發(fā)布時(shí)間：2020-08-17 15:51

【摘要】：地球表面是地球深部巖石圈和外部大氣圈、水圈、生物圈之間的主要分界面,在地球物質(zhì)循環(huán)體系中占有非常重要的地位。受到氣候和構(gòu)造共同影響和控制的地表侵蝕作用塑造著地球表面的地形地貌,同時(shí)又是連接表層氣候變化和深部構(gòu)造活動(dòng)的重要紐帶,因此地表侵蝕在地球科學(xué)研究中至關(guān)重要。量化地表侵蝕過(guò)程是研究氣候和構(gòu)造耦合關(guān)系必不可少的前提,同時(shí)也是探討構(gòu)造活動(dòng)造山帶隆升歷史、地形演化以及地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題的重要一環(huán)。過(guò)去的幾十年里,數(shù)字地形高程模型以及侵蝕速率量化技術(shù)的飛速發(fā)展極大促進(jìn)了地表侵蝕方面的研究�；谶@些新的技術(shù)手段,國(guó)外內(nèi)眾多學(xué)者對(duì)地表侵蝕過(guò)程和侵蝕速率已開(kāi)展了大量的工作并獲得了一定的成果,使人們對(duì)地表物質(zhì)運(yùn)移過(guò)程以及氣候-侵蝕-構(gòu)造耦合關(guān)系有了更深一步的理解和認(rèn)識(shí)。盡管如此,仍有一些地表侵蝕問(wèn)題缺乏足夠的研究而未能得到很好的共識(shí),為此本文選取了其中三個(gè)方面的地表侵蝕問(wèn)題在青藏高原東緣開(kāi)展了部分研究和探討。青藏高原東緣一方面受到新生代以來(lái)印度-歐亞大陸的碰撞而具有較強(qiáng)的構(gòu)造活動(dòng)性,同時(shí)受東亞季風(fēng)和山地氣候控制而具有多變的氣候特征,因此是研究氣候-侵蝕-構(gòu)造耦合關(guān)系的理想場(chǎng)所,同時(shí)也是研究青藏高原生長(zhǎng)過(guò)程及隆升機(jī)制的重要區(qū)域,除此之外,其多樣的地形地貌也使得其成為研究不同地表侵蝕過(guò)程的絕佳天然實(shí)驗(yàn)室。位于青藏高原東緣的龍門山地區(qū),具有地形梯度大、起伏度高、坡度陡等地形地貌特征,這與汶川地震震前GPS數(shù)據(jù)得到的低水平縮短速率形成了明顯的對(duì)比,這也引發(fā)了青藏高原東緣的隆升機(jī)制究竟是下地殼流動(dòng)還是上地殼脆性縮短變形的爭(zhēng)論。要探討這一問(wèn)題,需要理清淺層活動(dòng)斷裂系在龍門山縮短抬升中起到了多大的作用,以及構(gòu)造與侵蝕是如何共同塑造該地區(qū)地形地貌的。為此,我們?cè)邶堥T山地區(qū)開(kāi)展了詳細(xì)的地形特征和地表侵蝕速率研究。通過(guò)龍門山南段15個(gè)不同流域的現(xiàn)代河沙~(10)Be濃度,我們獲得了該地區(qū)不同空間上千年尺度的平均侵蝕速率,結(jié)合已發(fā)表的中段河沙~(10)Be結(jié)果以及龍門山地區(qū)已有的低溫?zé)崮甏鷮W(xué)數(shù)據(jù),本文提出深部構(gòu)造斷裂活動(dòng)性是控制龍門山地區(qū)侵蝕速率空間分布特征的主導(dǎo)因素,而氣候因素對(duì)侵蝕速率的影響微乎其微。另外,我們的結(jié)果顯示新生代晚期南段的大川-雙石斷裂、鹽井-武隆斷裂以及中段的映秀-北川斷裂是龍門山斷裂系中活動(dòng)性最強(qiáng)的斷裂,而斷裂幾何特征以及斷裂滑動(dòng)速率是該地區(qū)地表變形和地形演化的主控因素。2008年Mw 7.9汶川地震在龍門山地區(qū)導(dǎo)致強(qiáng)烈地殼變形的同時(shí)引發(fā)了巨量同震滑坡,極大加速了該地區(qū)的地表剝蝕和河流侵蝕。然而,目前尚缺乏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)定量研究滑坡物質(zhì)的運(yùn)移以及河流侵蝕速率隨時(shí)間的演化規(guī)律,這些對(duì)理解龍門山前緣物質(zhì)的再分配以及強(qiáng)震對(duì)活動(dòng)造山帶地形塑造的作用至關(guān)重要;同時(shí),也為研究偶然強(qiáng)侵蝕事件在造山帶長(zhǎng)期演化過(guò)程起到多大的作用提供了難得的機(jī)會(huì)。在汶川地震后的6年間,本研究對(duì)滑坡發(fā)育區(qū)多個(gè)流域進(jìn)行了震后河流侵蝕速率研究。通過(guò)多期次定點(diǎn)現(xiàn)代河沙采樣和石英~(10)Be濃度測(cè)試,并與震前已發(fā)表的河沙~(10)Be濃度對(duì)比后發(fā)現(xiàn):震后同震滑坡發(fā)育區(qū)河沙石英~(10)Be濃度較震前明顯降低,且其降低程度與流域內(nèi)滑坡面積比最為相關(guān)。結(jié)合其它研究本文認(rèn)為與河流相連的滑坡體是震后河流運(yùn)移的主要物源,而通過(guò)~(10)Be計(jì)算得的河沙運(yùn)移量顯示震后運(yùn)移量增加為震前的1-6倍,隨著時(shí)間的演化河沙運(yùn)移量逐漸降低并在震后幾年-幾十年內(nèi)恢復(fù)到震前水平。本文認(rèn)為震后滑坡物質(zhì)大部分并未被帶入到河網(wǎng)體系中,而是停留堆積在坡面,并在震后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)影響著流域內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)移體系。另一方面,考慮到地表剝蝕引起的地殼均衡反彈效應(yīng),類似汶川地震的強(qiáng)震更可能有利于龍門山的隆升;而震間和同震產(chǎn)生的構(gòu)造變形以及地表剝蝕在空間上具有互補(bǔ)性,兩者共同影響和控制著龍門山地區(qū)的地形演化。非穩(wěn)態(tài)地貌是近幾年研究的熱點(diǎn),在非穩(wěn)態(tài)侵蝕地貌中,裂點(diǎn)遷移速率控制著流域內(nèi)山坡侵蝕的邊界條件,并使得流域逐漸趨于穩(wěn)態(tài);而分水嶺的遷移控制著流域的邊界條件,且有助于或者阻礙著河流剖面向穩(wěn)態(tài)方向的發(fā)展。裂點(diǎn)和分水嶺遷移速率的對(duì)比是探討非穩(wěn)態(tài)地貌演化的基礎(chǔ),但是目前仍缺乏足夠的量化研究,位于青藏高原東緣的力丘河流域?yàn)檠芯窟@一問(wèn)題提供了良好的場(chǎng)所。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在力丘河流域,分水嶺的遷移速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于裂點(diǎn)遷移速率,甚至低于一個(gè)數(shù)量級(jí)。這表明在流域向穩(wěn)態(tài)狀態(tài)方向發(fā)展時(shí),外部河流對(duì)流域的掠奪速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)部河流的自我調(diào)整速率,因此其對(duì)流域地貌的影響是非常小的。但是,需要注意的是河流襲奪可能會(huì)減慢內(nèi)部河流的自我調(diào)整速率從而增強(qiáng)外部河流對(duì)流域地形地貌的改造作用。通過(guò)以上研究,我們對(duì)青藏高原東緣侵蝕速率展布特征、強(qiáng)侵蝕偶然事件、非穩(wěn)態(tài)地貌演化等幾個(gè)地表侵蝕過(guò)程有了更為全面的認(rèn)識(shí),這有助于我們今后進(jìn)一步的探討青藏高原構(gòu)造-侵蝕-氣候三者之間的耦合關(guān)系,地形地貌的演化歷史,以及深部的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P931
【圖文】：

