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。     

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。     

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。     

丹霞地貌

正丹霞地貌(Danxia landform)系指由产状水平或平缓的层状铁钙质混合不均匀胶结而成的红色碎屑岩(主要是砾岩和砂岩),受垂直或高角度节理切割,并在差异风化、重力崩塌、流水溶蚀、风力侵蚀等综合作用下形成的有陡崖的城堡状、宝塔状、针状、柱状、棒状、方山状或峰林状的地形。丹霞地貌主要分布在中国、美国西部、中欧和澳大利亚等地,以中国分布最广。1928年,冯景兰等在粤北仁化县发现丹霞地貌,并把形成丹     

山体隆升历史与地貌演化过程的数值模拟约束——以青藏高原东北缘河西走廊中段的周边年轻上升山地为例

地貌演化数值模型是分析构造-气候相互作用,再现地表形态演化过程的重要工具.本文利用地貌演化数值模型模拟了青藏高原东北缘河西走廊中段周边山体的演化过程.河西走廊气候干旱,外动力过程相似,但走廊中段南北两侧各山体间的形态特征存在明显差异(北侧山地:金塔南山东段、金塔南山西段、合黎山;南侧山地:榆木山).首先,各山体内选取典型区域分析了真实地形的特征指标(准周期性谷间距、地形高差与出水口数量);其次利用Landlab平台构建了典型区域的地貌演化数值模型,并通过数值实验正演了各山体地形的演化过程;最后将真实地形与不同时间节点的模拟地形进行比对,以准周期性谷间距等地形特征指标为判识标准,推断了河西走廊中段山体开始强烈隆升的年代和抬升速率.模拟结果与区域已发表的地质地貌证据在年轻上升山地(未达到稳定状态的幼年期地形)地区呈现较好的一致性,表明地貌演化数值模型结合地形特征指标是约束年轻上升山地强烈隆升年代和速率的可靠工具.本文提出的全新研究思路与方法有望在年轻上升山地推广并成为构造地貌学研究的常用手段.     

基于地表流域指数和相关资料综合研究帕隆藏布地区的差异构造隆升

帕隆藏布地区差异隆升的研究对于东构造结地区构造变形机制的理解以及断块模型的建立具有重要的科学意义。本文基于GIS平台,利用ASTER-30m的DEM数据,计算了帕隆藏布地区19个流域地貌单元的面积-高程积分指数(HI),并结合地震资料、地表沉积与侵蚀过程综合研究了该区域的差异隆升。结果表明HI值的空间分布能够反映出研究区的差异隆升。研究区不同地方处于不同程度构造隆升,主要存在着两个相对较强的隆升中心,一个位于东构造结附近,另一个位于嘉黎断裂带、怒江断裂带交汇部位。此外,研究区内流域演化、地震活动以及地表沉积、侵蚀之间紧密关联,共同构成了证据链,揭示了一个完整的"地下构造运动—地表地貌演化"的过程。     

岩性和侵蚀基准面对构造活跃区河流地貌演化的影响——以青藏高原东北缘老虎山和哈思山地区为例

在构造活跃地区,前人研究着重考虑了构造活动对河流地貌演化的影响,而岩性和局部侵蚀基准面的作用较少被关注.本文以青藏高原东北部海原断裂的影响地区为例,通过对水系形态及地貌特征指数(陡峭指数、河谷宽高比、χ等)的计算等,分析了裂点发育和水系重组等不同空间尺度下的河流地貌演化过程.结果显示,以老虎山和哈思山为中心,分别发育了两个放射状水系.其中老虎山东南侧支流流向发生了近180°的转变,我们认为这是受局部侵蚀基准面高度的差异(～190m)所诱发的水系重组.部分发源于哈思山的支流发育了受岩性控制下的峡谷-宽谷相间分布的河谷地貌.此外,构造活动和黄河下切引起的局部侵蚀基准面的下降触发了由平行状水系向树枝状水系的正反馈演化过程.这些结果表明,即使在构造活跃地区,岩性和侵蚀基准面变化在地貌演化过程中也扮演着重要角色.     

