祁连山东段石羊河流域河流纵剖面及其构造意义

数（ｋｓｎ）并得到其空间分布，结合河流纵剖面和裂点分析结果对祁连山东段石羊河流域的构造特征 进 行了综合分析，ｋｓｎ的结果显示下游段陡峭系数 ＜６０，中游明显大于下游。同时，位于构造结处的古浪 推覆体其 ｋｓｎ值呈现高值，表明该区第四纪以来经历了明显的构造抬升过程。文中结果表明石羊河流 域地貌演变处于非均衡状态，构造变形是祁连山东 段 地 貌 演 化 的 主 要 影 响 因 素，控 制 着 该 区 现 今 的
〔收 稿 日 期 〕 ２０１８－１２－０５收 稿 ，２０１９－０２－１９改 回 。 〔基 金 项 目 〕 中 国 地 震 局 基 本 科 研 业 务 专 项 （２０１４ＩＥＳＬＺ０７）、中 国 地 震 局 地 震 行 业 科 研 专 项 （２０１４０８０２３）和 国
家自 然 科 学 基 金 （４１３０２１７４）共 同 资 助 。 通 讯 作 者 ：谢 虹 ，女 ，副 研 究 员 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｉｅｈｌｚ＠１２６．ｃｏｍ。
第 ４１卷 第 ２期 ２０１９年 ４月
地 震 地 质
ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＧＥＯＬＯＧＹ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０１９．０２．００５
Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２０１９
祁连山东段石羊河流域河流 纵剖面及其构造意义
高效东１） 谢 虹１） 袁道阳１） 苏 琦２） 邵延秀１）
信息。结果表明，石羊河流域的各条支流至少 存 在 １个 主 裂 点，裂 点 上、下 河 段 具 有 不 同 的 陡 峭 度
（ｋｓ）与凹曲度（θ），说明河流纵剖面裂点的上、下河段具有不同的发育趋势。对河流纵剖面、裂点 分 布及岩性进行综合分析，结果表明，古浪河、金塔河、杂木河、西营河、东大 河 和 西 大 河 都 具 有 “坡
２期
高 效 东 等 ：祁 连 山 东 段 石 羊 河 流 域 河 流 纵 剖 面 及 其 构 造 意 义
３２１
山开始隆升（张培震等，２００６；郑德文等，２０１３）。晚第四纪以来，在阿尔金断裂 与祁连 北缘断 裂的共同作用下，祁连山地区经受了显著的地壳缩短与左旋剪切作用，逆冲断裂、走滑 断裂以 及活动褶皱广泛发育，并形成了一个巨大的挤压阶区 （袁道 阳等，２００４；Ｚｈｅｎｇｅｔａｌ．，２０１３；郑 文俊等，２０１６）。而在祁连山东段，广义海原断裂与祁 连山北缘 断裂在石 羊河 流域上 游近平 行 展布，记录了祁连山北缘断裂 自 新 生 代 以 来 的 构 造 活 动 （刘 百 篪 等，２００８）。 石 羊 河 发 源 于 祁 连 山 东 段 ，其 流 域 上 游 支 流 众 多 ，跨 越 了 祁 连 山 及 河 西 走 廊 。 祁 连 山 东 段 山 前 发 育 的 多 条 河 流 记录了该区丰富的构造信息。因此，石 羊 河 流 域 为 研 究 河 流 对 青 藏 高 原 前 陆 传 播 所 引 起 的 地 表隆升响应提供了理想的场所。
地貌发育及演化历史。
关键词 河流陡峭系数 裂点 河流纵剖面 石羊河流域 祁连山东段
中 图 分 类 号 ：Ｐ９３１．２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０２５３－４９６７（２０１９）０２－０３２０－２１
０ 引言
