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普通地质学—河流及其地质作用

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第十一章 河流及其地质作用

第一节 河流概述
一、地表水流
地面流水包括片流、洪流和河流，是塑造陆地地貌形态的最重要的地质营力。片流和洪流统称为暂时性流水。而河流则是常年性的线状流水。河流是由片流、洪流逐渐发展而成的。
1、片流（坡面流水）
片流：下雨后沿斜坡流动的暂时性面状流水。
特征：降水向下沿自然斜坡流动，其流速小、水层薄，水流方向受地面起伏影响大，无固定流向，形成网状细流。片流比较均匀地洗刷山坡上的松散物质，并在山坡的凹入部位或山麓堆积起来，形成坡积物。坡积物在山麓地带常联结成一种覆盖斜坡的裙状地形，称为坡积裙。
2、洪流（沟谷流水）：下雨后沿沟谷及河道流动的暂时性线状流水。
特征：具有固定流向。
山坡上最大坡度-沟槽-沟谷-冲沟-河谷洪积物-冲积扇（洪积锥）
冲沟：切割较深规模较大的沟谷。分沟头、沟口。
洪积物：大量碎屑物质搬运到山前或山坡的低平地带，迅速堆积。
冲积扇（洪积锥）：洪积物往往呈扇状分布，扇顶在沟口，扇形向山前低平地带展开。
洪积物特征：分选性、磨圆度均较差，从水平分布看，扇顶部分沉积物质比较粗，向着扇体边缘逐渐变细，及至扇底前缘可出现黏土。冲积扇的厚度，由扇顶向扇体边缘逐渐变薄。
洪积平原：一系列冲积扇相互联结。
冲沟的发展有两种趋势：一是向下冲刷停止，标志着冲沟的衰老；另一种是流水深切沟底达地下水面，得到地下水源补充，暂时性的冲沟流水便转变成具有经常流水的河流，冲沟发展成为河谷。
3、河流：在固定河道中流动的常年性线状流水称为河流。
二、河谷的横剖面
1、河谷形态
河谷：是河流挟带着砂砾在地表侵蚀塑造的线型洼地，是一种形态组合。
河谷横剖面形态：
河床：经常有流水的部分。
谷底：河床两旁的平缓部分。
谷坡：谷底以上的斜坡。
坡麓：谷坡与谷底的交接处。
谷缘：谷坡上部的转折处。
河谷的发展过程：在横剖面上经历了V型谷、U型谷和碟形谷阶段；每个阶段纵剖面也相应变化。
①V形谷（峡谷）：谷坡很陡，谷底狭窄，甚至无平坦的谷底，河床直接嵌在谷坡之间。
②U形谷：谷底较宽，谷坡较陡，坡麓明显。
③碟形谷：谷底平坦而宽阔，其宽度可达数千米甚至数万米，谷坡较缓，没有明显的坡麓。
三、河流纵剖面
一条河流由陡峻的山体流经宽缓的平原而入海，沿其中轴方向构成一条向海倾斜、中段略为下凹的曲线。河谷横剖面的不同形态分别出现在河流纵剖面的不同地段。V形谷在上游，U形谷、碟形谷出现在中下游。
四、流域盆地
是一条河流及其支流所构成的总区域。
分水岭：分隔不同流域盆地的高地或山地。汇集我国40%面积地表水流的长江流域盆地与黄河流域盆地的分水岭是巴彦喀拉山脉与秦岭山脉。分水岭以北的地表水流均流入黄河水系并最终注入渤海；分水岭以南的地表水流均流入长江水系并最终注入东海。
五、影响河流侵蚀与沉积的因素
1、流速：指单位时间内水流流过的距离。从水流的横剖面观察，平直河道的最大流速位于其中部，河道弯曲部位的最大流速位置偏于弯道凹岸。高流速意味着河流侵蚀与搬运能力强；低流速意味着河流侵蚀与搬运能力弱，可导致其搬运物发生堆积。
2、河床的坡度：坡度决定流速。坡度在河源头大，向河口方向逐渐减小。
3、河床横剖面形态和河床的粗糙度
河床的粗糙度即河床表面的粗糙程度，是由披覆在河床上的碎屑物颗粒粗细程度决定的。砾石质河床比粉砂、黏土质河床粗糙度大，对流水的摩擦阻力相应增大，流速必然要小。
4、流量：单位时间内通过一定过水面积的水量。

