论文推荐｜西秦岭嘉陵江流域地貌特征及其构造意义

西秦岭位于青藏高原东北缘，是青藏高原向北东方向扩展的前缘地带，在中—晚新生代时期经历了复杂而强烈的构造活动。对西秦岭嘉陵江水系流域的构造地貌特征和活动程度的研究，有助于理解该地区地貌演化对青藏高原新生代隆升的响应，并在一定程度上限定其北东方向扩张的范围。本文在30 m分辨率的ASRTM DEM数据基础上，结合ArcGIS软件，对嘉陵江上游45个子流域的地貌形态进行了详细分析。采用了5种地貌指数，包括面积高程积分值（HI）及曲线（HC）、标准化河流阶梯指数（SL/K）及Hack剖面、流域盆地不对称度（AF）、盆地延伸率（Re）和河谷宽高比（VF），并计算了各子流域的相对活动构造指数（IAT）。结果表明，研究区45个子流域中，42个子流域面积高程积分介于0.35与0.6之间且积分曲线呈“S”形，表明西秦岭嘉陵江流域处于地貌演化的壮年期阶段。根据综合地貌指数分析结果，西秦岭嘉陵江地区经历了较为强烈的构造活动。在研究区的三条主要断裂中，徽成盆地南缘断裂的构造活动性最强，其次为徽成盆地北缘断裂，麻沿河断裂活动性最弱。这表明青藏高原向北东方向扩张已经影响到了西秦岭嘉陵江地区的构造变形及现代地貌的演化过程。

The Western Qinling is located at the northeastern margin of the Tibetan Plateau, serving as the frontal zone of the Tibetan Plateau's northeastward expansion.During the Middle-Late Cenozoic, the region experienced complex and intense tectonic activity.The study of the tectonic-geomorphic features and degree of tectonic activity in the Jialing River drainage basin of the West Qinling helps understand the response of the region's geomorphic evolution to the Cenozoic uplift of the Tibetan Plateau, and to a certain extent constrain the scope of the Tibetan Plateau's northeastward expansion.In this study, the morphology of 45 sub-basins of the upper reaches of the Jialing River was analyzed in detail based on 30 m-resolution ASRTMDEMdata, using ArcGIS software.Five geomorphic indices were used, including hypsometric integral (HI)and its curve (HC), standardized stream length-gradient index (SL/K), Hack profile, basin asymmetry factor (AF), basin elongation ratio (Re), and valley floor width-to-height ratio (VF)；additionally, the index of relative active tectonics (IAT) was calculated for each sub-basin.The results show that 42 out of the 45 sub-basins in the study area have hypsometric integrals (HI)between 0.35 and 0.6 and the integration curves are “S”-shaped, indicating that the Jialing River Basin in the Western Qinling is in the mature stage of geomorphic evolution.A comprehensive analysis of geomorphic indices shows that the Jialing River basin area in the West Qinling has experienced relatively intense tectonic activity.Among the three major faults in the study area, the Southern Margin Fault of the Huicheng Basin has the strongest tectonic activity, followed by that of the Northern Margin Fault of of the Huicheng Basin, and that of the Mayanhe Fault is the weakest.This indicates that the northeastward expansion of the Tibetan Plateau has already affected the tectonic deformation and evolution of modern geomorphology in the Jialing River basin area of the Western Qinling.

西秦岭; 嘉陵江流域; 地貌指数; 青藏高原东北缘 

West Qinling; Jialing River Basin; geomorphic indice; Northeastern Margin of the Tibetan Plateau

构造地貌是地球内部运动与外部地质力量相互作用的结果，是最直接显现构造运动信息的媒介，也是揭示构造运动信息最直接、最有效的途径之一[1，2]。近年来，随着地理信息系统技术（GIS）的持续发展，DEM技术衍生的地貌指数解译方法已成为构造地貌演化研究的重要技术手段[3-9]。通过对面积高程积分[10-13]、流域盆地不对称度[14，15]、河长坡降指标[16，17]、河流纵剖面[18]等地貌指数分析，揭示构造活动强度对地貌发育阶段的控制效应，进而揭示内、外动力耦合作用下的地貌响应机制。已有研究一致表明，地貌指数的系统解析能够较好地反映地貌演化阶段及其所指示的构造活动空间分异规律。

青藏高原被视为全球构造研究的重要窗口，由于亚欧板块与印度板块持续的汇聚碰撞，自晚新生代以来持续隆升与扩展[19，20]。青藏高原东北缘作为陆内变形动力学研究的天然实验室，其地貌演化过程对揭示大陆构造响应机制具有重要指示意义。西秦岭作为青藏高原东北缘的关键构造单元，既是贺兰—川滇南北构造带与中央造山带的交汇处，同时也是挤压走滑向走滑伸展构造转换的枢纽区域。新生代以来，受控于高原阶段性隆升的远程效应，该区发生多期差异隆升事件[21，22]，形成了独特的构造地貌特征。近些年，众多学者围绕西秦岭地区展开了大量研究，主要通过古地磁[23]、热年代学[24]、GNSS观测[25]、地震波[26]、断层应力反演[27]等多种技术手段，深入探讨了西秦岭造山带的形成与演化。西秦岭造山带的地貌学研究主要集中于河流阶地、夷平面以及嘉陵江水系形态等[28-30]。然而，将流域地貌与区域构造背景结合的研究仍较为有限，综合多种地貌指数分析西秦岭嘉陵江地区构造活动的研究较少，导致该区域的构造活动特征、地貌演化阶段及过程尚不清晰。

