1、南京大学地球科学系南京大学地球科学系 舒良树舒良树普通地质学普通地质学(General Geology)Chapter 10 The river&its geological actionChapter 10 The river&its geological action 河流养育了人类河流养育了人类,人类的生存与发展离不开水。人类的生存与发展离不开水。石器时代石器时代,古人沿河而居古人沿河而居,捕鱼为生捕鱼为生;旅行时旅行时,河河流流 既是他们的主要路线既是他们的主要路线,同时又是他们的旅行障同时又是他们的旅行障碍。碍。古代埃及人靠春季尼罗河的洪水而获得可耕土古代埃及人靠春季尼罗河的洪水而获
2、得可耕土地，地，稍后又学会了储水灌溉。稍后又学会了储水灌溉。洪灾则威胁着人类生存洪灾则威胁着人类生存,在全球自然灾害中在全球自然灾害中,水灾水灾 排在第一位。排在第一位。古代大禹治水，就掌握了是疏浚而不是堵的先进古代大禹治水，就掌握了是疏浚而不是堵的先进 技术。公元前技术。公元前250年年,四川郡守李冰父子筑都四川郡守李冰父子筑都江堰江堰,采用采用“深淘滩深淘滩,低筑堰低筑堰,遇弯截角遇弯截角”的方法，引岷的方法，引岷江江 水入川西平原水入川西平原,使川西平原使川西平原“水旱从人水旱从人,不知饥谨不知饥谨,时时 无荒年无荒年,天下谓之天府天下谓之天府”。1963-1992年全球自然灾害破坏程度
3、统计年全球自然灾害破坏程度统计国家南水北调工程示意图国家南水北调工程示意图 Section 1 Introduction一一.有关概念有关概念 Some termsSome terms1.1.河流河流:地表上具经常性流水的线形凹地。地表上具经常性流水的线形凹地。河流形成过程河流形成过程:片流片流洪流洪流大河大河2.2.片流片流:大气降水沿地表自然斜坡均匀流动大气降水沿地表自然斜坡均匀流动,无固定无固定 流向的地表流水。流向的地表流水。片流通过洗刷作用将山坡上细小的、松散的片流通过洗刷作用将山坡上细小的、松散的残积残积物物搬运至山坡的凹入部位，形成搬运至山坡的凹入部位，形成坡积物坡积物；山麓地带
4、；山麓地带的坡积物连成一片称为的坡积物连成一片称为坡积裙坡积裙。3.3.洪流洪流 沿地表斜坡上的沟槽定向流动的水体。沿地表斜坡上的沟槽定向流动的水体。沟的发展沟的发展：沟槽沟槽沟谷沟谷大沟谷大沟谷；沟分为沟头、；沟分为沟头、沟口、沟壁、沟叉。沟口、沟壁、沟叉。从源头从源头下方侵蚀下方侵蚀，使沟加，使沟加 深、拓宽、伸长。无雨则干涸。深、拓宽、伸长。无雨则干涸。形成季节性形成季节性洪积物洪积物（分选性差、磨圆度差）（分选性差、磨圆度差）洪洪积扇、洪积锥积扇、洪积锥（沟口粗、开阔带细）（沟口粗、开阔带细）若干洪积扇若干洪积扇在山前连成片则为洪积平原在山前连成片则为洪积平原(如大青山前的包头如大青山
5、前的包头)。“V”“V”形谷为幼年期河流标志形谷为幼年期河流标志我国第一大峡谷（我国第一大峡谷（GorgeGorge）长江上游云南金沙江虎）长江上游云南金沙江虎跳峡；第二大峡谷为长江三峡跳峡；第二大峡谷为长江三峡(Three Gorges)=(Three Gorges)=瞿瞿塘峡（川）塘峡（川）+巫峡（川鄂神女峰）巫峡（川鄂神女峰）+西陵峡（鄂）西陵峡（鄂）“U”U”形谷只与冰川作用有关；形谷只与冰川作用有关；“碟碟”形谷则形形谷则形成于平原地区成于平原地区(湖北城陵矶湖北城陵矶)二河流的动能二河流的动能 动能动能E=1/2QVE=1/2QV2 2（Q Q流量，流量，V V流速）流速）1.1.
