活动褶皱地区横向河演化与风口形成的研究进展和案例分析

河流偏转和风口发育是横向河流域最显著的地貌现象,其形成体现着区域抬升和河流侵蚀间的平衡,并受控于断层侧向生长、连接与几何形态等构造过程以及影响河流侵蚀的气候和岩性要素。风口与横向河网的演化可用于评估相关断层活动的速率和方式,探索河流侵蚀与构造抬升之间的相互作用以及复杂环境下沉积系统的形态,研究成果对地貌学、地震灾害、油气储藏等学科领域具有重要的理论意义。文中围绕影响风口形成与保存的地质地貌过程,对过去20a活动褶皱区域的横向河演化研究案例进行了初步总结。最后以河西走廊地区的合黎山—金塔南山为例,探讨在褶皱隆起和水动力变化的条件下黑河在该区域的演化过程。分析认为现代黑河约1.1Ma BP穿过合黎山,而随着合黎山的生长、黑河水动力条件的变化,黑河偏转到达金塔南山区域;由于合适的水沙比与抬升速率,金塔南山区域早期抬升时处于夷平状态;约0.23Ma BP以来,大部分支流无法到达金塔南山区域,黑河在金塔南山与合黎山连接的区域下切,形成正义峡。     

龙门山中北段流域地貌特征及其构造意义

龙门山中北段位于青藏高原东缘,该区作为高原向东扩展的前缘部位,其地形与河流水系的演化记录了高原隆升与挤压扩展及其气候环境效应的各种信息。龙门山中北段构造活动有明显差异,从中段逆冲为主转化为北段的走滑为主,本文采用定量化地貌参数从构造地貌的角度揭示了区域构造活动的差异。龙门山中北段地貌因子（坡度、地形起伏度和条带状剖面）的阶梯状分布特点,显示了高原扩展的逆冲推覆特征,在中央断裂处构造抬升作用最强,同时显示出了南北向构造活动减弱的趋势,由中段的逆冲转换为北段逆冲兼走滑的形式。北川-映秀断裂两侧流域的HI值也显示了断裂上盘高、下盘低、沿走向减弱的趋势。综合分析认为,本区构造活动是地貌演化的主控因素,龙门山中北段地形存在差异,北川-映秀断裂两侧的小流域地貌指数分析显示,构造抬升活动自南向北减弱,中段以逆冲为主,北段为逆冲兼走滑。     

山坡演化过程的有限元数值模拟研究

地貌是构造运动等内力和侵蚀、搬运及沉积等外力相互作用的产物.地貌演化是全球变化的重要组成部分,为全球变化研究提供重要信息.地形是由坡面包络,因此对坡面及其影响坡面演化因子的研究有利于对地貌演化的深入理解.基于质量守恒原理,以直线型山坡形态为初始坡面,利用有限元方法对坡面演化过程进行数值模拟研究.数值模拟结果显示了山坡演...     

基于精密水准数据的青藏高原东缘现今地壳垂直运动与典型地震同震及震后垂直形变研究

发生在新生代早期的印度板块和欧亚板块间的碰撞不仅形成了喜马拉雅造山带,还造就了一个以独特的地势高度、地貌、地质环境、自然环境等特征而闻名于世的青藏高原.自19世纪中期普拉特和艾利等创立地壳均衡论以来,青藏高原的形成、演化及隆升机制的问题一直就是国际大陆动力学理论研究的核心和前缘热点.目前,已有许多学者提出了各种动力学模型试图解释青藏高原的隆升、演化之谜,这些模型和模式的提出对我们理解青藏高原的隆升机制起到了积极的启发和推动作用.不同的隆升机制会在青藏高原周缘尤其是东缘地区产生完全不同的形变模式.因此,研究青藏高原东缘三维地壳形变可为高原深部结果和动力学演化过程提供重要的定量数值边界条件,有助于理解高原隆升的地球动力学机制.     

