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地貌基础知识:中国7种基本地貌类型

时间:2023-12-06 百科知识 版权反馈
【摘要】:第二章地貌基础知识地貌是地球表面各种形态的总称,具体指地表以上分布的固定性物体共同呈现出高低起伏的各种状态,是一种整体特征。第一部分,据高程原则将全国分为平原、台地、丘陵、低山、中山、高山、极高山7种基本地貌类型。表2-2中国基本地貌类型注

地貌基础知识:中国7种基本地貌类型

第二章 地貌基础知识

地貌(Landform)是地球表面各种形态的总称,具体指地表以上分布的固定性物体共同呈现出高低起伏的各种状态,是一种整体特征。而这些起伏规模不等、形态各异,构成了地貌学的研究对象。

地貌学(Geomorphology)又称地形学,是地理学地质学的分支,研究地表地貌形态特征、成因类型、发展演化、内部结构和分布规律的学科。

第一节 地貌形态和分类

一、地貌形态

地貌(或地形)千姿百态,规模大小不等,成因复杂,并在地表处于不同发展阶段。地貌形态是地貌的外形。一般包括地貌形态的长、宽、高、深和边坡坡度的大小。

(一)地貌形态特征

地貌形体虽复杂多样,但每个形体都是由最基本的地貌要素构成。地貌形态主要是由形状和坡度不同的地形面、地形线(地形面相交)和地形点等形态基本要素(图2-1)构成。地貌面又称地形面,是一个复杂的平面、曲面或者波状面。地貌线是相邻地貌面的交线,划分为坡度变换线(破折线)和棱线(坡向变换线)两种。地貌点是地貌面的交点或者地貌线的交点,例如山顶点、洼地最低点。

地貌形态可以分为基本形态(如扇形地、阶地、斜坡、垄岗、岭脊、洞、坑等)和组合形态(如山岳、盆地、平原、高原、丘陵沙漠)。凡高于周围的形态称正形态地貌,反之,则称负形态地貌,正、负形态是相对的。地貌形态有时清晰可见,有时模糊难辨。实际应用有待深入,可以作为观察和分析各种地貌基本要素的一个途径。

图2-1 地貌要素的辨别

①地貌面;②地貌线;③地貌点

(二)地貌形态测量指标

地貌形态测量是用数值表示地貌特征的一种定量方法。地貌形态的测量常常在地图(图2-2)、航空相片和野外实际考察中进行,主要形态测量指标有如下几个。

图2-2 等高线地形图

1.高度指标

高度指标是地貌最重要的指标之一,对于说明整个地球以及各个区域的、单体的地貌起伏特征具有重要意义。高度指标主要分绝对高度(海拔高度)和相对高度(两种地貌的高差)。

2.坡度指标

坡度指地貌形态某一部分地形面的倾斜度。坡度的等级一般划分为:陡坡(坡度>50°)、中等坡(坡度25°~50°)、缓坡(坡度<25°)。坡度的大小跟岩性和成因有某种内在联系。在堆积地貌上,不同的坡度可反映不同的成因类型。例如:崩塌堆积物、坡积物、冲击物形成的堆积地貌坡度依次递减;在基岩组成的斜坡上,坡度反映了不同岩石的抗风化能力的强弱。坡度一般在野外测量,对研究坡地重力灾害有实用价值。

3.地面破坏程度指标

常用的指标有地表切割密度、地表切割深度和地表粗糙程度等。

地表切割密度(σ)是某一区域水道长度(L)与面积(A)的比值,即

地表切割深度(Di)是指地面某点的邻域范围的最高高程(Hmax)与该邻域范围内的最小高程(Hmin)的差值(公式2-2)。地表切割深度直观地反映了地表被侵蚀切割的情况并对这一地学现象进行了量化,是研究水土流失及地表侵蚀发育状况时的重要参考指标。

地表粗糙程度(R)是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标,一般定义为地表单元的曲面面积S曲面与其在水平面上的投影面积S水平之比(公式2-3)。地表粗糙度能够反映地形的起伏变化和侵蚀程度的宏观地形因子,在研究水土保持环境监测时有很重要的意义。

量测得到的形态数字指标,即是表述和比较地貌形体特征的数字参数,也是划分地貌形态类型的科学依据。将地貌形态定性特征表述和形态测量研究相结合,可以全面表现一种地貌的立体观念,有很大的科学意义和现实意义,在土地利用、工程交通、区域发展规划中能发挥很大的应用价值。

