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  • 2018年, 38卷, 第01期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 山前挠曲盆地沉积相变化对地层对比和气候变化记录的关键控制:模型与应用——以临夏盆地为例
    方小敏
    2018, 38(01): 1-14+295.
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    山前挠曲盆地是大陆上最常见的盆地之一,在我国西部和青藏高原及其周边广泛发育,其最大特点是盆地基底在相邻山地冲压下会产生显著挠曲下沉和冲断褶皱,并严格控制了盆地构造和地层与沉积相的发育,是开展新生代尤其第四纪盆地地层以及地层记录的气候变化研究的关键区域。然而该类盆地地层和沉积相变化很大,在开展地层长期气候变化和地层对比研究时容易产生严重的偏差。本文以临夏盆地的精细研究为例,概括出山前挠曲拗陷盆地的构造地层和沉积相时空演化模型,以及它们如何控制地层的对比和古气候记录的产生,以期为我国新生代古气候研究中遇到的大量地层年代争论和古气候记录矛盾的解决提供借鉴。
  • 帕米尔构造结中新生代构造地貌演化及对塔里木盆地海退的影响
    曹凯, 麦洪涛, 王国灿, 张克信
    2018, 38(01): 15-38.
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    对帕米尔构造结中新生代构造变形和地貌演化过程的精细约束是揭示青藏高原造山历史和动力学机制,以及中亚古环境变迁控制因素的关键。文章重点总结了近十年来与帕米尔中新生代构造地貌演化,以及塔里木盆地新生代海侵海退相关的研究成果,包括主要断裂构造、穹窿埋藏和剥露、岩浆变质作用,刻画了帕米尔-西昆仑从二叠纪末期到中新世中晚期的构造地貌发展的动力学过程。研究表明,帕米尔-西昆仑山脉从三叠纪-侏罗纪早期就已经出现,经历了中生代中晚期和新生代早期的活化造山和晚渐新世-中新世向外和向上生长过程。帕米尔构造结始新世的构造变形比较微弱,其地壳的强烈增厚始于37～35 Ma,帕米尔向北的大规模楔入和弧形构造的形成均发生在晚渐新世(约27～25Ma)以来。晚渐新世-早中新世是帕米尔构造结强烈变形期,大型断裂的初始活动、岩石剥露和岩浆变质可用印度板块断离引起的地壳物质向南北两侧双向楔冲的动力学模型来解释。帕米尔-西昆仑山前的塔里木盆地分别经历了约41～40 Ma和39～37 Ma两次幕式向西的海退过程。特提斯洋最终退出塔里木-阿莱依-塔吉克盆地的时间(约39～37 Ma)与中帕米尔始新世岩浆作用及中-南帕米尔地壳开始强烈增厚的时间(约37～35 Ma)略有重叠,暗示构造对塔里木盆地最终海退可能存在一定影响。但从长时间尺度来看,中亚地区海侵和海退震荡波动与气候变化引起的全球海平面升降变化的规律是一致的,说明气候变化对塔里木海退的长期影响。据此,特提斯洋最终退出塔里木盆地可能是帕米尔地壳加厚和气候变冷引起的全球海平面下降共同作用的结果,而构造和气候对塔里木海退的相对贡献则还需要进一步评估。
  • 第四纪悸动:来自柴达木盆地构造增强的证据及其对多圈层的响应
    于祥江, 郭召杰, 张道伟, 张永庶
    2018, 38(01): 39-53.
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    本研究通过详细的野外工作、钻井资料分析、内流盆地填充基本特征分析,广泛综合前人的研究成果,对柴达木盆地第四纪构造活动及其地质意义进行分析和总结。柴达木盆地中下更新统普遍卷入构造,盆地边缘沉积速率的显著分异,以及盆地总体平均沉积速率的显著增加和在第四系中广泛出现的巨厚砾石层,都显示柴达木盆地第四纪以来构造活动显著增强,是奠定柴达木盆地现今构造样式和地貌形态最为重要也是决定性的事件。第四纪以来由冰川活动所引起周缘山地的大规模物质剥蚀卸载过程和柴达木盆地巨量沉积加载过程,可能是引起该地区第四纪以来构造增强的重要诱因。
  • 柴达木盆地早始新世大暖期古土壤中赤铁矿和针铁矿的定量分析及其气候意义
    赵晨蕾, 王朝文, 姬凯鹏, 赵璐璐, 宋博文, 殷科, 洪汉烈
    2018, 38(01): 54-66.
