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山西霍山山前断裂冲沟S-A双对数图、凹曲指数与陡峭指数的构造响应特征

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地震地质 2017年第6期39卷 1158-1172页

作者：毕丽思何宏林徐岳仁魏占玉石峰孙浩越中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室北京100029 广东省地震局地震监测与减灾技术重点实验室广州510070 中国地震局地震预测研究所北京100036

利用能够反映构造隆升作用与河流下切侵蚀作用之间关系的河流水力侵蚀模型,以小流域性的霍山山前断裂为实验区,基于高分辨率DEM数据,分析了64条横跨断裂发育的冲沟的S-A双对数图、凹曲指数(θ)与陡峭指数(logks);研究了它们对霍山山前... 详细信息

利用能够反映构造隆升作用与河流下切侵蚀作用之间关系的河流水力侵蚀模型,以小流域性的霍山山前断裂为实验区,基于高分辨率DEM数据,分析了64条横跨断裂发育的冲沟的S-A双对数图、凹曲指数(θ)与陡峭指数(logks);研究了它们对霍山山前断裂构造活动的响应特征:1)冲沟的S-A双对数图基本都呈现出明显的上凸特征,这是对断裂区域构造隆升速率大于河流下切侵蚀速率的直观响应;2)冲沟的凹曲指数θ值均侵蚀作用来调整剖面形态;3)冲沟的陡峭指数logks值呈现出老爷顶一带最高,南北两侧较低,而且北部比南部高的分布特征;这在一定程度上指示了霍山山前断裂在老爷顶一带隆升速率最大,南北两侧较低,而且北部隆升速率比南部高。

关键词：霍山山前断裂河流水力侵蚀模型冲沟 DEM S-A双对数图凹曲指数陡峭指数构造响应

白龙江流域构造地貌特征及其对滑坡泥石流灾害的控制作用

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地球科学（中国地质大学学报） 2016年第10期41卷 1758-1770页

作者：苏琦梁明剑袁道阳谢虹吴赵中国地震局兰州地震研究所甘肃兰州730000 四川省地震局四川成都610000 兰州地球物理国家野外科学观测研究站甘肃兰州730000

活动构造是影响地质灾害发生的主要因素之一.利用SRTM-3数字高程模型(digital elevation model,简称DEM)数据,基于ArcGIS空间分析技术及Matlab程序脚本系统提取白龙江流域宏观地貌信息、拟合流域内部7个4级亚流域的S-A图解,并结合流域... 详细信息

活动构造是影响地质灾害发生的主要因素之一.利用SRTM-3数字高程模型(digital elevation model,简称DEM)数据,基于ArcGIS空间分析技术及Matlab程序脚本系统提取白龙江流域宏观地貌信息、拟合流域内部7个4级亚流域的S-A图解,并结合流域内部新构造特征、活动断裂分布、岩性展布特征以及降水条件等系统分析了白龙江流域滑坡泥石流地质灾害发育的控制因素.其中,S-A拟合图形上凸者代表流域内物质的输出量大于输入量,反之,S-A拟合图形下凹者代表流域内物质的输出量小于输入量,而物质输入表现为山体隆升,较大的物质输出量具体表现形式即为突发事件形成的滑坡、泥石流灾害;另外区域构造运动控制下的强烈褶皱破碎甚至糜棱化或半糜棱化岩层分布也是地质灾害发生必不可少的条件.受上述因素综合影响,本区地质灾害通常发生在高程突变、起伏度与切割深度大的高坡度分布区,而由于区域差异隆升所形成的不同的亚流域地貌形态则控制了地质灾害高发区,即物质输出量大于输入量的亚流域内部滑坡泥石流等地质灾害频繁,而输入量大于输出量的亚流域内部并无明显地质灾害分布点.

