地貌參數(shù)提取方法以及與構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系
——以龍門山斷裂帶南段為例

劉漢永

(中國(guó)地震局 地殼應(yīng)力研究所,北京 100083)

地貌參數(shù)提取方法以及與構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系
——以龍門山斷裂帶南段為例

劉漢永

(中國(guó)地震局 地殼應(yīng)力研究所,北京 100083)

利用地貌特征來(lái)反映構(gòu)造活動(dòng)是活動(dòng)構(gòu)造的常用研究方法,而借助多種計(jì)算機(jī)軟件和高分辨率數(shù)字高程模型可以迅速而有效地提取各種地貌參數(shù)。介紹利用ArcGIS、RiverTools以及Matlab等軟件快速提取面積高程積分、河流分支比、河流坡降指數(shù)、Hack剖面、地貌起伏度以及坡度等地貌因子的方法,并以龍門山斷裂帶南段為例,介紹地貌特征與構(gòu)造活動(dòng)之間的關(guān)系。

地貌參數(shù);構(gòu)造活動(dòng);龍門山斷裂帶南段

構(gòu)造活動(dòng)對(duì)區(qū)域地貌演化研究具有很大的影響,可以通過(guò)對(duì)地貌的定量研究,來(lái)獲取區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的信息。

早在20世紀(jì)50年代,Strahler[1-2]就提出了面積—高程積分(HI)來(lái)定量表征流域內(nèi)高程的分布,研究了河流分支比(Rb)和構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系。Hack也提出河流坡降指數(shù)(SL)來(lái)表征河流不同河段坡度的變化[3],而Hack剖面則可以討論流域的形態(tài)特征。在流域盆地內(nèi),前人提出了流域盆地不對(duì)稱度(AF)、流域形狀指數(shù)(BS)、河流坡降指數(shù)(SL)、地貌起伏度(TR)以及坡度(AS)等指數(shù),定量描述流域內(nèi)地貌特征,提出地貌與構(gòu)造、氣候等因素的關(guān)系[4]。

近年來(lái),隨著GIS軟件的普及以及高分辨率數(shù)值地形技術(shù)的高速發(fā)展,提取地貌參數(shù)的手段變得非常成熟,越來(lái)越多的研究致力于探討區(qū)域地貌特征與構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系[5-7]。從地貌參數(shù)的角度對(duì)龍門山地區(qū)進(jìn)行研究,前人發(fā)現(xiàn),龍門山斷裂帶中段活動(dòng)性最強(qiáng),北段次之,南段最弱,并討論了龍門山地區(qū)的構(gòu)造特征的變化[5],指出了北川—映秀斷裂和雙石—大川斷裂是該地區(qū)主要的活動(dòng)斷裂[8],趙國(guó)華等[9]根據(jù)Hack剖面和面積—高程積分討論了龍門山中段的構(gòu)造活動(dòng)性。

已有研究的成果大都集中在龍門山斷裂帶的中、北段,而南段的相關(guān)成果很少。本研究以龍門山南段為研究對(duì)象,利用由1∶5萬(wàn)地形圖轉(zhuǎn)出的25 m分辨率DEM,基于ArcMap10.0水文分析模塊,提取了面積高程積分、河流分支比、Hack剖面、地貌起伏度以及坡度等來(lái)定量研究該區(qū)域的地貌特征,并探討其與構(gòu)造活動(dòng)的關(guān)系。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

龍門山位于青藏高原東緣,是世界屋脊青藏高原和四川盆地的分界,也是松潘—甘孜地塊與華南地塊相互碰撞的界線,同時(shí)也是南北地震帶的重要組成部分,在中國(guó)區(qū)域大地構(gòu)造體系中具有重要的意義[10-11]。

