三角剪切断层传播褶皱在祁连山北缘断裂中的应用:以黑河口断层为例

逆冲断层运动学过程研究可为造山作用和盆地演化提供重要的信息。位于青藏高原东北缘的祁连山北缘逆冲断裂（NFT）是一条主要的边界断裂,控制着祁连山晚新生代以来的隆升变形,但对于该断裂系统的运动学过程缺乏研究。甘肃张掖西南莺落峡附近,黑河口断层（祁连山北缘断裂的一部分）穿过红沙沟并导致其阶地面错断和褶皱变形。为了研究该区域褶皱变形特征和断层运动学过程,我们首先在红沙沟区域进行了详细的野外考察并对变形的地层和阶地面进行了测量,然后通过数值模拟方法来验证褶皱模型。红沙沟保存有9级河流阶地,利用差分GPS对阶地面的高程进行了测量,同时在野外测量了部分地层的产状。多处断层剖面表明该区域变形属于基底卷入的构造类型,另外变形的阶地面在近断层处表现出明显的褶皱形态。结合阶地面变形特征以及地层的变形,三角剪切断层传播褶皱模型被初步用于该区域构造变形的解释。模型模拟得到自T5、T6和T7形成以来断层滑动量分别是 44±7m、59±10m和 164±28m;结合T6年代得到自约9万年以来该断层的平均滑动速率为 0.68±0.19mm/a,垂直分量为 0.58±0.13mm/a。根据地层与阶地变形特征,并结合模型模拟结果,我们认为祁连山山前基底断层卷入的构造中,在断层出露地表之前,断层顶端存在一个分散式的三角形变形区,区域的应力状态控制着下伏地层和上覆地貌面的褶皱变形。     

西北干旱区黄土-古土壤磁化率变化特征

对祁连山东段黄土-古土壤环境磁学的研究表明,在这一地区黄土-古土壤沉积中主要的磁性矿物是磁铁矿型矿物,而磁化率的增强与黄土-古土壤序列并不匹配,且存在着由剖面底部向上逐渐升高的趋势。我们认为在铁磁性矿物种类没有变化的情况下,西北干旱-半干旱区磁化率的这种增强很可能是磁性颗粒物粒度变化或者来源相关的磁性颗粒含量的变化所引起。     

祁连山东段剥蚀面与青藏高原隆升

祁连山北麓广泛分布着一级剥蚀面, 它是山地阶段性隆升的产物. 通过对剥蚀面之上砾石层中细砂物质的ESR测年以及黄土地层的古地磁测定, 认为祁连山东段的剥蚀面最终解体于1.4 Ma BP. 这与邻近区域陇西盆地的剥蚀面解体时代(1.8 Ma BP)有所差异, 这或许是第四纪期间青藏高原阶段性隆升在区域间存在着差异特征的重要表现.     

晋陕峡谷北段晚新生代河流演化初步研究

晋陕峡谷黄河形成的时代是地学界十分关注的科学问题,长期存在比较大的意见分歧,至今没有得到比较好的解决。山西保德地区发育一套晚中新世-早上新世的河湖相沉积,年代为>8.3～3.7Ma, 地貌与地层分析表明,它们是唐县期夷平面的相关沉积。河湖相地层所含砾石层的组构和岩性统计揭示,当时汇入古湖的河流是发源于周围抬升区的短小河流,形成一个局地规模的湖泊水系。晋陕峡谷北段唐县期夷平面之上分布两期红粘土覆盖的河流砾石层,形成年代分别在4.9Ma前和3.7Ma前; 砾石组构和岩性统计揭示,它们所指示的河流流向向北,与黄河流向相反,是一个不同于现代黄河的古河流,它将保德古湖水系与河套盆地联系起来。3.7Ma前,强烈的地面上升导致河湖相沉积结束和唐县期夷平面抬升,风成红粘土堆积其上,地形起伏增大,河流溯源侵蚀加剧,水系进入重新组织阶段; 1.2Ma前,黄土高原南部的河流将原北流水系袭夺,黄河形成; 最近1.2Ma的强烈地面上升,导致黄河不断下切并发育多级阶地,逐渐形成现代壮观的深切峡谷地貌。     

祁连山北部基岩河道宽度对构造和岩性的响应

活动造山带基岩河流地貌研究,目前已成为构造地貌学研究的前沿和热点。河道宽度形态的调整变化是基岩河流响应构造、岩性和气候等扰动的重要方式之一。通过研究祁连山北部地区6个重点流域基岩河道的宽度形态发现：河道宽度总体上呈现出东西向和南北向的变化特征,河道向下游增宽的速率,东段地区显著高于中段地区,低山带显著高于高山带;对比河道宽度的变化特征与构造抬升速率及岩性抗蚀性的变化,可以推断：在祁连山北部地区,基岩河道宽度响应构造抬升和岩性抗蚀性的变化进行了系统地调整,构造抬升控制了流域河道宽度变化的总体趋势,而岩性抗蚀性变化则导致了流域内部局部河段河道宽度的大幅波动。在祁连山北部地区开展的基岩河道宽度形态研究,为利用基岩河道形态研究造山带的构造变形奠定了基础,对于探索构造抬升背景下地貌的发育过程具有十分重要的意义。

     

