滇中河網(wǎng)特征及其對(duì)斷層活動(dòng)的響應(yīng)

段佳鑫, 董有浦, 吳 可, 汝 鑫, 張東越, 王 丹

滇中河網(wǎng)特征及其對(duì)斷層活動(dòng)的響應(yīng)

段佳鑫, 董有浦*, 吳 可, 汝 鑫, 張東越, 王 丹

(昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院, 云南 昆明 650093)

滇中地區(qū)作為青藏高原東南緣構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)之一, 發(fā)育了許多活動(dòng)走滑斷裂, 并且在該區(qū)域上密布著不同級(jí)別的河網(wǎng), 為利用河網(wǎng)分析斷裂活動(dòng)提供了有利條件。為揭示滇中河網(wǎng)發(fā)育與斷裂活動(dòng)內(nèi)在聯(lián)系, 本文基于30 m分辨率的SRTM-3數(shù)字高程模型(DEM)在ArcGIS 環(huán)境下提取了滇中地區(qū)金沙江、珠江、紅河內(nèi)的20條支流的河流網(wǎng)絡(luò), 分析其典型的河網(wǎng)參數(shù)(分支比和長(zhǎng)度比), 通過(guò)這些比值與Horton定律描述的一般性河流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比。同時(shí), 基于ArcGIS空間分析技術(shù)及Matlab程序腳本系統(tǒng), 對(duì)這20條河流流域縱剖面進(jìn)行定量化研究, 分析其河道基巖侵蝕力模型, 得到-擬合圖解。結(jié)果表明: 滇中地區(qū)金沙江、珠江、紅河中大多數(shù)與斷裂帶重合的高級(jí)別河流的支流, 河網(wǎng)發(fā)育明顯地受到了斷裂活動(dòng)的影響; 在河道基巖侵蝕力模型-擬合圖中呈現(xiàn)為上凸和下凹相間排列, 這一現(xiàn)象在金沙江流域的各支流最為顯著, 造成這一現(xiàn)象的原因可能是研究區(qū)內(nèi)的河道主要受走滑斷裂控制, 當(dāng)斷裂以壓扭性為主時(shí), 河道的隆升量大于剝蝕量,-擬合曲線表現(xiàn)為上凸; 當(dāng)斷裂以張扭性為主時(shí), 河道的隆升量小于剝蝕量,-擬合曲線表現(xiàn)為下凹。通過(guò)對(duì)河網(wǎng)構(gòu)造地貌特征的研究可以使我們更好地理解該地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)特征。

滇中; 走滑斷層; 河流地貌; Horton定律; 河道基巖侵蝕力模型; 構(gòu)造活動(dòng)

0 引 言

新生代印度板塊和歐亞板塊的碰撞, 導(dǎo)致青藏高原地殼發(fā)生大規(guī)模縮短, 青藏高原東南緣的塊體沿大型走滑斷裂系向南東方向逃逸擠出(Tapponnier et al., 1982; Leloupet al., 2007)。川滇地塊沿著鮮水河?小江斷裂向東擠出(徐錫偉等, 2003; 張培震, 2008; Heet al, 2009), 在滇中地區(qū)發(fā)育了大量的南北向左行走滑斷裂(圖1b)。前人針對(duì)這些走滑斷裂開展了廣泛而又細(xì)致的構(gòu)造活動(dòng)研究, 揭示鮮水河?小江斷裂、普渡河斷裂、易門斷裂、元謀?綠汁江斷裂和紅河斷裂等在晚更新世?全新世仍在活動(dòng)(Replumaz et al., 2001; 向宏發(fā)等, 2006; Schoenbohm et al., 2006; 朱航和聞學(xué)澤, 2012; Wang et al., 2016; Zhang et al., 2016; 周春景等, 2016; 黃小巾等, 2018)。但前人對(duì)滇中斷裂帶的研究更多關(guān)注在幾何特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)和古地震活動(dòng)性等方面。

