基于地貌參數(shù)的色爾騰山山前斷裂相對構(gòu)造活動性研究

摘要： 色爾騰山山前斷裂為全新世活動斷裂，近年來相關(guān)研究主要包括色爾騰山山前斷裂不同分段的滑動速率和古地震的探究。提取色爾騰山山前斷裂區(qū)域河流地貌參數(shù)，獲取區(qū)域28條河流的縱剖面、面積-高程積分與陡峭指數(shù)。結(jié)果顯示，大多數(shù)河流縱剖面用指數(shù)函數(shù)擬合效果較好，指示流域大部分處于壯年期。面積-高程積分值HI位于0.35～0.66之間。12個流域HI大于0.5，處于幼年期;16個流域HI在0.3～0.5范圍內(nèi)，為壯年期階段。降水和巖性對陡峭指數(shù)的影響有限，構(gòu)造隆升速率是陡峭指數(shù)的主要控制因素。沿著斷裂帶，河段陡峭指數(shù)高值呈現(xiàn)增加-降低-增加-降低-低緩的趨勢。整體上，色爾騰山山前斷裂帶構(gòu)造運(yùn)動相對活躍，且西部和中部大于東部，斷裂帶西部和斷裂走向轉(zhuǎn)折處構(gòu)造活動性較強(qiáng)，與前人對構(gòu)造活動性分布特征的研究結(jié)果相對一致。

關(guān)鍵詞： 地貌參數(shù); 色爾騰山山前斷裂; 河流縱剖面; 陡峭指數(shù); 面積-高程積分

中圖分類號： P315.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號： 1000-0844（2024）06-1446-16

DOI：10.20000/j.1000-0844.20220901001

Relative tectonic activity of the Sertengshan piedmont

fault based on geomorphic parameters

SHEN Kainan， DONG Shaopeng， WANG Yizhou

（Institute of Geology， CEA， Beijing 100029， China）

Abstract： The Sertengshan piedmont fault was active in the Holocene. Recent studies have mainly explored the paleoearthquakes and the slip rate in different segments. This paper extracted the river geomorphic parameters in the Sertengshan piedmont fault area， thus obtaining the longitudinal profile， hypsometric integral （HI）， and normalized channel steepness index of 28 rivers. Results indicate that the longitudinal profiles of most rivers are well-fitted by an exponential function， indicating that most of the basins are in their prime years. The HI values range from 0.35 to 0.66， in which 12 basins are in the juvenile stage with HI greater than 0.5， and 16 basins are in the prime stage with HI in the range of 0.3-0.5. The precipitation and lithology reveal limited influence on the steepness index， while the steepness index is principally affected by the tectonic uplift rate. Along the fault zone， high values of the steepness index in each channel show an increasing-decreasing-increasing-decreasing-slowing trend. Overall， the tectonic movement of the Sertengshan piedmont fault zone is relatively active， with the western and central parts being more active than the eastern part. Furthermore， the tectonic activity in the western part of the fault zone and the transition of fault strike is strong， which is almost consistent with the distribution characteristics of structural activities presented in previous studies.

Keywords： geomorphic parameters; Sertengshan piedmont fault; fluvial longitudinal profile; channel steepness index; hypsometric integral

0 引言

地貌指數(shù)提供了區(qū)域構(gòu)造活動評估的主要工具，可以揭示新構(gòu)造活動的空間分布^［1］，在區(qū)域構(gòu)造活動性分析中有著廣泛的應(yīng)用^［2-4］。

河道系統(tǒng)對活動造山帶的隆升速率、侵蝕速率和地形有著主要控制作用和響應(yīng)^［5-6］。河流縱剖面比其他指數(shù)對隆升速率的指示更敏感^［7］，對地形有著重要的控制。隨著定量地貌分析的發(fā)展，許多流域地貌參數(shù)相繼被提出^［8］。常用的地貌指數(shù)包括面積-高程積分（HI）、河長坡降指數(shù)（SL）、歸一化陡峭指數(shù)（k_sn）、流域形狀指數(shù)（Bs）、流域不對稱度（AF）、山前曲折度（Smf）和流域形狀因子（Shp）^{［1，9-10］}等?，F(xiàn)在大多數(shù)研究，將各個指數(shù)綜合形成“相對活動構(gòu)造指數(shù)”（Iat）^{［1，11-12］}以探究相對構(gòu)造活動性。

