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J. Geophys. Res.-Earth Surface:青藏高原东北缘大夏河流域瞬时地貌发育特征

2017-03-14

活动造山带地区的地貌发育特征是解开构造隆升、气候演变与地表侵蚀过程之间反馈关系的科学问题的切入点之一,也是模拟地形演化、定量分析地表风化侵蚀以及探讨造山带演化模式的重要参数。长期均衡条件下,活动造山带内部的区域构造隆升与地表侵蚀达到平衡状态,流域盆地内部河流坡度随向下游流域面积的不断增大而逐渐减小,河流纵剖面就表现为相对比较平滑,并呈现为下凹的形态。然而,如果流域盆地内如果存在断裂活动或者气候因素变化将导致差异下切,从而这一均衡状态就会被打破,此时河流纵剖面往往表现为上凸形态,整个地貌系统也会因此进入一种瞬时的不均衡状态。青藏高原东北缘地区是整个高原向外增生和隆升扩展的前缘部位之一(图1),是研究活动造山带构造变形和地貌演化的理想地区。黄河水系及其支流大夏河自1.8 Ma发育后形成多级阶地,成为记录黄河流域水系演化历史、高原隆升和气候变化重要的信息载体。

365娱乐游戏平台新构造与地貌研究室张会平研究员、张培震研究员与合作者在早期有关黄河上游水系演化的基础上,通过构造地貌及其年代学研究手段,结合野外地质地貌调查、数值模拟等研究,获得大夏河流域瞬时地貌发育的基本特征。研究发现,第四纪以来大夏河不断响应高原隆升和侵蚀基准变化快速下切,沿大夏河以裂点方式向上游溯源迁移,控制了流域盆地内的地貌演化进程(图2)。

图1青藏高原东北缘黄河流域溯源侵蚀过程

地貌分析发现,裂点下游地区,地形坡度,起伏及河流陡峭系数较高,10Be宇宙成因核素给出的流域侵蚀速率表现出裂点下游地区是上有的3-10倍,与基座阶地限定的下切速率相一致。在野外量测河流流量、宽度、深度、河道坡度等基础上,研究估算出的河流侵蚀搬运能力也表明裂点之下的河段具有较强的水动力,进一步证实瞬时地貌发育特征。研究分析河道宽度和流域面积后发现,大夏河流域的河道虽处于瞬时调整阶段,但并未表现出明显的变窄趋势,在综合了全球现有河道宽度与流域面积之间的统计关系后,研究提出300-500m/Ma的侵蚀/隆升速率似乎代表了河道宽度响应快速下切和构造隆升的临界值——侵蚀/隆升速率小于这一临界值时,河道有足够时间响应沉积物的补给,河道能够展宽不变窄,而当侵蚀/隆升速率超过临界值,河道沉积物供给变少,河道没有足够时间展宽,河道普遍变窄。

上述研究为认识流域盆地及其内部不同级别水系如何响应构造隆升、气候变化等控制因素提供了新的视角;研究认为在活动造山带地区,河流地貌发育特征和演化过程记录了不同尺度构造、气候以及侵蚀基准的变化信息,因此是理解构造-气候相互作用过程及其机制的基础。区,河流地貌发育特征和演化过程记录了不同尺度构造、气候以及侵蚀基准的变化信息,因此是理解构造气候相互作用过程及其机制的基础。

图2大夏河流域瞬时地貌发育特征

以上研究成果发表在国际权威期刊Journal of Geophysical Research: Earth Surface(Zhang, H., Kirby, E., Pitlick, J., Anderson, R.S., Zhang, P., 2017. Characterizing the transient geomorphic response to base-level fall in the northeastern Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research: Earth Surface 122, 546-572.)
原文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/2015JF003715/full