黃若鑫，張昌民，馮文杰

長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430100

0 引言

2010 年，Hartleyet al.[1]運(yùn)用Google Earth 對(duì)全球700 余個(gè)現(xiàn)代沉積盆地中的沖積河流沉積體系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)新的河流沉積學(xué)術(shù)語(yǔ)，即:分支河流體系（Distributive Fluvial System，DFS）。DFS是指河流失去了山谷的限制，沉積物伴隨河流從山口向盆地發(fā)育的沉積體系，其表面的河道形態(tài)整體上表現(xiàn)為從一頂點(diǎn)處向下呈放射狀展布[1-2]。近十年來(lái)，隨著研究投入與成果的增加，DFS 這一理論體系得到了快速發(fā)展和不斷完善[3-15]。Weissmannet al.[2]通過(guò)識(shí)別大量DFS，將其構(gòu)造背景劃分為四種類型：拉伸（包括斷裂，被動(dòng)大陸邊緣等），擠壓，走滑和克拉通。前人在研究盆地構(gòu)造背景對(duì)DFS分布的控制方面的成果較多[1,8,14,16]，有關(guān)局部構(gòu)造背景影響DFS幾何形態(tài)及其規(guī)模的研究較少。在擠壓盆地邊緣的逆沖斷裂帶中，推覆體兩翼均發(fā)育有沉積體系。這些沉積體受沖斷帶影響，其分布與發(fā)育特征具有顯著差異。柯坪逆沖帶位于南天山南麓，處于南天山造山帶與塔里木盆地之間，呈3～4排以近東西走向的獨(dú)特構(gòu)造展布[17]。通過(guò)衛(wèi)星地圖觀察到區(qū)內(nèi)發(fā)育有大量的DFS，受構(gòu)造格局的控制，在構(gòu)造不同部位發(fā)育的DFS的規(guī)模和幾何形態(tài)具有明顯的差異。本文運(yùn)用Google Earth等地理信息平臺(tái)對(duì)柯坪逆沖帶不同構(gòu)造部位發(fā)育的DFS進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)量，分析DFS發(fā)育與盆地局部構(gòu)造背景之間的相關(guān)性，為地下地質(zhì)研究中預(yù)測(cè)DFS的分布提供可對(duì)比的現(xiàn)代實(shí)例，也為分析前陸沖斷帶DFS的發(fā)育與分布特征提供了參考信息。

1 區(qū)域地質(zhì)地理概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造特征

研究區(qū)地處新疆南部阿克蘇地區(qū)最西端—柯坪逆沖帶內(nèi)，其位于塔里木盆地西北緣古天山造山帶與塔里木板塊北部交界地帶，地理位置介于76°29′～79°32′ E，40°15′～40°35′ N，是天山和塔里木盆地在新生代盆山耦合作用下形成的構(gòu)造變形區(qū)（圖1a）[18-25]。柯坪逆沖帶東起阿克蘇，西至喀什市北，北以阿合奇斷裂與南天山晚古生代造山帶為界，南以柯坪塔格—沙井子斷裂與塔里木盆地內(nèi)掩伏的北西西向巴楚隆起和阿瓦提凹陷為界，面積約20 000 km2（圖1）[18]?？缕耗鏇_帶以發(fā)育東西和北東東向疊瓦狀逆沖推覆構(gòu)造為特征，其主體由3～4排與山脈走向近于平行的逆沖斷片或沖斷席組成，構(gòu)成向南凸出的弧形、多排單面山地貌。逆沖斷片由古生界和第三系組成，并逆沖在新生界之上，其南坡還發(fā)育北西傾向的逆沖或逆掩斷層[19,26-28]。兩個(gè)逆沖席之間通常發(fā)育大小和形態(tài)不同的DFS沉積體系。上盤的逆沖巖席為斷展褶皺，除柯坪塔格逆沖席保留了背斜的轉(zhuǎn)折端外，其它逆沖席的上部基本上已被削平，因此出露地表為褶皺北翼的北傾巖層（圖2）[18,29-32]。

圖1 柯坪地區(qū)地理位置及區(qū)域構(gòu)造背景圖Fig.1 Geographical location and regional tectonic background of Keping area

