德钦—维西地区地貌特征及其对构造活动的响应

刘婧楠 常玉巧 田鹏 李圣

摘要：基于ASTERGDEM30m数据，使用ArcGIS空间分析模块提取了德钦—维西地区流域盆地范围，得到了德钦—维西地区亚流域盆地及主要次级流域盆地面积-高程积分（HI）值，获得990个亚流域盆地HI等值分区及12个主要次级流域盆地HI曲线。结果表明：阿东河、东水河和三岔河3个次级流域盆地HI曲线呈微凸型，处于地貌演化的幼年期，其它9个次级流域盆地HI曲线呈S型，处于壮年期。研究区HI值表现为北高南低趋势，HI低值条带的展布方向与研究区活动构造的延伸方向基本一致；HI高值主要分布于断裂带两侧及构造交会区域。研究区地貌演化的主控因素是构造活动，岩性和气候影响不明显，地貌对区内构造活动具有很好的响应关系。

关键词：德钦—维西地区；流域盆地；面积-高程积分；地貌演化；构造活动

中图分类号：P315.22文献标识码：A文章编号：1000-0666（2023）03-0315-08

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0033

0引言

德钦—维西地区位于滇西北川滇菱形块体西南边界附近，地处三江并流地带，区内分布着维西—乔后断裂、金沙江断裂及德钦—中甸—大具断裂等多条活动断裂，这些活动断裂也是川滇菱形块体西部边界的组成部分（常祖峰等，2016a）。遥感影像上，区内活动断裂线性特征顯著；野外地质地貌调查揭示，区域断裂晚第四纪活动强烈，如德钦—中甸—大具断裂和维西—乔后断裂等均为区域主要发震断裂（安晓文等，2018）。该区历史上曾发生过2次7级以上强震，中强地震时有发生（常祖峰等，2014）。近年来，学者们对德钦—维西地区开展了许多研究（王洋等，2022；常祖峰等，2022；万永魁等，2021；常玉巧，2021；吴富峣等，2019a，b；刘自凤等，2019；倪喆等，2017；杨捷等，2015），但目前关于该地区流域地貌方面的研究仍然不多。

德钦—维西地区地形复杂、植被茂密，给区域构造活动性等研究带来了很多困难。在构造活跃区，河流的发育过程往往受构造活动的影响，且携带了许多构造活动的信息，因此，水系地貌特征对构造活动具有很强的指示意义（卢本添等，2022；陈露等，2020；李环宇等，2020；高效东等，2019）。区内水系极其发育，澜沧江和金沙江两大水系贯穿南北，其支流纵横交错，水系的演化也记录着区域断裂的活动信息，为研究区域断裂的构造与地貌的响应关系提供了很好的素材，是研究地貌对构造活动响应的理想场所。

本文基于ArcGIS软件对ASTERGDEM-V2数据进行预处理，提取德钦—维西地区水系网络及亚流域盆地，在此基础上，分别获得了澜沧江和金沙江两大流域4～7级共990个亚流域盆地的面积-高程积分值及12个主要次级流域盆地的面积-高程积分曲线，并探讨了德钦—维西地区水系发育对构造活动的响应。研究成果可为区内德钦、维西、香格里拉、宁蒗、兰坪等县地震灾害风险普查1：5万活动断层分布图及其报告的编写、活动断层数据库的建立等地震灾害风险普查工作提供重要基础资料。