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    赤铁矿和针铁矿是古土壤中常见的两种风化产物,定量研究赤铁矿和针铁矿有利于了解成壤时期古气候特征。文章利用可见光波段的漫反射光谱法对早始新世大暖期期间柴达木盆地大红沟剖面路乐河组古土壤中的铁氧化物矿物进行了定量分析。测试结果清晰显示了赤铁矿和针铁矿的存在,其中赤铁矿含量约在0.09～17.16 g/kg之间,针铁矿的含量大致为0.13～24.6 g/kg;针铁矿(Gt)相对赤铁矿(Hm)平均含量较高(Gt/Hm变化范围0.04～34.34,平均值约为2.18),且数据存在较大波动。古土壤在早始新世大暖期时经历了3个阶段的古气候变化,早期古降雨量偏高,针铁矿/赤铁矿平均值为3.06,数据波动明显,指示相对温暖湿润且干湿波动大的气候条件;中期时古降雨量稍低,针铁矿/赤铁矿平均值降低至1.75,指示相对干旱的气候条件;晚期时古降雨量增加,针铁矿/赤铁矿平均值升高至1.80,指示相对温暖湿润的气候条件。其中早期的路乐河组古土壤对应了全球早始新世气候大暖期的峰值,路乐河组古土壤整体的古气候特征是对全球早始新世气候大暖期的区域响应。
  • 青藏高原北部柴达木盆地中新世菌孢子变化及其意义初探
    苗运法, 吴福莉, 方小敏, 王梓莎
    2018, 38(01): 67-75.
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    孢粉学-气候环境变化研究往往只注重高等植物孢子花粉(孢粉)的组合变化,对孢粉提取物中通常存在的一类低等植物孢子菌孢子的报道却很少,其类型和含量变化特征以及可能蕴含的古气候环境信息有待发掘。位于青藏高原北部的柴达木盆地西部(柴西)中新世KC-1孔是探讨晚新生代亚洲内陆气候环境变化的重要钻孔,本文首次建立了该钻孔中菌孢子的变化序列并尝试探讨其气候环境指示意义。结果表明:菌孢子类型较为单调,以单体型(single-celled)为主,其他类型比如双体型(double-celled)和多体型(multi-celled)含量很少;菌孢子浓度变化在18～5Ma之间整体呈现增加趋势。推测这种增加的趋势可能与持续变干的气候有关,即在变干背景下,湖体盐度的增高增强了还原环境,从而有利于菌孢子的保存。其中,菌孢子浓度在14 Ma和10 Ma呈现两阶段增加的特征,前者与全球中中新世气候最佳期的结束对应;后者则与该地区进一步的变干以及青藏高原强烈的构造运动导致沉积环境更加有利于菌孢子的富集有关。综上,菌孢子的含量变化可能同样有利于解译过去气候环境变化,是孢粉学研究中不宜忽略的部分。
  • 柴达木盆地西部第四纪气候变化和流域风化
    杨一博, 方小敏, Albert Galy, 杨戎生
    2018, 38(01): 76-85.
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    长期以来关于构造隆升、气候变化和大陆化学风化的相互关系存在诸多争议。在气候和构造相互作用典型区域建立高精度大陆化学风化序列是解决上述科学问题的有效途径之一。位于青藏高原东北缘长期封闭的柴达木盆地,其独特的位置和连续的沉积使其成为研究构造隆升、气候变化和大陆化学风化的理想场所。本文以柴达木盆地西部千米深钻SG-1钻孔高质量的连续细粒湖相岩芯为研究对象,使用盐类矿物的硫酸根和钾离子含量、碳酸盐锰含量和硅酸盐化学蚀变指数(CIA)和Nd同位素分析,重建该区第四纪以来湖泊流域气候变化过程和硅酸盐化学风化及可能的物源变化。结果表明柴达木盆地西部第四纪以来流域物源相对稳定,流域整体呈现出气候干旱化、流域硅酸盐风化强度减弱、湖水盐度增加和湖面降低的长期一致性演化过程;上述演化进程在2.2Ma到2.0 Ma期间短暂加强,在约1.2 Ma和约0.6～0.5 Ma出现逐步加强趋势。过去60万年,柴达木盆地西部在冰期存在的相对高湖面时期与黄土高原粒度指标反映的冬季风减弱阶段可以很好对比。北大西洋海表温度反映的高纬过程是长时间尺度(>10~5年)驱动柴达木盆地西部气候变化和流域硅酸盐风化强度变化的主要因素;西伯利亚高压系统和西风系统的“跷跷板关系”可能是冰期-间冰期或者更短尺度影响柴达木盆地西部气候变化的主要因素。
  • 柴达木盆地中的砂楔及其意义
    吴吉春, 盛煜, 赵林, 王生廷
    2018, 38(01): 86-96.