关键词：白龙江地质灾害地貌河流水力侵蚀模型

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思茅盆地河流地貌特征及其对构造活动的响应

地质科学 2020年第4期55卷 1202-1213页

作者：汝鑫张世涛董有浦段佳鑫吴可王丹张东越昆明理工大学国土资源工程学院地球科学系昆明650031

河流地貌对构造活动具有极高的相关性、敏感性,是研究新构造活动最切实有效的地貌标志之一。本文以30 m分辨率数字高程模型(DEM)为基础,利用ArcMap与Matlab软件提取的河流地貌因子(Horton定律比值和S-A双对数曲线),先后分析了思茅盆地... 详细信息

河流地貌对构造活动具有极高的相关性、敏感性,是研究新构造活动最切实有效的地貌标志之一。本文以30 m分辨率数字高程模型(DEM)为基础,利用ArcMap与Matlab软件提取的河流地貌因子(Horton定律比值和S-A双对数曲线),先后分析了思茅盆地内部的李仙江、藤条江、勐戛河、威远江、南班河和南腊河等的河流地貌特征,揭示新生代晚期强烈构造活动对河流发育的影响。结果表明:1)思茅盆地的河流多沿或平行于走滑断裂发育,低级别河网较好的符合Horton定律中一般河网的发育规律,而沿活动断裂带发育的高级别河网则表现出了明显的偏差;2)各集水盆地S-A双对数曲线均呈凹凸相间排列;3)各集水盆地河道的裂点分布特征与岩性变化不一致,这表明思茅盆地内部高级别河网的发育受岩性变化的影响较小,而主要受走滑断裂活动的影响。

关键词：思茅盆地构造活动河流地貌 Horton 定律河流水力侵蚀模型裂点

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河流纵剖面陡峭指数对庐山构造抬升的指示

地理学报 2015年第9期70卷 1516-1525页

作者：王乃瑞韩志勇李徐生陈刚王先彦鹿化煜南京大学地理与海洋科学学院南京210023

庐山是位于江南造山带北缘的断块山,其抬升过程对于认识本区的构造演化至关重要。利用河流纵剖面的形态参数可以定量估算相对的构造抬升速率。基于5 m分辨率的DEM提取了庐山9条主要河流的纵剖面,依据坡度—面积图确定了裂点类型,结合地... 详细信息

庐山是位于江南造山带北缘的断块山,其抬升过程对于认识本区的构造演化至关重要。利用河流纵剖面的形态参数可以定量估算相对的构造抬升速率。基于5 m分辨率的DEM提取了庐山9条主要河流的纵剖面,依据坡度—面积图确定了裂点类型,结合地质图判别出裂点成因,并利用河流水力侵蚀模型计算了稳定态河段的陡峭指数以及凹曲度。结果显示,庐山的河流基本呈过渡态,以发育数量不等的裂点为标志;垂阶型裂点的形成主要与岩石强度不均一有关,而坡断型裂点是侵蚀基准面下降产生的。坡断型裂点以下的基岩河段具有较大的陡峭指数,表明庐山经历了从早期低抬升速率到晚期高抬升速率的转变。庐山受快速抬升影响的河段,陡峭指数具有南高北低的特点,主要是由于庐山整体抬升过程中南部、北部的抬升速率存在一定差异,亦可能是岩性不同造成的。

关键词：庐山河流水力侵蚀模型陡峭指数构造抬升裂点

循化-贵德地区黄河水系河流纵剖面形态特征及其构造意义

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第四纪研究 2008年第2期28卷 299-309页

作者：张会平张培震吴庆龙陈正位中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

青藏高原东北缘循化-贵德地区晚新生代构造活动强烈,同时晚新生代黄河的发育和演化也提供了研究高原构造隆升扩展以及黄河侵蚀下切过程的理想场所。黄河水系通过调整河流纵剖面的形态在垂向上响应不同的构造隆升以及河床岩性的变化。利... 详细信息

