黄土高原洛河流域地貌发育特征与形成演化

黄土地貌形态特征、发育机理及演化过程等一直是地学研究的热点和前沿。选取黄土高原洛河流域作为研究对象,从坡面尺度、流域尺度、区域尺度分类选取14项地貌因子,较为全面地构建了流域地貌发育形态定量参数体系;提取646个小流域为分析单元,利用主成分分析法,获得了描述流域黄土地貌形态特征的4个主因子;这4个主因子分别反映了4种地貌形态空间格局,即南北渐变型、单中心扩散型、东西过渡型、多中心扩散型。结合流域地貌类型和地貌发育程度特征,认为黄土地貌地形起伏和垂直侵蚀特征反映了研究区的总体地貌空间格局,洛河流域黄土地貌主要是在多种因素影响下,随着水系由下游向上游不断地溯源侵蚀、下切扩展,最终形成了现今形态空间分异格局。     

地貌从脚踏实地开始

陈述彭先生是我国著名的地理学家,他提出的《桂林七星岩喀斯特溶洞地貌图》、《西南地区喀斯特地貌》、《徐霞客游记在怒江、腾冲地区的实地验证》等论文都有很高的学术价值。他在地形鸟瞰图的制作,喀斯特洞穴地貌图的编制,中国地貌区划和中国气候地貌研究,黄河、淮河和长江下游平原地貌制图与地图分析,中国的地表侵蚀与堆积研究,大比例尺景观制图方法与实验,中国的新生代火山群等方面对我国的地貌学研究做出了巨大贡献。     

复杂网络理论在黄土高原沟谷地貌特征研究中的应用

沟谷侵蚀是塑造黄土地表侵蚀形态的主要动力,沟谷的发育过程深刻地影响着黄土地貌的发育及演化。本文在黄土高原选择6个典型地貌样区,以样区的数字高程模型为基本数据源提取沟谷系统。将沟谷系统中的沟谷节点、沟谷源点和流域出水口点作为网络节点,网络节点之间的空间拓扑关系为边,高程差为权值,构建黄土高原沟谷加权复杂网络模型。对黄土沟谷地貌的节点特征和空间结构进行定量刻画和分析,得到黄土高原不同地貌类型网络特征的空间格局及其变化,并进一步映射地貌的发育过程及演化机理。研究结果表明：① 黄土高原沟谷加权网络的点强度累积概率分布呈指数分布,相关性系数皆达到0.80以上,该网络正处于向无标度网络转化的过渡期;② 样区从南到北,沟谷特征点的点强度值呈现逐渐减小的态势,且点强度的分布具有不对称性,沟谷右侧侵蚀强度较高,点强度分布较多;③ 平均路径长度和网络结构熵值在绥德一带最大,分别为30.94、6.31,并向南北两侧呈减少的趋势,网络密度值的变化与之相反;3个指标分别从网络结构的连通性、稳定性和紧密性反映了不同沟谷地貌类型的侵蚀程度以及地貌系统的演化机理;④ 网络指标与传统地貌指标的相关性系数均超过0.85,其可以科学、准确地表达地貌形态的复杂性及地貌的发育阶段,有望作为沟谷地貌地学特征研究的参数。该方法考虑了沟谷地貌的空间拓扑关系以及系统的整体性,为复杂表面形态的地貌研究提出了一种新的思路和方法。     

东平县地质遗迹特征与保护建议

东平县独特的地理位置造就了丰富的地质遗迹资源,其中,区域性标准剖面、岩溶地貌、岱崮地貌、流水侵蚀和堆积地貌、湖泊、湿地、河流、泉水水体景观等地质遗迹,对研究该区地球环境变迁、山体隆升地貌、水体变迁等形成演化过程具有较高的科学价值和意义,该文在对东平县地质遗迹开发利用现状分析的基础上,提出保护建议,旨在实现地质资源的可持续利用。     

论我国火山旅游资源的地学特征

文章通过对我国火山旅游资源地学特征的探讨,认为我国火山旅游资源主要形成于古生代、中生代和新生代3个不同地质作用时期.古生代的火山旅游资源区以玄武岩为主,中生代主要为中酸性流纹质火山岩和火山碎屑岩,而新生代则以玄武岩和安山岩为主.空间分布上,受岛弧环境、陆缘环境、陆内环境和碰撞造山带环境的控制.火山地貌可划分为火山喷发-喷溢堆积型地貌、侵蚀地貌和构造地貌3大类型.     