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    冰楔假形和原生砂楔是指示古冻土发育的重要证据。两者虽然具有相似的外观形态,但形成过程不同,在反映古气候、古环境和古冻土演化等方面具有不同的指示意义。在利用地层中的楔形构造推测古环境时,确定其类型是正确解读其环境意义的前提。本文讨论了柴达木盆地发现的楔形构造,通过楔形围岩和充填物中的一些微结构判断其属于原生砂楔,进而探讨了这些砂楔代表的环境意义和多年冻土发育状况。柴达木盆地中的砂楔主要形成在末次冰消期的Heinrich 1(H1)和Younger Drays两次降温事件期间。这表明,末次冰消期,柴达木盆地地表几乎全部被风沙覆盖,处于极端干旱的沙漠环境,年平均气温较现在降低6℃左右,多年冻土下界较现在下降了约1000m。然而,多年冻土并没有占据整个盆地,在盆地中部和南部保留着大片融区,据此推测,即使末次冰期时期,柴达木盆地仍然保留一定面积的融区。末次冰期以来,青藏高原主体和祁连山两大现代多年冻土区并没有通过柴达木盆地连成一片。
  • GDGTs揭示的西宁盆地中中新世环境变化
    郭海超, 陈炽皓, 白艳, 方小敏, 张伟林
    2018, 38(01): 97-106.
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    西宁盆地关家山剖面微生物细胞膜脂的生物标志化合物甘油二烷基甘油四醚类脂物(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,简称GDGTs)古温度指标MATmr记录了从16.8 Ma到13.4 Ma的持续降温过程(下降约5.1℃),与全球深海氧同位素记录的中中新世气候适宜期(MMCO)及其后的中中新世气候转型(MMCT)事件一致,揭示了西宁盆地古温度在此期间受全球温度变化控制。其环化参数CBT′重建的古pH值(CBT'-pH)平均为6.56±0.50,且80%样点的干旱指标R_(i/b)(古菌类异戊二烯型isoprenoid GDGTs(简称iGDGTs)与细菌支链型branched GDGTs(简称bGDGTs)相对含量比值)小于0.5,表明西宁盆地在此期间整体上处于较为湿润的环境,但是在14.0 Ma和14.8 Ma,R_(i/b)值记录了两次干旱事件。总之,虽然在古温度绝对值计算等问题上仍存在一定困难,GDGTs展现了在西宁盆地乃至青藏高原东北部在新近系甚至更老地层中应用的潜力。
  • 青藏高原东北缘尖扎盆地碳酸盐含量及其古环境意义
    席建建, 符超峰, 孟媛媛, 王祎
    2018, 38(01): 107-117.
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    尖扎盆地地处青藏高原的东北缘,位于青藏高原寒旱区、西北内陆干旱区和东部季风区的交汇地带,同时又处在东亚季风和西风环流的汇聚地带,属于气候极度敏感区域,盆地内部沉积了巨厚且连续的新生代沉积物。青海省尖扎县城西面的加让剖面主要以风成红粘土沉积为主体,但发生过多次沉积微相变化,夹杂有短暂的湖相及河流相沉积。红粘土中主要的碳酸盐矿物由方解石和白云石组成,通过对红粘土中方解石和白云石含量的实验测定,将方解石含量变化曲线和磁化率变化曲线进行对比分析,可将厚度为361 m的加让剖面经历了11.8-5.8 Ma沉积序列划分为以下4个气候阶段:11.8～9.8Ma气候干冷期;9.80～8.57 Ma气候温暖湿润期;8.57～6.15 Ma气候温暖湿润期及6.15～5.80 Ma气候干冷期。在约8.57 Ma沉积物方解石含量和磁化率急剧变化,由于青藏高原的隆升,夏季风明显加强,约7.2 Ma之后,夏季风的变化受高原隆升、全球变冷和北极冰盖扩张综合影响。白云石含量在10～8 Ma变化显著增加,可能是由于这一时期青藏高原快速隆升,盆地周缘山脉风化剥蚀加快,近源物质增多所致。
  • 醋酸提取沉积物非碳酸盐来源Mg的实验探究——以西宁盆地中中新世-上新世沉积地层为例
    阮笑白, 杨一博, 方小敏, 杨戎生, 叶程程
    2018, 38(01): 118-129.