因此，本文以西秦岭嘉陵江水系为研究对象，基于数字高程模型（DEM）数据，借助ArcGIS 10.7平台提取一系列地貌指数，系统分析流域地貌演化规律与构造活动强度。选取面积高程积分（HI）和曲线（HC）、标准化河长坡降指标（SL/K）和Hack剖面、流域盆地不对称度（AF）、盆地延伸率（Re）、河谷宽高比（VF）等指数，系统解析构造活动强度的空间异质性特征，并结合区域地层接触关系与前人研究成果，探讨构造活动对地貌演化过程的控制机制，进而揭示该地区地貌系统对青藏高原新生代隆升过程的动态响应。

秦岭造山带位于中国大陆中部，是中国中央造山带的重要组成部分，呈近东西向展布。西秦岭位于秦岭山脉西缘，是青藏高原东北缘的重要组成部分（图1（a））。西秦岭的构造演化经历了多个关键阶段，包括超级大陆裂解、秦祁昆洋形成、洋陆俯冲造山、大陆碰撞造山、板内伸展和陆内碰撞造山等，这些阶段共同塑造了西秦岭的基本构造格局，而在中新生代又受到进一步的改造。随着青藏高原的持续隆起，西秦岭、六盘山以及周边地区亦发生显著构造抬升[31，32]。西秦岭地区断裂经历了逆冲和走滑形变，这些变形过程对多个古近纪盆地的形成与构造演化起到了重要控制作用，主要包括徽成盆地、汉中盆地和西和盆地等[21，22]。

研究区处于秦岭造山带向青藏高原过渡的关键部位，完整记录了高原北东向扩展的前缘构造响应过程。嘉陵江源头位于西秦岭北麓，为长江一级支流，其流域海拔呈现出从北向南逐渐降低的特点。河流依次穿越徽成盆地、碧口地块及青川断裂带等构造单元，最终于重庆注入长江干流（图1（b））。本文研究的西秦岭嘉陵江流域属于嘉陵江上游地区，涵盖徽成盆地及北部的西秦岭山地。区内主要支流（东河、洛河、党川河、两党河和红崖河）呈北南向展布，并于图2所示汇入嘉陵江主河道。徽成盆地的展布方向为NEE—SSW，东部相对于西部较窄，东西向延伸约200 km，南北宽约45 km，其边界受控于南北两侧断裂，形成典型的断陷盆地地貌特征[33]。

图1  区域地貌和活动断层分布图

Fig.1  Distribution of regional geomorphology and active faults

研究区的地层主要由两套沉积地层序列构成，上覆成县群与下伏东河群之间为角度不整合接触。东河群主要由泥岩、砂砾岩和粉砂岩组成，其中砾石成分包括花岗岩、灰绿色砂岩和粉砂岩；成县群主要由一套河流相的砂砾岩、河砂和泥岩组成，边缘为砾岩[34]。在区域构造挤压应力场作用下，盆地北翼发育南倾褶皱变形，形成南厚北薄的地层厚度梯度带。徽成盆地北缘的西秦岭山地广泛出露古生代变质碎屑岩与中生代花岗岩，局部可见少量灰岩（图2）。

图2  西秦岭嘉陵江地区地质简图（与图1通过流域边界关联）

Fig.2  Simplified geological map of the Jialing River region in the Western Qinling（linked to Fig.1 by watershed boundary）

研究区内主要断裂包括麻沿河断裂、徽成盆地北缘断裂、徽成盆地南缘断裂。其中，徽成盆地北缘断裂是凤县—太白断裂的一部分[22，35]。

2.1 数据来源及流域盆地提取

本研究使用的数字高程模型（DEM）数据为30米分辨率的ASTER GDEM，来源于中国科学院地理空间数据云平台（https：//www.gscloud.cn），该平台提供的全球数字高程模型在中等流域尺度研究中具有显著精度优势，并已被众多学者应用于与本研究区域相同尺度的区域[8，36，37]。基于ArcGIS 10.7平台及Arc SWAT水文分析模块，对西秦岭嘉陵江流域的DEM数据进行填洼、计算流向、流量分析、流域栅格矢量化、河网分级等处理，在有效控制数据误差的基础上，准确提取研究区45个子流域（图3）。在此基础上，系统计算了面积高程积分（HI）及其曲线（HC）、标准化河长坡降指标（SL/K）、Hack剖面、流域不对称度（AF）、盆地延伸率（Re）及河谷宽高比（VF）等一系列地貌参数，以综合揭示研究区的地貌演化规律与构造活动强度。