典型喀斯特白云岩小流域土壤-表层岩溶带厚度空间异质性特征

土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km²范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1 731个样点的土壤-表层岩溶带厚度及环境因子数据资料,研究了土壤和表层岩溶带厚度的空间分布格局及其影响因素。结果表明,土壤和表层岩溶带厚度平均值分别为1.15 m和6.44 m,且分别呈现强变异程度和中等变异程度。地统计分析结果表明球状模型和指数模型分别可以反映土壤和表层岩溶带的空间结构特征。土壤厚度呈现中等空间自相关性,变程长,空间连续性好;而表层岩溶带呈现强烈的空间自相关性,变程短,空间依赖性强。土壤厚度受到环境因子(地形湿度指数、垂直曲率、曲率、坡向、坡度、高程、覆盖度、出露基岩率和植被归一化指数)的多重影响,而表层岩溶带厚度受部分环境因子影响的同时,与土壤厚度和植被类型的相关性更高。研究结果有助于喀斯特区土壤-表层岩溶带演化机理认识,并为土壤-表层岩溶带厚度的空间预测提供科学依据。     

地下水循环结构的动力学研究进展

由地下水补给、径流和排泄过程构成的地下水循环运动，是水文循环的重要组成部分，也是水文地质学的基本研究对象。地下水循环在空间上表现为不同结构单元的组合，存在以含水层特性为依据的介质结构和以渗流场为依据的动力结构2种划分方法。地下水流系统是动力结构意义上的地下水循环单元。近10年来，区域地下水流系统理论取得了显著进展，更加全面深入地揭示了地下水循环结构的动力学特性。通过对河间地块地下水流系统的研究，发现潜水面最高点并非地下水分水岭的准确位置。在盆地尺度上，系统研究了沟谷地貌、降水入渗强度、渗透性随埋深变化和盆地厚度等因素对潜水面波形与地下水循环动力结构的影响，初步发现了动力结构的周期性或趋势性演化特征。通过大规模流线路径的精细识别或驻留时间的统计分析，提出了三维地下水循环单元的划分方法。在水文地质效应方面，发现地下水循环的动力结构对地下水年龄的分布有重要影响。地下水循环的动力结构反映了不同补给区和排泄区之间的水力联系，在盆地尺度地球化学过程、流域尺度生态水文过程中发挥着关键作用，未来的研究重点是三维地下水循环的动力特性和演变规律。      

黄土高原沟谷地貌发育演化研究进展与展望

黄土沟谷是黄土地貌中最有活力、最具变化、最富特色的对象单元,黄土高原千沟万壑的地貌形态以及触目惊心的侵蚀状态也让区域内沟谷地貌的形成、发育及演化问题成为研究中焦点及前沿性科学问题。近年来,诸多学者采用地学测年法、特征表达法、监测模拟法力图实现对黄土沟谷发育演化进程中“过去-现代-未来”的科学认知。这些研究在相当程度上丰富了黄土沟谷发育过程的认知。本文梳理了黄土高原沟谷地貌演化相关研究的现状,并从黄土高原地貌演化、黄土沟谷发育、基于DEM的沟谷信息提取与表达等研究进行了系统的回顾、梳理与分析。此外,本文提出“黄土沟道剖面群组”概念与方法,试图从新的视角审视黄土沟谷地貌发育演化过程。沟道剖面在黄土沟谷发育演化进程中传递物质能量和累积地形动力,并通过径流节点的串联实现剖面群的连接与组合,形成独特的剖面“群组”模式;该沟道剖面群组是集黄土沟谷地貌特征与过程于一体的综合信息集成体,其三维空间结构是对黄土沟谷地貌发育演化的高度抽象与映射,并可望进一步丰富黄土高原数字地形分析理论与方法体系,为黄土高原黄土地貌成因机理与空间分异格局带来创新的认识。     

大陆动力学的物质演化研究方向与思路

大陆动力学是在当代板块构造新的发展基础上提出的重要科学问题和研究领域。它从大陆尺度研究大陆形成演化和动力学机制等基本问题,其核心是把大陆作为一个独立的动力学系统来研究,通过研究大陆形成过程和演化历史等各种基本问题来阐明大陆与整个地球系统的相互作用。这里强调的是把大陆的研究放到演化的视野上来观察和认识。地球最早的物质以及之后的演化都记录在大陆岩石上,因此,大陆的物质演化无疑是解开大陆动力学之谜的基础。在国家自然科学基金委员会-中国科学院学部联合专项基金项目"板块构造与大陆动力学发展战略研究"的支持下,提出了大陆动力学的物质演化研究方向与思路。     

