北天山及其前陆河流下切速率空间模式研究

论文摘要

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（T1-T5）、5级（T1-T5）、5级（T1-T5）和9级（T1-T9）阶地。基于阶地特征与阶地年龄,分别选取奎屯河的T4阶地（13.4±1.6 ka）、金钩河的T5阶地（12.6±1.3 ka）、玛纳斯河的T5阶地（12.4±0.8 ka）和乌鲁木齐河的T4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。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 构造、气候与地表过程
•     1.1.1 气候的作用
•     1.1.2 构造在构造-气候-地表过程耦合中的主导角色
•     1.1.3 地表侵蚀对构造和气候的反馈
•   1.2 地表侵蚀速率研究
•     1.2.1 短时间尺度
•     1.2.2 长时间尺度
•   1.3 河流侵蚀（下切）及其速率
•   1.4 论文选题依据、研究内容与技术路线
•     1.4.1 论文选题依据
•     1.4.2 论文研究内容与工作量
•     1.4.3 论文的技术路线
• 第二章 研究区概况
•   2.1 天山地质演化历史
•   2.2 天山地区气候背景
•   2.3 北天山河流系统与地貌基本格局
• 第三章 研究方法
•   3.1 河流阶地序列分级
•   3.2 古地貌面重建
•     3.2.1 基本原理
•     3.2.2 古地貌面恢复标志的选取
•     3.2.3 古地貌面重建
•       3.2.3.1 山地流域古地貌面重建
•       3.2.3.2 山麓古地貌面重建
•   3.3 河流下切侵蚀量与速率估算
• 第四章 地貌序列与年代
•   4.1 奎屯河
•   4.2 金钩河
•   4.3 玛纳斯河
•   4.4 乌鲁木齐河
•   4.5 本章小结
• 第五章 山地流域河流下切侵蚀量与速率
•   5.1 地形坡度的确定
•   5.2 河流山地下切侵蚀量
•   5.3 山地河流下切侵蚀速率
•   5.4 本章小结
• 第六章 山麓河流下切侵蚀量与速率
•   6.1 山麓河流下切量
•   6.2 山麓河流下切侵蚀速率
•   6.3 本章小结
• 第七章 北天山河流下切速率空间模式探讨
•   7.1 基于不同方法获得的北天山侵蚀速率差异对比
•   7.2 北天山侵蚀（下切）速率空间分布模式的控制因素
•     7.2.1 岩性对河流下切侵蚀的影响
•     7.2.2 气候（降水）对河流下切侵蚀的影响
•     7.2.3 河流侵蚀（下切）和构造因素的密切联系
•     7.2.4 晚第四纪北天山河流地貌演化过程
•   7.3 本章小结
• 第八章 结论与不足
•   8.1 主要认识
•   8.2 不足与展望
• 参考文献
• 研究生期间科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 武登云

导师: 吕红华

关键词: 河流下切速率,河流阶地,古地貌面,晚第四纪,北天山

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学,气象学,地质学

单位: 华东师范大学

分类号: P931;P542;P467

总页数: 99

文件大小: 6588K

下载量: 111