龍門山構(gòu)造帶由后山(茂縣—汶川)、中央(北川—映秀)、前山(灌縣—安縣)斷裂和山前隱伏斷裂等4條逆沖斷裂及其間所挾持的逆沖楔體組成[11-12]。其形成過(guò)程表現(xiàn)為自后山斷裂向東南方向發(fā)展的前展式逆沖斷層。受北川附近的NW向走滑斷層及都江堰附近的NW向三江口斷裂的切割,龍門山構(gòu)造帶又可以進(jìn)一步分為北段、中斷和南段[10-11,13]。其中龍門山南段三條主干斷裂帶依次稱為耿達(dá)—隴東(后山)斷裂、鹽井—五龍(中央)斷裂、雙石—大川(前山)斷裂,在前陸區(qū)發(fā)育有多條隱伏斷裂,呈疊瓦狀展布[14]。雙石—大川斷裂在大川鎮(zhèn)附近分為東西兩支:東支經(jīng)過(guò)雙石鎮(zhèn)、大溪鄉(xiāng),稱為雙石—大川斷裂;西支經(jīng)小關(guān)子,稱為小關(guān)子斷裂,兩支斷裂在天全縣附近匯為一支。五龍斷裂在本區(qū)沿蜂桶寨—五龍一線展布,而耿達(dá)—隴東斷裂從隴東以北向南西匯入北西走向的金湯弧形斷裂(如圖1)。

圖1 龍門山斷裂帶南段地貌與地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geomorphic and tectonic map of south segment of the Longmenshan Fault BeltBYF.北川—映秀斷裂;GLF.耿達(dá)—隴東斷裂;JGF.江油—灌縣斷裂;JTHF.金湯弧形斷裂;MWF.茂縣—汶川斷裂;PXF.蒲江—新津斷裂;SDF.雙石—大川斷裂;XGZF.小關(guān)子斷裂;ZGF.中崗斷裂;YYF.永富斷裂。Q.第四系;E.新近系;K.白堊系;J.侏羅系;T.三疊系;C.石炭系;D.泥盆系;S.志留系;O.奧陶系;Zb.震旦系;Pt.新元古界;γ.花崗巖。

前人對(duì)龍門山南段活動(dòng)構(gòu)造研究甚少,只有一些討論,如楊曉平等[15]認(rèn)為五龍斷裂和大川—雙石斷裂在晚更新世有活動(dòng),陳立春等[16]和Densmore et al.[17]根據(jù)探槽開挖的結(jié)果證明,大川—雙石斷裂是一條全新世活動(dòng)斷裂。龍門山南段缺乏斷層的證據(jù),這使討論斷層的活動(dòng)時(shí)代和活動(dòng)性十分困難。本文從定量地貌學(xué)的角度出發(fā),根據(jù)多個(gè)地貌參數(shù)討論地貌特征與斷裂活動(dòng)的關(guān)系,為研究本地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)性提供依據(jù)。

2 地貌參數(shù)的提取

2.1 面積—高程積分曲線

面積高程積分是Strahler提出的一個(gè)定量描述流域內(nèi)高程的分布,表征未被侵蝕部分體積的一個(gè)參數(shù)[1],可以指示區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)差異[18-19]。

在一個(gè)流域盆地演化的不同階段,其地貌形態(tài)會(huì)發(fā)生較大的變化。在演化早期階段,河流侵蝕能力強(qiáng),地貌以深切河谷為主,流域內(nèi)高海拔區(qū)域較大;隨著河流演化進(jìn)入后期,U形谷發(fā)育,流域內(nèi)低海拔區(qū)域的面積逐漸增大。面積—高程積分曲線就是一個(gè)表征流域盆地內(nèi)某一特定高程值之上的面積占全流域面積的比例函數(shù),具體計(jì)算公式參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[20]。

由圖2-b可知,流域積分曲線為上凸型時(shí),其積分值也高;為下凹型時(shí),積分值低。其中高積分值意味著流域內(nèi)大部分物質(zhì)體積未被侵蝕,地形演化時(shí)間短,地貌處于幼年期,積分曲線呈上凸型;反之,地形演化時(shí)間越長(zhǎng),流域內(nèi)物質(zhì)侵蝕殆盡,地貌處于老年期,積分曲線呈下凹型。介于凸型及凹型之間呈凹凸型的則為中年期。依據(jù)Strahler對(duì)HI的劃分,可分為3級(jí):幼年期HI>0.5;中年期HI值在0.4～0.5之間;老年期HI<0.4。

本研究選取了龍門山南段9支較大的流域,分別為青衣江寶興境內(nèi)的東河(L1)、西河(L2)、天全河(L3)、蘆山河(L4),大渡河支流金湯河(L9),岷江流域的雜谷腦河(L5)、漩口河(L6)、西江河(L7)以及出河(L8),在每個(gè)流域內(nèi),再劃分次級(jí)小流域,計(jì)算面積高程積分(圖3)。

