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1、第三章 第四纪地质作用及第四纪沉积物,地质年代地方性岩石地层单位地质年代的分类及确定方法我国地史概况第四纪地质第四纪沉积物风化作用及残积物河流地质作用及冲积物暂时性水流地质作用及沉积物海洋地质作用及海积物风的地质作用及风积土,本章提要,地质年代以及其确定方法，我国地史概要。 第四纪沉积物类型及地质作用类型。 各类沉积土的物质组成、结构特点、工程地质特性。,3.1 地质年代,地质年代（geological time）是指地球上各种地质事件发生的时代。它包含两方面含义：一是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；其二是指各地质事件发生的距今年龄，由于主要是运用同位素技术，称为同位素地质年龄（
2、绝对地质年代）。,地质年代表使用不同级别的地质年代单位和年代地层单位，对应关系如下。,宙,隐生宙：距今6亿年以前仅有原始藻类出现的时代,显生宙：距今6亿年以后称为显生宙，是地球上生命大量发展和繁荣的时代,太古代,元古代,古生代,中生代,新生代,古生代再分为六个纪，中生代分为三个纪，新生代分为两个纪。纪下面次一级的地质年代单位是世。详见表3.1。,各个代、纪延续时间不一，总趋势是年代越老延续时间越长，年代越新延续时间越短。年代越新者保留下来的地质事件的记录即地层越全，划分越细。地质年代单位的划分也考虑到生物进化的阶段性，年代越新，生物进化的速度加快，反映出地质环境演化的速度在加快。,3.2 地方
3、性岩石地层单位,地方性岩石地层的划分,首先是调查岩石性质、运用确定相对年代的方法研究它们的新老关系.,然后对岩石地层进行系统划分.,地方性地层单位,群,组,段,段是组内次一级的岩石地层单位，代表组内具有明显特征的一段地层。,组是岩石地层划分的基本单位，岩石性质比较单一，以同一岩相或某一岩相为主，夹有其它岩相或不同岩相交互构成。,群是岩石地层的最大单位，常常包含岩石性质复杂的一大套岩层，它可以代表一个统或跨二个统，群以重大沉积间断或不整合界面划分。,举例：南京附近的象山群往下分出栖霞组，栖霞组又分出臭灰岩段、下硅质岩段、本部灰岩段等。,但是，组不一定都划分出段。层是指段中具有显著特征，可区别于相
4、邻岩层的单层或复层。总之，在每一个地质年代中，都划分有相应的地层。地质年代和地层的单位、顺序和名称可参见下表。,地质年代单位与相对应的地层单位表,地球从形成至今已有46亿年，地史学中，将各个地质历史时期形成的岩层，称为该时代的地层。各地层的新、老关系在地质构造形态的判别中有着非常重要的作用。地质学中计算时间有两种方法:绝对年代：表示地质事件发生至今的年龄称为绝对年龄（同位素年龄）；相对年代：表示地质事件发生的先后顺序为相对年代。,3.3 地质年代的分类及确定方法,一、绝对年代的确定放射性同位素（母同位素）在天然条件下发生衰变，自动放射出某些射线而衰变成另一种稳定元素（子同位素）。放射性同位素的
5、衰变速度是恒定的，不受温度、压力、电场、磁场等因素的影响。通过测定岩石中所含放射性同位素的质量P以及衰变产物的质量D，就可利用衰变常数（每年每克母同位素能产生的子同位素的克数），按下式计算岩石的形成年龄t：,目前，世界各地地表出露的古老岩石都已进行了同位素年龄测定，如南美洲圭亚那的角闪岩为4130170Ma（Ma表示百万年）；我国冀东络云母石英岩为36503770Ma。,角闪岩,通常用来测定地质年代的放射性同位素有：钾-氩、铷-锶、铀-铅和碳-14等。其中，碳-14专用于测定最新地质事件和大部分考古材料的年代，其余几种主要用来测定较古老岩石的地质年龄。,二、 相对年代的确定相对年代法是通过比较
6、各地层的沉积顺序、古生物特征和地层接触关系来确定其形成先后顺序的一种方法。相对年代在地质年代的描述中应用广泛，一般包括下列几种方法：,地层层序法古生物法切割律,1. 地层层序法（确定地层相对年代的基本方法）,岩层水平,岩层倾斜,岩层层序倒转,未经构造运动改造的层状岩层大多是水平岩层。沉积顺序是下老上新。,当岩层因构造运动而发生倾斜但未倒转时，倾斜面上方的岩层新，倾斜面下方的岩层老。,当构造运动使岩层层序颠倒时称为地层倒转，此时老岩层覆盖在新岩层之上。,一个地区在地质历史上不可能永远处在沉积状态，常常是一个时期下降以接受沉积作用为主，另一个时期抬升以产生剥蚀剥蚀作用为主。因此，现今任何地区保存的
