深度学习在活动构造与地貌研究中的应用

活动构造与地貌学主要涉及活动构造的运动学、地貌的演化过程及其相关动力机制,该研究方向是近几十年来地球系统科学交叉研究的热点之一。随着大数据与机器学习研究的发展,活动构造与地貌学的研究和深度学习的结合已成为该领域中受到广泛关注的新兴研究方向,并产出了大量优秀成果。文中总结并综述了现今深度学习在活动构造与地貌研究中的数据来源,以及利用深度学习的方法定量化解决活动构造与地貌中的重要科学问题(包括冰川识别、火山活动与地貌、水系分析、滑坡监测和地表形变等)。基于对上述实例的探索,文中运用深度学习中的卷积神经网络,对华南东南部福建地区的花岗岩岩石构造裂缝开展了基于高精度无人机航拍影像的深度学习自动识别。所搭建的卷积网络模型在55min的运行时间内自动识别出人工需消耗近一周才可识别的9000余条裂缝,并获得了85%的查准率与89%的查全率,表明该模型在准确识别构造裂缝的同时显著提升了工作效率。文中最后讨论并展望了未来深度学习方法在活动构造与地貌学领域的发展前景。

地质遗迹资源和旅游地质文化内涵探析:以青藏高原东北缘东岔地质文化村构建为例

地质文化村已成为推动乡村旅游发展的新型产业模式。特色地质遗迹资源和地质文化是地质文化村建设的根基和灵魂,但地质文化村做为以地质为主的新形态旅游景区,明确和挖掘地质文化村旅游地质文化,是当前地质文化村建设中的薄弱环节。为此,本文以东岔地质文化村构建为例,开展村域特色地质遗迹资源和旅游地质文化内涵探析。经野外实地调查,东岔村地质遗迹以高原高寒碳酸盐岩地貌形成的各类象形石景观、中元古代蓟县纪叠层石化石、阶梯型密集瀑布群为核心,融独特的构造形迹景观以及高原峡中峡组合景观于一体,村域地理位置特殊,历史文化底蕴深厚,河湟藏民俗民风特色突出,具备打造“地质+生态旅游”类地质文化村的发展潜力。东岔村旅游地质文化扎根于地质环境,融于地质遗迹、自然人文资源和乡村文化。本文经地质与旅游的深度融合,提出地质文化村建设中的旅游地质文化,通过旅游地质文化探析,以期进一步提升地质文化村建设品质,充分落实“地质为基、文化为魂、融合为要、惠民为本”的建设定位,促进区域地质遗迹保护、地学知识传播普及,带动区域休闲旅游,助推乡村全面振兴。

河北承德县北大山公园石海奇观的成因及地学旅游初探

石海是发育于基岩斜坡带较为特殊的地貌类型之一,因形成动力多样和过程复杂,前人对其成因的争论由来已久。河北省承德县北大山发育壮观的石海,是该森林公园的主要景观和旅游资源,为石海成因的研究提供了得天独厚的条件。利用野外地质调查、砾石统计和无人机航拍建模等技术方法和手段,对北大山森林公园石海地貌开展了系统的调查。研究结果表明,石海的物源来自沟头被断裂和节理破碎的花岗岩崩塌体;组成石海的巨大砾石具有重力崩塌和短距离流水搬运的特征,与冰川或泥石流搬运的特征并不符合;冻融分选作用是导致巨大石块集中出露地表,进而形成石海的主要动力。本文首次提出承德北大山石海地貌的冻融分选成因的新认识,不仅对石海成因的理论研究具有一定的促进作用,而且对其它区域石海地貌的成因研究也具有重要的参考价值。

