海原断裂带中东段地貌差异及其成因探讨

以定量化地形因子为切入点的构造地貌学方法已成为活动构造研究的有效手段,被广泛用于定性或半定量解析地貌对新构造运动的响应及其演化过程。针对海原断裂带中东段现今地貌差异,以SRTM 90m分辨率DEM为基础,利用ArcGIS软件和Matlab程序脚本,提取了海原断裂带中东段高程、坡度、地形起伏、地形侵蚀以及河流陡峭系数等地形因子。从空间分布上看,上述各项地形因子沿断裂走向均呈现"西高东低"的整体分布特征。西段海拔高、坡度陡、起伏大、侵蚀强、抬升快,中段和东段海拔低、坡度缓、起伏小、侵蚀弱、抬升慢,此外,在断裂带的东南尾端呈略微增加趋势,达到小范围内的峰值。在此基础上,通过对比分析地形因子与年降水量、基岩岩性,初步探讨了构造与降水、岩性等因素对地形地貌的控制作用,认为不同降水条件对地貌后期改造起显著作用,基岩岩性与现今地貌之间并无显著关系,该区域地貌类型主要受构造抬升差异所控制。沿断裂带走向上的现今地貌差异表明,西段处于相对快速的构造隆升和强挤压造山构造背景,中段由于受到黄河下切及河流冲积作用影响,地貌参数记录的抬升特征并不显著,而东段则反映出大型断裂带尾端挤压调整效应。

稳态河道高程剖面分析的新方法--积分法

以稳态的河水动力侵蚀方程为基础,分析河道高程剖面,可以得到河道陡峭系数,从而反映区域基岩隆升速率的空间分布特征。利用传统的坡度-面积分析法计算陡峭系数时,需要对原始高程数据进行平滑、重采样和微分等一系列操作来计算坡度,这会造成信息丢失和重复引入误差。而近5a来逐渐得到推广应用的积分方法,通过直接求解河水动力侵蚀方程,将稳态的河道高程剖面变换成1条直线,直线斜率即河道陡峭系数,避免了计算坡度带来的缺点。同时,该方法用积分函数表示基岩河道高程剖面,可以将陡峭系数和其他一些地貌参数(坡度长度指数、面积高程曲线积分)联系起来,为用这些参数表示区域构造活动信息提供理论依据。此外,该方法还可用于判别分水岭迁移方向。因此,综合这些优势,积分法在分析流域地貌特征和进行构造地貌的研究中具有广阔的应用前景。

华山山前正断层的分段活动特征--来自河流地貌参数的约束

华山山前正断层是渭河地堑南缘重要的控盆断裂,其强烈的构造活动造成了华山的掀斜式隆升。研究表明,该断裂的活动性存在显著的空间差异:中段(华县—华阴)最强,西段(蓝田—华县)和东段(华阴—灵宝)相对较弱。文中通过提取华山山前河流的高程剖面,结合坡度-面积分析和积分法识别裂点,计算河流凹度和陡峭系数,并对古河道进行投影重建。结果表明,河流凹度大多为0.3~0.6,基本不受构造活动的影响。陡峭系数与裂点分布的空间差异显著:在断裂东段,河流处于稳态,陡峭系数最低为(104±30)m 0.9。断裂中、西2段的河流多为瞬态,发育slope-break型裂点。裂点下游河道陡峭系数中断裂中段最高((230±92)m 0.9),西段次之((152±53)m 0.9)。结合区域构造、岩性和河流沉积等,分析认为河流陡峭系数的分布指示了断裂活动性的空间差异,与活动构造研究结果基本一致。裂点上游陡峭系数(断裂中段为(103±23)m 0.9,西段为(60±14)m 0.9)明显低于下游,并且裂点迁移距离与流域汇水面积存在良好的幂律关系,因此,河流裂点是正断活动增强、山体加速隆升的标志。古河道重建结果表明,河道古起伏量(中段为(1000±153)m,西段为(751±170)m)约占现今起伏量(中段为(1323±249)m,西段为(1057±231)m)的66%~75%,因而现今地形起伏量的25%~34%是裂点所指示的这一期隆升加速造成的。假设裂点下游的河流下切速率与山体隆升相平衡,则河道陡峭系数与断裂滑动速率满足幂律关系。根据断裂中段河流陡峭系数与前人研究得到的晚更新世晚期以来断裂的滑动速率,且文中约束的坡度指数n约为0.5、侵蚀系数K约为1.52×10-4 m 0.55/a,结合裂点年龄公式,估算裂点的起始时限约(0.55±0.25)MaBP。文中对华山山前河流高程剖面的研究表明,华山山前正断层中段的活动性强于西段和东段,而且中、西2段在中更新世开始加速活动,并导致山体快速抬升和山前的地形起伏显著增加。

