数字地形分析是活动构造和构造地貌研究中的一种重要手段, 目前已被广泛应用于地表过程分析中。随着高精度数字地形数据获取的日益便捷, 精细定量化研究地貌参数已成为一个重要趋势。呼图壁断裂和独山子断裂位于天山山脉北麓, 地表迹线十分典型而显著。在这2个区域内, 前人已经完成了区域大比例尺活动断裂地质地貌填图, 并发表了大量研究成果。因此, 它们是十分理想的探索断层迹线自动化提取方法的2个区域。在实际提取过程中, 根据逆断层陡坎的倾向是否与其所在地貌面坡向一致, 文中分别定义了正向和反向逆断层陡坎。基于对这2种不同断层陡坎形态的分析, 利用ArcGIS软件平台并选择恰当的地貌参数实现了对断层地表迹线的提取。通过坡度计算、冲沟提取、数据密度分析和流程建模等步骤, 建立了2套智能化提取流程。最终提取结果与以往的地质地貌填图和遥感数据目视解译结果基本一致。除此之外, 独山子研究区的提取结果还揭露了未曾被识别的反向断层陡坎迹线。这不仅说明文中提出的方法具有很好的适用性, 同时也能够提取十分细小的逆断层地表迹线。与传统方法相比, 这种人机交互式的半自动化方法大大提高了工作效率。但是, 如何真正实现任意地质构造背景中逆断层地表迹线的完全自动化提取, 仍然是未来一个重要的研究方向。

依据山前洪积扇顶部的扇形地形和向下游方向逐渐降低的地形特征, 文中首先分析了断层面直立、 向河流上游倾斜、 向河流下游倾斜3种条件下左旋走滑断层错动在洪积扇顶部形成的断层陡坎的坡向和高度变化。 其次, 分析了左旋逆走滑断层、 左旋正走滑断层在不同断层倾向条件下, 断层错动在洪积扇顶部形成的断层陡坎的坡向和高度变化。 利用无人机实测地形数据、 谷歌卫星影像, 结合野外地质地貌调查, 发现新疆塔城盆地东缘NE-SW走向的冬别列克断裂近垂直穿过了自SE-NW发育的阿合别斗河。 阿合别斗河处洪积扇的中轴线为NW向, 坡向朝N, 断层活动使其顶部发育了高约5.2m、 坡向SE的反向断层陡坎。 而在河床左、 右两岸各1km之外的山前洪积扇上, 断层陡坎为坡向NW的正向断层陡坎, 坎高1~5m不等。 阿合别斗河左岸T2、 右岸T4与左、 右两岸T5阶地的左旋水平位错量分别为(10.1±0.2)m、 (10.6±0.7)m、 (29.1±0.2)m、 (20.0±0.7)m, 垂直位错量分别为(1.5±0.1)m、 (3.6±0.3)m、 (4.7±0.2)m、 (5.2±0.1)m。 野外调查发现2处断层露头, 断层面均倾向SE。 根据阿合别斗河附近的断错地貌和走滑断层断错地貌模型, 认为冬别列克断层在地貌面S1形成后为左旋逆走滑性质, T5阶地面形成后断层的性质转变为左旋正走滑并多次活动, 形成了自SW-NE连续分布的正向断层陡坎—无陡坎—反向断层陡坎—无陡坎—正向断层陡坎的地貌现象。

