祁连山地貌特征及对青藏高原隆升的响应

摘要

青藏高原在印度欧亚板块碰撞汇聚后开始隆升，并不断向北东扩展，使得祁连山地区成为其向北东方向扩展生长的前缘地区之一。祁连山大地构造上属秦-祁-昆造山带中的祁连山褶皱系，区域内发育若干大型走滑断裂及逆冲断裂。阿尔金断裂带、海原-祁连山断裂带、东昆仑断裂带等大型走滑断裂是祁连山重要的边界断裂，对地貌演化起着重要的控制作用。祁连山GPS速度场揭示研究区内部普遍发生挤压变形，位移矢量从南向北逐渐减小，东西运动分量由西向东逐渐增大，其运动方向也逐渐发生顺时针偏转，直到祁连山东部运动方向已经转为南东。
　　地貌忠实记录了构造活动特别是新构造活动。论文以祁连山地貌特征为研究对象，以宏观地貌和河流地貌为主要研究内容，采用数字高程模型作为基础数据源，利用数字地形分析方法，提取了跨越多条山脉的地形剖面，分析了山脉的空间分布特征;获取了研究区内坡度、坡向、坡度变率、坡向变率等基本地形参数，统计并绘制了祁连山地区的坡谱，分析其坡度组合特征及分布情况;利用GIS技术，提取了研究区特定的地形剖面、边界及河流等的条带剖面，进行地形定量分析;从DEM中提取了研究区的山顶点，对山顶点的高程属性进行统计，分析其属性分异特征及空间分异特征。综合分析结果，获得了研究区的宏观地貌格局。
　　1)祁连山山脉具有定向性和近等距性排列的特点，柴达木山、土尔根达坂山、党河南山、疏勒南山、托来南山在剖面上的间距平均为60km，到了祁连山的东北缘，托来南山、托来山、走廊南山之间的间距缩短为约30km。
　　2)坡谱反映的是坡度的统计属性，量化坡度的数量分布和组合特征，用微观的地形因子来反映宏观的地貌特征，是描述和认识复杂地貌形态特征的方法或手段之一。本文以DEM为数据源，提取了研究区的坡度、坡向、坡度变率、坡向变率，统计其对应的地面面积为因变量构成了祁连山的坡谱。祁连山的坡谱特征表明，坡度组合中斜坡和陡坡占50％，主要分布在山脉，尤其在祁连山北部及青海湖东侧;坡向以北、南西、南、北东为主，占总比例的54.57％。虽然坡度较大，但坡度变率反而较小。图像型坡谱初步揭示了祁连山东西部的地貌差异。
　　3)条带剖面是定量地貌分析的一种常用方法。相比于地形剖面直接获取线下高程值组成一条剖面曲线，条带剖面则是获取条带内高程的统计信息，将地形剖面从线扩展到面，更好的表达隐含的地貌信息。本文利用改进的条带剖面提取方法，获取了整个祁连山以及不同方向的7条规则条带剖面;开发了不规则条带剖面提取工具，提取了沿阿尔金断裂带、祁连山北缘断裂带、柴北缘断裂带、大雪山-托来山4条剖面以及7条河流剖面。分析结果显示了东西地貌分异格局，也为山脉的近等距性观点提供了支撑。最大值曲线代表的山顶面呈现以疏勒南山为中轴向两侧降低而形成一个曲面的特点。
　　4)山顶点组成的山顶面是山脉侵蚀作用的动力面。山顶点平均高程代表了区域内平均重力侵蚀能力。祁连山内的山顶点平均高程为4036m，中数为4201m，有超过50％的山顶点高于平均值，说明重力侵蚀是主要侵蚀形式。研究区山顶点高程服从正态分布，其代表的高程趋势从哈拉湖附近向四周降低，类似穹顶形态，夹持在柴达木地块和阿拉善地块之间，表现为一个受挤压的状态。
　　5)祁连山宏观地貌格局具有过哈拉湖南侧平行于阿尔金断裂带的一条分界线。界线以西，平行岭谷是其主要地貌特征，山脉具有定向性和近等距性分布的特点;以东广大的青海湖盆地、湟水汇水盆地等湖盆及河谷盆地则是主要地貌类型。这种地貌格局与阿尔金断裂带、海原-祁连山断裂带、东昆仑断裂带的左旋走滑直接相关。可以说，阿尔金断裂带、东昆仑断裂带控制了祁连造山带的南北边界，而连接哈拉湖与祁连山北缘的海原-祁连山断裂带对地貌分异起着主要且重要的作用。
　　6)选取了研究区内疏勒河、党河、北大河、黑河、大通河、湟水、布哈河7条河流进行河流地貌特征分析。分析结果显示，从南到北，流域发育程度从高到低，越靠近祁连造山带的前缘，河流发育程度越低，流域较新，说明祁连山的构造抬升是分阶段分区域进行的，不同时期具有不同的构造中心，随着青藏高原的持续隆升，高原东北缘不断扩展，使得构造中心不断北移。构造的活跃直接或间接地导致了河流重组，使得同一条河流不同的河段具有完全不同的拟合函数，河段所处发育阶段也截然不同。处于不同大地构造区的河流同样表现出不同的地貌形态特征，位于北祁连的河流相较于中祁连的河流更活跃。
　　7)流域边界线是流域的最高边缘线，是一条稳定且蕴含地学信息丰富的地形特征线，是对流域分水岭的刻画。相邻流域之间的物质、能量分布差异及流动，必然在流域边界线上留下痕迹，通过绘制流域边界高程剖面，可以获取这些地貌信息，从而对流域发育进行解读。从提取的河流流域边界高程剖面来看，不仅可以识别河流袭夺遗留的垭口，还可以识别断裂通过的位置。
　　综合而言，祁连山现今地貌格局是在原有地貌基础上，在晚新生代遭受青藏高原持续隆升对东北缘北东向的挤压作用下的产物。后期构造和早期构造继承扮演了不同的角色。不同时期具有不同的构造中心，当前的构造活跃地带位于祁连山北缘，显示了青藏高原不断向北东生长的特点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 青藏高原地貌研究现状