1.2 地層出露情況

柯坪沖斷帶中出露最老的地層是中—上寒武統(tǒng)；其一排排山體由一個(gè)個(gè)逆沖斷片構(gòu)成，每個(gè)山體（逆沖斷片）出露的地層都是從南向北由老（一般是寒武系—奧陶系秋里塔格上亞群，局部出露寒武系秋里塔格下亞群或阿瓦塔格組）到新（二疊系）（圖2）[30,33-37]。該區(qū)寒武紀(jì)整體發(fā)育中層狀白云巖和灰?guī)r；奧陶系下部以上丘里塔格組碳酸鹽巖為代表，下部由黑色筆石泥頁(yè)巖，灰—深灰色中—薄層瘤狀灰?guī)r、瘤狀泥灰?guī)r及泥頁(yè)巖組成；志留—泥盆系主要是以陸源碎屑沉積為主的海陸交互相紅色砂泥巖組成；二疊系是以碳酸鹽巖沉積為主夾碎屑巖的混積陸棚沉積為特點(diǎn)；研究區(qū)古近紀(jì)沉積零星分布，主要巖性為一套紫紅或棕紅色厚層、塊狀泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖及少量薄—中層狀細(xì)粒巖屑砂巖—粉砂巖，西部夾白色薄層石膏及膏質(zhì)泥巖。新近紀(jì)沉積由東西兩端向柯坪—溫宿地區(qū)超覆，中新世和上新世可能已經(jīng)覆蓋了溫宿地區(qū)。上新世晚期—第四紀(jì)隨著沖斷褶皺山系的形成（圖2），在褶皺之間沉積了早更新世西域組，主要巖性為灰色、灰黑色大套塊狀礫巖[30,38]。

圖2 柯坪塔格逆沖帶地形圖（剖面位置見(jiàn)圖1 紅色框體內(nèi)AA’,BB’,CC’三條剖面線，據(jù)文獻(xiàn)[31]）Fig.2 Topographical map of Kepingtag thrust belt(The position of the profile is shown in the three lines AA’,BB’,CC’in the red box, after reference[31])

1.3 氣候與水文

柯坪地區(qū)屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫11.4 ℃，氣溫最高43.1 ℃，最低-29.3 ℃，平均日溫差14.6 ℃；年平均無(wú)霜期215 天?？缕耗鏇_帶范圍內(nèi)年降水量60～80 mm，而山區(qū)最高可達(dá)300 mm，降水主要集中在夏季，蒸發(fā)量多年平均為1 722.9 mm?？缕旱貐^(qū)最大的河流為柯坪河，柯坪河流域內(nèi)無(wú)高山冰川，在流域中部山區(qū)，其水源供給方式僅為降雨。其中，每年的6～8月期間有暴雨洪流出現(xiàn)，持續(xù)時(shí)間短，但占了整個(gè)河流年徑流量的一半[39]。此外，柯坪河也是一條由泉水匯集形成的河流，主要受地下泉水供給，一年之中豐枯的變化不明顯，由泉水形成的年水量有4.7×107m3[39]，流量穩(wěn)定，其河道長(zhǎng)25 km，為礫石充填河道，柯坪河年平均流量1.5 m3/s,年徑流量約為4.73×107m3[39-40]。

2 測(cè)量方法

通過(guò)使用Google Earth，并借助地理信息系統(tǒng)ArcGIS 處理過(guò)的SRTMDEM 90M 分辨率原始高程數(shù)據(jù)以及Global Mapper對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)地識(shí)別測(cè)量[41]。在辨別的過(guò)程中，以6條剖面線將DFS從縱向上與橫向上進(jìn)行三次等分，縱向上，以頂點(diǎn)為起點(diǎn)，呈放射狀測(cè)量3條縱向剖面，以便顯示DFS的縱向平面形態(tài)和向下游發(fā)育的趨勢(shì)；橫向上，測(cè)量垂直于順源方向上的3條剖面線，確定DFS向兩側(cè)發(fā)育的邊緣（與相鄰DFS相接的低谷處）以及DFS延伸方向的變化（圖3）[1,8,42]。這些工作可以進(jìn)一步精確DFS的發(fā)育范圍，減小測(cè)量誤差。

