河流阶地演化与构造抬升速率——以天山北麓晚第四纪河流作用为例

构造地貌学重点关注构造和地表过程对于地形地貌演化的差异化作用,构造活动速率则是评估这种影响的一个重要指标。利用河流阶地数据计算河流下切速率从而约束构造抬升速率是常用的方法,但由于阶地成因复杂,这一方法具有不确定性。对于山前河流地貌序列,基于背斜段与未变形段的阶地拔河高度差以及阶地面形成年龄,计算得到的河流下切速率可在一定程度上消除气候等因素的影响,因此可用于估算背斜自阶地形成以来的平均抬升速率。基于该方法,本文通过研究天山北麓乌鲁木齐河、塔西河、玛纳斯河、金钩河、安集海河及奎屯河等河流在背斜段发育的主要阶地,分析了背斜抬升速率及其时空特征。天山北麓发育3排逆断裂一背斜带,结果表明位于第Ⅱ排逆断裂一背斜带的吐谷鲁背斜自约13ka以来的抬升速率为3.52mm/a,同时期霍尔果斯背斜构造抬升速率为4.8mm/a,玛纳斯背斜东端的抬升速率相对较小,为2ram/a;第Ⅲ排构造带中的独山子背斜全新世抬升速率仅为1.2~1.9mm/a。这可能表明,自山前向盆地方向晚第四纪背斜抬升速率大致呈减小趋势,与背斜地壳缩短量的空间分布规律基本一致。更多的阶地年龄数据有助于更好地揭示天山北麓晚第四纪背斜构造活动特征。     

铲式逆冲断层的地貌约束：以东天山尤路都斯盆地巴音背斜构造为例

将地表河流阶地变形特征与运动学模型、地貌年代相结合,可以推测出地下断层几何形态、断层变形量与变形速率.定量限定天山山间盆地不同褶皱冲断带的几何形态、运动学和变形速率是研究天山挤压应变吸收作用的关键.在天山东部的尤路都斯盆地内,开都河横穿巴音背斜构造发育并保存了较为完整的三级河流阶地.通过详细的野外考察发现,处于巴音背斜构造后翼位置的河流阶地具有宽阔、连续和逐渐倾斜的特点,符合通过翼部旋转运动而褶皱变形的铲式逆冲断层模型,其深部根植于平面断层斜坡.基于该运动学模型并结合阶地年代,得到巴音背斜构造下伏断层晚第四纪滑动速率为（0.35-0.06）～(0.35+0.16) mm/a,地壳缩短速率为（0.23-0.04）～(0.23+0.10)mm/a.对比尤路都斯盆地北部那拉提断裂的构造应变和GPS速率揭示的东天山南北向总地壳缩短速率,认为巴音背斜构造的变形作用占尤路都斯盆地总变形作用的15%～20%,进而容纳了～2%的东天山南北向地壳应变.东天山内部的山间盆地在天山变形量分配中占据重要作用.     

利用粒度分析青衣江河流地貌面的新老关系

通过河流阶地的变形特征来分析区域构造活动已得到广泛应用,但同级阶地的对比方法仍存在很多问题,尤其是在缺少标志地层、风化严重的地区。文章通过横穿青藏高原东缘龙门山南段的青衣江河流地貌研究,探讨了粒度分析在阶地、冲积扇面等河流地貌面对比研究中的应用。研究结果表明:河流沉积物中砾石之间基质砂的粒度,很好地区分了同一地区的不同级阶地,粒度呈现出规律的渐变特征;另外,在不同河谷的同级河流地貌面之间存在较大差别,主要与河谷的大小规模相关。这表明,基质粒度的变化反映了河流沉积物随年龄增加而风化程度变大的规律;另一方面,从新到老的河流沉积物剖面中基质的颜色有明显的渐变特征,可以应用于野外初步识别地貌面。这些成果为河流地貌面的对比研究提供了新的简便、可行的方法。     