川滇地块东部老鹰山的构造地貌特征及其揭示的地块隆升和旋转运动

印−欧大陆板块的碰撞与挤压造成了青藏高原的隆升和陆内变形,同时引起川滇菱形地块的侧向逃逸与旋转,目前针对川滇菱形地块中部和西部地区的旋转量已进行了大量古地磁研究,但对其东部地区的旋转研究相对缺少。由于河流地貌对地块的旋转量十分敏感,因此,研究利用30 m分辨率的数字高程模型(DEM)提取了川滇菱形地块东部老鹰山地区的22个流域盆地,通过分析其局部地形起伏比、河流纵剖面、河流陡峭指数以及流域方位角4个地貌参数来确定老鹰山地区的地块旋转量和隆升量。研究结果显示:老鹰山地区自晚中新世以来,隆升量约为358 m,隆升趋势为北高南低;河流陡峭指数值整体分布趋势由北向南逐渐降低,高值区主要分布在老鹰山地区北部,低值区主要分布在研究区老鹰山顶部以及老鹰山地区南部;同时根据流域方位角结果表明老鹰山地区旋转量为逆时针旋转15°左右。研究表明自晚中新世以来,川滇地块内元谋断裂以西受走滑断裂影响较小,主要为顺时针旋转;元谋断裂以东受走滑断裂等强烈的左行走滑影响,发生了逆时针旋转并伴随着差异隆升。

青海喇家遗址极可能由地震导致的砂土液化泥流造成:“12·18”积石山地震的启示

形成于3900年前的青海省民和县喇家遗址,号称“东方庞贝”,是一处举世闻名的灾难遗址,但其成因争论由来已久、悬而未决。学者提出的多种“洪水成因”之说,已深入民众之心,但这次灾难事件真的和洪水有关么?2023年12月18日甘肃积石山县的6.2级地震的震中距喇家遗址仅16 km,不仅使喇家遗址博物馆损坏严重,而且触发的泥流在离遗址仅5 km处的民和县中川乡金田村和草滩村,造成了民房和村民被直接掩埋的灭顶之灾,可能是喇家灾难遗址形成过程的重现,成为对比研究喇家遗址成因的重要实证材料。通过对此次地震灾害的野外实地调查和综合研究,或许能解开喇家遗址成因之谜。积石山地震使黄土之下古河床砾石层中地下水沿地表破裂喷出上涌,进而造成黄土液化并顺冲沟快速往下游流动形成泥流,流经草滩村、金田村时泥流遇阻,漫出冲沟将部分房屋冲毁甚至导致村民被掩埋。特殊的地层结构及富集的地下水,在地震的触发之下造成砂土液化并形成泥流,是造成中川乡地震灾害的重要原因。现场调查表明,草滩村一家五口被掩埋的悲剧,并非典型的“砂涌”造成,更无“洪水”的痕迹,而是地震的次生泥流灾害所致。将今论古,结合喇家遗址的文化遗存保存状况及沉积物特征进一步推断,喇家遗址的形成可能与强降雨形成的山间洪流无关,更不是由所谓的“大洪水”造成的。3900年前的古地震及其造成的砂土液化和快速流动的泥流,极可能是造成喇家遗址瞬时灾难的主要成因。

帕米尔东北缘-西昆仑的构造地貌及其构造意义

帕米尔东北缘-西昆仑位于青藏高原西北部,受三条大型断裂:康西瓦断裂、主帕米尔-铁克里克断裂和公格尔断裂的制约。通过野外考察、卫星遥感图像解译、ASTERGDEM高程数据的分析,对上述三条断裂及整个区域进行构造地貌研究,并探讨其构造意义。结果表明:康西瓦断裂为左行走滑断裂;主帕米尔-铁克里克断裂为逆冲断裂;公格尔断裂和塔什库尔干断裂分别为右行、左行走滑正断层,连接两者的是塔合曼正断裂。通过ASTERGDEM高程数据的高程分布、局部高程差和坡度分析,表明帕米尔东北缘-西昆仑至塔里木盆地存在三级特征地貌(塔里木盆地、塔里木盆地南缘山前褶皱逆冲带和帕米尔东北缘-西昆仑);西昆仑地区受印度/亚洲板块碰撞而产生垂向物质运动,由于三条大型断裂控制在西侧断裂附近存在水平方向的物质运动,垂直和水平两种运动的存在促使靠近康西瓦和公格尔断裂形成高山地貌。