4.与周围地貌的关系

正形态:高出周围地貌(阶地、垄、丘)。

负形态:比周围地貌低(谷地、洼地、坑、穴)。

二、地貌分类

地貌形体不是孤立存在的,在一定区域范围内,各个地貌形体在成因上和组成物质上彼此有相互联系、有规律的组合。这样的地貌形体组合称为地貌类型。

关于地貌分类的研究,由来已久,不同学者亦有不同的见解和看法。纵观前人在地貌分类中所考虑的指标,可归纳为按形态、按成因、按形态成因、按多指标综合4种方式。地貌分类遵循的原则有:形态和成因结合原则;主导因素原则;分类体系逻辑性、完备性原则;分类指标定量化原则等。分类指标具体如下:

原捷克地貌学家德梅克(Demenk)(1972)代表国际地理学联合会地貌调查与地貌制图委员会,主编《详细地貌制图手册》,编制出了两大系列、16个亚系列、近400种地貌类型(表2-1)。

中国的陆地地貌类型划分研究主要是在新中国成立后借鉴前苏联的地貌分类方案而开展的。1956年,周廷儒等提出了平原、盆地、高原、丘陵、高山、中山的六大类型分类方案;1958年,沈玉昌为配合中国地貌区划工作,提出以“成因”为地貌分类标准的划分系统,针对中国陆地地貌类型,首先划分出五大类,即构造地貌、侵蚀剥蚀的构造地貌、侵蚀剥蚀地貌、堆积地貌和火山地貌。1963年,潘德扬方案提出了地貌分类要依据形态成因和分级的原则,并提出了形态标志、成因标志、物质组成标志和发展阶段、年龄标志等,从星体形态到小型形态共划分为9个等级。

1987年,《中国1∶100万地貌图》制图规范的地貌分类系统,将地貌类型划分为3部分。第一部分,据高程原则将全国分为平原、台地、丘陵、低山、中山、高山、极高山7种基本地貌类型。第二部分,为地貌形态成因类型,按4级划分:①第一级按全球巨型地貌单元分为陆地、海岸、海底地貌;②第二级陆地部分按地貌成因的动力条件划分为14种成因类型(构造、火山、流水、湖成、海成、岩溶、干燥剥蚀、风成、黄土、冰川、冰缘、重力、生物、人为地貌)、海岸部分按形成方式(构造、侵蚀、堆积等)、海底部分按中型形态(陆架、陆坡、深海盆地等)划分;③第三级陆地部分表现各种成因下的基本地貌类型,海岩和海底部分表现小型形态;④第四级表现更小形态。第三部分,为种种成因下的形态符号(沈玉昌等,1980)。

表2-1 德梅克的地貌分类体系

注:据张根寿,2005,部分内容。

李炳元等通过对已有的基本地貌分类及其划分指标进行系统分析和评估,认为中国陆地基本地貌类型按照起伏高度和海拔高度两个分级指标组合来划分(表2-2)。

表2-2 中国基本地貌类型

注:据周成虎等,2009。

周成虎等(2009)提出了中国陆地1∶100万数字地貌三等、六级、七层的数值分类方法(表2-3),划分了各成因类型的不同层次、不同级别的地貌类型。第二层的地貌成因类型根据形成地貌形态的营力,有下列15类主要地貌成因类型:海成地貌、湖成地貌、流水地貌(常态、干旱)、冰川地貌、冰缘地貌、风成地貌、干燥地貌(流水、风蚀、盐湖)、黄土地貌、喀斯特地貌、火山地貌、重力地貌、构造地貌、人为地貌、生物地貌、其他成因地貌。

表2-3 中国陆地1∶100万数字地貌分类方案

注:形态成因类型,据周成虎等,2009,略有修改。

综上所述,我国地势起伏颇大,地貌成因多种多样,不同地区的内、外营力差异性极大。地貌形态、类型错综复杂,可称全球之最,这对地貌分类带来了一定难度,纵然前后有大量的学者对这一问题进行广泛的、科学的探讨,也出版了《中国1∶100万地貌图制图规范》,但至今尚未形成一个公认的地貌分类系统。随着信息时代飞跃发展,在遥感、数字高程模型和计算机等技术的支持下,借鉴国内外形态和成因相结合的地貌分类原则,更为系统、全面、科学、完善的中国地貌分类方法和体系研究成果指日可待。

第二节 地貌的形成与发展演化

地貌是内、外地质营力共同作用的结果。两者的共同作用,造就了地球表面的千姿百态、规模各异的地形。1899年,戴维斯首次把地貌的成因归纳为三大因素,即地质构造、内外营力和时间的函数。用函数表示为:

F=f(PM)dt

式中:P为内外营力;M为地质和构造岩性;t为地貌发育时间。

内力地质作用是地球内部深处物质运动引起的地壳水平运动、垂直运动、断裂活动和岩浆活动,它们是造成地表主要地形起伏的动因,其发展趋势是向增强地势起伏方向发展,如山岳平原的形成及其相对高度的增大变化。外力地质作用是太阳能引起的流水、冰川和风力等对地表的剥蚀与堆积作用,其作用趋势是“削高补低”,向减少地势起伏、使其相接近海洋水准面的方向发展,这一过程塑造成多种多样的地表外力成因地貌。一般内力越强,外力作用随之增强,但在不同相对等级地貌的形成发展中,内、外力作用所起的作用不同。

在以地壳上升运动为主的地区,外动力以剥蚀作用为主;而在以地壳下降运动为主的地区,外动力以堆积作用为主。内动力地质作用的表现形式主要有断块上升、断陷运动、穹曲运动、凹陷运动、掀斜运动和水平地壳运动等。按照成因,外动力地质作用可以分为流水作用、冰川作用、岩溶作用、风力作用、重力作用和波浪作用等。

岩性不同、地质构造不同、作用营力不同、经受作用的时间长度或发育所处的阶段不同,都会导致地貌形态不同。同时,在地貌形成演化中不可忽视人类的强大活动,甚至有学者将人类活动称之为第三地貌动力。随着科学技术的进步,人类正以强大的群体力量加速干扰自然环境。因此,地貌的形成发育可以从岩石构造、内外营力、人类活动和时间因素4个角度来解析。

一、物质基础

(一)地质构造

一般来说,地质构造对地貌的形成和发育有重要影响。最为重要的是地貌对构造的适应性、构造形态在地貌上反映的两种基本形式(顺构造地貌和逆构造地貌),与构造线(如褶皱轴、断裂带等)相一致或部分一致,称为地貌适应构造。这是地质构造在剥蚀作用的影响下,显示其地貌意义的一种普遍形式。例如大的构造体系控制山脉、水系布局;其次,河谷、岩溶沿背斜轴部、断裂带和软弱岩层发育等。

大地构造单元是地貌发育的基础。地球上巨型、大型地貌的形成与分布都与大地构造有直接关系。例如,中国的大地貌单元,即山地、高原、盆地和平原等在平面上的排列组合形式,其形成主要受大地构造的控制。李四光把我国划分为5种主要大地构造体系:①纬向构造体系;②经向构造体系;③走向北东—北北东向的华夏构造体系;④走向北西—北北西向的西域构造体系;⑤扭动构造体系,包括山字型(如祁、吕山字型,淮阳山字型,广西山字型等)、多字型和夕字型(如青藏滇缅印尼大夕字型)等构造体系。我国山脉的排列和走向,即与这些构造体系密切相关(图2-3)。

图2-3 中国的主要山脉分布图

(据http://image.so.com)

地质构造还是地貌形态的骨架,在地质构造运动影响下,出现各类构造地貌现象,如褶皱山和断块山等。

(二)岩石性质

组成地表物质的岩石是构成地貌的物质基础。岩石的物理化学性质对地貌发育的影响,主要是岩石的抗蚀性,即抵抗风化作用和其他外力剥蚀作用的强度,抗蚀性强的称为坚硬岩石,反之亦然。岩性对地貌的影响,在那些经历了长期剥蚀的地区表现最为明显。

1.岩石的抗蚀性

三大类岩石,由于具有不同颜色、矿物成分和结构构造,因而具有不同的抗风化剥蚀能力。在自然状态下,胶结良好的坚硬岩石,抗蚀性强,常形成山体和崖壁。如由石英岩、石英砂岩组成的山岭,风化、崩塌作用和流水侵蚀作用主要沿着节理进行,常形成山峰尖凸、多悬崖峭壁的山丘地貌。抗蚀性差的岩石,如页岩、泥灰岩等,硬度弱,常形成和缓起伏的低丘和岗地。

2.岩石的节理和层理

岩石的节理和层理直接影响地貌的发育。如柱状节理发育的玄武岩,因受节理的影响常形成崖壁和石柱等地貌;垂直节理发育的花岗岩体,因受机械风化和流水冲刷侵蚀影响,使花岗岩山体形成悬崖峭壁、群峰林立的地貌,如黄山(图2-4)、九华山(图2-5)等。

图2-4 黄山

(据blog.sina.com.cn/laozhao81)

图2-5 九华山

(据http://image.so.com/)

3.岩石的可溶性

岩性的可溶性对地貌的影响也很明显。例如,属于易溶或较易溶解的岩石如岩盐、石膏石灰岩白云岩以及一些富含钙质的砂页岩、砾岩等,它们在一定的气候条件下,可以形成适应气候条件下的岩溶地貌形态组合和一些类岩溶地貌。