其中，頂點(diǎn)是指DFS發(fā)育的起始位置，其上的河道在這里發(fā)散；頂點(diǎn)位置是通過(guò)在衛(wèi)星地圖上顯示為河道在河谷內(nèi)開始分汊發(fā)散的位置確定的（圖3a）。

DFS 的周長(zhǎng)和面積是指DFS 發(fā)育范圍的周長(zhǎng)數(shù)值和面積數(shù)值；物源區(qū)的周長(zhǎng)和面積也是在物源區(qū)確定后，得出的DFS 頂點(diǎn)以上匯流體系的周長(zhǎng)數(shù)值與面積數(shù)值；通過(guò)DFS 上的暫時(shí)性河道的分布與終止位置，確定了DFS的發(fā)育范圍；物源區(qū)邊界則是通過(guò)Google Earth 上的地形圖像及借助經(jīng)DEM 處理后得到的分水嶺數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。確定DFS與物源區(qū)邊界后，通過(guò)Google Earth 屬性欄的度量單位頁(yè)面獲取準(zhǔn)確的面積與周長(zhǎng)數(shù)值（表1、圖3a）。

延伸長(zhǎng)度是指DFS 發(fā)育的最大距離，即DFS 頂點(diǎn)到末端的長(zhǎng)度，但并不是兩點(diǎn)的直線距離，而是沿DFS 發(fā)育形態(tài)中線的長(zhǎng)度數(shù)值，其數(shù)值也可以從Google Earth的屬性欄中得出。DFS的順源地形變化是通過(guò)在DFS上從頂點(diǎn)沿順源方向以90 m為間隔采集的高程數(shù)據(jù)得到的（圖3c）。

圖3 （a）分支河流體系測(cè)量示意圖及其橫縱高程剖面圖；（b）DFS 橫坡面，方向從上到下；（c）DFS 縱坡面，方向從左到右Fig.3 (a) Schematic measurement of DFS and its horizontal and vertical elevation profiles.(b) DFS cross profile, top to bottom.(c) DFS longitudinal profile, left to right

坡度是指從DFS 頂點(diǎn)延伸到DFS 終止位置與海拔高差之間的比值。在DFS 確定后，可從Google Earth的屬性欄中得出DFS和物源區(qū)的面積和周長(zhǎng)以及DFS 的延伸長(zhǎng)度等參數(shù)數(shù)值（表1）。為增強(qiáng)其河道分布特征，運(yùn)用漸變映射功能處理衛(wèi)星地圖拍攝到的DFS圖像，用來(lái)區(qū)分河道。

表1 柯坪逆沖帶各推覆體DFS測(cè)量數(shù)據(jù)表Table 1 DFS measurements of each nappe in Kalpin fold-and-thrust belt

3 測(cè)量結(jié)果及相關(guān)性分析

3.1 測(cè)量結(jié)果

研究區(qū)覆蓋范圍近19 000 km2，其主體為東西走向的3～4排逆沖推覆體組成的逆沖帶，通過(guò)衛(wèi)星地圖可以觀察到僅整個(gè)逆沖帶最后排推覆體的前鋒外，其余推覆體兩側(cè)均發(fā)育有DFS，數(shù)量大且分布密集（圖4）。以柯坪逆沖帶變形強(qiáng)度由北到南逐漸減弱，以及中部地區(qū)受若干南北向走滑斷層影響的等特征，將研究區(qū)劃分為三個(gè)構(gòu)造區(qū)域，即逆沖山前區(qū)（A構(gòu)造區(qū)）、逆沖前緣區(qū)（B構(gòu)造區(qū)）以及走滑斷層區(qū)（C 構(gòu)造區(qū)）（圖4）。在研究區(qū)內(nèi)測(cè)得DFS 共256 個(gè),逆沖山前區(qū)20 個(gè)，逆沖前緣區(qū)109 個(gè)，走滑斷層區(qū)136 個(gè)。其中，測(cè)得的DFS 中延伸長(zhǎng)度最大為27.854 km，位于逆沖山前區(qū)，而最小的延伸距離為0.283 km，位于走滑斷層區(qū)（表1），長(zhǎng)度跨度較大，同時(shí)不存在大于30 km 的大型DFS。而測(cè)得的DFS 的最大面積為221.987 km2，最小面積為0.044 km2，平均DFS 面積為30.2 598 km2（表1）；物源區(qū)最大面積為289.783 km2，最小面積為0.103 km2，平均物源區(qū)面積為30.726 3 km2。DFS測(cè)得的最大坡度為0.182，最小坡度為0.011，平均坡度為0.048（表1）。