7、地质剖面中都会缺失某些时代的地层，造成地质记录不完整。故需对各地地层层序剖面进行综合研究，将各个时期出露的地层拼接起来，建立较大区域乃至全球范围的地层顺序系统，即标准地层剖面。通过标准地层剖面的地层顺序，对照某个地区的地层情况，就可排列出该地区地层的新老关系。,2. 古生物法,沉积岩中保存的各地质历史时期的生物遗体和遗迹称为化石。,不同地质时代的岩层中含有不同类型的化石及其组合，而在相同地质时期的相同地理环境下形成的地层，则都含有相同的化石，这就是生物层序律。,在某一环境阶段，能大量繁衍、广泛分布，从发生、发展到灭绝的时间越短，并且特征显著的生物，其化石称为标准化石 例如，寒武纪的三叶虫，侏罗
8、纪的恐龙等等，在每一地质历史时期都有其代表性的标准化石。,注意寻找和采集古生物化石标本，尤其是标准化石，就可以依据古生物地层学方法确定岩层的地质年代。,寒武纪的三叶虫,侏罗纪的恐龙,3. 切割律,不同时代的岩层或岩体常被侵入岩侵入穿插，就侵入岩与围岩相比，侵入者时代新，被侵入者时代老，这就是切割律 就包裹者与被包裹者来说，包裹者新，被包裹者老。,此方法还适用于有交切关系的地质体，砾岩与石灰岩为不整合接触关系，不整合面以下的石灰岩年代较老，不整合面以上的砾岩年代较新。,花岗岩中含石灰岩的捕掳体，说明花岗岩为后期侵入，石灰岩的形成早于花岗岩；砾岩中砾石的形成年代比砾岩早。,1-石灰岩，最早形成；2
9、-花岗岩，形成晚于石灰岩，并有石灰岩捕掳体；3-硅卡岩，形成时间同花岗岩；4-闪长岩，晚于花岗岩形成；5-辉绿岩，晚于闪长岩形成；6-砾石，早于砾岩形成；7-砾岩，最晚形成。,运用切割律确定岩石形成顺序,3.4 我国地史概况,太古代,中生代,元古代,古生代,新生代,元古代,新生代,（1）太古代（界） 太古界主要分布在华北地区，为各类片岩、片麻岩。在冀东迁西地区发现了同位素年龄为34.336.7亿年的变质岩，这是我国目前已知的最老地层。太古代时地球上可能已有原始生物，但至今尚未发现可靠化石。太古代末有一次强烈的地壳运动，我国称五台山运动，表现为元古界以不整合接触方式覆盖于太古界之上，同时有花岗岩
10、侵入。,（2）元古代（界） 元古界主要分布于华北及长江流域，此外还分布在塔里木盆地及天山、昆仑山、祁连山等地。元古界分上、下两部分：下部的下元古界为浅变质的沉积岩或沉积-火山岩系；上部称震旦系，为未变质的砂岩、石英岩、硅质灰岩和白云岩组成。早元古代末期的地壳运动称吕梁运动，使震旦系与下元古界呈角度不整合接触。,（3）古生代（界） 古生代是地球上生物繁盛的时代，从寒武纪开始就可以利用古生物化石来划分地层。古生代的地层主要有石灰岩、白云岩、碎屑岩等海洋环境的沉积。中、上石炭统和上二叠统在一些地区含煤。二叠纪末部分地区上升成为陆地。早古生代的地壳运动，世界上称为加里东运动。在我国南方表现为泥盆系与前
11、泥盆系呈角度不整合接触。二叠纪末期地壳运动影响广泛，内蒙、天山、昆仑山都发生强烈褶皱上升成山，并伴有岩浆活动，称为海西运动；古生代末，海水消退，中国大陆雏形出现。,（4）中生代（界）中生代意为“中等生物”的时代，以陆上爬行动物盛行为特征。中生代时除南方部分地区和西藏等地为海洋环境外，我国大部分地区已形成陆地。三叠系、侏罗系都是主要含煤地层。中生代多次发生强烈地壳运动，主要有印支运动和燕山运动，并伴随有广泛的岩浆侵入活动和火山喷发。中生代的构造运动奠定了我国东部地质构造的基础。,（5）新生代（界）新生代为近代生物的时代。哺乳动物和被子植物非常繁盛。新生代包括古近纪（即原来的早第三纪）、新近纪（原
12、来的晚第三纪）和第四纪。原第三纪仅台湾和喜马拉雅地区仍被海水淹没，我国原第三系主要为陆相红色碎屑岩沉积并含有丰富的岩盐。原第三纪末期的地壳运动称为喜马拉雅运动，它使台湾和喜马拉雅地区褶皱上升成为山脉，并伴有岩浆活动，在我国其它地区则表现为断块活动。,新生代最晚的一个纪，也是包括现代在内的地质发展历史的最新时期。最重大的事件是二百多万年前地球上出现了人类。地壳有过强烈的活动，为了与第四纪以前的地壳运动相区别，将第四纪以来发生的地壳运动称为新构造运动。气候多变，曾多次出现大规模冰川。沉积环境极为复杂，沉积物形成时间短，成岩作用不充分，常常成为松散、多孔、软弱的土层（土体）覆盖在前第四纪坚硬岩层（岩
