大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义.pdf

引用格式：何成邦，胡春生，田景梅，赵婷婷大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义 山地学报，（）：，（）：山 地 学 报 文章编号：（）：收稿日期（）：；改回日期（）：基金项目（）：安徽省自然科学基金面上项目（）。（）作者简介（）：何成邦（），男，安徽蚌埠人，硕士研究生，主要研究方向：河流地貌、河流演化与第四纪环境。（），：通讯作者（）：胡春生（），男，安徽无为人，博士，副教授，主要研究方向：河流地貌、河流演化与第四纪环境。（），：大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义何成邦，胡春生，田景梅，赵婷婷，（安徽师范大学 地理与旅游学院，安徽 芜湖 ；江淮流域地表过程与区域响应安徽省重点实验室，安徽 芜湖 ）摘要：河流裂点形态特征蕴含了区域河流演化的历史信息，是认识区域地貌演化、构造运动、气候变化及人类活动潜在相互作用机制的切入点。以往裂点成因研究多选择在河流演化控制因素比较典型的地区，成因分析方法也相对单一。本文以河流演化环境复杂的大别山东南缘为研究区，基于标准陡峭指数、面积高程积分、坡度 面积双对数法和降水侵蚀力等探讨区域河流裂点形成原因。研究表明：（）研究区 条河流干流纵剖面均处于不均衡状态，发育 个裂点。（）研究区裂点发育受到构造活动、岩性、降水等多种因素影响。构造运动特别是郯庐断裂带等的断层活动是区域裂点发育的主导因素，共形成 个裂点，超过裂点总数量的 。（）研究区地貌演化受到构造运动影响，区域断层活动显著，并且构造运动活跃性存在差异，山地区域构造运动活跃性高于山前盆地，西南区域构造运动活跃性高于东北区域。本研究可为复杂区域河流演化研究提供借鉴，并从新的视角进一步了解大别山地区地貌演化过程。关键词：河流裂点；成因；构造运动；大别山中图分类号：文献标志码：河流形态演化与构造运动、岩性差异、气候变化、海平面升降、冰川作用等内、外营力作用之间存在密切联系，演化过程记录了区域内、外营力活动的历史信息 。裂点作为河流形态变化形成的典型地貌特征 ，是蕴含上述信息的重要载体，其成因分析可以反映区域河流演化影响因素历史，作为进一步认识区域构造运动、气候变化、人类活动与地貌演化潜在相互作用的适宜手段。河流裂点成因研究受到学者们的广泛关注，前人探讨了青藏高原东北缘等区域的构造运动 、印尼松巴岛海岸地带等区域 的气候变化、岷江上游等区域 的古冰川活动对河流裂点发育的制约作用。上述研究分别涉及构造运动活跃、降水显著和冰川广泛发育的多种典型河流演化环境地区，为推动河流演化环境典型区域裂点成因分析，探讨不同控制因素对河流裂点发育的影响研究提供了依据，但是仍存在以下不足：在研究区域上，上述研究具有一定地域性，研究区域河流演化环境比较典型，裂点发育主导控制因素较为明显，河流演化环境更加复杂、受到多种控制因素显著影响的区域裂点发育特征研究相对薄弱；在研究方法上，主要采用地貌指数及实地调查 构建裂点与区域构造运动强度、气候变化周期、地形起伏度的对应关系，着重分析主导控制因素对裂点发育的影响，对于其他控制因素，通常不予考虑或仅进行简单地定性分析，采用的对应分析方法存在一定不足，难以满足复杂河水吼英山韧性剪切带；晓天磨子潭断裂带；岳西桐城断裂带；郯庐断裂带；南大别超高压变质岩带；北大别变质杂岩带；北淮阳变质岩带；花岗斑岩；正长斑岩；燕山构造层；加里东构造层；燕山期中性火山岩类；庐镇关构造层；晋宁期花岗岩；晋宁期二长花岗岩；石英二长斑岩；晋宁期石英二长岩；燕山期二长花岗岩；大别 阚集构造层；喜山期超基性岩类；角闪石岩；榴辉岩；燕山期花岗闪长岩；喜马拉雅构造层；石英闪长岩；燕山期石英闪长斑岩；燕山期假白榴石斑岩；晋宁期斜长花岗岩；晋宁期花岗闪长岩；燕山期花岗岩；燕山期石英斑岩图 大别山东南缘概况：（）区域地貌与水系；（）区域地质与岩性（据文献 修改），：（）；（）（）流演化环境的裂点成因探究需要。