甘肃金塔南山河流阶地褶皱变形分析

金塔南山的抬升变形主要受到青藏高原向北推挤的影响,其构造活动的几何学和运动学特征包含了高原北缘扩展的重要信息。金塔南山山顶普遍覆盖一层砾石,砾石层胶结弱,砾石磨圆度、分选性均较好,岩性组成以砂岩、石英砂岩和硅质砂岩为主。砾石层顶面连续,区域上与黑河第二级阶地(T_2)对应。根据其组成和展布特征,笔者认为金塔南山地貌面与黑河第二级阶地为同一时期的产物。笔者对展布于金塔南山上及其周边的阶地高程进行了差分GPS测量,并对基岩地层产状进行了测量,结果显示阶地面发生了明显的褶皱变形。通过阶地面变形特征和下伏岩层产状分析,得到金塔南山褶皱主要以翼旋转的方式活动,形成了前翼陡倾而后翼宽缓且核部平坦的几何特征。依据T_2阶地面的变形特征,初步建立了金塔南山下伏铲式逆冲断裂相关褶皱的几何学模型。根据几何学关系计算得到断裂上升盘自黑河第二级阶地形成以来产生了约200 m的垂直抬升量和143~190 m的水平缩短量,中更新世以来断裂的平均滑动速率为1.18±0.16 mm/a。由于深部断裂的逆冲作用,金塔南山主要以背斜方式发生抬升变形,断裂可延伸到地表16 km以下。通过对比分析金塔南山地区的构造,笔者认为褶皱的形成为阿拉善地块与柴达木—祁连块体相互挤压下金塔南山北缘断裂活动的结果。金塔南山在中更新世开始的抬升反映了青藏高原东北部扩展的最新过程。     

蒙特卡洛方法与逆冲构造变形速率的限定

变形速率是衡量构造活动强弱的重要参数,对其准确限定一直是构造地貌、活动构造研究的重点。以河流地貌作为参考面限定构造变形速率是目前研究中最常用的手段。基于近年来的研究体会和具体的研究案例分析认为,虽然目前已能获得可靠的变形量和地貌年龄数据,但若想获得合理、可靠的变形速率,需要关注这两类数据之间的匹配关系与由其构建的断裂滑动历史的合理性。相较于通过位错量与构造变形时间的比值,或利用两者进行线性回归的方法来限定变形速率,从模拟合理的断裂滑动历史的角度出发,蒙特卡洛方法可有效减小变形速率估计的不确定性,使变形速率估计更加合理,从而为地震风险评价等提供可靠的基础资料。     

西南天山阿图什背斜晚第四纪的阶段性隆升

摘要：西南天山山前的阿图什背斜带是晚第四纪以来强烈活动的褶皱带,博古孜河横切背斜构造的中段,在背斜区形成6级基座阶地,为晚第四纪以来阿图什背斜阶段性褶皱隆起的地貌标志。 用差分GPS测量阶地纵剖面,发现T1、T2和T4阶地面在背斜的北翼坡向北,与河流的流向相反。T1、T2和T5阶地面在背斜的南翼坡向南,平均坡度分别为0.9°、1.2°和1.8°,远大于现代河床的平均坡度角0.5°。通过细颗粒石英和细颗粒混合矿物的光释光简单多片再生法(SMAR)测年,确定博古孜河T1、T2、T3、T4和T5阶地的形成年龄分别为距今约(25.0±2.6)、(42.7±4.4)、(63.1±6.3)、(96.9±9.9)和(120±10) ka BP。晚第四纪不同时段博古孜河的下切速率具有不均匀性,其中T3和T4阶地的下切速率分别为049和044 mm/a,T1 、T2和T5阶地的下切速率分别为12、169和136 mm/a。博古孜河分别在(120±10)～(96.9±9.9) ka、(42.7±4.4)～(25.0±2.6) ka和(25.0±2.6) ka至今的3个时段发生强烈的下切,应是阿图什背斜带在该时段快速构造隆起导致河流加速下切。     

