利用基岩河道水力侵蚀模型模拟山体隆升历史的方法研究——以秦岭北缘（陕西段）为例

The stream-power river incision model has been a hot spot in the studies of tectonic geomorphology. For its intrinsic advantage in retrieving rock uplift histories over 104-106 year, thus the model bridges the time gap between the methods of low-temperature thermochronology (minllenaire time scale) and active tectonics (millennium time scale). To simulate the uplift history, the velocity of knickpoint migrating upstream along a transient river channel must be derived. Most of the studies are based on the assumption that the river incision scales with channel gradient linearly. However, in most cases, the linear assumption does not holds. Therefore, we first derive the knickpoint migration velocity (under non-linear and transient conditions) via the stream-power river incision model. According to the velocity, we propose a new method to extract the rock uplift history from river profiles. At last, we utilize the approach to study the uplift history of the Qinling mountain (Shanxi segment). This project will provide a significant tool for studying the rock uplift histories and landscape evolution since Pliocene-Quaternary.

基岩河道水力侵蚀模型理论及其应用是目前构造地貌学领域的一个研究热点，在模拟万年-百万年时间尺度山体隆升历史方面有独特的优势，能够有效衔接低温热年代学方法（百万年尺度）和活动构造方法（千年-万年尺度）在时间尺度上的空白。利用水力侵蚀模型模拟山体隆升历史，定量获得瞬态（非稳态）河道上裂点的溯源迁移速率尤为关键。现有研究大多基于河流侵蚀与河道坡度为线性关系的假设；然而，这一线性假设通常不能满足流经活动造山带的多数河流。目前已有研究表明，河流侵蚀速率与河道坡度之间常常为非线性关系（指数函数）。因此，本申请拟以水力侵蚀模型为基础，通过数学推导，获得非线性条件下裂点的溯源迁移速率；以此构建利用水力侵蚀模型模拟山体隆升历史的方法；最后，将新的方法应用于秦岭北缘（陕西段），开展秦岭造山带隆升历史的初步研究。本项目将为研究造山带在上新世-第四纪以来的隆升历史和地貌演化过程提供有力的方法支撑。

基岩河道高程剖面记录了山体在万年-百万年尺度上的构造隆升历史，而水力侵蚀模型是提取相关构造活动信息的基础。我们以水力侵蚀方程为基础，通过建立的裂点迁移模型，推导得到了非线性坡度指数条件下的裂点溯源迁移速率，进而得到裂点年龄公式；然后分析了多期次构造活动情况下，裂点保存条件。我们从理论上证明了，只要裂点都被完全保存，即便部分河道被裂点消磨，河道也可以记录一个完整的构造活动历史；并且，我们给出了裂点保存的充要条件。通过数值模拟，验证了我们的观点。利用特征线法和裂点溯源迁移速率公式，我们得到了水力侵蚀方程的解析解；从而可以开展河道高程剖面的正、反演研究。我们将新的方法应用于秦岭北缘（陕西段），反演秦岭造山带隆升历史，发现该段山体在中新世最晚期-上新世以来加速隆升，与低温热年代学的模拟结果保持一致。本项目的研究结果将为研究造山带在晚新生代以来的隆升历史和地貌演化过程提供方法支撑。