祁连山北缘老君庙背斜晚新生代磁性地层与高原北部隆升

河西走廊新生代沉积敏感地记录了青藏高原北部的构造隆升过程. 酒泉盆地玉门老君庙剖面高分辨率磁性地层研究表明, 疏勒河组胳塘沟段和牛胳套段的年龄分别为>13~8.3 Ma和8.3~<4.9 Ma, 玉门砾岩、酒泉砾石层和戈壁砾石层的年龄分别为3.66~0.93, 0.84~0.14和0.14~0 Ma. 岩性和岩相变化表明祁连山自约8 Ma起, 6.6 Ma略有加速, 由较低的高度开始逐步隆起, 盆地沉积从细粒的湖相砂岩-泥岩逐步转变成粗粒的洪积扇沉积, 至约3.66 Ma后, 祁连山开始急剧地整体快速隆升, 并经约<2.94~2.58, <1.8~1.23, 0.93~0.84和0.14 Ma多次阶段性快速隆升, 祁连山最终被抬升到今天的高度.     

金塔南山河流砾石特征指示的青藏高原东北缘地貌演化

青藏高原的隆升扩展不但塑造了高原及其周边的地貌,影响了气候的变化,而且极大地改造了其周缘的水系格局。其中,河流沉积物最直接地记录了河流演化与水系演变的过程。本研究主要利用河流砾石层的沉积特征分析金塔南山地区水系演化对高原东北缘扩展过程的响应。金塔南山顶面普遍沉积一套磨圆度较好、分选较好的河流砾石层,其砾石岩性主要组分为岩屑砂岩、石英砂岩和硅质岩,在局部地区也存在较多的砾岩和灰岩。祁连山北部主要的7条河流出山口主河道的砾石组分统计结果显示砾石岩性主要组分存在较大差异;河流之间的砾石岩性差异很好的解释了金塔南山顶面砾石岩性组分自东向西的变化。根据对比金塔南山顶面砾石组分和祁连山北部主要的7条河流主河道砾石组分中不同抗风化能力岩性的含量与分布,我们认为金塔南山顶面砾石主要来源于祁连山。对金塔南山顶面砾石ab面的测量发现：东段砾石倾向单一,指示古流向为北;而中西段倾向复杂。总体来说,砾石倾向指示的古水流方向是北向。结合砾石岩性组分与分布以及古流向,认为在金塔南山顶面沉积砾石层时,此处的河流处于摆荡状态且河流之间可能有汇合现象,造成局地砾石ab面指示的古流向与整体流向不一致;而后随着中更新世以来金塔南山的抬升,黑河和北大河下切分别形成正义峡和鸳鸯峡,形成两个相对独立和稳定的水系。     

1972-2007年祁连山东段冷龙岭现代冰川变化研究

利用1972年绘制的地形图,1994年Landsat TM遥感影像,2000年中巴遥感影像和2007年获取的ASTER遥感影像为数据源,通过遥感图像处理技术和人工解译对祁连山东段冷龙岭冰川进行研究,分别得到1972年,1994年,2000年和2007年冷龙岭区冰川边界并绘制冰川边界图,进而分析了该区近年来的冰川变化.结果表明:1972-2007年近35a以来冷龙岭冰川全部处于退缩状态,有27条冰川消失,冰川面积减少了23.6%;有后期加速趋势的特征,南坡比北坡退缩幅度要大.     

阿尔金山东段河道陡峭指数对区域隆升差异的响应

阿尔金山东段是青藏高原北部边界带的重要组成部分,其构造活动特征及隆升信息是研究青藏高原隆升机制的重要内容。随着地貌学的深入研究,河道陡峭指数作为一种地貌参数可以对区域构造隆升有较好反映。本文提取了阿尔金山东段地区自西向东5个亚区域（A、B、C、D和E）的16条河道陡峭指数剖面,并利用数理统计学方法对其进行统计分析,揭示该区域的构造活动特征。研究表明,这5个亚区域区内的河道陡峭指数均值分别为70.93、139.03、108.85、134.44和165.39,整体表现出河道陡峭指数从西到东逐渐增大趋势;通过对区内地层、降雨量及河道负载程度、基岩隆升等因素的分析,认为区内河道陡峭指数主要受到基岩隆升影响,而上述其他因素影响有限。各亚区域间河道陡峭指数的变化反映了区域内隆升活动性的差异性：阿尔金山东段隆升活动性整体为北高南低、东高西低特征,山脉北部主要承接来自青藏高原内部挤压应力,而东西方向上存在阿尔金构造带与祁连构造带衔接部位,断层性质由近东西向水平走滑逐渐转换为北东向的挤压逆冲,存在明显应力调整与转换。

     

河西走廊近50年来地表水资源时间序列的小波分析

小波分析（wavelet Analysis）是时间-频率分析领域近年来迅速发展的一种新技术,具有多时间尺度、多层次和多分辨的特性。应用小波分析原理对甘肃河西走廊近50a来的径流、降水、气温等影响地表水资源时间序列的因素进行了分析,结果表明,水资源具有多尺度振荡的特点,具有2～4a,5～9a,12～15a,以及20a左右的周期变化。径流与降水和气温具有同步的时间序列,但是它们的主要周期尺度不同。小波分析的应用对河西走廊水资源趋势和预测研究提供了一个新的方法和思路。