塔拉斯-费尔干纳断裂沿NW向斜切西天山山脉, 以愈千km的规模尺度构成了中亚地区重要的区域构造边界带。 早年和近期的许多地质研究结果均显示该断裂具有强烈的活动性, 所估计的全新世滑动速率高达8~20mm/a, 但GPS大地测量的简略估算结果却表明其现今整体的滑动速率仅约为2mm/a甚至更低。 文中基于塔拉斯-费尔干纳断裂周边大范围的最新GPS速度场资料, 通过断裂两侧远、 近场地壳的差异运动分析、 断裂沿线最大剪切应变率定量类比, 以及借助半无限弹性空间三维断裂位错模型的严密反演, 证实了该断裂现今仅具有中等偏弱的活动强度: 塔拉斯-费尔干纳断裂存在分段活动性, 其西北段、 中段、 东南段的右旋走滑速率分别为(2.1±0.7)mm/a、 (3.3±0.4)mm/a和(2.4±0.7)mm/a, 即中段的速率略大于西北段和东南段, 但量值均不突出, 远低于目前大多数地质结果所估计的高速率。 同时, 根据区域无自旋参考框架下断裂两侧远、 近场GPS速度矢量的差异甚微的特征, 认为塔拉斯-费尔干纳断裂现今的低滑动速率并非断裂强闭锁的暂态表现。

位于天山南麓库车坳陷中的东秋里塔格背斜带是典型的活动逆断裂褶皱带, 1949年的库车M7$\frac{1}{4}$地震发生在该逆断裂褶皱带上。 目前, 仍然没有发现此次大地震的地表破裂带, 也没有确定其发震断层。 同时, 由于这一地区相关的年代学研究匮乏, 对于这一地区的古地震事件仍然缺乏系统性地认识。 文中基于野外调查获取的地表地质特征和通过石油地震反射剖面解读的深部构造, 定性地分析了研究区内的地表活动断层与深部低倾角滑脱断层、 褶皱变形的关系。 我们聚焦于冲破至地表的活动断层, 选择在库车塔吾背斜北翼和东秋里塔格背斜南翼的突破断层上开挖了5个探槽, 分析了探槽中与古地震事件相关的构造和地层沉积特征。 根据OSL(光释光)和¹⁴C测年结果, 利用逐次限定法识别出了6次古地震事件。 在这些古地震事件中, 有的地表破裂同时发生在褶皱带南、 北两翼的突破断层上, 有的仅在褶皱带北翼的突破断层上发生。 总体而言, 这些古地震事件引起的地表破裂具有南天山低角度逆断层古地震破裂变形普遍存在的2种现象, 即单条断层多次破裂和多条断层同时破裂。 已揭示的古地震事件具有一定的丛集性, 在距今7.4ka以来具体表现为: 距今5.7~7.4ka共发生了3次古地震事件, 在距今3.3~4.7ka发生了1次古地震事件, 最新的丛集事件可能以1949年库车M7$\frac{1}{4}$地震的发生为标志。 研究区地震丛集的发生近似有2.5~4ka的重复周期, 1949年库车M7$\frac{1}{4}$地震之后是否还会发生强震, 还有待进一步的观察和详细研究。

在详细调查盐水沟以东秋里塔格背斜带地质、地貌特征的基础上，结合地震反射剖面揭示的深部构造形态，讨论了背斜区地表断层的分布特征、活动性及形成机制。盐水沟以东的秋里塔格背斜带包括库车塔吾背斜和东秋里塔格背斜。库车塔吾背斜核部断层是发育于古近系盐膏层中的滑脱断层向地表的延伸，在晚更新世仍持续活动。库车塔吾背斜北翼断层为受局部挤压应力控制而产生的褶皱调节断层，发育于北翼山前活动枢纽内，成组近平行出现，走向上展布不连续；探槽开挖结果表明，该断层全新世有过断错地表的古地震事件。发育于东秋里塔格背斜南翼靠近核部的博斯坦断层为较大规模的低倾角逆冲断层，向下可能与控制表层背斜生长的断坡相连。东秋里塔格背斜南翼断层是发育于断展褶皱陡倾前翼的剪切逆冲断层，亦平行成组出现，断续分布，在哥库洛克一带断层错断了全新世洪积扇。活动褶皱及其褶皱相关断层均为深部断层滑动经过复杂的褶皱变形传播到近地表的表现，是深部断层活动的指示构造。褶皱调节断层仅是褶皱过程中产生的局部变形，与控制褶皱生长的深部断层仅存在间接的关系。此类断层的滑动位移、速率等不代表深部控制背斜生长断层的运动学参数，但这些次级断层部分记录了活动褶皱区的古地震事件。

