沖積扇

沖積扇

沖積扇是河流出山口處的扇形堆積體。當河流流出谷口時,擺脫了側向約束,其攜帶物質便鋪散沉積下來。沖積扇平面上呈扇形,扇頂伸向谷口;立體上大致呈半埋藏的錐形。多種氣候條件下都可形成,在加拿大的北極地區、瑞典的拉普蘭(Lappland)區、日本、阿爾卑斯山、喜馬拉雅山以及其他溫暖至濕潤的地區均可見到。

  • 中文名稱
    沖積扇
  • 外文名稱
    alluvial fan
  • 形成條件
    多種氣候條件下都可形成
  • 分布地區
    日本、阿爾卑斯山、喜馬拉雅山等
  • 所屬地形
    沖積平原
  • 形成原因
    大多為暴發性洪流形成
  • 發現時間
    最早記錄1194年

簡介

沖積扇(alluvial fan)是河流出山口處的扇形堆積體。當河流流出谷口時擺脫側向約束,其攜帶物質便鋪散沉積下來。沖積扇平面上呈扇形,扇頂伸向谷口,立體上大致呈半埋藏的錐形。以山麓谷口為頂點,向開闊低地展布的河流堆積扇狀地貌。它是沖積平原的一部分,規模大小不等,從數百平方米至數百平方公裏。廣義的沖積扇包括在幹旱區或半幹旱區河流出山口處的扇形堆積體,即洪積扇;狹義的沖積扇僅指濕潤區較長大河流出山口處的扇狀堆積體,不包括洪積扇。

沖積扇衛星圖沖積扇衛星圖

它在幹旱、半幹旱地區發育最好,由暴發性洪流形成,在一些山間盆地區尤為突出,通常被視為荒漠地形的特征。沖積扇有幾種重要的類似物:例如河流三角洲,不同之處是後者在河流入海或其他水體處的水下形成,中國上海地區就是典型的河流三角洲;再如深水海底扇,形成于洋底,由通過海底峽谷搬運的沉積物堆積而成。研究現代沖積扇,可為辨認古沖積扇,從而為研究地質歷史提供線索。沖積扇對人類有實際經濟意義,尤其在幹旱與半幹旱區,它是用于農業灌溉和維持生命的主要地下水水源。有些城市,例如洛杉磯,整個都建在沖積扇上。

大小

沖積扇大小主要與沉積物供給量、氣候因素、物質來源區與堆積區的地形條件有關。在溫帶或濕潤地區,降雨和洪流頻率高,侵蝕作用阻礙了沖積扇的成長,濕潤區統貫沖積扇的水流把沉積物多半都搬運到沖積扇範圍以外去,也阻礙了大沖積扇的發育。未受構造變形或鄰近沖積扇成長所限製的沖積扇,其形狀近似部分錐體,橫剖面呈凸形,縱剖面略呈凹形。扇的坡度受沖積扇大小、物質來源、物質來源區主要岩性、堆積歷史和構造運動史的影響。上升區,扇面可以很陡。粗大礫石多形成陡扇,頁岩、泥岩區的細粒物質多形成平緩扇。與土石流堆積有關的小沖積扇很陡,物質來源豐富的大沖積扇也很陡。

沉積類型及特征

沖積扇沿著半徑方向,可分為頂坡段、前緣段和兩者之間的過渡段。從扇頂到扇緣地面逐漸降低,坡度逐漸變小,堆積物由粗到細,分選性逐漸變好。其縱剖面形態與河床一致呈現下凹形,橫剖面為上凸形。一般說,沖積扇的大小與河流長度大體呈正比。

沖積扇上可能出現的搬運和沉積作用有兩種基本類型:一種是起因于暫時性或間歇性水流形成的牽引流搬運沉積作用,形成水攜沉積物,主要有三類:河道沉積、漫流(片流)沉積和篩狀沉積;另一種類型起因于重力與洪水作用,形成泥流、土石流(碎屑流)沉積。