鄂爾多斯塊體周緣活動斷裂帶豐富，地震活動頻繁^［13］。前人研究認(rèn)為，2008年以來，鄂爾多斯塊體北緣處于應(yīng)力積累區(qū)域，地震開始集中于西北緣和北緣部分^［14］。色爾騰山位于鄂爾多斯塊體北緣，對河套臨河坳陷沉積有著控制作用^［15］。前人對色爾騰山山前斷裂的研究主要包括斷裂帶的滑動速率^［15-17］和古地震^［16-19］。已有研究顯示，全新世以來，東烏蓋溝—大后店斷裂平均垂直滑動速率為0.56～0.88 mm/a^［20］;烏句蒙口—得令山斷裂最小垂直位移速率為0.89 mm/a^［17］，得令山—臺梁斷裂平均垂直位移速率0.08～0.11 mm/a^［15］。地貌與地震有密切的關(guān)系^［21］，前人對色爾騰山山前斷裂的構(gòu)造地貌研究較少，且集中于斷裂某一部分。本文通過河流縱剖面擬合、流域面積-高程積分值（HI）、面積-高程積分曲線（HC）和陡峭指數(shù)（k_sn）探究色爾騰山山前斷裂的地貌演化階段和構(gòu)造活動特征。

1 研究區(qū)域

色爾騰山位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部的陰山山脈西段狼山以東。地勢平緩，海拔高程約2 000 m，山地夷平面發(fā)育^［22］。色爾騰山山前斷裂位于鄂爾多斯塊體北部的河套盆地，東、西兩側(cè)分別為烏拉山山前斷裂和狼山山前斷裂。它與狼山山前活動斷裂、烏拉山山前活動斷裂和大青山山前活動斷裂共同組成河套斷陷北緣斷裂系^［22］。根據(jù)地貌和構(gòu)造特征，以烏不浪口為界，色爾騰山分為東、西兩段^［22］。西段自西向東從東烏蓋溝到烏不浪口^［20］，為EW走向，地勢陡峭，第四紀(jì)斷層發(fā)育;東段走向SE，從烏不浪口到臺梁附近^［20］，地勢低緩，第四紀(jì)斷層不發(fā)育;西段活動性較東段強(qiáng)^［22］。陳立春等^［20］根據(jù)活動段落組成，將其分為烏加河段（東烏蓋溝—大后店）、烏句蒙口—東風(fēng)村段（大后店—得令山）、大佘太段（得令山—小佘太溝口）和烏蘭忽洞段（小佘太溝口—臺梁）4個部分，全長約175 km。Zhang等^［23］與He等^［24］的研究認(rèn)為斷裂走向轉(zhuǎn)折處兩端為獨(dú)立的兩段，將斷裂重新劃分為了狼山口（東烏蓋—大后店）、紅旗村（大后店—烏不浪口）、圐圙補(bǔ)?。醪焕丝凇吒G灘）和大佘太（瓦窯灘—臺梁）4段。前人對斷裂轉(zhuǎn)折處也有探究（圖1），龍建宇等^［15］研究認(rèn)為斷裂轉(zhuǎn)折處為兩條獨(dú)立次級斷裂相向交匯，形成T型結(jié)點(diǎn)。梁寬等^［25］和李長軍等^［26］探究了轉(zhuǎn)折處的構(gòu)造演化模式與地震危險性，認(rèn)為斷裂帶轉(zhuǎn)折點(diǎn)為應(yīng)力積累區(qū)，具有較高的地震風(fēng)險，轉(zhuǎn)折處斷層持續(xù)滑動同時“截彎取直”，轉(zhuǎn)角更加平滑。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

本文數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer Global Digital Elevation Model，ASTER GDEM）30 m分辨率高程數(shù)據(jù)。降水?dāng)?shù)據(jù)來自國家科技基礎(chǔ)條件平臺——國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.geodata.cn）^［27］，從中獲得了中國2001—2020年1 km分辨率年降水量數(shù)據(jù)，單位為0.1 mm。在ArcGIS中將區(qū)域柵格和矢量數(shù)據(jù)都投影到了WGS_1984_UTM_Zone_49N，并對降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了重采樣（900 m×900 m）。

