山西霍山山前断裂冲沟S-A双对数图、凹曲指数与陡峭指数的构造响应特征

利用能够反映构造隆升作用与河流下切侵蚀作用之间关系的河流水力侵蚀模型,以小流域性的霍山山前断裂为实验区,基于高分辨率DEM数据,分析了64条横跨断裂发育的冲沟的S-A双对数图、凹曲指数(θ)与陡峭指数(logks);研究了它们对霍山山前断裂构造活动的响应特征:1)冲沟的S-A双对数图基本都呈现出明显的上凸特征,这是对断裂区域构造隆升速率大于河流下切侵蚀速率的直观响应;2)冲沟的凹曲指数θ值均<0.35,平均值仅为0.223,远低于均衡河道的经验平均值(0.49),这是冲沟纵剖面下凹程度低的直接的量化表达,反映了冲沟的发育是很年轻的,而其原因主要是霍山山前断裂频繁而强烈的构造运动使冲沟没有足够的时间通过下切侵蚀作用来调整剖面形态;3)冲沟的陡峭指数logks值呈现出老爷顶一带最高,南北两侧较低,而且北部比南部高的分布特征;这在一定程度上指示了霍山山前断裂在老爷顶一带隆升速率最大,南北两侧较低,而且北部隆升速率比南部高。

深切河谷区河流陡峭指数与岩体质量的空间分布特征及其相关关系研究

河流下切作用是深切河谷区地貌演化的重要地质营力。它常常通过对河道的下切和侧蚀过程等影响着河谷两侧斜坡的稳定性状态和斜坡演化。目前,在河流下切作用下斜坡岩体质量的空间分布特征及两者的定量化关系等方面研究较少。这在一定程度上制约着深切河谷区斜坡岩体稳定性预测及地质灾害易发性评价的发展。基于上述背景,本文依托青藏高原深切河谷区(澜沧江—金沙江)和G214左贡—虎跳峡段,基于岩体质量评价BQ系统和河流水力侵蚀模型,利用现场调查、统计和Matlab、Topotoolbox、ArcGIS、Origin等工具手段,研究了研究区河流陡峭指数(k_(sn))和岩体质量指标的空间分布特征、相关关系和内在机制。结果表明:在研究区,岩体质量与断裂密度、k_(sn)、工程岩组的皮尔逊相关性系数分别为:0.52、0.67、-0.11,即岩体质量与k_(sn)的相关性程度最高。基于横剖面形态提取和河谷边坡应力特征区分析发现:本文所研究岩体质量的特征分布区主要为对河流下切作用作出实时敏感响应的斜坡段,即河流下切作用的强烈影响段。基于研究结果,本文提出在深切河谷区,k_(sn)应该作为重要评价指标在表征河流下切作用对崩塌灾害易发性评价中进行考虑和使用。

河道陡峭指数所反映的祁连山北翼抬升速率的东西差异

祁连山位于青藏高原东北边缘,其构造抬升速率及其分布特征是理解青藏高原隆升机制的重要线索.近来,河流水力侵蚀模型的研究表明造山带岩石抬升速率是控制河道陡峭指数的主要因素,并且得到了大量的实践证明.利用这一新的方法对祁连山北翼的河流河道进行了分析,尝试从河道纵剖面陡峭指数特征中提取该区域构造抬升信息.结果显示从东到西河道陡峭指数有明显的不同,有东段小,中、西段大的特征.通过对比分析发现,岩性和降水对河道陡峭指数影响不大,也没有证据表明河流负载对其有明显的贡献.河道比降的变化主要是受区域岩石抬升速率差异的影响,河道陡峭指数的分布特征揭示了祁连山北翼抬升速率的分布特征,东段抬升速率较小,中、西段较大,抬升速率最大的位置位于中段榆木山附近区域.

