黑河流域关键带表层风化强度及其影响因素研究

发布时间：2020-05-27 12:52

【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。
【图文】：

兰州大学硕士学位论文 黑河流域关键带表层风化强度及其影响因素研究长情况（李小雁, 2011, 李小雁和马育军, 2016）。地貌学中，研究者们认为当岩石圈遭受风化作用，物质循环开始并参与到地貌塑造过程中时，大部分径流水源会在关键带内储存并传输（Montgomery, et al. 1997），，促进化学元素的迁移、积淀过程在关键带内完成（宋贤威等, 2016; 刘金涛等, 2019）。

技术路线流程图
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P512.1;P931.1

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本文编号：2683563