1区域地震构造背景

德钦—维西地区地处青藏高原东南缘横断山脉中南段，区域构造环境复杂，盆地、山地、湖泊、河流广泛分布，加之强烈的外动力剥蚀作用，该区基岩裸露，构造地貌复杂。沿东西向分布的“盆-岭构造”反映了地貌对该区域构造活动的响应。区内多条断裂带纵横交错，为应力集中区，受川滇菱形块体SE向挤出的影响，德钦—中甸—大具断裂、维西—乔后断裂表现为右旋走滑特征，兼具拉张分量的活动性质（图1）。澜沧江断裂带和金沙江断裂带呈近NS向展布，澜沧江断裂带中段为韧性剪切带，但剪应力较小，断裂带活动性低。GPS速度场显示金沙江断裂带中、南段均表现为右旋走滑，垂向运动不明显（徐晓雪等，2020；王银龙，2019），其南段活动性较低（康四林，2014；常玉巧等，2019；夏金梧，朱萌，2020；常昊等，2021）。德钦—中甸—大具断裂活动性具有明显的分段特征，其中奔子栏以南为全新世以来活动断裂（常祖峰等，2014；吴富峣等，2019b）。2013年以来维西—乔后断裂曾多次发生5.0级以上的地震，受到广泛关注，但前人的研究主要集中在南段巍山盆地一带，北段研究程度较低（汤沛，2013；常祖峰等，2014，2016a，b，2021；贺赤诚等，2015；Changetal，2018）。

遥感影像显示，区内主要分布有两大水系：西侧澜沧江水系呈近SN向贯穿研究区；东侧金沙江水系呈NNW-SSE向流经研究区，并被德钦—中甸—大具断裂所截切，断裂以北多条小型河流并列展布，断裂以南多条河流汇为一支，南北两支之间沿断裂出现明显偏转（黄小巾等，2014）。

从水系分布来看，澜沧江流域水系网络较金沙江流域简单，支流流域面积较小；金沙江流域水系网络较为复杂，支流流域面积普遍较大。研究区构造地貌组合主体为山地—盆地—断层，具有张性构造特点。区内受断裂控制的第四纪盆地包括尼西、中甸和小中甸等盆地（夏金梧，朱萌，2020），湖泊、沼泽多沿断裂呈串珠状分布。

2理论方法与数据处理

2.1面积-高程积分

Davis（1899）首先提出了地貌侵蚀循环学说，认为地貌演化是一种构造、应力和时间的函数，并根据这3个变量的组合变化，把地形发育划分为幼年期、壮年期和老年期3个阶段。Strahler（1952）提出了面积-高程积分（Hypso-metricIntegral，简称HI）的概念，用以描述流域地貌的演化特征，为Davis（1899）的地貌演化阶段模式提供了定量指标（梁欧博等，2018）。面积-高程积分是流域盆地相对面积比与相对高程比定义函数的积分，反映地表被侵蚀后的三维体积残余率和地貌的发育程度，能够定量反映地貌演化与构造抬升之间的关系（梁欧博等，2018；赵国华，2014）。Strahler（1952）提出的理论中，面积-高程积分（HI）包括HI积分曲线和HI积分值的计算。

以流域盆地相对面积比（a/A）为X轴、相对高度比（h/H）为Y轴，绘制函数y=f（x）曲线，即为面积-高程积分曲线，其积分为曲线包围的面积，即为面积-高程积分值，计算公式为：

式中：A表示流域面积；a表示该流域内某条等高线以上的面积；h表示该等高线与流域内最低点的高差；H表示流域内最大相对高差（李环宇等，2020；王躲，2018；章桂芳等，2018）。

Pike和Wilson（1971）推导估算HI值的简易方法，计算公式为：

式中：Hmean、Hmax、Hmin分别表示流域盆地的平均高程、最大高程和最小高程（李环宇等，2020；洪艳等，2019；梁欧博等，2018；王躲，2018；梁明剑等，2014）。

Strahler（1952）通过HI值将Davis地貌侵蚀循环发育模式定量化分为3个阶段：当HI>0.60时，面积-高程积分曲线呈凸型，地貌演化阶段处于幼年期，侵蚀程度低，构造作用为主时表现为强烈隆升阶段；当0.4