利用数字摄影测量方法估算半干旱区小流域沟谷侵蚀产沙

土壤侵蚀不仅表现黄土高原强烈的现代地貌过程,也是其生态环境恶化的象征,其地貌演化和土壤侵蚀互为因果,现代研究表明黄土高原半干旱小流域的沟谷侵蚀产沙占其水土流失总量的重要部分,近年有关沟谷侵蚀的定量研究成果,加深了人们对沟道侵蚀危害的认识,为土地资源的合理利用、沟谷危害的评价等提供了科学依据。传统的沟谷侵蚀定量研究是采用实地量测的方法,现代的数字摄影测量技术的发展为估算沟谷侵蚀研究提供了一个经济高效方法。本研究采用的髙分辨率数字高程模型是由3期历史航空照片根据数字摄影测量方法制作而成,利用它对黄土高原半干旱区一个小流域的1959～1981年及1981～1999年两个时段内沟谷侵蚀产沙量进行估算,将流域侵蚀产沙的实测值与估算结果进行评价。并指出此方法在沟谷侵蚀产沙量估算方面的统计学意义及在未来应用时要注意的问题;根据流域侵蚀产沙结果分析历史时期人类活动的影响:人类活动在一定程度上改善了环境,绝大部分泥沙被拦截在流域里,同时沟道侵蚀加剧,如何采取措施减少流域坡面和沟道的侵蚀,是目前人们所面对的问题;此外,结合流域水沙统计数据的DEM的侵蚀空间分析,结果表明坡面流、重力侵蚀及沟谷的下切是导致流域土壤侵蚀的主要原因。     

雅鲁藏布江高能洪水沉积特征及地貌效应

青藏高原东南缘雅鲁藏布江流域的气候、水文、构造与地形条件具有发育超大冰川或滑坡堰塞湖及高能洪水的潜力。对高能洪水沉积特征的研究进展进行简要回顾,以青藏高原雅鲁藏布江流域广泛分布的高能洪水地貌和沉积证据为主要研究对象,探讨了该流域高能洪水沉积物的主要沉积特征及其形成原因,最后对该流域高能洪水的地貌效应进行了简要分析。结果表明：雅鲁藏布江流域高能洪水形成的巨型边滩以涡流型边滩居多,其次为点状边滩和吊坠型边滩,未见牵引型边滩;就沉积特征而言,该流域高能洪水巨型边滩的内部沉积以水平叠层为主,波纹及交错层理层、粉砂层、斜坡沉积和粗砾平行层理层亦见分布;高能洪水等极端地表过程在青藏高原及雅鲁藏布江的泥沙输移及地貌演变中发挥着关键作用。     

基于DEM小流域复杂网络的黄土高原地貌自动识别研究

地貌识别,对于人类建设,地质构造研究,环境治理等相关领域都有着重要意义。传统的基于像素单元或面向对象的地貌识别方法存在局限性。由于流域小单元具有表面形态的完整性,在地貌演化中具有明确的地理意义,基于流域小单元的地貌识别成为了该领域的一个新热点。然而,基于传统地形因子的地貌识别方法使用的因子往往较为单一或者在地学描述上存在重复性,目前尚无针对流域小单元进行空间结构描述和拓扑关系特征量化的地貌识别研究。基于此,本文基于DEM进行水文分析并通过坡谱方法解决了小流域稳定面积难以确定的问题,在黄土高原样区提取了181个稳定小流域。根据复杂网络理论和地貌学原理提出了流域加权复杂网络的概念和相应的8个定量指标用于流域空间结构的模拟和量化描述。最后采用了基于决策树的XGBoost机器学习算法进行地貌识别,实验对于黄土高原主要地貌类型的识别显现出较好的效果,Kappa系数为86.00%,总体精度达到了88.33%。对于地貌形态特征明显的地貌,复杂网络方法其顾及空间结构和拓扑特征的特性导致了其较高的识别性能,精度和召回率都在90%~100%之间。通过与前人的研究进行对比,其识别结果亦呈现出较高的精度,这些都验证了流域加权复杂网络是一种基于流域小单元地貌识别的高精度且有效的方法。     

