冲积扇

河流出山口处的扇形堆积体

冲积扇是河流出山口处的扇形堆积体。当河流流出谷口时,摆脱了侧向约束,其携带物质便铺散沉积下来。冲积扇平面上呈扇形,扇顶伸向谷口;立体上大致呈半埋藏的锥形。 在 加拿大 的北极地区、瑞典的拉普兰(Lappland)区、 日本 、 阿尔卑斯山脉 、 喜马拉雅山脉 以及其他温暖至湿润的地区均可见到。在湿润区,冲积扇因水流将沉积物搬运到扇外,规模较小;在半湿润区,河流形成扁平状冲积扇平原,如华北平原山前地带分布着北京、石家庄等城市群。在干旱、半干旱地区最典型,被称为 荒漠 地形的典型特征。

冲积扇在形成过程中,还受地质结构运动的影响而产生变形,在不同的气候区也有不同的形成过程。

简介

冲积扇(alluvial fan)是河流出山口处的扇形堆积体。当河流流出谷口时摆脱侧向约束,其携带物质便铺散沉积下来。冲积扇平面上呈 扇形 ,扇顶伸向谷口,立体上大致呈半埋藏的锥形。以山 麓 谷口为顶点,向开阔低地展布的河流堆积扇状地貌。它是 冲积平原 的一部分,规模大小不等,从数百平方米至数百平方公里。广义的冲积扇包括在干旱区或半干旱区河流出山口处的扇形堆积体,即洪积扇;狭义的冲积扇仅指湿润区较长 大河 流出山口处的扇状堆积体,不包括洪积扇。

它在干旱、半干旱地区发育最好,由暴发性洪流形成,在一些山间盆地区尤为突出,通常被视为 荒漠 地形的特征。冲积扇有几种重要的类似物:例如河流 三角洲 ,不同之处是后者在河流入海或其他水体处的水下形成, 上海市 地区就是典型的河流三角洲;再如深水海底扇,形成于洋底,由通过海底峡谷搬运的 沉积物 堆积而成。研究现代冲积扇,可为辨认古冲积扇,从而为研究地质历史提供线索。冲积扇对人类有实际 经济意义 ,尤其在干旱与半干旱区,它是用于农业灌溉和维持生命的主要 地下水 水源。有些城市,例如 洛杉矶 ,整个都建在冲积扇上。

特征

冲积扇沿着半径方向,可分为顶坡段、前缘段和两者之间的过渡段。扇的坡度受冲积扇大小、物质来源、物质来源区主要岩性、堆积历史和构造运动史的影响。上升区,扇面可以很陡;粗大砾石多形成陡扇,页岩、泥岩区的细粒物质多形成平缓扇。从扇顶到扇缘地面逐渐降低,坡度逐渐变小,堆积物由粗到细,分选性逐渐变好。未受构造变形或邻近冲积扇增长所限制的冲积扇,其形状近似部分锥体,纵剖面形态与河床一致呈现下凹形(或略呈凹形),横剖面为上凸形(或呈凸形)。冲积扇大小主要与 沉积物 供给量、气候因素、物质来源区与堆积区的地形条件有关。在 温带 或湿润地区,降雨和洪流频率高,侵蚀作用阻碍了冲积扇的增长,湿润区统贯冲积扇的水流把沉积物多半都搬运到冲积扇范围以外去,也阻碍了大冲积扇的发育。一般说,冲积扇的大小与河流长度大体呈正比。

冲积扇上可能出现的搬运和沉积作用有两种基本类型:一种是起因于暂时性或间歇性水流形成的牵引流搬运沉积作用,形成水携沉积物,主要有三类:河道沉积、漫流(片流)沉积和筛状沉积;另一种类型起因于重力与洪水作用,形成泥流、泥石流(碎屑流)沉积。

分类

干旱区冲积扇面的地貌通常可分为四部分︰活冲刷区,死冲刷区, 荒漠 砾石 铺盖区和未分离的砂和砾石区。冲积扇的岩石碎块上常有荒漠岩漆,这是一种主要由铁、锰 氧化物 形成的棕黑色薄层。大部分人认为,因为岩漆可溶于水,其存在证明这些岩石碎块在近2,000年内没有受到多少洪水的淹没。

岩漆的有无必然与洪水相关,也是识别死、活冲刷区的基本特征。无论死、活冲刷区都有许多粗大砂砾,其中散布着巨大石块,径长甚至大到10公尺。死冲刷区的粗大石块上都不同程度地染有岩漆, 砾石 的平均 粒径 也比活冲刷区的大。这种粒径的差异说明︰死冲刷区物质沉积时,气候较湿润,降雨较多,河流流量比现今为大。

