祁连山内部门源盆地地貌特征及构造意义

祁连山位于青藏高原东北部边缘,是青藏高原向北东方向挤压扩展的前缘部位,其典型流域地貌特征记录了该地区的新构造活动和地貌发育演化过程。门源盆地是位于祁连山中段内部的一个典型的山间盆地,其发育模式和地貌特征与构造活动有着直接的关系。为探究门源盆地北缘断裂及其不同区段构造活动性的差异及其成因,文中基于30m分辨率数字高程模型(DEM)数据,采用ArcGIS空间分析技术,提取了盆地北缘横穿山体的15条河道的面积-高程积分(HI)和积分曲线(HC),再利用克里金插值法得到HI值在盆地空间上的分布特征。结果表明,以门源盆地北缘断裂走向转折处——老虎沟为界,其西侧河道流域的HI值整体较高,东侧HI值普遍较低;结合野外活动构造调查结果,发现老虎沟东侧断裂已经挤压扩展到盆地内部,并发育一系列的活动逆断层-褶皱带,由此推断断裂走向变化及北东向断裂导致了流域HI值的分布差异。同时,盆地内部青石嘴镇附近出现一处HI高值异常,结合大地电磁探测结果推测盆地内部存在一条隐伏断层。另外,多数河道在主断裂通过上游一定位置时出现了河长坡降指数(SL)峰值波动,说明SL波动位置与断裂通过河道位置具有良好的相关性,即构造活动可以对SL产生显著影响;而处于岩性变化位置附近的波动异常,可能表明局部河段的岩性变化对SL也有一定影响。综合分析表明,门源盆地北缘东、西段的地貌发育具有显著差异,主要受该区域活动构造即门源盆地北缘断裂的控制和影响,上述地貌参数是较为敏感的构造活动性评价指标。

渭河上游流域河长坡降指标SL参数与Hack剖面的新构造意义

基于DEM提取了渭河上游8条支流的Hack剖面、河长坡降指标SL参数以及标准化坡降指标(SL/K),对该区构造活动进行了分析.结果显示该区河流的Hack剖面皆呈上凸形态,表明第四纪以来位于青藏高原东北缘的渭河上游整体上处于构造抬升状态,且抬升速率较快.同时Hack剖面的凸度有所区别,说明该区构造活动存在着区域差异,其中西秦岭北麓和六盘山南段地区的构造活动较为强烈,而北部的黄土高原构造活动相对较弱.SL参数证实了第四纪以来青藏高原东北缘的西秦岭北缘断裂、六盘山东缘断裂和会宁断裂存在构造活动.

北天山流域河长坡降指标与Hack剖面的新构造意义

在构造运动活跃地区的流域范围内,构造运动及地貌特征能有效地反映在河流纵剖面、河流坡度等因素上。针对北天山地区10条河流,提取河流Hack剖面、河长坡降指标(SL)以及标准化坡降指标(SL/K)等地形指标,进行量化分析。研究表明北天山地区河流受到持续且快速的构造抬升运动影响,Hack剖面呈上凸形态,并且与河长坡降指标峰值、河流纵剖面变化具有很强的关联性。北天山地区河流标准化坡降指标(SL/K)以依连哈比尔尕断裂带和准噶尔南缘断裂带为界限呈带状(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ区)的分布,在构造运动影响下,流经两大断裂带的河长坡降指标明显升高,揭示了在河流剖面坡度变化较大且河长坡降指标大的地区多为构造运动活跃的区域。同时,在小流域尺度内,岩性改变与支流汇入也容易使局部地区出现河长坡降指标的峰值。