深部巖石圈和外部大氣圈、水圈、生物圈之間的系中占有非常重要的地位。受到氣候和構(gòu)造共同影著地球表面的地形地貌，同時(shí)又是連接表層氣候變（圖 1.1；例如，Molnar and England, 1990; Raym et al., 1997; Pinter and Brandon, 1997; Avouac a., 1999; Willett, 1999; An et al., 2001; Beaumo al., 2001; Zhang et al., 2001; Hartshorn et al., 2002ve, 2003; Thiede et al., 2004; Willett et al., 2006a; 08a; Berger and Spotila, 2008b; Whipple, 2009; God010; Molnar and Rajagopalan, 2012），因此地表侵蝕

多變的氣候特征，因此形成了當(dāng)今最為引人注目的瞬態(tài)地形地貌。藏東緣主要分布了5條主要的河流，從南至北依次為大渡河、青衣江、岷江、涪江和嘉陵江（圖1.2a）。不同的地貌地形特征（圖1.2c和1.2d）和高梯度降雨分布（圖1.2b）使得青藏高原東緣成為了研究氣候-構(gòu)造耦合關(guān)系的一個(gè)非常理想的場(chǎng)所，同時(shí)也是研究瞬態(tài)地貌演化和其它地表侵蝕過(guò)程的天然實(shí)驗(yàn)室。青藏高原東緣陡峭的地形6

（2.3）和（2.3）給出了由特征坡面長(zhǎng)度 LH，物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù) K 和速率的函數(shù)，并且已經(jīng)在青藏高原東緣（Ouimet et al., 2脈（DiBiase et al., 2010）等地區(qū)的實(shí)地研究中得到了驗(yàn)線性傳輸模型，侵蝕速率和地形坡度之間的關(guān)系也可以用Roering et al., 1999,2001; Ouimet et al., 2009），在這一模時(shí)，沉積物通量與地形坡度和擴(kuò)散系數(shù)呈線性關(guān)系，而當(dāng)沉積物通量則逐漸趨向于無(wú)限值。更詳細(xì)的介紹請(qǐng)參考 Ouimet 等（2009）。程積分

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2795521