冲积扇上值得注意的其他地貌特征有︰ 泥石流 堤──蜿蜒的块砾堤,代表从前泥石流的两侧边界;扇顶深谷──峡谷状的沟谷,围限着扇顶的活河床。还有 荒漠 砾石 盖层 ,由带稜角的卵、砾、 块石 交错搭接而成,在扇面上形成平坦或波状的硬壳,过去认为是风力作用的产物,有人提出是降雨、径流和重力作用将扇面细粒物质移走而形成的,风力作用只是阻止细粒物质在已形成的砾石盖层上堆积。

颗粒

冲积扇堆积物 粒径 变化很大,在一些扇的上部有比小卡车还大的巨石,1公尺左右的 砾石 可被冲到扇缘,大砾石与 黏土 也可在同一处堆积中出现。在堆积层序方面,湿润地区的冲积扇,因每年有季节性的洪水和 植被 发育,所以垂直剖面中可出现一系列的埋藏的有机质层,各有机质层在横向上都相当连续,这说明 沉积物 依次复盖在前一年的草被之上。在干旱区,洪水稀少,且常以 泥石流 形式出现,往往被局限在扇顶深谷中。因此在堆积层序中出现直线到曲线形的岩屑舌,可从扇顶伸延到扇中或更远。由于 堆积作用 区向侧向和下游不断摆移,冲积扇的内部结构表现为一系列的 透镜 状与楔状体在垂直方向相互交替堆叠,它们是粗、细和混合粒级的堆积物构成的复杂层组,在横向上相互错叉或尖灭。

形成过程

湿润区

冲积扇在不同的气候区有不同的形成过程:

降水 频率大,水量丰沛,水流比较稳定,因此出山口河流形成的冲积扇规模大,组成物质分选较好, 砾石 磨圆度高,扇面上分流和网流十分发达。扇面物质在湿热气候作用下,土质呈现红壤化。山区主流两侧的溪沟坡陡水流急,在山洪暴发时形成洪流或 泥石流 ,挟带的大量碎屑物质便在沟口附近堆积,形成由大小不一的砾石、 砂土 和 粘土 等组成锥形的冲积锥。这些碎屑物质分选程度和磨圆度均较差,孔隙度较大,透水性较强。一般情况下,冲积锥面积较小,其上段 坡度 较大,中段坡度锐减,前缘地段地势展平,坡度减至1~2度。

半湿润区

出山口河流在山前多发育大面积的冲积扇。如中国华北平原西部山前的 黄河 、 漳河 、 滹沱河 和 永定河 等冲积扇,表面形态扁平,坡度较小,形成广阔的 冲积扇平原 。其中,黄河冲积扇面积达72144平方公里,扇面上废弃的 古河床 高地和 河间 洼地 呈指状分布,波状起伏的微地貌特点十分明显(见图黄河冲积扇)。

干旱区

降雨量极少,暂时性洪流在山麓谷口处形成洪积扇。组成洪积扇的泥沙石块,颗粒粗大,磨圆度差,层理不明显,透水性强,扇面网状水系发育不显著。在山前断裂活动的盆地,洪积扇具有很大的沉积厚度,紧靠山前部分通常厚度达数百米。洪积扇从顶部到扇缘的高差也可达数百米。一系列洪积扇互相联结则形成洪积平原,又称山麓洪积平原。

变形

冲积扇在形成过程中,还受地质 构造运动 的影响而产生变形,大体有3种情况:

①当山地不断抬升、山前平原相对下降时,在老 扇形 体上叠加新扇形体,形成上叠式扇形体,如 黄河 冲积扇。

②当山地上升的规模和幅度都较大时,老扇形体随之抬升,在下方发育新扇形体,新老扇形体联接,呈现串珠状,如甘肃河西走廊的洪积扇。

③当山地前缘存在不等量升降的新构造运动时,新扇形体向相对下降的一侧移动,促使新老扇形体并列,且向一侧偏转,造成不对称的形态,如 沱河、 永定河 冲积扇。

发育周期

通常与扇面的几何形态有密切关系。根据无量纲方法量计,发现 黄河 不同时期的冲积扇,无论来沙多少或发育时间的长短,当扇体 纵轴 □(平行河床的最大长度)与 横轴 b(垂直于河床的最大长度)二者的比值(□/b)达到0.94左右、扇顶 圆心角 (□)介于95°~100°时,原冲积扇的塑造过程终止,开始新冲积扇的发育过程。