青藏高原东北缘循化-贵德地区晚新生代构造活动强烈,同时晚新生代黄河的发育和演化也提供了研究高原构造隆升扩展以及黄河侵蚀下切过程的理想场所。黄河水系通过调整河流纵剖面的形态在垂向上响应不同的构造隆升以及河床岩性的变化。利用数字高程模型数据,提取黄河水系河流纵剖面形态,利用基岩河道河流水力侵蚀模型(stream-power incision model)为依托,尝试揭示晚新生代以来强烈构造活动在黄河水系河流纵剖面形态特征上的表现。分析发现,在循化-贵德地区岩性分布均匀的新生代盆地内部,黄河水系纵剖面在河流水力侵蚀模型坡度-面积双对数图解中大部分表现为上凸特征,即基岩河道的河床随时间的变化为正值,指示了基岩的隆升速率大于河流的下切侵蚀速率。在河流流经盆地内部不同岩性地区,特别是前新生界地层区,河流纵剖面也表现为一定的上凸特征,表明了新生界与前新生界地层岩性差异对河流纵剖面的控制作用。综合来看,青藏高原东北缘循化-贵德地区黄河水系河流纵剖面形态特征是晚新生代强烈构造活动和岩性差异共同控制的结果,揭示了循化-贵德地区造山系统地形发育仍然处于前均衡或接近均衡状态,同时也从侧面表明青藏高原东北缘地区是整个高原隆升扩展的最新和最前缘部位的时空格局特征。

关键词：青藏高原循化-贵德地区河流纵剖面河流水力侵蚀模型

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基于DEM的活动构造地貌参数研究

基于DEM的活动构造地貌参数研究

作者：毕丽思中国地震局地质研究所

学位级别：硕士

构造地貌是指受构造内动力作用控制,通过内外营力相互作用所奠定的能够反映一定构造特征的地貌形式。研究构造地貌的学科即为构造地貌学。构造地貌学经历了早期的静态构造地貌研究和20世纪60年代以后的动态构造地貌研究。20世纪80年代以... 详细信息

