灘相沉積----微細(xì)層理河床相沉積----透鏡體/單向斜層理/

槽形層理/粒序?qū)?。?0頁/共71頁

沖積物的特征(2)分選性良好;(3)磨圓度較好甚至良好;(4)沖積物層理發(fā)育，層理一般傾向河流下游；(5)沖積物剖面上常呈透鏡狀或豆莢狀，少數(shù)板狀(6)

礫石最大扁平面，以10-30度傾向上游，疊瓦狀;第51頁/共71頁第52頁/共71頁沖積物的利用：

沖積沙礦(alluvialplacer)----碎屑含有用礦物--化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、硬度大--保存--比重大--沉積--富集。

直接采礦、尋找原生礦體，

建筑材料，

研究地史中河流動(dòng)態(tài)和古地理環(huán)境。第53頁/共71頁（二）沉積場(chǎng)所及沖積物的類型1、河流沉積作用概述

河流沉積主要是機(jī)械沉積作用

分選沉積作用(sortingdeposition)----當(dāng)河水流速逐瀕減小時(shí)，機(jī)械搬運(yùn)物就按粒徑大小、顆粒形狀或比重，從大到小，從重到輕，先后沉積下來的過程。分選有兩種情形：粒徑分選沉積//

比重分選沉積，粒徑＜0.01毫米不沉積。第54頁/共71頁2、河流沉積作用的主要場(chǎng)所主要場(chǎng)所有：河口山口谷底河谷沉積只占搬運(yùn)量的一半不到，而且是暫時(shí)沉積。第55頁/共71頁3、主要場(chǎng)所的河流沉積作用（1）谷底沉積作用二元結(jié)構(gòu)，河床和漫灘；河床相沉積，流速快，沉積物粗漫灘相沉積，流速慢，沉積物細(xì)粒序?qū)?-每一沉積層的粒度都是下粗上細(xì)。侵蝕面--層與層之間洪峰到來時(shí)侵蝕作用的痕跡。第56頁/共71頁谷底沉積地貌：漫灘（點(diǎn)灘）--河床邊緣沉積地貌，凸岸，新月形。心灘或江心洲--河床中間，呈棱形，長軸平行流向。第57頁/共71頁心灘的成因?qū)捁榷嗡髯兙?，易生沉積。在直河段，雙向環(huán)流河中障礙物漫灘因洪水沖刷變?yōu)樾臑?。心灘的演化心灘上端遭受沖刷，下端沉積----慢慢往下游移動(dòng)，心灘一側(cè)侵蝕而另一側(cè)沉積----左右遷徒甚至靠岸。心灘可能擴(kuò)大、縮小、消失。第58頁/共71頁（2）山口沉積作用

沖積錐(alluvialcone)--沉積物在山口堆積成半圓錐形。沖積扇(alluvialfan)--大河流出山口平地堆積成扇形。扇頂沉積物最粗，邊緣漸細(xì)，扇頂坡度可達(dá)3—10度，向邊緣變緩。聯(lián)合沖積扇。第59頁/共71頁（3）河口沉積作用

河口是河流最主要的沉積場(chǎng)所。河水在河口受海水或湖水的阻滯，海水電解質(zhì)使河水中膠體絮凝沉淀。河口沉積物組成三角洲(delta)。支流干流頂積層前積層底積層

由：前積層、底積層、頂積層組成。第60頁/共71頁底積層前積層頂積層支流前積層(foresetbed)

沉積在水盆邊緣--傾斜--量大、粒粗--向海(湖)減少，粒細(xì)。第61頁/共71頁底積層前積層頂積層支流底積層(bottomsetbed)

遠(yuǎn)離河口的海(湖)底上，前積層的延續(xù)，漸變平緩。層薄、粒細(xì)，主要來自河流的懸運(yùn)物和膠體物質(zhì)，是淺海沉積物。第62頁/共71頁底積層前積層頂積層支流頂積層（topsetbed)

近水平，隨著河口外移，沉積在傾斜較陡的前積層之上的河床沉積，明顯的截切前積層。第63頁/共71頁最近5000-6000年以來密西西比河河