地貌參數(shù)的提取主要通過ArcGIS、TopoToolbox^［28］和Topographic Analysis Kit （TAK）^［29］實(shí)現(xiàn)。

2.2 方法

（1） 河流縱剖面及擬合

河流縱剖面形態(tài)是盆地河道基巖類型、河道沉積物巖性、降雨和構(gòu)造活動等因素綜合作用的結(jié)果^［30］。河道的寬度、彎曲度、河床形態(tài)和顆粒大小等多種要素，會產(chǎn)生對構(gòu)造、氣候和巖性形成的影響，其中最主要的是河道梯度的變化^［7］。當(dāng)河流的下切或加積、隆升或沉降達(dá)到同步時，河流處于動態(tài)平衡狀態(tài)^［31］，其狀態(tài)下的河流縱剖面通常為凹形^［32］。對于河流縱剖面形態(tài)的數(shù)學(xué)函數(shù)擬合，前人有較多探究^［33-34］?，F(xiàn)有研究認(rèn)為，可以通過線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)對河道縱剖面進(jìn)行定量化描述^［35］。主要的擬合函數(shù)（圖2）表達(dá)式如下^［33］：

線性函數(shù)：Y=a+bX;

指數(shù)函數(shù)：Y=ae^bX;

對數(shù)函數(shù)：Y=algX+b;

乘冪函數(shù)：Y=aX^b;

式中：Y為河流縱剖面高程;X為河流長度;a、b均為常數(shù)^［36］。

河流不同階段的縱剖面，分別可以通過線性函數(shù)-指數(shù)函數(shù)-對數(shù)函數(shù)-乘冪函數(shù)的順序擬合^［36］。陳彥杰^［36］根據(jù)前人研究，總結(jié)了河流演化模式：區(qū)域在構(gòu)造作用下地形面抬升，初始的河流縱剖面近于直線，可以用線性函數(shù)擬合;然后河流中上游遭受侵蝕向下游堆積，河流縱剖面下凹程度增加，可以通過指數(shù)函數(shù)擬合;隨著持續(xù)的河流中上游侵蝕和下游堆積，河流縱剖面進(jìn)一步下凹，可以通過對數(shù)函數(shù)擬合;如果河流流量增加或是由于構(gòu)造運(yùn)動輸沙量增加，河流縱剖面下凹程度進(jìn)一步增加，可以通過乘冪函數(shù)擬合^［37］。

當(dāng)擬合得到的判別系數(shù)（R²）較高，擬合函數(shù)曲線與實(shí)際河流縱剖面的結(jié)果較為吻合時^［37］，說明擬合效果較好。

河流縱剖面可以通過ArcGIS中“功能表面”（Functional Surface）-“堆疊表面”（Stack Profile）工具獲得。

（2） 面積-高程積分

面積-高程積分曲線（HC）是對流域盆地不同高程以上面積與總面積的比值和該高程值與流域總高程比值的描述^［38］。面積比值（0～1）與高程比值（0～1）分別作為面積-高程積分曲線的橫縱坐標(biāo)。面積-高程積分曲線（HC）形態(tài)反映了流域盆地的演化階段^［39］，曲線向上凸起表示處于年輕階段，S形曲線指示流域處于成熟階段（圖3），曲線下凹指示處于老年階段^{［38，40］}。

面積-高程積分值（HI）是面積-高程積分曲線下方的積分面積^［41］。研究認(rèn)為，面積-高程積分值反映了巖性強(qiáng)弱、構(gòu)造隆升速率和流域盆地規(guī)模等特征^［42］，迅速隆升區(qū)域的面積-高程積分與隆升速率有關(guān)^［43］。HI高值通常代表高地沒有被大量地侵蝕，與年輕的構(gòu)造活動有關(guān);HI低值表示地形被侵蝕地更多，與更老的地形有關(guān)，近期構(gòu)造活動性較弱^［44］。

HC曲線和HI值都是對分水嶺的分析，反映了地形演化的過程^［38］。

（3） 陡峭指數(shù)