图3  西秦岭地区嘉陵江子流域划分

Fig.3  Delineation of the Jialing River sub-basins in the West Qinling region

2.2 面积高程积分（HI）

面积高程积分值（HI）是用来量化区域内高程分布情况的重要参数。HI的差异揭示了不同地貌发育阶段的特征，并与构造活动、岩性、降雨侵蚀等因素密切相关，因此，在考虑气候和岩性等影响因素之后，面积高程积分值的大小可以能够评估不同区域的构造隆升对地貌演化的主导控制作用[12，16，38，39]。HI计算公式为：

式中：H_mean为流域内的平均高程，H_max为流域的最大高程，H_min为流域的最小高程。

面积高程积分曲线（HC）用于描绘流域地形的复杂性。评估方式是通过观察HC曲线的形状[40]，HC曲线通常包含三个特征段[41-43]：凸型上升段、线性过渡段及凹型上升段。凹型HC曲线指示地貌演化晚期阶段，说明流域盆地的地貌演化已较为充分，其成因多与岩石抗蚀性减弱或构造活动趋于稳定导致的强烈侵蚀作用有关。相反，凸型HC曲线反映地貌初始发育阶段，表征构造隆升主导下的快速下切过程；此外，HC曲线呈“S”形则表示流域盆地的发育处于中期，指示均衡侵蚀期，反映构造-侵蚀动态平衡状态。

此外，许多学者在进行面积高程积分研究时发现流域盆地的面积会影响HI值的大小[8，13]，因此将会讨论研究区面积高程积分值与流域面积的相关性。

2.3 标准化河流阶梯指数（SL/K）与Hack剖面

河流坡降度（SL）是与河流坡度密切相关的定量地貌指数，用于描述局部河流纵剖面坡度的变化特征，揭示环境变化对坡降的影响，并进一步量化地分析河流的平衡状态。

SL值定义：

式中：ΔH表示某一河段的高程差值，ΔL表示河段的水平距离，L表示河流源头至目标河段中点的长度。当河段的SL值出现显著变化时，通常是由于构造运动或岩性差异引起的。异常高的SL值表明河床具有较强的抵抗侵蚀能力，或者该河段位于隆起区；相反，异常低的SL值则表示河床抗岩石侵蚀能力较弱，或者该河段位于沉降区[44-46]。

Hack剖面通过建立特定坐标系分析河流纵剖面特征。其横坐标采用河道相对距离及其转换的lg值，纵坐标为高程值和各长度的标准化坡降指数（SL/K）。计算公式为[47]：

式中：H表示河流的高程，L表示该点到河源的距离，C为常数，K则是曲线的斜率。Hack剖面中的均衡坡降指标K是表征河道坡度特征的参数，其数值与河流下切能力呈正相关。较大的河流SL参数和K值较高，为了不同河流间SL参数的比较，需要用K对SL参数进行标准化，即SL/K指数。Hack剖面可以反映河流纵剖面的整体变化，在断裂活动主导的河流演化过程中形态上出现上凸或上凸下凹的变化[48，49]。本研究采用SEEBER[50]等研究把研究区河段划分为两类：当河段SL/K＞10时为极陡河段，反映强烈下切作用；2＜SL/K≤10的河段为陡河段，指示中等侵蚀强度。

2.4 流域盆地不对称度（AF）

流域盆地不对称度（AF）是表征构造掀斜强度的定量指标。计算公式为：

式中：A_r为某干流右侧（面向下游）流域面积；A_t为总流域面积。地表的构造倾斜会导致河道的偏移[51]，AF值常被用来识别流域盆地的对称性和不对称性，并确认是否经历过构造倾斜[52]，该参数可用于表征流域的不对称性。通常使用AF_relative =| AF-50|来表示构造活动强度[53]，本文后续AF值均指AF_relative。根据李利波等[54]对AF值的分级方案：AF＞15（1级）指示强烈构造掀斜作用，反映高强度构造活动；当7≤AF≤15（2级）对应中等掀斜强度，表征中等构造活动水平；当AF＜7（3级）则表明掀斜作用较弱，构造活动强度较低。

2.5 盆地延伸率（Re）

流域形态可通过盆地延伸率（Re）进行量化描述，Re值能够有效反映流域的构造活动水平[55]。根据形态特征，流域分为细长形盆地和圆形盆地，分别表示构造活动区和非活动区[56-58]，细长形盆地多发育于构造挤压带，反映地壳活动主导；圆形盆地则主要受分水岭迁移与河流袭夺等表生过程控制。因此，Re是支持流域新构造活动的重要地貌指标[59]。盆地延伸率（Re）定义为与流域面积相等圆的直径与流域最大长度的比值[60]，计算公式为：

式中：L_b为流域最大延伸长度，A为流域面积。Re值越小，盆地越狭长，指示新构造运动强烈；Re值越大，盆地越圆润，反映地表侵蚀占主导[60]。

在评估盆地延伸率时，通常依据以下标准：Re值低于0.5表明盆地细长，构造活跃；0.50～0.75表明盆地中等活跃，构造与侵蚀共同作用；高于0.75表明盆地近圆形，构造稳定[61]。