第二节 河流的侵蚀作用
河流侵蚀作用：河流侵蚀其流经的岩石与沉积物的过程。
一、侵蚀方式
1.溶蚀作用：河水将岩石中的易溶矿物组分溶解，促使岩石被侵蚀，河道被破坏。
2.水力作用：河水的机械冲击力导致岩石和沉积物遭受破坏。
3.磨蚀作用：流水以其携带的砂泥和砾石为工具，磨蚀破坏河床。
二、侵蚀的方向
下蚀、旁蚀、溯源侵蚀三种。
1、下蚀（底蚀）作用：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。海平面高度是入海河流下蚀深度的下限。
侵蚀基准面：海平面及由海平面向大陆方向引伸的平面。
局部侵蚀基准面：不直接入海的河流，以其所注入的水体表面，如湖水水面、主流的水面等为其侵蚀基准面。局部侵蚀基准面的高度在特定情况下可以低于海平面。
瀑布：从河谷纵剖面岩坎上倾泻下来的水流。主要由水流对河流软硬岩石差别侵蚀而成。瀑布常在断裂通过的陡崖处出现，或者是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。
急流：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）。
流水从悬谷下泻，流经软硬相间的岩层，或流经倾角平缓并向上游倾斜的岩层时最易形成瀑布。在瀑布跌落处常形成深潭。
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。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。
2、旁蚀（侧蚀）作用：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。
（1）旁蚀的原因
弯道离心力：流水通过弯道时，因惯性作用而产生的离心力。
凹岸侵蚀，侵蚀下来的物质向凸岸堆积。
科里奥利效应：在此作用下，水体运动的方向在北半球恒偏向前进方向的右侧，在南半球恒偏向前进方向的左侧。
（2）河床的变化：由于旁蚀作用，河床将发生以下变化：
①弯道凹岸的河底加深扩展，尤其在弯道的下游前缘表现强烈
②凹岸因其下部被掏蚀，上部崩塌，可形成悬崖，凸岸则变成平缓的堆积滩，故弯道横剖面形态部队称；
③河流弯道在三度空间上是垂直下蚀、横向旁蚀、弯道向下游迁移。其结果是使河床呈弯曲状不断向下游方向迁移。
河床的变化改造着河谷的形态：
早期河谷：横剖面呈V字形；
中晚期河谷：呈U字形；
晚期河谷：碟形谷。此时，谷底向冲积平原转变。
（3）自由河曲：指在平坦宽阔的冲积平原上流动的河流，其弯道的演化进程自由而充分的河流弯道。
河曲带：自由河曲中，河弯曲折的地带。随着河湾的演化，河曲带加宽，河道长度增大，河床坡度减小，流速减低。洪泛期，水流能冲破河弯颈部，取直道前进，造成河道的截弯取直。
牛轭湖：河道截弯取直以后，原来的河弯被废弃，堵塞成湖。
3、溯源侵蚀：指河流向其源头方向侵蚀而加长的作用。主要发生在河谷的沟头。溯源侵蚀是和下蚀作用相伴生的，是下蚀作用的必然结果。瀑布掏空侵蚀造成的后退属于一种局部性的溯源侵蚀作用。
河流袭夺：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。溯源侵蚀能力强的河流向上坡加长的结果可以交切溯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
袭夺河：袭夺它河的河流。
被夺河：被袭夺者。
截头河：被夺河的中下游。