东昆仑山昆仑河纵剖面形貌分析及构造涵义

青藏高原东昆仑北部地区新构造活动强烈,存在一系列活动断层,控制了该地区的地貌格局和水系的发育.其中大部分活动断层是已经确定下来的,还有一些活动断层还处在定性推测阶段.引进河流长度-坡度参数(以下简称"SL参数")和Hack剖面2个能够有效反映区域新构造活动的地质参数,对昆仑河纵剖面坡度变化进行详细刻画和研究,并对昆仑河河流阶地进行空间对比分析.研究结果表明,昆仑河河流的Hack剖面与SL参数存在形貌上的对应关系,SL参数的突变主要是受断裂构造活动控制;证实了昆仑河-野牛沟断裂和东昆中断裂第四纪以来存在构造活动性;第四纪以来强烈的构造差异隆升作用控制了东昆仑地区的地貌水系发育格局,并将产生更深远的影响.

基于河长——坡降指数的滑坡堵江事件自动识别

由于本身特征的复杂差异性和背景环境信息干扰,目前地质灾害自动识别难度较大,尚无法满足应用需求。利用算法自动提取某类地质灾害普遍具备且明显区别于周围地物的特征,是实现地质灾害自动识别的有效途径。一定规模的滑坡堵江事件常通过链式过程在山间河谷形成裂点等诸多微地貌特征,成为其遥感解译和现场调查的重要标志。本文从河流地貌演化角度出发,以河流裂点作为滑坡堵江的普遍地貌特征,提出了基于河长-坡降指数(Stream Length-gradient index,SL)的滑坡堵江事件自动识别方法,并通过GIS程序设计和编写提供了相应功能模块。以DEM、遥感影像和区域地质图为数据源,利用该方法在西藏亚东县康布麻曲上游流域开展应用分析,得到以下结论:针对1︰5万DEM数据,采样点计算间隔设定为300m比较合理,能够同时满足降低数据误差和突出地形差异的要求;研究区中不同因素按照对河流地貌的改造程度,排序为滑坡堵江>基岩变化>构造活动;经验证研究区滑坡堵江事件自动提取的正确率达85.71%,表明在高山峡谷地区,基于河长—坡降指数开展滑坡堵江事件自动识别具有可行性,效果理想。

植物气孔对大气CO_2浓度和温度升高的反应——基于在CO_2浓度和温度梯度中生长的10种植物的观测

许多研究表明 ,大气 CO2 浓度 ([CO2 ])的升高会导致植物气孔密度 (Stom atal Density,SD)和气孔指数 (Stom atal Index,SI)降低。这一关系成为推测地质历史时期大气 [CO2 ]变化的重要古生物指标之一。但是 ,[CO2 ]不是唯一影响 SD和 SI的环境因素。研究利用温度梯度和温度 +[CO2 ]梯度技术 ,以 7种美国中西部地区弃耕地常见草本植物和 3种美国东部落叶阔叶林优势木本植物为材料 ,其中草本包含豆科、非豆科 C3和 C4 功能型 ,就它们的 SD,SI,表皮细胞密度 (Epidermal Cell Density,ECD)和气孔孔径长度 (Stomatal Aperture L ength,APL)对 [CO2 ]和温度升高的反应进行了研究。结果表明 ,沿 [CO2 ]梯度 ,所研究物种的 SD比 SI反应敏感 ,SD显示出与 [CO2 ]正相关、负相关和无显著相关性 ,SI显示出与 [CO2 ]正相关和无显著相关性 ;沿温度梯度 ,所研究物种的 SI比 SD反应敏感 ,SI显示出与温度正相关、负相关和无显著相关性 ,SD显示出与温度正相关和无显著相关性。 ECD和 APL对 [CO2 ]和温度梯度也有不同的响应。这说明 ,除 [CO2 ]外 ,温度也对 SD,SI,ECD和 APL有显著的影响。所以在用气孔特征重建地质历史时期 [CO2 ]的变化趋势时 ,除准确建立气孔参数与 [CO2 ]关系外 。