圖2 面積高程積分示意圖Fig.2 Sketch map of area elevation integration a.流域內(nèi)高差大于h的部分投影到平面上的面積;b.面積高程積分曲線,其中黃色部分表示流域內(nèi)未被侵蝕部分的比例,即面積高程積分。

本文利用ArcMap10.0提取DEM高程數(shù)據(jù),在Matlab 2010b中計(jì)算x、y,在Grapher 3.6中作圖。將ArcMap10.0導(dǎo)出的高程數(shù)據(jù)導(dǎo)入Matlab 2010b進(jìn)行計(jì)算。

2.2 河流分支比

在造山帶中,河流的演化和構(gòu)造活動(dòng)、氣候變化有著密切的關(guān)系,其演化模式一直是地貌學(xué)研究的熱點(diǎn)。發(fā)育程度相對(duì)比較成熟的水系具有河道距離遠(yuǎn)、支流多、流域網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜以及流域面積大等特征;而相反地,水系長(zhǎng)度短、河流分支少等特征則表明了水系正處于演化過(guò)程的“幼年”、“青年”時(shí)期。由于水系對(duì)于構(gòu)造、氣候等外來(lái)因素的改變非常敏感,因此水系河流演化通常詳細(xì)記錄了造山帶系統(tǒng)最新時(shí)期的細(xì)微變動(dòng)[2,21-22]。

圖3 SL與Hack剖面示意圖[9]Fig.3 Diagram of SL and Hack profiles (a).呈對(duì)數(shù)曲線形態(tài)的均衡剖面河流縱剖面;(b).半對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的均衡河流縱剖面,即其Hack剖面,剖面的斜率k即其SL值;(c).受到構(gòu)造抬升作用的河流縱剖面;(d).受到構(gòu)造抬升作用的河流Hack剖面;(e).呈現(xiàn)曲線形態(tài)的Hack,此剖面由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 等4個(gè)均衡河段組成,每個(gè)河段均有其SL值,這些SL值即構(gòu)成階梯狀SL曲線。當(dāng)河流全河段達(dá)到“理想均衡剖面”狀態(tài)時(shí),其斜率為K,即為均衡坡降指標(biāo)。

本研究采用Strahler分級(jí)方法對(duì)流域的水系進(jìn)行分級(jí),首先將所有河網(wǎng)弧段中沒(méi)有支流的弧段定義為第1級(jí),兩個(gè)1級(jí)弧段匯流成的河網(wǎng)弧段定義為第2級(jí),以此類推,一直到河網(wǎng)出水口[21],然后計(jì)算每一級(jí)河網(wǎng)弧段數(shù)目,并且定義Rb為低一級(jí)河網(wǎng)弧段數(shù)目與高一級(jí)河網(wǎng)弧段數(shù)目比值的平均值,即:

式中:m為水系級(jí)數(shù);n為對(duì)應(yīng)各級(jí)的弧段數(shù)。而且,河流各弧段數(shù)目的對(duì)數(shù)值與河流級(jí)數(shù)呈線性關(guān)系,即lg(n)=b-am其中,a和b分別為常數(shù)。

Rb是一個(gè)與維度無(wú)關(guān)的量,即不受流域形態(tài)、環(huán)境等方面的影響,但會(huì)受到地質(zhì)條件的擾動(dòng),比如巖性、構(gòu)造活動(dòng)等。一般Rb值介于3～5之間,低的Rb值說(shuō)明流域受地質(zhì)方面的擾動(dòng)較小,而高Rb值說(shuō)明受到構(gòu)造活動(dòng)等因素的影響較大[2]。

首先在Rivertools軟件中進(jìn)行提取,提取閾值(Pruning threshole)設(shè)為5。然后在ArcMap10.0中導(dǎo)出河流流域參數(shù),利用Matlab進(jìn)行計(jì)算。在利用Matlab計(jì)算Rb值的過(guò)程中,對(duì)河流級(jí)數(shù)與河流弧段數(shù)(m—log(n))進(jìn)行了線性擬合,刪去了擬合程度較差的流域,最終選取了龍門山南段64個(gè)3級(jí)以上(含)流域的Rb值進(jìn)行研究。

