引用本文
田晴映, 郑文俊, 张冬丽, 张逸鹏, 许斌斌, 黄柳婷. 构造活动和气候变化对河流阶地发育的影响——以祁连山北缘洪水坝河和马营河为例[J]. 地震地质, 2017,39(6): 1283-1296.
TIAN Qing-ying, ZHENG Wen-jun, ZHANG Dong-li, ZHANG Yi-peng, XU Bin-bin, HUANG Liu-ting. INFLUENCE OF TECTONICS AND CLIMATE ON THE EVOLU-TION OF FLUVIAL TERRACES: A CASE STUDY OF THE HONGSHUIBA AND MAYING RIVERS IN THE NORTHERN MARGIN OF THE QILIAN MOUNTAINS[J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2017,39(6): 1283-1296.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2017.06.013
Permissions
Copyright©2017, 《地震地质》编辑部
《地震地质》编辑部 所有
构造活动和气候变化对河流阶地发育的影响——以祁连山北缘洪水坝河和马营河为例
田晴映, 郑文俊*, 张冬丽, 张逸鹏, 许斌斌, 黄柳婷
中山大学地球科学与工程学院, 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室, 广州 510275
*通讯作者: 郑文俊, 男, 教授, E-mail: zhengwenjun@mail.sysu.edu.cn。

〔作者简介〕 田晴映, 女, 1994年生, 2016年于中山大学地球科学与地质工程学院获地球信息科学与技术专业学士学位, 主要从事构造地貌、 活动构造方面的研究, E-mail: tian_q_y@163.com/tianqy@mail2.sysu.edu.cn。

收稿日期: 2017-09-04
基金项目: 国家自然科学基金(41590861, 41372220, 41661134011)共同资助
摘要

河流阶地作为构造和气候作用的载体, 记录了活动造山带地区的构造活动和气候变化之间的相对变化信息。文中以穿过祁连山北缘活动断裂带的洪水坝河和马营河为例, 探讨河流地貌发育与构造和气候之间的关系。基于遥感影像解译识别出8—9级河流阶地, 并对其期次进行划分。根据洪水坝河T5和马营河T6阶地的相对拔河高度和年龄, 分别计算出2条河流15ka和11ka以来的平均下切速率为(10.2±2.0)mm/a 和(12.2±2.8)mm/a。再利用差分GPS分别对2条河流的T5和T6阶地面上的断层陡坎进行精确测量, 结合测年结果, 计算出佛洞庙-红崖子活动断裂的垂直滑移速率比河流下切速率低1个量级。对比研究区内活动断裂两侧阶地发育序列的差异性, 构造抬升和河流下切速率数量级的差别, 并结合祁连山北缘区域上已发表的研究结果, 初步认为构造活动与气候变化共同影响祁连山北缘河流阶地的发育, 其中气候变化是控制该区全新世河流阶地发育的主要因素。更深入的活动构造调查和阶地年龄约束有助于更好地揭示祁连山北缘的活动构造特征和河流演化历史。

关键词: 河流阶地; 构造活动; 气候变化; 全新世; 祁连山北缘
中图分类号:P315.2 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2017)06-1283-14
INFLUENCE OF TECTONICS AND CLIMATE ON THE EVOLU-TION OF FLUVIAL TERRACES: A CASE STUDY OF THE HONGSHUIBA AND MAYING RIVERS IN THE NORTHERN MARGIN OF THE QILIAN MOUNTAINS
TIAN Qing-ying, ZHENG Wen-jun, ZHANG Dong-li, ZHANG Yi-peng, XU Bin-bin, HUANG Liu-ting
School of Earth Science and Geological Engineering, Sun Yat-Sen University, Key Laboratory of Earth Dynamic Action and Geological Disaster of Guangdong Province, Guangzhou 510275, China
Abstract

In tectonically active regions, geomorphic features such as fluvial terraces can be interpreted as the consequence of tectonic and climatic forcing. However, deciphering and distinguishing tectonic impacts and climate changes remain a challenge. In this study, we examine the terraces along the Hongshuiba river and Maying river, which flow across the Fudongmiao-Hongyazi fault in the northern margin of the Qilian Mountains. Our purpose is to analyze the relative roles of tectonics and climate in shaping orogenic topography in this area. 8~9 levels of river terraces were identified through field observations, interpretation of satellite images and using DEMs. According to relative heights and ages of T5 of the Hongshuiba river and T6 of the Maying river, the incision rates are calculated to be(10.2±2.0)mm/a and(12.2±2.8)mm/a, respectively. Furthermore, the thrust rate along the Fodongmiao-hongyazi fault was determined based on offset terraces and OSL dating, which are ten times less than river incision rates approximately. Comparing the uplift rate and incision rate in the northern margin of the Qilian Mountains and adjacent areas, we inferred that climate change is the most plausible controlling factor in the evolution of the river terraces, while tectonics plays a minor role in this process.

Keyword: Fluvial terraces; Tectonics; Climate change; Holocene; Northern margin of the Qilian Mountains
0 引言

河流阶地作为构造和气候作用的载体, 记录了造山带构造活动和气候变化之间的相对变化信息。河流阶地的形成是河流水动力条件改变的结果, 其原因可能是差异性的构造活动、 气候变化, 或者是二者共同作用的结果(Schumm, 1977; Rockwell et al., 1988; England et al., 1990; William, 1991; Burbank et al., 1996; Whipple et al., 2000; Hetzel et al., 2002; Pan et al., 2003, 2007, 2009, 2013; 李有利等, 2012)。近年来, 河流地貌演化与构造气候间的关系研究逐渐从定性描述向定量剖析和机制探讨过渡(Whipple, 2004; Liu-zeng et al., 2008), 这些研究也进一步推动了构造地貌学理论的发展和完善(Burbank et al., 2011)。活动造山带地区由于强烈的区域构造隆升与地表侵蚀作用, 成为研究河流地貌演化如何反馈构造活动和气候变化的天然实验室, 典型构造活动区的实例研究将为探讨上述科学问题奠定基础。