3.1.1 DFS面積

柯坪研究區(qū)一共統(tǒng)計(jì)了265個(gè)DFS面積值（表1、圖4），存在明顯的單極化分布。依據(jù)DFS 面積大小分為兩類，第一類為小型DFS，其面積小于10 km2，研究區(qū)一共有228 個(gè)，占比86%，主要分布在前陸沖斷帶前端呈疊瓦狀排列的逆沖體上，即逆沖前緣區(qū)（B構(gòu)造區(qū)）與走滑斷層區(qū)（C 構(gòu)造區(qū)），大多呈現(xiàn)為規(guī)模小且密集分布。其中面積小于3 km2的DFS 有168個(gè)，占總量的63.4%，大于3 km2小于6 km2有34個(gè)，大于6 km2小于10 km2的僅有6個(gè)；第二類是大型DFS，其DFS 面積在10～60 km2，主要分布在構(gòu)造帶的中后部，即逆沖山前區(qū)（A 構(gòu)造區(qū)）。整體上，越往構(gòu)造帶后部，其DFS 面積越大。其中分布在逆沖構(gòu)造帶中部的大多為大于10 km2，小于60 km2的DFS，一共測(cè)得28個(gè)，占比10.6%；而靠近南天山是DFS 面積大于60 km2的扇體，主要集中在逆沖山前區(qū)，研究區(qū)共發(fā)育9個(gè)，占比3.4%（圖5a）。

圖4 柯坪地區(qū)分支河流體系構(gòu)造分區(qū)示意圖（紅線為走滑斷層）Fig.4 Partition of DFS by structural division in Keping area (red line = strike-slip fault)

3.1.2 DFS延伸長(zhǎng)度

對(duì)柯坪地區(qū)各個(gè)DFS 延伸距離進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)DFS 的延伸距離存在顯著的兩極化特征（圖5b），即長(zhǎng)距型DFS與短距型DFS，在12.5～17.5 km處存在著明顯的斷帶現(xiàn)象。其中長(zhǎng)距型DFS 有8 個(gè)（3%）且均大于15 km。其中最大的DFS，位于逆沖山前區(qū)內(nèi)，靠近南天山，其延伸距離達(dá)到了27.854 km，其余7 個(gè)DFS 則在15～25 km。隨著延伸距離的減少，DFS的數(shù)量急劇增加。短距型DFS的延伸距離主要 在0～10 km，其中 長(zhǎng) 度在0～2.5 km 的有143 個(gè)（54%），在2.5～5 km 的有50 個(gè)（18.9%），在5～7.5 km的有38 個(gè)（14.3%），在7.5～10 km 的有18 個(gè)（6%），而12.5～17.5 km僅3個(gè)DFS。

圖5 柯坪地區(qū)分支河流體系幾何形態(tài)數(shù)值分布圖Fig.5 Distributions of geometric values of DFS in Keping area

3.1.3 DFS坡度

通過(guò)對(duì)DFS 的面積與延伸距離的變化進(jìn)行分析，其數(shù)據(jù)極化的程度逐漸減弱（圖5c）。在Google Earth 和SRTMDEM 數(shù)據(jù)的垂向分辨率的誤差范圍內(nèi)，不考慮DFS 順源剖面上呈下凹的情況，僅有7 個(gè)DFS 的坡度在0～0.02，而坡度主要分布在0.02～0.1，全區(qū)一共237 個(gè)，占比89%；其中29%在0.02～0.05，60%在0.05～0.1。在0.1～0.15，共17 個(gè)DFS（6%）；在0.15～0.2，存在4個(gè)DFS（1%）。

