河流及其地质作用.ppt

第九章 河流及其地质作用,1.河流概述 2.河流的侵蚀作用 3.河流的搬运作用 4.河流的沉积作用 5.构造运动对河流地质作用的影响,1.河流概述,河流是陆地上有固定流向的水流或是降水或地下涌出的水重力作用下经常性或周期性沿流水本身侵蚀而成的槽状洼地流动的水体,1.河流概述,河流是陆地上最活跃、最强烈的外动力地质作用。,落基山脉中间的河流,蛛网似的河流，从库车大峡谷流过,河流的构成河水河谷河谷：由谷底、谷坡、河床构成谷底河流底部平坦的部分河床谷底常为河水占据的部分.谷坡高出谷底的两侧的斜坡部分,河流地貌,1.河流概述,河流的形成由片流、洪流发展而来。片流 沿山坡均匀流动的网状细流，片流的侵蚀作用使山坡松散层产生破坏。洪流:面状流水汇聚成的暂时性线状流水.,片流地貌,片状侵蚀,流水作用,流水的线状侵蚀,河流流水的种类：层流紊流环流(单向，双向）,河水的运动形式：,环流：水质点作螺旋状运动，运动迹线在横剖面上投影为环行。涡流：水质点绕轴旋转运动，轴与河底近于垂直。,环流,E=1/2 QV2 Q 流量 V 流速流量单位时间内通过一定过水面积的水量取决于流域面积，降水量。流速单位时间水流过的距离。取决于河床坡度，横剖面形状和大小，负荷类型；,河流的动能,Stream flow within a channel is most rapid near the center.,河流地质作用,河流地质作用河流对地表的改造过程河流地质作用的类型侵蚀搬运沉积,河流地质作用的特点以机械作用为主化学作用较弱河流地质作用的机制河流动能决定了河流机械作用的强度,2河流的侵蚀作用,河流的侵蚀作用河水在流动过程中，以自身动能和所搬运的物质对地表的破坏作用。河流侵蚀作用的分类：下蚀侧蚀,2河流的侵蚀作用,河流的侵蚀机制 溶蚀作用河水溶解矿物和岩石，破坏河床。水力作用河水及携带物的机械冲击力破坏河床。磨蚀作用流水以其携带的砂、砾对河床岩石的磨损，同时流水中的砾、砾本身被磨损,河水及携带物对河床的机械作用,河水及携带物对河床的机械作用,2河流的侵蚀作用,河流侵蚀作用的分类：下蚀侧蚀,2河流的侵蚀作用,下蚀（底蚀）流水对河底岩石侵蚀并使河床下切。下蚀的原因流水向下的运动分量冲刷河底流水携带的固体物对河底的磨蚀双向环流作用：河水涌入峡谷，河床峡谷中双向环流流水使峡谷加深,2河流的侵蚀作用,下蚀结果溯源侵蚀涡流作用形成的凹坑侵蚀基准面下移,下蚀作用结果溯源侵蚀-由于下蚀作用使河流向源头方向伸长（加长）我国黄河壶口瀑布cm/年（退）北美尼亚加拉瀑布0.3m/年,a2,a1,a3,瀑布后退-溯源侵蚀的一种形式,下蚀最强烈的是瀑布地区,美国和加拿大边界的尼亚加拉瀑布(世界第一),贵州省黄果树瀑布群中的黄果树瀑布 为最大一级落差58M,宽约20M.,黄 河 壶 口,涡流作用形成的凹坑,涡流作用形成的凹坑,涡流作用形成的凹坑,涡流作用形成凹坑,2河流的侵蚀作用,侵蚀基准面河流下蚀作用的极限面。当河流下蚀到其补给水体水面时，下蚀作用停止，则补给河流的水体的水面就是河流的侵蚀基准面。,2河流的侵蚀作用,侵蚀基准面河流下蚀作用的极限面。河流的最终侵蚀基准面海平面沿河流纵剖面可分出多个区域侵蚀基准面,总基准面地方基准面？