河流纵剖面陡峭指数对庐山构造抬升的指示

庐山是位于江南造山带北缘的断块山,其抬升过程对于认识本区的构造演化至关重要。利用河流纵剖面的形态参数可以定量估算相对的构造抬升速率。基于5 m分辨率的DEM提取了庐山9条主要河流的纵剖面,依据坡度—面积图确定了裂点类型,结合地质图判别出裂点成因,并利用河流水力侵蚀模型计算了稳定态河段的陡峭指数以及凹曲度。结果显示,庐山的河流基本呈过渡态,以发育数量不等的裂点为标志;垂阶型裂点的形成主要与岩石强度不均一有关,而坡断型裂点是侵蚀基准面下降产生的。坡断型裂点以下的基岩河段具有较大的陡峭指数,表明庐山经历了从早期低抬升速率到晚期高抬升速率的转变。庐山受快速抬升影响的河段,陡峭指数具有南高北低的特点,主要是由于庐山整体抬升过程中南部、北部的抬升速率存在一定差异,亦可能是岩性不同造成的。

六盘山地区河道陡峭指数对隆升速率差异的响应

六盘山位于青藏高原东北缘，对区域内构造隆升速率及分布特征的研究为理解青藏高原隆升机制提供重要的线索。近年来，均衡河道纵剖面模型对河道陡峭指数进行的研究表明，区域岩石隆升速率是控制河道陡峭指数的主要因素。本文利用均衡河道纵剖面模型，提取了六盘山地区河道陡峭指数，结合数理统计方法对数据进行对比分析。结果表明，六盘山北段、中段和南段河道陡峭指数均值分别为65．11、73．53和71．76，表现出北段较小，中、南段较大的特征；并认为河道陡峭指数的变化主要受到区域岩石隆升速率差异的影响，而研究区内岩石地层、降雨量及河流负载等地质、气候背景相关因素对河道陡峭指数的影响较小。各研究区河道陡峭指数的变化反应了六盘山南北不同区域构造隆升速率的分布特征：六盘山北段隆升速率较低，活动可能以走滑运动为主；中段区域隆升最快，活动性较强；南段区域隆升介于两者之间。这与前人研究中对六盘山东麓断裂带活动性的分段结果一致。

阿尔金山东段河道陡峭指数对区域隆升差异的响应

阿尔金山东段是青藏高原北部边界带的重要组成部分，其构造活动特征及隆升信息是研究青藏高原隆升机制的重要内容。随着地貌学的深入研究，河道陡峭指数作为一种地貌参数可以对区域构造隆升有较好反映。本文提取了阿尔金山东段地区自西向东5个亚区域（A、13、C、D和E）的16条河道陡峭指数剖面，并利用数理统计学方法对其进行统计分析，揭示该区域的构造活动特征。研究表明，这5个亚区域区内的河道陡峭指数均值分别为70．93、139．03、108．85、134．44和165．39，整体表现出河道陡峭指数从西到东逐渐增大趋势；通过对区内地层、降雨量及河道负载程度、基岩隆升等因素的分析，认为区内河道陡峭指数主要受到基岩隆升影响，而上述其他因素影响有限。各亚区域间河道陡峭指数的变化反映了区域内隆升活动性的差异性：阿尔金山东段隆升活动性整体为北高南低、东高西低特征，山脉北部主要承接来自青藏高原内部挤压应力，而东西方向上存在阿尔金构造带与祁连构造带衔接部位，断层性质由近东西向水平走滑逐渐转换为北东向的挤压逆冲，存在明显应力调整与转换。