断层水平错动下河流演变过程的数值模拟研究

在活动构造区, 河流地貌对构造活动具有明显的响应, 地貌形态和水系形态能够很好地记录构造活动信息。 基于地貌演化理论, 考虑断层的左旋错动作用及降雨等因素, 利用数值模拟方法, 定量研究河流形态在断层水平错动及流水侵蚀内外力作用下的动力学演变过程。 初步的计算结果显示了河流形态与断层走滑运动的耦合效应。 断层发生水平左旋滑动促使该处河道两侧的陡坎发生相对错动, 形成弯转水系, 伴随河流的侧向侵蚀作用, 河道上下游连续被拓宽, 河道下游右侧堆积了较厚的沉积物, 而河道上游左侧由于受到较强流水侵蚀作用很难堆积沉积物。 分别对河道上游和河道下游的横剖面形态进行对比分析, 表明由于断层水平错动效应, 使得河道下游两侧呈现不对称特征, 而河道上游依然保持着明显对称性。 同时, 河道剖面形态对断层水平错动作用有积极的响应, 由于断层持续左旋走滑运动, 断层处剖面的高程突然增加, 坡度也随之突然变陡。 数值模拟结果与实际地质考察结果有着很好的一致性, 证明了理论和数值模型的可靠性。     

东喜马拉雅构造结地貌形态及其构造指示意义

喜马拉雅构造结位于印度与欧亚板块碰撞的前缘,其内部的南迦巴瓦峰地区隆升速率大于周边区域,被认为是东构造结的核心部位(隆升中心)。近期区域地震观测结果表明,南迦巴瓦峰地区地震活动较弱,而其东南侧区域地震活动频繁。为了研究东构造结地区目前的地球动力学特征,文中利用DEM数据分析了南迦巴瓦峰及其西北、东南两侧和阿萨姆东北部区域的高程频率分布及面积高程积分曲线。结果显示,南迦巴瓦构造结区域属于侵蚀的壮年期,区域构造隆升和剥蚀作用已经达到高度平衡的状态,受到高原气候影响,该地区剥蚀作用相对较弱,表明南迦巴瓦构造结区域目前隆升相对缓慢。西北、东南侧以及阿萨姆东北部区域地貌均表现为年轻的演化阶段,属于侵蚀的幼年期,阿萨姆东北部地区地貌更接近幼年期早期阶段。西北侧的地貌演化阶段反映了区域侵蚀能力较小,仍属于高原气候区;南迦巴瓦峰东南侧至阿萨姆区域受到南亚热带季风的影响,降雨充沛,遭受强烈的侵蚀作用,区域尚属于侵蚀的幼年期,且阿萨姆东北部地貌发育程度更低,表明南迦巴瓦构造结以东地区构造隆升非常强烈,隆升速率最大的地区位于阿萨姆东北部。文中认为,在现今印度板块向N推进的模式下,喜马拉雅东构造结核心部位(隆升中心)向SE发生了偏移,新的核心部位可能位于阿萨姆东北部区域,该地区隆升强烈,构造应力积累发生大地震的可能性较大。     

东印度洋Roo海隆区域属性及其俯冲区域响应特征

东南亚巽他弧形汇聚板块俯冲构造体系是全球最为活跃的板块汇聚边界地带之一,早期研究认为巽他弧俯冲体系主要发育俯冲增生型板块边缘,以典型的增生棱柱体弧前隆起地貌为主要特征;最新研究发现东印度洋沃顿海盆圣诞岛海底火山群省最东段Roo海隆已经随板块运动到达爪哇海沟区域,与巽他弧其他区域正常洋壳俯冲过程相比,Roo海隆凸起构造在巽他弧体系中触发了不同的俯冲地质过程.本文结合前人研究成果,全面梳理认识Roo海隆区域属性特征,包括海隆岩性与年代学特征、起源争议、“隆-沟”区域俯冲深部结构特征;进一步增强对弧前早期俯冲侵蚀过程的理解,包括局部增生棱柱体前缘碰撞侵蚀凹陷、弧前隆起差异性抬升、弧前盆地挤压破碎变窄;并首次利用二维多道地震资料解释,探讨弧后盆地对“隆-沟-弧-盆”新俯冲构造格局的响应特征.目前弧后肯登-马都拉海峡盆地内正在发生新一期挤压构造运动,我们认为其发育的浅层挤压背斜构造特征是Roo海隆凸起构造形成的垂直正交快速高角度新俯冲构造格局下弧后盆地内的直接构造变形响应.