,Base level,河流基准面的意义：控制河流发育基准面上升，水流的挟沙能力降低，发生淤积；基准面下降，水流侵蚀作用加强，由下游开始向上游发生溯源侵蚀。,河流,局部侵蚀基准面（湖水面）,侵蚀基准面（海平面）,美国犹他州河流下切作用形成的深切曲流,2河流的侵蚀作用,河流平衡剖面河流不发生侵蚀，也不发生沉积作用时剖面为河流平衡剖面达到平衡剖面的河流，其冲积力与河床的阻力相等，河流既不发生侵蚀，也不沉积。平衡即使在一定条件下能够达到也只是暂时的,不平衡是绝对的,河流平衡剖面与侵蚀基准面,2河流的侵蚀作用,侧蚀侧蚀作用产生原因:水流惯性力流水冲击力 离心力 合力 科利奥里力 横向力,河流侧蚀作用示意图,2河流的侵蚀作用,侧蚀 河道弯曲,曲率增大 侧蚀作用结果 河床侧移(曲流)河谷加宽,成碟形,侧 蚀 作 用 离心力、克利奥里力 与侧蚀作用的关系(北半球)A.弯道右弯,水流冲击合力小 侵蚀力小.G水流惯性力P-弯道离心力F-克利奥里力V-水流流向 B.弯道左弯,水流冲击合力大,侵蚀力大,G,G,P,水流经弯道时,凹岸水面升高,凸岸水面下降,形成水面横比降.水质点在横比降作用下,产生横向力F;同时水质点受到离心力P的作用,P与F的合力Q决定水质点的最终运动方向.水体上层,P离心力F横向力,Q合力向右;距河底水深1/3的O点处,Q合力O水体下层,P离心力F横向力,Q合力向左.注:水面横比降=h/河面宽度,F,P,Q,环流,h,O,凸岸,凸岸,凹岸,凹岸,凹岸凸岸的判断：发生堆积的岸为凸岸,侧蚀的结果：河床弯道处曲率增大,都江堰二千多年前李冰父子利用河流的曲流原理,修建了都江堰第一个曲流处,利用凹岸和凸岸,设置了鱼嘴工程,江水一分为二,清水入内江,泥沙浊水入外江.引水工程宝瓶壶设于凹岸处,将清水引向成都平原,而泥沙砾抛向凸岸,并被水流冲走飞沙堰在枯水期将江水台高,引入宝瓶口,洪水时,多余的水将越过飞沙堰流走.,侧蚀结果-在平坦宽阔的冲积平原上的河流弯道,自由河曲河流在平坦宽阔的冲击平原上流动时，侧蚀作用强烈弯道自由发展，弯曲加大，河床在平面上蜿蜒回环。弯曲很多时，称蛇曲。,自由河曲及牛轭湖的形成。,牛轭湖的形成,自由河曲的某一段上，两对的弯道沟通，弃废的部分河道形成了牛轭湖。,亚 马 逊 河 河 段 上 的 牛 轭 河,下蚀、侧蚀作用的关系河流在运动过程中下蚀、侧蚀同时进行，仅在不同河段上表现度不同。上游：地形起伏大，河床坡度陡，下蚀作用为主。中、下游：地形相对平缓，侧蚀为主。,3 河流的搬运作用,河流的搬运作用河流将携带物质向下游方向搬运搬运方式：机械搬运化学搬运,3 河流的搬运作用,机械搬运悬移搬运跃移搬运 推移搬运,3 河流的搬运作用,悬移搬运搬运物质粒径一般0.1mm，这些细小颗粒一旦被水流掀起后就不易沉降。,3 河流的搬运作用,跃移搬运近河流底部搬运物质在水流不稳定，具有向上垂直分力与迎面压力同时作用下产生的移动其粒径一般为0.10.25mm向上垂直分力颗粒重力时，颗粒呈跳跃式前进,3 河流的搬运作用,推移搬运搬运物质沿底面滚动或滑动颗粒较粗,3 河流的搬运作用,推移搬运砾石最大扁平面倾向指向上游,悬运,跃运,推运,流水搬运物质的方式,3 河流的搬运作用,化学搬运溶运：以溶液及胶体的形式进行搬运。