13、体）之上。,3.5 第四纪地质,第四纪特点：,最初人们把地壳发展的历史分为第一纪、第二纪和第三纪3个大阶段；法国学者Desnoyers（德努瓦耶）在研究巴黎盆地的地层时，把第三系上部的松散沉积物划分出来命名为第四系，其对应的时代为第四纪，第三纪和第四纪的名称保留下来合称为新生代。现第三纪已分为古近纪和新近纪，故仅保留有第四纪的名称;国际地层委员会2013年1月公布的最新国际年代地层表如下所示。,第四纪的划分,新生代（界）,第四纪（系）,新近纪（系）,古近纪（系）,全新世（统）,更新世（统）,晚（上）新世（统）,中新世（统）,渐新世（统）,始新世（统）,古新世（统）,更新世晚期（上阶）,更新世中
14、期（中阶）,卡拉布里雅期（阶）,杰拉期（阶）,第四纪的下限 关于第四纪的下限问题一直存在争议，一般认为在大约160-200万年间，支持较多的有1.8Ma和2.6Ma。由于2.6Ma是黄土开始沉积的年龄，反映了气候和地质环境的明显变化，第四纪地质学家基本都采用此时间作为第四纪的下限。,第四纪的研究意义,第四纪的时间虽然短暂，但在地质和其它方面的变化非常显著，如气候的变冷和变暖，冰川的形成和消失，构造运动、生物界的演化等。第四纪与以前其它时期地质纪相比较的特点：,第四纪冰川的出现和消失（最明显）,第四纪沉积物覆盖于地表，并且大部分是松散的,生物群与现代生物群联系密切，最突出的特征是人类的出现等等,
15、第四纪地质现象与人类的关系特别密切，因而具有特殊的实践意义：,第四纪沉积物的成分和岩相资料能够提供寻找和评价地下水、工程建筑原料和工程地基的依据。,第四纪沉积物的含水性与其粒度密切相关，如砂砾石层可作含水层，粘土和亚粘土层作隔水层；新构造运动、地形和第四纪沉积物的成因，在很大程度上决定着其水文及工程地质条件，例如，冰积物基本上是不透水的。,地震，也需要研究新构造运动在地形和第四纪地质现象上的各种表现。,为正确评价水文及工程地质环境，还需要研究地形形态、第四纪沉积物和新构造运动的发展历史，对一些常用的水文及工程地质措施而言，尤为重要的是研究地形、第四纪沉积物和新构造运动的进一步发展趋势。,大约在
16、二百多万年前地球上出现了人类。第四纪时期地壳有过强烈的活动（水平运动、火山喷发、地震作用等），为了区别，将第四纪以来发生的地壳运动称为新构造运动。第四纪气候多变，曾多次出现大规模冰川。,一、第四纪地质概况,“北京猿人”头盖骨化石,第四纪冰川不仅规模大而且频繁。根据深海沉积物研究，第四纪冰川作用有20次之多，而近80万年每10万年就有一次冰期和间冰期。,1. 第四纪气候与冰川活动,冰期：寒冷时期，冰雪覆盖面积扩大，冰川作用强烈发生。在晚新生代冰,间冰期：气候温暖时期，冰川面积缩小,期中规模最大，中国大陆在冰期时，海平面下降，渤海、东海、黄海均为陆地，台湾与大陆相连，气候干燥、风沙盛行。,2. 板
17、块构造,20世纪40年代以来，出于军事目的和对石油资源的需求，进行了大规模的海底地质调查，获得了大量成果，导致全球构造理论板块构造学说的诞生。,1915年德国魏根纳提出大陆漂移说，他认为大约距今1.5亿年前，地球表面有个统一的大陆，联合古陆周围全是海洋。从侏罗纪开始，联合古陆分裂成几块并各自漂移，最终形成现今大陆和海洋的分布。奥地利地质学家休斯对大陆漂移学说作了进一步推论，认为古大陆是两个，北半球的一个称为劳亚古陆，南半球的一个称为冈瓦纳大陆。195060年代大量科学观测资料支持大陆漂移说重新抬头。1960年代末形成板块构造理论，认为：刚性的岩石圈分裂成六个大的地壳块体（板块），它们驮在软流圈
18、上作大规模水平运动。各板块边缘结合地带是相对活动的区域，表现为强烈的火山（岩浆）活动、地震和构造变形等，而板块内部是相对稳定区域。,板块构造学发展历程：,相邻板块间的结合情况,岛弧和海沟，表现为大洋地壳沿海沟插入地下，构成消减带，并引起火山作用、地震以及挤压应力作用，如太平洋板块与欧亚板块间的情况。,洋中脊，是地壳生成的地方，变现为拉张应力，如非洲板块与美洲板块之间。,转换断层，是横穿过洋中脊的大断裂，表现为剪切应力作用。板块间的结合带与现代地震、火山活动带一致,地震带及火山分布,3.6 第四纪沉积物,新构造运动强烈，海平面变化频繁。因而第四纪沉积环境极为复杂，具有以下几种基本类型：,大陆沉积
19、环境：第四纪冰川的出现和消失，在大陆地区内形成了三种沉积环境（冰川环境、冰缘环境和非冰川环境）。在每一环境中，都会出现一些特定的沉积过程和沉积物的共生组合。,海岸沉积环境：第四纪的海面曾经发生过反复的大幅度上升和下降。冰川控制海面上升和下降的交替，在海滨地区产生了海滨及浅海沉积物和陆地沉积物互相交替的顺序。,海洋沉积环境：在深海和洋床中的一些地区内，地质事件记录是连续且保存得相当完整。当然，在有些海洋地区，第四纪沉积作用受到大陆棚、崩塌、地滑和剥蚀等，也会造成沉积顺序不连续现象，使沉积物分布和类型也会变得较复杂。,第四纪沉积物的形成发展历史，是第四纪地质历史中的一个重要组成部分，并且受着整个第
