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《Geology》亮点论文:揭示2008年汶川特大地震对流域物质剥蚀的影响范围和持续时间


    构造活动对地质历史时期流域岩石剥蚀风化的影响及其与季风气候变化的关系,有赖于现代构造事件对于地表侵蚀和风化过程、碳循环等影响的方式、强度、持续时间等的认识。然而,就这种低频率、高强度的构造事件的环境效应缺乏较为系统的研究,认识也还十分有限。特别是,包括地震等在内的现代构造活动产生的侵蚀物质通量到底有多大?将会在流域停留多久?它们的输移又是受什么因素控制的呢?这些均缺乏基本的认识和了解。因此,通过构造事件的实例研究,将有助于探讨青藏高原隆升及季风气候变化对大陆剥蚀作用的制约关系。

    基于此,作为本项目第二课题选择的一个重点类比研究内容,拟通过2008年汶川特大地震前后流域侵蚀通量的对比研究,揭示类似汶川地震之类的构造活动对流域剥蚀过程影响强度、幅度和持续时间。自项目启动时,第二课题组负责人金章东研究员研究团队,即已联合英国杜伦大学Robert Hilton和Alexander Densmore、美国南加州大学Joshua West等人,对岷江流域进行了多次的野外考察和采样(图1),比较了2008年汶川地震前后悬浮物通量的变化,结合流域内地震形成的滑坡物质的体积,揭示了地震对流域侵蚀的影响范围和持续时间,这为下一步不同盆地沉积相鉴定、通量计算和序列重建提供了思路和依据。

图1 岷江流域滑坡考察与采样(2013.6和2014年7月)

 

图2 汶川地震发生前后(2003 vs. 2008)岷江流域侵蚀对比

    发生于2008年5月12日的汶川特大地震产生了近六万个滑坡(图2),大多数滑坡物质至今还停留在震区的山坡和谷地。金章东研究团队通过对岷江、沱江、涪江三大河流16个站点地震前后悬浮物通量的比较,利用卫星影像图绘制了滑坡地图,计算得到滑坡物质的体积,评估了2008年汶川地震对河流输沙量的控制过程和可能的影响时间。结果表明,相对于地震前,三条河流的输沙量增加了3-7倍(图3)。根据2008-2012年期间三条河流的年平均输沙速率,发现由滑坡产生的泥沙将在面积约七万平方公里的流域内停留数十到数百年,仅仅清空<25 mm细颗粒即需要33±24年,粗颗粒将持续千年以上。

图3 统计显示,相对于地震前背景值(白色直方柱),汶川地震发生后(2008-2012)岷江、沱江和涪江的悬浮物通量增加了~3至~7倍(红色直方柱)(Wang et al.,2015)

    更重要的是,该研究还发现,不同流域里滑坡泥沙的滞留时间差别很大,从几年到数百年,离断裂带越近、河流径流越小的流域,泥沙的滞留时间越长。综合其他地区地震产生滑坡物质输移的时间和气候条件表明,滑坡物质在流域的滞留时间,不但取决于流域内滑坡数量,还与每年受季风控制的高强度的径流天数紧密相关。这是首次对类似汶川这种高强度地质事件对地表侵蚀进行定量评价,这对于认识地表物质输移和碳循环具有重要启示意义。本研究结果“Controls on fluvial evacuation of sediment from earthquake-triggered landslides”发表于2015年2月出版的《Geology》杂志上,并被选为该期的“亮点论文”(Featured Articles)。目前,正在组织有关汶川地震对岷江流域化学风化和碳埋藏影响的研究论文,有望获得更多突破性进展。

文·图/:金章东

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