基于DEM的黄土高原(重点流失区)地貌演化的继承性研究

黄土堆积过程如何继承下伏古地形,即黄土地貌演化的继承性研究,是反映黄土高原200余万年来发育、演化的关键环节,也是黄土沉积地貌的研究热点.本文以地质图、DEM、遥感影像及实测数据为依据,运用GIS空间分析方法,得出黄土高原(重点流失区)第四纪黄土堆积以前原始地形面的数字高程模型.通过地形剖面图、面积高程积分、地形剖面比降及地形剖面凸凹度等方法与指标,分析现今地形与古地形的空间关系.实验结果显示:两种地形的高程、比降、凸凹度呈现明显的线性正相关关系,特别在黄土沉积较为完善的区域表现为相当完好的继承关系.尽管现今黄土高原部分地区受流水侵蚀,地表形态较为破碎,但仍然可以反映出,黄土堆积过程的总体趋势是缓和了原始地貌的地形起伏程度.该结果深化了对黄土地貌发育演化继承性的认识.     

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。     

低山丘陵地形效应的三维有限元模拟

山地丘陵地形对地震动的分布有重要的影响,研究地形效应,有利于充分认识地震灾害风险,为减轻灾害损失做好防御措施。基于实际地形建立自贡西山公园观测台阵所在山体的三维有限元模型,研究开发黏弹性人工边界和SH波垂直入射前处理程序,开展动力学数值模拟;数值模拟结果与实际记录进行对比,并验证模型的合理性;研究分析低山丘陵山体对地震动强度及空间分布影响,以及峰值加速度与入射波频率、高程、坡度的关系。结果表明：低山丘陵山顶位置地震动峰值放大明显,而山脚凹陷位置地震动峰值存在削弱现象;地形效应与输入地震动频率密切相关,不同主频的输入地震动所造成的地表峰值加速度分布不同;较高主频的地震动可以凸显地形细节的影响;地表峰值加速度与高程具有较好的正相关关系,与坡度的相关关系较弱。综合高程和坡度拟合峰值加速度的效果优于仅使用高程或坡度的拟合,二元三次多项式拟合效果较好,可用于定量描述地形放大系数随高程和坡度的变化。     

冲积扇河流阶地演化对走滑断裂断错位移的限定

滑动速率是活动断裂定量研究的重要参数,是指在一段时间内断裂两盘相对运动的平均速度,是断裂带上应变能累积速率的重要表现,常被用于评价断裂的地震危险性。区域河流地貌特征及水系演化会受到构造活动的显著影响,因此分析河流地貌演化是研究构造变化特征的重要方法,也是限定断裂滑动速率较为可靠的方法。在总结河流地貌演化过程模式的基础上,考虑地形地貌因素的影响,建立了河流阶地位错模式和位错量的测量方法,并以阿尔金断裂东端断裂近垂直穿过的高岩沟为例,建立了其河流阶地的演化过程及其与断裂位错的关系,得到了不同阶地因断裂活动形成的位错量。结合前人的阶地测年结果,估算得到了阿尔金断裂在该段的水平滑动速率为(1. 80±0. 51) mm/a。     

西南天山隆起时代的河床砂岩屑磷灰石裂变径迹证据

现代的天山山脉是在古生代造山基础上,于新生代强烈抬升而形成.其新生代造山和隆升过程,造就了现今的天山地貌格局.本文选取西南天山作为研究区域,采用河床砂岩屑裂变径迹测年分析,从统计角度限定西南天山的隆升-剥露过程.样品采集于特克斯河支流阿克雅孜河、夏特河、木扎河以及特克斯河干流的沉积河床.磷灰石裂变径迹测试和统计分析表明,存在代表源区热史演化不同阶段的年龄峰值.尽管不同样品的年龄众数分布有少许差别,颗粒年龄众数的去褶积分析获得了西南天山山体新生代冷却的三个基本一致的阶段：6~8 Ma,12~19 Ma以及32~40 Ma.结合山脉隆起的地质地貌模型,无论是整体抬升或掀斜抬升,以及压扭性背景的花状挤出抬升,根据磷灰石裂变径迹封闭温度推断的抬升量与现今天山高度基本相当的事实,都可以确认西南天山山体是6~8 Ma以来形成的.天山这三期快速抬升冷却事件与青藏高原及其周边的主要隆升时期有较好的对应,证明了天山隆升和印度-欧亚板块碰撞远程效应的关系.另外,6~8 Ma的冷却事件与沉积地层学研究揭示的6 Ma左右的气候显著变化相互印证,显示了研究区域山脉隆升和气候变化之间存在的密切关系.     