2.2数据处理

本文使用ArcGIS软件对ASTERGDEM30m数据进行处理，处理流程如下：①使用数据管理工具，对研究区DEM数据进行栅格镶嵌、投影和空间分析工具之掩膜提取等处理，对ASTERGDEM数据进行拼接、投影变换和裁剪，获取研究区空间分辨率为1s（约30m）的DEM数据。②使用水文分析模块，对预处理得到的DEM数据依次进行填洼-流向计算-流量计算-河网提取-水系分级处理，最终得到研究区水系网络。其中，水系分级采用Strahler（1952）分级方法，无支流流入的河流为一级河流，同级别的两条河流交汇形成的河流为二级河流，以此类推，不同级别的河流交汇形成的河流级别为交汇河流较高者的等级。③利用盆域工具，基于研究区水系网络提取相应的亚流域盆地。德钦—维西地区提取出4～7级亚流域盆地共计990个（图2a）。④基于亚流域盆地和研究区DEM数据，利用ArcGIS的空间分析统计

工具zonal統计分析亚流域盆地的平均高程Hmean、最大高程Hmax和最小高程Hmin，然后根据式（2），分别计算亚流域的面积-高程积分值（HI值），并对亚流域盆地HI值进行空间插值，得到HI等值分区图（图2b）。⑤根据Strahler（1952）的理论方法，分别获取研究区12个主要河流的次级流域盆地，在ArcGIS工具中加载由旧金山州立大学JerryDavis制作的HypsometryToolhttps：//gis.sfsu.edu/tools.，提取次级流域盆地的面积比和高程比2个参数，然后利用Excel分别绘制次级流域盆地HI曲线。

3研究结果

3.1亚流域盆地HI值

由图2b可见，德钦—维西地区HI值为0.18～0.76，变化范围较大，说明其地貌演化具有一定的复杂性。

整体来看，HI值与海拔大体呈正相关关系，其分布与地形起伏基本一致。研究区地形起伏北高南低，HI值也表现为北高南低的趋势。HI低值主要沿河谷和盆地呈带状分布，如中甸盆地整体表现为大范围的HI低值；金沙江、澜沧江、珠巴龙河、冈曲河和腊普河河谷地带HI值亦较低。HI高值主要分布在海拔相对较高且地形起伏较大的区域，多沿分水岭呈条带状分布，如研究区北部金沙江两侧的雪山山脉沿线，包括研究区北部德钦以北察里雪山—甲午雪山—压赛雪山—人之雪山一线、得荣以东县城东侧至巴拉格宗雪山—带、维西—康普—燕门一线东侧金沙江与澜沧江的分水岭白马雪山—白芒雪山一带HI高值条带及中甸盆地以西的HI高值条带。

从HI值分布与活动断裂的位置关系来看，HI低值条带的展布方向与研究区活动构造的延伸方向基本一致，如德钦—中甸—大具断裂奔子栏以南、金沙江断裂得荣—奔子栏段、维西—乔后断裂沿线。HI高值主要分布于断裂带两侧及构造交汇区域，如金沙江断裂与德钦—中甸—大具断裂、兰坪—云龙断裂与维西—乔后断裂交汇区域。

3.2次级流域盆地HI曲线

本文提取德钦—维西地区12个主要次级流域盆地的HI曲线（图3、4），包括澜沧江流域4个支流次级流域盆地（阿东河、三岔河、碧玉河和永春河流域盆地）及金沙江流域8个支流次级流域盆地（东水河、珠巴龙河、腊普河、巨甸河、镇兰河、冲江河、冈曲河和小中甸河流域盆地）。

从12个次级流域盆地的HI曲线（图4）形态来看，大致可以分为微凸型和S型。其中阿东河、东水河和三岔河次级流域盆地HI曲线呈微凸型，HI>0.6，盆地发育处于幼年期（图4b），其它流域盆地为S型。根据HI曲线的局部变化，S型又可细分为以下3个亚类（图3）：①亚S1型：碧玉河、冈曲河和小中甸河次级流域盆地HI曲线呈现上凹下凸形态（图4c），但与标准的S型相比，形态上中间部位过渡不够平滑，所以称之为亚S1型；②标准S型：巨甸河、腊普河和珠巴龙河次级流域盆地HI曲线形态为标准的S型曲线（图4c）；③亚S2型：冲江河、永春河和镇兰河次级流域盆地HI曲线形态上类似S型，但局部又存在较大的差别，这3个次级流域盆地HI曲线中间部分有向下凹的趋势（图4c），所以称之为亚S2型。