印度板块与欧亚板块持续碰撞形成了青藏高原, 高原大幅度隆升和扩展不仅造就和改变了整个欧亚大陆的构造格局(Molnar et al., 1975; Tapponnier et al., 1982; Harrison et al., 1992; Tapponnier et al., 2001; Molnar et al., 2005; Royden et al., 2008), 同时也影响着高原及整个东亚大陆的气候变化, 对亚洲季风的形成和高原及其周缘地区地形地貌的演化有着重要的作用(李吉均, 1999; An et al., 2001; 潘保田等, 2004; 郑度等, 2006; 李吉均等, 2013)。以青藏高原东北缘为例, 在高原不断向N的扩展过程中, 随着约12Ma祁连山的快速隆升(Zheng et al., 2010; Wang et al., 2017), 逐渐奠定了东北缘现今的地貌格局, 并发育了一系列的河流, 如疏勒河、 北大河、 洪水坝河、 马营河、 金塔河等。这些季节性河流发育级数较多的阶地, 且高阶地拔河高度达上百m(杨景春等, 1998; 李有利等, 2000; Pan et al., 2003, 2007, 2013; Hetzel et al., 2006; Hu et al., 2015)(图1)。阶地的发育演化可能记录了祁连山体的阶段性隆升历史及山体隆升过程中历经的气候变化与构造事件的相关信息, 为研究青藏高原的隆升和向周边扩展提供了重要的素材(李吉均等, 1996; 杨景春等, 1998; Hetzel et al., 2002; Pan et al., 2003, 2013; 张会平等, 2012; Hu et al., 2015)。

图 1 祁连山北缘、 酒东盆地的地貌特征及断裂-水系分布Fig. 1 Geomorphic features, distribution of drainages and active faults of Jiudong Basin in the northern margin of the Qilian Mountains.

本研究在简要阐述河流阶地及其成因的基础上, 以穿过祁连山北缘活动断裂带的洪水坝河和马营河为切入点, 开展卫星影像解译、 河流阶地期次划分和OSL测年等工作, 以期建立阶地时间序列。此外, 利用差分GPS对2级断错阶地进行测量, 用于定量断层垂直滑移速率和河流下切速率。在此基础上, 结合祁连山北缘区域上的构造抬升速率和河流下切速率结果, 探讨河流地貌发育与构造、 气候的关系, 为揭示活动造山带地区的活动构造特征和河流演化历史的相关研究提供科学实例。

1 研究区地质背景

研究区位于河西走廊西部的酒东盆地内, 盆地呈NW向, 受限于西侧的文殊山隆起和东侧的榆木山隆起, 盆地内中新生代沉积厚度> 3km(Fang et al., 2005; Liu et al., 2010; Wang et al., 2016)。前人将酒东盆地从南至北划分为前山带、 中央坳陷带、 北部单斜带3个构造单元(余伯良, 1957)。盆地与南部的祁连山北缘以佛洞庙-红崖子断裂为界(图1), 该断裂总体走向NNW, 自西向东可分为3段, 分别为佛洞庙— 榆林坝段、 榆林坝— 红崖子段和红崖子— 西岔段。其中西段主要以逆冲作用为主, 走向N80° W, 倾向S, 倾角20° ~40° , 长60~65km, 断层错断多处地貌面, 可见明显的断错地貌特征; 中段断裂特征与西段类似, 以逆冲为主, 走向N50° ~60° W, 倾向SW, 倾角50° ~55° , 长约35km, 陡坎发育, 山前形成巨大的洪积扇; 东段断层陡坎较低, 且只在局部地区保留, 断裂主要以左旋走滑运动为主, 断裂走向N35° ~55° W, 倾向SW, 倾角65° , 长约15km。由于祁连山北缘的剧烈隆升, 在山前形成了巨大的洪积扇, 导致山前活动断裂两侧地貌发育不一致。洪水坝河、 丰乐河、 马营河等季节性内陆河流穿过佛洞庙-红崖子活动断裂, 河流下切程度较大, 使得河流沿岸发育了多级第四纪砾石层组成的冲洪积阶地。

2 河流阶地成因与测年

河流下切侵蚀而导致原来的河谷底部(河漫滩或者河床)超出一般洪水位以上, 呈阶梯状分布在河谷谷坡上的地形称为河流阶地(杨景春等, 2012)。一般来说, 影响河流阶地发育的主要因素有构造活动和气候变化(William, 1991; Burbank et al., 1996, 2011; Hetzel et al., 2002)。构造抬升易促使地壳上升, 使河流纵剖面坡度发生变化, 导致河流势能加大, 水动力增大, 发生下切侵蚀形成阶地(Maddy et al., 2001)。前人曾根据河流的侵蚀和加积下切速率来推算山体隆升速率(Burbank et al., 1996)。也有学者通过研究, 将阶地发育和区域构造活动相互对应(李吉均等, 1996; 谭利华等, 1998; 杨景春等, 1998; 李有利等, 2000)。除此之外, 气候变化的旋回性会控制河流的下切和侵蚀从而形成河流阶地(Penck et al., 1909; 李有利等, 1997; Antoine et al., 2000; Cordier et al., 2006; Vandenberghe, 2008; 胡小飞等, 2013)。具体表现为冰期降水量少, 一般对应河流的堆积作用, 可伴随着河流沉积物的堆积, 易形成宽阔的河漫滩; 而间冰期气候变暖, 降水增多, 河流下切作用加强, 导致冰期时形成的河漫滩废弃形成阶地(邢成起等, 2001; Pan et al., 2003; Sklar et al., 2004; 张培震等, 2008; Kasse et al., 2010; 杨景春等, 2012)。然而, 越来越多的证据表明, 控制阶地发育的因素并不单一, 构造活动和气候变化二者共同导致河流阶地的发育(Heztel et al., 2002, 2006; Pan et al., 2003)。通常来说, 不同地区, 在不同阶段构造和气候对河流演化的作用强度有所不同, 且气候变化和构造活动发生的时间尺度存在差异。 一般来说, 气候变化是全球性的, 而构造活动往往发生在某些构造变形强烈的地区, 具有区域性(Lavé et al., 2001), 这就导致不同地区的河流受构造和气候的控制程度也有所不同。又因年代学研究的局限性, 加大了对阶地形成年代进行准确约束的困难性。因此, 河流阶地的成因不能一概而论, 而应具体问题具体分析。

