西秦嶺北緣構造帶漳縣地區夷平面和溝谷水系地貌特征分析

崔夢瑤，郭進京，沈 迪，于美娜，宮恩麟

（天津城建大學地質與測繪學院，天津 300384）

西秦嶺北緣構造帶是青藏高原東北緣主要構造邊界帶，地質歷史上曾經是西秦嶺微板塊和北秦嶺-中祁連地塊之間的印支期碰撞縫合帶，新生代以來印度-歐亞板塊碰撞匯聚形成了巨大的高原構造系統，西秦嶺北緣成為青藏高原東北緣的重要組成部分[1].現今西秦嶺北緣構造帶正處于青藏高原東北緣地形地貌、變形轉換和地殼厚度弧形梯度帶內，構造活動強烈，地貌類型多樣，既有夷平面殘留，又有多方向復雜的溝谷水網，還有特殊的巖石地層形成的特殊地貌現象，如丹霞地貌和巖溶地貌等[2].西秦嶺北緣區域這些地貌特征是構造-巖性-氣候耦合作用的最終結果，蘊含了大量關于青藏高原東北緣地殼隆升、斷裂活動、地質組成及氣候變化等信息[3]，因此，該區域構造地貌研究對于認識青藏高原東北緣隆升過程、構造活動等具有重要科學意義.本文基于30 M 分辨率DEM影像數據，通過高程、水系及空間變化信息提取，結合區域斷裂構造和不同時代、不同巖性的地層空間分布特征等，進行了構造地貌類型劃分，探討了地貌形成的隆升-構造-巖性-氣候的耦合作用.

1 區域地質背景

青藏高原東北緣在地質界沒有明確的范圍限定，一般是指東昆侖斷裂以北、阿爾金斷裂以東、祁連山前逆沖斷裂以南、六盤山斷裂-徽成盆地西邊界以西的廣大區域.西秦嶺北緣構造帶位于青藏高原東北緣的東南隅，以西秦嶺北緣中生代-新生代斷層系和印支期商丹縫合帶為中線，涵蓋大型隴西盆地東南部和宕昌-岷縣斷層系以北西秦嶺北部區域（見圖1）.該區域地質結構復雜、構造變形復雜，特別是新構造活動和地震活動強烈，形成了青藏高原東北緣地質、地貌、環境等轉換過渡的關鍵地質區域.該區域海拔高程東南高、西北低，構成向北東呈弧形突出的地貌梯度帶（見圖1）. 西秦嶺北緣構造帶漳縣段地貌類型多樣、溝谷水系空間圖像獨特，特別是第四紀殘留夷平面的存在為揭示青藏高原東北緣隆升過程提供了良好地質標志.

圖1 西秦嶺北緣構造帶區域數字高程圖

2 研究方法

為了查明研究區的地貌特征，本文利用30 M 精度的DEM 數據，制作了DEM 高程分布圖和山體陰影圖，以此為基礎，對夷平面信息和不同級別的河流溝谷方位信息進行了提取，結合漳縣氣候情況以及年度降雨量，確定匯水量閾值為1 000 m（閾值即為依據洼地深度范圍和研究區自然地理狀況設置的臨界值. 當不設置閾值時，默認將所有洼地填平，造成數據誤差大），生成溝谷網絡，再對溝谷網絡進行矢量化，對照全國河網的矢量數據，將漳河以及生成的錯誤平行河流網絡進行人為編輯剔除，剩下的就是研究區內的溝谷線，最后對溝谷線方向和河流方向進行統計分析.結合區域地層分布和構造破裂（斷層和構造節理）資料，對主要地貌類型特征及其控制因素進行分析.

3 西秦嶺北緣構造帶漳縣段夷平面和溝谷水系地貌特征

西秦嶺北緣構造帶漳縣地區發育多條北西西向區域性斷層，將其稱之為北緣斷層系（見圖2）.主要分布的造山帶地層包括泥盆系和石炭系砂巖、石英巖、粉砂巖、泥質粉砂巖和二疊系灰巖，新生代地層主要包括漸新世-中新世紅灰相間的多旋回沉積巖系，主要為礫巖、砂巖、泥巖、泥灰巖、灰巖等，含大量蒸發巖（石膏和巖鹽等）和上新世韓家溝粗礫巖[4].該區域溝谷水系極為發育，其中漳河還發育著六級河流階地，南部還保存了很好的殘留夷平面，上新統巖性單調的巨厚層礫巖在地殼抬升和水流侵蝕作用下形成獨特丹霞地貌，其中夷平面和縱橫交錯的多級溝谷系統是其主要特征.