祁连山北麓河流阶地与新构造演化

对祁连山北麓十几条河流的阶地进行野外调查和测量,获得大量河流阶地的分布特征、高度、结构、发育程度和形成年龄等资料和数据,分析河流阶地的发育和变形特征及其与新构造活动的关系,划分几种挤压构造区阶地的变形模式及其所反映的新构造演化特征。从阶地发育的年龄序列划分本区自中更新世中期以来,约0．45～0．15MaB．P．和约0．15MaB．P．至今的两次强烈构造活动阶段,以及它们分别具有的约0．100和约30000a的间歇性构造波动。对东西部不同地段阶地发育与变形特征对比研究表明,祁连山北麓西部新构造活动比东部强烈。     

龙虎山丹霞地貌区河流阶地地貌面的热释光测年研究

采用热释光(TL)测年方法对龙虎山丹霞地貌区泸溪河的阶地进行了年代学研究,获得了低阶地沉积物的堆积年代及其阶地面的形成时代,该区河流主要发育两级阶地,T1阶地堆积于3 400~6 000 a B.P.,其地貌面形成于3 400~4 000 a,T2阶地堆积于7 600~11 200 a B.P.,该级地貌面形成于7 600~8 000 a B.P.。利用低阶地地貌面的年代学成果,推算出龙虎山丹霞地貌区地壳隆升速率为0.33~0.63 m/ka,根据这一速率推算得出,第一夷平面形成于6×104a左右,第二夷平面形成于28×104a左右。分布于这些夷平面上的丹霞地貌景观的年龄与此相当。     

青衣江河流沉积与阶地特征及其成因演化

在系统整理分析前人成果资料基础上,对龙门山西南部与古青衣江改道相关的名山-邛崃砾石层和丹棱-思濛砾石层的砾石成分、砾度及砾向等统计资料进行分析和总结,讨论了砾石层的物源区、成因、形成时代等特征;结合对青衣江干流阶地最新的调查和测量结果,梳理总结了河流阶地的分布特征、高度、结构、发育程度和年龄等资料数据,并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,发现青衣江流域地形是梯级降低的,其穿过的褶皱形成时间应该早于第四纪,并且第四纪时期青衣江形成的阶地是可连续对比的,其中宝兴-芦山段的阶地有过抬升,可能与该区的盲逆冲断层活动有关。依据青衣江流域的阶地特征,对水系演化变迁过程进行综合分析后提出,青衣江改道很可能是由于新构造期间河流多次袭夺造成的,其中龙门山西南段的盲逆冲断层活动引起的局部隆升为袭夺提供了构造条件。      

天山北麓塔西河河流阶地的变形特征及成因探讨

通过对穿过吐谷鲁背斜的塔西河变形阶地测量和年代学分析，计算出该背斜处地壳抬升速率在75～130ka间为1．70～3．24mm／a．12～13ka间增至12．25～8．16mm／a．全新世时则为2．25—2．57mm／a,明显具有脉动性的特点，其平均隆升速率为2．06～3．57mm／a．第四纪以来．构造活动及气候变化控制着河流下切和侧蚀作用的进行．因此塔西河阶地的形成和发育明显受第四纪以来构造活动和气候变化等因素的影响，具有多成因性和多层次性．是构造气候相互耦合作用的结果．     

黄河晋陕峡谷1.1 Ma阶地的形成及其构造背景*

对黄河晋陕峡谷河曲、黑峪口、延水关和壶口等4个地区进行了详细的野外考察。河曲地区共发现3级河流阶地,更高的则为唐县期宽谷;唐县期宽谷的海拔高度约1000m(拔河高度150m),而3级河流阶地的拔河高度分别约为110m、80m和12m。黑峪口地区也存在唐县期宽谷,宽谷之下发育5级河流阶地,唐县期宽谷西高东低,海拔高度位于970m和940m之间,5级河流阶地的拔河高度分别约为130m,80m、50m、12m和4m。延水关地区共发现6级河流阶地,全部为第四纪期间形成,6级河流阶地的拔河高度分别为180m、130m、95m、50m、20m和4m。壶口地区共存在8级阶地,也全部为第四纪期间的阶地,阶地的拔河高度分别约为260m、210m、180m、120m、80m、60m、35m和15m。对壶口最高阶地进行了地层学研究,发现这一阶地上覆厚度约110m的黄土地层,黄土层的最底部为L13,古地磁研究结果和古土壤断代都指示了这一阶地的形成时间在距今1.1Ma左右。综合晋陕峡谷地区现有的研究结果认为,3.3Ma之前,鄂尔多斯地块内部构造极为稳定,发育了唐县期夷平面,古黄河在此夷平面上主要以侧蚀拓宽为主,下蚀极其微弱;3.3-1.1Ma,鄂尔多斯地块的构造稳定可能被打破,黄河小幅度下切;而1.1Ma以来,受鄂尔多斯地块快速抬升的影响,黄河发生剧烈下切,1.1 Ma阶地和晋陕峡谷的主体在这一时期形成。     