河套盆地北缘色尔滕山河流地貌参数特征及其成因分析

地貌形态是构造和地表过程相互作用的复杂产物,主要通过构造活动和岩石的抗侵蚀能力等来调节。构造活动相对较弱的古老造山带往往可以忽略构造驱动的岩石抬升,使得研究岩石抗侵蚀能力对其地貌雕刻的贡献成为可能。但是目前大多数活动造山带地貌研究的结果显示地貌主要受控于活动构造,关于岩性对地貌演化影响的报道较少。色尔滕山山前断裂为河套盆地北缘的一条重要控盆断裂,全新世以来该断裂的活动性较强,曾发生过两次较大震级地震(M6.4和M5.9)。前人活动构造研究表明该断裂的活动性具有空间差异,中部乌加河镇活动性最强,两端逐渐减弱。但相对河套盆地北缘其他大型断裂(如狼山山前断裂、乌拉山北缘断裂和大青山山前断裂),该断裂的地貌参数研究较少。同时其地貌演化特征及发育机理仍然不清楚,这些均制约了对该断裂的变形动力学理解。本文基于30 m分辨率的DEM数据对该断裂进行详细的河流地貌学参数研究,包括使用Arcgis和Matlab脚本提取色尔滕山山前33条河流的子流域盆地面积-高程积分(HI)和相应河道陡峭指数(K_(sn))、河道纵剖面及其裂点等地貌学参数。结果表明研究区河流HI值大部分处于0.40~0.66之间,其中乌加河镇附近具有高值,流域盆地处于发育的壮年期。瞬态河道和稳态河道均沿着色尔滕山山前断裂走向分布,可能表明色尔滕山山前大部分河道目前处于瞬时地貌向均衡地貌演化阶段,并且通过对比发现瞬态河道裂点成因存在岩性和构造共同控制的现象。河道陡峭指数空间分布差异性较大,乌加河镇附近(S13~S20)陡峭指数较大,向两边陡峭指数逐渐减小,在S8河流以西又有增大的趋势。通过结合岩性和降雨情况分析发现,河道陡峭指数除了受岩性抗侵蚀能力影响外,其分布还与色尔滕山山前断裂垂直滑移速率分布和垂直位错分布基本一致。综合来看,地貌参数的空间分布是岩性差异和色尔滕山山前断裂活动分段差异性共同控制的结果,表明该地区岩性和构造对地貌的协同塑造作用。

塔什库尔干谷地古滑坡堰塞湖事件重建及其地貌响应

塔什库尔干谷地构造活动频繁,滑坡、泥石流等自然灾害频发,滑坡体堵塞河流形成堰塞湖,堰塞体溃决后引发特大洪水。开展塔什库尔干谷地古堰塞湖的形成演化研究,可以提高对堰塞湖灾害的认知,预防地质灾害发生和降低灾害损失。目前已有对塔什库尔干曲曼村古堰塞湖湖相沉积形成年代和所记录的古环境信息研究,然而针对该湖泊的形成演化及形成后的地貌响应却鲜有开展。本研究以野外调查为基础,结合室内分析,对曲曼古滑坡堰塞湖的区域地貌和残留湖相沉积物特征进行了详细的分析。研究结果表明:(1)曲曼古滑坡堰塞湖形成可能是由于古地震诱发滑坡导致的,残留滑坡坝的表面积约为4.30×10^(5) m^(2),其体积约为2.30×10^(7) m^(3),所形成的堰塞湖最大湖面积约为2.01×10^(7) m^(2),最大库容量约为1.12×109 m^(3),溃决时的洪峰流量约为49507 m^(3)/s;(2)滑坡坝上游陡峭指数大于滑坡坝下游陡峭指数,说明残留滑坡坝仍对现代河道的地貌形态有一定影响,下游方向仍在进行较为强烈的地貌调整。本研究深入研究塔什库尔干古堰塞湖,可以为区域地貌演化及地质灾害发育过程研究提供一定参考。

青海玉树巴塘乡地区地貌特征与构造运动相关性分析

针对目前巴塘乡断裂垂向上运动性质尚无统一定论问题,基于12.5 m分辨率的ALOS DEM,通过改进的Chi-z法计算巴塘乡地区河流陡峭指数并识别裂点,利用地貌指数对玉树巴塘乡地区进行构造地貌定量化分析。结果表明:(1)巴塘乡盆地河流陡峭指数明显小于其南侧山地的;(2)构造活动是研究区内河流陡峭指数分布差异的控制因素,同时也是裂点成因之一;(3)巴塘乡断裂是一条具有正倾滑分量的全新世左旋走滑断裂,羌塘块体在青藏高原内部物质向东挤出过程中发生了顺时针旋转,具有向南的运动分量,形成了兼具正倾滑分量的巴塘乡左旋走滑断裂,并在断裂控制下形成了巴塘乡断陷盆地和地貌侵蚀的差异性分布。

