北天山及其前陆河流下切速率空间模式研究

发布时间：2020-04-01 23:16

【摘要】：地貌侵蚀速率的定量化是研究地貌演化及其与气候变化、构造运动之间耦合关系的关键。一直以来,关于新生代全球侵蚀速率变化的研究一直是讨论热点,其中山地是全球沉积物的重要来源,山地侵蚀在很大程度上控制着山脉演化,因此备受关注。作为造成造山带侵蚀的最主要外动力之一,河流下切对造山带地形演化起着非常重要的作用,而精细的河流下切速率有助于揭示地形演化的控制因素及其相互作用。近年来,得益于地理空间分析技术(Geographic Information System,GIS)的发展,构造地貌过程研究由定性进入了半定量和定量化阶段,使得定量地貌侵蚀速率研究变得可能。基于数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),根据现今地形和依据残余地貌标志重建的古地形之间的高程差异估算平均侵蚀速率已成为一种有效的手段。天山是亚洲最主要的、规模巨大的年轻山系之一,其地表形态不仅受构造变形的影响,同时也受到气候因素的影响。天山北缘发育一系列南北流向的河流,出山后河流下切山麓冲积扇、发育多级河流阶地。理想的地层与河流地貌条件,使得北天山及其山麓是开展河流下切速率研究的理想区域。本研究选择天山北缘的奎屯河、金钩河、玛纳斯河和乌鲁木齐河为研究对象,开展了基于古地貌重建的晚第四纪河流下切速率研究。选择的四条河均在山前发育了良好的阶地序列,且前期工作对阶地发育年龄进行了很好的约束。论文首先基于多次野外考察结果和Google Earth卫星影像解译厘清了上述河流在山前发育的阶地序列。进一步基于阶地发育特征(如阶地面平坦、阶地沉积无黄土覆盖等)、阶地年龄结果,选择某级阶地作为参考阶地、利用数字高程模型(DEM)重建该级阶地形成时的古地貌(即古河床)。然后根据现今地形(DEM)和重建的古地貌面之间的高程差异,估算每条河流自参考阶地形成以来的河流侵蚀量(主要考虑河流下切造成的侵蚀),最终结合参考阶地的年代数据,估算目标河流自参考阶地形成以来的平均下切速率。论文按山地区域与山麓分别重建古地形、估算河流下切侵蚀量与下切速率。基于揭示的北天山及其前陆河流下切速率的空间分布特征,本文探讨了岩性、构造和气候(TRMM降水数据)等因素对于河流下切的作用。论文取得以下主要认识:(1)通过野外实地考察、Google Earth影像解译和文献调研,厘清了北天山奎屯河、金钩河、玛纳斯河和乌鲁木齐河山前阶地序列(各河流的阶地序列之间没有对应关系),分别为5级(T_1-T_5)、5级(T_1-T_5)、5级(T_1-T_5)和9级(T_1-T_9)阶地。基于阶地特征与阶地年龄,分别选取奎屯河的T_4阶地(13.4±1.6 ka)、金钩河的T_5阶地(12.6±1.3 ka)、玛纳斯河的T_5阶地(12.4±0.8 ka)和乌鲁木齐河的T_4阶地(12±1.2 ka)作为参考阶地进行古地貌面重建。(2)利用数字高程模型(DEM)空间分析技术和选择的参考阶地,分别重建了四条河山地区域、山麓的古地貌(古河床),进而得到四条河在山地区域自参考阶地形成/废弃以来的河流下切侵蚀量分别为:0.80±0.30 km3(奎屯河),0.22±0.12 km3(金钩河),0.66±0.40 km3(玛纳斯河)和0.07±0.05 km3(乌鲁木齐河);山麓河流下切侵蚀量为:2.22±0.3 km3(奎屯河),1.46±0.19 km3(金钩河),2.08±0.33 km3(玛纳斯河)和0.41±0.10 km3(乌鲁木齐河)。(3)结合参考阶地年龄,估算得到四条河流山地区域自参考阶地形成以来的平均下切侵蚀速率为:4.04±1.47 mm/y(奎屯河),3.53±1.38 mm/y(金钩河),3.38±1.63 mm/y(玛纳斯河)和1.87±1.33 mm/y(乌鲁木齐河);山麓区自参考阶地形成以来的平均下切侵蚀速率为:4.27±0.84 mm/y(奎屯河),2.53±0.41mm/y(金钩河),2.43±0.58 mm/y(玛纳斯河),1.35±0.77 mm/y(乌鲁木齐河)。(4)基于参考阶地古地貌面重建得到的下切侵蚀量、下切速率似乎呈现自西向东递减的趋势,而山前河流下切深度还呈现向盆地方向减小的趋势。经分析认为,岩性和气候(TRMM降水数据)不是控制北天山河流下切速率空间分布特征的主要因素,而构造因素(南北向地壳缩短,其控制山地地形坡度、地势起伏度)起到了重要作用。(5)至少在北天山,地形的空间特征显著受到构造的控制,河流作用过程(特别是河流下切)进一步加剧了天山造山带地形特征的空间分异。
【图文】：

师范大学 2019 届硕士学位论文 第一章越多的研究试图在造山带地质记录（如河流阶地、地层露头、冲积扇沉积找构造、气候和侵蚀过程相互作用构成动态耦合（图 1-1）的证据并诠（e.g., Burbank et al., 2003; Pérez-Pe a et al., 2009; Henck et al., 2011; Gu 2016; Lu et al., 2018; 张会平等, 2006）。

论文研究技术路线
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P931;P542;P467

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本文编号：2611089