河流砾-砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义_施一凡.pdf

第 卷第期 年月地 球 科 学 与 环 境 学 报 施一凡，李超，王平，等 河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义地球科学与环境学报，（）：，（）：收稿日期：；修回日期：投稿网址：基金项目：国家自然科学基金项目（，）；河海大学中央高校基本科研业务费专项资金项目（）作者简介：施一凡（），男，江苏南通人，理学硕士研究生，：。通讯作者：李超（），男，安徽淮南人，讲师，理学博士，：。：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义施一凡，李超，王平，刘晓波，饶文波（河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 ；南京师范大学 地理科学学院，江苏 南京 ；长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 ）摘要：河流自山区流至下游盆地过程中，当所搬运的碎屑物在磨损和分选作用下逐步变细至中粗卵砾尺度时，河床沉积在一段相对短的距离内从砾石迅速转变为砂，这一粒度陡变的河段被称为砾砂过渡带（，）。河流砾砂过渡带现象具有时间和空间的普遍性。砾砂过渡带被埋藏在地层中成为砾岩砂岩过渡带，沉积盆地充填碎屑中的砾岩砂岩过渡带的位置变化所反映的砾砂过渡带时空演化历史对区域构造与气候变化有明确的指示意义。基于已有文献，对地质演化时间尺度下砾砂过渡带的位置变化控制因素及其地质指示意义进行梳理和展望。对世界范围沉积盆地内砾砂过渡带时空演化历史的重建表明，盆地沉降速率、沉积物供给量与供给沉积物初始粒度分布是控制砾砂过渡带在盆地内相对位置的主要因素，且不同盆山关系下砾砂过渡带空间变化具有不同的地质意义。盆山相对位置固定背景下，盆地沉积序列内砾砂过渡带在垂直造山带方向上的水平迁移反映山脉隆升等构造活动或气候变化引起的盆地沉降速率、沉积物供给量变化；盆山相对汇聚背景下，前陆盆地内砾砂过渡带向前陆方向的持续迁移反映盆地基底与造山带之间的汇聚过程，砾砂过渡带迁移速率是约束地壳缩短速率的有效指标。关键词：沉积学；砾砂过渡带；盆山关系；前陆盆地；构造演化；气候变化；河流沉积；粒度中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，；，）：，（），：；引言发育自山区的河流流经下游宽阔盆地时，所搬运的碎屑物在磨损和分选作用下逐步变细，当沉积物减小到中粗卵砾级别（粒度为 ）时，会在相对短距离内快速转变为极粗砂（），这种粒度突变现象出现的河段被称为砾砂过渡带（，）。砾砂过渡带最早由 在研究日本中部条河流纵向粒度变化时所发现，之后这一现象在世界范围内的其他现代河流沉积中被广泛发现，具有空间和时间尺度的普遍性。在沉积盆地的地层记录中，粒度变化是最容易识别的物理岩性特征之一。近 年来，地质学家通过对沉积地层中沉积物粒度测量识别出等时的砾岩砂岩过渡带，具有与现代河床沉积砾砂过渡带相似的特征，被认为是地质历史时期的古砾砂过渡带被埋藏后形成的。基于重建的中印国界上喜马拉雅山南侧恒河前陆盆地、西班牙比利牛斯山南侧盆地古砾砂过渡带时空演化历史，砾砂过渡带在沉积盆地中的位置被认为主要受盆山相对位置、物源区构造与气候变化控制的盆地沉降、河流沉积 物 供 给 和 物 源 沉 积 物 粒 度 分 布 等 因 素 的 影响，。