第四纪年代学方法众多, 不同的测年方法因研究对象不同而有所区别(Watchamn et al., 2002)。光释光(OSL)测年技术在过去 15a得到了飞速发展, 基于石英和长石2种矿物的测年技术均日臻完善(Murray et al., 2000; Thiel et al., 2011; Li et al., 2011)。在世界范围, 尤其是中国的地球科学系统研究中得到了大量应用。释光测年也被成功用于中国黄土和沙漠等风成堆积来探讨活动构造和气候变化等(Lai et al., 2006, 2007; Lu et al., 2007; Fan et al., 2013; Qiu et al., 2015), 在此过程中, 测年技术本身也得到了快速的发展。本文采用OSL测年方法, 主要采集基座阶地黄土层底部样品进行年代学测定来代表河流阶地的废弃时间。实验室样品的采集和处理遵从OSL测年技术的基本流程。样品测试均在中国科学院地球环境研究所完成, 详细数据见表1。

表1 马营河阶地堆积光释光年龄、 等效剂量和环境剂量率 Table1 OSL ages, De and dose rate of fluvial samples from terraces on the Maying river
3 祁连山西段河流阶地地貌特征

选取穿过祁连山北缘活动断裂带的洪水坝河和马营河为研究对象, 开展阶地解译、 分期、 测量和测年等研究工作。具体的研究方法如下:

3.1 洪水坝河

洪水坝河发源于祁连山主峰的西南侧, 向北穿过佛洞庙-红崖子活动断裂流入酒东盆地, 最后汇入北大河。洪水坝河多发育基座阶地, 阶地基座由古近纪— 新近纪棕红色砂、 泥岩和第四纪的胶结或者半胶结砾岩组成, 阶地砾石磨圆度和分选性较好(李有利等, 2000)。河流下切深度可达150m(图2a), 两岸阶地保留情况出现差异, 相对西岸来说, 河流东岸阶地发育级数较多并且保存更为完好。从阶地三维地貌解译图(图2c)可以看出, 洪水坝河出山口处至少发育9级阶地, 且阶地多分布于河流东岸, 与Yang 等(2017)对该河流阶地的解译类似。断层以北主要发育低级阶地, 最高级数不超过6级, 且保存较集中(图2e)。T1— T3阶地因阶地面被破坏, 只零星分布在河床两岸。T4阶地相对来说保存的面积稍大, 阶地面较为平整, 其破坏程度略小于低级阶地。T5、 T6阶地是保存最完整的阶地, 阶地面平坦开阔且2级阶地上发育明显的断层陡坎(图2d)。同时, 我们在T5阶地上划分了3期洪积扇面(图2c)。断层陡坎以南, 靠近祁连山腹地, 除集中发育低阶地外, 还发育7— 9级高阶地(图2b), 阶地分布较集中, 阶地面平坦, 且阶地间高差明显。为确定断裂活动对河流阶地的变形改造作用, 我们对阶地上形成的断层陡坎进行了差分GPS测量, 选取测线近端可能保留早期地貌面的数据进行拟合, 分别获取洪水坝河T5和T6阶地上断层陡坎的垂直位移为(14± 2.0)~(17± 2.5)m 和(18.3± 2.5)m(图4a)。因尚未获得洪水坝河阶地的测年结果, 我们利用前人在该区域获得的测年结果对断裂的垂直滑移速率和河流下切速率进行简单的计算。对分布最广的T5阶地进行了拔河高度测量, 获取基座相对抬升量为(150± 15)m。根据Yang等(2017)在此阶地面上获得的 10Be 暴露年龄(15.0± 1.5)ka, 可初步计算出T5阶地在形成以来的平均下切速率约为(10.2± 2.0)mm/a, T5阶地的平均垂直滑移速率为(1.1± 0.2)mm/a。刘兴旺等(2012)在T6阶地面上采集了埋深1.2m的OSL样品, 并获得其年龄为(54.86± 4.39)ka。如果以断层陡坎高度和阶地沉积年龄初步计算, 得出约55ka以来佛洞庙-红崖子活动断裂在T6阶地上的平均垂直滑移速率为(0.3± 0.1)mm/a。值得注意的是, 因差分GPS测线P3的一部分在T6阶地面上(断裂上盘), 而另一部分在T5阶地面上(断裂下盘), 考虑到近断层端存在加积现象, 故可认为求得的陡坎垂直位移小于T6阶地实际被错断的垂直位移, 且因光释光样品不是地表样品故年龄可能相对偏老, 由此计算出来的垂向滑移速率偏小。

图 2 洪水坝河出山口处阶地地貌
a 洪水坝河深切峡谷; b 断层南侧发育的多级阶地; c 洪水坝河三维地貌解译图; d T5阶地面上的断层陡坎; e 河流东岸断层北侧保留的阶地Fig. 2 Landforms of fluvial terraces at range-outlet of the Hongshuiba river.