河道侵蝕模型給出了陡峭指數(shù)與河道隆升和侵蝕的關(guān)系，認(rèn)為河流侵蝕速率E與上游面積A成正比^［45-47］：

E=KA^mSⁿ （1）

式中：K為侵蝕常數(shù)；A代表侵蝕過程中受氣候、巖石和水文等局部綜合影響^［48］因子；S是坡度，由常數(shù)m和n得到^［48］。

Flint^［49］提出了坡度與上游面積和陡峭指數(shù)的關(guān)系^［48］：

S=k_sA^-θ （2）

式中：k_s是河流陡峭指數(shù)；θ為河道凹度^［50］。

河道任一點(diǎn)的高程可以表示為巖石隆升和侵蝕的結(jié)果，高程隨著時間的變化可以表示為巖石隆升速率U減去侵蝕速率^［51-52］：

dz/dt=U-KA^mSⁿ （3）

式中：dz/dt為海拔隨時間的變化率;U為巖石相對于固定基準(zhǔn)的抬升速率^［45］。

當(dāng)達(dá)到均衡，dz/dt=0，U=E，方程可以寫為^［48］：

U=KA^mSⁿ （4）

式中，方程兩邊除以K，去除指數(shù)n，可以得到陡峭指數(shù)的方程^［48］：

k_s=A^m/nS=U/K^1/n

θ=m/n （5）

3 結(jié)果

DEM數(shù)據(jù)可以提取地形屬性的信息^［53］。本文運(yùn)用DEM數(shù)據(jù)，選擇20 000像素單元格為匯流累積量閾值，通過TopoToolbox進(jìn)行河網(wǎng)的生成（圖4）。

對區(qū)域生成的河網(wǎng)進(jìn)行選取，考慮的因素包括：

（1） 選擇區(qū)域南部穿過色爾騰山山前斷裂帶區(qū)域的河流，避免受其他活動斷裂帶的影響^［54］，并排除與斷裂帶平行的河流^［55］。

（2） 區(qū)域河網(wǎng)長度差別較大，為盡量選取較多的

河流，減小河流長度之間的較大差距，將河流匯水口設(shè)置在斷裂帶下游，參照前人對狼山和烏拉山河網(wǎng)提取時河道長度閾值的選擇^［55-56］，選擇斷裂帶上游河流長度不小于4 000 m的河流為研究對象。

（3） 在河網(wǎng)選擇基礎(chǔ)上進(jìn)行干流的選取，干流為匯水口上方河網(wǎng)最長的河道，自西向東對干流河流進(jìn)行編號。

（4） 以干流與斷裂帶交點(diǎn)位置為出水口進(jìn)行流域分水嶺的提取^［57］，自西向東進(jìn)行編號，流域盆地編號與干流編號一致。

3.1 河流縱剖面擬合

河流的長度、坡度和縱剖面擬合結(jié)果統(tǒng)計如表1所列。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可知，河流長度越長，河流坡度也越大。河流縱剖面擬合結(jié)果顯示，河流線性函數(shù)和指數(shù)函數(shù)擬合效果較好，且兩個函數(shù)的擬合判定系數(shù)接近（R²），大多數(shù)河流用指數(shù)函數(shù)的擬合結(jié)果最佳。其中河流1、2、3、6、8、9、10、11、12、13、15、16、17、18、20、21、23、24、26、28共20條河流指數(shù)函數(shù)擬合效果最好，約占據(jù)總河流數(shù)的71.43%。河流4、5、7、14、19、22、25、27共8條河流線性函數(shù)擬合效果最好，約占河流總數(shù)的28.57%。河流縱剖面擬合效果最佳的函數(shù)主要為指數(shù)函數(shù)，其次為線性函數(shù)，表明色爾騰山斷裂帶河流處于發(fā)育的早期、侵蝕較強(qiáng)烈階段。其中指數(shù)函數(shù)與線性函數(shù)的判定系數(shù)非常接近，且擬合效果普遍較差的對數(shù)函數(shù)與冪函數(shù)之間的判定系數(shù)也較為接近，這可能與函數(shù)本身之間的形態(tài)相似性有關(guān)。