念青唐古拉山东南麓断裂带构造地貌特征与活动性遥感研究

选用高分辨率ALOS和中等分辨率ETM+图像,结合研究区已有研究成果,采用信息增强及图像融合方法,对图像中各类构造地貌表现出的纹理、色调及含水性特征进行研究,建立了解译标志,并结合野外调查结果,系统解译了念青唐古拉山东南麓断裂带的展布与发育情况;同时引入河长坡降指标参数(SL index)和Hack剖面(河流高程剖面半对数坐标图)2个构造地貌参数,分析其对区域构造活动的指示意义并比较断裂带不同分段的活动性。研究表明,念青唐古拉山东南麓断裂带呈三段式展布,遥感解译的地貌标志基本反映了断裂带以正断层为主兼具走滑运动性质。呈明显的上凸形态的河流Hack剖面反映了区内构造差异隆升强烈,河长标准化坡降指标明显异常地带指示为构造运动活跃区,这种异常变化不仅印证了断层活动对河床剖面的影响,而且结合该变化特征进行遥感解译可以提高断裂位置解译的准确性。断裂的活动性从F1向F3依次增强,F1、F2段正断层活动性相对较弱,走滑活动增强,F3段正断层活动性较强。

三峡库首区河长坡降指标及其地质构造意义

利用数字高程数据和空间分析方法,提取三峡库首区长江支流的河长坡降指标(SL)以及标准化坡降指标(SL/K),对该区构造活动进行分析。结果显示,研究区水系发育主要受断裂构造、地层岩性和新构造运动的影响,在空间上存在一定差异性,说明研究区构造活动存在区域性差异。在不同岩性地区,特别是三叠系地层区,水系响应较为明显,这与地层的抗水流侵蚀强度有关。该区水系发育受断裂构造控制作用较小,但受新构造抬升影响较大。

圆微通道内压力驱动流的流动电位及动电效应

采用流动Navier-Stokes方程和双电层电位的Poisson-Nernst-Planck方程建立压力驱动圆形微通道内电解质溶液流动的数学模型,根据电流平衡条件求得流动电位场。应用有限元法分析了离子浓度、压力梯度及通道特征长度对流动电位的影响规律。在此基础上,进一步分析流动电位引起的动电效应对微流动的影响。结果表明:随着压力梯度的增大或离子浓度的减小,流动电位增大;随着特征长度的增大,流动电位先是急剧增加然后逐渐减小;动电效应阻滞作用随着特征长度或离子浓度的减小而增大,与驱动压力无关;低离子浓度溶液在较小特征长度通道中流动会出现局部"回流"现象,其根本原因是流体剪切力方向发生了改变。

水中有限长功能梯度材料圆柱壳声辐射研究

研究了径向简谐集中力激励下的水中功能梯度复合材料有限长圆柱壳的振动和声辐射问题。从有限长功能梯度材料振动方程出发,利用模态叠加法,推导出了圆柱壳在径向集中力激励下,平面振动平均振速和声辐射效率表达式。通过数值仿真计算了不同梯度指数下圆柱壳的平均振速、辐射功率和辐射效率。为功能梯度材料圆柱壳声辐射的研究提供了一种有效方法。

数据流上挖掘决策树的关键技术研究

分类是一个重要的数据挖掘问题,在数据流上挖掘决策树分类器的关键技术是如何计算最佳分裂标准,现有的算法有的不能很好地处理数值型的属性,有的计算代价太高。本文首先采用数据结构CML(C lassMatrix List)收集计算最佳分裂标准仅需的信息;其次,将数值型的属性值分成适当的区间,根据它们gini index值的特殊性质,只需确定具有最大gini index梯度的区间,因而可以快速地计算最佳分裂点,实现在流数据上快速建立决策树。

一个在数据流上快速建立决策树的算法

决策树分类器是一个重要的数据挖掘问题,在数据流上建立决策树的关键问题是如何计算内部节点的最佳分裂标准。现有的算法有的不能处理数值型的属性,有的计算代价太高。本文采用将数值型的属性值分成适当的区间,根据它们giniindex值的特殊性质,确定具有最大giniindex梯度的区间,因而可以快速地计算最佳分裂点,实现在流数据上快速地建立决策树。