川西水洛河流域构造地貌研究

选择青藏高原东缘水洛河流域,对青藏高原东缘新生代期间构造隆升的响应过程及特征进行研究。利用数字高程模型,提取分析了水洛河的河流纵剖面形态、凹度指数和陡峭指数(k_(sn))等构造地貌指标。研究发现水洛河流域内存在着两期裂点,裂点将河流划分为了三个河段,每个河段的河道参数存在着较大差异;流域内部陡峭指数存在着由北向南逐渐增大的趋势。排除一系列非构造因素的影响后,最终确定了构造对研究区陡峭指数空间分布的主控作用。流域南部区域受木里断裂的影响,隆升速率较高,并在出水口处形成裂点向上游传递。此外水洛河流域广泛存在的两期裂点,也反映了在青藏高原东缘至少经历了两期构造抬升。

青藏高原周缘的河流纵剖面特征及其对构造地貌演化的启示

河流水系是改造地表地貌的主要外动力,其形态样式记录了造山带和高原的生长和演化。目前对于青藏高原周缘的河流剖面研究主要集中在南缘、东南缘及东缘。相比而言,对于流经高原其他边缘河流的纵剖面特征仍然缺乏分析,不同位置的高原边缘河流发育是否存在相似性或差异性及其内在原因尚未开展相关研究。选取青藏高原北缘西昆仑—阿尔金地区、东北缘祁连山地区、东南缘三江地区和南缘喜马拉雅等典型区域,通过开展河流地貌对比研究,利用河流纵剖面的关键地貌参数定量分析了高原周边地貌边界带的空间特征及相关的构造与气候因素。结果表明,在青藏高原周缘地貌边界带上,河流陡峭度指数最大值与区域地形起伏最大区域一致,河流流经高原边缘时陡峭度有显著升高,而在高原边缘两侧陡峭度均相对较低,且河流向高原内部的溯源侵蚀十分有限,而且河流裂点均出现在区域地形起伏较高的地貌部位。其中青藏高原北缘、东北缘与南缘,地形起伏最大的区域与构造边界所围限的高原边界一致,并大致对应最新构造活动的强隆升区,而青藏高原东南缘的高原边界较模糊,地形起伏度变化最明显的区域出现在雅砻逆冲断裂两侧,与前人提出的古高原边界一致,暗示该区河流裂点的形成可能与雅砻逆冲断裂的早期活动有关。基于研究结果认为,对于青藏高原这样大尺度或经历长时间构造演化过程的地貌单元,基于稳态假设下的河流形态分析高原隆升时间可能存在较大偏差。青藏高原东南缘的高海拔低起伏地貌面可能是在较平缓的内流水系作用下形成的,在随后的河流袭夺等过程中演变为现今的外流河状态。

基岩河道水力侵蚀模型原理及其最新研究进展

基岩河道水力侵蚀模型是最近20年发展起来的一项地貌演化定量分析的研究方法.模型基于河流侵蚀基本物理过程、实验观测及经验公式,推导出可以应用的数学模型对河流侵蚀过程进行模拟与构造分析.目前,其主要应用在构造抬升速率研究与地貌演化模拟研究中,但由于模型在简化过程中存在一系列假设,应用中具有一定的不确定性,其中主要的不确定性来自于坡度指数、河道宽度、岩性与沉积物影响等方面,对这些关键参数与问题的定量获取研究也是目前与将来主要的研究热点.在应用基岩河道水力侵蚀模型对地貌分析中,一定要注意其限定因素与不确定因素,否则会不同程度地降低研究结果的可信性.