汶川地震山脚震害特征及机理分析1

汶川地震和以往地震现场震害调查表明,局部场地地形对震害的影响明显,其中,山脚房屋震害程度明显低于山顶和水平地表土层场地.针对这一震害特征,本文以汶川主震的地形效应观测强震动记录和人工爆破山体地形地震动观测记录为基础,通过数据分析,结合动力集中质量中心差分有限元法进行数值模拟分析,进一步揭示了山脚房屋震害轻微的特征不仅与其所在场地条件良好有关,更与山脚所处山体底部的几何位置直接相关.     

山脊线与坡度和峰值速度放大系数的相关性研究

地形效应是地震工程和地震学的重要研究内容.数值方法是研究地形效应的重要工具.然而以往关于地形特征对地形效应的影响的研究大多是基于二维简单模型.对三维真实地形特征和地震动放大的关系缺乏详细的研究.为了更好地描述三维地形特征,本文将地形用不同的地形特征因子来描述,并用算法将它们从地形数据中提取出来.从而使地形和放大系数的相关性的研究转换为不同地形特征因子和放大系数的相关性的研究上.本文中,我们选择芦山地区作为研究对象,用算法提取出特征因子山脊线和坡度.它们分别表征了山脊形态和山体的陡峭程度.我们又用谱元法分别模拟三种不同主频Ricker子波的地震波在起伏地表和水平地表模型中的传播,并得到了它们各自的峰值速度(PGV)放大系数.通过分析三个主频的PGV放大系数在山脊线上分布,我们发现放大系数幅值在山脊线上分布不均匀.放大系数较高的地方位于山脊线弯曲或宽度发生变化的附近.我们又统计了三个放大系数在滑动平均坡度上分布,并得到了放大系数均值和坡度的正相关曲线.结果表明坡度和放大系数两者在幅值分布上具有正相关性.     

剥蚀及地幔作用下青藏高原隆升过程的数值模拟

修改了England和Mckenzie的黏性薄层流变模型中控制大陆形变的连续性方程,将剥蚀作用对高原隆升演化的影响直接引入该方程,并考虑下伏地幔小尺度对流对增厚岩石层的搬离作用对高原隆升演化后期的影响,用有限差分法直接模拟青藏高原隆升过程. 数值模拟结果所显示的高原隆升演化过程与实际观测资料吻合较好,揭示了高原隆升演化过程的非平稳和多阶段的特性;同时还表明上地幔小尺度对流对岩石层底部的搬离作用可能是最近8Ma以来高原快速隆升的主导机制.     

局部山体地形对断层动力学破裂过程的影响研究

基于曲线网格有限差分方法研究了垂直走滑断层在不同山体地形情况下的动力学破裂传播,分析并讨论了局部山体地形对断层破裂过程及相应地面地震动的影响,得到了各模型断层面的动力学破裂过程及相应的地表峰值速度特征。研究结果表明,山体地形尺度（山体高度及底部延展距离等）对断层动力学破裂过程影响较大,进而影响到相应的地面地震动分布。当山体地形处于自由地表上亚剪切向超剪切转换的位置附近时,山体地形会阻碍断层面上自由地表超剪切的产生。一般而言,对于具有一定埋深的断层,当山体地形底部延展距离一定时,山体高度越高,其对自由地表超剪切的阻碍程度越大;当山体高度一定时,地形底部延展距离越大,越会阻碍自由地表超剪切的产生,这种破裂过程的变化会导致相应地面地震动呈现不同特征的分布。此外,还探讨了断层破裂过程及相应地震动对成核区外初始剪切应力变化的响应,结果显示,当初始剪切应力较高时,高应力降引起的超剪切破裂会对断层破裂及相应的地震动分布起主导作用。      