祁连山北缘佛洞庙-红崖子断裂晚第四纪滑动速率研究

佛洞庙-红崖子断裂是发育于祁连山北缘中段河西走廊南缘的一条重要的块体边界断裂,总体走向北西西,长约110 km。该断裂为一条全新世活动的逆-左旋走滑断裂,也是1609年红崖堡7 1/4 级地震的发震断裂。断裂活动形成了一系列陡坎、断层崖以及冲沟和阶地左旋等断错地貌。我们通过详细的野外考察,选择典型断错地貌进行大比例尺差分GPS测量,结合所获相应地貌面的年代数据,得到该断裂晚第四纪平均垂直滑动速率为(0.61±0.28)mm/a,水平滑动速率为(1.27±0.58)mm/a,其结果与相邻断裂相吻合。     

黄河河套盆地段阶地砾石层的形成时代和物源分析

研究团队前期在河套地区发现了多级黄河阶地,并厘定了其沉积时代,但并未探讨其物源特征。在此工作的基础上,我们首次从物源的角度对河套盆地段黄河的形成演化进行探讨。对黄河临河段T3阶地、黄河库布齐段T9阶地砾石层进行砾石统计,发现两处古流向均为由西向东,证明物源来自黄河上游方向。在临河段黄河T3阶地、库布齐段黄河T9阶地基座和下伏白垩纪基岩三处采集锆石样品,发现河套盆地段黄河阶地下伏白垩纪基岩有三个主要峰值:250～310 Ma、1550～2160 Ma、2340～2700 Ma,而黄河T3阶地和T9阶地基座的锆石年龄谱除了以上三个峰值外,在380～490 Ma和600～1420 Ma两个区间也有明显峰值。将其年龄谱与已发表的黄河各地质年代沉积物的锆石年龄谱进行对比,我们发现白垩纪基岩的物源主要来自鄂尔多斯基底和周缘造山带,而河套盆地段黄河河床至少从(5.16±0.50)Ma开始接受来自青藏高原东北部的碎屑物的堆积,也即贯穿青藏高原东北部和河套盆地的黄河至少在此时就已经形成。     

洛河大荔人遗址段的地貌学研究

通过对大荔人遗址地层地貌的观察与实测，发现洛河大荔人遗址段的地层主要由3套陆相沉积物组成：底部的新近纪和早更新世湖相堆积，中部中更新世的河相堆积以及上部中更新世晚期至全新世的黄土堆积。在洛河大荔人遗址段可以误别出四级阶地，从河流地貌特点和各级阶地的地层特征看，该阶地皆为其座型阶地。运用古土壤断代法和区域河流阶段地发生对比法得出洛河在该地区演化的时间序列：0．9－0.72MaB.P.,0.50-0.40MaB.P.,0.10MaB.P.,0.01MaB.P.在此基础上对该地区地貌演化模式进行了讨论。     

临汾盆地末次间冰期以来地貌演化的构造和气候响应

野外调查发现,末次间冰期(MIS₅)以来临汾盆地普遍发育了一级冲湖积台地(T₃)、一级湖蚀台地、两级堆积阶地(T₂、T₁).利用黄土磁化率地层定年法、TL测年法,确定这些台地或阶地的年龄分别为130kaBP、130kaBP~52kaBP、52kaBP和9kaBP.分析构造和气候因素对河湖地貌发育的影响规律,得出T₃台地的形成是130kaBP的区域构造抬升的结果;T₂、T₁阶地的出现是河流响应晚更新世以来气候变化的产物;湖蚀台地的存在反映了汾河下游黄河三门峡河段可能曾因古崩塌滑坡而被堵塞过。      