在滇中地區(qū)主要分布金沙江、珠江、紅河三大流域, 其多條支流與斷裂帶相重合(圖2)。河流作為陸地地形地貌演化過(guò)程中最活躍的影響因子之一, 通常能對(duì)構(gòu)造變形做出很好的響應(yīng)(Fan et al., 2018)。在大型河流系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中, 構(gòu)造活動(dòng)可以控制河流的發(fā)育和形態(tài)(Clarket al., 2004; 文力等, 2018), 同時(shí)河流地貌也可以反映構(gòu)造活動(dòng)(Kirby et al., 2003; 張會(huì)平等, 2006; 王一舟等, 2013; Valente et al., 2019)。前人利用滇中部分地區(qū)的流域地貌特征揭示了云貴高原抬升, 對(duì)斷錯(cuò)水系進(jìn)行了研究(虢順民等, 1984; Schoenbohm et al., 2004; 韓竹軍等, 2016;樊云龍等, 2018), 但對(duì)于滇中地區(qū)斷裂帶的構(gòu)造活動(dòng)對(duì)河網(wǎng)發(fā)育形態(tài)的影響還缺乏深入研究。滇中地區(qū)各斷裂帶上強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)對(duì)河網(wǎng)發(fā)育是否也有影響？這些強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng)又使滇中地區(qū)的構(gòu)造地貌呈現(xiàn)怎樣的狀態(tài)呢？本文基于30 m分辨率的數(shù)字高程模型(digital elevation model, 簡(jiǎn)稱DEM), 運(yùn)用Horton定律和基巖河道侵蝕力模型來(lái)梳理滇中地區(qū)(婭都紫云斷裂以西, 紅河斷裂以北及永勝斷裂以東)的河流地貌特征, 對(duì)分析滇中地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)的特征具有重要意義。

F1. 永勝斷裂; F2. 綠汁江斷裂; F3. 武定?易門斷裂; F4. 普渡河斷裂; F5. 小江斷裂; F6. 尋甸斷裂; F7. 彌勒?宗師斷裂; F8. 文山斷裂; F9. 建水?dāng)嗔? F10. 紅河斷裂; F11. 個(gè)舊斷裂; F12. 則木河斷裂。

C1. 漁鮑江; C2. 龍川江; C3. 勐果河; C4. 普渡河; C5. 小江; C6. 牛欄江; C7. 以禮河; C8. 則木河; C9. 枯木河; C10. 萬(wàn)馬河; Z1. 黃泥河; Z2. 南盤江; Z3. 北盤江; Z4. 清水河; H1. 南渡河; H2. 小河底河; H3. 齋江; H4. 南滲河; H5. 勐拉河; H6. 石羊河。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

滇中地區(qū)平均海拔2000 m, 大地構(gòu)造位置屬于青藏高原東南緣, 其南鄰思茅地塊, 東接滇東南加里東褶皺帶, 是典型的歷史強(qiáng)震多發(fā)區(qū)(Huangfu and Qin, 2006; He et al., 2009; Wang et al., 2015)。北部的鮮水河?小江斷裂、普渡河斷裂、易門斷裂和元謀?綠汁江斷裂在新構(gòu)造以來(lái)均以左旋走滑為主(圖1、2), 且至今仍在活動(dòng)(何宏林等, 1993; 徐錫偉等, 2003; Wang et al., 2008; He et al., 2009; 吳中海等, 2015; 韓竹軍等, 2016); 南部以紅河斷裂為界與印支地塊相接, 其在35 Ma左右發(fā)生過(guò)大規(guī)模左行剪切運(yùn)動(dòng)(Tapponnier et al., 1982), 自5 Ma以來(lái)為右旋走滑(虢順民等, 1984; 向宏發(fā)等, 2006; Wang et al., 2012; 李西等, 2016; Zhang et al., 2019)。滇中地區(qū)基底為元古界變質(zhì)巖, 上覆有晚古生代和中生代陸相沉積(Wang et al., 2008; Wu et al., 2015), 新近紀(jì)以來(lái), 發(fā)生顯著的斷塊差異升降運(yùn)動(dòng), 形成了典型的盆山地貌格局(Wang et al., 1998; 吳中海等, 2015)。

2 研究方法

2.1 Horton定律

Horton (1945)對(duì)美國(guó)數(shù)十個(gè)流域的河網(wǎng)發(fā)育及演變模式進(jìn)行系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn), 在任何一個(gè)流域內(nèi), 各級(jí)水道的河流數(shù)量, 平均長(zhǎng)度與河流級(jí)別之間存在一定的幾何級(jí)數(shù)變化的關(guān)系(Horton, 1945; Strahlar, 1957)。近年來(lái), 由于數(shù)字高程模型的發(fā)展, 很多學(xué)者利用Horton定律來(lái)描述河網(wǎng)發(fā)育特征, 研究表明天然河流在不受外界因素影響時(shí)符合該定律, 且呈良好的線性關(guān)系(劉懷湘和王兆印, 2008; 劉樂(lè)等, 2015)。如果河網(wǎng)發(fā)育受到外界因素如構(gòu)造活動(dòng)影響, 則會(huì)有部分河道偏離Horton定律(Kalyanjit et al., 2012)。Horton定律如下:

式中:為河流級(jí)別;N為河流數(shù)目;L為平均長(zhǎng)度; e、1、2、1、2為常數(shù)。公式(1)為河數(shù)定律, 公式(2)為長(zhǎng)度定律。從公式(1)中可推導(dǎo)出:

公式(3)說(shuō)明, 對(duì)于Horton定律描述的河流, 不同級(jí)別的河流數(shù)目之比為常數(shù), 這個(gè)常數(shù)B稱為分支比; 不同級(jí)別的河流的平均長(zhǎng)度之比為長(zhǎng)度比(L), 這些比值稱為Horton比。大量研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于不受外界因素干擾的天然河流各級(jí)別的Horton比值相近, 如B一般在3~5之間, 平均值為4;L在1.5~3之間, 平均值為2(Abrahams et al., 1984; 劉懷湘和王兆印, 2008)。

2.2 河道基巖侵蝕力模型

河道的發(fā)育和演化能夠記錄活動(dòng)造山帶地區(qū)基巖的隆升以及河流的下切過(guò)程, 基巖河道侵蝕模型就是通過(guò)對(duì)河道縱剖面上的坡度變化與河流集水面積之間的相互關(guān)系來(lái)推導(dǎo)河流與基巖河床之間的應(yīng)力作用(Kirby et al., 2003; 陳彥傑等, 2006)。本文基于30 m分辨率的DEM數(shù)據(jù), 在ArcGIS 和Matlab環(huán)境下, 對(duì)河流侵蝕的結(jié)果進(jìn)行分析。

當(dāng)基巖河道的抬升速率等于河流的下切速率時(shí), 河流發(fā)育達(dá)到均衡狀態(tài), 河道高程保持不變, 這時(shí)定義基巖河床侵蝕力模型為:

式中: d/d代表河床高程隨時(shí)間變化;為構(gòu)造抬升作用引起的地殼抬升速率;為河流下切侵蝕速率;為河道上游的流域面積;為河道坡度;為侵蝕系數(shù)(包括巖層強(qiáng)度、河床物質(zhì)、河道寬度、徑流量、土石流失率等);和為常數(shù)(代表水文、侵蝕作用等)。

則:

則公式(6)可變?yōu)?

公式(7)兩側(cè)取對(duì)數(shù)可得:

公式(8)中, 參數(shù)為均衡河道縱剖面的下凹程度指數(shù), 而K則為均衡河道縱剖面的陡度指數(shù), 可直接在-(Slope-Area)的雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)關(guān)系圖中以直線回歸的方法得出回歸直線的斜率和截距即為與K。本文利用-雙對(duì)數(shù)曲線圖作為分析判斷地形是否達(dá)到均衡狀態(tài)的主要依據(jù)。當(dāng)?shù)匦芜_(dá)到均衡狀態(tài)時(shí), 其集水盆地內(nèi)河流的-在雙對(duì)數(shù)圖上會(huì)呈現(xiàn)一條直線形態(tài), 當(dāng)造山帶內(nèi)部基巖隆升速率大于河流的下切侵蝕速率時(shí), 也即河床高度隨著時(shí)間的變化而逐漸升高, 即d/d>0,-在雙對(duì)數(shù)圖上會(huì)呈現(xiàn)上凸形態(tài), 此時(shí)造山帶地形發(fā)育處于均衡前狀態(tài); d/d<0,-在雙對(duì)數(shù)圖上會(huì)呈現(xiàn)下凹形態(tài), 造山帶地形發(fā)育處于過(guò)均衡狀態(tài)(圖3)(Kirby et al., 2003; 陳彥傑等, 2006)。