从图3可看出，微凸型的阿东河、东水河和三岔河3个次级流域盆地均为流域面积较小的流域盆地，均位于德钦—中甸断裂与金沙江断裂交汇处，即德钦县附近；亚S1型的碧玉河、冈曲河和小中甸河次级流域盆地分别被维西—乔后断裂、金沙江断裂和中甸—龙蟠—乔后断裂近平行于河谷穿切；标准S型的巨甸河、腊普河和珠巴龙河次级流域盆地均未被区域断裂所截切；亚S2型的冲江河、永春河和镇兰河次级流域盆地局部被区域断裂所截切。

4讨论

构造地貌是构造作用导致的地壳隆升和地表过程相互竞争的结果。地貌形态可能记录了不同尺度构造、气候和侵蚀过程变化的信息（张洁等，2016）。流域盆地的HI值对构造活动、岩性差异和气候变化等因素的反應比较敏感（邵崇建等，2015）。

4.1降雨量

东英吉利大学气候研究单位（CRU）基于英国国家大气科学中心（NVAS）资助的合作中心NERC提供的高分辨率网格（0.5°×0.5°），制作了高分辨率气候逐月变化网格数据。本文选用分辨率为0.5°的CRUTS4.05版降雨量数据，对研究区长达120年（1901—2020年）的降雨量数据进行空间插值，生成月均降雨量等值分布图（图5a）。

从图5a可以看出，研究区月均降雨量总体表

现为由SW向NE递减的规律，降雨量等值分布图呈NW向近似条带状分布。但降水量的分布与HI值的分区并没有明显的相关关系。由此可见，气候不是研究区地貌的主控因素。

4.2岩性

岩性也会通过剥蚀速率和河流侵蚀影响流域地貌演化（卢本添等，2022；李环宇等，2020；梁欧博等，2018）。抗侵蚀强的岩石可以阻止分水岭的迁移，而抗侵蚀弱的岩石则容易被河流下切和侧向侵蚀，形成准平原面（于洋等，2022）。研究区位于德钦—维西地层分区，各时代地层分布较齐全，自元古界至第四系均有出露（图5b），但广泛出露的为中生代陆相湖泊和河流相泥岩、泥质砂岩地层，部分地区有板岩、片岩、千枚岩等变质岩，局部见有煤系地层、石膏和灰岩（宋章等，2019）。

研究区北部，即德钦—中甸—大具断裂以北及其附近区域，大部分出露三叠系岩层，岩性以较坚硬的中厚层石英砂岩夹板岩、厚层碳酸岩或碳酸盐岩夹板岩组为主；西北部零星分布有三叠纪和第三纪的火山岩；研究区中部及以南地区，大范围分布有坚硬的中厚层-厚层砂岩或砂岩夹泥岩岩组，东南部夹有近南北呈条状分布的第四系黏土岩层和狭长分布的砂岩、泥岩夹灰岩岩组，少量零星分布有炭质页岩（王银龙，2019）。

总体来说，德钦—维西地区岩层质地较硬，整体的岩石抗侵蚀能力差别不大。因此，研究区的岩性并不是影响地貌演化的主控因素。

4.3区域构造

前述讨论表明，降水和岩性均不是德钦—维西地区地貌演化的主控因素。因此，笔者认为研究区地貌演化主要受区域断裂差异抬升运动的控制，即德钦—维西地区流域盆地HI值与该区构造活动及其导致的隆升、沉降等地表过程密切相关。

新生代以来，受板块碰撞引起的隆升作用影响，滇西北地区发生了差异性构造隆升，在整体隆升的同时，北部较南部隆升更剧烈，幅度也更大（李峰，薛传东，1999）。研究区内整体HI值表现为北高南低，北部德钦以北、得荣以东、维西—康普—燕门一线东侧为HI高值条带，这可能就是这种大尺度抬升作用的直接表现。阿东河、三岔河、东水河的流域盆地曲线的上凸形态，可能也是对区域抬升作用的响应。