祁连山地区河流阶地与第四纪构造隆升

祁连山及邻区河流阶地系列是反映区域构造隆升的重要地貌标志。对祁连山地区东北部的沙沟河、西北部的洪水坝河、东南部的黄河共和段及渭河陇西段、东部的黄河兰州段河流阶地进行了阶地抬升幅度、年代对比研究,分析了祁连山及邻区第四纪构造隆升的特点及其对青藏高原隆升的响应。研究表明,1.6Ma以来祁连山及邻区至少存在5期构造活动,即1.6Ma左右的第1期构造活动;1.2~0.6Ma的第2期构造活动,包括1.2Ma、0.8Ma、0.6Ma的次一期构造活动;0.45~0.25Ma的第3期构造活动;0.2~0.08Ma的第4期构造活动,包括0.15Ma、0.1Ma次一期构造活动;0.08Ma以来的第5期构造活动。祁连山及邻区在第1、2、4、5期构造活动中表现为同步抬升,第3期不同区域抬升时间存在差异。在构造活动强度方面,1.2~0.6Ma(第2期)祁连山东部活动较强,0.45~0.25Ma(第3期)构造活动强度表现为北部强于南部,在北部表现为由西向东不断增强,0.2Ma以来在南、北方向上表现为构造活动强度沿着北东方向减弱,在东、西方向上表现为祁连山西北部的构造活动明显强于东北部。祁连山及邻区东部1.80Ma以来平均抬升速率为0.25mm/a,平均抬升了450m左右,粗略计算2.6Ma以来该区域抬升了600m左右。祁连山及邻区西部河流阶地反映的构造抬升强于东部,据此推断,第四纪以来祁连山及邻区西部抬升或超过600m。     

贵州省第四纪河流阶地沉积分析

本文根据贵州河流阶地发育的情况,各级阶地沉积特征、形成时间、气候和贵州新构造活动等因素,将贵州河流阶地演化分为四个阶段进行讨论。同时,与青藏高原隆升时代进行了对比分析,提出贵州河流阶地形成与青藏高原隆升有密切的联系;同时根据其河流阶地的演化,提出贵州的河流阶地成因模式为构造-气候旋回模式。     

沧东断裂山岭子东段地质构造分析

依据钻井、MT测深、地震剖面资料对沧东断裂山岭子东段地质构造进行了研究,认为该段沧东断裂断面形态呈“阶形”,自沧县隆起至北塘凹陷由高、中、低三个台阶组成断阶构造。中生代白垩纪末期,在南东-北西向压扭应力作用下形成褶皱及逆断层,新生代古近纪反转为正断层,断阶带内发育北东及北北西向共轭剪切断层,它们是沟通不同热储层的重要通道。     

新疆且末奥依亚依拉克几克里阔勒地区河流阶地及其隆升特征

通过对新疆且末几克里阔勒地区河流阶地的地貌、沉积特征及年龄测定,分析了该地区河流阶地形成的时代,反演了该地区4.45±0.35× 104a以来的隆升历史.结果表明,44.5 Ka以来的历史进程中地壳的隆升速率极大,大大高于目前青藏高原整体隆升2 mm/a的水平;形成的多级阶地表明该区的隆升存在明显的阶段性、间歇性和差异性,其隆升速率具有从快逐渐变慢的总体趋势.     

太行山南缘新生代的隆升与断陷过程

作者通过太行山南缘夷平面、河流阶地、山前盆地和中新生代断裂的调查研究,揭示了太行山南缘新生代的断陷与隆升过程,认为太行山南缘地区新生代以来的构造活动以断裂的断陷、隆升为特征,分为三个相对稳定夷平时期和三个快速隆升阶段,形成三级夷平面.第四纪以来的快速隆升过程可进一步划分为六次相对快速抬升和六个相对稳定堆积时期,形成六级阶地.古近纪断陷活动强烈,第四纪除山前断裂以外,其它断裂未见活动.