分類

幹旱區沖積扇面的地貌通常可分為四部分︰活沖刷區,死沖刷區,荒漠礫石鋪蓋區和未分離的砂和礫石區。沖積扇的岩石碎塊上常有荒漠岩漆,這是一種主要由鐵、錳氧化物形成的棕黑色薄層。大部分人認為,因為岩漆可溶于水,其存在證明這些岩石碎塊在近2,000年內沒有受到多少洪水的淹沒。

沖積扇的地質沖積扇的地質

岩漆的有無必然與洪水相關,也是識別死、活沖刷區的基本特征。無論死、活沖刷區都有許多粗大砂礫,其中散布著巨大石塊,徑長甚至大到10公尺。死沖刷區的粗大石塊上都不同程度地染有岩漆,礫石的平均粒徑也比活沖刷區的大。這種粒徑的差異說明︰死沖刷區物質沉積時,氣候較濕潤,降雨較多,河流流量比現今為大。

沖積扇上值得註意的其他地貌特征有︰土石流堤──蜿蜒的塊礫堤,代表從前土石流的兩側邊界;扇頂深谷──峽谷狀的溝谷,圍限著扇頂的活河床。還有荒漠礫石蓋層,由帶棱角的卵、礫、塊石交錯搭接而成,在扇面上形成平坦或波狀的硬殼,過去認為是風力作用的產物,有人提出是降雨、徑流和重力作用將扇面細粒物質移走而形成的,風力作用隻是阻止細粒物質在已形成的礫石蓋層上堆積。

顆粒

沖積扇堆積物粒徑變化很大,在一些扇的上部有比小卡車還大的巨石,1公尺左右的礫石可被沖到扇緣,大礫石與黏土也可在同一處堆積中出現。在堆積層序方面,濕潤地區的沖積扇,因每年有季節性的洪水和植被發育,所以垂直剖面中可出現一系列的埋藏的有機質層,各有機質層在橫向上都相當連續,這說明沉積物依次覆蓋在前一年的草被之上。在幹旱區,洪水稀少,且常以土石流形式出現,往往被局限在扇頂深谷中。因此在堆積層序中出現直線到曲線形的岩屑舌,可從扇頂伸延到扇中或更遠。由于堆積作用區向側向和下遊不斷擺移,沖積扇的內部結構表現為一系列的透鏡狀與楔狀體在垂直方向相互交替堆疊,它們是粗、細和混合粒級的堆積物構成的復雜層組,在橫向上相互錯叉或尖滅。

水流

沖積扇上有各種類型的水流,從較清的水流到土石流。前者與其他環境中的清水類似,具有同樣的物理與水力學規律,對沉積物進行同樣良好的分選;隻是水系形態有差別。在山區是各支流匯入主流,而在沖積扇上則倒置為主河流入補給自由分岔的支流。當山地物質來源區有大量細粒物質,加上強烈暴雨,可形成高稠度的土石流,其中巨礫的重量可比在水中減輕60%,因此搬運能力很大。

沖積扇的侵蝕或堆積速率一般由于缺乏資料,難以估計。然而加利福尼亞州懷特山(White Mountains)西側的米爾納河沖積扇(Milner Creek Fan)由于位于凝灰岩上,根據-氬年齡測定法(potassium-argon dating)測定出的年代為70萬年,因而得知該沖積扇形成于70萬年內,平均堆積速率約為每1,000年7.5~20公分(3~8吋)。構造運動和氣候變化對沖積扇的發育都有明顯的作用。山地抬升將導致一群沖積扇的發育和擴大。氣候由幹旱變濕潤或由濕潤變幹旱將強烈地影響沖積扇的成長速率和堆積區的位置。

形成過程

濕潤區

沖積扇在不同的氣候區有不同的形成過程:

降水頻率大,水量豐沛,水流比較穩定,因此出山口河流形成的沖積扇規模大,組成物質分選較好,礫石磨圓度高,扇面上分流和網流十分發達。扇面物質在濕熱氣候作用下,土質呈現紅壤化。山區主流兩側的溪溝坡陡水流急,在山洪暴發時形成洪流或土石流,挾帶的大量碎屑物質便在溝口附近堆積,形成由大小不一的礫石、砂土和粘土等組成錐形的沖積錐。這些碎屑物質分選程度和磨圓度均較差,孔隙度較大,透水性較強。一般情況下,沖積錐面積較小,其上段坡度較大,中段坡度銳減,前緣地段地勢展平,坡度減至1~2度。

半濕潤區

出山口河流在山前多發育大面積的沖積扇。如中國華北平原西部山前的黃河、漳河、滹沱河和永定河等沖積扇,表面形態扁平,坡度較小,形成廣闊的沖積扇平原。其中,黃河沖積扇面積達72144平方公裏,扇面上廢棄的古河床高地和河間窪地呈指狀分布,波狀起伏的微地貌特點十分明顯(見圖黃河沖積扇)。

幹旱區

降雨量極少,暫時性洪流在山麓谷口處形成洪積扇。組成洪積扇的泥沙石塊,顆粒粗大,磨圓度差,層理不明顯,透水性強,扇面網狀水系發育不顯著。在山前斷裂活動的盆地,洪積扇具有很大的沉積厚度,緊靠山前部分通常厚度達數百米。洪積扇從頂部到扇緣的高差也可達數百米。一系列洪積扇互相聯結則形成洪積平原,又稱山麓洪積平原。

沖積扇沖積扇

變形

沖積扇在形成過程中,還受地質構造運動的影響而產生變形,大體有3種情況:

①當山地不斷抬升、山前平原相對下降時,在老扇形體上疊加新扇形體,形成上疊式扇形體,如黃河沖積扇。

②當山地上升的規模和幅度都較大時,老扇形體隨之抬升,在下方發育新扇形體,新老扇形體聯接,呈現串珠狀,如甘肅河西走廊的洪積扇。

③當山地前緣存在不等量升降的新構造運動時,新扇形體向相對下降的一側移動,促使新老扇形體並列,且向一側偏轉,造成不對稱的形態,如滹沱河、永定河沖積扇。

發育周期

通常與扇面的幾何形態有密切關系。根據無量綱方法量計,發現黃河不同時期的沖積扇,無論來沙多少或發育時間的長短,當扇體縱軸□(平行河床的最大長度)與橫軸 b(垂直于河床的最大長度)二者的比值(□/b)達到0.94左右、 扇頂圓心角(□)介于95°~100°時,原沖積扇的塑造過程終止,開始新沖積扇的發育過程。

沖積扇成泉

介紹

沖積扇可分為扇頂、扇中、扇緣三部分,這種分法,體現了河流在沖積扇上的分選作用。

沖積扇上的這種分選結構,除了構建出大地上一種獨特景觀外,至少還造成了兩個結果,一是沖積扇成了一座天然的地下水庫,因為分選作用,粗大的礫石留在扇頂,層壘在一起的礫石間遍布空隙,這有利于水流的下滲和轉變為地下徑流。而扇緣部分沉積的是粒徑極小的黏土,黏土透水性差,這相當于在扇緣建起了一道天然的水庫大壩,一座天然的地下水庫就這樣建成了。當水庫中積蓄的水超過了黏土堤壩的高度後,積水就會涌出地表形成一處處泉水流淌,因此在沖積扇的黏土帶與細沙帶接觸的部分,會形成一個泉水帶,就是在這個環形的帶狀區域內一處處泉水涌流。而水正是幹旱區的人類最缺乏的寶貴資源,沿著沖積扇的泉水帶,人類開墾田地,種植果蔬糧食,因此泉水帶也是人類的聚落帶。