6、影响流速三因素影响流速三因素：坡度、河床宽度坡度、河床宽度（宽则流速小，（宽则流速小，因水体与河床的接触面大）、因水体与河床的接触面大）、滚石负荷状况滚石负荷状况（克服（克服内部摩擦要消耗能量）内部摩擦要消耗能量）.2.2.影响流量三因素影响流量三因素：W W(Width)(Width)、d d(depth)(depth)、V V (Velocity)(Velocity)3.3.同一条河流同一条河流,上游坡度动能大上游坡度动能大;下游虽水量大下游虽水量大,但但 流速小流速小,动能可能反而小。动能可能反而小。4.4.动能大，搬运力就大；搬运力动能大，搬运力就大；搬运力 搬运量，则河流搬运量，则河
7、流侵蚀；搬运力侵蚀；搬运力 横向力横向力,合力向右；合力向右；3，底层水流，河流右弯时，离心力，底层水流，河流右弯时，离心力横向力横向力,合力向左合力向左23凹岸凹岸凹岸凹岸凸岸凸岸凸岸凸岸包包 头头 牛牛 轭轭 湖湖3 3 溯源侵蚀溯源侵蚀 Retrogressive erosion:Retrogressive erosion:下切侵蚀引起下切侵蚀引起 河流朝源头加长的侵蚀。河流朝源头加长的侵蚀。发生在沟头处：片流在此集中，流量、流速增加，侵发生在沟头处：片流在此集中，流量、流速增加，侵 蚀力加强，发生溯源侵蚀。蚀力加强，发生溯源侵蚀。若河口处侵蚀面下降若河口处侵蚀面下降,也会发生溯源侵蚀。
8、也会发生溯源侵蚀。溯蚀、下蚀总是相伴而生，溯蚀、下蚀总是相伴而生，下蚀必导致溯蚀下蚀必导致溯蚀。溯源侵蚀使河流变大、变长，把许多支流连成一片。溯源侵蚀使河流变大、变长，把许多支流连成一片。水系水系=主流主流+支流，水系分布区称流域支流，水系分布区称流域(如长江流域如长江流域)分水岭分水岭Dividing crest Dividing crest：流域与流域之间的高地。：流域与流域之间的高地。秦秦 岭岭-巴颜喀拉山是长江、黄河的分水岭。巴颜喀拉山是长江、黄河的分水岭。二侧河流的溯源侵蚀会降低分水岭高度。如果二侧溯源二侧河流的溯源侵蚀会降低分水岭高度。如果二侧溯源侵蚀能力相同，分水岭仅降低高度，位
9、置不变；如果溯侵蚀能力相同，分水岭仅降低高度，位置不变；如果溯源侵蚀能力不同，分水岭向着侵蚀能力弱的一侧迁移源侵蚀能力不同，分水岭向着侵蚀能力弱的一侧迁移。河流袭夺河流袭夺：由于溯源侵蚀，一条河流将另一条河流上：由于溯源侵蚀，一条河流将另一条河流上游的水截夺过来。在二条流向垂直的河流之间最易发生。游的水截夺过来。在二条流向垂直的河流之间最易发生。Section 3 Transportation of riverSection 3 Transportation of river一一流水质点的两种运动方式流水质点的两种运动方式1.1.层流层流Laminar flowLaminar flow：流体流
10、动时，质点不互相：流体流动时，质点不互相 混合，流动的层与层之间不交错。在水浅、流混合，流动的层与层之间不交错。在水浅、流 速慢、河床平滑的河段速慢、河床平滑的河段,可成层流。可成层流。2.2.紊流紊流Turbulent flowTurbulent flow：流动层交错，质点互相：流动层交错，质点互相 混合。混合。河流主体表现为紊流运动。河流主体表现为紊流运动。二二物质的三种搬运方式物质的三种搬运方式 Traction,suspension,solution transportTraction,suspension,solution transport1.1.拖运拖运(底运底运):):物质粗大