青藏高原东缘龙门山断裂带晚新生代构造地貌生长及水系响应

河流地貌对新构造活动具有非常敏感的响应,水系形态能够较好地记录构造活动方式,水系形态分析可以为研究新构造的演化过程提供有力的证据。位于青藏高原东缘的龙门山与四川盆地是青藏高原周边最陡的地形梯度带,沿高原东缘发育青衣江、岷江、涪江和嘉陵江等一系列斜交于龙门山断裂带的水系。利用卫星遥感图像和数字高程模型(DEM)数据提取构造地貌和水系特征,对龙门山构造带水系形态进行分析研究,发现龙门山南西段冲断带褶皱具有横向生长的演化特征,逆冲褶皱带的构造演化影响青衣江和岷江水系的演化和重组,同时也控制着研究区晚新生代的沉积格局。受断裂带右旋走滑作用的影响,龙门山北东段水系表现出系统右旋错位特征,在北川县擂鼓镇至曲山镇一带涪江水系上游的重要支流—湔江出现3.8km的右旋错位,并导致湔江北川段出现河流袭夺和水系重组现象。根据涪江上游发生的5km和4km最大右旋错位及其涪江流域形成的最早沉积记录的年代大约为3Ma,估算映秀-北川断裂带和灌县-安县断裂带北东段上新世-第四纪以来的平均走滑速率分别为1.67mm/a和1.33mm/a,而龙门山断裂带北东段的长期走滑速率至少为3.0mm/a。本研究表明可以将水系形态作为研究区域构造变形的重要地貌标志,该方法同样适用于世界上其他构造活动变形地区。

岷江水系流域地貌特征及其构造指示意义

晚新生代以来发育岷山构造带内部的岷江水系流域盆地,无论是流域盆地内的新生代沉积记录,还是其流域地貌所呈现的典型特征,都深刻指示了青藏高原东缘地区的新构造活动。文章基于数字高程模型(DEM)数据空间分析技术,利用最新获取的高精度SRTM-DEM数据,系统提取了岷江水系中上游流域汇水盆地以及67个亚流域盆地的典型地貌参数,如流域面积、河流长度、分支比等。通过对流域地貌参数以及纵向河道高程剖面等的统计分析,认为岷江水系东西两侧具有截然不同的地貌特征,东侧流域盆地主要表现为面积小、河流长度短、分支比低以及河流梯度大等特征。由于岷江水系东西两侧地层岩性的对称发育以及整个岷江流域盆地对气候因素具有同一的响应特征,所以亚流域盆地典型参数特征指示了岷江水系两侧晚新生代构造活动的差异性,反映并印证了岷江断裂东西两侧晚新生代以来的不均衡抬升。晚新生代以来岷山构造带的快速隆起以及龙门山构造带内部差异活动是造成岷江水系东侧各支流发育程度低,东西两侧亚流域差异地貌特征形成的主要原因。

基于DEM数据的北天山地貌形态分析

基于SRTM3-DEM数据,运用GIS空间分析技术,通过面积-高度积分、地形高程(平均高程、最大高程、最小高程)、地势起伏度及地形剖面线方法,对北天山的地貌特征进行了初步分析。结果表明,北天山山势险峻并且呈NW-SE走向,显示天山受南北向水平挤压隆升作用。近S形的面积-高度曲线、偏高的面积高度积分值表明北天山地区处于构造活跃时期,地貌发育属壮年期的早期阶段。地形高程剖面线揭示了北天山存在3级夷平面地貌特征,地势起伏度变化幅度最大地区则是受陆内挤压构造应力影响地形抬升最强的地区。

基于ASTER-GDEM数据的黄河源地区构造地貌分析

基于ASTER-GDEM数据,利用彩色晕染、密度分割与GIS空间统计分析技术,结合地质资料,通过地形高程、地势起伏度、地表坡度、高程和平均坡度剖面及流域面积-高程积分等手段,对黄河源地区的构造地貌特征进行了初步分析。研究表明,黄河源地区为一NW-SE带状盆地地貌,平均海拔4 473 m,平均起伏度为60 m,平均坡度为9.5°,为高海拔盆地,盆内地势平坦,盆缘山势险峻。黄河源盆地内部(4 200～4 300 m)湖相地层发育,地势略有起伏,为古大湖湖底地貌后经河流改造形成;盆内发育三级阶梯状层状地貌面,高程分别为4 400 m、4 500 m和4 600 m,为古大湖作用形成的三级大型湖积阶地;盆地两侧发育山地地貌,沟壑纵横,为山体隆升、构造剧烈活动和强烈风化剥蚀作用形成。黄河源地区的地貌特征受构造作用控制较为明显:盆地边缘的昆南断裂、布青山山前断裂和巴颜喀拉山前断裂对盆地的展布形态和整体地貌特征具有控制作用;盆内玛多断裂、巴颜河前断裂和麻多—野牛沟断裂破坏了古湖积阶地的层状地貌,控制了盆地内部的地势起伏变化和黄河源区水系的整体展布。黄河源流域地貌整体处于壮年期,为构造活动和水流作用的综合结果。4 200～4 800 m高程范围内的流域面积最大,占总流域的90.6%,为长期内流作用形成的区域平坦的地形,推测为古湖期湖泊作用的结果;盆地两侧的山前地区,构造活动剧烈、风化作用显著,呈现老年期地貌;盆地东南切口为河谷地貌,处于幼年期,由黄河源的地貌发育特征推测黄河源水系为发育较为年轻的水系。

