祁连山中段山体隆升扩展及其对水系演化的影响

TTectonic uplift and outward growth process of the series mountains along the margin of the Tibetan Plateau is the key to understand the growth kinematics of the plateau, and it also has great influence on the drainage evolution around the plateau. Standing on the NE margin of the Tibetan Plateau, the Qilian Shan Mountain has developed abundant deformation, geomorphic and sedimentary records, which will greatly help us to study the tectonic and drainage evolutions. This project would study the questions along the stepwise growing mountain chain of Zoulangnan Shan-Yumu Shan-Zoulangbei Shan. We will use the methods of geomorphic feature deformation, sedimentology, low-temperature thermorchronology, strata deformation, cosmogenic nuclides chronology to characterize the deformation process and kinematic process for the mountain chain. The studies on the drainage evolution will focused on the processes of drainage piracy, river channel alternation, river incision, headward erosion, and drainage expansion, which will base on the evidences from the geomorphic surfaces, sedimentary records, morphological features inside and around the mountain ranges. Then we combine the processes of the mountain growth and drainage evolution, and through the physical modeling and mathematic modeling on the tectonic and drainage evolution, to investigate the mechanics of how the drainage and river developed under the influence by the step growing of the mountain ranges.

青藏高原边缘山系的隆升扩展过程不仅是发展高原生长机制的关键问题，也是影响其边缘水系演化过程的重要因素。作为青藏高原扩展最年轻山体，位于青藏高原东北部的祁连山发育了丰富的构造变形、地貌与沉积现象，是探讨这一问题的理想区域。本项目拟在祁连山中段（走廊南山-榆木山-走廊北山）这一逐步向北发育的序列山体进行其抬升扩展过程分析，利用地貌面变形、沉积学、低温热年代学、地层变形、宇生核素年代学等方法研究其抬升扩展的演化历史、构造模式及其变形运动学过程，得到高原东北缘山体抬升扩展的历史与过程。利用地貌面年代、地层沉积记录、地貌形态学等手段对区域水系演化（河流袭夺、改道、下切、溯源侵蚀、扩展等）过程进行研究，得到其演化历史与过程。最后结合区域构造演化与变形过程、水系演化历史与过程，并利用物理过程模拟和数值模拟分析，研究在山体逐步抬升扩展过程中水系响应与变化的过程与机制。

青藏高原周缘山系的隆升扩展与水系演化密切相关，也是深入理解高原生长机制的两个关联方面。作为高原向北扩展的最年轻山体，祁连山发育了丰富的构造变形、地貌与沉积现象，是探讨上述问题的理想区域。遵照计划书内容，项目组对祁连山中段（走廊南山-榆木山-走廊北山）这一逐步向北发育的序列山体，进行了系统的隆升扩展过程、构造变形特征、水系演化历史分析，完成了研究目标，取得了以下认识：1）祁连山中段于7－4Ma发生持续抬升，并于~3 Ma发生向北扩展，榆木山开始抬升，约1.5 Ma之后，北部的合黎山开始抬升，标志着高原北边界已由祁连山迁移至走廊北山地区；2）分布于祁连山内部和外缘的三条平行断裂（托来山北缘断裂、祁连山北缘断裂、榆木山北缘断裂）的运动学特征显示， 其地壳缩短速率都在1mm／a左右，指示祁连山的地壳缩短分散在一系列断层和褶皱之上，这种变形特征不支持大型构造楔逐步扩展的模式，支持祁连山在软弱下地壳作用下的整体抬升模式；3）榆木山和金塔南山这两个较年轻山地的河流演化过程揭示，逆冲山体抬升初期普遍侵蚀较年轻的沉积岩，多发育垂直横穿山体的横向河；山体抬升到一定阶段，较老的坚硬岩石被抬升剥露，横向河被迫发生改道绕流，河流上游开始发育平行于山体的纵向河；4）基于数值模拟约束了河西走廊中段南北两侧山体现代地形开始强烈隆升的年代和抬升速率，模拟结果与地质地貌证据具有较好的一致性，为进一步恢复山体的隆升扩展过程提供了新的研究思路。项目的主要成果“山体抬升过程与河流演化的关系”，深化了学界对构造如何控制河流演化的机理认识。资助期内共发表与项目密切相关的研究论文31篇，其中第一标注论文22篇(第一标注率为71%)。第一标注论文主要发表在国内顶级期刊Sci. Bull.、一区TOP期刊EPSL、GSAB、Catena、Tectonics、GPC，以及地貌学经典期刊Geomorphology等主流的专业期刊上。