1．2．2 祁连山地貌研究现状

1．3 研究主要内容及创新点

1．3．1 研究目的、内容及方法

1．3．2 创新点

1．4 数据来源

1．4．1 DEM数据

1．4．2 其他数据

第2章 祁连山地质构造背景

2．1 大地构造

2．2 新生代构造特征

2．3 主要断裂带

2．4 祁连山GPS速度场

第3章 祁连山宏观地貌特征

3．1 祁连山的定向性和等距性

3．2 坡谱特征

3．2．1 坡谱

3．2．2 坡谱特征提取

3．3 条带剖面

3．3．1 条带剖面提取方法

3．3．2 祁连山地区条带剖面的提取

3．4 不规则条带剖面

3．4．1 不规则条带剖面提取方法

3．4．2 祁连山地区不规则条带剖面的选择与提取

3．5 山顶点的分布及高程趋势

3．5．1 山顶点

3．5．2 山顶点的提取

3．5．3 山顶点的空间分异特征

3．6 小结

第4章 祁连山河流地貌特征

4．1 河流地貌提取

4．1．1 河流纵剖面形态

4．1．2 Hack剖面及SL参数

4．1．3 面积高程积分HI

4．1．4 流域边界高程剖面

4．2 河流地貌特征

4．2．1 疏勒河地貌特征

4．2．2 党河地貌特征

4．2．3 北大河地貌特征

4．2．4 黑河地貌特征

4．2．5 湟水、大通河地貌特征

4．2．6 布哈河地貌特征

4．3 小结

第5章 祁连山地貌过程对青藏高原隆升的响应

5．1 青藏高原东北缘晚新生代的构造变形过程

5．2 祁连山宏观地貌特征对隆升的响应

5．3 祁连山河流地貌特征对隆升的响应

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

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