2.3 河流坡降指數(shù)

河流坡降指數(shù)是1973年Hack在研究美國(guó)西部河流縱剖面時(shí)提出來(lái)的。在合理均衡的理想情況下,河流縱剖面是一個(gè)指數(shù)曲線。以河段距源頭的距離取對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)軸,以河段高程為縱坐標(biāo)軸,河流縱剖面可表示為:

H=c-k×log(L)

式中:H為各河段的高程;L為從河流源頭沿河道到該河段的長(zhǎng)度;c、k為常數(shù),k即為SL值。SL參數(shù)可以近似為由河流縱剖面局部段的坡度與離河流源頭的距離的乘積來(lái)計(jì)算:

SL=(ΔH/ΔL)·L

式中:ΔH為單位河段的高程差;ΔL為單位河段的距離;L為河流源頭至河段中點(diǎn)的距離[3,23-25]。

SL值對(duì)于河流坡度變化非常敏感,其控制因素主要為巖性和構(gòu)造活動(dòng)。當(dāng)河段的抗侵蝕能力較強(qiáng)或構(gòu)造抬升活躍的時(shí)候,SL值較高,反之則較低[19,26-27]。

Hack剖面則是描述河流縱剖面整體上的變化特征。最原始的Hack剖面研究對(duì)象是全河段抗蝕力相似的河流。但在自然界中,受巖性差異或構(gòu)造活動(dòng)的影響,Hack剖面多呈現(xiàn)上凸下凹等曲線狀,并非一條直線[27-28]。 因此,可以從Hack剖面的源頭到出水口畫一條直線,來(lái)表示該河流全河段達(dá)到動(dòng)力平衡時(shí)的狀態(tài),斜率即為均衡坡降指標(biāo)K。一般來(lái)說(shuō),較大的河流相對(duì)較小的河流容易有較大K值和SL值。在比較不同河流間的河長(zhǎng)坡降指標(biāo)時(shí),需要將不同河段SL參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,用各河段的標(biāo)準(zhǔn)化河長(zhǎng)坡降指標(biāo)“SL/K”值進(jìn)行對(duì)比。

筆者提取橫跨龍門山南段的四條河流的坡降指數(shù)和河流剖面(河流位置及編號(hào)如圖4),并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

2.4 條帶地形剖面

為了比較橫向地貌變化,沿約北西45°方向,在三個(gè)不同的區(qū)域,沿同一方向提取了地形條帶剖面(圖5)。條帶長(zhǎng)100 km,寬10 km。沿條帶長(zhǎng)軸方向細(xì)分為寬100 m的次級(jí)條帶,然后統(tǒng)計(jì)每個(gè)條帶內(nèi)的最大、最小和平均值,得到剖面圖[29]。

圖4 橫跨龍門山斷裂帶南段河流分布圖Fig.4 The rivers distribntion map which accross the south segment of Longmenshan Fault Belt R1-R4.SL剖面河流編號(hào),其中R1到寶興為止。

圖5 龍門山斷裂帶南段地形條帶剖面提取位置圖Fig.5 The extractiong location of topographical stripe profile p1-p3.條帶編號(hào)。

2.5 起伏度和坡度指數(shù)

地貌起伏度即一定面積內(nèi)最高點(diǎn)高程和最低點(diǎn)高程之差,它能夠表示地面侵蝕程度[5],可以通過(guò)區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)高程減去最低點(diǎn)高程計(jì)算[5,30]。筆者把數(shù)字高程模型(DEM)分割成1 km2正方形的單元,提取小單元內(nèi)高程最高與最低值之差,并將該差值賦給小單元,得到分辨率為1 000 m的柵格數(shù)據(jù)。然后,利用克里金法,把柵格重新插值,得到25 m分辨率的新柵格。

坡度即地表的傾斜程度。提取DEM中每個(gè)柵格的高程值,與其周圍相鄰的4個(gè)柵格的高程值分別計(jì)算坡度,取最大值賦給該柵格。然后,把得到的柵格數(shù)據(jù)重新分為1 km2正方形的單元,提取單元內(nèi)坡度的最大值,得到分辨率為1 000 m的新柵格。利用克里金法,得到柵格插值為25 m分辨率的新柵格。

