德欽—維西地區地貌特征及其對構造活動的響應

劉婧楠 常玉巧 田鵬 李圣

摘要：基于ASTERGDEM30m數據，使用ArcGIS空間分析模塊提取了德欽—維西地區流域盆地范圍，得到了德欽—維西地區亞流域盆地及主要次級流域盆地面積-高程積分（HI）值，獲得990個亞流域盆地HI等值分區及12個主要次級流域盆地HI曲線。結果表明：阿東河、東水河和三岔河3個次級流域盆地HI曲線呈微凸型，處于地貌演化的幼年期，其它9個次級流域盆地HI曲線呈S型，處于壯年期。研究區HI值表現為北高南低趨勢，HI低值條帶的展布方向與研究區活動構造的延伸方向基本一致；HI高值主要分布于斷裂帶兩側及構造交會區域。研究區地貌演化的主控因素是構造活動，巖性和氣候影響不明顯，地貌對區內構造活動具有很好的響應關系。

關鍵詞：德欽—維西地區；流域盆地；面積-高程積分；地貌演化；構造活動

中圖分類號：P315.22文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2023）03-0315-08

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0033

0引言

德欽—維西地區位于滇西北川滇菱形塊體西南邊界附近，地處三江并流地帶，區內分布著維西—喬后斷裂、金沙江斷裂及德欽—中甸—大具斷裂等多條活動斷裂，這些活動斷裂也是川滇菱形塊體西部邊界的組成部分（常祖峰等，2016a）。遙感影像上，區內活動斷裂線性特征顯著；野外地質地貌調查揭示，區域斷裂晚第四紀活動強烈，如德欽—中甸—大具斷裂和維西—喬后斷裂等均為區域主要發震斷裂（安曉文等，2018）。該區歷史上曾發生過2次7級以上強震，中強地震時有發生（常祖峰等，2014）。近年來，學者們對德欽—維西地區開展了許多研究（王洋等，2022；常祖峰等，2022；萬永魁等，2021；常玉巧，2021；吳富峣等，2019a，b；劉自鳳等，2019；倪喆等，2017；楊捷等，2015），但目前關于該地區流域地貌方面的研究仍然不多。

德欽—維西地區地形復雜、植被茂密，給區域構造活動性等研究帶來了很多困難。在構造活躍區，河流的發育過程往往受構造活動的影響，且攜帶了許多構造活動的信息，因此，水系地貌特征對構造活動具有很強的指示意義（盧本添等，2022；陳露等，2020；李環宇等，2020；高效東等，2019）。區內水系極其發育，瀾滄江和金沙江兩大水系貫穿南北，其支流縱橫交錯，水系的演化也記錄著區域斷裂的活動信息，為研究區域斷裂的構造與地貌的響應關系提供了很好的素材，是研究地貌對構造活動響應的理想場所。

本文基于ArcGIS軟件對ASTERGDEM-V2數據進行預處理，提取德欽—維西地區水系網絡及亞流域盆地，在此基礎上，分別獲得了瀾滄江和金沙江兩大流域4～7級共990個亞流域盆地的面積-高程積分值及12個主要次級流域盆地的面積-高程積分曲線，并探討了德欽—維西地區水系發育對構造活動的響應。研究成果可為區內德欽、維西、香格里拉、寧蒗、蘭坪等縣地震災害風險普查1：5萬活動斷層分布圖及其報告的編寫、活動斷層數據庫的建立等地震災害風險普查工作提供重要基礎資料。