20、四纪地质历史的控制。第四纪沉积物具有如下一些基本特点：,（1）第四纪沉积物普遍覆盖于大陆地表，大多数情况下都与下伏的前第四纪地层呈不整合或假整合关系。（2）第四纪沉积物的空间分布与现代地形联系密切。（3）由于第四纪时间短暂，第四纪沉积物所经受的剥蚀破坏及构造变形比较轻微，大部分基本上没有构造变形，保留着与地形密切联系的原始产状。（4）第四纪沉积物的厚度与第四纪构造运动和地形起伏有关。,第四纪沉积物成因分类,3.7 风化作用及残积物,风化作用（Weathering）,水、空气、有机物的化学作 用而使矿物分解，形成各种新的矿物。,大气温度的改变、水及生物的作用，使地壳的岩石在原地崩裂成为石块、细砂
21、甚至泥土。,被风化的岩石圈表层称为风化壳。风化作用沿着某些张性的长大断裂深入到地下很深的地方，形成所谓的风化囊。,一、风化作用的类型,物理风化（又称机械风化）在气候和温度变化等条件下，岩石在原地发生的机械崩解作用，使岩石裂开或崩解成大小不等的碎块，在成分上未发生显著的变化。,化学风化在大气、水和水溶液的影响下发生的岩石的分解作用，岩石的化学成分和物理性质都发生显著的变化。,生物风化 由生物的生命活动引起的岩石的破坏作用。,物理风化的主要方式有：,（1）温差风化由于太阳辐射，使得气温与地表温度均有变化。岩石是不良导热体，温度变化使岩石内部发生不均匀的胀缩，如此反复，致岩石表层产生裂缝以致呈片状剥
22、落，例如在干旱的北非撒哈拉沙漠。（2）冰劈作用充填在岩石裂隙中的水结冰，使岩石被撑裂崩解的过程。主要发生在高寒地带和高山地区的雪线附近。（3）盐类的结晶和潮解在干旱半干旱地带，蒸发量较大，充填在岩石裂隙或孔隙中含盐分溶液易过饱和而结晶，体积膨胀，使孔隙扩大以致破裂。如明矾。（4）粘土质岩石因干湿变化产生的龟裂多发生在亚热带和温带地区，干湿交替使粘土质的岩石表层产生龟裂以致崩解。,化学风化的主要方式有：,（1）溶解作用化学风化常从溶解作用开始，矿物的质点（离子、分子）脱离到水中被带走。决定矿物溶解度的主要因素是：矿物所含元素的特性（电价、离子半径和化学键等）、水溶液的温度、二氧化碳的含量等。一般
23、说来，随着温度升高，矿物在水溶液中的溶解度也会增加。从卤化物硫酸盐类矿物碳酸盐类矿物硅酸盐类矿物，溶解性变难。,（3）水化作用指水按一定比例加入到矿物晶格中的作用。有些矿物和水接触后，其离子与水分子互相吸引结合得相当牢固，形成了新的含水矿物。（4）水解作用指水中离解的H+、OH-与矿物在水中离解的离子间的交换反应。水解作用的强度与水的解离程度有关，通常与水溶液的温度和CO2的含量有关。,（2）氧化作用氧化作用是指在大气和水中的游离氧与矿物合成为氧化物的反应过程。氧化作用是地壳表层最普遍且最重要的化学风化方式。氧化作用有两方面的表现：一是矿物中的某种元素与氧结合形成新矿物；二是变价元素在缺氧条件
24、下形成的低价矿物，在地表氧化环境下转变成高价化合物，原有矿物被分解。,二、影响风化作用的因素,1.气候因素气候对风化的影响主要通过温度、降雨量以及生物繁殖状况来实现。温度的变化频率，比温度的变化幅度更为重要。炎夏的暴雨对岩石的破坏更剧烈。温度的高低对矿物在水中的溶解度、生物的新陈代谢、各种水溶液的浓度和化学反应的速度等都有很大的影响。降雨量的大小在化学风化中非常重要的地位。,2. 地形因素不同的地形条件（高度、坡度和切割程度），影响着风化作用的强度、深度和风化物保存的厚度及分布情况。在地形高差很大的山区，风化的深度和强度一般大于平缓的地区；但风化层一般都很薄，颗粒较粗，粘粒很少。在平原或低缓的
25、丘陵地区，风化层容易被保存。强烈的剥蚀区和强烈的堆积区，都不利于化学风化作用的进行。沟谷密集的侵蚀切割地区，因剥蚀强烈，所以风化层厚度并不大。山地向阳坡的昼夜温差较阴坡大，故风化作用较强烈，风化层也较厚。,3. 地质因素岩石的矿物组成、结构和构造直接影响风化的速度、深度和风化阶段。岩石的抗风化能力主要是由组成岩石的矿物成分决定的。它们在地表环境下的稳定性是有差异的。从结构上看，粗粒的岩石比细粒的容易风化，多种矿物组成的岩石比单一矿物岩石容易风化，粒度相差大的和有斑晶的都比均粒的岩石容易风化。就构造而言，不连续面在岩石中的密度越大，岩石遭受风化就越强烈。,化学风化时造岩矿物的相对稳定性,三、 残