3.2 面積-高程積分

流域HI值在0.35～0.66之間。對HI值進(jìn)行類別的劃分^［57-59］，根據(jù)區(qū)域面積-高程積分曲線的大體特征，認(rèn)為當(dāng)HIgt;0.5時，流域?yàn)橛啄昶陔A段;當(dāng)0.3≤HI≤0.5時，流域?yàn)閴涯昶陔A段;HIlt;0.3時，流域劃分為老年期階段。流域1、2、3、4、5、7、10、13、18、19、23和24的HI值大于0.5，處于幼年期階段，其余流域處于壯年期階段。幼年期、壯年期分別占流域總數(shù)的42.86%和57.14%。幼年期階段河流主要位于斷裂帶流域7以西大部分區(qū)域，沿斷裂帶再向東有流域10、13、18、19、23、24處于幼年階段，其位置大都位于前人斷裂分段附近，在這些流域之間為壯年期。面積-高程積分值結(jié)果顯示，流域處于演化的早期和成熟階段，沿著斷裂帶，流域整體呈現(xiàn)年輕-成熟-年輕-成熟的分布［圖5（a）］。

本文借助文獻(xiàn)［60］中的程序進(jìn)行面積-高程積分曲線HC的繪制，由于DEM數(shù)據(jù)分辨率不夠高，流域面狀矢量邊界會出現(xiàn)鋸齒，在使用程序前對一些流域面狀邊界的個別單個像元進(jìn)行了刪除處理。HI曲線呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，本文根據(jù)曲線形狀特征分為4類，包括上凸形狀、S形狀、下凹形狀，其他形狀^［39］。流域1、2、4、24處于上凸形狀，占總數(shù)的14.29%，主要位于斷裂帶西部。流域5、7、10、11、12、14、15、17、19、21、22、23、25、26、27為S形狀，占總數(shù)的53.57%。流域9為下凹形狀，流域3、6、8、13、16、18、20、21、28為其他形狀［圖5（b）～（e）］?？臻g分布上，上凸形面積-高程積分曲線主要在斷裂帶西部，斷裂帶中部和東部（圖5中為流域盆地5以東的區(qū)域）大多數(shù)流域面積-高程積分曲線為S形態(tài)。

通過對盆地面積-高程積分值和曲線的分析，大部分流域盆地面積-高程積分曲線為S形，表明大多數(shù)流域處于成熟階段;面積-高程積分值結(jié)果顯示流域處于成熟階段和幼年階段。

3.3 陡峭指數(shù)

本文通過TAK工具中KsnChiBatch函數(shù)計算河道陡峭指數(shù)^［61］，參考凹度值選擇0.45，平滑距離參數(shù)設(shè)為1 000。

對于單一河流，斷裂帶附近區(qū)域陡峭指數(shù)往往出現(xiàn)高值，且遠(yuǎn)離斷裂帶河道陡峭指數(shù)往往有低值出現(xiàn)，如河道4、5、6、14、18、19、22［圖6（a）］。將每條河流不同河段的陡峭指數(shù)提取為點(diǎn)數(shù)據(jù)^［62］，通過箱線圖^［63］對河道不同河段的陡峭指數(shù)值進(jìn)行顯示［圖6（b）］。沿著斷裂帶，每條河道的陡峭指數(shù)高值（箱線圖中的異常值）呈現(xiàn)增加-降低-增加-降低-低緩的特征。其中河道6、8、15和23～28等異常高值的分布范圍普遍較小，這可能與這些河道長度較短流域范圍較小有關(guān)。

流域盆地的參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果如表2所列。其中，通過TAK工具箱里的CompileBasinStats函數(shù)得到每個流域的平均陡峭指數(shù)值，流域平均陡峭指數(shù)范圍為23.28～157.17。沿著斷裂帶自西向東，流域盆地平均陡峭指數(shù)西部較高，東部相對較低較平穩(wěn)。

4 討論

本文運(yùn)用河流縱剖面擬合、面積-高程積分和河道陡峭指數(shù)，對區(qū)域地貌演化階段與構(gòu)造活動性進(jìn)行探究。為了分析區(qū)域地貌演化階段，將河流縱剖面擬合結(jié)果與面積-高程積分不同曲線形態(tài)的空間分布進(jìn)行對比。地貌參數(shù)受到多種因素的作用，通過對影響因素進(jìn)行分析，探究構(gòu)造對面積-高程積分值和陡峭指數(shù)的控制作用。