构造地貌是指受构造内动力作用控制,通过内外营力相互作用所奠定的能够反映一定构造特征的地貌形式。研究构造地貌的学科即为构造地貌学。构造地貌学经历了早期的静态构造地貌研究和20世纪60年代以后的动态构造地貌研究。20世纪80年代以后,由于新构造的蓬勃发展,不少学者强调构造地貌主要是新构造活动控制下的地貌。近二十年来伴随着活动构造研究的开展,活动构造地貌,尤其是与地震活动断层有关的构造地貌研究受到国内外学者广泛关注,形成了构造地貌研究的新领域。构造地貌的研究,从本质上说是通过研究各种地貌标志的变形和位错来判断地壳活动特征。在研究方法上,结构形态分析法是构造地貌研究最基本、最常用的方法。由于构造地貌的结构形态可以用很多参数来定量描述,随着高分辨DEM数据的出现以及计算机技术的不断发展,近年来越来越多学者通过定量分析相关地貌参数来研究构造活动,使构造地貌的研究迈上了新台阶。本论文试图选择区域性和小流域性两类参数,在活动块体的大尺度和单一断裂带的小尺度两个层次上开展地貌参数研究。在区域性地貌参数中,分形参数综合描述和反映了地貌特征,它能应用在任何类型、任何尺度上的地貌中,因此本论文利用分形参数分别分析大尺度的鄂尔多斯块体及其周边地区以及小尺度的霍山山前断裂带的分形特征,并根据两研究区的分形特征阐述分形参数的地形意义、地质意义与构造意义。在小流域性参数中,本论文根据霍山山前断裂带的倾滑活动性质以及横穿断裂的冲沟发育特征,选择了河流纵剖面数学拟合函数、基于河流水力侵蚀模型坡度-面积关系以及凹曲指数与陡峭指数、河流坡降指标与Hack剖面等描述河流纵剖面形态的参数来反映横穿断裂的冲沟其发育形态对断裂带活动的响应。 1、地貌的分形参数与地貌分区分形理论为形态、分布或结构极其不规则,但具有自相似性的自然现象的定量描述提供了几何描述方法与数学模型。分形几何可以从整体性和科学性方面对地表形态的综合特征进行定量化描述。计算分形参数的方法很多,本论文采用能很好地适应地形起伏自相仿性以及DEM高程数据栅格格式的直接测量地表分形特征的优良方法—变差函数法,并采用能很好地识别地形空间差异的元分维模型。利用变差函数法和元分维模型分别计算了大空间尺度的鄂尔多斯块体及其周边地区（DEM空间分辨率为90 m）以及小空间尺度的霍山山前断裂地区（DEM空间分辨率为2.5 m）的分形参数—地表分维值与截距值。结果显示,无论是鄂尔多斯块体及其周边大空间尺度的区域还是霍山山前断裂带小空间尺度的地区,分形参数的分布均具有明显的空间差异性与区域分带性。通过K-Means聚类分析法对上述两种类型的研究区进行基于分形参数的地貌区自动划分,结果显示,两研究区所得的分形分区结果与地貌类型、地层分布以及构造特征都具有很好的一致性,而且每一分形分区都具有特征的分形参数值。通过地表分维值与截距值联合定量聚类,鄂尔多斯块体及其周边被群集成五个分形分区:河套盆地和银川盆地（Aa分形区）是地表分维值高值区和截距值低值区,分维值主要为2.8-3.0,截距值主要为0-1;鄂尔多斯块体南部陕北黄土高原区（Bc分形区）的地表分维值主要为2.5-2.7,截距值主要为2.5-3.5;吕梁山、贺兰山、乌拉山等山区（Cc分形区）也是截距值高值区,主要为2.5-3.5,但地表分维值较低,主要为2.4-2.6;鄂尔多斯块体北部库布齐、毛乌素等沙漠区（Db分形区）与渭河、山西盆地带（Dd分形区）都是地表分维值低值区,地表分维值大部分低于2.5,但两区域的截距值差异明显。沙漠区地形起伏较缓,截距值主要为0-1.5,而渭河盆地和山西盆地带的截距值没有明显的优势范围。霍山山前断裂带仅利用地表分维值就达到很好的分区结果,在该研究区本论文得到五个分形分区:霍山中北部地段（A分形区）是低分维值区,分维值主要为2.1-2.3;霍山南部地段（B分形区）的分维值比中北部地段高,主要为2.2-2.4;汾河沿岸的黄土台地（C分形区）具有中等大小的分维值,主要为2.3-2.5;山前洪积扇的地表分维值从后缘到前缘（D分形区）逐渐增大,主要为2.4-2.6,洪积扇的前缘平缓区与汾河冲积区（E分形区）具有全区域最高的分维值,主要为2.6-2.7。本论文从信号波的角度阐述了地表分形特征的地形意义,分形参数反映和描述了地形起伏的形态,地表分维值反映了地形起伏的频率特征,高分维值的地形表现出高频率的起伏,低分维值的地形表现为低频率的起伏,而截距值反映的是地形起伏的幅度大小。此外,本论文还阐述了地质作用与外力作用对地表分维值的影响。构造隆升作用能在长波长上影响地形,使地表分维值降低。侵蚀作用可使地形粗糙化,地表分维值增大。岩层性质是影响侵蚀作用强弱的重要因素,因此地表分维值与岩层性质具有紧密关系。扩散作用与堆积作用使地

关键词：活动构造地貌参数 DEM 鄂尔多斯块体及其周边霍山山前断裂分形地貌分区河流纵剖面数学拟合函数河流水力侵蚀模型坡度-面积凹曲指数陡峭指数河流坡降指标 Hack剖面

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基于DEM的庐山地貌形态定量分析

基于DEM的庐山地貌形态定量分析

作者：王乃瑞南京大学

学位级别：硕士

近年来,外力剥蚀与构造活动之间的耦合关系成为地貌学的研究热点。造山带地貌形态是构造活动、地表侵蚀等内外营力的产物,地貌形态也可以反过来反映内外营力的特征。当前,地貌学研究定量化分析越来越受到重视。随着计算机技术、数字高... 详细信息