26、积物,岩石经物理风化和化学风化作用后残留在原地的碎屑物称残积物或残积土，故又称残积层;土壤层、残积层、风化岩层和新鲜岩石形成完整的风化壳。残积物不具有层理，粒度和成分受气候条件和母岩岩性控制。,在干旱或寒冷地区，岩石风化产物多为棱角状的砂、砾等粗碎屑物质，其中缺少粘土矿物。,气候潮湿地区，残积物主要由粘土矿物组成，厚度也相应增大。,气候湿热地区 ，残积物中除粘土矿物外，铝土矿和铁的氢氧化物含量高，常为红色。,半干旱地区，残积物中常形成粘土矿物、铁的氢氧化物与钙、镁碳酸盐和石膏等。,残积物成分与母岩岩性关系密切,残积物表部土壤层孔隙率大、压缩性高、强度低。而其下部残积层常常是夹碎石或砂粒的粘性土
27、或是被粘性土充填的碎石土、砂砾土，其强度较高。,花岗岩的残积物中常含有由长石分解形成的粘土矿物,石英则破碎成为细砂,石灰岩的残积物往往成为红粘土,eg.,岩石的风化程度越深的地区，工程建筑物的地基承载力越低，岩石的边坡越不稳定。,四、岩石风化的勘察评价与防治,风化程度越深,岩石的裂隙度、孔隙度、透水性、亲水性、胀缩性和可塑性等都增加,岩石的抗压和抗剪强度等都降低,风化壳成分的不均匀性、产状和厚度的不规则性都增大,风化程度对工程设计和施工都有直接影响，如矿山建设、场址选择、水库坝基、大桥桥基和铁路路基等地基开挖深度、浇灌基础应到达的深度和厚度、边坡开挖的坡度以及防护或加固的方法等，都将随岩石风化
28、程度的不同而异。因此，工程建设前必须对岩石的风化程度、速度、深度和分布情况进行调查和研究。,1. 岩石风化的调查内容,（1）查明风化程度确定风化层的工程性质，以便考虑建筑物的结构和施工方法。在野外一般根据岩石的宏观地质特征和强度，在垂直剖面上将风化层分为4个带。,岩石风化程度的划分,（2）查明风化厚度和分布以便选择适当的建筑地点，合理确定风化层的清基和刷方的土石方量，确定加固处理的有效措施。（3）查明风化速度和引起风化的主要因素对那些直接影响工程质量和风化速度快的岩层，必须制订预防风化的正确措施。（4）对风化层的划分特别是粘土的含量和成分进行必要分析，因为它直接影响地基的稳定性。,2. 岩石风
29、化的治理岩石风化的治理可采用挖除和防治措施,挖除法：适用于风化层较薄的情况，当厚度较大时通常只将严重影响建筑物稳定的部分剥除。,抹面法：在岩层上覆盖不透水、不透空气的材料，如沥青、水泥、粘土盖层等，防止风化营力（空气、水等）的入侵。,排水法：整平场地，加强排水，隔绝了水就能减弱岩石的风化速度。,胶结灌浆法：向岩石裂隙中灌注胶结和防水的材料，如水泥、沥青、水玻璃、粘土等的浆液，使其起到封闭和胶结岩石裂隙的作用。,我国是多河流的国家，流域总面积近400万平方公里，占我国国土面积的40%以上。 河流是陆地上有固定水道的经常性水流。河流在地面上是沿着狭长的谷底（称作河谷）流动的。河谷在纵向上呈线性分布
30、，在横剖面上一般近似为V型。,3.8 河流地质作用及冲积土,河谷组成要素,常年有水流动的部分称为河床（又称河槽）,河床两旁的平缓部分称为谷底；,谷底一般地势比较平坦，其宽度为两侧谷坡坡麓之间的距离，谷底以上的斜坡称为谷坡；谷坡与谷底交接处称为坡麓。,谷坡、谷底、河床构成河谷的三个要素。,河谷横剖面形态示意图,根据河谷地形和河流水文状况的变化，河流可分为：上游、中游、下游、河口。例如长江的上游（宜昌以上），中游（江西湖口县），下游（江苏镇江）。,侵蚀作用、搬运作用和沉积作用在整条河流上同时进行，相互影响。,一、河流的地质作用,河流的上游以侵蚀为主,中下游为丘陵和平原，侵蚀作用很显著，同时沉积作用
31、也很发育；,河口区，则一般以沉积作用为主。,1. 河流的侵蚀作用,河水在流动的过程中，以河水及其所携带的碎屑物对河谷的破坏作用称为河流的侵蚀作用。按侵蚀作用的方式分为：,化学溶蚀：河水对组成河床的可溶性岩石不断进行化学溶解，使之逐渐随水流失的过程；,机械侵蚀：包括流动的河水对河床组成物质的直接冲蚀和夹带的砂石等碎屑对河床的磨蚀。机械侵蚀在河流的侵蚀作用中具有普遍意义，它是山区河流的一种主要侵蚀方式。,机械侵蚀按侵蚀作用的方向可分为：,垂直侵蚀作用：河流以下切河床，加深河谷为主的侵蚀作用。河水携带的固体物质对河床的机械破坏是河流下蚀的主要因素，其作用强度取决于河水的流速和流量，同时，也与河床的岩