冰川槽谷形成过程的三维数值模拟

冰川槽谷是一种常见的冰川侵蚀地貌.在冰川侵蚀地貌研究中,冰川槽谷占据着重要地位.与发育的河流呈蛇曲状成鲜明对照,发育的冰川槽谷往往比较宽直.这种比较直的冰川槽谷只是局部地区的特有现象还是普遍特征?控制冰川槽谷比较直的主因是什么?截至目前,学者暂未对这些科学问题展开研究.本文运用三维有限单元法,建立了冰川侵蚀作用的数值模型,模拟了冰川槽谷的侵蚀演化过程.数值模拟结果显示:(1)弯曲蜿蜒的冰川在向深部侵蚀形成U形谷的同时还存在侧向侵蚀,迎冰坡的侵蚀速率大于背冰坡的侵蚀速率;(2)坡度越小(大),冰川侵蚀作用强度越小(大);(3)冰流量越小(大),冰川侵蚀作用强度越小(大).冰川在侵蚀过程中,由于迎冰坡的侵蚀速率始终较背冰坡的大,导致冰川谷始终向着更直的形态发展.本文的主要结论是:冰川槽谷的形状演化主要受冰川自身侵蚀机理的控制,冰川槽谷形态具有削弯取直的演化趋势.     

局部山体地形对强地面运动的影响研究

基于曲线网格有限差分方法研究了地震波在不同坡度的山体地形及水平地表模型中的传播,得到了各模型速度波形及地表峰值速度特征,从地形自身特征及震源特征两方面出发讨论了地形效应:一是相同的震源模型下地形坡度、形状对地震动的影响;二是同一山体模型下地震动对不同震源机制的点源以及相对复杂的有限断层的响应.主要结论如下:(1)一般情况下,地形放大效应在坡度较大的地方比较明显,并随着坡度的增加而增大,但在某些特定情况下,放大效应与坡度并不满足正相关,且这种情况的发生与震源性质无关,可能仅受地形形态自身的影响;(2)对于不同的震源机制,地面运动各分量受地形影响程度不同,总体上水平分量受地形影响程度更大;(3)震源机制和震源激发的波的频率会影响放大效应最大值出现的位置,放大效应最大值不一定出现在山顶处,有可能会出现在起伏地形的震源对侧,出现位置可能与波的相互作用有关;(4)有限断层模型下,地面运动特征相对更为复杂,地形效应不仅受断层模型几何特征的影响,同时断层破裂过程对其也有着重要的影响.     

青藏高原东北缘中新生代构造演化:来自磷灰石和锆石裂变径迹的证据

青藏高原东北缘隆升机制和过程一直以来备受争议,本文为了进一步限定北祁连山及其北缘地区山体的隆升历史,在旱峡、白杨河和红山以及酒泉盆地以北的黑山和金塔南山进行了磷灰石和锆石裂变径迹分析.测试结果表明,研究区基岩样品的磷灰石裂变径迹年龄分布在晚白垩世上新世(82～4.2 Ma),径迹长度介于9.6～13.6 μm;锆石裂变径迹年龄分布范围为106.3～480.5 Ma,多数介于106～195 Ma.结合镜质体反射率,热史模拟曲线揭示了中新生代三期主要的冷却降温事件:早白垩世期间(140～100Ma)、始新世期间(55～30Ma)、中新世(10～8 Ma)以来.早白垩世期间的隆升剥露冷却过程可能由于拉萨地块的北向拼贴碰撞引起;始新世期间的隆升剥露冷却事件可能是印度与欧亚板块碰撞远程快速响应的结果;中新世以来的隆升剥露冷却过程与北祁连山逆冲断层的构造活动有关.     

