黑河流域关键带表层风化强度及其影响因素研究

论文摘要

基岩风化体现了构造与气候对地貌演化过程的共同作用。晚新生代的强烈构造抬升和干旱的气候条件,使得祁连山成为研究基岩风化与地貌演化过程的理想场所。本研究以源于祁连山的黑河流域为靶区,开展关键带表层基岩风化强度的空间变化特征及其影响因素的研究。以期通过基岩硬度值（R值）和风化壳化学元素的分析,获取黑河流域物理风化作用与化学风化作用的空间变化,并通过潜在的地形与气候因子分析,明晰了影响风化过程的主要因素,进而讨论了结果所揭示的地貌演化意义。本研究在黑河中上游选取了35个样品采集区进行R值采集,并在其中20个样品采集区同步进行坡面风化样品的采集。通过分析R值与总剥蚀速率、岩性、地形因子和气候因子的相关关系,CDF（Chemical Deletion Fraction）与总剥蚀速率、地形因子和气候因子的相关关系,结果显示:（1）R值大致可以代表研究区内总剥蚀速率的空间变化特征,景观发育符合“风化限制”;岩石类型、坡度、局地高差、NDVI以及年均降水量对R值的影响有限;气温在介于4℃到-3℃之间和介于-3℃到-8℃之间与R值的关系出现了转折,R值随着海拔的变化在2 400 m与3 800 m处同样发生了转折,这两种关系充分体现了R值的垂直地带性特征;（2）CDF随着总剥蚀速率呈现的变化特征可能符合边界效应递减规律;矿物供应与滞留时间两个因素导致CDF随着坡度和局地高差的变化表现出先增加后减小的趋势;黑河流域的CDF表现出明显的垂直地带性变化,表明化学风化强度的空间变化受到气温、植被、降水以及土壤发育状况等环境因素的综合影响。依据以上研究结果获取的认识,我们进而探讨了黑河流域风化特征所指示的地貌演化意义。我们首先利用寒冻风化模型（Frost cracking model）计算了寒冻风化指数（frost cracking intensity,FCI）,发现LGM以来的平均FCI随海拔的变化趋势可以很好的解释R值在海拔上的变化趋势。因此,我们认为黑河流域的基岩风化过程受控于寒冻风化作用,气候变化通过温度调节地貌过程,并且在“风化限制”区地貌过程对气候变化的响应存在滞后性。鉴于R值和CDF值均存在较明显的垂直地带性,通过比较分析R值、CDF以及FCI随海拔呈现的变化趋势后,发现黑河流域的坡地演化在“风化限制”情境下进行时,物理剥蚀速率抑制着化学风化速率,区域的化学风化过程应符合动力限制模式;而当坡地演化在“搬运限制”情境下进行时,二者相互促进,区域的化学风化过程应符合供应限制模式。意味着干旱半干旱造山带中抬升-风化假说在受“搬运限制”的海拔范围内成立,而在分布范围更广的“风化限制”区域,抬升-风化假说的理论前提并不成立。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 基岩风化作用的定量化研究进展
•     1.2.1 地球关键带科学与风化壳表层结构
•     1.2.2 基岩风化程度的定量化研究方法
•     1.2.3 风化壳化学风化强度的定量化研究方法（τ与CDF）
•   1.3 风化过程定量化国内外研究进展
•   1.4 论文研究内容、拟解决问题和技术路线
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 拟解决问题
•     1.4.3 技术路线
• 第二章 研究区概况
•   2.1 自然地理概况
•     2.1.1 地貌特征
•     2.1.2 气候
•     2.1.3 土壤与植被
•   2.2 地质概况
•     2.2.1 断裂带
•     2.2.2 岩性与地层
• 第三章 样品采集与研究方法
•   3.1 数据采集
•     3.1.1 基岩硬度值的采集
•     3.1.2 坡面风化壳样品采集
•     3.1.3 地形因子与气候因子的计算
•   3.2 施密特锤的数据处理方法
•   3.3 化学风化指标及元素分析方法
•     3.3.1 元素地球化学分析
•     3.3.2 化学损耗分数-CDF
•     3.3.3 主微量元素的测试原理及实验方法
•   3.4 小结
• 第四章 基岩硬度值的空间分布特征与控制因素
•   4.1 基岩硬度值的基本特征和空间变化
•   4.2 基岩硬度值的潜在控制因子的空间变化
•   4.3 影响R值的潜在控制因子分析
•     4.3.1 流域平均R值与剥蚀速率及岩性对比
•     4.3.2 R值与地形因子、气候因子的分析比较
•   4.4 小结
• 第五章 化学风化的空间分布特征及其控制因素
•   5.1 坡面风化壳的化学元素基本特征
•   5.2 影响CDF的潜在控制因子分析
•     5.2.1 CDF值与剥蚀速率的对比分析
•     5.2.2 CDF值与地形因子、气候因子的对比
•   5.4 小结
• 第六章 黑河流域风化作用特征的地貌演化启示
•   6.1 黑河流域基岩硬度空间变化揭示的地貌演化意义
•   6.2 黑河流域化学风化特征揭示的地貌演化意义
•   6.3 小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈立萍

导师: 胡小飞,耿豪鹏

关键词: 黑河流域,关键带,风化,基岩硬度值,化学损耗分数

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,地质学

单位: 兰州大学

基金: 国家自然科学基金重点项目(41730637),国家自然科学基金-面上项目(41571003),国家自然科学基金-青年科学基金项目(41501002),兰州大学祁连山研究院开放课题

分类号: P512.1;P931.1

总页数: 76

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