沿約北西45°方向,分別提取地貌起伏度、坡度條帶剖面,條帶長(zhǎng)100 km,寬10 km。沿條帶長(zhǎng)軸方向細(xì)分為寬100 m的次級(jí)條帶,然后統(tǒng)計(jì)每個(gè)條帶內(nèi)的最大、最小和平均值,得到剖面圖。

3 結(jié)果與討論

3.1 面積—高程積分曲線和河流分支比

面積高程積分計(jì)算結(jié)果如圖6,可以看出,HI值的范圍為0.31～0.62,絕大部分在0.38～0.55之間,平均值為0.47,整體處于成熟期。在龍門山后山斷裂北西部分,HI值較高,相應(yīng)流域的HI曲線多為上凸性,表示該區(qū)域地貌演化處于幼年期,以V型深谷為主。而在龍門山中央、前山斷裂區(qū)域,HI值逐漸變低,HI曲線多為下凹型,說(shuō)明地貌成熟度升高,為成年期(圖6、圖7)。

河流分支比計(jì)算的結(jié)果Rb值的范圍在2.8～6.3之間,分布格局與HI值類似,在龍門山后山地區(qū)Rb值偏高,表明該地區(qū)地貌處于幼年期,前山地區(qū)較低,表明前山地區(qū)地貌演化處于青年期(圖8)。

3.2 河流坡降指數(shù)

河流坡降指數(shù)提取結(jié)果見(jiàn)圖9。從圖中可以發(fā)現(xiàn),四條河流的SL/K主要有兩個(gè)峰值,一個(gè)位于永富斷裂周圍(P1),另一個(gè)位于鹽井五龍斷裂和雙石—大川斷裂(小關(guān)子斷裂)之間(P2)。這兩個(gè)峰值至少出現(xiàn)在三條河流上,而且跨越了不同巖性的地層,所以未受到巖性的影響,其主控因素可能是構(gòu)造活動(dòng)。另外,還有一些小的峰值,比如R1中,在鹽井—五龍斷裂的上盤有一個(gè)峰值,流經(jīng)元古代地層和花崗巖體,抗侵蝕能力較強(qiáng),可能是在巖性影響下形成的峰值。

3.3 條帶地形剖面和起伏度、坡度指數(shù)

條帶地形剖面的提取結(jié)果見(jiàn)圖10,筆者發(fā)現(xiàn)p1和p3條帶反映的地形變化趨勢(shì)和p2一致,都是以永富斷裂為界,北西側(cè)為高海拔地區(qū),南東側(cè)地勢(shì)下降,鹽井—五龍斷裂和雙石—大川斷裂(小關(guān)子斷裂)作為次級(jí)地貌的分界,上盤高程要高于下盤高程,這說(shuō)明本地區(qū)的地貌形態(tài)與斷裂展布格局基本一致。

起伏度、坡度指數(shù)的分布特征與條帶地形剖面十分類似(圖11、圖12),據(jù)此可將龍門山斷裂帶及其周邊地區(qū)分為三部分,其邊界分別為中崗斷裂和小關(guān)子斷裂。

圖6 龍門山斷裂帶南段河流流域劃分及小流域HI值圖Fig.6 River drainage divide of south segment of Longmenshan Fault Belt and HI values

圖7 龍門山斷裂帶南段幾組典型的HI曲線圖Fig.7 Typical HI curves of south segment of Longmenshan Fault Belt

在中崗斷裂(永富斷裂)以西,地貌高差、坡度都比較低,平均值分別在500 m和30°左右,但平均高程在3 000 m以上,最高可達(dá)4 500 m。本區(qū)域地貌上為高原,地貌起伏較小。