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    古环境研究中沉积物碳酸盐成分的提取常使用不同浓度的稀醋酸进行。已有的研究表明沉积物的非碳酸盐组分也会对稀醋酸提取组分产生一定影响。查明非碳酸盐组分对稀醋酸溶解Mg的贡献十分重要,可为碳酸盐化学组成定量研究提供必要的约束,也是进一步开展沉积物碳酸盐Mg同位素研究的基础。然而目前对稀醋酸提取非碳酸盐来源Mg的研究尚十分缺乏。本研究选取了5个来自西宁盆地莫家庄剖面中中新世-上新世沉积地层碳酸盐含量各异的沉积物样品开展醋酸溶解非碳酸盐来源Mg的实验研究。实验结果表明,全岩样品的稀醋酸提取组分含有非碳酸盐来源的Ca和Mg,特别是在低碳酸盐含量(<1%)样品中,非碳酸盐组分的影响十分显著。进一步的多相态连续提取实验表明,交换态和硅酸盐是醋酸提取组分非碳酸盐Mg的主要来源。较高Mg/Ca比值的硅酸盐和交换态端元与低Mg/Ca比值的方解石端元混合,可以解释各样品醋酸提取组分的Mg/Ca比值与Ca、Mg含量成分特征。醋酸提取组分相对较高的Mg/Al比值及其变化表明硅酸盐Mg可能主要来自非晶格位置Mg的溶解(如粘土层间)。醋酸提取组分中的Mg/Al比值显著高于全岩沉积物本身的Mg/Al比值,所以不宜采用固定的全岩沉积物元素比值或者标准物质成分(如上部大陆地壳、标准页岩)来校正在醋酸提取组分中硅酸盐溶解对Mg的贡献。
  • 晚始新世古红河流域变化:来自思茅盆地早新生代地层碎屑锆石U-Pb年代学证据
    颜茂都, 陈毅
    2018, 38(01): 130-144.
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    青藏高原东南部地区新生代时期是否存在一个连接青藏高原与南海的大陆规模古水系系统一直广受争议。本文以红河南侧云南思茅盆地为研究区,通过对盆地内古新世-渐新世地层的沉积学和碎屑锆石U-Pb年龄谱分析,并与邻区已有相关结果对比分析,以揭示古水系的演化。结果表明:古新世-晚始新世等黑组砂岩的碎屑锆石U-Pb年龄谱展示出190～240 Ma、260～280 Ma、450～540 Ma、1700～1900 Ma和2400～2600 Ma等多年龄组的组合特征,而晚始新世-渐新世勐腊组砂岩碎屑锆石U-Pb年龄谱表现出一个显著高峰年龄谱,集中在220～240 Ma。等黑组碎屑锆石年龄谱与邻区的可可西里、松潘-甘孜、北羌塘、义敦和扬子西部碎屑锆石年龄谱具有可比性,与区域地层、岩相古地理证据共同指示古新世-晚始新世存在连接青藏高原与南海的古红河水系。勐腊组不同年龄峰值区间数量的减少说明物源区明显缩小,其年龄组与思茅盆地西侧的临沧花岗岩的年龄较为接近,指示其可能物源为临沧花岗岩,表明晚始新世-渐新世期间古红河失去了其北部上游大部分流域。综合古高度与区域构造等地质学证据,我们推测晚始新世期间,青藏高原东南部地区响应印度-欧亚板块碰撞开始发生红河断裂左行走滑和兰坪-思茅地块顺时针旋转等,导致连接青藏高原与南海的古红河水系失去了其上游的大部分流域,现代红河格局形成。
  • 金沙江寨子村古堰塞湖沉积年代研究
    朱正峰, 苏怀, 董铭, 明庆忠, 史正涛
    2018, 38(01): 145-150.
