昌都地块夷平面分级及构造地貌分区研究

2022-06-19钟建胜

四川建筑 2022年2期

【摘要】文章基于SRTM3-DEM数据，运用ArcGIS空间分析方法、三维表面分析方法和剖面形态分析方法，并结合地质资料和野外实地调查，对澜沧江以东、金沙江以西的昌都地块的地貌结构进行了初步研究，划分出三级夷平面，并讨论了各级夷平面的特征。根据地表特征分析将研究区分为西南部澜沧江高山地区（Ⅰ-1）、中部低山盆地区（Ⅱ）和东北部金沙江高山地区（Ⅰ-2）3个构造地貌分区，并分别总结出各个分区的构造地貌特征。

[作者简介]钟建胜（1996—），男，在读硕士，研究方向为隧道水文地质。

夷平面是指剥蚀作用和夷平作用所产生的一种平缓地形，以截面形式横切所有在年龄上先于它的地层和构造为特征，是地形地貌经抬升破坏或埋藏的长期发展的终极产物（准平原或山麓剥蚀平原）[1-3]。夷平面通常分布在山地的顶部，其形态特征与周围地形条件有着密切的关系，只有在三维的地理空间中方能正确地描述、展示和分析夷平面及其相关特征[4-7]。自从Willian.M.Davis（1989）提出准平原的概念以来，人们除了在南极以外的几乎所有大陆都找到了关于夷平面存在的证据，夷平面在地球陆地表面分布甚广，约占地表面积的6 %，其中以亚洲中部山地夷平面保存最好[8-9]。因此，深入研究夷平面的分级和分布高度与范围及其地形和形态特征，对于地貌形态分析具有十分重要的意义[10-12]。另外，夷平面在山地形成演化和新构造运动研究中占据了极重要的地位[13-14]。

数字高程模拟（Digital Elevation Model，DEM）是对地球表面地貌的数字表达和模拟[15]。

自20世纪50年代数字高程模拟首次被提出以来，就以其简洁的数据数据组织方式、对地形的直观表达和简单高效的地形因子解译方法而显示了其在地学领域应用的巨大潜力[16-18]。DEM数据和地质资料对地形地貌的研究已取得诸多成果[19-22]，逐步建立起用于地形分析的一整套理论、方法和技术体系。当前，在GIS技术的全面支持下地貌学的研究更取得了进一步地提升，更使得DEM数据的建立和分析在地形地貌的研究中更凸显优势。因此DEM数据的建立为地貌形态分析提供了重要的数据源，被大量应用于山地夷平面的研究[23-24]。

本文利用数字高程模拟数据，系统提取昌都地块各项高程数据，研究范围为97°00′～99°00′E、30°00′～31°30′N，采用邻域分析法设定特定的提取范围（10×10），运用ArcGIS空间分析方法和剖面形态分析方法，获得研究区的高程图和地势起伏度图，再结合地质资料和野外实地调查结果，对昌都地块的构造地貌特征进行了初步的探讨。

1 区域地质地貌背景

研究区属于巴颜喀拉-澜沧江造山带，地跨巴颜喀拉造山带、澜沧造山带和北羌塘-昌都地块。研究区所在位置为金沙江和澜沧江附近区域及所夹地块，南以左贡芒康县为界，北以江达县为界。全区主要为高山峡谷地貌，山地出露的岩石主要中生代的砂岩和灰岩为主，并发育有少量花岗闪长岩、二长花岗岩和花岗正长岩（图1）。研究区的大型断裂构造较发育，以NW向断裂为主，从西往东分别有卡玛多-碧土断裂、澜沧江结合带西界断裂、卡多拉多斷裂、洛纳-布虚断裂，控制着区内的沉积作用。例如，卡玛多-碧土断裂是怒江特提斯洋长期演化而成的一条构造混杂岩带[25]，其沉积建造复杂，有侏罗系和白垩系的花岗闪长岩和花岗正长岩出露，并大面积出露石炭系和三叠系的灰岩和砂岩。研究区的大地构造单元从西往东依次为班公湖-怒江结合带、南羌塘左贡板块、澜沧江结合带、昌都-芒康盆地、江达-德钦岩浆弧、金沙江结合带。其中，昌都-芒康盆地地块内褶皱和断裂构造十分发育，如然弄卡向斜、岗巴背斜、查莫背斜、川求错断裂和拉妥九断裂[25]，而西侧的昌都市发育澜沧江沿江河谷地貌。藏东贡觉红层盆地地层走向为NW-SE向，主要沉积一套巨厚层砖红色、红色陆相碎屑岩，南侧大面积出露白垩系碎屑岩、碳酸盐。江达-德钦岩浆弧位于卡多拉多断裂和洛纳-布虚断裂之间，为金沙江洋盆向西俯冲、消减在昌都—思茅板块东缘形成的岩浆岛弧带，受昌都-思茅板块和德格-中甸陆块的碰撞造山作用，形成了一系列的逆冲断裂和伴生的同向褶皱于弧内[25]。研究区东侧金沙江结合带内主要发育为早三叠世-二叠世混杂岩[25]。