在中崗斷裂和小關(guān)子斷裂之間,地貌高差和坡度都比較高,二者平均值約為650 m和35°,而且變化較大,其中一個(gè)高值區(qū)域沿永富斷裂,最高平均值約為800 m和40°,另一個(gè)則在五龍斷裂和小關(guān)子斷裂之間,最高平均值也約為800 m和40°。在鹽井—五龍斷裂的下盤為低值區(qū)域。在隴東斷裂和五龍斷裂的上盤變化不大,趨勢(shì)較為平緩。而高程上,自中崗斷裂至隴東斷裂,高程為下降趨勢(shì),在隴東斷裂和五龍之間為高地貌區(qū),最高平均值可達(dá)3 500 m,另一個(gè)高地貌區(qū)出現(xiàn)在小關(guān)子斷裂上盤,最高平均值接近4 000 m。高程的變化趨勢(shì)和高差、坡度的趨勢(shì)恰好相反。中崗斷裂(永富斷裂)和小關(guān)子斷裂之間為高山峽谷地貌,起伏很大,可能和區(qū)域斷裂的活動(dòng)有關(guān)。

圖8 龍門山斷裂帶南段各流域Rb值及其分級(jí)Fig.8 The Rb values and its rank of different drainages in south segment of Longmenshan Fault Belt

在小關(guān)子斷裂東側(cè),高差、坡度以及高程都迅速降低,而且趨于平緩,前陸地區(qū)地貌變?yōu)榈桶降亍＿@個(gè)變化趨勢(shì)可能和巖性以及構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。在小關(guān)子斷裂以西,地層巖性主要為灰?guī)r、白云巖和花崗巖,抗侵蝕能力較強(qiáng);而其東部,則主要為砂巖、粉砂巖泥巖等,比較容易被侵蝕風(fēng)化。

在地形剖面上,五龍斷裂和小關(guān)子斷裂(雙石—大川斷裂)之間地勢(shì)明顯隆起,尤其是在p2條帶剖面上最為明顯。而Hack剖面也有類似的規(guī)律,R2-R4河流橫跨五龍斷裂和小關(guān)子斷裂,在二者之間,SL/K值有明顯升高,意味著河道變陡。而巖性變化與SL/K值變化不一致,說(shuō)明SL/K值變化,即得到變陡的主要原因是構(gòu)造活動(dòng)。

這可能暗示,在五龍斷裂和小關(guān)子斷裂之間,發(fā)育有隱伏構(gòu)造,其活動(dòng)導(dǎo)致了河道變陡和高地貌。在小關(guān)子斷裂之下,地貌趨于平緩,說(shuō)明小關(guān)子斷裂(雙石—大川斷裂)的逆沖活動(dòng)對(duì)褶皺變形有一定的控制作用。龍門山構(gòu)造帶南段的隱伏斷層和小關(guān)子斷裂的活動(dòng)性應(yīng)引起重視。

圖9 橫跨龍門山斷裂帶南段河流Hack剖面和SL/K值圖Fig.9 Hack profile and SL/K values of rivers in south segment of Longmenshan Fault Belt ZGF.中崗斷裂;YFF.永富斷裂;GLF.耿達(dá)—隴東斷裂;YWF.鹽井—五龍斷裂;XGZF.小關(guān)子斷裂;SDF.雙石大川—斷裂。元古宇(PT).白云巖;古生界(O—P).灰?guī)r、白云巖夾砂巖;中生界(T—K).頁(yè)巖、砂泥巖;γ.花崗巖。河流分布見(jiàn)圖4。

4 結(jié)論

(1) 利用ArcGIS和Rivertools等軟件可以快速高效地從DEM中提取各種地貌參數(shù),為研究區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)性提供依據(jù)。

(2) 面積高程積分和河流分支比指示,龍門山南段耿達(dá)—隴東斷裂北西側(cè)地貌成熟度較低,向南東方向地貌成熟度逐漸升高,在雙石—大川斷裂的南東方向地貌成熟度最高。面積高程積分和河流分支比的變化可能受到巖性的影響。

圖10 龍門山斷裂帶南段條帶地形剖面圖Fig.10 The profile diagram of stripe topography in south segment of Longmanshan Fault Belt

圖11 龍門山斷裂帶南段地貌起伏度和坡度圖Fig.11 Landforms relief degree and slope degree of south segment of Longmenshan Fault Belta.起伏度;b.坡度;c、d.起伏度和坡度條帶提取位置(提取結(jié)果見(jiàn)圖12)。