大别山位于秦岭大别造山带最东端，暖温带与亚热带的交界地带，是中国东部地区重要地貌单元，地质构造复杂，降水时空分布差异显著，人类活动强度较高，具有复杂河流演化环境。作为地貌演化研究的热点地区，已有研究基于矿物化学组成 、岩石冷却速率 、地震波探测与重力场分布 等多种手段探究大别山的地貌演化过程，而以数据获取相对便捷、成本较低，并能较为准确反映区域地貌演化过程的河流形态特征作为切入点的相关研究缺乏。本文基于 空间分辨率 ，利用标准陡峭指数（，）、面积高程积分（，）、坡度（，）面积（，）双对数法、降水侵蚀力等多种方法分析大别山东南缘河流干流裂点成因，为探究复杂环境河流演化提供案例参考，从新的视角进一步认识大别山东南缘乃至整个大别山地区的地貌演化过程。研究区域大别山东南缘位于安徽省西南部（、），秦岭大别造山带最东端，南北约 、东西约 ，临近自然地理分界线，属北亚热带季风气候，降水丰沛，年均降水量达到 以上 ，发育?河、大沙河、龙眠河等多条 向中小山地河流（图 ）。区域平均海拔约 ，山地区域平均海拔约 ，地形起伏明显，发育多条断层，东南部被我国东部最大断裂带 郯庐断裂带深切，山麓线极为挺直。以水吼英山韧性剪切带、晓天磨子潭断裂带为界，研究区域自南向北跨越南大别超高压变质岩带、北大别变质杂岩带和北淮阳变质岩带 ，地质构造多样，包括燕山构造层、加里东构造层、庐镇关构造层等，高压 超高压岩带大量出露 （图 ），为复杂河流演化环境的裂点发育研究提供有利条件。，大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义 研究方法与数据 研究方法 构造抬升强烈地区基岩河道的河道坡度和汇水面积具有幂函数关系 ：（）式中，为河道坡度（）；为河道的陡峭指数（）；为汇水面积（）；为河道的凹度指数。受侵蚀过程、岩性等因素影响具有区域差异，取值一般为 ，当 时，被称为参考凹度指数，用 表示 ，。将 代入式（），可以得到：（）式中，为河道的标准陡峭指数（）。数值大小与构造抬升速率和侵蚀系数有关，可以反映区域构造运动相对强度，数值越高表明区域构造运动相对越活跃 ，。可以定量反映区域河流地貌发育阶段和侵蚀作用强度，计算公式如下 ：（）（）（）式中，为流域平均高程（）；为流域最大高程（）；为流域最小高程（）。通常被划分为 个级别：，表明区域构造运动不活跃，地貌发育处于老年期，侵蚀作用弱；，表明区域构造运动适中，地貌发育处于壮年期，侵蚀作用明显；，表明区域构造运动显著，地貌发育处于幼年期，侵蚀作用强烈 。双对数法式（）经过对数变换可得：（）以 和 分别作为横、纵坐标可以绘制 双对数散点图，图中散点分布特征可以用来识别垂阶型裂点，该型裂点通常由岩性差异产生，分布在岩性分界线、密集节理处，一般不发生溯源迁移。若图中散点呈现垂向长钉状分布特征，则散点位置可能存在垂阶型裂点 ，。降水侵蚀力降水侵蚀力是衡量土壤侵蚀程度的重要指标，可以反映降水对区域地表的侵蚀强度，降水侵蚀力的计算公式随着区域不同有所区别。