2.6 河谷宽高比（VF）

河谷宽高比（VF）是表示构造抬升与河流侵蚀程度的参数指标。

其计算公式为：

式中：V_fw表示谷底宽度，E_ld表示河谷左侧分水岭的高程值，E_rd表示河谷右侧分水岭（面向下游方向）的高程值，E_sc表示谷底的高程值。VF值反映量化谷地形态对构造抬升的响应强度，可表示区域构造活动性水平，并由河流的抬升速率和侵蚀作用所控制。当VF值较低（＜0.5）时，河谷形态一般为“V”形，活动程度高；而当VF值较高（＞1）时，河谷形态一般为“U”形，活动程度低。考虑气候岩性对下切速率的影响基础上，河谷横剖面形态可作为构造活动强度与地壳隆升速率的有效示踪指标[62，63]。

2.7 相对构造活动强度（IAT）

IAT是识别构造活动区的有效工具，近年来在构造地貌研究中广泛应用[63，64]。基于地貌指数对构造活动强度的指示意义，将其划分为强、中、弱三个等级（表1），并计算各等级的平均值以量化区域构造活动特征。计算公式如下：

式中：S为地貌指数等级值总和，n是使用的地貌参数总数。

表1  地貌指数的活动性分级

Table 1  Classification of tectonic activity levels based on geomorphic indices

3.1 面积高程积分值（HI）及其曲线（HC）

基于西秦岭嘉陵江流域45个子流域的面积—高程积分（HI）及其曲线（HC）分析结果（图4（a）、图5），HI值介于0.27～0.56之间，平均值为0.416，反映出该地区地貌演化处于多阶段共存状态，整体具有较高的复杂性。在流经徽成盆地北缘断裂的12个子流域中，流域19、20、38的HI值小于0.35，HC接近于下凹型，代表处在地貌演化的老年期，而这三个流域位于徽成盆地，说明徽成盆地侵蚀程度较弱，地形起伏复杂程度较小。其余42个流域的HI值都处于0.35～0.6之间，HI值处于第二级，展示出呈现“S”形的HC，呈现出较为陡峭的特征，这表明这些流域具有显著的山地或峡谷地貌，高程变化大，表示其处于地貌演化的壮年期。研究区流域面积与HI值之间呈现低相关关系（R² =0.0213）（图4（b）和（c）），表明西秦岭嘉陵江流域面积变化对HI值的影响较小。研究区西秦岭嘉陵江流域的总流域面积为9.843×10³ km²，其中处于地貌演化老年期面积为1.176×10³ km²，仅占11.9%；壮年期流域面积达8.667×10³ km²，占总面积的88.1 %。上述数据表明，研究区整体处于地貌演化的壮年期阶段。

图4  西秦岭嘉陵江流域面积高程积分（HI）值

Fig.4  HI values of the Jialing River Basin in the Western Qinling

3.2 标准化河长坡降指标（SL/K）和Hack剖面

以1000 m为步长，嘉陵江上游被划分为826个河段，提取研究区45条河流每个河段的坡降指标。结果显示，随着河流向下游延伸，河床的坡降逐渐减小。由于水流的流量受到地形影响，上游段因地形陡峭、水流势能高，形成强下切作用主导的高坡降特征；而中下游段随地形趋缓，水流动能衰减，侧向侵蚀增强，导致坡降值显著降低[65]。在826个河段中，470个河段（56.90%）的SL/K值处于0～2之间，有253个河段（30.63%）的SL/K值处在2～10之间，103个河段（12.47%）的SL/K值大于10（图6）。较陡和陡河段主要集中在中下游，主要由于断裂构造对中下游的穿切作用引发河道坡度变化。根据坡降的空间分异特征，构造活动不仅影响河流的坡降，还对河流的形态和地貌特征产生重要影响。例如，断裂带附近的河段通常表现为深切峡谷和陡峭河岸，而构造活动较弱的区域则表现为较为平缓的河谷和宽阔的河床。选取19个断裂控制型流域构建Hack剖面（图7），结果显示所有支流的Hack剖面普遍呈现上凸型剖面，上凸型剖面通常与构造抬升和侵蚀作用密切相关，表明西秦岭嘉陵江流域受构造活动影响较大，呈现出整体抬升趋势。然而，各支流上凸度的空间分异特征表明，研究区流域盆地整体处于构造活跃状态，但不同区域的构造活动强度存在显著差异。