3.2 測(cè)量結(jié)果相關(guān)性分析

3.2.1 DFS面積與物源區(qū)面積的關(guān)系

將研究區(qū)內(nèi)測(cè)得的DFS 面積、延伸長(zhǎng)度以及物源區(qū)面積進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)柯坪地區(qū)的DFS 與物源區(qū)面積相關(guān)性顯著，其回歸方程R2=6.966（圖6）,但DFS面積數(shù)值跨度由0.1至500 km2，跨度較大。

圖6 研究區(qū)分支河流體系與物源區(qū)面積回歸性分析Fig.6 Regression analysis of DFS and source area in study area

3.2.2 DFS坡度與延伸距離的關(guān)系

由劃分的三個(gè)構(gòu)造區(qū)域剖面海拔高程圖發(fā)現(xiàn)，從不同的山脈發(fā)育的DFS在圖中可以非常清晰的區(qū)分出來(lái)（圖7）。不同區(qū)域的DFS，其坡度以及延伸長(zhǎng)度都有較大的變化。通過(guò)一些分區(qū)的DFS的坡度分布與變化，可以看出坡度在DFS 形態(tài)上的體現(xiàn)。例如，A區(qū)域的DFS頂點(diǎn)的海拔高度最高達(dá)到2 400 m，該區(qū)DFS的延伸距離較長(zhǎng)，最長(zhǎng)為27.9 km，同時(shí)也是整個(gè)研究區(qū)內(nèi)延伸距離最遠(yuǎn)的，該區(qū)的最大坡度為0.037，最小坡度為0.012，平均坡度為0.022。而B 區(qū)域由于位于整個(gè)柯坪逆沖帶中心逆沖體的前推一側(cè)，其坡度明顯要大一些，其最大坡度為0.167，最小坡度為0.011，平均坡度為0.051。A區(qū)域的DFS發(fā)育于兩個(gè)山脈，分別是海拔為2 100～2 400 m 的高位區(qū)和1 600～2 000 m 的低位區(qū)，高位區(qū)DFS 最大坡度為0.037，最小坡度為0.015，平均坡度為0.024，而低位區(qū)最大坡度為0.029，最小坡度為0.021，平均坡度為0.026，坡度差異巨大的原因可能與DFS 的延伸長(zhǎng)度有關(guān)，由于高位區(qū)距離南天山物源區(qū)更近，物源更為充足,延伸長(zhǎng)度較遠(yuǎn)，DFS延伸較為平緩。C構(gòu)造區(qū)在1 500～1 900 m 海拔范圍內(nèi)，最大坡度為0.181，最小坡度為0.016，平均坡度為0.064，最大延伸長(zhǎng)度為5.250 km，最小延伸長(zhǎng)度為0.686 km，平均延伸長(zhǎng)度為5.759 km；在1 200～1 400 m海拔范圍內(nèi)，最大坡度為0.182，最小坡度為0.03，平均坡度為0.078，最大延伸長(zhǎng)度為4.140 km，最小延伸長(zhǎng)度為0.283 km，平均延伸長(zhǎng)度為4.140 km。

圖7 柯坪地區(qū)各構(gòu)造區(qū)域DFS 坡面投影圖（顯示坡度及分支河流體系的延伸長(zhǎng)度）Fig.7 DFS slope in each tectonic zone, Keping area, showing slope and length of DFS