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    近年来,金沙江金江街寨子村古堰塞湖沉积受到学术界的日益关注。总体来说存在两种认识,一种认为这套沉积物是早更新世昔格达古湖沉积(昔格达组)的一部分,它可以反映古金沙江的袭夺演化历史,另一种观点认为它是一套堰塞湖沉积,具有沿河分布的特点,且存在残存的堵江堰塞滑坡坝体。然而这些认识目前都缺少年代学数据的支撑。为此,我们采用光释光(OSL)测年技术,选择地层界线出露相对完整的沿江小学剖面(26°14′54.034″N,100°25′32.114″E)系统地进行了地层学、年代学研究。结果发现,寨子村古堰塞湖沉积整体覆盖在金沙江第二级阶地上,在靠近残余堰塞坝体处厚度较大,逐渐向上游尖灭。其顶部OSL年龄为93 kaB.P.,底部为110 kaB.P.。堰塞湖沉积之上有约2 m厚的黄土堆积,其下部发育一层古土壤,古土壤顶部OSL年代为73 kaB.P.,表明寨子村古堰塞湖沉积形成于晚更新世,不是先前推测的早更新世,与学术界广泛认为的昔格达组不属于同一时代地层,因此难以记录早更新世古金沙江的袭夺演化历史。
  • 长江第一弯河段阶地特征及年代学研究
    陶亚玲, 常宏, 强小科
    2018, 38(01): 151-164.
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    通过DEM及野外调查,提取和分析长江第一弯河流阶地的空间位置及分布特征,认为在河流弯曲及宽阔河段阶地的保存范围大于其他河段;根据阶地序列年代学研究提出,长江第一弯河段T_1和T_2堆积阶地分别形成于9～12 ka和15～20 ka,这两级最新阶地分别形成于不同的气候背景。T_2开始堆积于末次冰盛期(LGM),下切于15 ka前后;而T_1堆积于全新世初期的大暖期,下切于9 ka前后。而且,两级阶地均存在向断裂方向的上翘,河谷摆向断裂上升盘的相反一侧;河流下切速率也向着断裂方向增大。因此,河流阶地的形成应该受到构造因素的控制,而气候作用对河流下切有明显的影响。
  • 芦山盆地水系与层状地貌面的构造响应及其指示意义
    王林, 李文巧, 苏鹏, 梁朋
    2018, 38(01): 165-182.
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    基于芦山盆地之内的天全河(R1)、老场河(R2)、灵关河(R3)、西川河(R4)、沫河(R5)这5条横穿芦山地震震区河流的水系及相关层状地貌面的构造响应,反演了芦山盆地山前逆冲断层的构造运动。基于Google Earth影像、国产高分卫星数据(GF2)以及SRTM-30 m的DEM地形数据,首先对水系及层状地貌面进行了遥感解译和野外考察验证,然后基于GIS平台的构建多重缓冲区、生成离散化点集以及空间投影等主要技术方法最终生成了能够反映出水系河床、层状地貌面顺河同步地形变化的综合剖面,并利用野外差分GPS实测验证了剖面图结果的准确性。综合剖面揭示出芦山盆地内的河流两侧普遍发育了5级层状地貌面,而且水系河床上主要发育着两类构造成因的裂点,第一类裂点主要沿着芦山向斜西北翼边缘的走向分布,是由于向斜西北翼相对于向斜核部的整体抬升而形成的,而第二类裂点主要在芦山向斜内部分布,是由于芦山向斜内次级活动褶皱的逆冲运动而形成的。芦山盆地内的构造裂点对层状地貌面的空间分布具有“割裂”效应,不同宽谷洼地之内的层状地貌面往往以构造裂点为界各自独立地分布。随着双石-大川断裂对芦山向斜推挤作用的增强,芦山向斜从西南部的复式向斜转变为东北部的单式向斜并直至最终尖灭,并有可能形成了一条盲逆断层,而芦山地震的发震构造应该与之密切相关。
  • 雅鲁藏布江大拐弯地区河流地貌参数揭示的地质构造意义
    李晓峰, 王萍, 王慧颖, 童康益, 杨光
    2018, 38(01): 183-192.