第三节 河流的搬运作用
一、流水质点的运动方式
层流：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。
紊流：质点以复杂的流线型式交错，质点相互混合。
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，河床底平滑时可发生层流。
二、物质搬运的方式
流水搬运物质的方式有底运、悬运、溶运。
1、底运（牵引搬运）：指河床中的砂砾等较粗物质，以滚动、滑动、拖移等方式沿河床底部的搬运。
2、悬运：黏土、粉砂等细小颗粒，由于流水的紊流作用而呈悬浮状态进行搬运。是河流搬运物质的主体。
3、溶运：易溶岩石及矿物溶解于河水中，以离子状态进行搬运。
三、搬运能力和搬运量
1、搬运能力：河流能够搬运多大粒径碎屑的能力。它受河流流速的制约。资料表明，在平坦的河床上当流速小于18cm/s时，细小的颗粒也难以移动。当流速达70cm/s时，数厘米直径的颗粒也能搬运。
2、搬运量：河流能够搬运碎屑物质的最大量。受河流流速和流量尤其是流量的制约。长江在一般的流速下携带的仅是粘土、粉砂和砂，但数量巨大；相反，一条快速的山间河流可以携带巨砾，但搬运量很小。片流的流量和流速均较小，它只能搬运少量的、细小的碎屑颗粒，但在大雨时，片流借助于重力，也能搬运较大的砾石。洪流的流量和流速均较大，因而具有很强的搬运能力，它能携带大量的泥砂和巨大的石块沿沟谷流动。

第四节 河流的沉积作用
一、沉积作用发生原因
1.流速发生变化；
2.河流流量发生变化；
3.搬运物增加，负荷过重。
4.河流底部平坦
沉积作用主要场所：
1.河流汇入其它相对静止的水体处，如河流入海、入湖以及支流入主流处；
2.河床纵剖面坡度由陡变缓处；
3.河流的凸岸。
二、冲积物
河流沉积的物质。
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、由碎屑物组成：主要为砂、粉砂、黏土，有时可出现较多砾石。
2、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来。
3、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。
4、成层性较清楚：这是由于河流的沉积作用具有规律性变化。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。
5、韵律性：特征类似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，称为韵律性或旋回性。典型的河流沉积韵律包括下部的河床沉积（砂砾、粗砂）、中部的河漫滩沉积（粉砂）、上部的牛轭湖沉积（泥质）。
6、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、砂丘以及交错层理等原生构造。
三、冲积物的地貌类型
1、心滩：河床中部的沉积物构成的形态，形成于河流从狭窄段流入开阔段的部位。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水面，则转变成江心洲。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（点砂坝）：弯道环流将凹岸掏蚀的物质带到凸岸沉积形成的小规模沉积体。仅在洪水期被淹没。
（2）河漫滩：指边滩变宽、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。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。由于河床往复摆动，河漫滩不断扩大，相邻的河漫滩最终将连成一片，从而形成广阔的冲积平原，即主要由冲积物所组成的平原。
自然堤（天然堤）：沿河床两侧常出现堤状地形。自然堤的形成是因为洪水溢出河岸时，流速骤然减低，较粗物质立即在紧靠河床的边缘部位沉积下来。不断淤高的自然堤起着洪水的天然屏障作用。
3、三角洲：河口部位的沉积体所构成的形态。当河流进入河口时，水域骤然变宽，再加上海水或湖水对河流的阻挡作用，流速减小，机械搬运物便大量沉积下来，所形成的沉积体形态从平面上看像三角形，故称为三角洲。
三角洲一般规律是：在近河口处沉积较粗粒物质，稍远为中粒物质，更远为细粒物质。最简单的情况是河流注入淡水湖所形成的三角洲。在典型情况下，湖泊三角洲具有三层结构：
其底部沉积于平坦的湖底，离河口较远，沉积物往往是黏土，产状水平，称为底积层；
中部沉积于湖盆倾斜的边坡，离河口较近，沉积物较粗，具有向湖心倾斜的原生产状，称为前积层；
上部沉积发生在湖面附近，主要由河流漫溢而成，沉积物比前两层粗，产状水平，称为顶积层。随着三角洲向前推进，顶积层可转变为三角洲平原。