太行山地貌计量指标空间特征及其构造地貌意义

系统的地貌计量指标分析有助于理解造山带新构造活动特征与地貌演化。太行山地处中国第二、三地形阶梯的边界,具有重要的构造地貌意义。基于ASTER GDEM地形数据,对太行山按流域进行了面积高程积分、河长坡降指标(SL)和Hack剖面等地貌计量指标的分析,结合地层、构造等资料,探讨了太行山构造地貌演化特征。结果表明,在分析的11条河流中,7条河流的面积高程曲线(HC)呈S形,面积高程积分值(HI)在0.35~0.60之间,表明其地貌演化处于壮年阶段,4条河流的HC呈凹形,HI值小于0.35,表明其地貌已遭受强烈侵蚀改造,目前处于地貌演化的老年阶段;7条河流的Hack剖面呈上凸形态,均衡坡降指标值(K)偏高,表明流域所在区域新构造活动较为活跃,4条河流的Hack剖面近似直线,K值偏低,表明河流所在区域新构造活动性较弱;从整体上看,太行山的HI平均值为0.36,HC为接近凹形的S形,表明太行山地貌演化整体上处于“壮年期”向“老年期”过渡阶段;太行山新构造活动性(断裂活动)在空间上存在差异性,东部活动性较强,西部地区活动性相对较弱。

球对称折射率分布及其光程

近年来人们对变折射率分布中的球对称分布的研究日渐重视。本文进一步深入分析了球对称折射率分布,证明球对称分布中光线的倾斜度核心值即为其积分不变量;一个令人惊异的结果是,麦克斯韦透镜中任意共轭点之间的光程都相等,并可用分布参数表为π/2n_0a。

不同坡面草被格局下的侵蚀产沙量及其连通性指数表征

为探寻植被格局的定量表征参数,并建立其与侵蚀产沙的关系,深入揭示植被格局阻蚀减沙作用机制,该研究采用室内人工模拟降雨试验,以40%盖度的高羊茅草被坡面为研究对象,探讨了不同坡度(5°、15°和25°)和植被分布格局(裸地、带状横坡、带状顺坡、块状镶嵌、点状均匀格局)下的坡面侵蚀产沙过程变化,并分析了不同草被格局下平均汇流路径长度指数(Mean Flow Length Index,MFLI)、连通性指数(Index of Connectivity,IC)变化及其同坡度和土壤侵蚀量的关系。结果表明:带状顺坡、点状均匀、块状镶嵌和带状横坡的草被坡面平均侵蚀量分别较裸地减小42.9%、55.7%、62.4%和78.0%,带状横坡的阻蚀减沙作用最优。不同草被格局坡面间的MFLI和IC总体也与平均侵蚀量的差异关系一致,从小到大依次为:带状横坡、块状镶嵌、点状均匀、带状顺坡、裸地。MFLI和IC可分别与坡度结合用于模拟评价不同草被格局坡面的侵蚀产沙,决定系数(R^(2))达0.84以上。其中,IC与坡度的协同性更佳、依赖性更小,是表征植被格局对坡面侵蚀产沙影响的较佳参数。结果可为快速优选水土保持型植被格局、促进生态脆弱区林草植被格局优化和提质增效提供依据。