3.2 标准化河长坡降指标（SL/K）和Hack剖面

以1000 m为步长，嘉陵江上游被划分为826个河段，提取研究区45条河流每个河段的坡降指标。结果显示，随着河流向下游延伸，河床的坡降逐渐减小。由于水流的流量受到地形影响，上游段因地形陡峭、水流势能高，形成强下切作用主导的高坡降特征；而中下游段随地形趋缓，水流动能衰减，侧向侵蚀增强，导致坡降值显著降低[65]。在826个河段中，470个河段（56.90%）的SL/K值处于0～2之间，有253个河段（30.63%）的SL/K值处在2～10之间，103个河段（12.47%）的SL/K值大于10（图6）。较陡和陡河段主要集中在中下游，主要由于断裂构造对中下游的穿切作用引发河道坡度变化。根据坡降的空间分异特征，构造活动不仅影响河流的坡降，还对河流的形态和地貌特征产生重要影响。例如，断裂带附近的河段通常表现为深切峡谷和陡峭河岸，而构造活动较弱的区域则表现为较为平缓的河谷和宽阔的河床。选取19个断裂控制型流域构建Hack剖面（图7），结果显示所有支流的Hack剖面普遍呈现上凸型剖面，上凸型剖面通常与构造抬升和侵蚀作用密切相关，表明西秦岭嘉陵江流域受构造活动影响较大，呈现出整体抬升趋势。然而，各支流上凸度的空间分异特征表明，研究区流域盆地整体处于构造活跃状态，但不同区域的构造活动强度存在显著差异。

图5  西秦岭嘉陵江流域45个子流域面积高程积分曲线

Fig.5  Hypsometric integral curves of 45 sub-basins of the Jialing River Basin in the Western Qinling

图6  西秦岭嘉陵江流域标准化河流坡降指标（SL/K）值

Fig.6  SL/K values of the Jialing River Basin in the Western Qinling

图7  断裂经过流域的Hack剖面

Fig.7  Hack profiles of faults passing through the basins

3.3 流域盆地不对称度（AF）

根据测得的流域盆地不对称度（AF）值（图8），在研究区的45个流域中，流域2、3、7、9、12、13、14、17、20、23、24、27、32、33、34、39和45的AF值＞15，属于一级，表明倾斜程度较大，流域盆地的形态非常不对称，受新构造影响较大，表现为强烈的构造活动，这些流域通常表现为深切峡谷和陡峭河岸，河床坡降较高，水流速度快，侵蚀能力强；流域4、10、11、16、36、40、42、43的AF值介于7～15为二级，倾斜程度中等，具有较强的构造活动；其他流域的AF值＜7为三级，盆地形态较为对称，倾斜程度小，构造活动相对较弱，通常对应于地形平缓、构造稳定区域。

图8  西秦岭嘉陵江流域盆地不对称度（AF）值

Fig.8  AF values of the Jialing River Basin in the Western Qinling

3.4 盆地延伸率（Re）

在研究区内，Re值的范围介于0.41（流域29）～0.87（流域32）。通过分析研究区内流域的Re数据，可以观察到整体上Re值处于0.50～0.75之间，即呈现较为狭长的形态。这种分布特征与研究区内的地质构造和地形地貌密切相关。研究区流域24、27和29的延伸率属于一级，反映出这些区域的构造活动具有显著活跃特征，受到断层活动或地壳运动的强烈影响，导致流域形态较为复杂和不规则；流域2、23、32、33、34、42和43的延伸率为三级，说明其构造活动处于相对微弱状态；其余流域的盆地延伸率为二级，显示出中等程度的构造活动特性（图9）。

图9  西秦岭嘉陵江流域盆地延伸率（Re）值

Fig.9  Re values of the Jialing River Basin in the Western Qinling

3.5 河谷宽高比（VF）

计算河谷宽高比（VF）时，通常在河流上游选择横截面，因此选择在河口5～10 km处选择横切面[66]，对于河流较长的支流，隔5 km选择横切面计算其平均值。高VF值区域的“U”形谷地貌，通常处于地貌演化的成熟阶段，河流已经完成了大部分的下蚀作用，侧向侵蚀成为主导，河谷逐渐拓宽。而低VF值区域的“V”形谷地貌，通常处于地貌演化的幼年阶段，河流的下蚀作用仍在进行，河谷深切。研究区内VF值的范围为0.20～10.38，最高值出现在流域26，最低值出现在流域45。高值区域主要分布在流域1、2、5、7、8、9、19、21、22、23、24、26、32和39，多发育“U”形谷地貌，指示该区域构造活动性较弱，河流以侧向侵蚀作用为主导；而低值区域分布在流域6、12、13、14、16、27、37、38、43、44和45，表明这些流域的河谷则以“V”形谷为典型特征，活动程度强，反映河流下蚀作用强烈（图10）。断裂带附近的区域，由于地壳活动频繁，河流下蚀作用强烈，容易形成“V”形谷。

图10  西秦岭嘉陵江流域河谷宽高比（VF）值

Fig.10  VF Values of the Jialing River Basin in the Western Qinling

4.1 断层野外特征

为了验证地貌分析的结果，沿着断层的方向进行了实地调查。从Google Earth影像解译及无人机航拍照片可见，麻沿河断裂、徽成盆地北缘断裂、徽成盆地南缘断裂均具有较为明显的线性特征（图11—图13）。在麻沿河镇东北约5km处的麻沿河断裂出露点（图11（a）），可见一明显的正断层面，垂直断距约1.8m。该断层面造成的地层错动指示该区域曾遭受显著的拉伸与剪切应力作用。断裂活动还导致该处发育一向斜褶皱（图11（b）），进一步佐证了地壳变形的存在，与地貌分析所反映的构造活动性相一致。褶皱构造的出现表明该区不仅存在水平剪切运动，还经历了垂直方向的挤压作用，反映了区域构造运动的复杂性。