4 分支河流體系的類型

4.1 以DFS幾何形態(tài)分類

柯坪地區(qū)DFS 的幾何形態(tài)是通過(guò)DFS 所覆蓋范圍的形態(tài)特征確定的?？缕旱貐^(qū)的DFS由于構(gòu)造等因素的疊加作用，其幾何形態(tài)呈現(xiàn)多樣性；逐個(gè)觀察柯坪地區(qū)的DFS，以幾何形態(tài)特征，可以將它們分為3 個(gè)大類。第一類是扇狀形態(tài)（圖8），為最接近理想狀態(tài)的形態(tài)類型；在柯坪地區(qū)，此類DFS主要發(fā)育在逆沖山前區(qū)，數(shù)量為26 個(gè)，占全區(qū)的10%，其沉積區(qū)可容空間較大，河道流量及物源充足，發(fā)育受地形限制的影響程度小，沉積朵體可以向兩側(cè)擴(kuò)展，形成扇狀。第二類為長(zhǎng)條狀形態(tài)（圖8），表現(xiàn)為在靠近頂點(diǎn)處，呈放射狀向下的形態(tài)特征，而余下部分則呈長(zhǎng)條狀。長(zhǎng)條狀DFS為柯坪地區(qū)發(fā)育DFS最為廣泛的一種發(fā)育形態(tài)，數(shù)量為217個(gè)，占全區(qū)的85%，分布在逆沖體兩翼，主要發(fā)育在逆沖前緣區(qū)與走滑斷層區(qū)；由于DFS 發(fā)育密集，且物源區(qū)大小及沉積物通量基本相同（表1），相鄰的DFS 之間互相牽制，DFS 向兩側(cè)發(fā)育受到限制，所以呈現(xiàn)出長(zhǎng)條狀的幾何形態(tài)。第三類是蠶蛹狀形態(tài)（圖8），不同于長(zhǎng)條狀形態(tài)，此類形態(tài)在DFS上部表現(xiàn)為扇狀，但下部變窄，整體表現(xiàn)為中間寬兩頭尖的特點(diǎn)。蠶蛹狀形態(tài)的DFS在柯坪逆沖帶的各個(gè)部位均有發(fā)育，此類DFS向下變窄，主要是由于物源供給，河道通量小于其兩側(cè)DFS 而導(dǎo)致發(fā)育范圍變小，同時(shí)兩側(cè)的DFS 后期向該DFS 下部沉積區(qū)擴(kuò)展，覆蓋其沉積區(qū)域，因此呈現(xiàn)出下窄的形態(tài)。該類形態(tài)的DFS 形成很大程度上受兩側(cè)DFS以及自身的沉積物通量控制，在柯坪地區(qū)發(fā)育有不同規(guī)模，不同的構(gòu)造部位，但數(shù)量?jī)H13 個(gè)，占全區(qū)的5%。

圖8 柯坪地區(qū)分支河流體系幾何形態(tài)示意圖Fig.8 Geometry of DFS in Keping area

4.2 以DFS上的河流分類

柯坪地區(qū)按DFS 上河道種類劃分，可將DFS 劃分為以暫時(shí)性河道為主的暫時(shí)性分支河流體系、以季節(jié)性河流為主并存在一定暫時(shí)性河道的季節(jié)性分支河流體系。暫時(shí)性DFS主要分布在柯坪逆沖帶前端部位，以片流為主，搬運(yùn)能力較差，此類DFS 延伸距離較短，發(fā)育規(guī)模小，如B構(gòu)造區(qū)等（圖4、表1）；季節(jié)性DFS 在柯坪地區(qū)主要分布在逆沖帶后部，與南天山接壤，物源較研究區(qū)其他位置更充足，因此延伸距離遠(yuǎn)，發(fā)育規(guī)模大，如A構(gòu)造區(qū)（圖4、表1）。

由于柯坪地區(qū)較干燥的氣候特征，研究區(qū)內(nèi)分支河流體系的河道分布模式以分汊狀辮狀河道為主。前人研究表明，辮狀河道型平面形態(tài)與相對(duì)較高的坡度，較好的物源供給以及較大的匯水量相關(guān)[1]。而具有較高地表坡度的分支河流體系主要發(fā)育在具有高起伏的構(gòu)造活動(dòng)帶，如安第斯山脈，天山，阿爾金山，內(nèi)華達(dá)山脈，阿爾泰山脈等[1]。而且這些分支河流體系大多位于旱地氣候地區(qū)。干旱地區(qū)由于受氣候條件影響，蒸發(fā)和蒸騰導(dǎo)致水分的散失遠(yuǎn)超過(guò)降水量，但要注意影響分支河流體系較大的是年降水量的分布，而不是年平均降水量的總和[11]。所以，分支河流體系會(huì)受到季節(jié)性降水的作用，河流流量會(huì)發(fā)生差異變化，從而影響沉積物供給。同時(shí)，河床沉積物供給量的影響，也反應(yīng)在這些具有較陡坡度的體系常伴生著高的沉積物堆積量與較大的流量。與之相對(duì)，具有相對(duì)較低坡度的分支河流體系一般其平面河道類型具有曲流河特征，可能與較低的沉積物供給有關(guān)，常出現(xiàn)在低起伏的克拉通，拉張與擠壓的構(gòu)造背景地區(qū)。由于本區(qū)不包含曲流河形態(tài)的分支河流體系，不再展開描述分析。研究區(qū)主要河道平面類型如下。