祁连山东段石羊河流域河流纵剖面及其构造意义

石羊河流域位于祁连山东段,其河流体系记录了最新的构造信息和构造活动。提取石羊河流域的地貌信息,有助于揭示祁连山东段石羊河流域地貌对构造活动的响应,及系统探讨该区地貌发育特征及其所蕴含的构造意义。文中基于GIS空间分析技术,利用数字高程模型(DEM)、Matlab脚本提取了石羊河流域7条河流的纵剖面,并利用基岩河道水力侵蚀模型对其进行分析,获得了7条河流的陡峭系数、平均侵蚀量、凹曲度、裂点分布、高程、距河流出水口距离和流域面积等地貌信息。结果表明,石羊河流域的各条支流至少存在1个主裂点,裂点上、下河段具有不同的陡峭度(ks)与凹曲度(θ),说明河流纵剖面裂点的上、下河段具有不同的发育趋势。对河流纵剖面、裂点分布及岩性进行综合分析,结果表明,古浪河、金塔河、杂木河、西营河、东大河和西大河都具有"坡折式"裂点,处于瞬时状态。祁连山东段河流地貌演化主要与构造活动相关。利用本区晚第四纪活动断裂相关裂点上游河道的凹曲度指标拟合出整条河流,得到石羊河流域的平均侵蚀量约488m,发源于古浪推覆体的6条支流的平均侵蚀量为508. 5m。进一步计算研究区河网归一化的河流陡峭系数(ksn)并得到其空间分布,结合河流纵剖面和裂点分析结果对祁连山东段石羊河流域的构造特征进行了综合分析,ksn的结果显示下游段陡峭系数<60,中游明显大于下游。同时,位于构造结处的古浪推覆体其ksn值呈现高值,表明该区第四纪以来经历了明显的构造抬升过程。文中结果表明石羊河流域地貌演变处于非均衡状态,构造变形是祁连山东段地貌演化的主要影响因素,控制着该区现今的地貌发育及演化历史。

基岩河道河流水力侵蚀模型及其应用：兼论青藏高原基岩河道研究的迫切性

河流作为对构造-气候相互作用最为敏感的地貌单元，记录了丰富的水系演化、构造变形以及气候变化信息。目前基于数学推导与物理模型相结合的水力侵蚀方程，将构造抬升与基岩河道水力侵蚀作用相结合，使得通过河流纵剖面形态提取基岩隆升速率的时空分布特征成为可能。现有研究与应用主要包括：1）利用方程的稳态形式获取水系陡峭系数（坡度-面积对数分布图，Chi-plot），并以此探讨构造隆升速率高低及空间分布特征；2）构建河流裂点的溯源迁移模型，定量获取裂点迁移速率；3）利用方程的线性非稳态形式，获取区域基岩隆升历史；4）获取不同流域水系河段x值，判别分水岭的迁移方向。对于方程的非线性非稳态形式，在求解及应用等方面都存在一定的不足，这也将是水力侵蚀模型今后亟需解决的关键问题。文章在简单回顾现有青藏高原基岩河道研究成果的基础上，提出开展不同时间、不同空间尺度青藏高原基岩河道相关研究的迫切性。

雅鲁藏布江大拐弯地区河流地貌参数揭示的地质构造意义

雅鲁藏布江大拐弯地区的构造活动与河流侵蚀作用都十分强烈。利用数值地貌参数对构造抬升的敏感响应，本文对雅鲁藏布江中、下游流域的DEM数据进行了地貌参数的提取。通过对雅鲁藏布江及其支流的面积-高程积分和河流陡峭系数的分析，结合区域降雨量及岩性分布特征，探讨了不同区段地貌参数变化所蕴含的构造活动信息。研究发现雅鲁藏布江大拐弯地区的隆升活动具有明显的差异性，南迦巴瓦峰东部和北部的隆升活动强度高于西部，喜马拉雅构造结东端的隆升中心存在向北扩展、向东迁移的趋势，尤其以加拉至墨脱河段的岩石隆升最为强烈。加查裂点与南迦巴瓦裂点均位于隆升块体的西边界，横向构造隆升可能控制了裂点的形成和稳定。