原理

為什麽沖積扇的扇緣部位常常會有泉水出露?這與沖積扇的結構有很大關系:從沖積扇的縱剖面圖上可以看出,上層通常是粒徑較大的礫石,下層則是顆粒更小的細沙和黏土。每當山洪暴發,大量的水流從山口的扇頂部位傾瀉下來,漫過整個扇體,而洪水在沿著扇體向下奔流的同時大量地滲入扇體內部。由于扇體最表層的洪積物粒徑較大,排列並不緊密,彼此之間的縫隙很寬,非常利于地表水的下滲。而當水下滲到扇體下層的黏土層時,由于沉積物粒徑的減小,排列變得更加緊密,不利于水的繼續下滲,水流垂直運動的速度減緩,變為近似水準方向的流動。當水流到沖積扇扇緣部位的時候,已經離地表很近,非常利于打井汲水甚至直接形成泉水出露。而且,由于扇緣部位的黏土在一定程度上起到了對水體阻隔的作用,它能保證季節性山洪的水長期儲存在扇體中,相當于一個"水壩",保證了泉水的穩定性。

沖積扇成泉原理圖沖積扇成泉原理圖

相關歷史事件

在2005年7月的考察中發現野駱駝骨骸六處,野駱駝骨骸主要分布在阿其克谷地和阿爾金山北麓洪水沖積扇帶,且骨骸附近大都發現了狼的糞便、爪印等痕跡。

2002年在《三塘湖盆地馬朗凹陷二疊系沉積相及有利儲層預測》中通過測井相、地震相、地質相的綜合分析認為:蘆草溝組沉積時,曾有幾次短暫的海侵,湖泊鹽度較大且不穩定,除早期南緣發育沖積扇及扇三角洲沉積外,整體為湖泊環境,深湖一半深湖區分布在凹陷南緣,牛圈湖古隆起起局部分異相帶的作用。

2000年緊急啓動的京津風沙源治理工程,主要戰場在大青山前坡土左旗境內68公裏範圍內,經過全旗人民和林業專業隊兩年的奮戰,前坡共完成整地10萬畝,挖水準溝、魚鱗坑575萬個,沖積扇整地3萬畝。

沈陽市按照2000年規劃計算,尚缺水5億多米/年,該市主要是採用渾河沖積扇的地下水,該扇地下水可利用量還有談,上部的鹹水其礦化度在 1~3克/升,這餘量近 2億米/年。且1998年汛期後,在地表水與地下水的聯合作用下,邊坡形成多條巨大的沖溝、沖積扇和嚴重變形破壞區,致使本來不堅固、不穩定的岩石力學指標急劇下降,形成較大範圍的崩塌和滑落。

自1996年起,畢克齊鎮採取政府引導扶持,農戶投資受益的做法,在大青山前坡沖積扇,東起水磨村東圪塔,西至大旗村建起了生態經濟林基地。

1995年日本阪神大地震時,在山丘硬地上建造的木結構房屋隻有輕微的損壞,但隨地形向平地過渡,木屋的損壞率急劇增加,在沖積扇地帶幾乎達到100%。

1993年以來,一批批葡萄和葡萄酒專家考察寧夏賀蘭山東麓沖積扇平原後,稱這裏是發展優質釀酒葡萄的最佳生態區,並冠名為"中國的波爾多"。

1988年11月,來自.冀、魯、豫、蘇、皖五.省的六十多位科技工作 者會聚開封,就黃河沖 積扇地區經濟資源開發 的潛力、充分利用黃河水沙資源發展經濟、經 濟資源整體開發戰略以 及沖積扇各地區經濟資 源開發的經驗教訓等問 題進行了學術交流。

為了研究印度河口深度沖積扇,分別在1986年和1988年進行過兩次地震反射、深海和磁力測量。

從1985年幾個典型溝灘測最資料分析證實,溪溝沖積扇如無特殊原因,其發展速度比較緩慢。1985年以前,庫爾勒的城市供水來源于孔雀河沖積扇的優質水。984年利用海洋衛星雷達對美國西部莫哈為沙漠的分析,揭示出被沖積扇埋藏的岩牆。