此外,在分析岩性对地貌发育影响时,必须考虑当地的自然地理条件和其他地质条件。同样一类岩石,在干燥和湿润地区其抗蚀性就有很大的差异。例如,石灰岩在湿热地区深受岩溶作用的影响,但在干燥地区往往可以成为抗蚀性较强的岩石;花岗岩地貌在我国北方常呈高大险峻的山地,而在华南湿热气候下,花岗岩矿物组成中的长石不稳定、易风化,转变为质地软弱的黏土矿物。

松散堆积物对地貌发育的影响,主要是堆积物的物理成分、化学性质和层理结构等特点,如黄土以粉砂为主,并含有一定数量的黏土和钙质,垂直节理发育,干燥时陡壁可直立不坠,但在雨季易受坡面流水和沟谷流水的侵蚀切割。黄土和黄土状岩石还具有一定的湿陷性,它表现在岩石遇到水浸以后,体积缩减,发生沉陷,通常可形成一些深度不大的地貌形态。

二、内外营力作用(动力)

根据地貌宏观格局形成的条件,将地貌营力分为内营力和外营力(动力)。地貌的形成发展是内、外动力相互作用的结果。

(一)内动力作用

内动力作用泛指源于地球内部的热能、化学能、重力能以及地球旋转能产生的作用力。地貌发育中的内动力作用主要是指由上述能源产生的对固体地球表层物质有直接影响的构造运动(地壳运动)和岩浆活动及其所产生的构造形迹、构造类型和构造地质体。内力作用一般不易为人们所觉察,但实际上它对于地壳及其基底长期而全面地起着作用,并产生深刻的影响。地球上巨型、大型的地貌,主要是由内力作用所造成的。

1.地壳(构造)运动

地壳运动分为垂直运动和水平运动两种基本形式。

垂直运动又称为升降运动、造陆运动,它使岩层表现为隆起和相邻区的下降,可形成高原、断块山及坳陷、盆地和平原,还可引起海侵和海退,使海陆变迁。多次的地壳大面积缓慢的波状上升和下降,对地貌形成有很重要的影响,例如多级河谷阶地、多层溶洞、多层夷平面的形成。

水平运动指组成地壳的岩层,沿平行于地球表面方向的运动。也称造山运动或褶皱运动。该种运动常常可以形成巨大的褶皱山系,以及巨形凹陷、岛弧、海沟等。

地壳运动控制着地球表面的海陆分布,影响各种地质作用的发生和发展,形成各种构造形态,改变岩层的原始状态。受构造运动或地质构造控制的构造地貌(形体)可以进一步分为原生构造地貌(活动构造地貌)和次生构造地貌(被动构造地貌)。

2.岩浆活动

自岩浆的产生、上升到岩浆冷凝固结成岩的全过程称为岩浆活动或岩浆作用(magmatic action),有喷出和侵入两种形式。喷出地表的岩浆活动叫做火山活动或火山作用(volcanic action)。地球上岩浆活动有一定的区域性,它对地貌形成和发展有不可忽视的影响。岩浆喷出地表,或者大面积覆盖地表,或者停积在喷出口周围,其构造特征有直接的地貌表现(火山构造地貌),如火山锥、火山口,溢出的熔岩填平地形,形成熔岩高原或平原等。

(二)外动力作用

外动力作用是指地球表面在太阳能和重力驱动下,通过空气、流水和生物等活动所起的作用,包括岩石的风化作用,块体运动,流水、冰川、风力、海洋的波浪、潮汐等的侵蚀、搬运和堆积作用,以及生物甚至人类活动的作用等。外动力作用非常活跃,它使原地貌形体组成物质发生位移运动,而且易被人们直接观察到。下面简要介绍几种外动力作用。

1.风化作用

风化作用(weathering)是出露在地表的岩石,受日光照射、温度变化、水的作用和生物作用等,发生破碎和分解,形成大小不等的岩屑、砂粒和黏土的过程。其主要类型有物理风化(mechanical weathering)、化学风化(chemical weathering)和生物风化3种,而且各种风化作用是相互紧密联系的,通常是同时进行,也是相互促进的。(www.xing528.com)

物理风化或机械风化(图2-6)是指岩石因温度变化、孔隙水的冻胀过程、干湿变化,使岩石盐类的重结晶、岩石中的一些矿物发生溶解以及岩体的应力释放,最终使岩石崩裂破碎。岩石表面温度变化是由于季节变化和昼夜更替而引起的。典型的如球状风化,受昼夜温差等因素影响岩石的外层容易发生成层裂开和鳞片状剥落,兼之岩石内常有相互交错的裂缝,沿裂缝风化最深,棱角磨得渐圆。盐结晶作用通常和干旱气候有关,因为强烈的加热引起强烈蒸发,从而产生盐结晶作用。盐结晶作用亦在岸边活跃。盐风化的例子亦可以在海堤上的蜂窝石(honeycombedstones)找到。