32、性和地质构造有着密切的关系,下蚀作用形成河谷.,侧方侵蚀作用：河流以携带的泥、砂、砾石为工具，并以自身的动能和溶解力对河床两岸的岩石进行侵蚀，使河谷拓宽的作用称为侧蚀作用。,河流的垂直侵蚀会使河床降低，但并不是无止境的，我们将河流垂直下切作用的基面称为侵蚀基准面。 流入主流的支流基本上以主流的水面为其侵蚀基准面；流入湖泊、海洋的河流，则以湖面或者海平面为其侵蚀基准面。大陆上的河流绝大部分都流入海洋，而且海洋的水面比较稳定，所以又将海平面称为基本侵蚀基准面。 河流下切总是尽可能地趋向于侵蚀基准面，这种向着源头方向发展使河流延长的侵蚀作用叫向源侵蚀（或称溯源侵蚀）。,河流袭夺原理（a）支流A向源侵
33、蚀；（b）B河被袭夺；（c）A河谷加深、延长,凹岸侵蚀，凸岸堆积，主流线偏向凹岸,由于横向环流的作用，凹岸不断受到强烈冲刷，凸岸不断发生堆积，结果使河湾的曲率增大，并受纵向流的影响，使河湾逐渐向下游移动，因而导致河床发生平面摆动。天长日久，整个河床就被河水的侧蚀作用逐渐拓宽。,侧方侵蚀加宽河谷,河流侧蚀的不断发展，凹岸发生崩塌、后退等现象最强烈的地方在弯顶及弯顶的下方，凸岸堆积前伸速度以河湾下方为最大，凹岸后退，凸岸前伸，河曲不断向下游蠕移，结果使河谷越来越宽，越来越趋向平直，河道却越来越弯曲，最后河床形态变得极为弯曲，称为蛇曲。洪水期，水量突增，水流会撇下相邻河湾，开拓新的河道，这种现象叫河
34、流的裁弯取直；新河道将原来的河湾两端不断淤塞，使河谷中出现地形如牛轭的静水湖泊，叫牛轭湖，最后，由于主要承受淤积，致使牛轭湖逐渐成为沼泽，以致消失。,蛇曲与牛轭湖,下蚀和侧蚀是河流侵蚀作用的两个密切联系的方面。由于各地河床的纵坡、岩性、构造等不同，两种作用的强度也不同。1)如果河流只进行下蚀作用，或以下蚀作用为主，河谷横断面成V字形。2)如果河流只进行侧蚀作用，或以侧蚀作用为主，河谷横断面成U字形，谷底宽平。3)如下蚀作用与侧蚀作用等量进行，河谷横断面多不对称。一般在河流的中下游、平原区的河流或处于老年期的河流，以侧蚀作用为主；在河流的上游，以下蚀作用为主。,2. 河流的搬运作用,河流在流动过
35、程中夹带沿途中冲刷下来的物质（如泥沙、石块）离开原地的移动作用，称为搬运作用。河流的侵蚀和堆积作用，在一定意义上都是通过搬运过程来进行的。流速是影响搬运能量的主要因素。流水搬运方式分为:,物理搬运:主要是泥沙石块根据流速、流量和泥沙石块的大小不同，,化学搬运:是可溶解的盐类和胶体物质,悬浮式:主要是颗粒细小的砂和粘性土,滚动式:主要是巨大的块石、砾石,跳跃式:一般为块石、卵石和粗砂,3. 河流的沉积作用,河流在运动过程中，能量不断受到损失，当河水夹带的泥沙、砾石等搬运物质超过了河水的搬运能力时，被搬运的物质便在重力作用下逐渐沉积下来，称为沉积作用，河流的沉积物称为冲积层（冲积物）。,冲积层,河
36、床相: 沉积物颗粒较粗,河漫滩相: 沉积具有二元结构，下部是平水期滨河床浅滩，由砂砾或砾石组成，并具有斜层理，上部是洪水期河漫滩沉积物，一般由粉砂、粘土组成，它是洪水时淹没、平水时出露的滩地。,从河流纵向延伸来看，由于不同地段流速降低的情况不同，各处形成的沉积层就具有不同特点，基本上可分为四大类型段。,（1）在山区河流上游及河源地带，河床纵坡陡，流速大，侵蚀能力强，沉积作用较弱。河床冲积层多以巨砾、卵石和粗砂为主。,（2）当河流进入平原时，流速骤然降低，大量物质沉积下来，形成冲积扇，与洪积扇相似，但规模较大，冲积层的分选性及磨圆度更高。如果山麓地带几个大冲积扇相互连接起来，则形成山前倾斜平原。
37、在山前，河流沉积常与山洪急流沉积共同进行，因此山前倾斜平原也常称为冲洪积平原。在河流中、下游，则由细小颗粒的沉积物组成广大的冲积平原。,（3）在河流入海的河口处，流速几乎降到零，河流携带的泥沙绝大部分都要沉积下来。若河流沉积下来的泥沙被海流卷走，或河口处地壳下降的速度超过河流泥沙量的沉积速度，则这些沉积物不能保留在河口或不能露出水面，,这种河口则形成港湾。更多的情况是大河河口都能逐渐积。累冲积层，它们在水面以下呈扇状分布，扇顶位于河口，扇缘则伸入海中，冲积层露出水面的部分形如一个顶角指向河口的倒三角形，故称河口冲积层称为为三角洲。,勒娜三角洲,（4）河谷中沿河分布的阶梯状地形，包括阶地面和阶地