4.2.1 分汊狀辮狀河道型DFS

研究區(qū)內(nèi)，此類DFS 主要發(fā)育在A 構(gòu)造區(qū)以及部分B、C 構(gòu)造區(qū)內(nèi)。由于A 構(gòu)造區(qū)靠近老山地區(qū)，物源充足，且坡度較小，DFS規(guī)模較大，因此集中在柯坪逆沖帶的后部（圖4）。研究表明，與其他DFS平面類型相比，此DFS 類型的流域面積相對(duì)較小[8]。此DFS類型從頂端至末端發(fā)育較陡的河道坡度（圖9），主干辮狀河道從頂點(diǎn)處或者下切一段距離向下游分汊形成支流。不同于匯流體系，其向下游方向主干河道分汊成更細(xì)的分流河道，河道呈逐漸變小的變化特征。從本區(qū)的分汊狀辮狀河形態(tài)的DFS 顯示，從頂端至末端，河道彎曲度逐漸大，但并未發(fā)育成曲流河。

圖9 （a）河道分布模式—分汊狀辮狀河道與（b）分汊狀辮狀河道示意圖[1]Fig.9 (a) Channel distribution pattern, branched braided channels; (b) Diagram of branched braided channels[1]

觀察DFS 的河道形態(tài)，發(fā)現(xiàn)在頂點(diǎn)或者其近端位置出現(xiàn)了決口現(xiàn)象，且決口形成的新河道可以延伸橫跨整個(gè)扇體，其可能與季節(jié)性的降雨與蒸發(fā)程度有關(guān)。

4.2.2 下切型分汊辮狀河道型DFS

由于本研究區(qū)的辮狀河道存在不同于Davison所劃分的6種主河道平面形態(tài)中的平面類型，因此將其單獨(dú)分為一類進(jìn)行研究描述，即下切型分汊辮狀河河道。當(dāng)然，不是表明上一種分汊辮狀河河道不存在下切作用，只是此類下切型其下切程度遠(yuǎn)高于上一種，其程度幾乎達(dá)到單辮狀河河道類型（圖10）。此類DFS 主要發(fā)育在B 構(gòu)造區(qū)以及部分C 構(gòu)造區(qū)內(nèi)（圖6），其物源區(qū)面積小，沉積區(qū)坡度大，可容空間小，各DFS呈緊密排列。關(guān)于下切作用，在DFS中十分常見(jiàn)。Weissmanet al.[8]研究表明DFS 的頂點(diǎn)在整個(gè)沉積過(guò)程中保持相對(duì)靜止，因此假設(shè)近端區(qū)域?qū)⒆匀坏靥畛淇扇菘臻g并且隨著時(shí)間進(jìn)積。相反，自生進(jìn)積作用可能導(dǎo)致扇體近端區(qū)域沉積物供應(yīng)的相對(duì)增加或周期性下切。隨著進(jìn)積與下切的不斷作用，形成了深度下切的分汊狀辮狀河道類型。在本研究區(qū)可能還需要考慮逆沖帶（山脈）推覆，導(dǎo)致坡度，沉積物堆積等情況發(fā)生變化。就平面形態(tài)特征在某種程度上，其可以當(dāng)做分汊狀與單辮狀河的過(guò)渡類型。