近年来,外力剥蚀与构造活动之间的耦合关系成为地貌学的研究热点。造山带地貌形态是构造活动、地表侵蚀等内外营力的产物,地貌形态也可以反过来反映内外营力的特征。当前,地貌学研究定量化分析越来越受到重视。随着计算机技术、数字高程模型以及空间分析技术的发展,地貌学定量化研究得到进一步发展。通过地貌形态的定量分析,可以揭示地貌演化过程以及研究区的构造活动性。庐山地处江南造山带北缘,也是北东向郯庐断裂和北西向襄樊-广济断裂的交汇带南缘。整体上庐山一般被视为地垒式断块山,庐山山体沿着两侧断裂带构造抬升。但庐山的构造样式以及构造抬升过程却存在争议。造山带河流发育受到构造活动的影响,通过研究庐山河流形态特征以及庐山山体的地貌参数,可以间接获取庐山构造活动的信息。本文利用高分辨率(5 m)DEM数据并结合GIS、遥感、Matlab分析提取了庐山的地形因子参数以及河流形态参数。这些参数主要包括三大类:第一类为庐山基本地形因子,包括坡度(Slope)、坡向(Aspect)、地面变率因子(坡度变率(SOS)和坡向变率(SOA))、地形起伏度(RFi)、地表切割深度(Di)、地表粗糙度(Kr)、坡长(L)、高程变异系数(V)、地形曲率(K)等;第二类为流域特征因子,包括河网密度(Dd)、流域不对称系数(AF)、河谷宽高比(Vf)、盆地形态指数(Bs)、面积-高程积分(HI)、河流凹度指数(SCI)等;第三类为河道特征因子,包括河流坡降指数、陡峭度、凹曲度。通过1:5万地质资料以及回弹仪实测的岩石相对硬度,确定了基底性质,并与各参数、指数的空间变化对比,揭示参数、指数变化的控制因素。研究结果显示:(1)庐山北山地形因子具有垂直分带的特征,即山体上部、下部的因子值较小,而中部因子较大。平面上地形因子大体可分为三个区域,北山中部、北山南北侧、南山。北山南北侧地形因子较大,是构造和岩性共同作用的结果,南山上部的地形因子值较大,未出现类似北山中部地形因子的低值区,原因在于北山为整体抬升,中部保留了老地形,而南山整体抬升的同时内部可能出现差异性抬升,老地形因而受到破坏。(2)庐山流域地貌特征参数以及相对构造活动强度Iat显示庐山河流地貌主要受基底(构造和岩性)控制,南山可能存在内部构造差异抬升,但总体上南山各流域的平均构造活动强度与北山的相差不大。(3)河流的坡度-面积对数图证实庐山存在两类裂点,即与基底有关的垂阶型裂点(构造裂点、岩性裂点)以及与基底无关的坡断型裂点(旋回裂点)。坡断型裂点主要出现在北山,是侵蚀基准面下降后河流溯源侵蚀形成的。坡断型裂点的海拔高度相近,是庐山整体构造抬升的良好指示。南山坡断型裂点不甚发育,可能与老地形未能很好保留有关。河流的Hack剖面分析结果也进一步验证了这个推断。(4)利用河流水力侵蚀模型,本文定量分析了庐山构造抬升的相对速率。对河流稳定态河段拟合得到标准化陡峭指数(ksn),流域之间的ksn对比表明庐山的抬升速率可能存在空间不均一性。南山流域的平均ksn值约为168.5 m0.9,而北山的约118m0.9,这表明庐山南山、北山的抬升速率存在差异,南山的抬升速率可能更大。(5)对庐山的地貌形态定量研究表明,庐山的构造抬升经历过两个阶段,即早期的低抬升速率阶段与晚期的高抬升速率阶段。低抬升速率阶段形成了壮年期的地形,而高抬升速率阶段,因侵蚀基准面下降,河流溯源侵蚀形成了峡谷以及坡断型裂点。南山晚期的抬升速率略高于北山,显示南山、北山之间存在差异抬升。北山中部差异抬升不明显,因此在坡断型裂点之上尚能看到早期形成的壮年期地形,南山中部未保留大面积的壮年期的地形,可能与南山内部存在差异抬升有关。

关键词：庐山数字高程模型 Hack剖面河流水力侵蚀模型构造抬升裂点