3.2 马营河

马营河出山口的阶地拔河高度也高达上百m, 并形成深切峡谷(图3a)。对河流出山口处的遥感影像进行解译(图3c), 认为该区河流下切至少形成了8级阶地。与洪水坝河类似, 马营河的高阶地(T7— T8)同样发育于佛洞庙-红崖子断裂的南部, 由中更新世洪积砾石层和基岩组成, 其低阶地则主要发育于断裂北部, 有学者将这种断裂两侧的阶地级数存在差异性的河流阶地划分为单侧型错断变形类型, 主要特征为阶地多发育于断裂上盘, 但在断裂下盘不发育, 可反映断裂为祁连山北缘断裂带近期活动的最北缘断裂(杨景春等, 1998)。相对来说, 马营河T6阶地保存最完整, 分布广泛, 河床两侧随处可见, 阶地面被断裂错断形成陡坎(图3b)。T5阶地仅在佛洞庙-红崖子断裂两侧有部分保存, 因其和T6阶地高度相差不大, 所以并不容易辨认。T1— T4同样也只在局部区域保存且序列连续。在跨过断裂的2级阶地T5、 T6上用差分GPS测量了4个陡坎剖面(图4b), 其中T5阶地上2个测量剖面的陡坎高度分别为(3.0± 0.3)m和(3.1± 0.4)m, T6阶地上2个测量剖面的陡坎高度分别为(4.8± 0.3)m和(4.7± 0.5)m。在T5阶地顶部埋深0.7m处和0.4m处的灰褐色黄土状粉砂土层采集了2个OSL样品(09-OSL-22和09-OSL-23, 图3d), 其年龄分别为(8.08± 0.39)ka和(3.49± 0.25)ka(表1)。选取了下部靠近基座的黄土年龄用于计算(即09-OSL-22)T5阶地的断层垂直滑移速率, 结果为(0.4± 0.01)mm/a。另外, 在T6阶地顶部埋深0.95m处和0.5m处的灰褐色黄土状粉砂土层也采集了2个OSL样品(09-OSL-20和09-OSL-21, 图3e), 其年龄分别(11.14± 1.46)ka和(7.03± 1.22)ka。同样选取下部较老的年龄用于计算断裂垂直滑移速率, 结果为(0.4± 0.1)mm/a。根据T6阶地的相对拔河高度(132± 13)m 估算, 得到T6阶地形成以来的平均下切速率约为(12.2± 2.8)mm/a。

图 3 马营河出山口处阶地地貌
a 马营河深切河谷; b 西岸T6阶地上的断层陡坎; c 马营河三维地貌解译图; d T5阶地采样剖面照片; e T6阶地采样剖面照片Fig. 3 Geomorphology of fluvial terraces at the range-outlet of the Maying river.

图 4 洪水坝河和马营河T5、 T6阶地面上测量的陡坎剖面
a 洪水坝河T5、 T6阶地面上测量的陡坎剖面; b 马营河T5、 T6阶地面上测量的陡坎剖面Fig. 4 Scarp profiles on terraces T5 and T6 on the Hongshuiba river and Maying river.

4 河流阶地发育的控制因素讨论
4.1 构造活动

前文已论述, 河流阶地的发育与构造活动和气候变化二者密切相关, 故从构造和气候2个方面来讨论研究区河流阶地的成因。首先, 确定了佛洞庙-红崖子活动断裂在洪水坝河段的垂直滑移速率为(0.3± 0.1)mm/a 和(1.1± 0.2)mm/a; 在马营河段的垂直滑移速率为(0.4± 0.1)mm/a。 前人已对此断裂有诸多研究, 并通过多种方法获得了断裂的垂直滑移速率, 其数值也大多接近于1mm/a: 如陈文彬(2003)计算出佛洞庙-红崖子断裂在洪水坝河东岸的垂直滑动速率约为0.55mm/a; 刘兴旺等(2012)由西向东实测了多处断错地貌并获得断裂的垂直滑移速率为0.33mm/a 和0.88mm/a; 而Yang 等(2017)研究得到的佛洞庙-红崖子断裂西段和中段的垂直滑移速率分别为(1.3± 0.1)mm/a和(0.9± 0.1)mm/a。结合本文得出的平均垂直滑移速率和由上述资料获得的速率, 推断佛洞庙-红崖子活动断裂的垂直滑移速率为0.2~1.4mm/a。除此之外, 对于佛洞庙-红崖子活动断裂的周边断裂也有学者做过研究, 如张掖断裂的垂直滑移速率为0.6~0.9mm/a(Hetzel et al., 2004), 玉门-北大河断裂的垂直滑移速率为(0.73± 0.09)mm/a(Liu et al., 2017), 玉门断裂的垂直滑移速率为(0.35± 0.05)mm/a(Hetzel et al., 2002), 嘉峪关断裂的垂直滑移速率为(0.22± 0.03)mm/a(Zheng et al., 2013), 以上断裂的垂直滑动速率都小于或接近1mm/a。Hu等(2015)求得金塔河流域地壳缩短速率为(0.9± 0.3)mm/a, 如按断裂倾角为 23° ± 3° 来计算, 得出其隆升速率为(0.36± 0.16)mm/a。在长时间的隆升速率方面, Zheng 等(2010)通过低温热年代学方法得到了祁连北缘在9Ma以来的隆升速率为0.5mm/a。总之, 祁连山北缘山前活动断裂, 包括佛洞庙-红崖子活动断裂, 其利用河流地貌限定的平均滑移或隆升速率为 0.2~1.4mm/a。