研究区内元古代吉塘岩群（Pt1-2J）为一套片麻岩、角闪岩等组成的深变质岩系，构成了南羌塘-左贡板块的结晶基底。下古生界到奥陶统、泥盆统为石英砂岩与厚层白云岩（含腕足和藻类化石）。晚古生代至二叠世多为生物碎屑灰岩、岩屑砂岩出露，发育在澜沧江金沙江河谷地带较为完整，沉积环境属浅海碳酸盐台地[25]。中生代地层发育较为完整，岩性主要为为紫红色粗碎屑岩、黏土岩、灰岩，化石以腕足、双壳类居多，属于新特提斯边缘海沉积（滨海-浅海沉积环境），三叠世到侏罗白垩世均出现火山岩建造[25]。古近纪贡觉组广泛分布在贡觉县一带，由原来命名的“贡觉红层”演变而来，为一套山间红色拉磨石建造，主要为紫红色砂岩和砾岩，沉积环境为陆相沉积[25]。新近纪仅有少量地层出露，主要为浅灰色层状石英安粗岩，节理发育，底部砂砾岩含腹足类、轮藻等，属河湖-泥炭沼泽相沉积[25]。更新统以山前冲积-洪积卵石、沙砾、亚砂土为主，冲洪积扇扇面多分布冰碛砾石、漂砾。全新统底部为沼泽堆积淤泥、腐植土、泥炭及化学沉积，表层为现代河漫滩冲积砾石、卵石、砂等[25]。

2 夷平面识别及其特征

2.1 夷平面的提取

根据美国USGS提供的侧视雷达DEM数据（SRTM3，分辨率为90 m）提取昌都地块区域的地形数据，以ArcGIS为分析平台，采用空间特征分析和剖面形态分析方法对研究区的夷平面进行识别和提取。结果（图2）显示，研究区总体山势海拔高，河谷地带海拔低，山间明显可见两条近NW向的狭长河谷地带。区域总体地势明显偏高，78 %的山体海拔在4 000 m以上（表1），高海拔山脉呈NW-SE向延伸，反映了强烈的NE向挤压应力和造山隆升作用。BE519F72-15C0-44BF-B687-59DFE141D795

（1）空间特征分析：选取最大值、最小值、平均值、和标准差4个统计参数，采用邻域统计方法，以10×10作为统计窗口（地表范围相当于900 m×900 m），按5个高程分级，得到最大高程、最小高程、平均高程和标准差值4种特征图像（图2）。

（2）三维表面分析：首先对地表面积按照不同的高程进行统计，采用积分曲线法[26]，将研究区的高程细分成若干个单元，本文将研究区高程2 519～5 719 m分成33个单元（高程间隔100 m），利用Arcgis功能表面分析分别求出大于每一单元高程值的地表面积（a），再计算出该高程值与流域最低点高程之高差（h），设研究区的全面积为A，最低点与最高点的高差为H，分别以x（x=a/A）和y（y= h/H）为横坐标和纵坐标（下x、y的值域均为 [0，1]），在直角坐标系中绘制出一系列的连续的点，对散点进行多项式曲线拟合得出y=f（x），即得到研究区流域的面积-高程积分曲线（图3）[27]，并选取曲线上3个特征点：4 401 m为曲线的拐点，4 945 m和3 697 m分别是面积-高程积分曲线的2个外切点。

（3）地貌剖面分析：根据区内地形和构造特征，采用传统的地形分析方法，作出NE向3个地形剖面（图4）。剖面线位置见图1，剖面线绘制的数据依据是DEM空间分析得到的最大高程数据和原始地形数据。