中 新 世 以 来 ，印 度 板 块 和 欧 亚 板 块 持 续 挤 压 碰 撞 ，逐 渐 形 成 了 青 藏 高 原 。 青 藏 高 原 的 形 成 不仅控制了欧亚板块内部晚新生 代 以 来 的 构 造 变 形，还 对 周 边 地 貌 格 局 和 环 境 演 化 产 生 了 极 大影响（Ｍｏｌｎａｒｅｔａｌ．，１９７５；李吉 均 等，２００１；Ｔａｐｐｏｎｎｉｅｒｅｔａｌ．，２００１）。１２～１０ＭａｉＢＰ，青 藏 高 原以逆冲断裂、褶皱变形、左旋走滑及其伴随的山脉隆起 和盆地 消亡 的方式向 ＮＥ扩展，祁连
折式”裂点，处于瞬时状态。祁连山东段河 流 地 貌 演 化 主 要 与 构 造 活 动 相 关。 利 用 本 区 晚 第 四 纪 活
动断裂相关裂点上游河道的凹曲度指标拟合出整条河流，得到石羊河流域的平均侵蚀量约 ４８８ｍ，发
源于古浪推覆体的 ６条支流的平均侵 蚀 量 为 ５０８５ｍ。 进 一 步 计 算 研 究 区 河 网 归 一 化 的 河 流 陡 峭 系
貌发育特征及其所蕴含的构造意义。文中基 于 ＧＩＳ空 间 分 析 技 术，利 用 数 字 高 程 模 型 （ＤＥＭ）、Ｍａｔ
ｌａｂ脚本提取了石羊河流域 ７条河流的纵剖面，并利用基岩河道水力侵蚀模型对其进行分析，获得 了
７条河流的陡峭系数、平均侵蚀量、凹曲度、裂点分布、高程、距河流出水 口 距 离 和 流 域 面 积 等 地 貌
１）中 国 地 震 局 兰 州 地 震 研 究 所 ，兰 州 ７３００００ ２）南 京 大 学 地 球 科 学 与 工 程 学 院 ，南 京 ２１００００
摘 要 石羊河流域位于祁连山东段，其河流体系记录了最新 的 构 造 信 息 和 构 造 活 动。 提 取 石 羊
河流域的地貌信息，有助于揭示祁连山东段石羊河 流 域 地 貌 对 构 造 活 动 的 响 应，及 系 统 探 讨 该 区 地
河 流 系 统 作 为 陆 地 上 重 要 的 地 貌 单 元 ，在 地 表 侵 蚀 、物 质 运 输 和 沉 积 物 积 累 过 程 中 起 着 非 常重要的作用，也是改 变 地 貌 的 最 重 要 的 因 素 之 一 （胡 小 飞 等，２０１４；王 一 舟 等，２０１６）。 此 外，河流对外部因素，如构 造 和 气 候 的 变 化 非 常 敏 感，能 记 录 沿 造 山 带 系 统 最 新 的 微 小 变 化 （Ｓｈｉｅｔａｌ．，２０１８）。因此，河流体系成为记载新构 造运 动 和 地 貌 演 化 过 程 的 理 想 载 体 （Ｋｉｒｂｙｅｔ ａｌ．，２００３）。前人的研究指出岩石抬升速 率 与 河 道 侵 蚀 速 率 正 相 关，岩 石 抬 升 速 率 越 高，河 道 侵蚀越快（Ｓｈｉｅｔａｌ．，２０１８）。岩石隆起导致河流侵蚀加快，并使沿 河流系统 纵向剖 面的 河道梯 度变化（胡小 飞 等，２０１４；Ｓｈｉｅｔａｌ．，２０１８）。 河 流纵剖面 的形 态是 多 种地 表过程 的函数，若其 倾向于向上凸形，则说明河流处于稳定的平衡状态；如果平衡河流系统被气候、构造活 动或岩 性扰动所破坏，则可能出现凹形 剖 面。河 流 纵 剖 面 的 几 何 特 征 是 识 别 基 岩 隆 起 空 间 模 式 的 有 效手段，其不连续性可 能 与 坡 降 的 变 化、不 同 的 岩 性 或 构 造 活 动 的 影 响 有 关 （Ｗｈｉｐｐｌｅｅｔａｌ．， １９９９；Ｓｎｙｄｅｒｅｔａｌ．，２０００）。Ｇａｒｄｎｅｒ（１９８３）在均质基岩上 进行了 一系 列试验，研究 了裂 点 和 纵 剖面的演化规律。Ｈｉｇｇｉｎｓ（１９８４）对基准面 连 续 下 降 时 形 成 的 裂 点 进 行 分 析，认 为 裂 点 演 化 有 ３种模型，即平行后退、置换和倾斜。Ｓｎｙｄｅｒ等（２０００）和 Ｋｉｒｂｙ等 （２００３）开 发了提 取河 道纵剖 面和分析相关地貌参数的 Ｍａｔｌａｂ脚本，为系统分析河道纵剖面提供了有效工具。