地形复杂的风电场资源评估误差分析方法

由于计算模型本身的限制,风能资源地图分析与应用程序(WAsP)不能准确模拟复杂地形中风的流动变化情况,用其评价复杂地形风电场的风能资源时存在一定误差。目前,主要采用RIX方法来评估WAsP在复杂地形中的风速预测误差,长期以来一直缺少根据风速预测误差来评估风电场发电量预测误差的有效方法。文章在RIX方法的基础上,对WAsP应用于复杂地形风电场发电量预测的误差进行了研究,结合工程实践提出了一种发电量误差评估方法;根据某风电场实际发电量数据对提出的评估方法进行了验证,证明其有效性和实用性。

白龙江流域河流纵剖面与基岩侵蚀模型特征

构造地形指标的发展对于构造运动的量化研究具有重要意义。白龙江流域位于青藏高原与西秦岭造山带之间的过渡地带,对该流域地貌是否处于构造隆升与河流侵蚀的均衡状态,以及内部构造活动性的差异如何等问题尚缺乏细致研究。基于Arcgis9.3与ASTERGDEM数据,提取了白龙江流域32条支流的纵剖面,拟合其最佳函数形态,并利用基岩侵蚀模型提取了各个支流的标准化陡峭指数、凹曲度及拟合系数值,来揭示白龙江流域河流对构造运动的响应特征。结果表明:白龙江流域河流拟合函数以指数函数为主,河流大多发育处于侵蚀作用强烈阶段;中上游地区标准化河流陡峭指数值较下游地区偏大,凹曲度值和拟合系数中上游较下游值偏小,反映了白龙江流域中上游与下游构造活动强度的差异性;32条支流的凹曲度大部分小于均衡状态经验平均凹曲度值(0.49),表明白龙江流域地貌形态发育大部分还没有达到均衡阶段。

用阶梯样本提取受训MLP或SVM的输入输出关系

神经网络具有强大的函数拟合能力，但是，训练的结果是‘黑盒子’．采用构造阶梯样本、计算陡峭指数的方法，将受训多层感知器或支撑向量机的输入输出变量关系以直观的形式（阶梯图）反映出来．与传统方法比较，这种新的相关性分析方法能更充分地揭示样本中输入与输出变量间的非线性关系．在烟草行业单料烟模拟感觉质量评估的应用中，仿真试验验证了该方法的有效性与实用性．

河套盆地北缘大青山地区构造地貌特征

位于河套盆地北缘的大青山断裂晚第四纪以来活动强烈,发生过多次破坏性地震,对现今地貌的塑造具有重要作用。目前,利用地貌因子对河套盆地大青山段流域进行区域性构造地貌形态量化分析,以揭示该区运动特征的研究仍相对缺乏。文中以该区为例,利用30m分辨率的DEM数据和GIS空间分析技术获取大青山流域水系网络和7个亚流域盆地的地形数据,定量统计各汇水盆地的面积-高程积分(HI)值并拟合其空间分布规律,通过改进的Chi-plot基岩河道分析方法--积分法,得到了大青山流域的河道纵剖面和陡峭指数的空间分布特征。结果显示:大青山流域的HI值中等,地貌发育阶段为壮年期;河道纵剖面揭示了多个河流裂点的存在,河道仍处于不均衡发育状态;河道陡峭指数在山体区呈高值分布。对比分析大青山地区的构造地貌特征与气候、岩性及构造的相关性,指示构造活动是控制大青山隆升及地貌形态发育的主要因素。

西秦岭嘉陵江上游瞬时地貌发育特征

西秦岭位于青藏高原东北缘，是青藏高原晚新生代构造扩展的前缘部位。西秦岭地区发育的一系列河流水系作为高原物质向外扩展的载体，记录了高原扩展过程中的地貌演化信息。本文选取西秦岭嘉陵江上游的支流作为研究对象，以河流纵剖面的形态和陡峭指数的空间分布为基础数据，初步分析了嘉陵江上游的地貌特征及其影响因素。结果表明，嘉陵江上游地貌演化处于瞬时状态，裂点以上的低陡峭指数区域代表了残余地貌，裂点以下高陡峭指数区域是裂点响应基准面下降后形成的新地貌。通过对比区域岩性和降水条件发现，岩性和降水对河流裂点发育以及陡峭指数的影响是有限的，河流裂点的发育和陡峭指数的变化主要受控于区域构造抬升引起的基准面下降。陡峭指数的空间分布特征表明构造作用对地貌发育起了重要的塑造作用。西秦岭瞬时地貌的发育是对印度板块与欧亚板块碰撞汇聚以来的远程效应的响应。