化学风化是水溶液以及空气中的氧和二氧化碳等对岩石的作用,使岩石的化学成分发生变化而分解的过程。化学风化通过水化作用、水解作用、碳酸化作用和氧化作用等一系列化学变化来进行。

生物风化作用是指生物在生长的过程中,对岩石所起的物理的和化学的破坏作用。生物的物理风化作用是植物的根系起楔子作用对岩石挤胀而使岩石崩解,或是动物的挖掘和穿凿活动进一步加速岩石破碎。生物的化学风化作用是生物在新陈代谢过程中分泌出各种有机酸对岩石所起的强烈腐蚀作用。植物从土壤中吸收养分,分泌出来的各种酸是很好的溶剂,可以溶解某些矿物,对岩石起着破坏作用。

图2-6 机械风化冻融作用

(据http://tupian.baike.com/a2-67-12-0130000251918122708129659684-jpg.html)

2.河流作用

河流奔流不息,是改造和塑造大陆地表的主要外营力之一。地表流水主要来自大气的降水,同时,也接受地下水或冰雪融水的补给。它主要包括河流的侵蚀作用、搬运作用和堆积作用。

河流的侵蚀作用:指河流水流破坏地表并掀起地表物质的作用,主要有冲蚀作用、磨蚀作用和溶蚀作用3种。若按侵蚀方向,还可分为下切侵蚀和侧方侵蚀2种。河流的下蚀作用(vertical erosion)是指河水及其所携带的碎屑物对河床底部产生破坏,使河谷加深、加长的作用。下蚀作用的强度主要受纵坡降、水量、河床的岩石性质及流水的含沙量等因素的影响。下切侵蚀从源头、河口瀑布向上游侵蚀的作用,称为河流的向源侵蚀(溯源侵蚀,图2-7)。侧方侵蚀是河流谷地流水在运动中的扩张力对谷地两侧或河岸的侵蚀。在河床弯曲处,水流受惯性离心力作用,表层水流通向凹岸,对凹岸进行掏蚀、冲蚀,凹岸坡脚形成洞穴,容易产生崩岸,开始后退,促进弯道曲率和河谷宽度增大(图2-8)。侧向侵蚀的结果使河岸后退、沟谷展宽或者形成曲流。

图2-7 线性水流向源侵蚀与谷底纵剖面变化示意图

图2-8 流水侧向侵蚀原理图

(据张根寿,2005)

河流搬运作用:是指河流在流动过程中携带大量泥沙和推动河底砾石移动的作用。它主要包括推移、跃移、悬移3种形式。

河流的堆积作用:河流流水携带的泥沙,由于河床坡度减小、水流流速变慢、水量减少和泥沙增多等引起搬运能力减弱而发生的堆积。由于流水堆积在沟谷中的沉积物称为冲积物。河流运移物质沉积的基本规律是:上中游地段沉积粗大砾石与沙粒,下游沉积细小的泥沙;河床上沉积粗大砾石与沙粒,河滩地沉积细小的泥沙。

河流的侵蚀、搬运和堆积作用是经常变化和更替的。对一条河流来说,在正常情况下,上游以侵蚀作用为主,下游以堆积作用为主。如果河流水量减少,泥沙物质增多,在河流上游段也可以堆积作用为主。如果海面下降,下游段也可转化为侵蚀作用为主。在同一时间、同一地段内,侵蚀和堆积作用也能同时进行,搬运作用则是联结二者的纽带。

3.冰川作用

冰川作用是冰川地貌的主要塑造动力,包括冰川的侵蚀作用(图2-9)、搬运作用和堆积作用。

冰川有很强的侵蚀力,大部分为机械侵蚀作用,其侵蚀方式可分为拔蚀作用、磨蚀作用和冰楔作用。冰川拔蚀作用(图2-10)是冰床底部或冰斗后背的基岩,沿节理反复冻融而松动,松动的岩石和冰川冻结在一起,冰川向前运动就把岩块拔起带走。冰川磨蚀作用可在基岩上形成擦痕和磨光面。

图2-9 冰蚀作用

图2-10 冰川的拔蚀作用

冰川搬运能力极强,它不仅能将冰碛物搬运到很远的距离,而且还能将巨大的岩块搬运到很高的部位,这些巨大冰碛砾石又称为漂砾。冰川消融以后,不同形式搬运的物质,堆积下来形成相应的堆积物,称冰碛物。

