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Earth Surface Processes and Landforms:利用河沙10Be研究2008年汶川地震滑坡物质的震后运移

2017-08-18

活动造山带中,单次地震对地形地貌的改变塑造往往是通过地壳变形和滑坡侵蚀等作用共同完成的,然而目前对于后者仍缺乏足够的研究。由于堆积在河谷底和边坡上的同震滑坡物质,在震后是被河流逐渐搬运出造山带的,因此探讨其在塑造地形地貌中所发挥的侵蚀作用,仅仅用简单的同震滑坡体体积计算显然是不够的,需要了解滑坡物质是如何被河流体系带出造山带的过程。需要回答的问题包括:(1)什么因素控制着滑坡物质的产生以及震后的运移?(2)震后滑坡松散物质对河流侵蚀会产生什么样的影响,以及这种影响会持续多长时间?(3)地震引起的滑坡物质在地震复发周期内是否能够全部被带离出造山带?

目前对于这些问题的研究主要基于地震前后水文站点获取的河流径流量和含沙量数据,但是这种方法一方面会受到水文站点分布的的限制,另一方面其主要针对的是颗粒较小的悬浮物质,对于占滑坡物质更多比重的大颗粒推移质则难以量化。因此,新方法的探索和应用是极为必要的。现代河沙中的宇宙成因核素浓度在稳态下代表着其上游流域地表核素浓度的平均值,常被用来研究流域内千年尺度的平均侵蚀速率,而地震同震滑坡可以将地表深部低核素浓度物质带出,经过河流的搬运和混合会降低河沙中的核素浓度。如果能够将这种滑坡物质带来的信号从获得的核素浓度中分离出来,就能够利用河沙中的核素来研究滑坡物质被河流搬运运移的过程。

2008年汶川地震之后,中国地震局地质研究所王伟博士及其导师刘静研究员和许冲副研究员等合作者在2008-2013期间对龙门山前缘同震滑坡发育区采集了多期次同地点的河沙样品,并分析获得了河沙石英中的10Be浓度及其震后五年变化的时间序列(图1)。



图1 汶川地震同震滑坡和研究流域分布

河沙10Be浓度结果和分析表明(图2):(1)受汶川地震同震滑坡影响,河流中的河沙10Be浓度均呈现明显的降低;(2)不同流域河沙10Be浓度的降低程度主要受流域内的滑坡面积比例控制;(3)汶川地震同震滑坡物质使得龙门山地区震后的河流侵蚀速率增高为震前的1-6倍;(4)震后同震滑坡对河流侵蚀速率的影响可以持续几年到数十年不等;(5)大部分的滑坡物质仍停留在边坡及河道中,这些碎屑物在流域内甚至可以停留数千年。


  图2 震后河流侵蚀增量随时间的演化

该项研究发表在国际知名地学期刊Earth Surface Processes and Landforms上(Wei Wang, Vincent Godard, Jing Liu-Zeng, Dirk Scherler, Chong Xu, Jinyu Zhang, KejiaXie, Olivier Bellier, Claire Ansberque, Julia de Sigoyer, A.S.T.E.R Team. 2017. Perturbation of fluvial sediment fluxes following the 2008 Wenchuan earthquake. Earth Surface Processes and Landforms. doi:10.1002/esp.4210)
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/esp.4210/full