3 研究結(jié)果

3.1 Horton定律結(jié)果

對(duì)DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后, 用上述方法分別提取滇中地區(qū)金沙江、珠江和紅河流域中的20條支流(圖2)的河網(wǎng)屬性及各級(jí)河網(wǎng)屬性比。河網(wǎng)屬性在對(duì)數(shù)坐標(biāo)下與河流級(jí)別呈線性關(guān)系, 擬合公式為一條直線, 由公式(1)與公式(4)可計(jì)算Horton比中的分支比, 而河流級(jí)別在ArcGIS選擇閾值為500的匯流面積自動(dòng)篩選后分級(jí), 由于流域面積的大小不同, 金沙江的部分支流漁鮑河(C1)、小江(C5)、則木河(C8)、枯木河(C9)被自動(dòng)劃分為5級(jí), 龍川江(C2)、普渡河(C4)、以禮河(C7)自動(dòng)劃分為6級(jí), 其余的劃分為4級(jí); 珠江支流黃泥河(Z1)、清水河(Z4)被自動(dòng)劃分為5級(jí), 南盤江(Z2)、北盤江(Z3)被自動(dòng)劃分為7級(jí)和6級(jí); 紅河的支流南渡河(H1)、勐拉河(H5)、石羊河(H6)自動(dòng)劃分為5級(jí), 小河底河(H2)、齋江(H3)、南滲河(H4)被自動(dòng)分為6級(jí)(圖2)。圖4和圖5分別給出了三大流域20條河流河網(wǎng)不同級(jí)別河流數(shù)目和平均長(zhǎng)度的關(guān)系。

3.1.1 分支比

在這20條支流中, 金沙江流域各支流的低級(jí)別河流的分支比符合Horton定律。而漁鮑河(C1)、龍川江(C2)、普渡河(C4)、小江(C5)、牛欄江(C6)、則木河(C8)、枯木河(C9)高級(jí)別河流的分支比偏離了線性關(guān)系, 且分支比并不在3~5之間, 多為2。勐果河(C3)、以禮河(C7)高級(jí)別河流的分支比分別為7和8。而萬(wàn)馬河(C10)低級(jí)別河流與高級(jí)別河流的分支比都符合Horton定律。其中, C1~C9高級(jí)別河流與斷裂帶相互重合(圖2), 如: 支流漁鮑河(C1)、枯木河(C9)高級(jí)別河流與永勝斷裂南段相互重合, 龍川江(C2)與綠汁江斷裂相互重合, 勐果河(C3)與武定?易門斷裂相互重合, 普渡河(C4)與普渡河斷裂相互重合, 小江(C5)與小江斷裂相互重合, 牛欄江(C6)與魯?shù)閿嗔严嗷ブ睾? 以禮河(C7)與會(huì)澤斷裂相互重合, 則木河(C8)與則木河斷裂相互重合。

珠江流域各支流的低級(jí)別河流的分支比符合Horton定律, 但南盤江(Z2)和清水河(Z4)2條高級(jí)別河流的分支比偏離了線性關(guān)系, 且不在3~5之間, 其多為2或8。南盤江(Z2)最高級(jí)別河流與小江斷裂南段、彌勒斷裂相互重合, 清水河(Z4)與丘北斷裂相互重合。

紅河流域各支流的低級(jí)別河流分支比均符合Horton定律, 南渡河(H1)和石羊河(H6)2條高級(jí)別河流的分支比偏離線性關(guān)系, 且它們的分支比并不在3~5以內(nèi), 也多為2, 其中南渡河(H1)與綠汁江斷裂重合, 石羊河(H6)與紅河斷裂北段相重合(圖4, 表1)。

圖3 河流水力侵蝕模型S-A雙對(duì)數(shù)圖解(據(jù)陳彥傑等, 2006)

圖4 滇中各支流不同級(jí)別河流數(shù)量N與級(jí)別w的關(guān)系(河流名稱見圖2)

3.1.2 長(zhǎng)度比

金沙江流域各支流中低級(jí)河流的長(zhǎng)度比都符合Horton定律, 但C1~C9高級(jí)別河流偏離線性關(guān)系, 其長(zhǎng)度比多為1.5以下。珠江流域的北盤江(Z3)高級(jí)別河流長(zhǎng)度比偏離了Horton定律, 在1.5以下。紅河流域支流中H1~H6幾條低級(jí)別河流符合Horton定律, 而勐拉河(H5)和石羊河(H6)高級(jí)別河流偏離線性關(guān)系, 且長(zhǎng)度比并不在1.5~3之間, 高級(jí)別河流的長(zhǎng)度比多為3以上或在1.5以下(圖5, 表1)。