中国陆地基本地貌类型及其划分指标探讨

平原、台地、丘陵、山地等是地表最基本的地貌形态，这些名称不仅为专业领域广泛引用，也为普通人所知晓。近100年来多种地貌分类方案中都涉及这些地貌类型名称，有的称其为地貌“基本形态”。由于每种地貌形态都不仅包含形态特征，而且还有一定的成因意义，因此应称其为基本地貌类型。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的原则符合起伏复杂、多台阶中国地貌的基本特点。在传统的平原、台地、丘陵和山地分类的基础上，按起伏高度对山地进一步细分，即划分平原、台地、丘陵（〈200m）、小起伏山地（200～500m）、中起伏山地（500～1000m）、大起伏山地（1000～2500m）和极大起伏山地（〉2500m）等7个基本地貌“形态”。本文对前人以现代雪线、多年冻土下线和森林上线高度为依据确定地貌面海拔高度的分级指标进行了全面分析，由于它们的海拔高度在全国各地存在巨大差异，我们认为海拔高度等级指标并不符合中国实际。通过全国重点地区1：500000地形图山地顶面海拔高度分布和1：1000000国家数字高程模型（DTM）数据库编制的中国地面高程分布图进行较系统的分析，我们提出了应以1000m，2000m，4000m和6000m作为划分低海拔（〈1000m）、中海拔（1000～2000m）、亚高海拔（2000～4000m）、高海拔（4000～6000m）和极高海拔（〉6000m）地貌海拔高度分级指标。根据7个地貌起伏高度形态和5个海拔高度等级，将全国组合成从低海拔平原至极大起伏极高山28个基本地貌类型。

近20年黄河三角洲典型地区农村居民点景观格局

以1985年、1995年土地利用类型专题图和2003年TM影像作为信息源,结合野外实地调查,应用景观生态学的原理和定量分析方法,对黄河三角洲近20年来农村居民点的景观格局进行了研究,结果表明: ①近20年来农村居民点景观格局发生了很大的变化,总的趋势是农村居民点在规模、数量、占用土地面积上是增加的,在空间分布上则呈现集中、密集的趋势,在形状上没有很大的变化,呈现出形状的不规则发展状态; ②农村居民点景观格局表现出一定的空间差异,农村居民点的规模、数量、分布的密集程度、占用土地多少等,在农业自然条件较好、开发历史悠久的南部山前倾斜平原区均大于农业自然条件较差、开发历史短暂的现代黄河三角洲地区; ③农村居民点景观格局最初与农业自然条件、开发历史密切相关,在其后的变化过程中,较多的受到经济发展、国家政策、人类活动、城市发展等的影响。

中国花岗岩地貌的类型特征与演化

在中国南方亚热带季风气候条件下,自中、上新世以来的夷平面及其深厚的花岗岩风化壳在后期不同程度构造抬升—下切过程中,造成许多中国特有的花岗岩地貌类型,如黄山和三清山等处的花岗岩峰林、石林、造型石、风动石等。本文讨论了中国花岗岩风化壳和地貌的时空演化规律,提出地貌发育年代与中、上新世广布的夷平面的密切关系,以及在不同抬升背景下,花岗岩地貌与风化壳的关系。并可据此推算不同山地的抬升幅度,沿海仅抬升约200m,向内地逐渐增大,到南岭或大别山、伏牛山则达到约1600～2000m。