通过对东秋里塔格背斜地区内与褶皱陡坎伴生的次级断层进行的地质调查, 确定了该次级断层属于伸出向斜的逆冲断层, 也给出了次级断层的发生时间晚于褶皱作用起始时间的1个变形实例.褶皱陡坎中发育的次级断层使得陡坎上盘地层沿断层面整体向上迁移, 不仅次级断层使得阶地面发生掀斜并增大褶皱陡坎的坡度, 而且直接影响了区域缩短增量计算的真实性.计算结果显示, 当不考虑次级断层对褶皱陡坎高度的影响时, 计算所得缩短增量为51.42m, 考虑次级断层对褶皱陡坎高度的影响时, 计算得到的地壳缩短量为45.23m.二者相差6.19m, 偏差占总缩短增量的13.7%, 是一个不可忽视的量值.东秋里塔格背斜北翼和南翼的褶皱陡坎发育于相同岩性的基岩中而且具有相同的形成机制.但是背斜北翼在水平距离不足300m的范围内发育了3级褶皱陡坎, 这表明北翼相对于南翼, 其活动枢纽带更为紧闭.这是由于北翼存在更加强烈的挤压应力及更加快速的隆升作用.因此, 次级断层的研究对于正确认识区域构造演化、了解褶皱与断层相互作用关系具有重要意义.但是仍存在很多问题: 1)受观察剖面范围有限、次级断层分布不连续和断距沿延伸方向不断增大等因素的制约, 次级断层对缩短增量造成的影响可能被低估, 计算结果应为缩短量的最小值. 2)次级断层增加的陡坎高度与断层的断距、倾角具有怎样的定量关系? 3)若次级断层只发育于活动枢纽带内, 又会产生怎样的影响?这些问题还需更多的研究实例来进行更加深入的研究.

焉耆盆地为南天山内部的一个山间盆地, 盆地北缘发育1排第四纪新生褶皱带, 即和静逆断裂-褶皱带.中晚第四纪以来, 由于和静逆断裂-褶皱带的持续活动使得在褶皱生长过程中形成的多期洪积地貌面发生反向掀斜变形.利用高精度差分GPS, 对褶皱带中部哈尔莫敦背斜区内的多期变形地貌面的地形形态进行了测绘, 判定背斜的生长主要以翼旋转为主.利用背斜北翼不同地貌面的反向掀斜角度, 分别计算了不同期次地貌面的隆升和缩短变形量.结合原地宇宙成因核素深度剖面法和光释光测年法, 对背斜区内的F₄, F_3b, F₂洪积台地面和T₁阶地面的形成年龄进行了测定, 发现背斜在距今约550ka、428.3_-47.2^+57.6ka和354.3_-34.8^+34.2ka不同时段的平均隆升速率从 0.31±0.24mm/a下降至 0.15±0.02mm/a, 同时背斜北翼的翼旋转速度也呈逐渐减小的趋势.但背斜自起始变形开始, 缩短速率却大致保持恒定为约 0.3mm/a.而这一恒定的缩短速率与现今横跨和静逆断裂-褶皱带所观测的GPS速率具有很好的一致性, 说明在天山内部的哈尔莫敦背斜区, 短尺度的GPS速率可以代表长尺度的地壳应变速率, 同时反映出山体内部一系列断层和褶皱构造在吸收和调节整体变形量时也起到一定的作用.