3.2 河道基巖侵蝕力模型

對(duì)滇中地區(qū)三大流域內(nèi)的20條支流的基巖河道進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 建立log和log的關(guān)系圖(圖6~8)。結(jié)果發(fā)現(xiàn):-關(guān)系圖呈現(xiàn)明顯分段性, 表現(xiàn)為既有上凸也有下凹, 部分呈直線形態(tài)。各支流的基巖河道侵蝕力模型結(jié)果如下:

3.2.1 金沙江流域

金沙江支流中漁鮑河(C1)、勐果河(C3)和以禮河(C7)的-擬合曲線呈現(xiàn)上游為直線形態(tài), 到中下游后呈上凸、下凹相間排列, 其河道中既有均衡地形, 也存在隆升和沉降地形; 龍川江(C2)、普渡河(C4)、小江(C5)、牛欄江(C6)、以禮河(C7)、則木河(C8)和枯木河(C9)幾條支流從上游開始就呈明顯的上凸、下凹相間排列的形態(tài), 幾條支流既有隆升地形也有沉降地形; 萬(wàn)馬河(C10)呈現(xiàn)直線形態(tài), 為均衡地形。

3.2.2 珠江流域

珠江支流中江底大河(Z1)和清水河(Z4)的-擬合曲線上游為直線形態(tài), 到中下游后呈上凸、下凹相間排列, 河道中既有均衡狀態(tài), 也存在隆升地形和沉降地形; 南盤江(Z2)和北盤江(Z3)支流從上游開始就呈明顯的上凸、下凹相間排列的形態(tài), 既有隆升地形也有沉降地形。

3.2.3 紅河流域

紅河支流中石羊河(H6)的-擬合曲線上游為直線形態(tài), 到中下游后呈上凸、下凹相間排列, 河道中既有均衡狀態(tài)也存在隆升地形和沉降地形; 南渡河(H1)、小河底河(H2)、齋河(H3)和石羊河(H6)支流從上游開始就呈明顯的上凸、下凹相間排列的形態(tài), 既有隆升地形也有沉降地形; 南滲河(H4)、勐拉河(H5)呈現(xiàn)直線形態(tài), 為均衡地形。

4 討 論

4.1 河流發(fā)育是否受構(gòu)造活動(dòng)的影響

滇中大多數(shù)支流的河網(wǎng)中低級(jí)別河流的分支比和長(zhǎng)度比都呈良好的線性關(guān)系, 符合Horton定律, 但隨著級(jí)別的增加, 分支比和長(zhǎng)度比都逐漸發(fā)生了偏離, 且河流級(jí)別越高, 其偏離得越多。Kalyanjit et al. (2012)發(fā)現(xiàn)水系分支比對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的響應(yīng)較為敏感, 可以反映出區(qū)域的構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)弱: 分支比偏離程度越高, 構(gòu)造活動(dòng)性越強(qiáng); 分支比偏離程度低, 構(gòu)造活動(dòng)性則越弱。

金沙江支流中的漁鮑河(C1)、龍川江(C2)、勐果河(C3)、普渡河(C4)、小江(C5)、牛欄江(C6)、以禮河(C7)、則木河(C8)、枯木河(C9)高級(jí)別河流分別與程海?賓川斷裂東側(cè)、綠汁江斷裂、武定?易門斷裂、普渡河斷裂、小江、魯?shù)閿嗔?、?huì)澤斷裂、則木河斷裂、程海?賓川斷裂南段相互重合(圖2), 這些斷裂構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈(徐錫瑋等, 2003; 王閻昭等, 2008; Wu and Hu, 2019), 可能導(dǎo)致河網(wǎng)數(shù)目與長(zhǎng)度發(fā)生改變。而萬(wàn)馬河(C10)不與斷裂帶相互重合, 受構(gòu)造活動(dòng)影響小, 分支比、長(zhǎng)度比則均不偏離Horton定律。