4.1 流域地貌演化階段

河流縱剖面的形態(tài)特征和流域面積-高程積分曲線形態(tài)，都體現(xiàn)了流域所處的不同階段。河流縱剖面擬合結(jié)果顯示河道線性和指數(shù)函數(shù)擬合效果較好，體現(xiàn)了流域整體處于河流演化的早期和壯年期階段。面積-高程積分曲線的形態(tài)大多數(shù)呈現(xiàn)S形態(tài)，處于成熟階段。線性函數(shù)擬合較好的河道共有8條，它們對應(yīng)的流域面積-高程積分曲線包括S形和上凸形。其余3個上凸形面積-高程積分曲線流域和8個S形面積-高程積分曲線流域?qū)?yīng)了指數(shù)函數(shù)擬合河道。線性函數(shù)擬合最佳的河道與面積-高程積分曲線為上凸形的流域盆地沒有直接的對應(yīng)關(guān)系?？赡芘c河流和流域盆地的尺度不同、演化階段受到的影響因素不同和評估它們演化階段的方法不同等因素有關(guān)。河道與流域演化階段的關(guān)系也有待進(jìn)一步探討和研究。色爾騰山地區(qū)河道縱剖面擬合結(jié)果顯示河道處于演化階段的早期，面積-高程積分曲線體現(xiàn)的流域盆地大多數(shù)呈現(xiàn)S形為成熟期，表明流域整體處于構(gòu)造演化的年輕階段（圖7）。

4.2 區(qū)域構(gòu)造活動性

面積-高程積分和陡峭指數(shù)都受到構(gòu)造、巖性抗侵蝕能力和氣候等因素的影響^［59］。由于所選區(qū)域河流長度差別較大，相應(yīng)流域盆地面積也有明顯的差別，且面積-高程積分受到流域盆地面積大小的影響^［57］。因此從流域面積、氣候、巖性和構(gòu)造活動性四個角度進(jìn)行分析，探究指數(shù)反映的構(gòu)造意義。

（1） 流域面積

區(qū)域流域盆地面積位于27.74～2 480.02 km²范圍內(nèi)，面積差別較大，其中有一半的流域面積小于100 km²。面積較小的流域在空間上分布不均，區(qū)域最東部的小流域較為集中。

根據(jù)表2的統(tǒng)計結(jié)果，面積-高程積分值與流域平均陡峭指數(shù)都沒有隨著流域面積的增加有單調(diào)增加或減少的趨勢。所以，流域面積不是面積-高程積分值的主要影響因素，流域面積對流域平均陡峭指數(shù)也沒有明顯的影響。

（2） 降水

降水是主要的氣候影響因素，它調(diào)節(jié)著河道徑流量從而影響河道的侵蝕能力^［59］。

內(nèi)蒙古地區(qū)以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹?，全年降水量?00～500 mm之間。以大興安嶺和陰山山脈為界，東部地區(qū)降水量偏多，中西部地區(qū)平均降水量偏少。研究區(qū)降水量位于100～300 mm之間，空間分布上西北側(cè)少于東南側(cè)［圖8（a）］。

通常認(rèn)為降水量越大，水流盆地侵蝕程度越高，面積-高程積分值越小^［59］。面積-高程積分值高值區(qū)域在區(qū)域西部較集中，西部降水量較少。在斷裂轉(zhuǎn)折東部區(qū)域也有面積-高程積分高值，降水量相對較多。受到氣候的影響，沿著斷裂帶自西向東降水量逐漸較大，但流域盆地的HI值沿著斷裂帶呈現(xiàn)波動狀態(tài)，沒有明顯的減小趨勢。因此，降水對面積-高程積分值沒有很明顯的影響。

通常侵蝕能力隨著降雨量的增大而增強(qiáng)，河道的陡峭指數(shù)會減小^［54］。雖然斷裂最東部河道23～28降水量總體比斷裂帶最西部河道1～9降水量多了100 mm左右，河道23～28對應(yīng)的陡峭指數(shù)普遍分布范圍較小且相近。河道10～13與河道23～28的陡峭指數(shù)普遍較低，但降水量河道10～13要整體少于河道23～28。在降水量相對少的區(qū)域西部和降水量較多的區(qū)域東部，如河道1～9與河道14～22，陡峭指數(shù)值都有不同大小的分布［圖8（b）］。因此認(rèn)為，降水不是陡峭指數(shù)的主要控制因素。