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    雅鲁藏布江大拐弯地区的构造活动与河流侵蚀作用都十分强烈。利用数值地貌参数对构造抬升的敏感响应,本文对雅鲁藏布江中、下游流域的DEM数据进行了地貌参数的提取。通过对雅鲁藏布江及其支流的面积-高程积分和河流陡峭系数的分析,结合区域降雨量及岩性分布特征,探讨了不同区段地貌参数变化所蕴含的构造活动信息。研究发现雅鲁藏布江大拐弯地区的隆升活动具有明显的差异性,南迦巴瓦峰东部和北部的隆升活动强度高于西部,喜马拉雅构造结东端的隆升中心存在向北扩展、向东迁移的趋势,尤其以加拉至墨脱河段的岩石隆升最为强烈。加查裂点与南迦巴瓦裂点均位于隆升块体的西边界,横向构造隆升可能控制了裂点的形成和稳定。
  • 地貌形态指标揭示的北天山乌鲁木齐河流域新构造活动特征
    武登云, 张天琪, 程璐, 王振, 吕红华, 郑祥民
    2018, 38(01): 193-203.
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    如何从现有的地貌形态定量提取构造活动信息是构造地貌研究的重要内容。乌鲁木齐河是天山北麓发育的主要河流之一,构造上可分为天山主脉、后峡断陷、南山隆起和山前坳陷等4个构造分区。本文运用河流坡降指标SL和Hack剖面以及标准化坡降指标SL/K等地貌计量指标,结合地层岩性等信息,探讨了乌鲁木齐河流域4个构造分区的新构造活动特征。结果显示,乌鲁木齐河流域干流全河段Hack剖面形态上凸,同时均衡坡降指标值(K)较高(K=531),表明其目前构造仍较为活跃;天山主脉和南山隆起分区干流河段Hack剖面曲线形态表现为上凸,显示分区内部处于相对强烈的构造隆升状态;后峡分区除局部因规模较大的支流汇入导致干流河段SL/K异常偏高外,其整体Hack剖面曲线形态趋于下凹,表明其内部构造活动性较弱;在南山隆起和山前坳陷过渡带,受准噶尔南缘断裂带的影响,干流河段的Hack剖面曲线形态表现为“上凸下直”,表明这部分河段目前尚处在向新均衡剖面调整的阶段;乌鲁木齐河流域干流河段SL/K在多处出现了异常高值,研究表明这和构造活动、岩性改变、支流汇入有关。
  • 活动造山带地区河流阶地与下切速率及其时空分布样式
    张金玉, 刘静, 王伟, 唐茂云, 李占飞
    2018, 38(01): 204-219.
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    河流下切带动区域地貌的演化,因此河流下切速率及其时空分布样式是解析构造、地表过程和气候变化之间广泛相互作用的关键切入点之一。根据阶地的保存状况,利用河流阶地的累积下切量和下切时间可以直接测得千年到百万年时间尺度的下切速率。鉴于此河流下切速率是链接不同时间和空间尺度上地貌侵蚀速率的关键所在,并具有较精细的时空分辨率。计算河流下切速率时,累积下切量上限是阶地基座的拔河高度,下界最优选择是低级阶地基座,而累积下切时间的最佳约束是尽量靠近阶地基座的冲洪积物的沉积时间;运用河流下切速率获得岩石抬升速率和区域构造变形量时,通常假定区域地貌处于均衡状态,河流下切速率代表着岩石抬升速率。但是由于气候变化,河流下切过程具有较强的时空不稳定性,导致这些假设经常失效。此外,河流加积和下切的转换与第四纪冰期-间冰期的变化并不一定存在时间上的一一对应关系,这可能是由于河流裂点的溯源迁移以及河流对气候变化的响应方式与强度存在差异。因此,实际工作中需要多方面获得不同时空尺度和分辨率的构造变形、气候变化以及地表过程的基本信息,借助地貌数值模拟程序,定量解析构造、气候和地表过程之间的广泛而复杂的相互作用。
  • 非均衡河道高程剖面及其蕴含的构造活动信息
    王一舟, 张会平, 郑德文, 李朝鹏, 肖霖, 李又娟
    2018, 38(01): 220-231.
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    活动造山带的河流水系深受区域构造活动影响,记录了丰富的构造活动信息。水力侵蚀方程将构造抬升、河流侵蚀与地形变化相结合,使得可以从河流高程剖面中恢复区域的隆升历史。传统的研究主要利用稳态方程计算河道陡峭系数来表征区域隆升的空间分布特征。随着数学物理方法和计算机技术的发展,越来越多的学者开展了对非稳态方程的研究。这些研究主要包括:1)依据裂点溯源迁移模型,计算裂点迁移速率(包括垂直和水平分量),以此估算流域的地貌响应时间;2)对于满足线性条件(河流侵蚀速率与河道坡度呈线性关系)的流域,求得线性非稳态方程的解析解,以此模拟区域隆升历史;3)对于非线性的情况,一般假设区域隆升速率不随空间变化,计算非线性方程的解析解,并据此判别不同时期的构造活动的信号是否可以被全部保留在河道上,即判断是否存在构造信息丢失。对于隆升速率随时间和空间均存在变化的情况,如何求解这一类方程,是一大难点,也是水力侵蚀模型今后的发展方向。
  • 青藏高原东缘龙门山构造带晚第四纪构造隆升作用的河流地貌响应
    闫亮, 李勇, 赵国华, 梁明剑, 颜照坤, 邵崇建, 李奋生, 云锟, 马超, 张威
    2018, 38(01): 232-246.