11、者多在河床底运。当流物质粗大者多在河床底运。当流 速变小时很容易发生沉积。速变小时很容易发生沉积。2.2.悬运悬运:物质较细者物质较细者,则呈悬浮状态搬运。如粘土。则呈悬浮状态搬运。如粘土。3.3.溶运溶运:物质极细者，便呈溶液状态搬运，溶运物主物质极细者，便呈溶液状态搬运，溶运物主 要有要有CaCa、MgMg、碳酸盐等。、碳酸盐等。层流（层流（a)a)与紊流与紊流(b)b)剖面图剖面图 河床堆积河床堆积-四川大宁河四川大宁河 三三.河流的沉积作用：专指河流范围内的沉积河流的沉积作用：专指河流范围内的沉积1.1.沉积的原因沉积的原因：流速降低、流量减小、搬运物增流速降低、流量减小、搬运物增 多
12、（搬运力小于搬运量）。多（搬运力小于搬运量）。2.2.河流沉积物（冲积物河流沉积物（冲积物AlluviumAlluvium）的五大特征）的五大特征(1)(1)分选性好分选性好 长时间稳定的河流水动力，可使长时间稳定的河流水动力，可使 各种粒级的物质充分分开各种粒级的物质充分分开 磨圆度好磨圆度好 长距离搬运，使岩块变圆滑。长距离搬运，使岩块变圆滑。成层性好成层性好 二个周期变化因素：洪水期，粗，二个周期变化因素：洪水期，粗，枯水期，细；夏季，颜色淡，冬季，颜色深。枯水期，细；夏季，颜色淡，冬季，颜色深。韵律性好韵律性好 形成递变层理。河流的一次侧向摆形成递变层理。河流的一次侧向摆 动，由下到上
13、可形成：河床沉积（粗）、河漫动，由下到上可形成：河床沉积（粗）、河漫 滩沉积（中）、牛轭湖沉积（细）。滩沉积（中）、牛轭湖沉积（细）。具流水成因的原生构造具流水成因的原生构造 冲刷痕冲刷痕,砂丘砂丘(Dune,(Dune,大大的波痕的波痕),),波痕波痕,交错层交错层,前积层前积层(foresetforeset bed)bed)等等四四.沉积作用形成的地形沉积作用形成的地形1 1心滩心滩Channel barChannel bar 开阔处流速变小开阔处流速变小产生产生双向环流双向环流粗碎屑沉积在河流中部粗碎屑沉积在河流中部不断淤积不断淤积成心滩。成心滩。心滩在洪水期淹没心滩在洪水期淹没,枯水期
14、露出水面。枯水期露出水面。2 2江心洲江心洲Central barCentral bar 心滩扩大则为江心洲。心滩扩大则为江心洲。江心洲的特点是：洲头侵蚀、洲尾沉积、向江心洲的特点是：洲头侵蚀、洲尾沉积、向下游迁移。下游迁移。一般洪水不会淹没。如移向河边，一般洪水不会淹没。如移向河边，则和河漫滩会合。如南京八卦洲则和河漫滩会合。如南京八卦洲,湘江橘子洲。湘江橘子洲。3 3边滩边滩Point bar(Point bar(点沙坝）点沙坝）:凸岸的堆积体。凸岸的堆积体。洪水期淹没；洪水期淹没；由单向环流形成由单向环流形成。4 4河漫滩河漫滩Flood plainFlood plain与冲积平原与冲积
15、平原Alluvial plainAlluvial plain边滩加宽、加高，面积加大，形成河漫滩。边滩加宽、加高，面积加大，形成河漫滩。洪水期淹没、枯水期露出水面洪水期淹没、枯水期露出水面。宽广的河漫滩可形成平原或丘陵地区。宽广的河漫滩可形成平原或丘陵地区。河漫滩的二元结构河漫滩的二元结构：下部为河床砂砾沉积；下部为河床砂砾沉积；上部为河漫滩泥质粉沙质沉积。上部为河漫滩泥质粉沙质沉积。自然堤自然堤DamDam：洪水溢出河岸：洪水溢出河岸,流速骤降流速骤降,大量大量泥沙沉积泥沙沉积,形成形成自然堤自然堤。如长江芜湖与安庆间。如长江芜湖与安庆间的自然堤的自然堤;多为一般年份阻挡洪水的天然屏障。多为
