祁连山地区基岩河道纵剖面形态及其与构造抬升的关系研究

In tectonically active mountain range, the controls on rates of river incising into bedrock largely dictate the relationships between climate, tectonics, and topography. Moreover, as an indicator of the spatial variation of rock-uplift, the longitudinal profiles of bedrock channels are more sensitive than other morphological properties. Accordingly, study of the bedrock channels dynamics is significant in understanding the interaction of tectonics and surficial processes. The Qilian Mountains, northeastern margin of the Tibetan Plateau, has experienced intensive active deformation and tectonic uplift during the Quaternary. Numerous bedrock rivers originated from Qilian Mountains are the important conveyors of active differential rock uplift. This project is designed to utilize the stream-power incision model to analysis the longitudinal profiles of bedrock channels in Qilian Mountains; and specially focus on the calibration of key parameters, by inference, the applicability and sensitivity of the model. We think this study can provide us a basis for understanding the rates and pattern of tectonic deformation in Qilian Mountains even in the northeastern margin of the Tibetan Plateau.

在活动造山带，河流对基岩的下切速率指示了气候、岩性、构造及地形之间的相互关系，基岩河道纵剖面比其他地貌形态更为敏感的指示了抬升速率的变化，研究基岩河道河流系统动力学机制对于理解构造和地表过程间的相互作用非常重要。位于青藏高原东北缘的祁连山地区第四纪以来经历了强烈的变形和抬升，山体内部发育了大量的基岩河道，是研究区域构造抬升速率变化的重要载体。本项目拟通过河流功率下切模型对祁连山地区的基岩河道进行研究，围绕模型关键参数的校正及特征指标的计算提取，讨论模型的区域适用性和敏感性，探索造山带基岩河道纵剖面与构造抬升的关系，对于反演整个祁连山乃至整个青藏高原东北缘的构造变形模式具有十分重要的意义。

在快速侵蚀和构造抬升的地区，河流对基岩的下切指示了构造、气候、岩性及地形之间的相互关系。活动造山带的基岩河流忠实地记录了山体的构造变形，其河道形态响应构造抬升速率的变化进行了系统的调整，因而成为研究构造抬升速率空间变化特征的重要载体。位于青藏高原东北缘的祁连山北部地区，山体内部发育了大量典型的基岩河流，且具有相同的局地侵蚀基准面，是开展基岩河道形态研究的理想区域。目前该区域的构造变形研究主要集中在活动构造的活动性质及速率研究和地貌面的变形特征及速率研究两方面，虽积累了大量的构造变形数据，但研究位置大多分布不均，研究成果间难以进行平行对比。基于以上认识，我们利用河流功率下切模型，以陡峭指数(ksn)和凹度指数(θ)为主要形态学指标，结合模型关键参数的校正和反演，对祁连山北部地区30条主要基岩河流的河道形态进行了系统的研究，分析了河道纵剖面对构造抬升的响应，揭示了抬升速率的空间分布特征，进而进一步认识了青藏高原东北缘的构造变形模式。祁连山北部地区的基岩河流响应构造抬升速率的变化，河道纵剖面形态呈现出明显的规律性变化：纵剖面陡峭程度(ksn值)，中段地区较东段地区高约1.6倍；高山带较低山带高约2倍；纵剖面下凹程度(θ值)的变化指示了区域主要活动断层的分布位置。我们基于宽度、流量、岩性抗蚀性和沉积通量四个基岩河道形态主要影响因素，对河流功率下切模型关键参数侵蚀系数K进行了校正，结果显示：河道侵蚀力(K值)，中段较东段强约1.1-1.2倍，高山带较低山带强约1.1-1.3倍。综合ksn值与K值的研究结果，我们发现：在祁连山北部地区，构造抬升速率中段较东段高约2-3倍，高山带较低山带高约2-4倍，南北方向上差异性构造抬升的幅度明显高于东西方向上。河道穿过区域主要断层后ksn值和θ值的变化，揭示山前边缘断裂的活动强度明显大于山体内部断裂。综上所述，可以推断：在青藏高原东北缘地区，构造变形很可能主要是通过边界断层的挤压逆冲来完成，并呈现出由南向北迁移传递的变形特征。