珠江支流中南盤江(Z2)和北盤江(Z3)高級(jí)別河流分別與彌勒斷裂、楊家大坡斷裂相互重合。彌勒斷裂在第四紀(jì)以來(lái)屬于弱構(gòu)造活動(dòng)斷層(Wu et al., 2015; Wu and Hu, 2019), 但南盤江(Z2)的第4級(jí)河流與小江斷裂南段、曲江斷裂相互重合, 小江斷裂與曲江斷裂在第四紀(jì)來(lái)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈(聞學(xué)澤等, 2011; Wang et al., 2014), 因此南盤江(Z2)的河網(wǎng)發(fā)育受構(gòu)造活動(dòng)影響。

圖5 滇中各支流水系不同級(jí)別河流平均長(zhǎng)度L(m)與級(jí)別w的關(guān)系(河流名稱見圖2)

表1 滇中各支流不同級(jí)別河流的分支比RB與長(zhǎng)度比RL

紅河支流中南渡河(H1)、小河底河(H2)、南滲河(H4)、石羊河(H6)與綠汁江斷裂、建水?dāng)嗔选€(gè)舊斷裂、紅河斷裂北段相互重合。由于這些斷裂帶構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈, 與其相互重合的支流的分支比、長(zhǎng)度比偏離Horton定律。其中小河底河(H2)最高級(jí)別長(zhǎng)度比較大, 而分支比卻較小, 可能是由于流域受到斷裂帶擠壓變得狹長(zhǎng)。綜上, 不與斷裂帶重合或與構(gòu)造活動(dòng)弱重合的河網(wǎng)基本上遵循Horton的指數(shù)變化規(guī)律, 而與強(qiáng)活動(dòng)斷裂帶相互重合的支流中高級(jí)別河流的分支比和長(zhǎng)度比大多偏離Horton定律。

4.2 走滑斷層對(duì)地貌發(fā)育的影響

滇中地區(qū)金沙江、珠江、紅河三大流域的-雙對(duì)數(shù)曲線呈現(xiàn)上凸、下凹相間排列的特征, 反映滇中地區(qū)既有地形隆升又有沉降。而前人在大型擠壓性斷裂控制下的天山北麓河、白龍江、龍門山等地區(qū)的研究結(jié)果(趙洪壯等, 2009; 蘇琦等, 2016; 閆亮等, 2018)與滇中地區(qū)的河道基巖侵蝕力模型存在偏差, 可能是由于滇中地區(qū)主要受大型走滑斷裂控制(Wang et al., 1998), 大型走滑斷層系中常伴隨著斷塊差異性升降運(yùn)動(dòng), 出現(xiàn)拉張性斷陷盆地和擠壓性逆沖?褶皺拱起共同存在的情況(Burchfiel et al., 1987)。

金沙江流域主要受綠汁江斷裂、武定?易門斷裂、普渡河斷裂、小江斷裂等強(qiáng)地震活動(dòng)性的SN向走滑斷裂控制(Wang et al., 1998; He et al., 2009)。前人研究發(fā)現(xiàn)這些走滑斷裂發(fā)生張扭性運(yùn)動(dòng), 形成了滇池、玉溪、元謀等第四紀(jì)斷陷盆地(Wang et al., 1998; He et al., 2009; 裴向軍等, 2019), 同時(shí)也發(fā)育了擠壓或逆沖斷層(Ren, 2013; Wang et al., 2014; 樊云龍等, 2018)。

珠江流域主要受小江斷裂、南盤江斷裂、北盤江斷裂和曲靖斷裂等走滑斷裂活動(dòng)的影響。形成了彌勒盆地(Li et al., 2015)和北盤江流域的差異隆升(Wang et al., 1998; 樊云龍等, 2018)。

紅河流域受建水?dāng)嗔选⑶瓟嗔?、紅河斷裂北段、綠汁江斷裂和個(gè)舊斷裂等影響, 形成了許多第四紀(jì)斷陷盆地(Wang et al., 2012), 而在曲江?石屏斷裂帶剖面上又表現(xiàn)為自北向南推覆的逆沖斷裂帶結(jié)構(gòu)(圖9a)(韓新民等, 1982; 韓新民和毛玉平, 1993; 樊云龍等, 2018)。