地形等高线的分形特征及其动力学含义

以天山地区不同地貌类型的地形等高线为研究对象 ,用尺度法探讨了它们的分形特征 .结果表明 :在 0 .1至 2 0 0km的标度范围内 ,不同地貌类型等高线具有不同的分形特点 ,而且与标度有关 .陆地表面地形等高线分维值与地貌侵蚀作用和不均匀堆积作用的强度密切相关 ,可作为地貌学研究中一个重要参数     

不同尺度地形的SH波频率域响应特征研究

地形是影响实际地震记录的一个重要因素,理论计算已证明地形影响地震波的走时、能量、震相、波形等特征,同时地形也是产生尾波信号的重要原因.复杂且具有多尺度成分的地形对地震波传播的影响不仅与地震信号的频率有关,与其自身尺度成分也表现出强烈的依赖关系. 本文利用局域离散波数法模拟计算了不同尺度地形SH波的频率响应,得到地形尺度与频率之间似共振的响应关系. 这一关系可以更好地解释复杂地形对不同频率地震波传播的影响方式,同时可以指导数值模拟模型的构建,在关注的频率范围内合理取舍构造尺度成分,达到以最小的计算量得到最大的计算效益.     

博格达山链新生代抬升过程及意义

东天山的博格达-巴里坤山链是在晚古生代造山以及中生代伸展基础上于新生代强烈抬升而成,其新生代再造山和隆升是欧亚大陆地质史上的标志性重要事件,造就了东天山现今的盆山地貌格局.运用低温热年代学方法,通过系统批量采样,获得了博格达山链新生代抬升过程的3个明显阶段：5.6-19,20-30和42-47Ma,其中20-30Ma是最显著的一期隆升,而且是山链整体的统一隆升,这与西天山以及青藏高原北部同期的构造事件相似.因此,该期隆升意味着青藏高原向北扩展已经影响到了天山一线,同时获得隆升的起动时间为不晚于65Ma,其动力机制是否是印度-欧亚板块开始碰撞的响应目前还不清楚.裂变径迹结果表明,整个博格达-巴里坤山链在整个新生代的构造活动是分阶段的,各期之间具有整体抬升和差异抬升之分,而且沿山体的东西方向和南北方向上具有明显的差异性,表现为隆升由西向东和由北向南迁移,山体以向南的横向扩展为主要趋势.东天山新生代的3期构造事件与青藏高原尤其是高原北部构造事件都能比较好的对应,因此东天山新生代的构造事件很可能是青藏高原尤其是北部演化的响应.     

祁连山西段疏勒河流域地貌特征及其构造意义

疏勒河流域盆地位于祁连山西段,跨越了该区多条不同方向和不同性质的活动断裂带,其所呈现的地貌特征反映了该区最新构造活动的信息。文中基于GIS空间分析技术,利用SRTM-3数字高程模型(DEM)数据,系统提取了疏勒河流域及其4个亚流域盆地的面积-高程积分曲线、疏勒河水系的Hack剖面以及河流坡降指标(SL),并对整个流域地形做了坡谱分析,获得了疏勒河流域的地貌特征。研究表明,疏勒河的流域地貌发育受到该区的阿尔金断裂、昌马断裂、托勒南山断裂以及疏勒南山断裂等强烈构造活动和区域岩性差异的影响,坡度以0°~35°的区段为主;整个流域盆地处于河流发育的"壮年期";构造活动是造成河流纵剖面发生改变的最主要因素,局部河段同时还受到岩性因素的控制和影响。这表明在活跃的造山带内部,河流地貌的发育过程中,活动断裂的构造作用是重要的控制因素。