38、斜坡两个主要组成单元，高悬在最高洪水位以上，称为阶地或台地。,横向阶地：阶地延伸方向与河流方向垂直；由于河流经过各种悬崖、陡坎，或经过各种软硬不同的岩石，其下切程度不同而造成的。横向阶地常呈现为跌水或瀑布，故较难保存冲积物,纵向阶地：阶地延伸方向与河流方向平行；是地壳上升运动与河流地质作用的结果。,1.不同时代冲积层；2.现代河漫滩; 3.基岩; 4.坡积物; 5.河水位（a）侵蚀阶地；（b）基座阶地；（c）嵌入阶地；（d）内叠阶地；（e）上叠阶地；（f）掩埋阶地；（g）坡下阶地,阶地类型,根据河流阶地组成物质的不同，侵蚀与堆积之间关系的不同，可以将阶地分为三种基本类型，如上图所示。,（1）侵
39、蚀阶地：也称基岩阶地。阶面上基岩出露，或覆盖的冲积物很薄。,（2）堆积阶地：也称冲积阶地或沉积阶地。阶面上不见基岩出露，有深厚的冲积层，根据河流下蚀深度与多级堆积阶地间的关系，堆积阶地又分为：,内叠阶地,上叠阶地,嵌入阶地,内叠阶地是新的阶地套在老的阶地之内，后一次的河流沉积物分布的范围和厚度都比前一次的小，这说明各级阶地的形成过程中，各次河流的下切作用所达到的深度基本一致，而后期的堆积过程较短或堆积作用比前期减弱。,上叠阶地指组成阶地的沉积物完全叠置在较老的阶地沉积物之上，河流后期的下蚀未达到基岩，说明后期下蚀与堆积的规模都在逐次减小。,嵌入阶地的阶地面和陡坎都不露出基岩，由于后期河床比前一
40、期下切深，而使后期冲积物嵌入到前期的冲积物中，这说明每一次地壳上升幅度一次比一次剧烈。最值得注意的是：是否有掩埋的古河道或牛轭湖堆积的透镜体，在工程地质勘查中应予查明。,（3） 基座阶地：属于侵蚀阶地到堆积阶地的过渡类型，阶地面上有冲积物覆盖，但阶地陡坎的下部仍可见到基岩出露。掩埋阶地（又称埋藏阶地），指早期形成的阶地被后期沉积物所掩埋。坡下阶地是埋藏阶地的一种类型，指已形成的河流阶地被坡积物或重力堆积物所掩盖。,根据阶地的形成过程，在野外辨认河流阶地时应注意下述两方面特征：,形态特征：阶地表面一般较平缓，纵向微向下游倾斜，倾斜度与本段河床底坡接近，横向微向河流中心倾斜。,物质组成特征：由于阶
41、地是老的河漫滩形成，它应由粘性土、砂、卵石等冲积物组成。,二、冲积物,河流沉积物称为冲积物，根据形成条件和环境分为：,河床冲积物,河漫滩冲积物和,牛轭湖冲积物,河口三角洲冲积物,具有清楚的层理构造；具有良好的韵律性。,冲积物的工程地质特征：古河床冲积物的压缩性低、强度较高，是良好的建筑地基。现代河床冲积物密实度较差、透水性强，尤其不利于作为水工建筑物地基。河漫滩及阶地冲积物一般都是较好的地基，但要注意其中的软弱夹层以及粉细砂的振动液化问题。牛轭湖冲积物常是一些压缩性很高而承载力很低的软弱土层，不宜作为建筑物天然地基。三角洲冲积物，土常呈饱和状态，承载力较低。但三角洲冲积物最上层，因长期干燥比较
42、硬实，承载力较下面高，俗称硬壳层，可用作低层或多层建筑物的天然地基。,三、河流侵蚀、淤积作用的防治1. 不同类型河床主流线与崩岸位置,对于河流侧向侵蚀及因河道局部冲刷而造成的坍岸等，一般采用护岸工程或使主流线偏离被冲刷地段等防治措施。（1）护岸工程直接加固岸坡：常在岸坡或浅滩地段植树、种草。护岸工程：有抛石护岸和砌石护岸。石块的大小，应以不被水流冲走为原则，可按下式确定：,2. 防护措施,式中，d-石块平均直径，cm； V-抛石体附近河水平均流速，m/s。抛石体的水下边坡一般不宜超过1：1，当流速较大时，可放缓至1：3。石块应选择未风化、耐磨、遇水不崩解的岩石，抛石层下应有垫层。,砌石护坡与抛
43、石护坡,CE151(土工网)护坡,（2）约束水流,顺坝和丁坝顺坝又称导流坝，丁坝又称半堤横坝。常将丁坝和顺坝布置在凹岸以约束水流，使主流线偏离受冲刷的凹岸，丁坝常斜向下游，夹角为6070，可使水流冲刷强度降低1015%。,约束水流，防止淤积束窄河道、封闭支流、截直河道、减少河流的输沙率等均可起到防止淤积的作用。也常采用顺坝、丁坝或二者组合使河道增加比降和冲刷力以达到防止淤积的目的。,丁坝,3.9 暂时性水流的地质作用及沉积土,暂时性流水是大气降水后短暂时间内在地表形成的流水，因此雨季是它发挥作用的主要时期，特别是强烈的集中暴雨后，它的作用特别显著，往往造成较大危害。,一、 淋滤作用及残积层 大
44、气降水渗入地下，渗流水不但能把地表附近的破碎物质带走，还能把周围岩石中易溶解的成分带走。经过渗流水的这些物理和化学作用后，地表附近岩石逐渐失去其完整性、致密性，残留在原地的又不易溶解的松散物质则未被冲走，这个过程即淋滤作用，残留在原地的松散破碎物质成层地覆盖在地表，称为残积层。残积层向上逐渐过渡为土壤层，向下逐渐过渡为半风化岩石和新鲜基岩。残积层碎屑物由地表向深处由细变粗是其重要的特征。,雨水降落到地面或覆盖地面的积雪融化时形成的地表水，一部分被蒸发，一部分渗入地下，剩下的部分在沿斜面流动时不断分散，形成无数股网状细小的流水，称为坡面细流。坡面细流从高处沿着斜坡向低处缓慢地流动，不断地把坡面上