近年来，通过重建沉积盆地地层记录的古砾砂过渡带时空演化，反演盆地沉降与沉积物供给的变化，反映区域构造和气候变化历史，已成为基于盆地沉积标志揭示盆地地质演化的重要方法。本文基于已有文献对河流砾砂过渡带的基本特征、地质演化时间尺度下控制沉积盆地内砾砂过渡带位置变化的主要因素以及砾砂过渡带位置变化的指示意义进行梳理和回顾，重点阐述了在盆山相对位置固定与盆山相对汇聚的不同构造背景下，砾砂过渡带位置变化历史代表的不同构造与气候的指示意义，旨在促进其在物源分析、构造反演与古气候恢复等领域的应用。河流砾砂过渡带基本特征河流从地势较陡的山区向广阔的平原搬运沉积物时，河床沉积物粒度会向下游逐步变细（图），沉积物粒度根据 定律呈指数式下降，即 ，其中，为粒度下降的速率系数，为特征粒径（如中值粒径），为该特征粒径的初始值，为下游距离。砾砂过渡带正是这种规律控制下河床沉积物粒度向下游发生突变的现象，粒度分布在砾砂过渡带处经历了从单峰砾石到双峰砾、砂，再到单峰砂的变化过程。河床沉积粒度的快速变化引起河流沉积物运输方式的转变，从砾砂过渡带上游由冲刷机制主导转变为砾砂过渡带下游以悬移机制为主。砾砂过渡带上、下游粒度差异也导致河床稳定性的变化，从相对固定的、陡峭的砾石床河道，到低坡度、相对流动的砂床河道。由于砾砂过渡带下游河床稳定性与冲刷机制的变化，小型河流的砾砂过渡带对应辫状河沉积与曲流河沉积两种不同沉积环境的界线（图）。河流砾砂过渡带的形成机制被认为既与河流第期施一凡，等：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义下方小图指示不同沉积物粒度变化；图件引自文献，有所修改图河流砾砂过渡带上、下游河道形态及沉积物粒度变化示意图 自身稳定发生的 粒度范围的河床物质缺乏有关，也与外部水力条件或沉积供应的改变有关，。其中，强调磨损的假说认为：一些流量较大（）的大中型河流中的基岩物质在搬运过程中易破碎，特别是粒径在，并产生大量砂级的磨损产物；随着河流向下游进入低能环境，悬浮携带的砂在某个时刻由于无法继续被搬运而大量沉积，完成砾砂过渡。强调磨损的假说很好地解释了河床物质粒径空缺存在于 的原因。而关注砾砂过渡带与河道地形变化关系的研究者认为外力导致的坡折是砾砂过渡带形成的主要因素。由外力回水（）或构造作用 诱发的坡折，导致局部基准面改变，水面比降降低，河流搬运能力下降，碎屑物质选择性沉积来减小粒度，其结果是大量砂被运往下游，河流在短距离内转变为完全的砂层，粒度发生突变，形成砾砂过渡带。除磨损与坡折外，少数河流的砾砂过渡带是与河流支流或人为因素带入的大量横向输入的沉积物有关。自然条件下，河流砾砂过渡带会出现在外部施加回水效应、上游砾石供应耗尽的河段。对于无支流汇入的中小型河流，这一位置对应于冲积扇前缘与冲积平原的过渡区域。在人类历史叙事的时间尺度（年），砾砂过渡带的位置相对稳定，但在地质演化的时间尺度（年），构造活动、气候变化会引起沉积盆地内砾砂过渡带的相对位置发生变化，。砾砂过渡带位置变化的控制因素在世界各地的现代河流沉积砾砂过渡带被广泛报道后 ，地质学家发现在全球范围内多个大型盆地的沉积地层内存在等时的砾岩砂岩过渡的粒度突变现象，其被认为是河流沉积砾砂过渡带被埋藏压实固结后的产物，反映河流砾砂过渡带在时间尺度上的普遍性。河流砾砂过渡带在时间尺度上的普遍性使得沉积盆地内充填碎屑保存的砾岩砂岩过渡带相对盆地基底的位置变化能够记录古砾砂过渡带的时空演化历史，并可能基于砾砂过渡带的演化指示区域构造历史与古气候变化。为探究地质演化的时间尺度（年）下沉积盆地内砾砂过渡带相对位置的控制因素，地质学家重建了比利牛斯山南侧 盆地、喜马拉雅山南侧恒河前陆盆地、天山北侧准噶尔前陆盆地砾砂过渡带在地质历史时期的空间演化历史。