1區域地震構造背景

德欽—維西地區地處青藏高原東南緣橫斷山脈中南段，區域構造環境復雜，盆地、山地、湖泊、河流廣泛分布，加之強烈的外動力剝蝕作用，該區基巖裸露，構造地貌復雜。沿東西向分布的“盆-嶺構造”反映了地貌對該區域構造活動的響應。區內多條斷裂帶縱橫交錯，為應力集中區，受川滇菱形塊體SE向擠出的影響，德欽—中甸—大具斷裂、維西—喬后斷裂表現為右旋走滑特征，兼具拉張分量的活動性質（圖1）。瀾滄江斷裂帶和金沙江斷裂帶呈近NS向展布，瀾滄江斷裂帶中段為韌性剪切帶，但剪應力較小，斷裂帶活動性低。GPS速度場顯示金沙江斷裂帶中、南段均表現為右旋走滑，垂向運動不明顯（徐曉雪等，2020；王銀龍，2019），其南段活動性較低（康四林，2014；常玉巧等，2019；夏金梧，朱萌，2020；常昊等，2021）。德欽—中甸—大具斷裂活動性具有明顯的分段特征，其中奔子欄以南為全新世以來活動斷裂（常祖峰等，2014；吳富峣等，2019b）。2013年以來維西—喬后斷裂曾多次發生5.0級以上的地震，受到廣泛關注，但前人的研究主要集中在南段巍山盆地一帶，北段研究程度較低（湯沛，2013；常祖峰等，2014，2016a，b，2021；賀赤誠等，2015；Changetal，2018）。

遙感影像顯示，區內主要分布有兩大水系：西側瀾滄江水系呈近SN向貫穿研究區；東側金沙江水系呈NNW-SSE向流經研究區，并被德欽—中甸—大具斷裂所截切，斷裂以北多條小型河流并列展布，斷裂以南多條河流匯為一支，南北兩支之間沿斷裂出現明顯偏轉（黃小巾等，2014）。

從水系分布來看，瀾滄江流域水系網絡較金沙江流域簡單，支流流域面積較小；金沙江流域水系網絡較為復雜，支流流域面積普遍較大。研究區構造地貌組合主體為山地—盆地—斷層，具有張性構造特點。區內受斷裂控制的第四紀盆地包括尼西、中甸和小中甸等盆地（夏金梧，朱萌，2020），湖泊、沼澤多沿斷裂呈串珠狀分布。

2理論方法與數據處理

2.1面積-高程積分

Davis（1899）首先提出了地貌侵蝕循環學說，認為地貌演化是一種構造、應力和時間的函數，并根據這3個變量的組合變化，把地形發育劃分為幼年期、壯年期和老年期3個階段。Strahler（1952）提出了面積-高程積分（Hypso-metricIntegral，簡稱HI）的概念，用以描述流域地貌的演化特征，為Davis（1899）的地貌演化階段模式提供了定量指標（梁歐博等，2018）。面積-高程積分是流域盆地相對面積比與相對高程比定義函數的積分，反映地表被侵蝕后的三維體積殘余率和地貌的發育程度，能夠定量反映地貌演化與構造抬升之間的關系（梁歐博等，2018；趙國華，2014）。Strahler（1952）提出的理論中，面積-高程積分（HI）包括HI積分曲線和HI積分值的計算。

以流域盆地相對面積比（a/A）為X軸、相對高度比（h/H）為Y軸，繪制函數y=f（x）曲線，即為面積-高程積分曲線，其積分為曲線包圍的面積，即為面積-高程積分值，計算公式為：

式中：A表示流域面積；a表示該流域內某條等高線以上的面積；h表示該等高線與流域內最低點的高差；H表示流域內最大相對高差（李環宇等，2020；王躲，2018；章桂芳等，2018）。

Pike和Wilson（1971）推導估算HI值的簡易方法，計算公式為：

式中：Hmean、Hmax、Hmin分別表示流域盆地的平均高程、最大高程和最小高程（李環宇等，2020；洪艷等，2019；梁歐博等，2018；王躲，2018；梁明劍等，2014）。

Strahler（1952）通過HI值將Davis地貌侵蝕循環發育模式定量化分為3個階段：當HI>0.60時，面積-高程積分曲線呈凸型，地貌演化階段處于幼年期，侵蝕程度低，構造作用為主時表現為強烈隆升階段；當0.4