45、的风化岩屑和粘土物质洗刷到山坡坡脚处，这个过程称为洗涮作用，在坡脚处形成的新的沉积层称为坡积层。坡面细流的洗涮作用的强度和规模，在一定的气候条件下与山坡的岩性、风化程度和坡面植被的覆盖程度有关。,二、 洗刷作用及坡积层,坡积土,坡积层顺着坡面沿山坡的坡脚或山坡的凹坡呈缓倾斜裙状分布，在地貌上称为坡积裙。,坡积层的厚度一般是中下部较厚，向山坡上部逐渐变薄以致尖灭。坡积物的成分与高处的岩石性质有关。坡积物一般不具层理，有时局部可有层理。碎屑物一般成棱角状或因经一段距离搬运而呈次棱角状。坡积物可以具有一定分选性，细小和粗大的碎块往往夹杂在一起，比较粗大的碎屑物往往堆积在紧靠斜坡的位置，而细小的碎屑和
46、粘土则分布在离开斜坡稍远处。坡积物厚度变化较大，在陡坡地段较薄，而在坡脚处较厚。,坡积层,山地坡积层：一般以亚粘土夹碎石为主,山麓平原坡积层：组成物质经过了一定距离的搬运，可能有一些不太明显的倾斜层理，同时与下伏基岩没有成因上的直接联系。,影响坡积层稳定性的因素，概括起来主要有以下三个方面：,（1）下伏基岩顶面的倾斜程度,（2）下伏基岩与坡积层接触带的含水情况,（3）坡积层本身的性质,三、 冲刷作用及洪积层,山洪急流（或洪流）:在山区由暂时性的暴雨或山坡上的积雪急剧融化所形成的坡面流水汇集于沟谷中，在较短时间内形成流量大、流速高的水流。,洪流以其自身的水力和携带的砂石，对沟底和沟壁进行冲击和磨
47、蚀，这个过程称为洪流的冲刷作用，同时把冲刷下来的碎屑物质带到山麓平原或沟谷口堆积下来，形成洪积层。由洪流冲刷作用形成的沟底狭窄、两壁陡峭的沟谷称为冲沟。,1. 冲沟,冲沟虽是一个地貌上的问题，但是在西北和黄土高原地区(如陕北的绥德、吴旗)，其形成和发展却对公路等工程的建筑条件产生重要影响。,绥德韭园沟地区，在58.2km2的面积内，大小冲沟长度达到203.9km，平均每平方千米内有冲沟长3.50km。冲沟系统规模之大，切割之深，发展之快，均为其他地区所罕见,冲沟使地形变得支离破碎，增加路线长度和跨沟工程、增大工程费用;经常由于冲沟的不断发展，截断路基，或由于洪积物掩埋道路，淤塞涵洞，影响正常交
48、通。,冲沟的发展阶段：,（1）冲槽阶段：坡面径流局部汇流于凹坡，开始沿凹坡发生集中冲刷，形成不深的切沟。沟床的纵剖面与斜坡剖面基本一致。（2）下切阶段：由于冲沟不断发展，沟槽汇水量增大，沟头下切，沟壁坍塌，使冲沟不断向上延伸和逐渐加宽。此时的沟床纵剖面与斜坡已不一致，出现悬沟陡坎，在沟口平缓地带开始有洪积物堆积。（3）平衡阶段：悬沟陡坎已经消失，沟床下切拓宽，形成凹形平缓的平衡剖面，冲刷逐渐消弱，沟底开始有洪积物沉积。（4）休止阶段：沟头溯源侵蚀结束，沟床下切基本停止，沟底有洪积物堆积，并开始有植物生长。,发育在非均质土层、残积、坡积、洪积等松散堆积层中的冲沟，不一定能划分出上述四个阶段，也不
49、一定会形成平衡剖面。因此，在实践中分析冲沟的发展情况，评价冲沟对建筑物可能产生的影响时，应结合冲沟地质情况和所处的自然地理条件，进行具体分析。,2. 洪积层,洪积层是由山洪急流搬运的碎屑物质组成的。当山洪急流夹带大量的泥砂石块流出沟口后，搬运能力骤然降低，所携带的石块、岩屑、砂砾等粗大的碎屑先在沟口堆积下来，较细的泥沙继续随水搬运，多堆积在沟口外围一带。由于山洪急流的长期作用，在沟口一带就形成了扇形展布的堆积体，在地貌上称为洪积扇。洪积扇的规模逐年增大，有时与相邻沟谷形成的洪积扇相互连接起来，形成规模更大的洪积裙或洪积冲积平原。,天山和阿尔金山之间的完美“扇贝”,洪积层主要特征：组成物质分选不
50、良，粗细混杂，碎屑物质多带棱角，磨圆度不佳；具有不规则的交错层理、透镜体、尖灭及夹层等；洪积层由于周期性的干燥，常含有可溶性盐类物质，在土粒和细碎屑间，往往形成局部的软弱结晶联结，但遇水作用后联结就会被破坏。,靠近山坡沟口的粗碎屑沉积地段，孔隙大、透水性强，地下水埋藏深，压缩性小，承载力比较高，是良好的天然地基；洪积层外围的细碎屑沉积地段，成分较均匀，厚度较大，如果在沉积过程中受到周期性的干燥，粘土颗粒发生凝聚并析出可溶盐分时，则洪积层的结构颇为结实，承载力也是比较高的；在上述两地段之间的过渡带，常因粗碎屑土与细粒粘性土的透水性不同而使地下水溢出地表形成沼泽地带，因此土质较差，承载力较低。,洪