这些研究实例反映盆地沉降速率、沉积物供给量和供给沉积物初始粒度分布是控制砾砂过渡带相对盆地基底位置变化的主要因素。这些因素都由盆地相邻造山带的构造与气候变化的相互作用决定，。基于自相似原理数值模型 与非 线性扩散数值模型 的模拟结果佐证了盆地沉降、沉积物通量与碎屑物的初始粒度分布直接控制砾砂过渡带的空间演化。盆地沉降速率盆地构造沉降的幅度和波长共同影响砾砂过渡带的位置。其中，盆地边缘快速隆升的造山带构造荷载施加于刚性较弱的岩石圈或强烈的裂谷作用会引起短波长高幅度的盆地沉降，导致汇入盆地的河流沉积具有较大向下游的细化率，使砾砂过渡带更靠近上游山区；而隆升缓慢的造山带构造荷载施加于刚性较强的岩石圈或活动速率较慢的裂谷会引起长波长低幅度的盆地沉降，导致较小向下游的细化率，使砾砂过渡带更靠近下游盆地内部 图、（）。短波长高幅度的盆地沉降使得从山区至盆地的河流地形纵剖面的坡度降低，河流不得不减少搬运荷载来降低河道比降，河流搬运能力下降，推移质沉积得到加强，从而使得砾石快速沉积，砾砂过渡带向源区山脉移动，反之亦然。因此，沉降速率的长 期 模 式 是 砾砂 过 渡 带 迁 移 的 主 要 控 制 因素。地球科学与环境学报 年为振幅；为波长；图（）引自文献，有所修改图盆地沉降波长与幅度影响砾砂过渡带位置变化示意图 喜马拉雅山南侧恒河前陆盆地的东部沉降速度更快，向西逐渐减小，盆地东、西部河流砾砂过渡带的相对位置有效反映了盆地东、西部沉降模式的差异。等研究认为在盆地东部更高的沉降速率会导致河流具有更大的地形梯度，沉积物粒度向下游变细的速率更大，砾砂过渡带更靠近喜马拉雅山麓；而在西部更小的沉降速率会导致河流纵剖面的地形梯度小，沉积物变细的速率更小，砾砂过渡带更远离山脉（图）。基于自相似原理数值模型的模拟结果反映波长越小、幅度越大的盆地沉降会导致沉 积 物 平 均 粒 度 向 下 游 变 细 得 越 快 图（），模拟结果支持了在喜马拉雅山南侧观察到的盆地沉降对砾砂过渡带相对位置的控制。沉积物供给量源汇系统中河流沉积物供给量的变化是驱动地质演化时间尺度砾砂过渡带位置变化的另一重要因素，。研究者使用基于自相似原理数值模型模拟河流沉积过程获得沉积物供给量如何在 年的时间尺度上控制河流序列的粒度空间分布结果，这反映了沉积物供给量对砾石前缘（即砾砂过渡带位置）的控制关系。模拟结果显示，当气候变化导致的降水量翻倍，引起源汇系统中沉积物供第期施一凡，等：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义图（）线条从里往外表示由短波长高振幅到长波长低振幅；表示由于盆地面积与构造沉降产生的沉积物可容纳空间的比率；图件引自文献 ，有所修改图自相似原理数值模型模拟的两种对盆地源汇系统纵剖面粒度的控制因素 给量增加时，汇水区的冲积扇长度会迅速增加，位于冲积扇前缘的砾砂过渡带向盆地内部迁移。在此过程中，沉积物供给量的增加引起河流坡度减小，连续的粒度细化率减小，最终导致砾砂过渡带位置发生变化 。使用非线性扩散数值模型模拟源汇系统中沉积物输入对粒度细化率的影响，也反映当沉积物供给量与盆地沉降比例越小时，沉积物粒度细化率越大，即粒径大的沉积物沉积得越快，砾砂过渡带越靠近源区 图（）；相反地，当沉积物供给量与盆地沉降比例越大，沉积物的粒度细化率越小，即粒径大的沉积物沉积得越慢，砾砂过渡带越远离源区。因此，在地质演化的时间尺度上，当造山带构造活动速率或气候变化导致河流系统的沉积物供给量增加时，河流砾砂过渡带在盆地中的相对位置会向河流下游迁移；反之，当造山带构造活动速率或气候变化导致河流系统的沉积物供给量减少时，河流砾砂过渡带在盆地中的相对位置会向河流上游迁移。