4.2 气候变化

中国全新世经历了多次剧烈的气候波动与寒冷事件, 如8.5~7.2ka, BP期间发生了多次冷暖气候的交替(施雅风等, 1992), 可能会影响祁连山地区的降水和植被覆盖情况, 有利于该区域河流阶地的发育。而姚檀栋等(2000)也提出青藏高原在间冰期与冰期转型期间有4~10℃的气温变化, 很有可能对高原的降水造成影响, 这些恰恰会改变祁连山山前的季节性河流的水动力条件, 使得河流发生下切作用形成阶地。上述表明构造和气候在该区域活动性都比较强烈。在此条件下, 仅考虑佛洞庙-红崖子活动断裂的平均垂直滑移速率来代表该区全新世晚期的构造抬升速率, 结合前文求得的洪水坝河和马营河现今分布最广阔的阶地面(洪水坝河T5阶地和马营河T6阶地)的下切速率可以对驱动河流下切的因素所占比重进行简要分析。因河流阶地的下切速率约为10~12mm/a, 而构造抬升的速率约为1mm/a, 比河流下切速率小1个数量级左右, 故其余大约90%的河流下切动力可能为气候变化所致, 与Zhang等(2016)的研究结果类似。基于此, 我们初步认为该区全新世晚期河流阶地的发育由构造活动和气候变化共同控制, 其中气候变化是影响河流阶地发育的主要因素。

其他的控制因素, 如区域岩性的差异, 也会影响河流下切的程度。或者, 下游汇水盆地因降雨等因素而导致的水位下降也会引起局部的侵蚀基准面下降, 进而控制河流发育阶地。

5 结论

论文以穿过祁连山北缘活动断裂带的洪水坝河和马营河为例, 基于遥感影像解译识别出8— 9级河流阶地, 并划分阶地期次。根据洪水坝河T5和马营河T6阶地相对拔河高度和年龄, 分别计算出全新世以来的平均下切速率为(10.2± 2.0)mm/a 和(12.2± 2.8)mm/a。基于精确的断层陡坎野外实测数据和相应的阶地年龄, 计算出佛洞庙-红崖子活动断裂的垂直滑移速率, 与河流下切速率相差1个量级。结合前人在该区及邻近区域的研究结果, 可初步认为构造活动和气候变化共同影响祁连山北缘河流阶地的发育, 并且该区全新世晚期河流阶地的发育中气候变化占据主导作用。

更深入的活动构造调查工作和阶地年龄约束有待开展。如购买高精度DEM或者立体相对数据用于更精细地划分河流阶地期次; 采用更多、 更准确的年代学方法对阶地的形成年代进行约束, 以期构建更详细的阶地时间序列; 进一步开展活动褶皱与阶地发育相关的研究工作。以上将有助于更好地揭示祁连山北缘的活动构造特征和河流演化历史。