河流的冲刷下切作用形成了沿河流展布的HI低值区，并在河流的交汇口出现HI低值，如阿东河、三岔河与澜沧江的交汇处，北部金沙江支流与干流的交汇处，珠巴龙河、腊普河、镇兰河与金沙江的交汇处等。河流的交汇分布形成了山脊-河谷交错排列的地形结构。南部水系丰富，河流流域盆地的HI曲线图表现为S型，说明这些区域的地貌正处于侵蚀演化阶段。

德钦—中甸断裂以奔子栏为界分为两段（吴富峣等，2019b），北西段德钦—奔子栏段为HI高值区，南东段奔子栏—中甸段沿线HI值较低，说明德钦—中甸断裂以奔子栏为界，北西段与南东段的活动性存在差异，这与吴富峣等（2019b）的研究结果一致。

阿东河、东水河和三岔河3个处于幼年期的次级流域盆地均位于金沙江断裂与德钦—中甸断裂的交汇区域，说明该区地貌演化正处于构造隆升期，构造活动较强烈；其南侧为珠巴龙河流域，断裂带附近的HI高值较南侧偏低，这与整体北高南低的地势不符，可能也是区域构造活动的结果。

小中甸以南、中甸—龙蟠—乔后断裂带与金沙江断裂夹持的区域存在一个突出的HI高值异常，而此处地势较研究区北部偏低。该异常揭示，受中甸—龙蟠—乔后断裂带与金沙江断裂活动的共同影响，该区构造活动强烈，地形地貌处于持续抬升状态，抬升速率大于剥蚀速率。同理，研究区南部的兰坪—云龙断裂与维西—乔后断裂北段交汇处具有较周围更高的HI值，这也是兰坪—云龙断裂与维西—乔后断裂北段活动的直接表现。

主要次级流域盆地中亚S1型和亚S2型HI曲线均属于被区域断裂截切的流域盆地的曲线，这也是研究区地貌演化受区域构造控制的直接证据。维西—乔后断裂、金沙江断裂和中甸—龙蟠—乔后断裂分别近平行穿切碧玉河、冈曲河和小中甸河3个次级流域盆地河谷地带，断裂带的活动直接影响了盆地的发育与演化，断裂带两侧河道差异抬升与沉降造成流域演化分异，相对抬升一侧处于幼年期，HI曲线凸起；相对下降一侧处于老年期，HI曲线下凹，导致次级流域盆地HI曲线均表现为上凹下凸形态。亚S2型的冲江河、永春河和镇兰河次级流域盆地局部被区域断裂所截切，效果与亚S1型一致。

5结论

本文通过提取德钦—维西地区亚流域盆地面积-高程积分HI值和主要次级流域盆地HI曲线，探讨了该区地貌对区内构造活动的响应，主要得到以下结论：

（1）研究区HI值整体呈北高南低趋势，与海拔大体呈正相关关系。HI低值主要沿河谷、盆地和活动构造的延伸方向呈带状分布，HI高值主要沿分水岭和断裂带交汇区域分布。

（2）气候和岩性均不是控制研究区地貌演化的主要因素，区域构造的活动才是研究区地貌演化的主控因素。

（3）研究区12个次级流域盆地的HI曲线大致可以分出微凸型和S型两大类型。阿东河、东水河和三岔河盆地的HI曲线呈微凸型，盆地发育处于幼年期。S型可细分为3个亚类亚：碧玉河、冈曲河和小中甸河盆地的HI曲线呈现上凹下凸形态亚S1型；巨甸河、腊普河和珠巴龙河盆地的HI曲线为标准的S型曲线，冲江河、永春河和镇兰河盆地的HI曲线为亚S2型。

（4）亚流域盆地HI等值分区和次级流域盆地HI曲线形态均明显受区域断裂的影响和控制，研究区地貌演化很好地响应了区域构造的活动。

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