2.2數據處理

本文使用ArcGIS軟件對ASTERGDEM30m數據進行處理，處理流程如下：①使用數據管理工具，對研究區DEM數據進行柵格鑲嵌、投影和空間分析工具之掩膜提取等處理，對ASTERGDEM數據進行拼接、投影變換和裁剪，獲取研究區空間分辨率為1s（約30m）的DEM數據。②使用水文分析模塊，對預處理得到的DEM數據依次進行填洼-流向計算-流量計算-河網提取-水系分級處理，最終得到研究區水系網絡。其中，水系分級采用Strahler（1952）分級方法，無支流流入的河流為一級河流，同級別的兩條河流交匯形成的河流為二級河流，以此類推，不同級別的河流交匯形成的河流級別為交匯河流較高者的等級。③利用盆域工具，基于研究區水系網絡提取相應的亞流域盆地。德欽—維西地區提取出4～7級亞流域盆地共計990個（圖2a）。④基于亞流域盆地和研究區DEM數據，利用ArcGIS的空間分析統計

工具zonal統計分析亞流域盆地的平均高程Hmean、最大高程Hmax和最小高程Hmin，然后根據式（2），分別計算亞流域的面積-高程積分值（HI值），并對亞流域盆地HI值進行空間插值，得到HI等值分區圖（圖2b）。⑤根據Strahler（1952）的理論方法，分別獲取研究區12個主要河流的次級流域盆地，在ArcGIS工具中加載由舊金山州立大學JerryDavis制作的HypsometryToolhttps：//gis.sfsu.edu/tools.，提取次級流域盆地的面積比和高程比2個參數，然后利用Excel分別繪制次級流域盆地HI曲線。

3研究結果

3.1亞流域盆地HI值

由圖2b可見，德欽—維西地區HI值為0.18～0.76，變化范圍較大，說明其地貌演化具有一定的復雜性。

整體來看，HI值與海拔大體呈正相關關系，其分布與地形起伏基本一致。研究區地形起伏北高南低，HI值也表現為北高南低的趨勢。HI低值主要沿河谷和盆地呈帶狀分布，如中甸盆地整體表現為大范圍的HI低值；金沙江、瀾滄江、珠巴龍河、岡曲河和臘普河河谷地帶HI值亦較低。HI高值主要分布在海拔相對較高且地形起伏較大的區域，多沿分水嶺呈條帶狀分布，如研究區北部金沙江兩側的雪山山脈沿線，包括研究區北部德欽以北察里雪山—甲午雪山—壓賽雪山—人之雪山一線、得榮以東縣城東側至巴拉格宗雪山—帶、維西—康普—燕門一線東側金沙江與瀾滄江的分水嶺白馬雪山—白芒雪山一帶HI高值條帶及中甸盆地以西的HI高值條帶。

從HI值分布與活動斷裂的位置關系來看，HI低值條帶的展布方向與研究區活動構造的延伸方向基本一致，如德欽—中甸—大具斷裂奔子欄以南、金沙江斷裂得榮—奔子欄段、維西—喬后斷裂沿線。HI高值主要分布于斷裂帶兩側及構造交匯區域，如金沙江斷裂與德欽—中甸—大具斷裂、蘭坪—云龍斷裂與維西—喬后斷裂交匯區域。

3.2次級流域盆地HI曲線

本文提取德欽—維西地區12個主要次級流域盆地的HI曲線（圖3、4），包括瀾滄江流域4個支流次級流域盆地（阿東河、三岔河、碧玉河和永春河流域盆地）及金沙江流域8個支流次級流域盆地（東水河、珠巴龍河、臘普河、巨甸河、鎮蘭河、沖江河、岡曲河和小中甸河流域盆地）。

從12個次級流域盆地的HI曲線（圖4）形態來看，大致可以分為微凸型和S型。其中阿東河、東水河和三岔河次級流域盆地HI曲線呈微凸型，HI>0.6，盆地發育處于幼年期（圖4b），其它流域盆地為S型。根據HI曲線的局部變化，S型又可細分為以下3個亞類（圖3）：①亞S1型：碧玉河、岡曲河和小中甸河次級流域盆地HI曲線呈現上凹下凸形態（圖4c），但與標準的S型相比，形態上中間部位過渡不夠平滑，所以稱之為亞S1型；②標準S型：巨甸河、臘普河和珠巴龍河次級流域盆地HI曲線形態為標準的S型曲線（圖4c）；③亞S2型：沖江河、永春河和鎮蘭河次級流域盆地HI曲線形態上類似S型，但局部又存在較大的差別，這3個次級流域盆地HI曲線中間部分有向下凹的趨勢（圖4c），所以稱之為亞S2型。