（3） 巖性

巖性差異影響著河谷地貌^［64］。質(zhì)地不同的巖石受到的侵蝕程度不同，地貌形態(tài)特征也有差別^［59］。研究區(qū)巖性包括元古宇、古生界、中生界、第四系沉積巖;元古代、奧陶系、二疊系變質(zhì)巖;中元古代、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系巖漿巖。

面積-高程積分值在相鄰流域盆地之間大多較為接近，而同一流域會包含多種巖性［圖9（a）］。從統(tǒng)計圖中也可以看到，巖性變化與面積-高程積分值分布沒有明顯的對應(yīng)關(guān)系［圖9（b）］，因此，巖性不是影響面積-高程積分值的主要因素。

前人研究認(rèn)為巖性影響著陡峭指數(shù)，也控制著河流侵蝕過程^［54］。對所有河段所處位置的巖性進(jìn)行統(tǒng)計［圖9（c）］，總體上，每種巖性對應(yīng)的河道陡峭指數(shù)范圍差別較大。其中，中元古界—薊縣系變質(zhì)巖、白堊系巖漿巖、新近系沉積巖對應(yīng)的陡峭指數(shù)范圍較小，可能與對應(yīng)河段數(shù)量較少有關(guān)。因此，巖性不是陡峭指數(shù)的主要控制因素。

（4） 構(gòu)造活動性

從上述分析可知，降水和巖性對面積-高程積分值和陡峭指數(shù)沒有明顯的影響，影響它們的因素主要為區(qū)域巖石隆升速率差異。

面積-高程積分值的分布在流域西部和斷裂轉(zhuǎn)折處東部有較高值出現(xiàn)，體現(xiàn)了構(gòu)造活動性較強(qiáng)，處于地貌演化的幼年期階段。除了斷裂帶西部地區(qū)高值較為集中，沿著斷裂帶其他位置在烏加河、紅旗村;水泉村、東風(fēng)村與大佘太、烏蘭村附近流域盆地面積-高程積分值較高，構(gòu)造活動性較強(qiáng)。這些流域位置與前人斷裂分段位置相近^［20］，結(jié)合典型的正斷層斷裂演化過程模型^［65］以及色爾騰山山前斷裂的斷裂幾何形態(tài)等特征，說明色爾騰山山前斷裂現(xiàn)在正處于斷裂演化過程中第四階段-轉(zhuǎn)換斜坡破壞并形成復(fù)合斷裂階段;同時在分段點(diǎn)貫通過程中，斷裂分段點(diǎn)處構(gòu)造活動增強(qiáng)^［66］。狼山山前斷裂現(xiàn)在已處于斷裂貫通演化的最終階段^［56］，可能與色爾騰山山前斷裂現(xiàn)今的斷裂構(gòu)造演化階段相一致。