据以上2个方面地貌特征图像和地形剖面线的分析对比，将研究区划分了三级夷平面，作为划分地貌形态的重要指标，地表起伏度采用单位面积内最大高程值与最小高程值之差[28]，研究区的地表特征值与各级夷平面划分见表2。

2.2 夷平面分级及特征

根据对区域地形剖面（图4）的分析，研究区及其周边区域可划分出三级夷平面（表2）。

2.2.1 Ⅰ级夷平面（山顶面）

Ⅰ级夷平面为海拔4 896 m以上的山顶面，高程范围大约为4 896～5 315 m，包括西南部山顶面和中东部山顶面。二者分别位于澜沧江结合带西界断裂以西和以东区域，地形起伏度均在200 m以内，且由于风化剥蚀差异导致中东部山顶面海拔高程略低于西南部，山顶面常常呈突起的山脊或截顶的平台状，多为冰帽和现代冰川所占据，受到强烈的冰蚀作用，在夷平面形成海拔最高的剥蚀堆积体，可见冰斗、冰湖分布，现代堆积物以冰川堆积块石、漂砾或泥沙层为主。由于剥蚀时期较早，加上后期构造抬升，老夷平面解体，山顶面分布面积较小，由于保留面积很小，残留的风化殼较难发现[29]。因此用地貌学的方法很难查明山顶面的形成方式，可借助形成环境推测夷平面的形成方式，根据高原山脉所削平的地层（早第三纪花岗岩γδE）、以及其上所覆盖的火山岩及相关沉积，推测此夷平面的形成晚于始新世末。

2.2.2 Ⅱ级夷平面（山前侵蚀面）

Ⅱ级夷平面（4 392 m～4 603 m）属于山前侵蚀面，侵蚀面面积分布在盆地区，岩溶地貌发育，残留的风化壳为主要为贡觉红层盆地的红色砂砾岩，同时广泛分布的中生代盖层为该盆地的沉积建造核心，属于燕山阶段。该夷平面在研究区地块分布面积最大，属于主夷平面，出露地层主要为白垩系、侏罗系和晚三叠世的地层及贡觉拉分盆地的早第三纪地层。该夷平面的地势相对平缓，易形成宽台地貌，常常是各级切沟水流发源地，沟内坡降较小，水流侵蚀作用也较小，强烈的侧向侵蚀导致区内的地势起伏小。山顶面和山间侵蚀面之间以明显的地形转折分开，并以较陡的斜坡过渡。该夷平面所在范围内所切最新岩体为然木组（E2r）、贡觉组（E2g）砂岩岩层，推测Ⅱ级夷平面的形成晚于渐新世。

2.2.3 Ⅲ级夷平面（深切河谷剥蚀面）

海拔高程在3 670～3 766 m，为深切河谷剥夷面，主要分布于金沙江、澜沧江及2级支流两岸以及断裂破碎带处，属深切河谷和支流之上的宽缓区段[30]。该夷平面在研究区上的分布主要是线性分布，在主要河流及支流的中上游段多表现为相对开阔的河谷。主要地层为三叠系、石炭系、和泥盆系，灰岩大理岩的分布范围较广，因此深切剥蚀面的高程段内常见较大规模的溶腔、溶洞发育。该夷平面在区内分布面积最小，主要以平台和河谷地貌为主，推测该夷平面大致形成于晚更新世，自全新世以来抬升和剥蚀。

3 构造地貌分区

利用Arcgis以10×10为统计窗口，分析计算窗口内最高点的海拔高度与最低点的海拔高度的差值，做出研究区的起伏度分布图（图5），分级统计显示了小于100 m的地形平坦区、100～250 m的低山盆地区和大于250 m （最大起伏度874 m）的强烈起伏切割区。根据地表起伏度分析，结合1∶25万区域地质调查资料，将研究区划分为西南部澜沧江高山地区（Ⅰ-1区）、中部低山盆地区域（Ⅱ区）、东部金沙江高山地区（Ⅰ-2区）（图5）。3个构造地貌单元的地表特征显示均呈NW向的展布特征，以NW向的两条大型断裂带为分界，将研究区划分出3个构造地貌的分区格局。