從圖3可看出，微凸型的阿東河、東水河和三岔河3個次級流域盆地均為流域面積較小的流域盆地，均位于德欽—中甸斷裂與金沙江斷裂交匯處，即德欽縣附近；亞S1型的碧玉河、岡曲河和小中甸河次級流域盆地分別被維西—喬后斷裂、金沙江斷裂和中甸—龍蟠—喬后斷裂近平行于河谷穿切；標準S型的巨甸河、臘普河和珠巴龍河次級流域盆地均未被區域斷裂所截切；亞S2型的沖江河、永春河和鎮蘭河次級流域盆地局部被區域斷裂所截切。

4討論

構造地貌是構造作用導致的地殼隆升和地表過程相互競爭的結果。地貌形態可能記錄了不同尺度構造、氣候和侵蝕過程變化的信息（張潔等，2016）。流域盆地的HI值對構造活動、巖性差異和氣候變化等因素的反應比較敏感（邵崇建等，2015）。

4.1降雨量

東英吉利大學氣候研究單位（CRU）基于英國國家大氣科學中心（NVAS）資助的合作中心NERC提供的高分辨率網格（0.5°×0.5°），制作了高分辨率氣候逐月變化網格數據。本文選用分辨率為0.5°的CRUTS4.05版降雨量數據，對研究區長達120年（1901—2020年）的降雨量數據進行空間插值，生成月均降雨量等值分布圖（圖5a）。

從圖5a可以看出，研究區月均降雨量總體表

現為由SW向NE遞減的規律，降雨量等值分布圖呈NW向近似條帶狀分布。但降水量的分布與HI值的分區并沒有明顯的相關關系。由此可見，氣候不是研究區地貌的主控因素。

4.2巖性

巖性也會通過剝蝕速率和河流侵蝕影響流域地貌演化（盧本添等，2022；李環宇等，2020；梁歐博等，2018）。抗侵蝕強的巖石可以阻止分水嶺的遷移，而抗侵蝕弱的巖石則容易被河流下切和側向侵蝕，形成準平原面（于洋等，2022）。研究區位于德欽—維西地層分區，各時代地層分布較齊全，自元古界至第四系均有出露（圖5b），但廣泛出露的為中生代陸相湖泊和河流相泥巖、泥質砂巖地層，部分地區有板巖、片巖、千枚巖等變質巖，局部見有煤系地層、石膏和灰巖（宋章等，2019）。

研究區北部，即德欽—中甸—大具斷裂以北及其附近區域，大部分出露三疊系巖層，巖性以較堅硬的中厚層石英砂巖夾板巖、厚層碳酸巖或碳酸鹽巖夾板巖組為主；西北部零星分布有三疊紀和第三紀的火山巖；研究區中部及以南地區，大范圍分布有堅硬的中厚層-厚層砂巖或砂巖夾泥巖巖組，東南部夾有近南北呈條狀分布的第四系黏土巖層和狹長分布的砂巖、泥巖夾灰巖巖組，少量零星分布有炭質頁巖（王銀龍，2019）。

總體來說，德欽—維西地區巖層質地較硬，整體的巖石抗侵蝕能力差別不大。因此，研究區的巖性并不是影響地貌演化的主控因素。

4.3區域構造

前述討論表明，降水和巖性均不是德欽—維西地區地貌演化的主控因素。因此，筆者認為研究區地貌演化主要受區域斷裂差異抬升運動的控制，即德欽—維西地區流域盆地HI值與該區構造活動及其導致的隆升、沉降等地表過程密切相關。

新生代以來，受板塊碰撞引起的隆升作用影響，滇西北地區發生了差異性構造隆升，在整體隆升的同時，北部較南部隆升更劇烈，幅度也更大（李峰，薛傳東，1999）。研究區內整體HI值表現為北高南低，北部德欽以北、得榮以東、維西—康普—燕門一線東側為HI高值條帶，這可能就是這種大尺度抬升作用的直接表現。阿東河、三岔河、東水河的流域盆地曲線的上凸形態，可能也是對區域抬升作用的響應。

