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兰州大学潘保田教授研究团队利用地貌演化数值模型，结合多种地形指标分析，基于相似性原理成功推断了幼年期山地的地表隆升历史，全新的研究思路与方法是对地理循环理论的深化与再发展，该方法有望在年轻山地广泛应用并成为构造地貌学研究的常备手段。该项研究成果以“山体隆升历史与地貌演化过程的数值模拟约束——以青藏高原东北缘河西走廊中段的周边年轻上升山地为例”为题，发表于《中国科学：地球科学》(英文版)2021年第3期。

地理循环理论(又称侵蚀循环理论)自提出以来，指导了地貌学一百多年的发展，并派生出诸多的地形分析方法与定量指标。20世纪90年代以后，地貌学研究正式进入系统地貌学阶段，其中一个重要标志就是地貌演化数值模型的不断发展与广泛应用。地貌演化数值模型是对内外营力驱动下地貌演变过程的系统整合与呈现，是再现地表形态演化过程的重要工具。

地貌是构造、气候和时间的函数，其演化过程受到内外营力的直接驱动。幼年期地形经历的构造过程简单，但是其地形高差与谷间距随时间变化快，据此认为可通过记录地貌演化模拟过程中地形特征的变化，并与真实地形特征对比，推断幼年期山地强烈隆升的时代与速率(图1)。验证这一猜测的理想区域是气候特征空间差异小，地质与地貌过程简单并且清晰的年轻山地，以最小化外动力过程的差异。

图1 约束年轻山地地表隆升时代与速率的数值模拟方法

位于青藏高原东北缘的河西走廊气候干旱，降水空间差异较小，外动力条件相似，但是山地的地形特征存在空间差异，因此具备验证上述研究思路的理想条件。该研究聚焦河西走廊中段南北两侧山体(北侧山地：金塔南山东段、金塔南山西段、合黎山；南侧山地：榆木山)，利用LandLab平台构建了典型区域的地貌演化数值模型，并通过数值实验正演了各山体地形的演化过程。

约束山地隆升时代与速率的前提是确定模型运行参数，而研究区相似的气候条件允许采用统一外动力参数的模拟策略。研究区的外动力参数(k、D、m和n)则由一系列理想实验来厘定，原则为确保4个研究区的模拟结果均可搜寻到与其真实地形相似的模拟地形(图1)。模拟地形与真实地形的相似性比较主要基于3个地形参数，分别为准周期性谷间距、地形高差与出水口数量。通过系列的模拟实验，最终为4个研究区确立了与真实地形相似的模拟地形，并以该地形的抬升速率与模型运行时间为依据，约束各山地的地表隆升历史。

数值模拟与地形对比结果显示，3个北侧年轻山地的模拟结果与区域已发表的地质地貌证据呈现较好的一致性。以金塔南山东段为例：当模型的运行时长为0.267Ma时，其地形高差与谷间距均小于真实地形的地形特征指标；但当模型运行到0.31Ma时(抬升速率：0.3mm/a)，模拟地形与真实地形的地形特征指标最为接近，由此推断金塔南山东段的隆升时代约为0.31Ma(图2)。南侧榆木山的模拟结果则显示在2.156Ma之后多个时段获取的模拟地形均与真实地形相似，而且随后模拟地形的地形高差随时间变化较小，表示该地形已经达到稳定状态(steady state)。

图2 金塔南山东段数值模拟结果与对比

研究结果表明，地貌演化数值模型重现山体地形演化过程的方法，可有效约束当前仍没有达到稳定状态(或动态均衡状态)的幼年期山体的强烈隆升时代及演化过程。但对于已经达到稳定状态的山体，仅依靠该方法无法约束其强烈隆升的确切年代，但能够提供其可能的最小隆升年龄。该项研究探索了约束年轻上升山地隆升年代与速率的数值模拟方法与地形分析流程，有望今后在年轻山地广泛应用并成为构造地貌学研究的常用手段。

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