黄土高原地貌形态图谱三维符号指标体系与应用

长期以来,地貌学界和制图学界一般是采用文字、地图和图像等方式来描述黄土高原独特的地貌形态,故往往不够形象,缺乏系统性。采用地学信息图谱和三维可视化的方法,对挖掘揭示黄土高原地貌形态特征规律是一个有效的方法。黄土高原地貌形态图谱三维符号的指标体系,是将地貌学家和制图学家对黄土高原正负地貌类型的认知结果经过系统化、标准化和科学化的归纳和提炼,从中提取出的描述黄土高原地貌三维特征的参数集合。既是对黄土高原地貌形态图谱三维立体特征的充分概括,又是三维形式建模表达的参考和依据。根据黄土高原地貌类型的分类和侵蚀特征规律,该体系分为正地貌形态指标体系、负地貌形态指标体系和坡度一侵蚀特征谱系描述指标,采用定性和定量相结合的方法来制定指标体系的具体参数。最后通过实例来验证指标体系在构造三维符号时的应用。细致精确的描述单个地貌类型的三维形态,将有助于对黄土高原地貌特征的认识和研究,为水土保持和生态环境建设提供帮助,同时也为其他地貌类型的信息图谱研究提供借鉴。     

基于DEM的岷江上游流域构造活动强度分析

目前,利用DEM衍生的地貌参数对大面积区域构造活动进行量化分析的研究相对较少。本文以岷江上游流域为例,利用ASTER GDEM数据和GIS技术,提取了该流域面积高程积分值（HI）、河长坡降指数（SL ）、流域盆地不对称度（AF）、盆地形状指数（BS）、谷底宽度与谷肩高度比（VF）和水系分维数（FD）6种地貌参数,对其进行了等级划分,并量化了研究区相对构造活动强度（IAT）。结果显示：岷江上游流域有较高的SL、AF、BS值,较低的VF及FD值,中等HI值,其IAT值为1.33,分类等级为1级,表明该流域侵蚀程度强烈, 流域形态狭长, 河谷呈V型形态,受构造活动影响显著,地貌发育处于幼年期晚期,中年期早期。研究结果与区域地质背景较为吻合,该方法可为进一步探讨区域构造活动差异性提供新的手段。     

GF-2遥感数据在盖孜河流域典型第四纪地层调查中的应用

国产高分辨率卫星遥感技术的发展为第四系宏观、局部及细部特征调查提供了新的手段。中巴经济走廊东段地区分布较多的冲洪积扇、河谷阶地、冰川堆积等地貌类型,为了研究国产高分数据在该地区第四纪地质调查中的适用性,以高分二号（GF-2）影像为主要数据源,借助数字高程模型构建三维场景,选取中巴公路沿线盖孜河流域乌鲁阿特山前冲洪积扇、盖孜河河谷阶地与克拉牙依拉克冰川堆积物3处典型第四纪地层为研究对象,建立了遥感解译标志,并进行了精细尺度遥感解译;经过野外实地验证,查明了其物质组成与变化规律,修正了前人关于克拉牙依拉克冰川不同期次冰碛物的划分范围;通过对盖孜河河谷阶地分析,盖孜河流域晚更新世以来经历了至少5次阶段性构造抬升,阶地基座冰碛物至少由两期冰川作用形成。研究表明,GF-2影像能快速从宏观尺度上识别地貌、松散堆积物变化特征,能够看到常规方法无法观察到的地质现象;满足大比例尺解译、制图要求,特别是在微地貌识别以及第四纪地层解译中,能够提升精细地质解译水平。研究成果能为盖孜河流域河流、冰川的发展演化过程研究提供基础地质资料,为中巴公路沿线第四纪土体遥感调查提供典型案例。      

流域生态系统空间结构量化及其指标体系

以流域作为山-水-林-田-湖-草生命共同体的研究尺度和载体,流域生态学在国家生态文明建设中所发挥的学科支撑作用日益重要。“流域生态系统结构-过程-功能-机制-调控”是流域生态学的研究范式,其中空间结构量化及其指标体系构建是流域生态学开展定量研究的一个关键途径。尽管流域生态系统空间结构量化的指标体系涉及到淡水生态学、陆地生态系统生态学、水土保持学、农业环境学和水利工程学等多个学科,但仍未在流域尺度上形成生态系统空间结构整合量化框架体系。基于此,总结了多个关联学科在流域生态系统空间结构量化的研究方法和成果,着重分析了流域生态学在流域尺度上量化生态系统空间结构的难点,并重点以等级结构和集合生态系统理论为基础构建了流域生态系统空间结构量化指标体系,包括流域整体指标、各结构成分指标和结构成分间关系指标,为量化流域生态系统空间结构和结构成分之间关系提供了新方法,对尝试推动流域生态学在山-水-林-田-湖-草生命共同体的耦合定量研究及评估应用具有重要的科学价值。     