在研究实例中，由于沉积物供给量增加通常由气候变化引起，具有短期性、间接性，所以沉积物供给对砾砂过渡带位置的影响常呈现出非线性的特征 。在比利牛斯山脉 盆地的上始新世地层 冲积扇沉积内两个等时界面的粒度空间分布详细测量反映，构造活动引起物源区变化导致的沉积物供给增加会造成冲积扇长度增加，引起砾砂过渡带向下游迁移。在 的比利牛斯山南侧，一次强烈逆冲活动和快速隆升导致 盆地沉积物供给量增加超过，同时期 冲积扇向盆地内部进积，对应于较小的粒度细化率时期，砾砂过渡带向盆地内部迁移约 ，而在逆冲活动停止后，沉积物供给量减少，冲积扇向山脉方向退积，对应于较大的粒度细化率时期，砾砂过渡带向山脉迁移。相似地，喜马拉雅山南侧恒河前陆盆地 地层记录了砾石楔向盆地内部脉冲式的进积旋回，即砾砂过渡带向盆地内部的迁移，是由源自盆地北缘喜马拉雅山脉的 和 河砾石供给量在全新世晚期和早期的变化驱动的。在印度西北部的 序列中观察到的砾岩层也是这种现象的例证，即主边界逆冲断层的启动导致了局部的砾石供给量增加，从而使砾石前缘进一步向盆地推进。供给沉积物初始粒度分布提高源汇系统中供给河流的初始碎屑物中粗碎屑的比例，会使系统内河流砾砂过渡带向下游迁移；反之，降低源汇系统中供给河流的初始碎屑物中粗碎屑的比例，会使系统内河流砾砂过渡带向上游迁移。在研究实例中，供给沉积物初始粒度的变化通常是由气候变化或突发构造活动改变河流物源区的面积、岩性或位置引起的。例如，新疆天山北麓的准噶尔南部前陆盆地内，新近纪地层顶部的西域组砾石楔在第四纪的脉冲式进积旋回，即砾石楔前地球科学与环境学报 年缘的砾岩砂岩过渡带位置变化是由区域气候变化导致的供给沉积物初始粒度变化引起的。研究者在天山北麓的第四纪地层中识别出存在砾岩砂岩过渡带向准噶尔盆地内部方向（向北、向下游）与向造山带方向（向南、向上游）的往复迁移，其中砾砂过渡带向北的迁移被认为是间冰期初期由冰川消褪山区河流流经粗碎屑的冰碛岩地区，增加供给沉积物粒度引起的。在间冰期初期，河流水量增加并穿过大量粗极粗碎屑的冰碛岩地区，释放出大量的冰碛物粗碎屑，增加了供给沉积物中粗碎屑的比例，也提高了沉积物供给量水量的比值，从而引起河道比降的增加 ，提高河流对粗粒推移质的携带能力，使砾石质河床沉积向北进积，即砾砂过渡带向下游迁移；而当冰碛物被完全搬运出山脉进入盆地后，粗碎屑物质供给减少，且河道比降降低，对粗粒推移质的搬运能力降低，使砾石沉积向后退积，砾砂过渡带向上游回退。砾砂过渡带位置变化的指示意义 盆山相对位置固定在地质演化的时间尺度上，控制砾砂过渡带在沉积盆地内相对位置变化的盆地沉降速率、沉积物供给量和供给沉积物初始粒度分布等因素均由盆地相 邻 造 山 带 的 构 造 与 气 候 变 化 共 同 作 用 所 决定，。因此，在连续的沉积剖面中观察到砾砂过渡带相对物源区的位置变化对应的粒度突变，通常会被解释为构造事件或剧烈的气候变化导致的盆地沉降、沉积物供给量或者供给沉积物初始粒度发生突变的产物，。连续沉积地层中砾砂过渡带时空演化历史记录有潜力成为反映盆地构造与气候演化历史的有效指标。在沉积盆地与周缘造山带相对水平位置稳定的背景下，根据沉积物供给量与盆地沉降速率对砾砂过渡带位置迁移的控制机制，研究者在不同地质时代的沉积地层中观察到砾岩砂岩过渡带相对上游物源区的位置变化，可反映地质历史时期源区侵蚀变化导致的沉积物供给量变化或盆地沉降速率变化，而这种侵蚀与盆地沉降速率的变化指示了盆地相邻造山带构造隆升速率变化，、重大气候变化 或侵蚀集水区流域的重大变化 图（）。在边界正断层控制的小型伸展盆地内，砾砂过渡带相对位置的变化被认为有效反映了边界断层活动强度。