内蒙古“十大孔兑”流域主河道纵剖面发育动力特征

地貌发育动力特征是探索流域产沙机制的基础。位于鄂尔多斯台地北缘和河套盆地之间的"十大孔兑"是黄河内蒙古段的十条重要支流(孔兑,季节性洪水沟,蒙古语)。流域内存在严重的风-水两相侵蚀作用,产沙量大,对入汇段黄河的输水输沙过程产生重要影响。本文以DEM数据为依据,采用数学函数形态拟合、河长坡降指数分析以及Hack剖面分析的方法,并结合区域地质和气候特征方面的数据,对流域主河道纵剖面的形成和演化特征进行了分析。结果显示:除了壕庆河之外,孔兑各流域主河道纵剖面目前均表现为指数函数拟合形态,处于侵蚀演变的早期阶段;纵剖面指数函数的拟合度自西向东呈下降趋势,而对数函数拟合度则呈现上升趋势,说明其发育程度在该方向上趋于增高,产沙量随之减小;孔兑各流域构造活动性普遍较弱,并存在自西向东降低的趋势;纵剖面平均高程与莫霍面平均深度,河长坡降指数平均值(SL)与纵剖面指数函数拟合系数关系均很密切,表明纵剖面特征的基本格局受内营力特征影响;Hack剖面特征表明各流域均处于隆升状态,其中西部孔兑流域高于东部;从纵剖面演化的时空模式上讲,孔兑流域东部和西部的差异性隆升大致出现在上新世前后,西部孔兑流域海拔增长较快,使得纵剖面因受侵蚀而降低的高程得以弥补,而东部流域纵剖面由于隆升速度慢,外营力的作用效应相对凸显,纵剖面下凹较甚,演进程度相对较高。

雅鲁藏布江中游地貌参数特征及其构造地貌意义

雅鲁藏布江流域区域构造活动强烈,河谷地貌和水系形态差异明显,本文基于ASTER GDEM-30 m数据,探讨该流域构造地貌和水系之间的关系。通过对雅鲁藏布江中游及其7条支流的河长坡降、Hack剖面、均衡坡降、面积-高程积分曲线和面积-高程积分值等参数分析,结果表明雅鲁藏布江中游流经的桑日-加查河段,河长坡降峰值最高,反映该地区强烈的构造活动;多雄藏布、美曲藏布、夏布曲、湘曲和门曲的Hack剖面上凸程度较大,均衡坡降值较高,流经的地区可能新构造活动较活跃;年楚河和拉萨河的Hack剖面近直线,均衡坡降值偏低,流经的区域可能新构造活动较弱。7条支流的面积-高程积分曲线均呈“S”形,面积-高程积分值在0.35~0.60,处于壮年期发育阶段。从较大的空间尺度对雅鲁藏布江中游的36个子流域进行分析,显示其北岸的面积-高程积分值普遍高于南岸,表明第四纪以来冈底斯山脉和喜马拉雅山脉差异性抬升,导致雅鲁藏布江两岸地区处于不同的地貌演化阶段。

太白山栎属树种气孔特征沿海拔梯度的变化规律

气孔是植物与外界环境进行水分和气体交换的主要通道,调节植物碳同化和水分散失的平衡关系,在一定程度上反映植物对外界环境变化的适应。沿太白山北坡1100—2300 m海拔,测定4种栎属树种的气孔性状,分析气孔性状沿海拔的变化规律和其对环境因子的响应。结果表明:(1)气孔密度与气孔长度间的负相关在4个树种间均显著存在(P<0.05);除栓皮栎(Quercus variabilis)外,气孔密度与潜在气孔导度指数的正相关关系均达显著水平;而气孔宽度与气孔长度之间只在栓皮栎和锐齿栎(Q. aliena var. acuteserrata)达到显著水平。(2)栓皮栎和槲栎(Q. aliena)的气孔长度和宽度随海拔升高而下降,气孔密度、潜在气孔导度指数增加,辽东栎(Q. wutaishansea)变化形式则相反;锐齿栎气孔宽度减小,其余性状沿海拔呈单峰变化,在约1600 m处气孔长度达到最小值,气孔密度和潜在气孔导度指数达到最大值。(3)与土壤因子相比,气孔性状主要受气候因素的影响。潜在气孔导度指数与大气温度、空气湿度成极显著正相关(P<0.01),与降水量显著负相关(P<0.05)。其中,空气相对湿度是影响潜在气孔导度指数的主要因素,能够解释气孔变异的22.9%。本研究结果对于深入认识秦岭太白山地区栎属树种对环境变化的响应和适应提供理论证据。