图11  麻沿河断裂地貌特征

Fig.11  Geomorphic characteristics of the Mayanhe fault

在两当县西北部，通过无人机航拍与野外实地测量对徽成盆地北缘断裂进行了详细观测（图lt@span ilk={F65E4C94-B439-480B-9DE5-563488D9394B},pg=237,ms=0 lar=F65E4C94-B439-480B-9DE5-563488D9394B,F65E4C94-B439-480B-9DE5-563488D9394B,pg=237,ms=0$gt@12）。调查发现明显的断层三角面与地层界线（图12（a））。在两当县东北约10km处，可见一清晰的断层破碎带，上盘为紫红色泥岩与粉砂岩，下盘为深灰色泥质板岩，断面特征指示该处为一条活动逆断层（图12（b）），进一步证实了该断裂的新构造活动性。

图12  徽成盆地北缘断裂地貌特征

Fig.12  Geomorphic characteristics of the northern margin fault of the Huicheng Basin

在徽成盆地南缘断裂沿线成县西南方向，野外调查中发现了断层陡坎（图13（a）和（b）），陡坎高约0.5～1.2m。此外，图13（c）是由于徽成盆地南缘断裂牵引产生的褶皱，两翼产状基本一致。这些证据表明，该断裂不仅深刻影响了局部地貌，而且在青藏高原东北向扩展的构造背景下，徽成盆地南缘断裂已成为该区域构造变形的主要表现区。

图13  徽成盆地南缘断裂地貌特征

Fig.13  Geomorphic characteristics of the southern margin fault of the Huicheng Basin

4.2 地貌指数影响因素分析

现有的地貌是内部和外部因素长期作用的结果，其中岩性差异、气候变化、新构造运动等因素在地貌演化中起关键作用[67]。降水量是气候因素中影响地貌指数最显著的因素，因为降水直接影响河流水量和流域的侵蚀能力[68]。因此，需要分析气候和岩性对地貌指数的影响。

利用国家地球系统科学数据共享平台（http：//www.geodata.cn）提供的中国2001—2020年平均降雨量分布数据进行分析，绘制了西秦岭嘉陵江地区年均降雨量分布情况（图14），可以看出，研究区年均降水量在542.43～694.04 mm之间，空间分布差异显著。在面对构造活动、岩性变化和气候变迁等因素的变化时，流域盆地的HI值表现出较高的敏感性[69]。研究区降雨分布呈现西北低、东南高的特点，并有自西北向东南递增的趋势。然而，研究区内HI值较高的流域14、15、23、36、45与降雨量的空间分布趋势并不一致。这表明，尽管气候因素对地貌指标有所影响，但并非其主要影响因素。

图14  西秦岭嘉陵江地区2001—2020年均降雨量

Fig.14  Average annual rainfall in the Jialing River region of the West Qinling（2001-2020）

一般认为，岩石抗侵蚀能力越强，区域的HI值越高。在西秦岭嘉陵江流域，出露的岩性主要包括第四纪沉积物、古生代—中生代花岗岩和变质碎屑岩及少量灰岩、第三纪砂砾岩、砂岩、泥岩。将研究区SL/K值和HI值的空间分布与地质图（图2）进行对比，发现SL/K值不仅在抗侵蚀能力强的花岗岩和变质碎屑岩上体现为高值（如流域1、25、27），也在抗侵蚀能力弱的第四纪沉积物和泥岩、含砾砂岩上体现为高值（如流域19、38、39），同样，HI值分布也有类似特点。例如，抗侵蚀能力强的流域19、20的值均小于0.35。以上分析表明，岩性对研究区地貌指数的影响有限。

对比分析结果表明，研究区内各地貌指数的空间分布与麻沿河断裂、徽成盆地北缘断裂和南缘断裂这三条主干断裂的展布具有高度一致性：断裂带附近流域的构造活动强度显著高于远离断裂的区域。逆断层活动通常伴随地壳挤压与抬升，其上盘因相对上升而地形陡峭、侵蚀作用增强，故地貌指数较高；而下盘相对下沉，侵蚀较弱，地貌指数较低。例如，徽成盆地南缘断裂沿线流域的南侧地貌指数普遍高于北侧，而北缘断裂沿线流域则北侧高于南侧（图15），与该区域盆地整体地势特征相符。相反，正断层活动通常与地壳伸展和下沉有关，其下盘因陷落导致地形变陡、侵蚀加剧，地貌指数较高；而上盘相对稳定，侵蚀较弱，地貌指数较低。如麻沿河断裂沿线流域北侧地貌指数高于南侧，即反映了此类响应特征。上述差异清晰地表明，挤压与伸展两种不同的构造机制控制下，逆断层与正断层在地貌指数响应上表现出显著差异。