致谢 论文的研究思路得到中山大学地球科学与工程学院张培震院士的指导; 论文写作得到中山大学地球科学与工程学院李涛研究员、 李志刚研究员、 熊建国博士后和王洋博士后的帮助; 光释光样品在中国科学院地球环境研究所测试; 张会平研究员对本文提出的建设性修改意见使文章得以完善, 在此一并表示感谢。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 陈文彬. 2003. 河西走廊及邻近地区最新构造变形基本特征及构造成因分析[D]. 北京: 中国地震局地质研究所.
CHEN Wen-bin. 2003. Principal features of tectonic deformation and their generation mechanism in the Hexi corridor and its adjacent regions since late Quaternary [D]. Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing(in Chinese). [本文引用:1]
[2] 胡小飞, 潘保田, 高红山, 等. 2013. 祁连山东段全新世河流阶地发育及其与气候变化的关系研究[J]. 第四纪研究, 33(4): 723—736.
HU Xiao-fei, PAN Bao-tian, GAO Hong-shan, et al. 2013. Development of Holocene fluvial terraces in the eastern Qilianshan Mountain and its relationship with climatic changes[J]. Quaternary Sciences, 33(4): 723—736(in Chinese). [本文引用:1]
[3] 李吉均. 1999. 青藏高原的地貌演化与亚洲季风[J]. 海洋地质与第四纪地质, 19(1): 1—12.
LI Ji-jun. 1999. Studies on the geomorphological evolution of the Qinghai-Xizang(Tibetan)Plateau and Asian Monsoon[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 19(1): 1—12(in Chinese). [本文引用:1]
[4] 李吉均. 2013. 青藏高原隆升与晚新生代环境变化[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 49(2): 154—159.
LI Ji-jun. 2013. Tectonic uplift of the Tibetan plateau and Late Cenozoic climate change[J]. Journal of Lanzhou University(Natural Sciences), 49(2): 154—159(in Chinese). [本文引用:1]
[5] 李吉均, 方小敏, 马海洲, 等. 1996. 晚新生代黄河上游地貌演化与青藏高原隆起[J]. 中国科学(D辑), 26(4): 316—322.
LI Ji-jun, FANG Xiao-min, MA Hai-zhou, et al. 1996. Geomorphological and environmental evolution in the upper reaches of the Yellow River during the Late Cenozoic[J]. Science in China(Ser D), 39(4): 380—390. [本文引用:2]
[6] 李有利, 司苏沛, 吕胜华, 等. 2012. 构造运动和气候变化对天山北麓奎屯河阶地发育的影响作用[J]. 第四纪研究, 32(5): 880—890.
LI You-li, SI Su-pei, LÜ Sheng-hua, et al. 2012. Tectonic and climatic controls on the development of the kuitun River terraces in the northern piedmont of Tianshan Mountains[J]. Quaternary Sciences, 32(5): 880—890(in Chinese). [本文引用:1]
[7] 李有利, 谭利华, 段烽军, 等. 2000. 甘肃酒泉盆地河流地貌与新构造运动[J]. 干旱区地理(汉文版), 23(4): 304—309.
LI You-li, TAN Li-hua, DUAN Feng-jun, et al. 2000. Response of alluvial land forms to neotectonics in the Jiuquan Basin, Gansu, Northwest China[J]. Arid Land Geography, 23(4): 304—309(in Chinese). [本文引用:3]
[8] 李有利, 杨景春. 1997. 河西走廊平原区全新世河流阶地对气候变化的响应[J]. 地理科学, 17(3): 248—252.
LI You-li, YANG Jing-chun. 1997. Response of alluvial terraces to Holocene climatic changes in the Hexi Corridor Basins, Gansu, China[J]. Science Geographic Sinica, 17(3): 248—252(in Chinese). [本文引用:1]
[9] 刘兴旺, 袁道阳, 郑文俊, 等. 2012. 祁连山北缘佛洞庙-红崖子断裂晚第四纪滑动速率研究[J]. 地质科学, 47(1): 51—61.
LIU Xing-wang, YUAN Dao-yang, ZHENG Wen-jun, et al. 2012. Research on late Quaternary slip rates of the Fodongmiao-Hongyazi Fault at the north margin of Qilianshan Mountain[J]. Chinese Journal of Geology, 47(1): 51—61(in Chinese). [本文引用:1]
[10] 潘保田, 高红山, 李炳元, 等. 2004. 青藏高原层状地貌与高原隆升[J]. 第四纪研究, 24(1): 50—57.
PAN Bao-tian, GAO Hong-shan, LI Bing-yuan, et al. 2004. Step-like land forms and uplift of the Qinghai-Xizang Plateau[J]. Quaternary Sciences, 24(1): 50—57(in Chinese). [本文引用:1]
[11] 施雅风, 孔昭宸, 王苏民, 等. 1992. 中国全新世大暖期的气候波动与重要事件[J]. 中国科学(B辑), 22(12): 1300—1308.
SHI Ya-feng, KONG Zhao-chen, WANG Su-min, et al. 1992. The climatic fluctuation and important events of Holocene Megathermal in China[J]. Science China(Ser B), 37(3): 353—365. [本文引用:1]
[12] 谭利华. 1998. 河西走廊新生代构造运动的阶段划分[J]. 北京大学学报(自然科学版), 34(4): 523—532.
TIAN Li-hua. 1998. Stages of Cenozoic tectonic movement in Hexi Corridor, Gansu Province[J]. Ada Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 34(4): 523—532(in Chinese). [本文引用:1]
[13] 邢成起, 丁国瑜, 卢演俦, 等. 2001. 黄河中游河流阶地的对比及阶地系列形成中构造作用的多层次性分析[J]. 中国地震, 17(2): 187—201.
XING Cheng-qi, DING Guo-yu, LU Yan-chou, et al. 2001. Comarison of river terraces in the middle reach valleys of the Yellow River and analysis on the multi-grdational features of tectionic action in the formation of terrace series[J]. Earthquake Research in China, 17(2): 187—201(in Chinese). [本文引用:1]
[14] 杨景春, 李有利. 2012. 地貌学原理 [M]. 3版. 北京: 北京大学出版社.
YANG Jing-chun, LI You-li. 2012. Principle of Geomorphology [M]. 3rd ed. Peking University Press, Beijing(in Chinese). [本文引用:2]
[15] 杨景春, 谭利华, 李有利, 等. 1998. 祁连山北麓河流阶地与新构造演化[J]. 第四纪研究, 18(3): 229—237.
YANG Jing-chun, TAN Li-hua, LI You-li, et al. 1998. River terraces and Neotectonic evolution at north margin of the Qilianshan Mountains[J]. Quaternary Sciences, 18(3): 229—237(in Chinese). [本文引用:4]
[16] 余伯良. 1957. 甘肃走廊新构造运动的特征与意义[J]. 地质论评, 17(1): 22—29.
YU Bo-liang. 1957. The futures and meanings of Neotectonics in Gansu Corridor[J]. Geology Comments, 17(1): 22—29(in Chinese). [本文引用:1]
[17] 姚檀栋, 刘晓东, 王宁练. 2000. 青藏高原地区的气候变化幅度问题[J]. 科学通报, 45(1): 98—106.
YAO Tan-dong, LIU Xiao-dong, WANG Ning-lian. 2000. Amplitude of climatic changes in Qinghai-Tibetan plateau[J]. Chinese Science Bulletin, 45(13): 1236—1243. [本文引用:1]
[18] 张会平, 张培震, 郑德文, 等. 2012. 祁连山构造地貌特征: 青藏高原东北缘晚新生代构造变形和地貌演化过程的启示[J]. 第四纪研究, 32(5): 907—920.
ZHANG Hui-ping, ZHANG Pei-zhen, ZHENG De-wen, et al. 2012. Tectonic geomorphology of the Qilian Shan: insights into the Late Cenozoic land scape evolution and deformation in the north eastern Tibetan plateau[J]. Quaternary Sciences, 32(5): 907—920(in Chinese). [本文引用:1]