长江上游表壳岩系Pb同位素组成特征及对三峡贯通的示踪意义

理论分析表明,碎屑钾长石Pb同位素在大河流域沉积物物源示踪及追索河流演化研究中具有独特意义。近年来,随着
单颗粒碎屑矿物微区分析技术的快速发展,碎屑钾长石Pb同位素已成为一种有效的物源示踪方法,在判别沉积物物源、重建古水
系等方面已得到了较好的应用,同时沉积物全岩的Pb同位素能对碎屑钾长石Pb同位素的示踪起到一定的补充作用。通过对长
江流域不同河段和支流流域钾长石及全岩Pb同位素的空间分异特征的即可识别性分析、河流地貌和水文特性对源-汇之间物质
的可通达性分析以及流域地质环境条件的分析,认为利用Pb同位素方法来示踪江汉盆地不同时期沉积物的源区,并重建长江水
系的演化过程是可行的。最后对开展此项研究的思路进行了讨论。      

辽东湾海岸地貌近代演化特征

辽东湾海岸类型及其分布受区域地质构造控制。海岸类型可分为:港湾型基岩海岸、岛礁型基岩海岸、岬湾型沙质海岸、平原型淤泥质海岸等4类;潮间带地貌分为海滩、潮滩、岩滩3类;水下堆积地貌主要有水下三角洲及潮下浅滩。受河流输沙影响,淤积先从河口开始,然后向外围扩散。在湾顶部,地貌及内、外动力条件利于海岸淤涨,但受滨岸海洋水文条件制约,发展不均衡,可出现局部短时间的侵蚀后退现象。海岸工程可控制海岸的演化过程,滩涂地带引种植物可促进海岸持续淤涨。     

高精度曲面建模的中国气候降尺度模型

 与站点统计降尺度插值和动力降尺度相比,高精度曲面建模(HASM)降尺度,具有不需大尺度预报因子,直接从GCM结果构建区域上高空间分辨率的未来气候模拟曲面的优势。HASM降尺度将未来气候,分为历史观测拟合的气候基准值和GCM未来气候变化值进行模拟,精度明显高于传统方法,但常系数全局拟合的气候基准值忽略了降水分布的空间非平稳性,导致降水模拟受到较大影响。为增强降水降尺度的气候背景值的描述能力,通过分析全国尺度降水的非线性非平稳性特点,提出耦合空间变系数气候基准值的HASM空间变系数降尺度模型(HASM-SVDM)以改进HASM对非平稳要素的降尺度能力,并以1961-2010年全国气温降水观测数据结合地形特征信息,利用HASM降尺度方法对HadCM3的A1Fi、A2a和B2a 3种情景的1961-1990、2010-2039、2040-2069和2070-2099时段的全国未来气温与降水进行降尺度模拟。分析表明,耦合全局线性模型的HASM常系数降尺度模型适合全国气温的降尺度模拟,而耦合空间变系数拟合的HASM-SVDM增强了空间非平稳背景值的描述能力,模拟的空间分布更能体现降水总体的非均匀分布趋势,适合全国降水的降尺度模拟。     

铀储层结构与成矿流场研究:揭示东胜砂岩型铀矿床成矿机理的一把钥匙

以鄂尔多斯盆地北部的砂岩型铀矿为目标,在铀储层形成发育的沉积学背景研究基础上,重点通过砂分散体系、沉积物
粒度、隔挡层厚度和孔隙度的定量分析,精细地刻画了直罗组铀储层的外部几何形态和内部复杂结构,充分展示了铀储层的定量
非均质性。依据盆地构造充填演化阶段、铀成矿年代学和地学空间信息三维可视化平台,分别对5个演化阶段的古地貌进行了恢
复,并对不同演化时期的铀储层空间位置给予了准确定位,从而揭示了直罗组铀储层从沉积到接受铀成矿再到铀矿被改造期间的
空间形态演化历史。在盆地构造充填演化研究、古地貌恢复和铀储层定量非均质性分析的基础上,重建了5个不同时期古地下水
系统结构和参数的空间变化面貌,并运用地下水数值模拟方法再现了研究区5个演化阶段成矿古流场的特征及其演化规律。综
合分析认为,铀储层的空间演变和内部非均质性制约了成矿流场的基本格局,成矿流场又无疑控制着层间氧化带的发育和铀成
矿。当铀储层形成期的古水流方向与主成矿期地下水流场方向总体一致时有利于铀成矿,而当两者流向垂直时则成矿效率降低。