片流地貌及沉积物

如题所述

片流(sheetflood)就是指沿着斜坡缓慢流动的暂时性面状流水。大气水降到陆地上,开始是沿着斜坡流动,面状展开,形成片流。片流水层薄,水质点运动以层流的形式为主,其破坏力弱,但是覆盖面积广,是地面流水破坏地面的初始过程,土壤的侵蚀多数是由片流造成的。

片流在斜坡上流动的过程中,在改造斜坡形成剥蚀地貌的同时,也把剥蚀下来的碎屑物质搬运到斜坡的坡脚沉积形成坡积物和堆积地貌,因此片流地貌包括剥蚀地貌(denudationallandform)和堆积地貌(constructional landform)。

1. 片流剥蚀地貌

片流破坏斜坡上物质的过程称为片流的洗刷作用。由于斜坡一般具有从坡顶到坡脚的坡度由平→缓→陡→缓的变化,因此在斜坡的不同部位片流的地质作用类型也不同(图 4-1),可分为洗刷作用带(washing action zone)、过渡带(transitional zone)和堆积作用带(sedimentaryzone)。洗刷作用带又可以分为微洗刷亚带、弱洗刷亚带和强洗刷亚带(图 4-1)。片流的剥蚀地貌就形成于洗刷作用带。

微洗刷亚带 位于坡顶,地面近于水平,片流量小、水层薄,因此片流的洗刷作用非常地弱,只能将少量的物质带走,一般不形成沟槽地貌,但能使整个坡顶降低。

弱洗刷亚带 该带坡度变陡,片流的流速加大,也出现了网状的股流,洗刷作用增强,能剥蚀松散的残积物,可以形成约数厘米深的树枝状沟槽。

强洗刷亚带 此带坡度较陡,形成了比较明显的股流,流速也加快,因此洗刷作用强,侵蚀斜坡上的物质,形成深度不超过 50cm 的细沟。细沟纵剖面的曲向与斜坡地形线的曲向一致。在较陡的斜坡上,细沟呈平行排列,而在缓坡上,呈树枝状。

图 4-1 斜坡的剥蚀、堆积结构示意图(据 E. B. 桑采尔,1957)

图 4-2 洗刷程度与斜坡坡度的关系(据 G. Renner; 转引自杜恒俭等,1981)

研究斜坡上的片流洗刷作用对水土保持具有重要意义,如何有效地保持斜坡上的土壤,关键在于降低片流对斜坡的洗刷作用。而影响片流对斜坡的洗刷作用除降雨量和降雨强度以外,还有斜坡的坡度、坡长、坡形、岩性以及植被发育程度等。一般来说,坡度越大,洗刷作用越强。但根据实际观测,坡度在 40°~50°时,斜坡的洗刷作用最强(图 4-2),而大于或小于这个坡度范围,其洗刷作用减弱。坡长与斜坡的洗刷作用一般来说呈正相关性; 而坡形(见第三章的分类)影响斜坡不同部位的洗刷作用; 斜坡上的植被覆盖度和岩性的坚硬程度与斜坡的洗刷作用呈负相关性。因此,可以通过改变斜坡的坡度、坡形、植被覆盖度等来控制斜坡的洗刷作用达到减少水土流失的目的。

2. 片流堆积地貌及堆积物

在坡脚,由于地形变缓,片流动能减弱,从斜坡上洗刷下来的物质将在这里堆积形成坡积物。坡积物围绕坡麓披盖,形成似裙裾形态的堆积地貌,故称为坡积裙或坡积裾(talus fan)。在横向上,坡积裙沿坡脚连续分布(图4-1),似裙子的边缘; 在纵向上,坡积裾的剖面形态呈微凹的缓倾斜曲线,其上部坡度一般较大,向上与斜坡上的残积物过渡或直接覆盖在基岩上; 下部变缓,向下与河谷底、山间盆地或山前平原沉积物过渡或覆盖在其上。在坡积裾的不同部位,沉积韵律也不相同。裾顶部分以粗粒为主,间夹有含碎屑的亚沙土及亚粘土的透镜状薄层。在裾的中部韵律清晰,成层性好,每一韵律层的底部通常均为断续的细角砾、碎石或粗砂透镜体,向上逐渐变细为含少量碎屑的亚沙土及亚粘土。坡积裾的边缘部分主要由层理极不明显的亚粘土组成。总体来说,坡积物具有弱的层理,多数是由一些透镜体构成,层理大体平行坡向。

坡积物(diluvial)的成分比较简单,主要取决于坡地上的岩母成分,一般以细砂、粉砂和亚粘土为主,含短距离搬运的棱角状细角砾。在坡积物的沉积和向坡下移动过程中,受沉积作用和重力作用的影响,使轻、重矿物发生分异,密度小的颗粒在上层,运动较快,搬运的距离较远,而密度大颗粒下沉且运动较慢,搬运的距离较近,结果形成轻、重矿物在水平方向和垂向上的分异,使重矿物在底层基岩凹地中聚集成坡积砂矿,如砂金矿。

由于在坡麓处坡度变缓,片流的运动速度逐渐变慢,使碎屑颗粒在沉积过程中出现在水平与垂直方向上的分异。近坡顶部分以粗粒为主,夹细粒碎石砂土透镜体,宽度和厚度不大; 中部以亚砂土或亚粘土为主,夹少量碎石透镜体,宽度与厚度最大; 近谷底部为亚粘土,厚度不大,有时过渡为坡积-冲积层或坡积-湖积层。随着斜坡的变缓和坡积物向坡的上部不断扩展,粒度带位置发生向坡上的迁移,所以在垂向剖面上粒度表现为下部粗上部细的特点。坡积物中的细角砾几乎没有磨圆,分选性也差,以弥散状分布在粘土或砂层中。坡积物的粒度受斜坡坡度、岩性、气候的影响,在坡陡、岩性硬、气候干旱条件下形成的坡积物粒度偏粗,而在坡缓、岩性软、气候湿润条件下形成的坡积物偏细。因此,对坡积物结构的详细研究可以获得一些古环境信息。

斜坡在洗刷和坡积过程中逐渐变缓,洗刷带和坡积带逐渐向坡上移动。在近坡顶部分,坡积物与残积物呈过渡关系,形成残积-坡积混合成因类型。在坡积裾的前缘,也常与冲积物、洪积物、湖积互层,构成坡积-冲积物或坡积-洪积物或坡积-湖积物等混合成因类型。

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