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龙门山是青藏高原周边最陡的地形梯度带,其晚新生代有限的构造缩短与现今高陡的地貌特征引起了国内外研究者的广泛关注。前人研究表明,山脉如果失去内动力(例如构造活动、岩浆活动)的持续作用,将很快被外动力地质作用(例如剥蚀作用、风化作用)剥蚀消减。龙门山及其邻区处于季风气候带内,大气降水充沛,发育了大量水系,造成了地表侵蚀强烈,然而,地表侵蚀作用并没有消减龙门山高陡的地貌。因此,龙门山造山带是如何维持现今高陡的地形梯度特征?2008年汶川Ms8.0级地震是世界上最大的陆内逆冲型地震之一,地震诱发了大量的滑坡,引起地表大规模和快速的重力侵蚀。汶川地震及其同震滑坡为理解龙门山造山带晚新生代的地貌演化提供了重要启示。
针对上述问题,本文主要分3部分内容进行研究:
(1)龙门山大地震滑坡侵蚀速率。选择地震滑坡较为集中的岷江流域作为研究区,根据震后的高精度遥感图像解译和野外考察,获取地震滑坡的基本信息,计算滑坡的空间分布面积以及地震滑坡所剥蚀的地表物质量。结合特征地震的复发累积时间,对岷江流域地震滑RTK-GPS速率进行估算。同时分析地震滑坡对千年尺度和百万年尺度侵蚀速率的可能影响。
(2)龙门山地表水系对地震滑坡的短期和长期响应。大量滑坡物质进入河道,河流形态以及河流水动力条件势必发生变化。通过对典型地区震后三年的高分辨率遥感影像解译、详细的RTK-GPS微地貌测量和野外调查,分析河流形态对地震滑坡的短期响应,探讨龙门山地表水系形态对地震滑坡的长期响应,进而研究地震滑坡与河流地貌演化的关系。
(3)龙门山大地震滑坡物质的河流卸载时间的定量研究。估算地震滑坡物质的河流卸载时间将有助于对青藏高原东缘大地震、滑坡侵蚀和地貌演化之间关系的认识。为此利用Meyer-Peter和Müller公式估算河流对地震滑坡物质的卸载时间,探讨地震滑坡物质的卸载对龙门山晚新生代构造地貌演化的可能影响。
本文初步取得如下4点认识:
(1)地震滑坡平均侵蚀速率约为0.5-0.8mm/yr。这大于通过宇宙成因核素手段获取的龙门山地区岷江流域震前千年尺度的侵蚀速率(0.2-0.3mm/yr),而与低温热年代学获取的百万年尺度的侵蚀速率(0.5-0.7mm/yr)一致。研究认为地震滑坡对不同时间尺度侵蚀速率影响机制可能不一样,可能对百万年尺度的侵蚀速率有贡献,而对千年尺度的侵蚀速率影响可能有限。
(2)河流携带的地震滑坡物质可能是影响龙门山地区水系形态变化的重要因素,在龙门山河流地貌演化过程中可能包含着“地震滑坡-增强侵蚀下切-形成深切河谷-河流恢复侵蚀平衡”这一系列河流动力学过程。
(3)如果以位于龙门山构造带内的岷江河段现有的搬运能力计算,并且岷江可以有效地搬运汶川地震滑坡物质,那么地震滑坡物质至少需要3100yr才能被岷江卸载出龙门山。有研究表明龙门山构造带中段类似汶川Ms8.0级大地震的复发周期约为3000yr左右。暗示大地震产生的同震滑坡物质可能在相同时间段内被河流卸载作用平衡,被搬运出龙门山构造带。
(4)除了周期性大地震造成的地表抬升累积外,周期性大地震相关的地表侵蚀物质快速卸载所驱动的地壳均衡反弹及诱发的深部地幔对流会造成龙门山的隆升作用,这可能是龙门山晚新生代隆升的重要地球动力学机制之一。