在意大利亚平宁山脉中部一处正断层控制的小型盆地内，沉积地层记录的砾石前缘（砾砂过渡带）的侧向迁移随边界断层活动存在非线性变化：边界断层在 抬升率陡然增加，引起边界正断层上游的汇水区沉积物输出泥沙量和初始粒度迅速增加，砾砂过渡带向远离断层的盆地内部方向迁移；之后，砾砂过渡带随着断层活动速率的回落而向边界断层回退。逆断层控制的小型盆地也显示相似的砾砂过渡带相对位置与盆地边界正断层活动强度的高度相关性。等研究发现在比利牛斯山脉 盆地上始新世地层 冲积扇系统下砾石楔存在向东（山脉）、西（盆地）方向的进积与退积的交替演化，即在这一地质历史时期盆地内古砾砂过 为构造隆升；为气候及其导致的瞬态响应；为沉降速率图不同盆山关系下砾岩砂岩过渡带迁移的对比 第期施一凡，等：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义渡带存在南北方向的横向迁移 图（）。研究者基于盆地内砾岩砂岩过渡带在约 至约 的空间迁移数据，使用自相似原理数值模型模拟获得这一时期盆地沉降趋势与盆地内沉积物供给量的变化等重要地质历史信息。例如，从约 至约 ，砾石楔向盆地内部进积，砾岩砂岩过渡带向西迁移约。基于这一观测结果，自相似原理数值模型的模拟反映盆地东侧山前地区的沉降速率从 年减小至 年，盆地沉降幅度减小，而沉积物供给量从 显著增 加 至 图（）（），指示此阶段盆地所在区域构造活动减速，盆地沉降幅度减小，且物源区变化增大了盆地的沉积物供给量。这与传统物源分析方法获得的同时期 盆地物源区面积增加的结果一致，验证了在盆山位置相对固定的背景下，砾砂过渡带在沉积盆地内位置变化可有效指示区域构造活动速率与物源区变化等信息。盆山相对汇聚上述研究实例与模型模拟中，山脉与沉积盆地之间没有相对位移，即砾砂过渡带相对山脉的位置变化是在固定的参考系下被分析的，因此，盆山系统为单位时间内系统输沙量；为相对于盆地容纳空间的沉积物供给分数；图件引自文献，有所修改图比利牛斯山南侧充填地层内始新世冲积扇系统内砾石楔的演化 地球科学与环境学报 年中需要构造活动或气候变化等外力因素的变化来驱动砾砂过渡带的迁移。然而，对于相对汇聚的造山带前陆盆地系统，山脉与盆地基底之间是存在相向运动的。造山楔向前陆方向的扩展会驱动与造山带耦合的前陆盆地也向前陆方向迁移，前陆盆地内不同沉积相之间的界线自然也随盆地发生迁移 图（）和表 。砾砂过渡带作为一种沉积相界线，会由于造山楔与前陆盆地之间相对汇聚的内部变化过程向前陆方向迁移。这种持续迁移过程是盆山相对汇聚过程的系统内因引起的，但也会受到 气 候 变 化 与 源 区 的 岩 性 变 化 等 外 部 因 素 影响，（图、）。在喜马拉雅山南侧前陆盆地和中亚天山南、北侧前陆盆地，盆山汇聚引起砾砂过渡带向前陆方向的持续迁移已被记录到。这些盆地内砾砂过渡带的迁移规律反映造山带的生长主导砾砂过渡带在地质长时间尺度向前陆方向迁移，气候变化与其他因素造成的扰动会叠加于这种向前陆方向的迁移过程之上。因此，研究者通过对露头尺度的沉积剖面、现代河流沉积和反射地震剖面数据的解析，重建前陆盆地内砾砂过渡带的迁移过程，根据砾砂过渡带迁移距离和迁移速率反映造山带与前陆盆地之间地壳缩短过程，。前陆盆地内砾砂过渡带的位置变化历史有潜力成为一个记录造山带前陆盆地系统长时间地壳缩短的新指标。这种新指标可以完善造山带前陆盆地系统中定量约束地壳缩短的传统方法，如研究活动褶皱和断裂作用、构造平衡剖面、模拟收缩褶皱生长、卫星大地测量等。