沖積扇平原上的棉田沖積扇平原上的棉田

馮敏等1984年對洱海、滇池的沉積模式的建立,其現代沖積扇三角洲廣布滇池、洱海西岸陡坡;而長軸方向兩端多為河流三角洲組合模式(如盤龍江、彌首河等)印。1984年5月該局宣布在聖荷堅河谷有14處硒含遺很高的地區,其中大多位于潘諾奇沖積扇範圍內。

1980年,在凹陷西北緣單家寺地區發現了水下沖積扇地層型油藏,為在濟陽坳陷勘探同類型油藏開闢了良好的前景。

1968一1973年期間,布拉爾杜冰川末端明顯地前進了約900米,前進的冰舌已與韋斯米亞茲河口的沖積扇相接。

這幾處湖泊均位于疏勒河洪積沖積扇前緣泉水出露帶上,地勢低平,歷史上確曾泉流索繞,積水成泊,即在1972年編繪的20萬分之一的地形圖上,這裏仍有柳條湖、黃水溝、泉溝、官湖、圓湖坑。

從1963年討賴河冰溝站的流量過程線與沖積扇的潛水位動態對比中也可以清楚地看出。1959一1961年我們在塔裏木河流域不同的地形部位上,如河漫灘、第一、第二階地以及阿克蘇河古代沖積扇的不同部位均作了土壤溶液季節性變化的觀察,也就是採用了前一種的方法。

根據1961年6月統計材料,子午沙鼠在荒漠景觀中,在多土質沙丘、沙丘表面多沙質上捕獲率為8%;固定及半固定沙丘上,尤以生長著東薔、枸杞以及少量蘆葦的固定沙丘上最為集中,洞穴也較密集,捕獲率為10.8%;在耕地、礫石戈壁以及檉柳叢、沖積扇等棲息地也有分布,然其密度遠較固定沙丘為低,前者捕獲率為1.0%,後者為1.4%。據杭補,1949年扁拉泊站年誣流量為2.4億立方米,通過沖積扇總滲漏量豹為2 22億立方米(河道蒸發及沿河植物蒸腌和降 水對地下水補拾均很少,略不補)

合計從1860年至今,藕池河人湖洪道延伸約125公裏,洲灘沖積扇在人湖諸水的共同配合下,總推進約155公裏。

在此期間1855年至1875年的二十年間自銅瓦廂至張秋鎮河段,因無人工堵口與防堤,黃河基本上未走現今的河道,而是在以銅廂瓦為頂點,南至鹹豐故道,北至北金堤及大清河,東抵泰山山脈的廣大沖積扇上,由北而南,來回擺動,形成許多交錯的水網。

1194一1855年黃河沖積扇頂點已下移至蘭考,形成所謂蘭考沖積扇,總面積約27770平方公裏,沉積物的平均厚度約12米。1855年以來.下遊沉積發育分為:沖積扇塑造與河道形成時期;堤防完善後河道再塑造時期;下遊河道較緩慢抬升時期等三個階段。

1495年黃河入淮河道北岸修築太行堤前後 沖積扇頂點又下移到蘭考附近 直到 185 5年蘭考附近銅瓦廂決口 河道又北歸渤海。公元1194年以前主要圍繞桃花峪沖積扇頂點決口改道,形成桃花峪沖積扇,總面積65154平方公裏。1194年前,黃河主流在沖積扇北側,向東北流,泥沙沉積在沖積扇北翼上,1194年以後,黃河南泛,主流位于沖積扇南側,向東南流,泥沙堆積在沖積扇南翼。1194年以後,黃河南泛,主流在沖積扇南側,向東或東南流,通過泛濫改道,使泥沙堆積在沖積扇南翼平原,塑造平原地貌形態

1194年河決武陽 南流入淮註入黃海前後 沖積扇頂點下移到延津一帶。

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