圖2 西秦嶺北緣漳縣地區山體陰影-水系-區域斷層格架圖

3.1 夷平面特征及空間變化

在地貌學中，夷平面是指地殼侵蝕夷平形成的準平原或者山麓面剝蝕平原在后期地殼抬升、河流切割后殘留的、不連續的、相對平坦的山頂面.夷平面形成是地殼長期相對穩定狀態下地表面削高填平形成的終極層狀地貌面，具有低海拔、起伏小、平坦而廣闊的特征.夷平面的抬升、侵蝕、解體則反映地殼隆升，對青藏高原而言，不同時期的夷平面是地殼隆升、侵蝕起點，有人稱之為高原隆升的起跑線[5-6].西秦嶺北緣漳縣地區南部保存有較好的夷平面（見圖2），夷平面表現低起伏的較平坦的地貌面，海拔高度在2 700~2 800 m，高海拔形成特有高原草甸.漳河南岸分水嶺上保存的夷平面海拔為2 600~2 700 m，夷平面上白堊紀礫巖層平緩，出露的二疊系灰巖還發育巖溶現象.漳河北岸分水嶺出露上新統韓家溝礫巖，分水嶺南北寬度雖然較小，但也較平坦，為農民重要的農田.

夷平面時代一般根據其侵蝕殘留的最新地層確定.西秦嶺北緣漳縣地區保存的夷平面殘留的最新地層在不同部位不同，如漳河南岸山頂夷平面上有晚白堊世的灰白色礫巖、砂礫巖和砂巖，說明其形成在白堊紀之后.但漳河北岸殘留的山頂夷平面卻是上新世韓家溝礫[7]，因此該地區夷平面最終形成于上新世之后，即第四紀初.這說明第四紀之前西秦嶺北緣在第四紀之前還處于侵蝕夷平階段.第四紀以來，夷平面的解體和溝谷水系發育才標志著西秦嶺北緣地殼隆升.這為青藏高原東北緣隆升提供了地貌學的重要證據.

3.2 溝谷水系特征

西秦嶺北緣構造帶漳縣地區溝谷水系發育.由于地殼快速隆升和流水下切侵蝕形成了不同級別、不同方位的溝谷水系，這些水系分水嶺與夷平面吻合（見圖2）.水系流域地貌參數分析以流域網絡的提取為基礎，借助于GIS 軟件，在嵌入式水文分析模塊中利用洼地填充、水流方向、匯流量計算、河網柵格以及河網矢量化和河網分級可以實現對研究區水系網絡的自動快速提取[8-12].綜合前人地質圖和全年降水量的考慮，將匯水閾值定為1 000 m，提取河流溝谷網絡，并對漳縣河流溝谷系統進行分級（見圖2），可以明顯看出主要河流漳河同斷層F2 方向平行，說明漳河的發育受斷層的控制.剔除漳河河流之后，對其他子流域及溝谷方向進行線要素方向統計，得到每條線段的方位角之后，對其進行統計分析，可以明顯看到溝谷線主要方向為北東、北西、南北向（見圖3）.通過對野外實地考察，在前人資料基礎上，通過對研究區主要地層中新統—漸新統地層的構造節理，進行統計繪制玫瑰花圖[13]（見圖4），發現該地區節理走向主要有東西向、近南北向、北東向和北西向，且地貌特征與其中發育的小型斷層或構造節理面產狀相吻合，同時，這與DEM 中提取的溝谷方向相吻合.這指示了西秦嶺地區河流溝谷系統空間組合主要受不同級別的斷裂構造所控制[14-15].

圖3 西秦嶺北緣漳縣地區溝谷水系玫瑰花圖

圖4 西秦嶺北緣漳縣地區構造節理走向玫瑰花圖

4 結 論

通過對青藏高原東北緣西秦嶺北緣構造帶地貌特征研究，結合其與區域地層分布和斷裂構造體系關系分析，可以得出如下結論：

（1）通過對西秦嶺北緣漳縣地區夷平面的觀測分析，認為該夷平面形成于上新世后，也就是第四紀初.夷平面的解體和溝谷水系、多級河流階地發育才標志著西秦嶺北緣的地殼隆升.這為青藏高原東北緣隆升提供了重要的科學依據.

（2）通過對西秦嶺北緣漳縣地區四級溝谷水系信息提取和矢量化分析，發現了近東西、北西、近南北和北東四個溝谷水系優勢方向，這與研究區內構造統計節理的四個優勢方向基本吻合.一級水系漳河走向與區域近東西向斷層走向展布相吻合，漳縣東漳河轉為北西向也與北向斷層有關.這說明西秦嶺北緣漳縣地區溝谷水系方向主要受斷層和構造節理控制.