B4 · 出版卷 9

地貌系统与景观演化

Relief、base level、uplift、erosion、landscape history

学习目标

完成本课后，学习者应能用边界、储库和通量定义地貌系统；区分绝对高程、局部起伏和基准面；解释抬升、下切、风化和沉积为何能产生相似地貌；在不把它当成普适定律的前提下使用简化水流功率关系；并根据阶地、古地表、风化剖面和排水几何建立竞争性景观史。

一个宽缓高地表面覆盖铁质砾层，深谷切穿其间，不同高程还保留孤立残片。砾层是后来变形的一套连续古地表、不同时间形成的多级地表、披覆旧地形的搬运砾层，还是耐蚀岩性上的趋同风化？

现今高程不能单独回答。阶地可记录河流下切，也可来自先加积后再下切、侧向迁移或构造倾斜。低起伏山顶可能是侵蚀面、构造台阶、熔岩或硬壳盖层，也可能是被埋古地表的残余。应先比较几何和物质连续性，再检验各模型所需的事件序列与边界条件。

地貌系统是在选定体积中定义的输入、输出、储存和内部转换。边界可以是流域分水岭、海岸、断块或填图窗口。边界选择决定收支：越过流域出口的材料是本流域输出，却是下游河段输入。

局部起伏必须附带邻域尺度。基准面是过程所能趋近的降低极限，可以是海平面、湖面、抗蚀河段、汇流点或充填沉积的局部山谷。基准面会升降或迁移。陡坎可在基准面下降后向上游传播，也可被抗蚀岩性、构造或沉积转换固定。

对于基岩剥蚀控制的河道下切，可用概念关系


E=K\left(\frac{A}{A_0}\right)^m S^n,

其中 E 为下切或侵蚀速率，K 汇总可蚀性和外部强迫，A 为汇水面积，A_0 为参考面积，S 为河道坡度，m、n 为模型指数。它表达流量代理与坡度的组合，但不会自动处理沉积覆盖、阈值、河宽、岩性差异和瞬时洪水。

景观状态同时受继承条件和现今强迫控制。抬升增加潜在起伏，风化削弱基底，搬运排出材料，沉积掩埋或保护地表，胶结还可能反转可蚀性。下切可使邻坡变陡，坡面供给可装甲河床，植被与土壤又会改变入渗和径流。

高程必须使用声明的垂向基准，不得比较不兼容参考面的高度。用多个邻域计算起伏。阶地应根据阶地面、陡坎、沉积、基岩阶地和连续性填图，而非只按高度。平坦地表下方材料必须被记录，以区分基岩台阶、残积剖面和沉积充填。

排水证据包括网络拓扑、突变弯折、袭夺肘、反向支流、风口、不相称河谷、陡坎和纵剖面，但均非唯一。要与岩性、构造、沉积和尺度共同检验。宇宙成因核素、释光、古地磁、火山或自生矿物定年及生物地层可约束速率或年龄，但每种方法只定年特定材料和事件，并不直接给出“景观年龄”。

可靠的古地表对比不能只靠等高，还需比较基底、风化壳地层、胶结世代、砾石来源、地貌位置和独立年龄；不确定对比应保留为地图上的替代方案。

使用一个合成教学河道单元。设 A=25 km²、A_0=1 km²、S=0.018、K=12 m/Ma、m=0.5、n=1，则


E=12(25)^{0.5}(0.018)=1.08\ \text{m/Ma}.

若抬升项为 2.00 m/Ma，简化局部平衡 \partial z/\partial t=U-E 给出 0.92 m/Ma 的相对地表上升。该结果不是对真实河道的预测，因为它假设面积与坡度稳定、无沉积遮蔽、K 可在相同时间尺度上使用且无侧向迁移。若河段充填厚层冲积物，则应考虑搬运受限模型。

两种历史都可解释高位地表。模型 A 把所有盖层残片对比为一个后来被切割的古地表；模型 B 把最低残片解释为较年轻谷地充填，后来获得相似胶结。A 预测各高程具有可比的基底不整合和风化序列；B 预测低位残片具有不同来源或沉积组构。

不能用两个现今高程之差除以假定年龄来直接求抬升速率。岩石抬升、地表抬升、剥露和河流下切彼此有关却并不相同。低起伏也不能证明长期构造稳定，它可在多种侵蚀、沉积和硬壳保护组合下形成或保存。

在一个地区拟合的幂律指数可能吸收河宽、径流、沉积和岩性影响，跨域外推会造成虚假精度。填图分辨率会改变表观坡度与水系密度。若先假定地表等时，再用它推断变形，古地表对比就会陷入循环论证。

以三种尺度填图一个合成或实地景观。分别标出系统边界、起伏尺度、可能基准面、物质储库和输出路径。制作两条河流纵剖面，标记陡坎、支流汇合、岩性边界和沉积河段，并为每个主要坡折写出至少三种解释。

用最少必要事件建立两套景观史。箭头只能表示已命名通量；每项对比标为观测、计算或推断；最后指定一项最能区分两种历史的采样、露头或测量。