表不同盆山位置背景下砾砂过渡带相对盆地基底迁移的指示意义 砾砂过渡带变化盆山相对位置固定盆山相对汇聚向前陆方向迁移降雨量和气温变化或山地构造隆升速率增加导致的剥蚀加强，沉积物供给量增加；构造荷载减少导致的沉降速率幅度减小造山带与盆地持续汇聚，砾砂过渡带迁移速率反映造山带与盆地之间地壳缩短速率向造山楔方向迁移降雨量和气温变化或山地构造隆升速率降低导致剥蚀减小，沉积物供给量减少；构造荷载增加导致的沉降速率幅度增大对于短期移动，降雨量减小或气温变化导致的剥蚀减小，沉积物供给量减少；对于长期移动，造山带与俯冲板块的汇聚过程逐渐停止相对稳定气候条件和山地构造隆升速率相对稳定造山带与俯冲板块的汇聚过程停止且气候条件稳定研究者通过重建中印国界上喜马拉雅山脉南侧恒河前陆盆地和中国新疆天山陆内造山带北侧的准噶尔南部前陆盆地内砾砂过渡带在百万年时间尺度的迁移历史，反映了这些区域的新生代盆山汇聚过程。恒河前陆盆地新近纪地层内砾岩砂岩过渡带的位置变化反映了俯冲的印度板块与印度大陆的持续汇聚导致的地壳缩短过程。印度板块之上的恒河前陆盆地和喜马拉雅造山楔之间的相对运动使印度板块的挠曲不断向南传播，在沉积记录上表现为整个前陆盆地 及 其中 的沉 积 相 共 同 向 南 迁移。恒河前陆盆地内沉积了较厚的中更新统西瓦里克组磨拉石沉积。磨拉石沉积中砾岩砂岩过渡带与横向上现代河流中所观察到砾砂过渡带具有相似特征，包括粒度变化范围（如、和）图（），反映两者由类似的水力过程所形成，即沉积物选择性沉积过程中的颗粒分选过程。水平方向的砾砂过渡带位置沉积物被埋藏后，由于构造抬升出露在垂直的沉积剖面中可显示为垂向的粒度突变（图）。在此背景下，西瓦里克组磨拉石沉积砾岩砂岩过渡带的位置变化被认为记录了盆地内砾砂过渡带在该时期的迁移过程。这种砾砂过渡带的迁移是对喜马拉雅造山带持续生长的响应。因此，在汇聚盆山关系下，前陆盆地的地层序列中出现的类似西瓦里克组磨拉石沉积中的粒度突变并不一定与构造时间或气候变化有关，而是山前河流沉积的砾砂过渡带被埋藏后，随盆山汇聚过程向前陆方向迁移的记录（图）。基于盆地内西瓦里克组地层内砾岩砂岩过渡带和现代河流沉积中观察到的砾砂过渡带具有相同的形成机制的认识，研究者建立起造山带前陆盆地系统内垂直沉降（）与前陆盆地沉积相水平迁移（）之间的定量关系。具体地，如果考虑前陆盆地内一固定位置点，在时间增量（）中，盆地以沉降速率引起垂直沉降 图（）。其表达式为（）同时，这一位置上的沉积相将以水平速度向前陆方向移动。其移动水平距离表达式为（）式中：是 造 山 楔 向 南 运 动 引 起 的 沉 积 相 迁 移速率。第期施一凡，等：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义，指砾砂过渡带的水平长度；，指地层垂直厚度；，和，指砾砂过渡带的长度和厚度；，和，指砾岩砂岩过渡带的长度和厚度；指盆地底面与水平面的夹角；指造山运动汇聚速率图喜马拉雅山南侧恒河前陆盆地现代河流砾砂过渡带与砾岩砂岩过渡带的对比 联立式（）与式（），可以得出（）在恒河前陆盆地的研究实例中，过去 的和 被估计为大致恒定，年，（）年，假设其相当于晚新生代时间尺度上的岩相迁移速率。因此，如果 的垂直堆积西瓦利克系列中砾砂过渡带的厚度为 ，基于式（）计算在稳定条件下相同时间内的砾砂过渡带的等效水平迁移距离约为（）。该粗略计算值与沿现有恒河前陆盆地内河流实测的砾砂过渡带平均长度一致，验证了基于砾砂过渡带迁移历史建立的垂直沉降与前陆盆地沉积相水平迁移之间的定量关系。在喜马拉雅造山带西端，等根据对巴基斯坦境内源自喜马拉雅造山带西端的 河河谷剖面内约 至 地层的磁性地层学测年结果，识别出喜马拉雅山南麓砾石楔前缘的砾砂过渡带在大约 的时间内以约 年的平均速度向前陆方向快速迁移。