本文采用针对大别山地区的降水侵蚀力简化方法计算裂点区域降水年侵蚀力，公式如下 ：（）式中，为降水年侵蚀力（）；为月降水量（）。值越高，表明降水对区域地表侵蚀越强烈，反之，降水对区域地表侵蚀越微弱。数据来源与处理 为美国宇航局网站（：）提供的 年 数据，空间分辨率 ；降水数据为 网站（：）提供的 年 月至 年 月月降水量栅格数据，空间分辨率 。以大别山东南缘为研究区，、为操作软件平台，首先提取研究区 条 向河流干流（、）并校正；随后运用“重叠剖面”工具提取干流纵剖面，并利用“”工具集对干流纵剖面进行平滑处理，降低纵剖面“噪声”；最后，基于干流纵剖面及平面形态，利用上述软件和工具分别提取干流的裂点、值、值、双对数散点图 、裂点区域降水年侵蚀力值，为辨析裂点成因提供数据支持。结果分析?空间分辨率 裂点提取准确性 常被用于河流形态特征提取，探究河流演化内、外部制约因素历史信息 。空间分辨率对地表信息提取准确性具有一定制约作用 ，分析裂点成因前，需要对 空间分辨率 提取的裂点准确性进行探讨。以前人 研究较为深入的庐山河流为参考样本，以庐山将军河和三叠泉两条河流的垂阶型裂点分布为对比对象，利用前文裂点提取方法分别基于 、空间分辨率 提取两条河流的裂点，比较种 提取裂点与前人提取裂点的分布差异（图 ）。结果显示不同空间分辨率 提取裂点之间虽然存在一定海拔、平滑程度差异，但是数量和精度并无显著区别，将军河和三叠泉的垂阶型裂点在上述 种空间分辨率 中均得到有山地学报 卷 第 期图 不同分辨率 提取裂点和前人提取裂点位置对比：（）庐山将军河；（）庐山三叠泉 ：（），；（），效反映，表明 空间分辨率虽然会制约河流纵剖面提取准确性，但是对于裂点等典型地貌特征，空间分辨率的制约程度相对较低，乃至更低空间分辨率 可以用作河流裂点的提取、分析，符合前人研究结果 。水吼英山韧性剪切带；晓天磨子潭断裂带；岳西桐城断裂带；郯庐断裂带图 大别山东南缘裂点层水平分布 ，裂点提取结果大别山东南缘 条干流共发育 个裂点。水平方向上，裂点集中分布在郯庐断裂带西北侧的山地区域，数量呈西南向东北减少的趋势分布（图 ）。垂直方向上，裂点均位于海拔 以上，具有明显的层状分布特征，通过划分可以得到 条由海拔相近裂点组成的裂点层 （图 ），例如 由 海拔最低的裂点（）和 海拔最低的裂点（）组成（表 ），海拔分别为 和 。除 、外，其他裂点层均为 走向，近似平行分布，与水吼英山韧性剪切带、郯庐断裂带走向基本一致，断裂带活动可能在该区域河流裂点发育过程中扮演着重要角色。图 大别山东南缘裂点层垂直分布 ，和 值提取结果水平方向上，以郯庐断裂带为界，大别山东南缘山地区域 、值 相 对 较 高，值 普 遍 高 于 ，值普遍高于 （图 ）；垂直方向上，以海拔 为界，界线以上河段 值普遍高于 ，值普遍高于 （图 ）。拥有 条干流中的 最高值，值在 以上，其他干流 ，大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义表 大别山东南缘各裂点层及其组成裂点 ，裂点层裂点所属河流及其编号 图 大别山东南缘干流的 和 值水平分布：（）值；（）值 ，：（）；（）的 最高值相对较小，的 最高值在 以上，的 最高值在 以上，的 最高值在 以上，的 最高值在 以上，条干流的 值呈现明显的山地区域高、盆地区域低，最高值由西南向东北降低的空间分布特征。、拥有条干流中的 最高值，值在 以上，其他干流的 最高值相对较小，、的 最高值在 以上，的 最高值在 以上，条干流的 最高值呈现与 值相似的山地区域高、盆地区域低，最高值由西南向东北降低的空间分布特征。