[19] 张培震, 李传友, 毛凤英. 2008. 河流阶地演化与走滑断裂滑动速率[J]. 地震地质, 30(1): 44—57. doi: DOI: 103969/j. issn. 0253-4967. 2008. 01. 004.
ZHANG Pei-zhen, LI Chuan-you, MAO Feng-ying. 2008. Strath terrace formation and strike-slip faulting[J]. Seismology and Geology, 30(1): 44—57(in Chinese). [本文引用:1]
[20] 郑度, 姚檀栋. 2006. 青藏高原隆升及其环境效应[J]. 地球科学进展, 21(5): 451—458.
ZHENG Du, YAO Tan-dong. 2006. Uplifting of Tibetan plateau with its environmental effects[J]. Advances in Earth Science, 21(5): 451—458(in Chinese). [本文引用:1]
[21] An Z S, Kutzbach J E, Prell W L, et al. 2001. Evolution of Asian monsoons and phased uplift of the Himalaya-Tibetan plateau since Late Miocene times[J]. Nature, 411(6833): 62—66. [本文引用:1]
[22] Antoine P, Lautridou J P, Laurent M. 2000. Long-term fluvial archives in NW France: response of the Seine and Somme rivers to tectonic movements, climatic variations and sea-level changes[J]. Geomorphology, 33(3-4): 183—207. [本文引用:1]
[23] Burbank D W, Anderson R S. 2011. Tectonic Geomorphology, second edition[J]. Environmental & Engineering Geoscience, 19(2): 198—200. [本文引用:2]
[24] Burbank D W, Leland J, Fielding E, et al. 1996. Bedrock incision, rock uplift and threshold hillslopes in the northwestern Himalayas[J]. Nature, 379(6565): 505—510. [本文引用:3]
[25] Cordier S, Harmand D, Frechen M, et al. 2006. Fluvial system response to Middle and Upper Pleistocene climate change in the Meurthe and Moselle valleys(Eastern Paris Basin and Rhenish Massif)[J]. Quaternary Science Reviews, 25(13-14): 1460—1474. [本文引用:1]
[26] England P, Molnar P. 1990. Surface uplift, uplift of rocks, and exhumation of rocks[J]. Geology, 18(12): 1173—1177. [本文引用:1]
[27] Fan Y X, Chen X L, Fan T L, et al. 2013. Sedimentary and OSL dating evidence for the development of the present Hobq desert land scape, northern China[J]. Science China-Earth Sciences, 56(12): 2037—2044. [本文引用:1]
[28] Fang X M, Zhao Z J, Li J J, et al. 2005. Magnetostratigraphy of the late Cenozoic Laojunmiao anticline in the northern Qilian Mountains and its implications for the northern Tibetan plateau uplift[J]. Science in China(Ser D), 48(7): 1040—1051. [本文引用:1]
[29] Harrison T M, Copeland P, Kidd W S F, et al. 1992. Raising Tibet[J]. Science, 255(5052): 1663—1670. [本文引用:1]
[30] Hetzel R, Niedermann S, Tao M X, et al. 2002. Low slip rates and long-term preservation of geomorphic features in Central Asia[J]. Nature, 417(6887): 428—432. [本文引用:5]
[31] Hetzel R, Tao M X, Stokes S, et al. 2004. Late Pleistocene/Holocene slip rate of the Zhangye thrust(Qilian Shan, China)and implications for the active growth of the northeastern Tibetan plateau[J]. Tectonics, 23(6): TC6006. [本文引用:1]
[32] Hetzel R, Niedermann S, Tao M X, et al. 2006. Climatic versus tectonic control on river incision at the margin of NE Tibet: 10Be exposure dating of river terraces at the mountain front of the Qilian Shan[J]. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 111(F3): F03012. [本文引用:2]
[33] Hu X F, Pan B T, Kirby E, et al. 2015. Rates and kinematics of active shortening along the eastern Qilian Shan, China, inferred from deformed fluvial terraces[J]. Tectonics, 34(12): 2478—2493. [本文引用:2]
[34] Kasse C, Bohncke S J P, Vand enberghe J, Gabris G. 2010. Fluvial style changes during the last glacial-interglacial transition in the middle Tisza valley(Hungary)[J]. Proceedings of the Geologists' Association, 121(2): 180—194. [本文引用:1]
[35] Lai Z P, Wintle A G. 2006. Locating the boundary between the Pleistocene and the Holocene in Chinese loess using luminescence[J]. The Holocene, 16(6): 893—899. [本文引用:1]
[36] Lai Z P, Wintle A G, Thomas D S G. 2007. Rates of dust deposition between 50ka and 20ka revealed by OSL dating at Yuanbao on the Chinese Loess Plateau[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 248(3-4): 431—439. [本文引用:1]
[37] Lavé J, Avouac J P. 2001. Fluvial incision and tectonic uplift across the Himalayas of central Nepal[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 106(B11): 26561—26591. [本文引用:1]
[38] Li B, Li S H. 2011. Luminescence dating of K-feldspar from sediments: A protocol without anomalous fading correction[J]. Quaternary Geochronology, 6(5): 468—479. [本文引用:1]
[39] Liu D L, Fang X M, Song C H, et al. 2010. Stratigraphic and paleomagnetic evidence of mid-Pleistocene rapid deformation and uplift of the NE Tibetan plateau[J]. Tectonophysics, 486(1-4): 108—119. [本文引用:1]
[40] Liu X W, Yuan D Y, Su Q. 2017. Late Pleistocene slip rate of the northern Qilian Shan frontal thrust, western Hexi Corridor, China[J]. Terra Nova, 29(4): 238—244. [本文引用:1]
[41] Liu-Zeng J, Tapponnier P, Gaudemer Y, et al. 2008. Quantifying land scape differences across the Tibetan plateau: Implications for topographic relief evolution[J]. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 113(F4): F04018. doi: DOI:10.1029/2007JF000897. [本文引用:1]
[42] Lu Y C, Wang X L, Wintle A G. 2007. A new OSL chronology for dust accumulation in the last 130, 000 yr for the Chinese Loess Plateau[J]. Quaternary Research, 67(7): 152—160. [本文引用:1]