基于此，西秦岭嘉陵江地区地貌指数的空间变化主要由构造活动强度主导，气候和岩性等因素的影响相对较小，在区域尺度上可以基本忽略。因此，西秦岭嘉陵江流域地貌指数的空间变化为研究区的第四纪构造活动提供了依据。研究区自晚新生代以来构造活动显著增强，晚第四纪活动以来的逆冲断裂、走滑断裂以及其他活动断裂的普遍存在显示该区域正经历强烈地壳缩短和左旋剪切作用[22，70]。研究表明，晚第四纪以来，研究区内主要的断裂麻沿河断裂、徽成盆地北缘断裂、徽成盆地南缘断裂都曾发生过Ms≥6级的大地震[22]。地貌指数异常区和历史强震区高度对应，进一步说明地貌参数能敏感反映新构造活动。因此，研究区内地貌的一系列响应是由强烈的新构造活动引起。

4.3 地貌指数对区域构造活动的指示

地貌演化早期阶段，强烈的断裂活动促使河流深切，形成高HI值和上凸的Hack剖面特征，地貌表现为陡峭峡谷，侵蚀作用较弱。壮年期阶段，区域抬升作用与侵蚀趋于动态平衡，徽成盆地南缘断裂和徽成盆地北缘断裂附近的持续活动，导致河流下切显著，流域形态趋于拉长（Re值降低）。晚期阶段，构造活动减弱，侵蚀占主导，HI值下降，HC曲线转为凹型，河谷形态逐渐稳定为“U”形（VF值升高），地貌逐步趋于稳定。同时，凹型流域大多分布在断裂活动较弱的北部地区，而凸型或“S”形流域则主要集中在断裂活动强烈的南部地区，显示南部地形起伏更为复杂。面积高程积分（HI）分析显示，西秦岭嘉陵江流域盆地的HI值主要介于0.35～0.6之间，HC显示出典型的“S”形的特征，标志着西秦岭嘉陵江流域处于地貌演化的壮年期阶段。研究区地貌指数受气候和岩性影响较小，HI值的差异分布主要由构造活动主导。较高的HI值表明研究区内构造较为活跃，这种趋向于活跃的趋势可能与新生代以来该地的高隆升率有关，进一步证明了构造活动对地貌演化的关键控制作用。

研究区内SL/K和Hack剖面的结果显示，嘉陵江上游支流各河段的SL/K值普遍较低，SL/K高值（陡河段和较陡河段）主要集中在断裂附近，观察各支流的Hack剖面可以看出，研究区东西两侧的K值高于中部区域，且徽成盆地南缘断裂所经过的支流流域18、19、37的K值较大（＜200），说明河道的高程变化较大，即该流域内构造活跃，研究区麻沿河断裂处的K值次之（＜143），徽成盆地南缘断裂处K值最小（＜127）（图7），研究区的K值空间分布表明徽成盆地南缘断裂构造活动性较麻沿河断裂、徽成盆地北缘断裂更强，徽成盆地北缘断裂构造活动性次之，麻沿河断裂构造活动性相对较弱，且东西两侧相对于中部地区的差异隆升作用更为强烈。

通过对研究区域流域盆地的AF进行分析发现，构造倾斜程度大的流域盆地主要集中在徽成盆地南缘断裂附近，而麻沿河断裂、徽成盆地北缘断裂附近的AF值多为1级，构造倾斜小的流域盆地主要集中分布于研究区中部。AF空间统计显示，近东西向倾斜占主导（图8），印证徽成盆地南缘断裂强构造活动对水系和流域的改造作用，该现象与SL/K指标及Hack剖面结果呈现空间一致性，且东西两侧相对于中部表现得更为强烈。从倾斜方向上来看，研究区倾斜方向特征揭示受东西向构造应力场控制，说明西秦岭嘉陵江区域受到青藏高原新生代向北东方向扩展的影响。

流域盆地形态分析显示，拉长型盆地占主导，Re值多数处于2级（0.50～0.75），反映区域整体处于构造活跃状态，Re值较大的流域盆地主要分布麻沿河断裂两侧，说明麻沿河断裂活动性相对弱于其他断裂。

河谷宽高比（VF）通过描述活动构造抬升幅度及侵蚀作用反映构造活动性[54]，研究区内VF较低值主要分布在徽成盆地南缘断裂两侧，反映出徽成盆地南缘断裂附近的河流侵蚀作用较强，构造活动相对较强；而其余断裂处河谷较宽，进一步表明研究区徽成盆地南缘断裂处活动构造性更强。

根据综合各种指数的值所得到的相对构造活动强度（IAT）的分布情况（图15），可以观察到构造活动强烈的流域主要集中在徽成盆地南缘断裂附近，徽成盆地北缘断裂次之，麻沿河断裂最少。说明徽成盆地南缘断裂构造活动性最强，徽成盆地北缘断裂构造活动性次之，麻沿河断裂构造活动性最弱。同时，东西两侧相较于中部地区的构造活动更为强烈，相对于中部地区的差异隆升作用更为强烈，揭示了区域构造应力场的复杂性。因此，可以推断研究区活动性断裂从强到弱排序依次为徽成盆地南缘断裂、徽成盆地北缘断裂、麻沿河断裂。通过综合分析多种地貌指数，系统性揭示了西秦岭嘉陵江流域在不同构造活动背景下的地貌演化特征。研究发现，强烈的构造活动促使河流深切，形成高HI值和上凸的Hack剖面特征，而构造活动减弱的区域则表现为凹型流域和“U”形河谷。