4.海岸动力作用

海岸动力作用有波浪、潮汐、海流和海啸等作用。其中以波浪作用为主,波浪的能量是控制海岸发育与演化的主要因素之一;潮汐作用只在有潮汐海岸处对地貌起塑造作用;海流对海岸地貌的影响稍弱,河流作用只局限在河口地带;此外,海啸带来的巨大波浪对海岸地貌有一定的破坏作用。

三、人类活动因素

在地貌的形成发展过程中,除了内力和外力两类主要动力外,人类活动在现代技术社会里已成为一种重要的地貌营力(第三地貌动力)。

人类活动与地貌关系的基本法则是,全球性的、区域性的自然地貌制约人类活动,人类活动改变或者影响局地性的、较小规模的地貌演化。在诸如矿山、城市、水工设施等小区域范围内,人类活动可以使地表侵蚀增大2 000倍以上。人工地貌营力时空分布不均,时间上主要集中在现代,空间上分布不连续,呈星条状、面片状分布。人类活动对地貌影响主要表现在以下几个方面。

(1)森林草原破坏加速了地表的侵蚀:比如人类活动对森林植被的破坏,每年全世界大约有1%的森林(4.145×108hm2)被砍伐,年侵蚀量在2.5~25t/hm2,总侵蚀量(110~1 100)× 108t/a。每年因植被破坏而导致的滑坡、泥石流等地质灾害事件,屡见不鲜。还有人为的过度放牧、草原的破坏,加速了表土结构的变化,加速了荒漠化。

(2)采矿活动带来的地质环境问题和地貌改变:采矿主要包括露天开采、地下开采两种形式,采矿常产生植被破坏、滑坡、地面塌陷、地裂缝、废弃物堆积等问题。地下水的抽取也容易导致地面的沉降,如天津市1959—1982年累计最大沉陷2.3m,沉降速率为10cm/a。

(3)人类工程活动对地貌的影响:比如修建大型水库改变河流的侵蚀与堆积作用使河床地貌发生变异,库区边坡的滑塌;海岸带航道整治和陆地入海河流泥沙的开采引起海岸侵蚀和堆积变化,而填海造陆,使水域面积减小而陆地扩大,岸线延伸方向及形体改变。还有如黄河的地上悬河(图2-11),随着泥沙的不断淤积,河床的不断抬升,两岸大堤也日增年高;最高的地上河,是黄河流经开封的一段,位于开封市北10km处黄河南岸的柳园口,这里河面宽8 000m,大堤高约15m。

图2-11 黄河地上悬河示意图

(据http://image.so.com)

四、时间因素

内、外力作用的时间也是引起地貌差异的重要原因之一。其他条件相同,但作用时间长短不同,则所形成的地貌形态也有区别,显示出地貌发育的阶段性。例如,急剧上升运动减弱初期出现的高原,外力作用虽然强烈,但保存了大片高原地面;随着时间的推移,高原在外力侵蚀下,破坏殆尽,成为崎岖的山区,再进一步发展,则可转化为起伏和缓的丘陵。再比如岩溶地貌发育的阶段性,按“幼年期”“青年期”“壮年期”和“老年期”阶段顺序发展,各个阶段有一定的地貌组合。

2010年申报成功的世界遗产——中国丹霞,由6个不同发育阶段的丹霞地貌区构成一个完整的演化系列:贵州赤水(青年期)、福建泰宁(青年期)、湖南崀山(青年期、壮年期丹霞地貌均有发育)、广东丹霞山(壮年期)、江西龙虎山(老年期)、浙江江郎山(老年期)。不同的发育阶段展现了不同的地貌特征,留下了丹霞地貌演化的时间印记。

第三节 地貌的年代及其发展阶段

一、地貌年代

地貌年代,即地貌形态成形的年代。通常分为地貌相对年代和地貌地质年代。

地貌相对年代,即地貌形成的相对顺序,是根据不同地貌单元内各种沉积物之间的相互关系(例如:叠置、切割、相变、掩埋、过渡等),确定其先后次序。如谷中谷即是在地貌发展中,老的谷地被切割形成更小的、新的谷地而成。

切割关系:同一时期、不同地点会形成不同地貌或沉积物(图2-12)。

图2-12 过渡关系形成的堆积地貌

(据刘海松,2013)
1.重力作用形成的堆积物;2.河流作用形成的沉积物

掩埋关系:地貌发展中,新的地貌或沉积物可能掩埋老的地貌或沉积物(图2-13)。

图2-13 掩埋关系形成的堆积地貌

(据刘海松,2013)
1.古地貌或沉积物;2.老地貌或沉积物;3.中期地貌或沉积物;4、5.现代地貌或沉积物

地貌地质年代,即地貌成形的地质年代。通常由以下几种方法确定:

(1)古生物法。直接或间接利用地貌堆积物中所含的古生物(Q)化石或文物、石器等确定地貌年代。此法适用于堆积地貌,侵蚀地貌常无堆积物。应用这一方法时,应着重确定代表组成地貌形态要素的沉积物的地质年代。

(2)年间法。用以确定剥蚀地貌的地质年代,即确定剥蚀地貌上覆最老沉积物和剥蚀地貌切割的最新沉积物的地质年代,以这一年代间隔表示剥蚀地貌年代。这两套沉积的年代间隔越短,其表示的年代越精确。

(3)相关沉积法。根据剥蚀与堆积的同时相关性,利用剥蚀地貌形成时的相关沉积物的地质年代,推断剥蚀地貌的年代。

(4)位相法。按地貌的发生规律,位置越高的地貌年龄越老,如河流第三级阶地比第二级老,第一级阶地又比第二级新。

(5)岩相过渡法。同一成因的堆积物类型,其岩相可能有差别,但时代应该相同,如同一时期的洪积物,由扇顶至扇缘,由粗变细,逐渐过渡,如果知道其中一段的年龄,则其他段的年龄亦可断定,整个洪积扇的年龄也因而得知。两种相邻的沉积地貌,如潟湖与拦湾坝,虽沉积相和地貌形态不同,但沉积时代应大致相同,因两种地貌沉积物的接触关系是犬牙交错的。

此外,在确定地貌年代时,应注意利用放射性同位素(如14C法、钾-氩法、铷-锶法、铀-钍-铅法等)、历史考古法、古地磁法以及其他现代方法,来确定与地貌形成相关堆积物的比较确切的年代。

任何地貌随着时间的推移,总有一个发生、发展和消亡的过程。一般包括现代地貌与古地貌。现代地貌是指全新世(11ka B P以来)形成的地貌;而古地貌是指地质历史上形成的地貌,参与现代地形、与当时的古气候一致。

古地貌,指其基本形态与现代地貌塑造作用完全脱离的、与现代大地构造条件不相适应的地貌单元。地面上分布的古地貌,常常受到不同程度的破坏,有时只留下残迹片段。而地下掩埋的古地貌(如河谷、湖泊、潜山等)则保存完整。研究古地貌不仅要使用地貌学方法,还必须与第四纪地质学、沉积岩石学、地球物理学方法和钻探相结合。古地貌的研究无论在理论上还是实践方面都有重要价值。例如古河道的恢复研究,对寻找砂矿、地下水和贮水设计都有实用价值;根据古地貌遗迹可寻找矿产资源,如石油、天然气、砂矿、地下水等,亦可推测形成古地貌时的自然环境,对农业生产具有重要意义。

二、地貌的发展阶段

一切地貌都在随着时间的进程不断地发展、演化,但不同气候带、不同类型、不同等级和不同地质地理条件下的地貌演化速度不同。例如干旱气候带、冰雪气候带山坡演化速度,比湿润气候带和湿热气候带要快;而岩溶演化则相反。地貌的发展指地貌随时间的变化而变化,这种变化主要反映地貌的形成、发展和消亡的过程。现在地貌仍处于不同的发展阶段。地貌发展的重要现象是它具有发展的阶段性和继承性。

1.地貌发展的阶段性

地貌发展常常是逐渐演化(渐进的)与相对急剧的变革交替,因而可以划分出若干个相互区别的发展阶段,每个阶段有它本身的特征,后一阶段又包含前一阶段的若干特征。例如,地壳处于微弱上升状态时,河流以侧蚀为主,塑造河谷;地壳加剧上升,河流转为深切,古河床面被抬升、切割,形成河流阶地。由于每次上升强度、气候条件、物质来源和河流水文状况都不相同,因而形成不同高度、不同特征的冲积层和不同性质的河流阶地,即形成不同阶段的地貌。地球上地貌常表现出不同阶段地貌并列的现象。

2.地貌发展的继承性

地貌发展的继承性,是指在地貌形成发展的条件基本不变的情况下,地貌同一方向发展,形成不同年代、同一类型地貌重叠发育的现象。例如中国北方黄土高原上的现代沟谷,有时重叠发育在老的沟谷之上,即这一部分水系继承老的水系发展而来。如果地貌形成发展的基本条件发生改变,地貌发展就会发生变异,如在中纬度地带,由于第四纪冰期、间冰期气候波动的影响,外力条件相继改变,就产生冰前期、多次冰期、间冰期和冰后期地貌变异。