东昆仑断裂带玛沁—玛曲段晚第四纪构造活动特征的地貌响应定量研究

位于东昆仑断裂带东段的玛沁—玛曲段主断裂带由数条规模不等、羽状斜列的次级断裂组成,其晚第四纪滑动速率自西向东呈现梯度式降低的原因仍存在较大争议。精确查明玛沁—玛曲段主断裂带及其分支断裂的几何学和运动学特征,可为探讨东昆仑断裂带东段的构造转换机制、评价地震危险性提供重要线索。地貌指数定量分析是活动构造研究中的重要方法之一。其中,面积-高程积分(HI)和河流坡降指数(SL)可有效揭示区域构造变形信息,而地势起伏度(TR)能直观地反映区域构造活动的侵蚀响应程度。文中利用30m精度的AW3D30数据系统地定量提取玛沁—玛曲段主断裂带及其周边整个流域的TR指数、流域盆地的HI指数及主要河流的Hack剖面、SL指数及归一化坡降指数(SLK),通过构造地貌与河道形态揭示区域构造活动的地貌响应特征,探讨不同构造段落的活动强度。研究结果表明,沿玛沁—玛曲段主断裂带的HI指数、Hack剖面、SLK指数及TR指数等值呈自西向东连续下降的变化特征,其中,HI值自西部的0.77~0.89向E下降至0.15~0.36,TR所反映的地表侵蚀量从欧拉秀玛乡西侧的400m向E降至玛曲县东侧的(61±11)m,而Hack剖面的上凸程度与其SLK异常显著性则具有西高东低的分布特征,这与沿主断裂带晚第四纪滑动速率自西向东梯度递减的趋势基本一致,表明地貌指数值变化与断裂活动强度密切相关;地貌指数的空间分布差异性揭示了玛沁—玛曲段主断裂带及分支断裂(阿万仓断裂和尕海断裂)的晚第四纪构造活动性具有西段最强,中段、东段逐渐减弱的显著分段特征。结合野外构造地貌调查和验证认为,玛沁—玛曲段主断裂带的晚第四纪活动性从玛沁—欧拉秀玛一带的断裂交会区开始向E逐渐减弱。因此,推断东昆仑断裂带玛沁—玛曲段晚第四纪左旋走滑速率向E降低的现象与其主断裂带及阿万仓断裂、尕海断裂等分支断裂构成的马尾状断裂系统密切相关,分支断裂通过左旋走滑与逆冲变形共同吸收和调节了东昆仑断裂带东段向E扩展过程中的部分运动分量,对东昆仑断裂带东段的构造转换与变形分解起到了关键作用。

基于S_(L)参数和Hack剖面的个旧矿区西部构造地貌特征分析

通过解析个旧矿区节理构造,提取了区内5条主要河流的Hack剖面和河长坡降指标S_(L),分析了地层岩性、断裂构造和构造活动之间的关系,结果表明:研究区内优势节理走向以NW为主,其作为断裂的伴生产物,反映了喜山前中期构造应力的作用;河流在流经NW向断裂与SN向断裂时,S_(L)始终保持高位且局部达到1400 m的峰值,反映了该参数对断裂构造的积极响应;同时,Hack剖面中K值由229变为332,表明区域内地层岩性对河流侵蚀能力的影响由弱变强,导致S_(L)在岩性变化处也产生了显著变化;Hack剖面呈上凸形态,区域整体处于构造抬升阶段,且抬升速率较快,反映构造活动较强烈。通过对构造地貌特征的分析,对理解该矿区构造形成过程和指导矿产勘查工作具有重要意义。