河流的沖刷下切作用形成了沿河流展布的HI低值區，并在河流的交匯口出現HI低值，如阿東河、三岔河與瀾滄江的交匯處，北部金沙江支流與干流的交匯處，珠巴龍河、臘普河、鎮蘭河與金沙江的交匯處等。河流的交匯分布形成了山脊-河谷交錯排列的地形結構。南部水系豐富，河流流域盆地的HI曲線圖表現為S型，說明這些區域的地貌正處于侵蝕演化階段。

德欽—中甸斷裂以奔子欄為界分為兩段（吳富峣等，2019b），北西段德欽—奔子欄段為HI高值區，南東段奔子欄—中甸段沿線HI值較低，說明德欽—中甸斷裂以奔子欄為界，北西段與南東段的活動性存在差異，這與吳富峣等（2019b）的研究結果一致。

阿東河、東水河和三岔河3個處于幼年期的次級流域盆地均位于金沙江斷裂與德欽—中甸斷裂的交匯區域，說明該區地貌演化正處于構造隆升期，構造活動較強烈；其南側為珠巴龍河流域，斷裂帶附近的HI高值較南側偏低，這與整體北高南低的地勢不符，可能也是區域構造活動的結果。

小中甸以南、中甸—龍蟠—喬后斷裂帶與金沙江斷裂夾持的區域存在一個突出的HI高值異常，而此處地勢較研究區北部偏低。該異常揭示，受中甸—龍蟠—喬后斷裂帶與金沙江斷裂活動的共同影響，該區構造活動強烈，地形地貌處于持續抬升狀態，抬升速率大于剝蝕速率。同理，研究區南部的蘭坪—云龍斷裂與維西—喬后斷裂北段交匯處具有較周圍更高的HI值，這也是蘭坪—云龍斷裂與維西—喬后斷裂北段活動的直接表現。

主要次級流域盆地中亞S1型和亞S2型HI曲線均屬于被區域斷裂截切的流域盆地的曲線，這也是研究區地貌演化受區域構造控制的直接證據。維西—喬后斷裂、金沙江斷裂和中甸—龍蟠—喬后斷裂分別近平行穿切碧玉河、岡曲河和小中甸河3個次級流域盆地河谷地帶，斷裂帶的活動直接影響了盆地的發育與演化，斷裂帶兩側河道差異抬升與沉降造成流域演化分異，相對抬升一側處于幼年期，HI曲線凸起；相對下降一側處于老年期，HI曲線下凹，導致次級流域盆地HI曲線均表現為上凹下凸形態。亞S2型的沖江河、永春河和鎮蘭河次級流域盆地局部被區域斷裂所截切，效果與亞S1型一致。

5結論

本文通過提取德欽—維西地區亞流域盆地面積-高程積分HI值和主要次級流域盆地HI曲線，探討了該區地貌對區內構造活動的響應，主要得到以下結論：

（1）研究區HI值整體呈北高南低趨勢，與海拔大體呈正相關關系。HI低值主要沿河谷、盆地和活動構造的延伸方向呈帶狀分布，HI高值主要沿分水嶺和斷裂帶交匯區域分布。

（2）氣候和巖性均不是控制研究區地貌演化的主要因素，區域構造的活動才是研究區地貌演化的主控因素。

（3）研究區12個次級流域盆地的HI曲線大致可以分出微凸型和S型兩大類型。阿東河、東水河和三岔河盆地的HI曲線呈微凸型，盆地發育處于幼年期。S型可細分為3個亞類亞：碧玉河、岡曲河和小中甸河盆地的HI曲線呈現上凹下凸形態亞S1型；巨甸河、臘普河和珠巴龍河盆地的HI曲線為標準的S型曲線，沖江河、永春河和鎮蘭河盆地的HI曲線為亞S2型。

（4）亞流域盆地HI等值分區和次級流域盆地HI曲線形態均明顯受區域斷裂的影響和控制，研究區地貌演化很好地響應了區域構造的活動。

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