山在最大一次逆冲推覆活动期间引起大幅度的盆地沉降，驱使盆地内砾砂过渡带向盆地内部迁移约 ，这一距离约束了同时期喜马拉雅山与印度板块之间的缩短量。基于喜马拉雅山南侧恒河前陆盆地露头尺度的粒度测量，证实了沉积地层内砾岩砂岩过渡带与现代砾砂过渡带的关系，但未完整展示前陆盆地系统的空间尺度下砾砂过渡带在地质历史时期的迁移过程，限制了基于砾砂过渡带的迁移恢复盆山汇聚过程。针对这一问题，等通过对天山北麓准噶尔南部前陆盆地内高分辨率反射地震剖面数据的解析，获得了前陆盆地内砾砂过渡带随造山带生长的长时间尺度迁移过程的完整记录，基于砾砂过渡带的迁移速率约束了造山带与前陆盆地之间的缩短速率（图）。近 向穿过准噶尔南部前陆盆地的两条地震剖面均显示晚新生代地层内每条反射面有一个震相突变点。基于天山北麓现代河流砾砂过渡带沉积的调查和地震剖面配套钻井资料，震相突变点以南杂乱的半连续反射面被解释为砾石质河流沉积；震相突变点以北的连续反射面被解释为以砂质为主的河道、河漫滩沉积。震相特征的差异对应岩相的变化，单条反射面的震相突变点的位置对应于沉积地层的砾岩砂岩过渡带位置（图）。因此，地震剖面中震相突变点由下而上向北的迁移反映了在晚新生代准噶尔南部前陆盆地内砾砂过渡带的位置变化过程。相邻反射面的这个震相突变带侧向往复偏移，但整条剖面上反射面的这个震相突变带自下而上呈现出向前陆方向迁移的趋势，直观地显示了砾砂过渡带向前陆方向的迁移。将地震剖面上成像的反射面关联至已精准定年的露头剖面 ，约束反射面的年龄，使用最小二乘法拟合砾砂过渡带相对盆地基底的位置与其年龄，得到砾砂过渡带在约 至约 向前陆方向的迁移速率，代表准噶尔盆地与天山之间的缩短。准噶尔盆地西端的地震剖面 上成像的砾岩砂岩过渡带位置及其关联年龄的线性拟合得到在 附近盆地内砾砂过渡带从约 至约 以（）年的速率向前陆方向稳定迁移；准噶尔盆地东端的地震剖面 上成像的砾岩砂岩过渡带及其关联年龄的线性拟合显示地球科学与环境学报 年图（）中的线性回归方程为.，判定系数.，式中为砾砂过渡带年龄图天山北部前陆盆地地震剖面及砾岩砂岩过渡带迁移示意图 在 附近盆地内砾砂过渡带从约 至约 以（）年的速率向前陆方向稳定迁移（图）。这些稳定的迁移速率代表北天山地区一个能够影响砾砂过渡带长时间稳定迁移的地质过程，对应于北天山造山楔与准噶尔盆地基底之间的相对缩短过程。这些砾砂过渡带迁移速率可以作为反映地壳缩短速率的有效指标。在汇聚的前陆盆地系统内，气候变化等次级因素对砾砂过渡带位置变化的影响常常叠加于盆山汇聚驱动的砾砂过渡带向前陆方向迁移的整体趋势上。在准噶尔南部前陆盆地，地震剖面成像的砾砂过渡带观测位置与线性拟合结果之间存在的偏差反映外部次级影响因素对砾砂过渡带迁移过程的作用结果。在约 至约，这一偏差与全球大气 含量和气温变化成正相关关系；而在约 以来，这一偏差与全球大气气温成负相关关系（图）。不同的对应关系可能是由于天山在第四纪形成稳定山岳冰川后，由于冰川侵蚀比河流侵蚀的效率更高，主要侵蚀介质由河流变为冰川。在约 之前，侵蚀介质以河流体系为主，在气温较高的时间段，雨水量较大，河流侵蚀作用更强，沉积物供给量增加，使砾砂过渡带向北迁移；而在约 之后，侵蚀介质以冰川体系为主，在气温较低的时间段，冰川侵蚀作用更强，沉积物供给量增加，导致砾砂过渡带向北迁移 。综上所述，造山带的生长主导砾砂过渡带在地质长时间尺度向前陆方向迁移，且受到气候变化的扰动。砾砂过渡带的迁移速率可成为一个记录造山带前陆盆地系统长时间地壳缩短速率的指标。