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    基于ASTER GDEM数据,提取了青藏高原东缘龙门山地区12条基岩河道纵剖面,通过河流纵剖面形态的数学函数拟合、坡度-面积双对数函数关系以及基岩水力侵蚀模型的分析,探讨了龙门山北、中、南段不同河流水系地貌对其晚第四纪构造隆升运动的响应过程。研究表明:1)龙门山地区的河流纵剖面拟合形态中段多为对数型、指数型,南段多为指数型、直线型,北段均为对数型,表明了龙门山中段和南段的河流受构造运动的控制作用强烈,隆升较快,而北段隆升相对较慢。2)河流水力侵蚀模型中段多呈直线型和上凸型,南段均为上凸型,北段则呈直线型,表明了龙门山地区的河流水系地貌具有由SW向NE逐渐从前均衡状态向均衡状态转换的特征,指示了其构造隆升速率也由SW向NE逐渐递减。3)河流地貌的参数值表明了龙门山北段的河流地貌处于均衡状态,而龙门山中、南段的河流地貌则受构造隆升运动的影响较强;反映了青藏高原东缘向东扩展的时空格局。
  • 龙门山北东段山前断裂第四纪构造活动性与构造地貌特征
    谢小平, 白毛伟, 陈芝聪, 柳伟波, 席书娜
    2018, 38(01): 247-260.
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    在Landsat遥感图像解译、ASTER GDEM数据处理、地形图分析、地质图分析和地貌剖面制作的基础之上,结合野外构造地貌考察与观测,对龙门山北东段山前区域内的构造地貌进行了定量、半定量分析,研究发现沿山前发育的水系及其演化、河道形态、河床高程、冲积扇展布均与大规模逆冲断裂有关,河流阶地不对称分布说明龙门山北东段山前断裂在扩展过程中存在着由北东向南西迁移的特征。通过宇宙核素成因埋藏年龄测试技术测定了古冲积扇的形成年龄,并利用古冲积扇的高程差异及扇根间距计算了龙门山北东段的第四纪活动速率,表明自1.73 Ma、0.54Ma以来,龙门山北东段山前逆冲断裂的隆升速率分别为0.06mm/a、0.09mm/a;右旋走滑速率分别约为2.31 mm/a、1.48 mm/a。
  • 大地震对龙门山构造带剥蚀-风化-碳循环的深远影响
    金章东, 汪进, 李根, 张飞
    2018, 38(01): 261-272.