可溶盐类：以钙、镁的碳酸盐类为主。胶体溶液：SiO2、Al2O3,3 河流的搬运作用,流速与搬运的关系流速大：搬运量大，搬运的碎屑物粒度大；流速小：悬浮变推移,3 河流的搬运作用,搬运物的性质与搬运方式粗砂、砾石-推移搬运(滑动、滚动、跳跃)，搬运距离近。粉砂、泥-悬浮搬运，搬运距离较远。,4.河流的沉积作用,河流的沉积作用河流搬运力降低时，搬运物沉积的过程沉积作用的类型机械沉积化学沉积生物与生物化学沉积,4.河流的沉积作用,河流搬运力降低的原因河流的动能减小(流速，流量减小)化学条件改变,4.河流的沉积作用,河流的动能减小(流速，流量减小)流速降低，机械搬运物沉积于河流凸岸，河流入湖、海处。化学条件改变使溶解状态搬运的物质发生沉淀。,4.河流的沉积作用,沉积原理 机械沉积原理坡度降低、来水量少、流速下降过水面积增大含砂过饱合顶托作用,4.河流的沉积作用,沉积原理 化学沉积过饱和沉积(盐湖沉积)胶体沉积(电解质改变)生物沉积遗体堆积生物化学沉积藻类、珊瑚-Ca艹形成的礁体,沉积物的主要的沉积场所(空间分布)：河床坡度变缓的部位；河床变宽的部位；河床的凸岸；河流的出口处；,4.河流的沉积作用,4.河流的沉积作用,机械沉积分异大而重先沉积，小、轻的物质后沉积冲积物河流沉积的碎屑物质,4.河流的沉积作用,冲积物的主要特征：1.分选性好 2.磨圆度好 3.层理清晰 4.韵律性 5.具流水成因的构造特征,4.河流的沉积作用,沉积物的分选性沉积物的粗细均匀性。沉积物粒径均匀，分选好；粒径悬殊则分选性差。,从上游至下游:沉积物颗粒由粗变细,棱角变无,4.河流的沉积作用,河流沉积物特征差异的原因,4.河流的沉积作用,河流沉积的空间分布格局河谷河床沉积心滩：边滩河漫滩河口的沉积作用三角洲沉积,4.河流的沉积作用,河床沉积河床河水经常流动的地方其沉积颗粒较粗有较好的交错层理河床沉积随着水位的季节性而有规律变化,Typical Stream Cross-sections,4.河流的沉积作用,心滩河床中间的沉积地貌，平水位时（枯水期）高出河面，洪水期被淹没。平面上梭形、长轴平行于流向；双向环流是形成心滩的主要原因，支流的相互顶托而形成，外来障碍物也可形成心滩。,4.河流的沉积作用,心滩,双向环流,江心洲：心滩增大，或几个心滩连在一起洪水期亦露出水面的”心滩”。,4.河流的沉积作用,湘江的水陆洲由心滩发育而成,边滩：河流弯道处凸岸堆积新月形，向下游和河心方向倾斜。,边滩形成机理,边滩,凸岸沉积,凹岸侵蚀,凸岸,凸岸,凹岸,凹岸,单向环流,边滩形成机理,位于云南省石鼓的长江第一湾.见边滩、心滩、河漫滩、侵蚀的凹岸、堆积的凸岸,边滩,心 滩,河 漫 滩,河流边滩 卢森堡,4.河流的沉积作用,河漫滩:边滩变宽、加高且面积增大的产物高出河床，平坦谷地洪水时可淹没，枯水期出露,4.河流的沉积作用,河漫滩构成特点河漫滩在沉积上具有二元结构(河漫滩相物质)特征下部较粗砾石或砂组成上部粒径较细粉沙，亚粘土组成流速较慢的水流沉积形成。,4.河流的沉积作用,河漫滩的二元结构：河床在侵蚀作用下常发生左右迁移河漫滩之处，常是地史中的河床位置较细的河漫滩沉积之下，有河床的粗颗沉积。,平行于河床的垄状堆积，洪水期，河水水量加大，溢出河岩。