Tectonophysics:走滑断裂活动造成的分水岭迁移现象—以龙门山北段为例

走滑断裂活动常常系统地断错河流与山脊,使得河道与山脊线(分水岭)发生拐折(图1)。走滑断裂的持续活动还会引起河流袭夺,这种现象在地貌模拟条件下非常普遍。但是断层作用导致的河流袭夺,并非一蹴而就,而是在断错位移的累积与持续的流水侵蚀作用之后的结果。因此,在断层作用与河流袭夺之间,必然伴随着分水岭的失稳现象。研究分水岭如何响应走滑断裂活动,有助于更为全面地理解构造作用控制的流域演化过程。另外,断裂附近的分水岭稳定性判定可能给断裂活动性判定提供一个新的标志。

为了揭示走滑断裂活动造成的分水岭迁移现象,实验室博士生曾洵在谭锡斌研究员指导下运用χ-plot和Gilbert metrics方法分析了龙门山北段地区(桂溪和擂鼓附近)北川-映秀断裂沿线的分水岭稳定性(图1),主要得到如下认识:

(1)桂溪地区断裂附近的分水岭不稳定,在北川-映秀断裂持续的右旋走滑作用下,不久将发生河流袭夺事件。在这次河流袭夺事件发生之前,位于北川-映秀断裂上下盘的分水岭将会向着相反的方向移动(图2)。

(2)擂鼓地区分水岭整体稳定,但在临近北川-映秀断裂的区域存在着向南西方向迁移的现象。根据地貌参数分析,安昌河曾经在北川-映秀断裂的右旋走滑断层作用下被白草河所袭夺(图3和4)。

(3)走滑断层的活动会造成水系的重组,包括了河道纵剖面、河道平面形态的变形、分水岭的迁移以及河流之间的袭夺事件(图5)。分水岭的迁移在河流袭夺前后都会发生。通过对龙门山北段的北川-映秀断裂的分析,研究揭示出走滑断层的活动会有规律地驱使着分水岭的迁移,因此本文认为分水岭迁移有望成为识别走滑断裂活动性的新标志。

图 1龙门山北部右旋北川-映秀断裂断错河道地貌


图 2 桂溪地区地貌图及地貌参数分析。 (A) 带有河道 (1-4) 和条带剖面 (EE'、FF'、HH') 位置的地形图。 

(B) 选定河道的 χ-plot,虚线表示用于计算ksn的拟合上游河段,倾斜数字表示以 m0.9 为单位的平均ksn值。 

(C) 沿 FF’的高程条带剖面. (D) 沿 EE' 和 HH' 的穿过分水岭的高程条带剖面


 

图 3 擂鼓地区地貌图及参数分析。 (A)卫星图像, 黄色区域代表晚第四纪沉积物。 (B)包含所选河道(1-8)和高程条带剖面(II ', JJ ', KK '和LL ')位置的地形图。

 黑点为不同段落分水岭(ef、fg)的分界点,蓝色箭头指向风口的位置,这是沿分水岭高程最低的部分。 (C) χ-plot和高程条带剖面图,左边的数字表示ksn的平均值(单位为m0.9),

右边的数字表示平均地形梯度。 (D)带状剖面LL。 与安昌河相比,白草河的坡度较大,高程较低(差约100 m)


图 4 擂鼓地区可能的流域演化模式示意图,黑线表示安昌河和白草河之间的分水岭。(A)现今的白草河上游河段,在袭夺前曾是安昌河的上游河段。

(B)随着北川-映秀断层的右旋走滑活动,河流袭夺事件发生,安昌河变成了断头河,一个小的沉积盆地(图中黄色区域)形成于新的安昌河袭夺点附近。(C)袭夺之后河道剖面演化示意图


 

图 5 同震和震间的水平和垂直方向上走滑断层系统断错地貌示意图

 

此研究受到了中科院项目(E2K2010010)和地震动力学国家重点实验室基本科研业务专项(LED2021A02)资助。研究成果于2023年1月发表于Tectonophysics:Zeng X., Tan X.*, (2023). Drainage divide migration in response to strike-slip faulting: An example from northern Longmen Shan, eastern Tibet. Tectonophysics, 229720. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.229720