[43] Maddy D, Bridgland D, Westaway R. 2001. Uplift-driven valley incision and climate-controlled river terrace development in the Thames Valley, UK[J]. Quaternary International, 79(1): 23—36. [本文引用:1]
[44] Molnar P. 2005. The growth of the Tibetan plateau and Mio-Pliocene evolution of East Asian climate[J]. Palaeontologia Electronica, 8(1): 131—142. [本文引用:1]
[45] Molnar P, Tapponnier P. 1975. Cenozoic tectonics of Asia: effects of a continental collision[J]. Science, 189(4201): 419—426. [本文引用:1]
[46] Murray A S, Wintle A G. 2000. Luminescence dating of quartz using an improved single-aliquot regenerative-dose protocol[J]. Radiation Measurements, 32(1): 57—73. [本文引用:1]
[47] Pan B, Burbank D, Wang Y X, et al. 2003. A 900 k. y. record of strath terrace formation during glacial-interglacial transitions in northwest China[J]. Geology, 31(11): 957—960. [本文引用:5]
[48] Pan B T, Gao H S, Wu G J, et al. 2007. Dating of erosion surface and terraces in the eastern Qilian Shan, northwest China[J]. Earth Surface Processes and Land forms, 32(1): 143—154. [本文引用:2]
[49] Pan B T, Hu X F, Gao H S, et al. 2013. Late Quaternary river incision rates and rock uplift pattern of the eastern Qilian Shan Mountain, China[J]. Geomorphology, 184: 84—97. [本文引用:1]
[50] Pan B T, Su H, Hu Z B, et al. 2009. Evaluating the role of climate and tectonics during non-steady incision of the Yellow River: evidence from a 1. 24Ma terrace record near Lanzhou, China[J]. Quaternary Science Reviews, 28(27-28): 3281—3290. [本文引用:1]
[51] Qiu F Y, Zhou L P. 2015. A new luminescence chronology for the Mangshan loess-palaeosol sequence on the southern bank of the Yellow River in Henan, central China[J]. Quaternary Geochronology, 30: 24—3. [本文引用:1]
[52] Rockwell T K, Keller E A, Dembroff G R. 1988. Quaternary rate of folding of the Ventura Avenue anticline, western Transverse Ranges, southern California[J]. Geological Society of America Bulletin, 100(6): 850—858. [本文引用:1]
[53] Royden L H, Burchfiel B C, Van Der Hilst R D. 2008. The geological evolution of the Tibetan plateau[J]. Science, 321(5892): 1054—1058. [本文引用:1]
[54] Schumm S A. 1977. The fluvial system[J]. Fluvial System, 13(1): 244—259. [本文引用:1]
[55] Sklar L S, Dietrich W E. 2004. A mechanistic model for river incision into bedrock by saltating bed load[J]. Water Resources Research, 40(6): W06301. doi: DOI:10.1029/2003WR002496. [本文引用:1]
[56] Tapponnier P, Xu Z Q, Roger F, et al. 2001. Oblique stepwise rise and growth of the Tibet plateau[J]. Science, 294(5547): 1671—1677. [本文引用:1]
[57] Tapponnier P G, Peltzer G L, Le Dain A Y, et al. 1982. Propagating extrusion tectonics in Asia: new insights from simple experiments with plasticine[J]. Geology, 10(12): 611. [本文引用:1]
[58] Thiel C, Buylaert J P, Murray A, et al. 2011. Luminescence dating of the Stratzing loess profile(Austria)-Testing the potential of an elevated temperature post-IR IRSL protocol[J]. Quaternary International, 234(1-2): 23—31. [本文引用:1]
[59] Vand enberghe J. 2008. The fluvial cycle at cold-warm-cold transitions in lowland regions: A refinement of theory[J]. Geomorphology, 98(3-4): 275—284. [本文引用:1]
[60] Von Penck A, Brückner E. 1909. Die Alpen im Eiszeitalter[J]. Journal of Geology, 17: 380—385. [本文引用:1]
[61] Wang W T, Zhang P Z, Pang J Z, et al. 2016. The Cenozoic growth of the Qilian Shan in the northeastern Tibetan plateau: A sedimentary archive from the Jiuxi Basin[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 121(4): 2235—2257. [本文引用:1]
[62] Wang W T, Zheng W J, Zhang P Z, et al. 2017. Expansion of the Tibetan plateau during the Neogene[J]. Nature Communications, 8: 15887. [本文引用:1]
[63] Watchman A L, Twidale C R. 2002. Relative and ‘absolute' dating of land surfaces[J]. Earth-Science Reviews, 58(1-2): 1—49. [本文引用:1]
[64] Whipple K X, Hancock G S, Anderson R S. 2000, River incision into bedrock: Mechanics and relative efficacy of plucking, abrasion, and cavitation[J]. GSA Bulletin, 112(3): 490—503. [本文引用:1]
[65] Whipple K X, Meade B J. 2004. Controls on the strength of coupling among climate, erosion, and deformation in two-sided, frictional orogenic wedges at steady state[J]. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 109(F1): 325—341. [本文引用:1]
[66] William B B. 1991. Geomorphic Responses to Climatic Change [M]. Oxford University Press, Oxford: 326. [本文引用:2]
[67] Yang H B, Yang X P, Huang X N, et al. 2017. New constraints on slip rates of the Fodongmiao-Hongyazi fault in the Northern Qilian Shan, NE Tibet, from the10Be exposure dating of offset terraces[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 151: 131—147. [本文引用:1]
[68] Zhang H P, Oskin M E, Zhang P Z, et al. 2016. Rapid Holocene canyon incision in arid northeastern Tibet controlled by glacial meltwater runoff [R]. AGU. [本文引用:1]
[69] Zheng D W, Clark M K, Zhang P Z, et al. 2010. Erosion, fault initiation and topographic growth of the North Qilian Shan(northern Tibetan plateau)[J]. Geosphere, 6(6): 937—941. [本文引用:1]
[70] Zheng W J, Zhang H P, Zhang P Z, et al. 2013. Late Quaternary slip rates of the thrust faults in western Hexi Corridor(Northern Qilian Shan, China)and their implications for northeastward growth of the Tibetan plateau[J]. Geosphere, 9(2): 342—354. [本文引用:1]