地貌参数方法在小尺度地貌研究中的应用--以北天山独山子背斜为例

地貌参数是定量地貌研究的重要方法,旨在从地表形态中提取构造运动及地表侵蚀等信息。近年来,空间对地观测技术的发展使得高精度地形数据的获取更加便捷,利用这些数据提取小尺度地貌中蕴含的更精细的地质信息成为定量地貌学研究的重要内容。文中以北天山独山子背斜为研究对象,探究地貌参数在小尺度地貌研究中的适用性及其所反映的背斜构造地貌特征。研究基于ALOS卫星12.5m分辨率的地形数据,计算了独山子背斜区的HI指数、ksn和起伏度,并对参数的适用性和含义进行讨论。结果表明:1)独山子背斜自倾伏端向核部呈现由河流逐渐深切向地势逐渐消减的连续变化,背斜核部相对倾伏端抬升速率更高、侵蚀量更大、地貌演化阶段更靠后。地貌参数的计算结果与背斜的地质特征相符,说明地貌参数方法在小尺度地貌研究中是行之有效的。2)在小尺度地貌的定量研究中,计算HI指数时在确保数据有效的前提下应尽量选择更低级别的汇水盆地参与计算,以提高计算结果的分辨率。计算ksn时需要剔除小流域无效数据并保证剩余数据具有足够的密度,以确保该参数能作为抬升速率评价指标。计算起伏度时在确保采样窗口满足统计误差要求和研究需求的前提下,应尽量选择更小的窗口进行计算以提高结果的分辨率。使用更高分辨率的地形数据有助于提高以上参数计算结果的分辨率和准确度。

长江三峡地区数字地貌特征及对古分水岭位置的指示

三峡贯通一直是长江演化研究中亟待解决的核心问题之一,其古分水岭位置长期备受争议。本研究基于30 m分辨率的数字高程模型(DEM),以长江三峡万州-宜昌河段及其17个子流域为研究对象,采用地形分析、χ分析等方法,计算和分析了该地区的地形起伏、河道陡峭指数、流域面积高程积分和河流裂点等参数,综合讨论了三峡地区水系特征及古分水岭位置。χ-plot、面积高程积分结果表明三峡地区的河流基本处于非均衡状态,大多数河流都处于壮年期。三峡地区44个裂点主要分布在海拔200~800 m范围内。在巫山东侧水系中只发育一期低海拔坡断型裂点(200~600 m),而其西侧水系中普遍存在两期坡断型裂点(200~600 m, 800~1 200 m)。并且巫山地区χ值最低、子流域面积高程积分最高(>0.6),表明该地区河流侵蚀能力最强、流域最年轻。以上数字地貌特征指示巫山地区可能曾是三峡的古分水岭。本结论有助于认识三峡地区水系和地貌演化历史,并为进一步研究三峡贯通问题(如贯通时间、贯通方式)奠定基础。

坡面泥石流形态和堆积特征研究

坡面泥石流是发育在陡峭沟、坡中的不稳定岩土体失稳后转化形成,具有分布广、数量多等特点。为了有效区分滑坡型和冲蚀型坡面泥石流,对研究区进行了野外调查和无人机拍摄,首先分析了两种类型泥石流的形态特征和颗粒组成差异;再将地形陡峭指数和堆积区坡度、流动路径长度、流动比结合起来进一步分析两种坡面泥石流流动特征,并对地形陡峭指数进行了修正。结果表明:冲蚀型坡面泥石流堆积物以粗颗粒为主,滑坡型泥石流堆积物以细颗粒为主;冲蚀型坡面泥石流堆积扇坡度要高于滑坡型泥石流,但是流动性要稍弱于滑坡型泥石流。通过修正地形陡峭指数(R)对滑坡型和冲蚀型泥石流进行了有效区分,区分两种坡面泥石流的阈值为R=4。本研究结果有助于深入研究坡面泥石流的地形条件以及流动性特征。