青藏高原东缘龙门山南段千年尺度地表侵蚀定量化研究

As the steep margin of eastern Tibet, the Longmen Shan is believed to be an ideal laboratory for understanding the landform evolution and surface uplift of the Tibetan plateau. Therefore, this project intends to focus on acquiring millennial-scale denudation rates derived from detrital cosmogenic nuclide 10Be in the southern Longmen Shan. Together with published million-year timescales erosion rates from low-temperature thermochronology and decades-scale erosion from sand discharge, we firstly build up the spatio-temporal patterns of surface erosion in the southern Longmen Shan. We will systematically differentiate the first-order control on the surface erosion rate in the study area. Then we carry out numerical modeling including topographic features, active faults, surface erosion, and climate for both the southern and central Longmen Shan, attempting to decipher the along-strike topographic variation of the Longmen Shan and the interactions between tectonics and erosion on various time and space scales in east Tibet. Our work should yield primary surface erosion data for understanding landscape evolution and discriminating various end models of plateau uplift of the Longmen Shan in the late Cenozoic.

作为青藏高原东缘的陡降边界带，龙门山是研究青藏高原地貌演化和地表抬升问题的理想地区之一。本项目选择龙门山南段为主要研究对象，拟以地表侵蚀速率为切入点，通过现代河沙10Be浓度获得研究区千年尺度侵蚀速率。在此基础之上，结合已发表的低温热年代学获得的百万年尺度上的侵蚀速率以及输沙量给出的数十年尺度上的侵蚀速率，建立龙门山南段地表侵蚀时空分布样式，探讨影响区域地表侵蚀时空分布的主要因素。另一方面，基于地形地貌、活动构造、地表侵蚀以及气候等方面参数，开展龙门山南段和中段的数值模拟工作，深入探究龙门山地区不同区段地貌演化的差异性以及不同时空尺度上构造-侵蚀之间的相互关系，为探讨晚新生代龙门山地区构造地貌演化过程和区分地表抬升机制提供基础数据约束。

作为构造活动前缘地区，高原边界地貌研究对于我们认识青藏高原地貌演化过程、隆升模式以及动力学机制等方面具有重要的指示意义。位于青藏高原东缘的龙门山地区是一个显著的陡降高原边界，具有高起伏的地形特征，然而现今GPS得到的结果显示横跨龙门山的水平缩短速率仅为<3mm/a，因此其陡峭地形的形成和演化过程成为研究青藏高原东缘地形地貌、构造地质以及深部动力学等方面的一个热点。本项目通过现代河沙中的10Be浓度获得龙门山南段千年尺度的流域平均侵蚀速率，计算结果为0.05-0.69 mm/a。将侵蚀速率与流域内坡度、起伏度、河道陡峭系数、河流水动力、降雨量、岩石抗侵蚀性以及植被覆盖系数进行相关分析后，本研究发现地形是控制龙门山南段千年尺度侵蚀速率的主导因素。结合已发表的低温热年代学数据，我们发现低温热年代学数据得到的百万年尺度上的剥蚀速率在空间上与10Be侵蚀速率基本一致，表明百万年以来龙门山地形地貌可能已经达到了均衡态，侵蚀速率与抬升速率基本达到稳态。除此之外，不同时间尺度上的侵蚀速率与浅表活动断层分布存在明显的空间关联，龙门山地区抬升差异受上地壳断裂带的几何展布和活动性直接控制，上地壳的缩短变形可以解释目前发现的地表侵蚀空间展布和地形地貌特征，不需要额外的下地壳流物质参与。龙门山南段和中段的地形差异和地貌演化模拟表明剥蚀模式和地形的沿走向变化可能归因于龙门山沿线地下断层结构的变化。