当溢出两岸时，流速聚然减低，河水中携带的较粗物质在紧靠河床的边缘部大量堆积下来，形成自然堤.,河谷沉积相平面与剖面结构,早期沉积,天然堤,边滩,河漫湖泊,决口扇堤,牛轭湖沉积,河床沉积,河床沉积,河漫滩沉积,河床,河漫滩,河谷分类(按横剖面)：,V 形谷-上游侵蚀,U 形谷-平原侵蚀,碟形谷-下游侵蚀,V 形谷-侵蚀作用为主,4.河流的沉积作用,河口沉积（三角洲沉积）河流在入海（湖）口处的沉积称三角洲沉积。三角洲顶端指向河流方向表面平坦向湖、海方向倾斜，其上常有沼泽分布。河口处沉积物中有机质丰富，常形成石油和天然气等有机矿产,Wave vs.Tidal Deltas,4.河流的沉积作用,三角洲沉积形成条件河口流速变缓，水域扩大，碎屑物沉积河水中的胶体物与海、湖水中不同电荷电解质作用产生沉淀三角洲保存条件 河流的机械搬运量较大；近河口处坡度缓，海水浅；近河口处无强大的波浪和潮流冲刷,4.河流的沉积作用,三角洲剖面三重层结构（剖面结构）顶积层（前积层增高到河床高度时，随着三角洲向海方向推移，前积层上的近于水平的河床沉积）前积层（三角洲沉积的主体。河水带的大量泥砂沉积组成）底积层（河流带来的悬浮物质及胶体物质沉积形成了底积层，颗粒细，以粉砂和粘土为主。,三角洲内部的三重层结构,三角洲的演化,洪流沉积作用产物:洪积物，洪积锥，洪积裙成分:流经区的砾石，砂，粉砂，粘土位置:山地平原交界处冲沟口,4.河流的沉积作用,洪积扇,洪积物特点分选性和磨圆度较差，扇顶部分沉积物比较粗，向着扇体边缘逐渐变细，及至扇底前缘可出现粘土物质。,坡积裙 加州,不同类型的河流阶地具有不同的成因机制。河流阶地按成因可以分为：,堆积阶地,侵蚀阶地,基座阶地,冲积物,河漫滩,冲积物,河流,基 岩,阶地地貌（river terrace）,阶地地貌（river terrace）,阶地地貌（river terrace）,阶地形成第一阶段:河流拓宽谷底，形成宽阔河漫滩第二阶段河流强烈下切（undercut），原河漫滩高出于一般洪水位之上形成阶地,阶地地貌（river terrace）,阶地形成的影响因素构造运动整体抬升掀斜抬升拱曲型抬升断裂抬升气候变化干湿变化：雨期 间雨期冷暖变化：冰期 间冰基面升降河流系统自身运动,河流地貌,侵蚀与沉积作用的综合-谷 地 貌 单 元,河流地貌,按地质作用分侵蚀地貌沉积地貌综合地貌侵蚀地貌侵蚀河床、侵蚀阶地、谷地、谷坡；,河流地貌,沉积地貌心滩、江心洲、河漫滩、堆积阶地、自然堤、冲积平原、洪积扇、河口三角洲等。,河流地貌,综合地貌牛轭湖,构造运动对河流地质作用的影响,构造运动微弱地区河流的演化表现出连续而又有阶段性的特征。其演化过程-分为初（幼年期）、中（壮年期）、晚（老年期）三期，对应上、中、下游,幼年期：地面的抬升，河流下切，河谷深狭，谷坡陡峻，接近30或更陡。河谷近似“V”字形。水系尚未充分发育，河网密度小，地面分割微弱分水岭地带广阔，分水岭顶部分布有大片平坦的原始地面。,构造运动对河流地质作用的影响,构造运动微弱地区初（幼年期）(上游)，下蚀为主，河谷深切，河床坡度大纵剖面呈阶梯状，河谷较直形成V形峡谷及急流瀑布沉积物分选差、粒度大,壮年期：河流下切旁蚀作用加强河谷逐渐展宽，地面的切割密度、深度加大河间分水岭地带逐渐变窄山坡逐渐变缓，岭脊变圆浑形成山坡形态和平缓起伏的浑圆状地貌。