山地区域构造运动相较山前盆地区域更加活跃，构造抬升速率大，为该区域构造运动成因裂点的发育提供可能。双对数散点提取结果 、的 双对数散点图中均存在 个明显的垂向长钉状散点分布特征，表明 、均存在 个垂阶型裂点，位于中下游河段；、的 双对数散点图中无明显的垂向长钉状散点分布特 征，表 明 、可 能 不 存 在 垂 阶 型 裂 点（图 ）。降水年侵蚀力值提取结果大别山东南缘裂点区域的降水年侵蚀力值均高于 ，多数裂点区域的降水年侵蚀力值在 以上，最高值为 区域，值达到 ，最低值为 区域，值为 （图 ）。上游裂点区域的降水年侵蚀力值较高，靠近河流下游，降水年侵山地学报 卷 第 期图 大别山东南缘干流的 和 值垂直分布：（）值；（）值 ，：（）；（）图 大别山东南缘干流的 双对数散点图：（）；（）；（）；（）；（），：（）；（）；（）；（）；（），大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义图 大别山东南缘裂点区域降水年侵蚀力值 ，蚀力值降低。讨论大别山东南缘 条干流共发育 个裂点，其中部分裂点位于 、值均较高的高构造抬升速率河段，例如河段 、值分别为 和 的 ，河段 、值分别为 和 的 ，此类裂点应是由构造抬升形成的构造成因裂点。除上述裂点外，剩余裂点均位于 、值相对较低的低构造抬升速率河段，例如河段 值只有 的 ，这些裂点多为裂点层裂点，通常是邻近断层不同期次活动事件的产物 ，而深切大别山东南缘的郯庐断裂带自早侏罗世形成以来，历史上发生过多次大型断层活动，最近一次发生在中更 新 世，晚 更 新 世 以 来 活 动 微 弱 甚 至 未 活动 ，这不仅与裂点层的发育相对应，也符合当前多数裂点层裂点位于低构造抬升速率河段的分布特征，结合裂点层与郯庐断裂带、水吼英山韧性剪切带近似平行的水平走向，本文认为裂点层裂点发育和断裂带活动密切相关，是由郯庐断裂带、水吼英山韧性剪切带不同期次断层活动形成，也属于构造成因裂点。综上所述，大别山东南缘构造成因裂点由两部分组成，一部分由区域构造抬升形成，裂点位于 、值均较高的构造运动活跃河段；另一部分由断裂带断层活动产生，形成平行分布的裂点层（图 ）。除了受到构造运动的影响，大别山东南缘地质构造复杂，燕山、加里东、庐镇关等构造层错杂分布，片麻岩、大理岩、闪长岩等抗侵蚀强度不同的岩石类型广泛发育 ，岩性差异也是影响裂点发育的可能因素。通过将裂点位置与区域地质构造图叠加，发现 、位于岩性分界线上，极可能是垂阶型裂点 ，。而 、的 双对数散点图中也显示有 个垂阶型裂点存在，因此判断 、是由岩性差异产生的垂阶型裂点，属于岩性成因裂点（图 ）。岩性成因裂点的形成条件比较苛刻 ，加之使用的数据和判断方法也会影响岩性成因裂点的判别，这可能是造成大别山东南缘岩性成因裂点数量稀少的主要原因。冰川作用和降水同样是影响裂点发育的重要因素，大别山东南缘全年温暖湿润，年均降水量在 以上，年平均气温在 以上，山地区域平均海拔约 ，地形起伏度大，不适合冰川 型谷地的发育 ，并且前人研究 表明中国东部中低山地区没有发育冰川的古气候条件，因此本文认为该区域河流裂点发育与冰川作用无关。而降水可以通过改变径流 量，进 而 对 河 流 纵 剖 面 形 态 造 成 显 著 影响 ，、具有明显的低 、高 值河段特征，例如 河段的 值低于 ，值却在 以上，表明 河段区域构造抬升速率低，但河道侵蚀作用明显，符合降水侵蚀特征，并且 、区域具有较高的降水年侵蚀力值，特别是 、区域，降水年侵蚀力值均在 以上，判断上述 个裂点是由降水因素形成的气候成因裂点（图 ）。