冲积扇成泉

介绍

冲积扇可分为扇顶、扇中、扇缘三部分,这种分法,体现了河流在冲积扇上的分选作用。

冲积扇上的这种分选结构,除了构建出大地上一种独特景观外,至少还造成了两个结果,一是冲积扇成了一座天然的地下水库,因为分选作用,粗大的 砾石 留在扇顶,层垒在一起的砾石间遍布空隙,这有利于水流的下渗和转变为地下径流。而扇缘部分沉积的是 粒径 极小的 黏土 ,黏土透水性差,这相当于在扇缘建起了一道天然的水库大坝,一座天然的地下水库就这样建成了。当水库中积蓄的水超过了黏土堤坝的高度后,积水就会涌出地表形成一处处泉水流淌,因此在冲积扇的黏土带与细沙带接触的部分,会形成一个泉水带,就是在这个 环形 的带状区域内一处处泉水涌流。而水正是干旱区的人类最缺乏的宝贵资源,沿着冲积扇的泉水带,人类开垦田地,种植果蔬粮食,因此泉水带也是人类的 聚落 带。

原理

为什么冲积扇的扇缘部位常常会有泉水出露?这与冲积扇的结构有很大关系:从冲积扇的纵剖面图上可以看出,上层通常是 粒径 较大的 砾石 ,下层则是颗粒更小的细沙和 黏土 。每当山洪暴发,大量的水流从山口的扇顶部位倾泻下来,漫过整个扇体,而洪水在沿着扇体向下奔流的同时大量地渗入扇体内部。由于扇体最表层的洪积物粒径较大,排列并不紧密,彼此之间的缝隙很宽,非常利于 地表水 的下渗。而当水下渗到扇体下层的黏土层时,由于 沉积物 粒径的减小,排列变得更加紧密,不利于水的继续下渗,水流垂直运动的速度减缓,变为近似水平方向的流动。当水流到冲积扇扇缘部位的时候,已经离地表很近,非常利于打井汲水甚至直接形成泉水出露。而且,由于扇缘部位的 黏土 在一定程度上起到了对水体阻隔的作用,它能保证季节性 山洪 的水长期储存在扇体中,相当于一个“水坝”,保证了泉水的稳定性。

相关历史事件

在2005年7月的考察中发现 野骆驼 骨骸六处,野骆驼骨骸主要分布在阿其克 谷地 和 阿尔金山脉 北麓洪水冲积扇带,且骨骸附近大都发现了狼的粪便、爪印等痕迹。

2002年在《三塘湖盆地马朗凹陷二叠系沉积相及有利储层预测》中通过测井相、地震相、地质相的综合分析认为:芦草沟组沉积时,曾有几次短暂的 海侵 ,湖泊盐度较大且不稳定,除早期南缘发育冲积扇及扇 三角洲 沉积外,总体为湖泊环境,深湖一半深湖区分布在凹陷南缘,牛圈湖古隆起起局部分异相带的作用。

2000年紧急启动的京津风沙源治理工程,主要战场在大青山前坡 土默特左旗 境内68公里范围内,经过全旗人民和林业专业队两年的奋战,前坡共完成整地10万亩,挖水平沟、 鱼鳞坑 575万个,冲积扇整地3万亩。

沈阳市 按照2000年规划计算,尚缺水5亿多米/年,该市主要是采用 浑河 冲积扇的 地下水 ,该扇地下水可利用量还有谈,上部的咸水其矿化度在 1~3克/升,这余量近 2亿米/年。且1998年汛期后,在 地表水 与地下水的联合作用下,边坡形成多条巨大的冲沟、冲积扇和严重变形破坏区,致使本来不坚固、不稳定的岩石力学指标急剧下降,形成较大范围的崩塌和滑落。

自1996年起, 毕克齐镇 采取政府引导扶持,农户投资受益的做法,在大青山前坡冲积扇,东起水磨村东圪塔,西至大旗村建起了生态 经济林 基地。

1995年日本坂神大地震时,在山丘硬地上建造的木结构房屋只有轻微的损坏,但随地形向平地过渡,木屋的损坏率急剧增加,在冲积扇地带几乎达到100%。

1993年以来,一批批 葡萄 和 葡萄酒 专家考察 宁夏贺兰山 东麓 冲积扇平原 后,称这里是发展优质 酿酒葡萄 的最佳生态区,并冠名为“中国的 波尔多 ”。

1988年11月,来自。冀、鲁、豫、苏、皖五。省的六十多位科技工作 者会聚 开封市 ,就黄河冲 积扇地区 经济资源 开发 的潜力、充分利用 黄河 沙资源发展经济、经 济资源总体开发战略以 及冲积扇各地区经济资 源开发的经验教训等问 题进行了学术交流。