图15  西秦岭嘉陵江流域相对构造活动强度

Fig.15  Index of relative active tectonics of the Jialing River Basin in the Western Qinling

综上所述，SL/K值普遍较高的河道、HI值较高和Re值较低（拉长形状）的流域、不对称程度（AF）各异的盆地，证明西秦岭嘉陵江地区经历了较为强烈的构造活动，地貌演化总体上处于壮年期。研究区主要断裂均为活动断裂，活动性断裂从强到弱排序依次为徽成盆地南缘断裂、徽成盆地北缘断裂、麻沿河断裂，且东西两侧相对于中部地区构造活动更为强烈，结合研究区主要断裂相对构造活动性强度，认为这一特征受控于断裂活动性的驱动作用。

4.4 青藏高原东北缘地貌演化的指示意义

西秦岭地区作为青藏高原的关键构造单元，自晚新生代以来经历了快速的隆升。前人根据磷灰石裂变径迹分析，西秦岭地区在渐新世至早中新世（34～29 Ma）经历了快速剥露、早中新世（23～18 Ma）的岩石圈变形及中新世（13 Ma）的火山活动，晚中新世至上新世（8～4 Ma）快速剥露与青藏高原东北缘地貌框架的建立密切相关[71]。随着青藏高原持续向北东方向扩展，西秦岭地区逐渐积聚了近东西向的构造应力，形成了一系列逆冲-走滑断裂和局部反冲断层[22，72]。通过综合分析流域盆地不对称度（AF）特征，发现研究区整体向近东西方向倾斜，说明近东西向的构造应力场在区域地貌演化中起到了持续而明确的主导作用，也加深了对局部构造变形和盆地响应关系的认识。逆冲-走滑断裂和反冲断层的发育是这一关联的重要表现形式，其形成受近东西向构造应力的控制，进而影响了地貌演化的方向和过程。

研究区的主要断裂受到青藏高原向北东扩展的影响，表现出走滑变形并具有一定的逆冲性质[34]。前人通过锆石U-Pb定年和裂变径迹分析等方法确定，研究区主要断裂的多阶段走滑活动始于213 Ma，经历了晚三叠世岩浆侵位、侏罗纪/白垩纪局部拉分作用及新生代快速抬升三个阶段。其中，新生代的快速抬升是对青藏高原向北东扩张的响应[73]。断裂活动显著促进了邻近山体的快速抬升。基于多源地貌参数的空间分布格局分析，发现这些特征在断裂附近呈现出明显的变化趋势。例如，SL/K值在断裂处较大，远离断裂处较小；VF值在徽成盆地北缘断裂处较小，在徽成盆地南缘断裂处最小；AF值在徽成盆地南缘断裂处较大，而在麻沿河断裂处较小；同时，在麻沿河断裂、徽成盆地北缘断裂、徽成盆地南缘断裂附近具有较低的Re值，表现为拉长形态的流域。因此，可以推断研究区的地貌演化受到了主要断裂活动的影响。

在西秦岭嘉陵江流域的地貌演化过程中，构造因素发挥了主要作用。研究区自中生代以来经历了伸展断陷盆地发育、强烈挤压隆升、走滑伸展盆地形成、挤压隆升阶段四期构造演化阶段，其中挤压隆升阶段是对青藏高原向北东扩展的响应[33]。研究显示，高VF值主要分布在流域的中上游，说明河谷形态更接近“U”形谷及较低构造抬升速率。结合地貌参数和地貌形态特征发现，离青藏高原越近的区域，隆升得越早、抬升幅度也越大，进一步印证了地貌演化过程与构造隆升之间存在紧密的相互作用关系。表明区域隆升作用对地貌发育起了重要的塑造作用。

综上所述，研究区的地貌演化过程主要受到区域构造应力场、主要断裂活动和区域隆升的协同控制，其动力学背景与青藏高原北东向扩展密切相关。因此，研究区地貌演化过程在一定程度上也受制于青藏高原向北东方向扩张。

（1）面积高程积分分析揭示研究区流域盆地面积高程积分值大部分处于0.35至0.6之间，积分曲线呈现“S”形，表明西秦岭嘉陵江流域整体处于地貌演化的壮年期阶段。

（2）综合面积高程积分（HI）和曲线（HC）、标准化河长坡降指标（SL/K）和Hack剖面、流域盆地不对称度（AF）、盆地延伸率（Re）、河谷宽高比（VF）五种地貌指数分析结果，推断西秦岭嘉陵江地区经历了较为强烈的构造活动，且其中徽成盆地南缘断裂的构造活动性较强，而徽成盆地北缘断裂次之，麻沿河断裂最弱。

（3）相对构造活动强度分析结果表明，西秦岭嘉陵江流域东西两侧相对于中部地区的构造活动更为强烈。青藏高原向北东扩张已经对西秦岭地区产生了影响，导致西秦岭嘉陵江流域的构造变形和现代地貌格局在一定程度上受到了青藏高原向北东扩张的构造力控制。

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