基于栅格数字高程模型提取特征地貌技术研究

本文对近年来基于栅格数字高程模型（ＤＥＭ）提取特征地貌技术进行了详细的研究，认为该技术的关键在于两个方面：一是如何定义地貌形态结构，二是提取算法的设计。本文提出了基于地貌学角度来定义地貌形态结构的方法，利用有限个数的形态要素的空间组合和对比分析来获取特征地貌，并可以对各种特征地貌形态进行符合物理意义的改进。

中国陆地地貌基本形态类型定量提取与分析

中国陆地地貌基本形态类型由海拔和地势起伏度两个指标组合划分而成,其中海拔分4级,地势起伏度分7级,组合后的基本形态类型共25类。按照数字地貌分类体系,海拔和起伏度拥有全国普适性的分级指标,基于DEM数据可获得两指标的分级类型。试验表明,基于SRTM-DEM(水平分辨率90m,相当于1∶25万比例尺)数据可得出全国普适性的采用单元为4km2,利用1∶10万、1∶400万等比例尺数据进行DEM试验,得出我国存在0.4、4、12、18、21km2五种不同规模的采样单元,并分别对应着不同的比例尺。因我国地貌复杂多样,仅利用DEM数据所获得的海拔和地势起伏度分级数据不能完全反映不同地域的地貌特征,故利用遥感等多源数据,综合多种信息获得的地貌类型,可很好地反映出我国的海拔4级分级特征和地势起伏度7级空间分布,进而获得全国陆地的25种基本形态类型的面积及空间分布格局。

关于丹霞地貌概念和分类的探讨

现代丹霞地貌研究始于20世纪二、三十年代,地质学家冯景兰先生和陈国达教授是最早命名并进行丹霞地貌研究的科学家,也是从那时候丹霞地貌这一地貌术语正式由我国地学家首先命名和定义,但是对丹霞地貌概念的理解达数十种之多,各有侧重。本文基于大地构造运动和新构造运动的认识提出了典型和扩展丹霞地貌的概念和分类,在前人工作的基础上对丹霞地貌的准确定义和适用范围进行了进一步的研究和探讨。

山西王莽岭国家地质公园地貌景观特征及其成因研究

王莽岭国家地质公园位于太行山南段,地质遗迹资源丰富、类型多样,具有重要的美学及科学价值。本文以王莽岭地质公园为研究区,通过野外调查并依据地质遗迹的成因、形态及规模、自然属性及分布特征,将地质遗迹资源划分为地貌景观、沉积构造、构造形迹、古生物化石四类,系统地研究了峡谷、岩溶、夷平面、河流阶地、瀑布等地貌的成因,为太行山的形成演化研究提供了资料,对提升研究区地质遗迹资源的科学价值具有重要意义。

龙虎山世界地质公园丹霞地貌特征及与国内其他丹霞地貌的对比

江西龙虎山世界地质公园丹霞地貌景观发育于信江盆地中生代红层中,以发育老年早期孤峰、峰林、残丘类地貌景观为特征,是我国丹霞地貌发育最好的地区之一。断裂切割、岩性差异、流水侵蚀和重力崩塌作用,是造成丹霞地貌景观差异的主要原因,同时由于所处盆地内位置、出露的红层性质以及构造发育特征的不同,也影响地貌发育的特色。目前国内所发现的丹霞地貌主要分布于东南、西南和西北地区。由于它们所处的大地构造位置、地壳活动特征、自然地理条件的不同,丹霞地貌的成因机制也不相同。阐述了龙虎山世界地质公园丹霞地貌景观类型及其特色,并着重研究丹霞地貌景观的成因机制,以及与其他地质公园、遗产地进行比较研究。

山西南部1.2MaB.P.的地貌转型事件

研究山西南部柴庄剖面和杨范剖面上部的黄土地层的磁化率、古地磁、黄土古土壤序列,发现这两个剖面记录了发生于120×104aB.P.的由河流湖泊环境转变为黄土环境的转型事件。分析沉积环境和构造背景,认为这次事件是山西地堑系盆地间横向隆起发生强烈构造抬升的结果,可能与青藏高原的隆起对本地区的影响有关。