结语（）从河流砾砂过渡带被首次发现距今已过去第期施一凡，等：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义准噶尔 值和海底 值执行 标准；中亚 值执行 标准；图件引自文献图准噶尔南部前陆盆地内砾岩砂岩过渡带观测位置与各记录的对比 余年，虽然砾砂过渡带的发生机理至今仍是开放性的问题，但是地质学家基于大量实例研究揭示出构造与气候变化如何通过影响盆地沉降速率、沉积物供给量和供给沉积物初始粒度分布等因素控制砾砂过渡带在地质时间尺度下发生迁移的机制。当盆山相对位置固定，沉积盆地内砾砂过渡带在垂直造山带方向上的水平迁移反映构造或气候变化引起的盆地沉降速率、沉积物供给量变化；在盆山相对汇聚，前陆盆地内砾砂过渡带向前陆方向的持续迁移速率可约束地壳缩短速率。（）未来基于更多高精度的地震反射资料数据获得高精度的砾砂过渡带位置变化，以及基于同位素、古地磁和微体古生物等测年手段获得的地层绝对年龄数据可恢复全球更多沉积盆地内砾砂过渡带时空演化历史。考虑到砾砂过渡带的位置变化对区域构造活动速率和气候变化的指示作用，通过整合全球沉积盆地内砾砂过渡带时空演化的大数据库有潜力成为揭示全球板块构造活动强度与气候变化演化规律的有效手段。参 考 文 献：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，地球科学与环境学报 年 ，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：张艺秋，胡修棉河流砾砂过渡（）研究进展沉积学报，（）：，（）：，：，：，（）：，：（），（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，（）：曹黎，成秋明，陈志军，等广义自相似性原理与模型地球科学，（）：，（）：芦碧波图像处理中的若干非线性扩散模型及其数值计算 长春：吉林大学，：，：，（）：，：，（）：，（）：，第期施一凡，等：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义 ：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，：，（）：，：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，：地球科学与环境学报 年 ，：，（）：，（）：，（）：，（）：杨少敏，李杰，王琪 研究天山现今变形与断层活动 中国科学：辑，地球科学，（）：，：，（）：，：，（）：，：，：，：，：，（）：，：地球科学与环境学报 年度约稿函尊敬的各位专家学者：地球科学与环境学报（以下简称 学报）自 年创刊以来，得到了各位专家学者的大力支持，使期刊得到了快速发展。学报 系地学综合性权威学术期刊，刊登的主要内容有基础地质与矿床地质，沉积地质与油气勘探，矿产资源综合利用，水资源与水文地质，环境与可持续发展，工程地质与环境灾害，应用地球物理，大地测量、遥感与地学大数据等。为了不断提升 学报 的学术质量和影响力，特向各位专家学者约稿，诚盼各位专家学者能鼎力支持 学报 的发展。学报 目前的优势包括：中文核心期刊要目总览 收录期刊（中文核心期刊）；中国科技论文与引文数据库（）收录期刊（中国科技核心期刊）；发表周期短，近四年发表的论文从来稿到印刷出版的平均周期为四个月，优秀稿件甚至一个月之内即可印刷出版；对学术质量高、有重大基金项目支持的论文优先发表；刊登综述类论文；可同期刊登同一主题的系列成果。联系地址：西安市南二环路中段长安大学学术期刊管理中心邮政编码：电话：；投稿网址：地球科学与环境学报 编辑部第期施一凡，等：河流砾砂过渡带位置变化的控制因素及其指示意义