16、一般年份阻挡洪水的天然屏障。冲积平原冲积平原：河床连续摆动，河漫滩连片扩大，：河床连续摆动，河漫滩连片扩大，形成冲积平原；主要由河流冲积物组成。形成冲积平原；主要由河流冲积物组成。区别：洪积平原。区别：洪积平原。5 5三角洲三角洲 Delta:Delta:在河口部位，因流速降低，在河口部位，因流速降低，动能减小，形成的大规模沉积体平面上呈三角动能减小，形成的大规模沉积体平面上呈三角形，称之。进一步发展则形成形，称之。进一步发展则形成三角洲平原三角洲平原。河漫滩与河床沉积河漫滩与河床沉积河底砂卵石沉积河底砂卵石沉积河曲迁移形成的边滩河曲迁移形成的边滩漫滩粉砂与黏土漫滩粉砂与黏土自然堤自然堤侵蚀方
17、向侵蚀方向沉积沉积侵蚀侵蚀 三角洲的形成条件三角洲的形成条件：1 1有充足的沉积物来有充足的沉积物来源；源；2 2河口处坡度较小，易于沉积（日本东河口处坡度较小，易于沉积（日本东部不能形成）；部不能形成）；3 3水动力较小，沉积物易于水动力较小，沉积物易于保存保存。三角洲的形态三角洲的形态：1 1鸟嘴状（一条河流入海鸟嘴状（一条河流入海者，如长江）；者，如长江）；2 2鸟足状（若干条河流入海鸟足状（若干条河流入海者，如密西西比河）；者，如密西西比河）；3 3扇形（许多条河流扇形（许多条河流入海着，如黄河）。入海着，如黄河）。唐时扬州位于长江口，是个重要出海港口。唐天宝十二年唐时扬州位于长江口，
18、是个重要出海港口。唐天宝十二年（753753年），鉴真和尚从这里东渡日本。当时的扬州，地位相年），鉴真和尚从这里东渡日本。当时的扬州，地位相当于今日上海，当于今日上海，“舟樯栌比，车谷鳞集舟樯栌比，车谷鳞集”，交通繁忙，手工，交通繁忙，手工业很发达，所产铜镜久负盛名，首饰玉雕制作精湛，造船业业很发达，所产铜镜久负盛名，首饰玉雕制作精湛，造船业兴旺。现时的上海是公元十世纪才露出海面形成陆地的。元兴旺。现时的上海是公元十世纪才露出海面形成陆地的。元朝至元二十八年（朝至元二十八年（12191219年）才设县，年）才设县，18501850年才成为商埠。年才成为商埠。Section 4 Degradat
19、ion of riverSection 4 Degradation of river1.1.均夷化均夷化GradationGradation：河流削去河底的突起，填平凹河流削去河底的突起，填平凹 地，达到平衡的过程称之。地，达到平衡的过程称之。2.2.去均夷化去均夷化Degradation Degradation：当侵蚀基准面（海平面）当侵蚀基准面（海平面）下降下降,陆地上升时陆地上升时,平衡会被破坏，平衡会被破坏，河流就会重新下河流就会重新下蚀蚀，此过程称为去均夷化。它可形成：，此过程称为去均夷化。它可形成：1)1)深切河曲深切河曲Incised meander(Incised meande
20、r(深切基岩的河流深切基岩的河流)，2)2)河流阶地河流阶地TerraceTerrace。3.3.河流阶地六点特征河流阶地六点特征:1).1).原谷地残留在新的谷坡之原谷地残留在新的谷坡之上上;2).;2).形态上具平坦的表面和陡坎形态上具平坦的表面和陡坎,陡坎向河；陡坎向河；3).3).沉积物为泥、沙、砾；沉积物为泥、沙、砾；4).4).可对称也可单侧；可对称也可单侧；5).5).洪洪水季节也不淹没；水季节也不淹没；6).6).形成多级阶地形成多级阶地,底新顶老底新顶老。4.4.三级河流阶地三级河流阶地 I I级级Accumulation T:Accumulation T:近河床的堆积阶地近