等高线图、晕渲图和分层设色图等作为传统的三维数据的二维可视化方法，有各自的优点并被广泛地应用于屏幕显示和平面制图中。随着三维数据分辨率的不断提高，传统可视化方法已不能完全满足显示、挖掘隐含信息的要求。一种新的地形参数（openness）以及由此而产生的新的可视化方法（RRIM）被提出，这在很大程度上增强了二维显示的立体感和直观性。同时，在构造地貌研究的应用中，对细微构造的识别有着其他可视化方法无法比拟的优越性。良好的室内地貌解译工作不仅能够提高工作效率而且能够在一定程度上减少野外工作量。同时，对于森林覆盖严重、自然条件恶劣、不易到达而又具有研究价值的区域，RRIM提供了一种更好的工作方法，有着非常重要的实用价值。

位于天山南麓焉耆盆地北缘的和静逆断裂-褶皱带是天山地区的一个最新的变形带。通过对褶皱带西段夏尔木登背斜、哈尔莫顿背斜区遥感卫星影像(ETM+)和分辨率为25m的数字高程模型(DEM)数据解译分析,并结合野外考察,对两个背斜的地形横剖面、纵剖面,水系发育特征,两翼11个小型汇水盆地的水系密度、面积高度曲线和积分值分析表明,夏尔木登背斜和哈尔莫敦背斜在第四纪时期发生了隆升,而且夏尔木登背斜先于哈尔莫敦背斜开始隆升。夏尔木登背斜自中部向东西两侧扩展,哈尔莫敦背斜则自西向东扩展。第四纪构造活动是驱动横穿两个背斜的一系列河流向东迁移的驱动因素,并形成一系列自西向东谷底高程逐渐降低的风口。夏尔木登背斜两翼汇水盆地的河流水系密度自中部由5.37km^-1 分别向东西两侧降低到2.65km^-1 和3.07km^-1,盆地内的冲沟坡度角也逐渐由中部向两侧变陡。而哈尔莫敦背斜表现出以垂向的构造隆起和向东的侧向生长为主的变形模式,水系密度自西向东逐渐降低,由3.87km^-1降低到2.37km^-1,冲沟坡度角由4°上升到6°,面积高度曲线由S形逐渐变为向上凸起,积分值也由0.45增加到0.76。此外,自西向东横穿背斜的11条地形横剖面指示了褶皱的高度由西向东逐渐递减,也证明了和静逆断裂-褶皱带整体自西向东的侧向扩展变形。

利用航空遥感照片和Google earth卫星影像,对天山北麓独山子活动背斜区奎屯河两侧的河流地貌进行解释,结合野外调查发现,奎屯河流经独山子背斜段发育7级基座阶地,阶地基座为上新统独山子组泥岩,其上部为2.5～15m厚的砂砾石层和砂质黏土。在开挖或剥离的各级阶地堆积物剖面中采集细粒堆积物样品,实验室中采用细粒石英光释光测年的简单多片再生法对每件样品进行测试,得到独山子背斜区T₁、T₂、T₃、T₅、T₆和T₇阶地堆积上部的堆积时代分别为距今1.7、14.98、20.7～27.3、29.3～39.2、47～56和103～118ka。结合晚第四纪的气候变化,认为奎屯河T₁～T₇阶地的下切形成时代分别为距今约1.7、14、20、25、30、50和100ka。独山子-安集海断裂带上的古地震资料表明,距今约25ka以来发生了8次古地震事件,发生时间分别为距今2、3.4、4.3、5.8、7.5、12.8、18和24ka。对比古地震发生的时代和阶地形成的时代发现,最新1次、第6次、第7次、第8次古地震事件发生时代分别与T₁、T₂、T₃和T₄阶地形成时代大致相同。T₂阶地形成之后到T₁阶地形成之前还发生了4次古地震事件,这期间沿奎屯河没有发育河流阶地,但奎屯河快速下切约40m。我们认为独山子-安集海断裂带上古地震的发生使得其断层上盘的独山子背斜快速隆起,以及奎屯河河床坡度增大,从而使水流的下切能力增强,引起河流快速下切而形成河流阶地或深切峡谷,活动背斜段的阶地序列可能反映与其相关断裂上的古地震序列。