3.1 Ⅰ-1区

分布在研究区的西南部，以澜沧江高山地区为主体，包括研究区内昌都-芒康盆地以西的大部分高山区域，西以卡玛多-碧土断裂为边界（断裂以西的邦达高山草原不在研究区故未再详细分区），东以澜沧江结合带西界断裂带为边界。该区的地表特征显示为近NW向，系晚古生代-中生代构造展布方向，澜沧江结合带由北向南纵穿本区，造成局部区域地势起伏的剧烈变化。区内分布有Ⅰ级山顶面、Ⅱ级主夷平面和Ⅲ级深切河谷剥蚀面，Ⅰ级山顶面高程4 965～5 315 m;Ⅱ级山前侵蚀面高程约为4 562 m;Ⅲ级深切河谷剥蚀面高程为3 591～3 670 m。

3.2 Ⅱ区

分布在研究区的中部区域，以昌都-芒康盆地为主体，东西两侧分别以澜沧江结合带西界断裂和卡多拉多断裂带为边界。该区内地势总体相对平坦，根据区域地质资料推测西北部由于正滑状断导致中小褶皱较多，形成了西北部起伏度值比整个区域更高的现状。东北部有一条带状明显的起伏度高值区域为拉妥九断裂（F70），而卡多拉多断裂和F70断裂之间比较平坦的区域为一拉分盆地—贡觉盆地，分布主要岩层为贡觉组和然木组的红色砂岩。地貌特征为高原中部的低山盆地区域。本区的地表特征显示中部低山盆地区具有明显的线性特征，显示为近NW向的巨大条带状的红层盆地（贡觉盆地），主要由同为NW走向的澜沧江结合带西界断裂和卡多拉多断裂带的构造运动所致。该区在大地构造上主要由昌都-芒康盆地和贡觉盆地组成，因此整体地势平坦，仅有东北区域由于澜沧江结合带的构造运动造成局部地势起伏和西北部由于较多中小褶皱造成的地势起伏。区内分布有Ⅰ级山顶面、Ⅱ级山前剥蚀面和Ⅲ级深切河谷剥蚀面，中部山顶面高程为4 896～5 026 m; 山前侵蚀面高程为4 463～4 603 m;深切河谷剥蚀面高程分布在3 594～3 766 m。BE519F72-15C0-44BF-B687-59DFE141D795

3.3 Ⅰ-2区

分布在研究区的东北部，以金沙江高山地区为主体，西侧以卡多拉多断裂带为边界，与昌都-芒康盆地相邻。该区包括西北部的地势平缓区域和东南部地势起伏区域，地势起伏相对较大。地表特征显示2个主要方向，NW向的地表特征主要由NW走向的卡多拉多断裂带所致，NS向的地表特征主要由NS走向的洛纳-布虚断裂所致。该区在大地构造上主要由江达-德钦岩浆弧和金沙江结合带组成，金沙江结合带由北至南纵穿本区，造成大部分区域的强烈地势起伏。区内分布有Ⅰ级东部山顶面、Ⅱ级山前侵蚀面和Ⅲ级深切河谷剥蚀面，Ⅰ级山顶面高程为4 852～4 974 m; 山前侵蚀面高程为4 436 m;深切河谷剥蚀面高程分布在3 567～3 727 m。

4 结论

澜沧江以东、金沙江以西的昌都地块总体构造地貌呈北西向展布，研究区中部为昌都-芒康盆地，东西两侧分别为金沙江高山地区和澜沧江高山地区，地势特征整体呈现东西两侧较高、中部较低、局部深切割等特点。基于SRTM3-DEM数据并运用ArcGIS空间分析方法、三维表面分析方法和剖面形态分析方法，再结合地质资料和野外实地调查，研究区共划分出三级夷平面。三级夷平面的类型及高程范围分别为：Ⅰ级夷平面为山顶面，高程为4 896～5 315 m;Ⅱ级夷平面为山前侵蚀面，高程为4 392～4 603 m; Ⅲ级夷平面为深切河谷剥蚀面，高程3 670～3 766 m。根据地表特征分析，并结合区域地质资料，研究区被划分为3个构造地貌分区：西南部澜沧江高山地区（Ⅰ-1区）、中部低山盆地区域（Ⅱ区）、东部金沙江高山地区（Ⅰ-2区），3个分区分别以NW向的澜沧江结合带西界断裂和卡多拉多断裂带为分界，3个分区的地貌特征受地质构造的影响均显示NW向的展布特征。

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