陳泰安

蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 甘肅 蘭州 730000

非洲大陸曾經(jīng)是岡瓦納古陸的一部分,在大約1.8億年前由于受到下伏地?zé)峄顒拥茸饔弥鸩搅呀鈁1],此后大陸東、南、西海岸分別被新生大洋所環(huán)繞。前人利用磷灰石裂變徑跡(AFT)的方法重建了這一被動陸緣對應(yīng)東西海岸裂解時所引發(fā)的快速剝蝕事件以及漫長的大陸冷卻和剝露歷史[2]。

河流作為十分重要的地貌外營力,對區(qū)域氣候變化和構(gòu)造擾動的響應(yīng)極為敏感。因此,河流地貌也常被當作指示第四紀以來區(qū)域氣候及構(gòu)造活動的研究載體。非洲南部陡坡作為分隔高原內(nèi)陸河流與沿海短小河流之間的一條重要分水嶺,對了解晚新生代非洲南部河流地貌演化提供了一個理想的場所。

一、數(shù)據(jù)資料及分析方法

隨著數(shù)字高程模型及地質(zhì)年代學(xué)的迅速發(fā)展,使得第四紀以來各類精確地形數(shù)據(jù)的獲取更為容易,通過探索河道形態(tài)對地表巖石抬升速率變化的響應(yīng)已經(jīng)成為地貌研究的一種主要方法。本文基于分析和對比前人研究工作的基礎(chǔ),結(jié)合區(qū)域地貌形態(tài)特征及數(shù)字高程模型數(shù)據(jù),對第四紀以來沿陡坡發(fā)育的河流地貌演化研究提供一個新的認識。

本文通過ArcGIS軟件,基于90m分辨率的數(shù)字高程模型DEM(http://www.gscloud.cn/search),對陡坡東、南、西段9條河流的流域穩(wěn)定性指標進行提取(圖1)。所選流域均為沿陡坡分水嶺發(fā)育的短小入海河流,流域面積相似,提供了一個理想的場所來探討區(qū)域河流地表演化的過程。

圖1 非洲南部數(shù)字高程模型圖

地表形態(tài)是地殼抬升歷史的復(fù)雜響應(yīng),當分水嶺發(fā)生遷移時,水系會進行調(diào)整和重組,前人模擬了一系列在地表經(jīng)歷抬升后的水系發(fā)展模式,如盆地地形起伏、流域面積、徑流量大小以及巖性控制等方面的時空變化。岡瓦納古陸分裂后,許多河流都通過襲奪、氣候變化以及構(gòu)造活動等方式進行了水系間的重組,這同時導(dǎo)致了流域間分水嶺的遷移。一般來說分水嶺兩側(cè)平均侵蝕速率差異以及相鄰2個流域之間的平均局地高差可用于指示流域間侵蝕能力的強弱。流域平均侵蝕速率是流域侵蝕能力的最直接體現(xiàn),一般可通過水文站泥沙數(shù)據(jù)、宇宙成因核素等方法來對地表侵蝕速率進行估算,由于水文站泥沙數(shù)據(jù)觀測歷史有限,只能反映近百年來的水系侵蝕變化,并且受人類活動影響,已經(jīng)在很大程度上改變了流域的自然侵蝕過程;而利用采自流域出水口的宇宙成因核素法能夠反演萬年至幾十萬年尺度的流域平均侵蝕速率,該方法雖然已經(jīng)在全球許多地區(qū)的定量研究中成功運用,但同時也存在著許多缺點,諸如耗時長、實驗流程繁瑣以及樣品采集困難等。隨著理論與技術(shù)的發(fā)展,基于DEM數(shù)據(jù)的流域穩(wěn)定性指標由于其簡單易行也常被應(yīng)用于現(xiàn)代水系演化的研究中,Whipple[3]等人提出相鄰流域分水嶺2側(cè)的平均局地高差來可用來指示分水嶺的遷移模式,一般來說分水嶺會向著平均侵蝕速率低和平均局地高差小的流域遷移。

二、數(shù)據(jù)分析結(jié)果

通過ArcGIS軟件計算相鄰流域間的局地地形起伏,并設(shè)置分水嶺2側(cè)各5km的緩沖區(qū),最后再分別計算9個流域中每個緩沖區(qū)內(nèi)的平均局地高差,獲悉陡坡分水嶺各段的水系演化趨勢,具體分水嶺2側(cè)的平均局地高差的計算結(jié)果如表1所示。

表1 沿陡坡河流分水嶺2側(cè)局地高差比較

結(jié)果顯示9條河流的分水嶺在靠近內(nèi)陸一側(cè)的局地高差都均小于靠近陸緣一側(cè),個別分水嶺2側(cè)的高差值甚至接近200m。這說明陡坡分水嶺目前還在廣泛受到沿其自身發(fā)育的短小河流的溯源侵蝕作用,并以一定的速率不斷向內(nèi)陸遷移。

三、結(jié)論與展望

當前有關(guān)非洲南部地區(qū)地貌演化的研究在地貌面分布、年代學(xué)研究、地表侵蝕速率以及水系演化等方面做了大量工作[1]。古陸分裂后的非洲南部在地形地貌上發(fā)生了翻天覆地的變化,這些變化離不開大陸內(nèi)部的構(gòu)造運動和氣候變化,陡坡的隆起與后退伴隨著內(nèi)陸盆地的沉降,地震層析成像解釋了這里異常高的地形,白堊紀時期的高剝蝕速率受到了強烈的構(gòu)造活動以及溫暖濕潤的氣候影響,而在干旱化影響更多的中新生代,由于陸內(nèi)板塊環(huán)境相對穩(wěn)定,使得整個次大陸的剝蝕速率較白堊紀呈現(xiàn)數(shù)量級的下降[2]?；贒EM提取的流域穩(wěn)定性指標指示沿陡坡發(fā)育的這些短小河流都以一定的速率向南非高原進行溯源侵蝕,未來流域面積有進一步擴大的可能。

目前非洲南部地貌演化的研究已經(jīng)在熱年代學(xué)、地貌發(fā)育模式、水系演化等方面取得許多成果,但同時也伴隨一些新問題的出現(xiàn),這也是未來研究的一個方向和趨勢:(1)地貌面的測年問題是地貌研究工作的重點,其決定著古陸分裂以來地貌發(fā)育模式的探討,因此各類地貌面的精確定年還需進一步的細化;(2)河流地貌作為構(gòu)造過程與地表侵蝕間交互作用后的載體對區(qū)域氣候及構(gòu)造歷史具有極大的研究價值,非洲南部的河流研究開展的都相對較早,有關(guān)河流演化的研究手段仍較為單一,還缺乏定量分析區(qū)域構(gòu)造和氣候因素對河流演化的模式以及數(shù)值模擬方面的驗證。