水坝、桥梁会导致河流纵剖面形态变化，形成类似裂点的河段特征 。大别山东南缘受到显著的人类活动影响，基于遥感影像目视解译及野外实地调查，发现 、位置修建有水坝、桥梁（图 ），这些人工建筑物造成河流纵剖面坡度变化，从而形成裂点，因此判断上述裂点是由人类活动产生的人为因素成因裂点（图 ）。位于 下方数十米处，由水库排泄冲刷产生，也将其归纳为人为因素成因裂点。上述分析表明大别山东南缘河流发育受到构造运动、岩性、气候等多种因素影响，构造运动是山地学报 卷 第 期图 大别山东南缘各型裂点分布：（）构造运动成因裂点；（）岩性差异成因裂点；（）气候成因裂点；（）人为因素成因裂点 ，：（）；（）；（）；（）制约区域河流发育和地貌演化的主导因素，河流裂点成因可以作为区域河流地貌演化研究的重要切入点，为反映区域构造运动、岩性、气候等历史信息，揭示区域河流地貌演化过程提供帮助，同时裂点获取的便捷性相较于其他研究手段具有一定优势，可以用于部分地形复杂、难以开展实地调查地区域的地貌相关研究。受限于 数据、研究区地质构造资料等，本文研究的深入程度存在一定不足，后期有望进一步加强。结论大别山东南缘断层发育、岩性复杂、降水丰沛、受人类活动影响显著，具有复杂的河流演化环境，本文基于 分辨率 ，综合运用 、双对数法、降水侵蚀力等方法对区域河流裂点成因进行分析，得到以下认识：（）大别山东南缘 条河流干流均处于不均衡状态，广泛发育裂点，总数量达到 个。裂点最多，达到 个，裂点最少，只有 个。（）大别山东南缘裂点发育受到构造运动、岩性、降水、人类活动等多种因素影响，其中岩性、降水、人类活动因素共形成 个裂点，是区域裂点发育的次要控制因素，对河流演化制约程度较低，而构造运动共形成 个裂点，超过裂点总数量的 ，是该区域裂点发育的主导控制因素，郯庐断裂带等 ，大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义图 大别山东南缘人为因素成因裂点区域遥感影像：（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（），：（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）；（）的断层活动在其中发挥着重要作用，形成 条裂点层。（）构造运动对大别山东南缘地貌演化具有显著影响，郯庐断裂带等的断层活动是造成该地区地形起伏明显的重要原因。区域内构造运动活跃性存在差异，山地区域构造运动活跃性相较山前盆地区域更高，西南区域构造运动活跃性相较东北区域更高，构造运动活跃性呈现由西南向东北降低的空间趋势。参考文献（），（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：李正晨，王先彦，于洋，等岩性和侵蚀基准面对构造活跃区河流地貌演化的影响 以青藏高原东北缘老虎山和哈思山地区为例 中国科学：地球科学，（）：，（）：，（），（）：，：刘维明，周丽琴，陈晓清，等雅砻江流域河道高程剖面上的堰塞坝印记 地学前缘，（）：，（）：李志威，袁昕亚，余国安雅鲁藏布江流域河流纵剖面特征及其地貌学意义 泥沙研究，（）：，山地学报 卷 第 期 ，（）：，（）：刘?，林舟，丁超岷江上游流域裂点分布及成因分析 高校地质学报，（）：，（）：陈苗，胡小飞，王维走廊南山河流纵剖面高海拔裂点的成因 地理学报，（）：，（）：，？