第五节 河流的均夷化与去均夷化
河流随着沉积与侵蚀作用的进行，河床上的突起被削去，凹坑被填平，急流瀑布消失，纵剖面最终演变成为平滑的下凹曲线。达到这一状态的河流称为均夷河流。
影响河流下蚀因素一旦变化，河流获得新的能量，下蚀可再次发生，这种现象称为去均夷化。
引起去均夷化作用的因素主要有：
1、陆地上升或海平面下降，使河床抬高或侵蚀基准面降低；
2、气候变化。如由干燥变为潮湿，导致流量增加，河流下蚀作用加剧。
一、深切河曲
发育在宽阔平坦谷底上的自由河曲在去均夷化作用下，只要下蚀速度适当，原有河弯可不受破坏而继承下来，致使河曲深切并嵌入基岩中，这种河曲称为深切河曲。深切河曲的弯道因旁蚀作用，使前后两弯之间的河湾颈部宽度逐渐变细，导致截弯取直。废弃的河道称为废弃河曲，被围绕的山嘴成为孤立残留的小丘，称为离堆山（河曲核丘）。
二、河流阶地
河流阶地：已形成河漫滩的河流因去均夷化而重新下蚀时，原来的谷底呈阶梯状残留在新的谷坡上，成为在河谷两坡的阶梯状地形。阶地由一个平坦的表面和一个向河床方向急倾斜的陡坎组成，前者称为阶地面，后者称为阶地斜坡。阶地由低到高代表其形成的时间由新到老，分别以一级、二级、三级等表示。河流阶地由阶面、阶坡（侵蚀陡坎）、前缘、后缘等要素组成。阶地的级数由下而上顺序分级。高于河漫滩的最低一级阶地称为一级阶地，向上依次为二级阶地、三级阶地……。因此，在同一河谷剖面上，阶地相对年龄一般是高阶地老，低阶地新。
三、阶地类型
根据阶地组成物质将阶地分为下列类型：
①堆积阶地：距河床近，阶地面和阶地斜坡（陡坎）全由粗细不一的河流冲积物组成，无基岩出露。
②基座阶地阶地面上堆积有河流沉积物，阶地斜坡的下部有基岩出露。
③侵蚀阶地：距河床远，地势稍高，阶地斜坡上基岩裸露，阶地面上无或仅有零星冲积物分布。

第六节 河流发育与地质构造的关系
控制河流形成演变的因素，除了流水自身的运动规律，还有地质构造。
1、河流的区域性分布及总体流向常受区域性地质构造制约。
我国主要河流系统（黄河、长江、珠江）均自西向东流入海洋，原因是它们的分水岭如秦岭、南岭山脉均为东西向构造带。我国西南的三江（怒江、澜沧江、金沙江）均自北往南入海，原因是它们的分水岭是南北走向的横断山脉，且地势北高南低。
2、河谷的位置与取向受局部性地质构造控制
河谷所在经常是地质构造上的薄弱带。或是软弱岩层的分布带，或是断裂节理的发育带。河谷时而挺直，时而突然转弯，时而呈之字形转折，其中均可能蕴藏有地质构造的信息。
3、水系的型式
树枝状水系：发育于岩层或岩石强度比较均一的地区。
角状水系：发育在岩层或岩石强度均一且叠加有断层或节理的地区。
格子状水系：发育在线状褶皱地区，主谷沿褶皱轴延伸。
放射状水系：在穹窿及火山锥高地上，河谷自中央向四周发散；在盆地内部，河谷则从四周高地向盆地中心汇聚。
环状水系：在穹窿或盆地内部。

第七节 准平原
地貌发展阶段：
幼年期—河流深切，V形河谷，为高山深谷地貌；
壮年期—河谷加宽，谷坡后退，河谷坡度变缓，分水岭高度降低成浑圆状；
老年期—地面平缓，微弱波状起伏，仅残存一些孤山，此时的地面就为准平原。
如淮北平原（徐州）、辽东半岛南部平原等，所代表的地质时期中准平原的表面叫夷平面，可判断地壳上升幅度。夷平面高者形成年代老，低者形成年代晚。
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