21、河床的堆积阶地（沉积物）；（沉积物）；IIII级级 Basement terraceasement terrace:基座阶地基座阶地（沉积物（沉积物+基岩）；基岩）；IIIIII级级ErosionErosion T:T:远河床的侵蚀阶地远河床的侵蚀阶地（全为基岩）。（全为基岩）。雨花台为浦镇组雨花台为浦镇组NpNp堆积阶地堆积阶地,故雨花石多。故雨花石多。第第五五节节 准平原化与地貌演化准平原化与地貌演化1.1.准平原化准平原化PeneplainingPeneplaining：使高山变成平原的地质使高山变成平原的地质 作用称之。作用称之。为河流老年期的标志。为河流老年期的标志。2.2.夷平面夷
22、平面PlanationPlanation surface surface:当后期地壳抬升时当后期地壳抬升时,海海拔高出平原拔高出平原,河流再下蚀河流再下蚀,起伏增大；导致原先被松起伏增大；导致原先被松散沉积物复盖的平地抬升，形成一系列起伏的山地。散沉积物复盖的平地抬升，形成一系列起伏的山地。其相邻的平坦山顶位于同一高度其相邻的平坦山顶位于同一高度,代表当时准平原代表当时准平原的表面的表面,称作夷平面。称作夷平面。漓漓 江江 河河 床床 砾砾 石石 河滩漫双层结构河滩漫双层结构-漓江漓江 3.3.夷平面的年龄夷平面的年龄：a.a.保存最老的夷平面不超过保存最老的夷平面不超过 140140MaMa
23、（白垩纪（白垩纪K K）;b.;b.越高越老越高越老(天山夷平面天山夷平面 往往大于往往大于20002000米高度米高度)。4 4河流地貌的三期演化河流地貌的三期演化幼年期地貌幼年期地貌：以下蚀为主，形成高山峡谷：以下蚀为主，形成高山峡谷,V,V 字形河谷字形河谷.壮年期地貌壮年期地貌：以旁蚀为主，形成宽广的河谷：以旁蚀为主，形成宽广的河谷 和低山丘陵和低山丘陵.老年期地貌老年期地貌：形成准平原。地表微弱起伏：形成准平原。地表微弱起伏,存在少数孤立残山。如淮北准平原。存在少数孤立残山。如淮北准平原。第第六六节节 河流发育同地质构造的关系河流发育同地质构造的关系1 1.具体的河流与局部构造有关；
24、具体的河流与局部构造有关；2 2.水系型式反应水系型式反应隐伏的构造；隐伏的构造；3 3.区域河流分布与区域构造有关。区域河流分布与区域构造有关。本章重点本章重点1 1 概念：河谷横剖面形态要素；侵蚀方式：溶蚀、水概念：河谷横剖面形态要素；侵蚀方式：溶蚀、水冲力、冲力、磨蚀；侵蚀方向：磨蚀；侵蚀方向：1)1)下蚀：下蚀：取决于流速、水取决于流速、水中泥砂量、河床岩石性质及地质构造等；中泥砂量、河床岩石性质及地质构造等；2)2)旁蚀；旁蚀；3)3)塑源侵蚀；三种侵蚀产物；塑源侵蚀；三种侵蚀产物；V V型河谷；侵蚀基准面；横型河谷；侵蚀基准面；横向环流；截弯取直；河流袭夺；搬运方式向环流；截弯取直；河流袭夺；搬运方式（拖运、悬（拖运、悬运、溶运）运、溶运）；沉积原因；沉积原因;沉积作用形成的地形；去均夷沉积作用形成的地形；去均夷化及其产物；河流地貌的三期演化。化及其产物；河流地貌的三期演化。2 2 基本特征基本特征 河流沉积物（冲积物）的河流沉积物（冲积物）的5 5点特征；三级点特征；三级河流阶地特征；夷平面特征河流阶地特征；夷平面特征;河流三角洲沉积特征与形河流三角洲沉积特征与形成条件成条件;河漫滩的二元结构；河漫滩的二元结构；河流阶河流阶地地6 6点点特征；三级特征；三级河流阶地特征。河流阶地特征。