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    构造运动对地表剥蚀、硅酸盐风化、长尺度碳循环以及气候系统的影响一直存在争论和不确定性。其主要原因在于,已有关于“构造-风化-碳循环-气候变化”耦合的证据主要基于河水化学计算的和海洋沉积物记录的硅酸盐风化以及有机碳输移通量,一直缺乏对构造事件前后剥蚀、风化通量的直接观测和对比研究,更不清楚构造运动对流域侵蚀和风化过程影响的幅度、范围及持续时间。龙门山位于构造活动活跃的青藏高原东缘,是学术界长期关注的热点区域,拥有大量的基础资料与背景数据。发生于龙门山地区的2008年汶川地震和2013年芦山地震引发了近8万个山体滑坡;这些滑坡体快速向河流系统输送大量碎屑物质,极大地影响了地表过程,为评价构造事件对流域剥蚀和风化的影响提供了非常珍贵的机会。文章通过定量评估地震滑坡对流域侵蚀、河流颗粒有机碳(POC)输移和河水溶质的影响及持续时间,结合滑坡体积与地震震级和复发频次关系,提出了地震滑坡对以龙门山为代表的活跃造山带长时间尺度剥蚀速率控制的新机制。结果表明,在2008年汶川地震之后的5年里,龙门山地区主要河流的悬浮物通量较地震前增加了3～7倍,指示了地震滑坡对流域侵蚀的直接贡献;清空单次地震产生的龙门山地区细颗粒滑坡物质需要几十年至数百年、粗颗粒则可能需要数千年,而滑坡密度和高强度径流是控制滑坡物质搬运时间的主要因素。通过模拟建立了龙门山地区地震震级-滑坡体积与复发频次的关系,计算得到该地区理论上的长时间尺度平均地震滑坡剥蚀速率,约为0.5～1.0mm/a。这一理论值与宇宙成因核素和低温热年代学获得的长尺度剥蚀速率大致相当,并且汶川滑坡的空间分布与测得的长尺度剥蚀速率的空间分布相似,这表明在构造时间尺度上,龙门山构造带的剥蚀通量很可能主要是由地震引发的滑坡碎屑物质持续提供的,为解释构造活跃区的高剥蚀通量提供了一个全新的机制。与地震滑坡剥蚀同步的是河流现代POC和河水溶质的成倍增加。汶川地震造成岷江上游杂谷脑河现代POC供给增加了2～4倍,且只有少部分会被氧化降解;同时,震后岷江河水碱度和硅酸盐风化通量则增加了4倍左右,由此造成的CO_2消耗通量和~(87)Sr/~(86)Sr比值分别增加了4.3±0.4倍和0.000644±0.000146。本研究将构造活动与长时间尺度山脉剥蚀、流域风化和碳循环直接地联系到一起,为“构造-风化-碳循环-气候变化”耦合提供了直接有力的观测证据和基于滑坡的全新机制解释。如果其他的地震也有类似汶川地震引发的有机碳埋藏和硅酸盐碳消耗成倍增加的双重碳汇效应,那么地震及其引发的滑坡可能在调节长时间尺度大气CO_2和全球气候中的确起着重要的作用。
  • 青藏高原周缘流域尺度土壤产生方程的铀同位素破碎年龄学证据
    李乐, 李来峰, 李高军
    2018, 38(01): 273-277.
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    剥蚀速度与风化带深度的关系是理解构造和气候影响化学风化的关键。在土壤剖面尺度,经典土壤产生方程表明剥蚀速度随着土壤深度的增加呈指数级下降。但是,剥蚀速度与土壤厚度的关系在流域尺度还不明晰。细粒物质的(~(234)U/~(238)U)比值记录了颗粒自破碎以来经历的时间,受控于土壤厚度与物理剥蚀速度的比值,可能为研究流域尺度的土壤产生过程提供新的手段。本研究调查了青藏高原及其周边多个地貌单元河流沉积物的铀同位素破碎年龄。结果表明,流域尺度上土壤颗粒破碎年龄与剥蚀速度的关系符合经典土壤产生方程的预测。
  • 青藏高原流域岩石风化速率及其控制机制——以贡嘎山地区典型地质背景小流域研究为例
    蒋浩, 徐志方, 赵童, 刘文景
    2018, 38(01): 278-286.
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    以青藏高原东缘贡嘎山地区30余个典型地质背景小流域为研究对象,在河流水体物质来源定量辨识的基础上,估算了流域岩石风化速率,并系统分析了高原流域风化速率与物理剥蚀速率、径流量和温度之间的关系。雅家河西岸、加则拉、雅家河东岸以及大渡河东岸流域的硅酸盐岩风化速率(SWR_(cat))平均值(范围)分别为2.49(0.40～6.93)t/km~2/a、3.20(2.20～3.90)t/km~2/a、0.74(0.50～0.90)t/km~2/a以及2.63(0.70～9.40)t/km~2/a;TDR的平均值(范围)分别为332.85(31.03～2231.23)t/km~2/a、66.92(38.5～167.7)t/km~2/a、10.82(8.49～13.79)t/km~2/a以及36.27(8.49～176.50)t/km~2/a。研究区SWR_(cat)流域面积加权平均值为2.1 t/km~2/a。研究表明,硅酸盐岩风化速率受物理剥蚀和气候等多种因素的共同影响,这些小流域岩石风化控制机制可分为“运移限制(transport-limited)”和“风化限制(weathering-limited)”。在“运移限制”下的小流域,其化学风化速率取决于物理剥蚀速率,化学风化主要受流域的物理剥蚀所控制;而在“风化限制”下,其化学风化速率主要受风化反应动力学所控制,与温度、径流量等气候因子有关。