天山北缘河流下切速率的时空模式与机制研究

The Tian Shan and its surrounding area provide an outstanding natural laboratory to probe the relationship of fluvial process and climatic variation and tectonic activation. This study is focused on the river valleys, fluvial terraces and alluvial fans in the north front of the Tian Shan, Xinjiang, northwestern China. By low-temperature thermochronological analysis (zircon and apatite fission track and (U-Th)/He) on the relief sections, topographic measurement and geomorphic dating (AMS 14C, optically stimulated luminescence and 10Be surface exposure dating), this study attempts to understand the tectonic activity of the proximal structure belt in the study area, to compare the fluvial process at the different spatial and temporal scales, to reveal the spatiotemporal pattern of river incision rates, and further to evaluate the efficiency of analyzing the regional tectonic deformation with the spatiotemporal pattern of river incision rates. These above studies should be helpful to improve the study on tectonic geomorphology and fluvial geomorphology, and also can provide more new data for tectonic activation evaluation and seismic hazard assessment with relation to thrusting and folding in the north front of the Tian Shan, China.

本项目选择新疆天山北缘的峡谷地形、河流阶地和冲积扇为研究对象，通过低温热年代学分析、河流地貌形态测量与年代测定，探讨山麓背斜带晚第四纪的构造活动性，着重进行不同时空尺度河流下切过程的对比研究，揭示研究区河流下切速率的时空分异规律，评判利用河流下切速率的时空模式分析区域构造活动特征的可行性。本项研究既可丰富我国构造地貌学和河流地貌学的研究内容，并能为研究区与逆断层和褶皱作用有关的地震危险性评价提供新的科学依据，具有非常重要的理论和现实意义。

不同时空尺度河流下切速率的对比研究有助于理解河流下切过程与驱动机制，也有助于合理解读其构造/气候意义，并有助于理解造山带地貌演化的过程与机制。北天山及其山麓发育良好的峡谷地形、系列层状地貌，是开展不同时空尺度河流下切速率对比研究的理想区域。基于此，本项目开展了详细的河流地貌学、地质年代学等方面的工作。为更好地解读河流下切速率的时空模式，项目工作也探讨了天山北麓晚新生代变形速率的时间与空间特征。项目已取得的主要认识如下：⑴ 建立了天山北麓晚第四纪河流地貌框架，揭示了北天山山前向下游收敛的晚第四纪阶地位相，与之相联系的是河流下切深度与速率呈现向下游减小的趋势，认为是晚第四纪气候变化通过调节河流流量与沉积物通量，进而控制地形坡度的结果。⑵ 天山北麓的逆断裂，如霍尔果斯逆断裂的晚第四纪滑动速率沿走向大致均匀分布；无论是单个背斜还是整个山麓带，地壳缩短均在晚更新世增速；在整个造山带尺度（83°~87°E），挤压和走滑变形导致的晚第四纪南北向地壳缩短速率为（9±1）mm/yr，与基于GPS 观测得到的现今缩短速率（约8 mm/yr）相当。⑶ 基于水文数据估算了北天山主要流域的侵蚀速率，进一步发现北天山山地流域侵蚀速率与构造活动速率不匹配，认为山地地形演化远没有到均衡状态，这可能与天山地区相对干旱、降水偏少的气候条件有关。上述认识有助于进一步理解天山晚新生代构造变形的分配模式以及造山带变形机制，也有助于合理解读造山带山前河流下切速率的时空模式的指示意义。