活动造山带的生长过程是深入理解区域地貌演化与环境演变的重要基础。造山带的前陆盆地发育丰富且连续的沉积记录，地貌序列保存完整，是探索构造变形与山体生长关系的天然实验室。以往研究中地质记录（如：低温热年代学和沉积学）揭示的多为数千万年的构造演化历史，而地貌证据记录的则为相对年轻的山地地形演化过程。中国天山北麓存在着“老构造”与“年轻地貌”的“非协同演化”问题。已有研究表明，天山北麓逆断裂-褶皱构造的生长变形多开始于新近纪，但山前的背斜山地在晚第四纪才开始显现。较为合理的解释是：地质构造在生长初期需要面对山前先成河的扫荡与侵蚀，因此只有当构造抬升速率超过了先成河的侵蚀能力以后，地形才能得以保存并继续生长。

天山北麓最北侧的两排逆断裂-背斜构造目前处于持续的生长过程中，其中Belt II的背斜地形就处于典型的幼年期（图1，玛纳斯背斜），这说明其抬升速率克服了河流侵蚀能力，已经超过了幼年期地形存活的临界抬升速率。针对这些背斜强烈隆升开始的年代和速率进行约束，对理解前陆盆地构造变形与山体生长的“非协同演化”机制具有重要的参考价值。然而囿于地貌证据的时空离散性以及年代学手段的局限性，传统方法很难直接获取背斜地形形成保存所需要的临界抬升速率。

图1 天山北麓典型的背斜山地与河流相互作用三维地形渲染图（数据来源：ArcGIS Online）

兰州大学西部环境教育部重点实验室潘保田教授领导的地貌学研究团队，采用团队所创的山地隆升历史数值模拟约束方法，通过地貌演化模型再现了背斜山地的地形演化过程，结合现代地形分析约束了其中两个年轻背斜地形开始生长的年代与抬升速率，已知的地貌面废弃年龄支持了年代约束结果，进而推断天山北麓年轻地形能够保存的临界抬升速率为1-1.6 mm/a。

上述成果以“How can a youthful mountain survive in a foreland setting? - Constraining the uplift threshold rate by numerical simulation”为题，发表于Science Bulletin 2022年第12期，地貌学研究团队青年教师耿豪鹏副教授为论文第一作者，潘保田教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目（41730637）与面上项目（41971001, 42071005）的共同资助。

方法介绍：

研究中采用的约束山地隆升历史的数值模拟方法包括模型正演、地形分析与相似性比对三步：首先，通过数值模型正演不同抬升速率下地形随时间的变化序列；然后，对现代真实地形和所有模拟地形进行地形分析；最后，基于相似性原理为真实地形挑选出最为接近的模拟地形，通过模拟地形的参数与运行时间，推断真实地形的隆升年代与速率（图2）。研究团队创立该约束方法后，已先后在祁连山北部的河西走廊(Pan et al., SCES, 2021)、天山北麓 （Geng et al., Sci. Bull., 2022）成功应用。该方法克服了传统方法对年代学手段的依赖，实现了通过地表形态解译构造活动的量化方法创新，为地貌证据不足或年代学受限的区域提供了替代方案，为活动造山带隆升扩展过程研究贡献了地貌学新工具。

图2 约束幼年期山地隆升历史的数值模拟与地形分析方法

相关论文：

1.       Haopeng Geng, Shun Cai, Honghua Lu, Baotian Pan^*. How can a youthful mountain survive in a foreland setting? - Constraining the uplift threshold rate by numerical simulation. Science Bulletin, 2022, 67(12): 1230-1232. 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2022.03.002

2.       Baotian Pan, Shun Cai, Haopeng Geng^*. Numerical simulation of landscape evolution and mountain uplift history constrain—A case study from the youthful stage mountains around the central Hexi Corridor, NE Tibetan Plateau. Science China Earth Sciences, 2021, 64(3): 412-424.原文链接： https://doi.org/10.1007/s11430-020-9716-6

3.       潘保田, 蔡顺, 耿豪鹏^*. 山体隆升历史与地貌演化过程的数值模拟约束-以河西走廊中段周边年轻上升山地为例. 中国科学, 2021, 51(4): 523-536. 原文链接： https://doi.org/10.1360/SSTe-2020-0165

4.       蔡顺, 耿豪鹏^*, 郑炜珊, 潘保田. 基于傅里叶变换的谷间距特征信息提取及其影响因素研究. 地球信息科学学报, 2020, 22(3): 399-409. 原文链接： http://www.dqxxkx.cn/CN/10.12082/dqxxkx.2020.190529