,构造运动对河流地质作用的影响,构造运动微弱地区中期（壮年期）(中游)下蚀作用减弱、河床坡度减小侧蚀作用占主导地位，河谷加宽，形成曲流，横切面“U”形出现心滩、边滩、河漫滩各种形态的沉积,老年期：主要为旁蚀和堆积，下蚀作用已很微弱形成广阔的谷地平原，山坡更平缓，坡麓堆积与谷底连成一片分水岭山体缩小以至消失形成准平原地貌。,构造运动对河流地质作用的影响,构造运动微弱地区晚期老年期(下游)河床坡度进一步变缓，微弱波状起伏侧蚀作用不再加宽河谷，仅使河流摆动形成蛇曲和牛轭湖,Process of river,构造运动对河流地质作用的影响,构造运动强烈地区形成多级河谷由河谷阶地表现阶地河流重新下蚀，原来谷底河漫滩呈阶梯状残留在新的谷坡上,河流阶地示意,构造运动对河流地质作用的影响,河谷阶地横剖面上河谷坡地出现的阶梯状沉积体不被洪水淹没.每一级阶地由一平坦阶面和一陡坎组成。阶面微向下游和河床倾斜阶地沉积物具有二元结构,构造运动对河流地质作用的影响,河谷阶地产生的原因地壳上升时，河谷下蚀；地壳停止上升，河谷侧蚀为主，发生沉积循环上过程，河漫滩提高出水面形成河谷阶地，形成多级的河流阶地河流阶地的存在反映了构造运动和河谷发育的平稳和突变的双重性,构造运动对河流地质作用的影响,阶地由下往上，形成时代由新老，以数字命名阶地：一级，二级，三级阶用城镇命名，如雨花台阶地,构造运动对河流地质作用的影响,河谷演化趋势第一阶段：强烈下蚀作用的第二阶段：侧蚀为主的宽缓河谷河谷演化的循环侵蚀基准面下降或者上升时，河谷的发育将会重复前面所述的演化过程,构造运动对河流地质作用的影响,提问认识河流沉积体的意义？构造意义矿产意义古环境意义工程及水文意义,永定河流域为49000Km2（如下图），流经北京、天津注入渤海。流域95以上为高山区，1在山麓区，其它在平原区。上游区域气候干旱，多暴雨，洪水集中而猛烈，并且流经大量黄土、红土及松散岩石地区，极易被冲刷，供给永定河大量泥沙。于1953年8 月修建了官厅水库，初步改造了永定河。要求运用地面流水地质作用原理，分析永定河在修建官厅水库前后的地质作用的特点。1、修建水库前河水搬运的泥沙40堆积在卢沟桥梁各庄之间的河床中，因而河床逐渐淤高，这是为什么？2、为什么修建水库前在卢沟桥金门闸一带永定河经常冲毁堤坝决口而泛滥成灾？3、水库修建后对上游的水土保持起到什么作用？为什么？,4、水库每年将5000多万吨的泥沙拦在水库内，使水库以下的河水含沙量大为减低，以致不饱和。试分析在卢沟桥金水闸之间，河流地质作用和水库修建前是否一样？应以侵蚀为主还是以沉积为主？在金水闸以下的地区，特别是安次地区形成新的泛滥区，比修水库前淤积更为严重，这是为什么？（安茨地区特别宽阔）5、水库修建前卢桥以上的河中主要由砾石、砂石组成，而在卢沟桥与金水闸之间则由砂子组成，在地形上发育了心滩及河漫滩。修建水库后组成河床的物质、心滩、河漫滩将会发生什么变化？6、总结一下修建水库前后，卢沟桥金门闸；金门闸新泛区河流侵蚀作用及沉积作用在空间分布上的转移及原因？,官厅,卢沟桥,卢沟桥,金门闸,梁各庄,安茨,金门闸,山区,平 原,新泛滥区,