1903年,维里斯第在研究中国华北地区第四纪时提出了一个以侵蚀期和堆积期交替出现的华北地区地貌地文期发展模式(表2-4),每个旋回包括一个侵蚀期和一个堆积期,并分别以典型地点命名。地文期是地貌发展旋回性在中国地貌研究的一个实例;但地文期有一定的区域性,中国南、北方地文期对比仍有困难。这些只代表其阶段性,不反映时间关系。

表2-4 华北地文期特征表(据曹伯勋,1995)

3.地貌发展的旋回性

研究地貌发展即研究地貌的形成和演变过程,是在研究地貌静态特征的基础上,阐明地貌的动态变化过程。

如河谷形态从“V”形谷→河漫滩河谷→河谷;冲沟从切沟→冲沟→坳谷;都反映了地貌形态演变发展的过程。小型地貌形态(如冲沟、曲流、滑坡、土溜、黄土冲沟和黄土陷穴等)的发展速度较快,测定这些小型地貌形态的发展速度对工程与环境研究有重要价值。大型地貌发展的时间较长,常以地质时期尺度计。由于塑造大型地貌的内外营力强弱的周期性变化,使大型地貌的发展表现出多次渐进变化与急剧变化的交替,这就是地貌发展的旋回性。

美国地貌学家戴维斯最早提出地貌发展的理论,即“地理循环说”,他认为地貌的形成发展受地壳运动、外力作用和时间3种因素的影响。假定一分布有河流的平坦地块被地壳运动抬升到一定高度后即停止,在河流作用适应侵蚀基准面下降过程中,地块从地表快速下切的幼年期→地下逐渐复杂多样的壮年期→漫长的准平原化的老年期等阶段发展(图2-14)。老年期地形塑造的时间比幼年期和壮年期之和还长,最终将剥蚀去地表一定厚度的岩石。若上述过程完结后地块再度抬升,则上述过程又周而复始地进行,故称“侵蚀循环”。但是地块再次上升也可以在发展过程中的某一阶段出现,则循环终止于该阶段。考虑到每个循环中地壳运动的变化及气候与外力作用强度的变化,再现的各个阶段不可能完全相同,因此“侵蚀循环”一词可用“侵蚀旋回”代替。

图2-14 戴维斯地貌发展阶段模式图

(据戴维斯,1899)
(a)模式立体图;(b)模式解析图

这个理论用发生学观点解释地貌的发生和发展,虽然在早期对地貌学作出了重要贡献,但戴维斯的很多地形演化理论(有时被称为戴维斯地貌理论)被现代地貌学家所大量批判。有些地貌学家持有不同看法:

(1)一些学者以现代构造运动和海平面变迁的研究成果为依据,指出地壳运动不可能都是短暂的、突发性的上升,然后继以长期的稳定。再次,海面作为基准面,也不是长期稳定不变的。

(2)一些学者认为,外营力不仅有流水侵蚀,还有冰川侵蚀、寒冻风化与风的侵蚀等(见侵蚀作用)。即使是流水侵蚀,在湿润多雨、植被茂密的地区和在植被稀疏的干旱地区,表现也是不同的。在湿润区,多为线状水流,地貌发育有能产生戴维斯所说的准平原。在干旱区,多为片状或辫状水流,侵蚀下切作用微弱,在重力剥蚀或片状水流冲刷下,山坡平行后退,塑造出广阔的山麓剥蚀平原,以至于有时在这种平原上残留着一些“岛山”,这个过程称为山麓夷平侵蚀轮回。

(3)珀尔帖于1950年提出局部夷平面形成理论,即冰缘寒冻侵蚀轮回的理论。他指出在现今高纬度地区或高山顶部寒冻风化强烈的地区,寒冻风化产生的岩屑在解冻时期被土流带到高地的坡脚堆积下来,这样高地就渐渐被夷平。这种夷平作用在局部地区是存在的。

(4)至于夷平面地形的成因以及在长时期的地质发展史中是否有侵蚀轮回的存在还无定论。

思考题

一、名词解释

正负地貌;地貌面、线、点;地貌的基本形态;地貌的形态组合;现代地貌;古地貌。

二、简答与论述

1.简述地貌形态的基本要素及其特征。

2.地貌形态测量包括哪几个方面?

3.为什么要对大小不同的地貌进行分级?共划分了几级?各级的地貌特征是什么?

4.地貌年代及发展阶段?

5.地貌描述的主要方法是什么?

6.进行地貌的成因研究,要从哪几个方面入手?

7.为什么说地貌形成的动力是内外地质营力相互作用的结果?

8.试述内、外地质营力作用在地貌发展中的意义。

9.岩石和地质构造在地貌形成中有什么作用?

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