水流携带泥沙能力的突然减弱和泥沙的持续沉积堆积。以下是详细的形成过程:
水流与泥沙的来源:
- 山区河流: 冲积扇的形成始于山区河流(或季节性暴雨形成的山洪)。这些水流流经陡峭的山坡和峡谷时,流速快、能量高。
- 泥沙来源: 强大的水流具有极强的侵蚀和搬运能力。它们会不断冲刷、侵蚀上游山区的基岩、风化产物(岩石碎屑、砾石、沙、粉砂、粘土等),并将这些泥沙物质携带向下游。
地形突变与能量骤降:
- 山前地带: 当河流(或洪水)冲出狭窄的山谷或峡谷出口,进入相对开阔平坦的山前平原或盆地边缘时,地形发生突然变化。
- 流速骤减: 这种地形突变导致水流失去了原有的约束(河谷两侧的限制),水流迅速向四周扩散、漫流开来。同时,由于地形坡度骤然变缓(从陡峭的山坡变为平缓的平原),水流的流速急剧下降。
- 搬运能力骤降: 水流携带泥沙的能力与其流速的立方成正比(或更高次方)。因此,流速的急剧下降直接导致水流搬运泥沙的能力瞬间大幅减弱。
泥沙沉积:
- 按粒径分选: 水流携带能力下降后,无法继续维持所有泥沙的悬浮和滚动状态,泥沙开始按照粒径大小依次沉积。
- 粗颗粒先沉积: 最粗、最重的物质(大砾石、粗砾石)由于惯性大、滚动距离短,首先在扇顶(靠近山谷出口处)大量沉积。
- 细颗粒后沉积: 随着水流继续向外扩散,流速进一步降低,较细的砾石、沙、粉砂和粘土依次在扇中、扇缘沉积下来。最细的粘土可能被带到更远的地方甚至进入盆地中心形成其他沉积。
沉积物的堆积与形态塑造:
- 多次事件叠加: 冲积扇的形成不是一次洪水事件就能完成的,而是由无数次洪水或泥石流事件叠加的结果。每次洪水都带来新的泥沙,并在山前地带沉积。
- 放射状扩散与堆积: 水流每次冲出山口后,都呈放射状向低处扩散。泥沙也随之在扩散的路径上沉积下来。长期累积的结果,就是在山谷出口处形成一个向平原方向(下游)展开、中心厚边缘薄、表面略呈凸起的沉积体。
- 圆锥形/扇形: 由于泥沙沉积是以山谷出口为顶点,呈放射状向外围扩散堆积,最终形成的沉积体在平面上自然呈现出以山口为顶点的半圆锥形或扇形(扇形的顶角指向山口)。
- 坡度变化: 扇体表面自扇顶(山口附近)向扇缘(平原方向)坡度逐渐变缓。扇顶坡度相对较陡(反映了能量骤降),扇缘坡度非常平缓(接近平原坡度)。
总结关键点:
- 核心机制: 水流从高能(陡峭山区)环境突然进入低能(平缓山前)环境,搬运能力骤降。
- 沉积过程: 泥沙按粒径分选沉积(粗的先沉,细的后沉)。
- 形态成因: 水流呈放射状扩散,泥沙沿放射状路径堆积叠加,长期形成半圆锥/扇形地貌。
- 时间因素: 是长期、多次沉积事件累积的结果。
因此,冲积扇是河流或洪水在山口附近因地形突变、能量骤减而卸载其携带泥沙,经过长期堆积形成的、平面上呈半圆锥形或扇形的沉积地貌。它是山地与平原过渡地带的典型地貌景观。