以小江為例, 小江流域主要是受小江斷裂活動(dòng)控制。小江斷裂由多條左行走滑斷裂組成, 斷裂以西的湯丹沖斷塊及周邊地區(qū)在第四紀(jì)發(fā)生隆升, 小江中段地區(qū)地殼以整體抬升為主(Wang et al., 1998; 王剛和王二七, 2005)。另外, 小江斷裂還控制了許多伸展盆地(宋方敏等, 1997)。小江流域的上凸區(qū)與小江中段的逆沖斷裂以及湯丹沖斷塊相對(duì)應(yīng); 下凹區(qū)則與嵩明盆地、東川盆地相對(duì)應(yīng)(圖9b、c)。當(dāng)走滑斷裂表現(xiàn)為壓扭為主時(shí), 可能造成隆升量大于剝蝕量,-雙對(duì)數(shù)曲線呈現(xiàn)為上凸; 當(dāng)走滑斷裂表現(xiàn)為伸展為主時(shí), 可能造成隆升量小于侵蝕量,-雙對(duì)數(shù)曲線呈現(xiàn)為下凹。

圖6 金沙江流域內(nèi)各支流水力侵蝕模型S-A雙對(duì)數(shù)圖

圖7 珠江流域內(nèi)各支流水力侵蝕模型S-A雙對(duì)數(shù)圖

圖8 紅河流域內(nèi)各支流水力侵蝕模型S-A雙對(duì)數(shù)圖

(a) 滇中地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)簡(jiǎn)圖; (b) 小江流域構(gòu)造活動(dòng)簡(jiǎn)圖; (c) 小江流域S-A雙對(duì)數(shù)曲線。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)滇中地區(qū)的20條干流流域縱剖面進(jìn)行定量化研究, 獲得以下認(rèn)識(shí):

(1) 滇中地區(qū)低級(jí)別河流屬性較好地符合Horton定律, 而高級(jí)別河流屬性與Horton定律有較大偏離, 且偏離Horton定律的高級(jí)別河流與走滑斷裂帶相互重合, 滇中地區(qū)河網(wǎng)發(fā)育明顯受到斷裂活動(dòng)的影響。

(2) 滇中地區(qū)河流網(wǎng)的-擬合圖呈現(xiàn)出明顯分段性, 在同一條河流內(nèi)表現(xiàn)為上凸區(qū)和下凹區(qū)相間排列。其原因可能是研究區(qū)內(nèi)的河道主要受走滑斷裂控制, 當(dāng)斷裂以壓扭性為主時(shí), 河道的隆升量大于剝蝕量, 在-擬合曲線表現(xiàn)為上凸; 當(dāng)斷裂為張扭性為主時(shí), 河道的隆升量小于剝蝕量, 在-擬合曲線表現(xiàn)為下凹。通過(guò)對(duì)河網(wǎng)地貌特征的研究可以使我們更好地理解該地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)特征。

致謝:衷心感謝兩位匿名審稿專家對(duì)本文提出的建設(shè)性意見！

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Characteristics of River Networks in the Central Yunnan Province and Their Responses to Tectonic Activities

DUAN Jiaxin, DONG Youpu*, WU Ke, RU Xin, ZHANG Dongyue and WANG Dan

(Faculty of Land and Resource Engineering,, Kunming 650093, Yunnan, China)

The central Yunnan province is located in the Southeast of the Tibetan Plateau. Being one of the most tectonically active regions, it is cut by several active strike-slip faults. It is an ideal place to investigate the relationship between the active tectonics and river systems. Here, the SRTM-DEM with spatial resolution of 30 m was used as the basic dataset, and the ArcGIS and MATLAB software were used to the extract profile characteristics of 20 tributaries from the Jinsha River, the Pearl River, and the Red River in the central Yunnan province. First, the networks of the 20 tributaries were mapped and analyzed. Secondly, the relationship between tectonic uplift and fluvial incision was analyzed by steep index (). The results show that (1) the networks are represented by the Horton Laws for the streams of the lower orders but deviate dramatically at the highest order. (2)-plots all exhibit alternate convex and concave forms. It can be inferred that the developments of high-order rivers were significantly affected by the strike-slips faults. The analysis of fluvial geomorphology can help us to further investigate the tectonic activities and characteristics of the central Yunnan province.

the central Yunnan province; strike-slip fault; fluvial geomorphology; Horton law; bedrock channel incision model; tectonic activity

2019-08-29;

2020-01-17

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41802215、41762017、41672206)與云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目(KKJB201721011)聯(lián)合資助。

段佳鑫(1994–), 女, 碩士研究生, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: 729234235@qq.com

董有浦(1983–), 男, 副教授, 主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究。Email: dongypsd@126.com

P542

A

1001-1552(2021)02-0296-012

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.003