为了研究印度河口深度冲积扇,分别在1986年和1988年进行过两次地震反射、深海和磁力测量。

从1985年几个典型沟滩测最资料分析证实,溪沟冲积扇如无特殊原因,其发展速度比较缓慢。1985年以前,库尔勒的城市供水来源于 孔雀河 冲积扇的优质水。984年利用海洋卫星雷达对美国西部莫哈为沙漠的分析,揭示出被冲积扇埋藏的 岩墙 。

冯敏等1984年对 洱海 、 滇池 的沉积模式的建立,其现代冲积扇 三角洲 广布滇池、洱海西岸陡坡;而长轴方向两端多为河流三角洲组合模式(如 盘龙江 、弥首河等)印。1984年5月该局宣布在圣荷坚河谷有14处 含遗很高的地区,其中大多位于潘诺奇冲积扇范围内。

1980年,在凹陷 西北 缘单家寺地区发现了水下冲积扇 地层 型油藏,为在济阳坳陷 勘探 同类型油藏开辟了良好的前景。

1968一1973年期间,布拉尔杜冰川末端明显地前进了约900米,前进的 冰舌 已与韦斯米亚兹河口的冲积扇相接。

这几处湖泊均位于 疏勒河 洪积冲积扇前缘泉水出露带上,地势低平,历史上确曾泉流索绕,积水成泊,即在1972年编绘的20万分之一的 地形图 上,这里仍有 柳条湖 、黄水沟、泉沟、官湖、圆湖坑。

从1963年 讨赖河 冰沟站 的流量过程线与冲积扇的 潜水 位动态对比中也可以清楚地看出。1959一1961年我们在 塔里木河流域 不同的地形部位上,如河漫滩、第一、第二阶地以及 阿克苏河 古代冲积扇的不同部位均作了土壤溶液季节性变化的观察,也就是采用了前一种的方法。

根据1961年6月统计材料, 子午沙鼠 在 荒漠 景观中,在多土质沙丘、沙丘表面多沙质上捕获率为8%;固定及半固定沙丘上,尤以生长着东蔷、枸杞以及少量芦苇的固定沙丘上最为集中,洞穴也较密集,捕获率为10.8%;在耕地、 砾石 戈壁 以及 多枝柽柳 丛、冲积扇等 栖息地 也有分布,然其密度远较固定沙丘为低,前者捕获率为1.0%,后者为1.4%。据杭补,1949年扁拉泊站年诬流量为2.4亿立方米,通过冲积扇总 渗漏 量豹为2 22亿立方米(河道蒸发及沿河植物蒸腌和降 水对 地下水 补拾均很少,略不补)

合计从1860年至今, 藕池河 人湖洪道延伸约125公里,洲滩冲积扇在人湖诸水的共同配合下,总推进约155公里。

在此期间1855年至1875年的二十年间自 铜瓦厢 至 张秋镇 河段,因无人工堵口与防堤, 黄河 基本上未走现今的河道,而是在以铜厢瓦为顶点,南至 废黄河 ,北至北金堤及 大清河 ,东抵 泰山 山脉的广大冲积扇上,由北而南,来回摆动,形成许多交错的水网。

1194一1855年黄河冲积扇顶点已下移至 兰考 ,形成所谓兰考冲积扇,总面积约27770平方公里, 沉积物 的平均厚度约12米。1855年以来.下游沉积发育分为:冲积扇塑造与河道形成时期;堤防完善后河道再塑造时期;下游河道较缓慢抬升时期等三个阶段。

1495年 黄河 入淮河道北岸修筑太行堤前后 冲积扇顶点又下移到兰考附近 直到 185 5年兰考附近 铜瓦厢 决口 河道又北归 渤海 。公元1194年以前主要围绕桃花峪冲积扇顶点决口改道,形成桃花峪冲积扇,总面积65154平方公里。1194年前, 黄河 主流在冲积扇北侧,向东北流,泥沙沉积在冲积扇北翼上,1194年以后,黄河南泛,主流位于冲积扇南侧,向东南流,泥沙堆积在冲积扇南翼。1194年以后,黄河南泛,主流在冲积扇南侧,向东或东南流,通过泛滥改道,使泥沙堆积在冲积扇南翼平原,塑造平原地貌形态。

1194年河决武阳 南流入淮注入 黄海 前后 冲积扇顶点下移到 延津 一带。

参考资料