，（）：（）：；李三忠，张国伟，董树文，等大别山高压超高压岩石折返与扬子北缘构造变形的关系 岩石学报，（）：，（）：李宝芳，马文璞，张惠良，等大别山北麓石炭纪盆地沉积和构造研 究 地 学 前 缘，（）：，（）：刘贻灿，徐树桐，李曙光，等大别山北部榴辉岩的大地构造属性及冷却史 地球科学，（）：，（）：闫诚，高锐，郭晓玉深地震反射剖面所揭示的大陆碰撞后期的构造演化 以大别山造山带研究为例 地球物理学进展，（）：，：，（）：黎哲君，义崇政，周冬瑞，等大别山造山带东段重力异常多尺度分界及其构造意义 地震地质，（）：，（）：赵明松，李德成，程先富，等皖西大别山区土壤侵蚀空间分布特征及与地形的关系 安徽师范大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：江来利，胡召齐大别山东段的变质地层格架 安徽地质，（）：，（）：，（）：（）安徽省地质调查院 万安徽省地质构造图 （）：，（）：，（）：，（）：，？，（）：，：，（）：（）；：；，：，（）：，大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义 ，：，（）：（）：；（），（）：（）：；，；，（）：（）祝士杰，汤国安，李发源，等 基于 的黄土高原面积高程积分研究 地理学报，（）：，（）：，（）：吴素业安徽大别山区降雨侵蚀力简化算法与时空分布规律 中国水土 保 持，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：戴岩，王先彦，王胜利，等地貌形态指数反映的青藏高原东北部宛川河流域新构造活动 地理学报，（）：，（）：黄伟亮，杨虔灏，彭建兵，等基于河流裂点序列研究秦岭北缘断裂强震活动历史 第四纪研究，（）：，（）：杨源源，赵朋，汪小厉，等大别山东麓河流变形研究与郯庐断裂带活动性分析 华北地震科学，（）：，（）：朱光，王勇生，牛漫兰，等 郯庐断裂带的同造山运动 地学前 缘，（）：，（）：，：，（）：，（）：曹志磊，周琼，鲍玉静，等郯庐断裂带中南段断层形变累积率长期变化特征 国际地震动态，（）：，（）：葛计划，曹志磊，孙军，等郯庐断裂带中南段跨断层短水准形变特征初步分析 地震科学进展，（）：，（）：，（）：肖平，景才瑞大别山天堂水库四周第四纪冰川遗迹探讨山地学报 卷 第 期 华中师范大学学报（自然科学版），（）：，（）：刘格升，王传尚，胡斌大别山地区存在第四纪冰川吗？华南地质与矿产，（）：，？，（）：施雅风中国东部中低山地有无发育第四纪冰川的可能性？地质论评，（）：？，（）：杨翔，程先富安徽省大别山区土壤侵蚀及其经济损失评估 土壤保持通报，（）：，（）：，：，：，：，（）：（）：；张康，王兆印，刘怀湘，等裂点发育及其对堰塞坝的稳定性影响 山地学报，（）：，（）：，：，（，；，）：，（），（），（）（），大别山东南缘河流裂点成因及其地貌演化意义 ，；，：；（责任编辑钟雨倩）太白云海 秦岭山地对水汽的阻挡作用（李双双，陕西师范大学地理科学与旅游学院）秦岭，是中国重要的南北地理分界线。受秦岭东西走向山脉的影响，关中平原、汉江谷地降水日变化存在明显南北差异。全球变暖趋势下，夏季极端高温正在改变中国南北过渡带降雨昼夜形态。当昼晴夜雨雨量适中时，夜雨将是缓解热浪或干旱的气候资源；当昼晴夜雨雨量异常偏多时，将增加区域高温热浪与突发性洪水叠加的风险。针对中国秦岭南北气候变化研究，过去以分析降水时空变化趋势为主，对全球变暖背景下昼夜降水组合的复杂性关注不足。因此，关注秦岭山地的屏障作用，分析秦岭南北昼晴夜雨雨量与气候变暖的时空响应规律，对构建区域综合风险防范体系具有重要的现实意义。详见本期 秦岭南北夏季昼晴夜雨雨量时空变化及其影响因素 一文。山地学报 卷 第 期