沿著斷裂帶陡峭指數(shù)值的分布特征整體與前人垂直滑動速率結(jié)果相一致。根據(jù)前人研究，色爾騰山山前斷裂垂直滑動速率的研究呈現(xiàn)西部較高東部較低的趨勢^{［15，17，20］}。河流水力侵蝕模型將陡峭指數(shù)與隆升速率和侵蝕速率聯(lián)系在一起^［62］。前人研究認(rèn)為，地形起伏影響著侵蝕速率^［67-68］，地形穩(wěn)定狀態(tài)下，河流陡度受控于侵蝕速率與隆升速率間的平衡^［69］。色爾騰山區(qū)域地形整體較為平緩，因此認(rèn)為沿著斷裂帶的陡峭指數(shù)反映了區(qū)域構(gòu)造隆升速率的差異性。沿著色爾騰山山前斷裂河道陡峭指數(shù)值呈現(xiàn)增加-降低-增加-降低-低緩的分布特征，呈現(xiàn)兩三個倒三角相連的形態(tài)［圖9（c）］。陡峭指數(shù)值整體較低的部分分別位于河道9、河道19和河道22附近。前人對沿著正斷層垂直滑動速率分布剖面的研究認(rèn)為在沒有受到阻礙的情況下，斷裂帶的生長擴(kuò)張過程中具有中部垂直滑動速率較高，兩端垂直滑動速率較低的特征，沿著斷裂帶垂直滑動速率剖面呈倒三角形態(tài)^［70］;這種垂直滑動速率剖面呈三角形態(tài)的斷層比較難以增長，唯一可能使斷層增長的方式可能就是通過相鄰破裂的連接實(shí)現(xiàn)^［71］。Dong等^［56］根據(jù)此理論由沿著狼山山前斷裂帶構(gòu)造裂點(diǎn)劃分的河道陡峭指數(shù)的M型分布特征進(jìn)而推出斷裂帶由兩條獨(dú)立的斷裂逐漸連接貫通演化而來。結(jié)合前人的理論和色爾騰山山前斷裂分段的研究成果，本文認(rèn)為河道陡峭指數(shù)值呈現(xiàn)的增加-降低-增加-降低-低緩的分布特征，可能體現(xiàn)了色爾騰山山前斷裂具有分段活動的特點(diǎn)，且與陳立春等^［20］斷裂分段研究的結(jié)果相對符合。從面積-高程積分值的分布特征，可以得到斷裂走向轉(zhuǎn)折處兩端存在構(gòu)造活動性的差異。之后，Zhang等^［23］與He等^［24］的研究認(rèn)為斷裂轉(zhuǎn)折處兩端為兩條獨(dú)立斷裂并將其作為分界分為兩段，與之相比，面積-高程積分值的結(jié)果似乎更傾向于之后斷裂轉(zhuǎn)折處分段的結(jié)果，與前人得到色爾騰山斷裂轉(zhuǎn)折處的構(gòu)造活動性呈東部較高西部較低的研究結(jié)果一致。

5 結(jié)論

本文通過分析河流地貌參數(shù)探究了色爾騰山山前斷裂區(qū)域的構(gòu)造演化階段和構(gòu)造活動性特征。地

圖9 巖性與陡峭指數(shù)、面積-高程積分值空間分布和統(tǒng)計圖

Fig.9 Spatial distribution and statistical diagram of lithology， steepness index， and HI value貌指數(shù)得到的構(gòu)造活動性與前人根據(jù)垂直滑動速率研究所得結(jié)果具有一致性，說明運(yùn)用地貌指數(shù)分析區(qū)域構(gòu)造活動性具有一定的可靠性。

河流縱剖面的擬合顯示大多數(shù)指數(shù)函數(shù)擬合較好，流域面積-高程積分曲線大多為S形態(tài)。表明色爾騰山山前斷裂流域總體較年輕，大多處于較為成熟的壯年演化階段。

面積-高程積分值顯示幼年期階段河流主要位于斷裂帶西部和斷裂帶走向轉(zhuǎn)折東部附近區(qū)域，體現(xiàn)了較高的構(gòu)造活動性。斷裂轉(zhuǎn)折處的東部流域?yàn)橛啄觌A段，西部流域處于壯年階段，與前人研究認(rèn)為斷裂帶走向轉(zhuǎn)折處東段西北端比西段東端的活動性強(qiáng)^［25］的結(jié)論相對應(yīng)。歸一化陡峭指數(shù)主要受區(qū)域隆升速率的影響，沿著斷裂帶河道歸一化陡峭指數(shù)呈增加-降低-增加-降低-低緩的特征，與自西向東沿著斷裂帶不同分段的垂直滑動速率呈現(xiàn)出：較高-高-低的空間分布特征基本相一致。

總體上，色爾騰山山前斷裂處于壯年期階段。區(qū)域隆升速率在空間上差異分布，自西向東大體呈現(xiàn)增加-降低-增加-降低-低緩的特征。沿著斷裂帶，陡峭指數(shù)和面積-高程積分值的結(jié)果表明，研究區(qū)域西部和中部的構(gòu)造活動性強(qiáng)于東部，構(gòu)造活躍區(qū)主要分布于斷裂帶西端和斷裂帶走向轉(zhuǎn)折處。

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（本文編輯：任 棟）