(3) 河流坡降指數(shù)、條帶地形剖面、起伏度和坡降指數(shù)存在兩個(gè)峰值,一個(gè)在永富斷裂,另一個(gè)在五龍斷裂和小關(guān)子斷裂(雙石—大川斷裂)之間,而且峰值和巖性的相關(guān)性不明顯,可能是在構(gòu)造作用下形成的。

(4) 地形條帶剖面和Hack剖面在五龍斷裂—小關(guān)子斷裂之間的一致趨勢(shì)可能暗示有下伏構(gòu)造活動(dòng)。

圖12 地貌起伏度(c)和坡度(d)、高程條帶剖面(p2)和地質(zhì)剖面圖(條帶位置分別見(jiàn)圖5、圖11)Fig.12 Landforms relief degree(c),slope(d),altitude stripe profile(p2)and geological profile ZGF.中崗斷裂;GLF.耿達(dá)—隴東斷裂;YWF.鹽井—五龍斷裂;XGZF.小關(guān)子斷裂;SDF.雙石—大川斷裂。古生界(O—P).灰?guī)r、白云巖夾砂巖;中生界(T—K).頁(yè)巖、砂泥巖;γ.花崗巖。

[1] Strahler A N.Hypsometric(area-altitude)analysis of erosional topography[J].Geological Society of America Bulletin,1952,63(11):1117-1142.

[2] Strahler A N.Quantitative analysis of watershed geomorphology[J].Eos,Transactions American Geophysical Union,1957,38(6):913-920.

[3] Hack J T.Stream-profile analysis and stream-gradient index[J].Journal of Research of the US Geological Survey,1973,1(4):421-429.

[4] 常直楊,王建,白世彪,等.基于 DEM 的白龍江流域構(gòu)造活動(dòng)定量分析[J].第四紀(jì)研究,2014,34(2):292-301.

[5] Zhang H,Zhang P,Kirby E,et al.Along-strike topographic variation of the Longmen Shan and its significance for landscape evolution along the eastern Tibetan Plateau[J].Journal of Asian Earth Sciences,2011,40(4):855-864.

[6] 劉非非,杜國(guó)云.沂沭斷裂帶活動(dòng)構(gòu)造的流域地貌分析[J].第四紀(jì)研究,2016,36(2):453-463.

[7] Cheng W,Wang N,Zhao M,et al.Relative tectonics and debris flow hazards in the Beijing mountain area from DEM-derived geomorphic indices and drainage analysis[J].Geomorphology,2016,257(257):134-142.

[8] Gao M,Zeilinger G,Xu X,et al.Active tectonics evaluation from geomorphic indices for the central and the southern Longmenshan range on the Eastern Tibetan Plateau,China[J].Tectonics,2016,35(8):1812-1826.

[9] 趙國(guó)華,李勇,顏照坤,等.龍門山中段山前河流Hack剖面和面積—高程積分的構(gòu)造地貌研究[J].第四紀(jì)研究,2014,34(2):302-311.

[10] Burchfiel B C,Zhiliang C,Yupinc L,et al.Tectonics of the Longmen Shan and adjacent regions,central China[J].International Geology Review,1995,37(8):661-735.

[11] 鄧起東,陳社發(fā),趙小麟.龍門山及其鄰區(qū)的構(gòu)造和地震活動(dòng)及動(dòng)力學(xué)[J].地震地質(zhì),1994,16(4):389-403.

[12] Hubbard J,Shaw J H.Uplift of the Longmen Shan and Tibetan plateau,and the 2008 Wenchuan(M=7.9)earthquake[J].Nature,2009,458(7235):194-197.

[13] 徐錫偉,聞學(xué)澤,葉建青,等.汶川 M_S8. 0 地震地表破裂帶及其發(fā)震構(gòu)造[J].地震地質(zhì),2008,30(3):23-55.

[14] 鄧起東.中國(guó)活動(dòng)構(gòu)造研究的進(jìn)展與展望[J].地質(zhì)論評(píng),2002,48(2):168-177.

[15] 楊曉平,蔣溥,宋方敏,等.龍門山斷裂帶南段錯(cuò)斷晚更新世以來(lái)地層的證據(jù)[J].地震地質(zhì),1999,21(4):341-345.

[16] 陳立春,冉勇康,王虎,等.蘆山地震與龍門山斷裂帶南段活動(dòng)性[J].科學(xué)通報(bào),2013,58(20):1925-1932.

[17] Densmore A L,Ellis M A,Li Y,et al..Active tectonics of the Beichuan and Pengguan faults at the eastern margin of the Tibetan Plateau[J].Translated World Seismology,2008,26(4):171-178.

[18] Alipoor R,Poorkermani M,Zare M,et al. Active tectonic assessment around Rudbar Lorestan dam site,High Zagros Belt(SW of Iran)[J]. Geomorphology,2011,128(1):1-14.

[19] Gao M,Zeilinger G,Xu X,et al..DEM and GIS analysis of geomorphic indices for evaluating recent uplift of the northeastern margin of the Tibetan Plateau,China[J]. Geomorphology,2013,190(439):61-72.

[20] Singh O,Sarangi A,Sharma M C. Hypsometric integral estimation methods and its relevance on erosion status of North-Western Lesser Himalayan Watersheds[J]. Water Resources Management,2008,22(11):1545-1560.

[21] 張會(huì)平,楊農(nóng),張?jiān)罉?等.岷江水系流域地貌特征及其構(gòu)造指示意義[J].第四紀(jì)研究,2006,26(1):126-135.

[22] 王一舟,張會(huì)平,俞晶星,等.祁連山洪水壩河流域地貌特征及其構(gòu)造指示意義[J].第四紀(jì)研究,2013,33(4):737-745.

[23] 徐岳仁,何宏林,鄧起東,等.山西霍山山脈河流地貌定量參數(shù)及其構(gòu)造意義[J].第四紀(jì)研究,2013,33(4):746-759.

[24] 趙洪壯,李有利,楊景春.北天山流域河長(zhǎng)坡降指標(biāo)與Hack剖面的新構(gòu)造意義[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,46(2):237-244.

[25] Font M,Amorese D,Lagarde JL.DEM and GIS analysis of the stream gradient index to evaluate effects of tectonics:The Normandy intraplate area(NW France)[J]. Geomorphology,2010,119(3):172-180.

[26] Mahmood S A,Gloaguen R. Appraisal of active tectonics in Hindu Kush:Insights from DEM derived geomorphic indices and drainage analysis[J]. Geoscience Frontiers,2012,3(4):407-428.

[27] Chen Y C,Sung Q,Cheng K Y.Along-strike variations of morphotectonic features in the Western Foothills of Taiwan:tectonic implications based on stream-gradient and hypsometric analysis[J].Geomorphology,2003,56(1):109-137.

[28] 李利波,徐剛,胡健民,等.基于DEM渭河上游流域的活動(dòng)構(gòu)造量化分析[J].第四紀(jì)研究,2012,32(5):866-879.

[29] 鄒斌文,馬維峰,龍昱,等.基于ArcGIS的條帶剖面提取方法在地貌分析中的應(yīng)用[J].地理與地理信息科學(xué),2011,27(3):42-44.

[30] Kühni A,Pfiffner O A. The relief of the Swiss Alps and adjacent areas and its relation to lithology and structure:topographic analysis from a 250 m DEM[J]. Geomorphology,2001,41(4):285-307.

(責(zé)任編輯：費(fèi)雯麗)

Geomorphic Indexes Extracting Method and its Relationship with Tectonic Activities— A Case Study of the South Segment of Longmenshan Fault Belt

LIU Hanyong

(TheInstituteofCrustalDynamics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing100083)

The geomorphic features are always used to reflect the tectonic activities. And we can extract lots of geomorphic indexes from high resolution DEM by using many computer software. The author introduces how to extract area elevation integral HI,river branching ratio Rb,stream gradient index SL,Hack profile,landform relief degree TR and slope AS by ArcGIS,RiverTools and Matlab. Further,the auther explains how the geomorphic characteristics relate to the tectonic activities by giving an example of south segment of the Longmenshan Fault Belt.

geomorphic index; tectonic activities; south segment of the Longmenshan Fault Belt

2017-01-11;改回日期:2017-02-14

劉漢永(1989-),男,碩士,構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè),從事活動(dòng)構(gòu)造地貌研究。E-mail:grehotness@mail.com

P931.2; P542

A

1671-1211(2017)03-0343-09

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.022

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170516.1757.038.html 數(shù)字出版日期:2017-05-16 17:57