圖10 河道分布模式—下切型分汊辮狀河河道（實(shí)線為新的河道分布，虛線為舊的河道分布）Fig.10 Channel distribution pattern: down-cut bifurcated braided river channels (solid line=newer channels;dashed line=older channels)

4.3 以DFS平面組合分類

4.3.1 單一式分支河流體系

單一式分支河流體系是指廣義上的源匯體系，一個(gè)物源區(qū)對(duì)應(yīng)著一個(gè)扇體（沉積區(qū)），河道從DFS頂點(diǎn)開始分汊延伸，最后終止；整個(gè)河道分布表現(xiàn)為一個(gè)完整的扇體，河道從DFS頂點(diǎn)到末端由始至終。由于柯坪地區(qū)處于逆沖構(gòu)造帶上，整體上受擠壓作用影響較大，沉積區(qū)可容空間較小且坡度大，河道能從頂點(diǎn)快速?zèng)_向末端，研究區(qū)大部分DFS 均為這類發(fā)育模式。

4.3.2 多級(jí)式分支河流體系

對(duì)于平面形態(tài)上來(lái)講，單一的平面形態(tài)由單個(gè)扇體組成，對(duì)應(yīng)的多級(jí)平面形態(tài)由兩個(gè)及兩個(gè)以上相連的圓錐形扇體組成（圖11）。當(dāng)?shù)谝患?jí)的分支河流體系受到山體屏障的影響并對(duì)此產(chǎn)生作用時(shí)，這種復(fù)合平面形態(tài)就開始形成了。在這種情況時(shí)，當(dāng)其中一個(gè)分支河流體系（DFS）中的第一個(gè)圓錐形扇體到達(dá)山體屏障時(shí)，第二個(gè)分支河流體系便會(huì)在其下游形成，即山體阻擋第一級(jí)DFS的進(jìn)一步發(fā)育，而DFS上的河流則侵蝕沖破山體屏障，河道再次擺脫限制，根據(jù)河流流量、坡度等因素來(lái)決定發(fā)育下一級(jí)DFS 的次數(shù)。該類DFS 多發(fā)育在逆沖山前區(qū)（A 構(gòu)造區(qū)）。

圖11 河道分布模式—多級(jí)式分支河流體系Fig.11 Channel distribution pattern, multi-stage DFS

4.4 構(gòu)造—DFS沉積響應(yīng)分類

觀察柯坪地區(qū)DFS的發(fā)育情況，以DFS的面積、坡度、延伸距離等測(cè)量數(shù)值，結(jié)合各個(gè)DFS的河道分布模式，將柯坪地區(qū)DFS 分為三大類。這三種DFS分別是扇狀分汊大型DFS（A 型）、長(zhǎng)條狀下切中型DFS（B 型）以及扇狀走滑小型DFS（C 型）（圖12、表2）。

圖12 研究區(qū)分支河流體系分類示意圖Fig.12 Classification of distributive fluvial systems

扇狀分汊大型DFS（A型）主要表現(xiàn)為規(guī)模大，河道分汊現(xiàn)象明顯，一般在DFS 頂點(diǎn)處就開始分汊。其DFS 面積在10～300 km2，以10～60 km2為主；延伸距離在10 km以上，其與DFS最大寬度的縱橫比值在2.1 左右；坡度一般較緩，主要在0.02 左右；此類DFS也包括上述的多級(jí)式DFS（其坡度變化、總DFS 面積以及延伸距離均符合A 型DFS 標(biāo)準(zhǔn)）。長(zhǎng)條狀下切中型DFS（B 型）是指DFS 面積在6～10 km2，DFS 縱橫比在5～8的扁狀DFS。此類DFS分布集中且緊湊，延伸距離一般在1～10 km，坡度變化在0.02～0.1，是柯坪地區(qū)發(fā)育最多的DFS 類型。扇狀走滑小型DFS（C 型）主要為B 型DFS 的變種，由于走滑斷層的影響，沉積可容空間進(jìn)一步被壓縮，整體DFS 規(guī)模變小。其DFS 面積在3 km2以下，延伸距離在0.8～2.5 km，其DFS的縱橫比在1左右，坡度在0.02～0.1之間均有存在。發(fā)現(xiàn)在柯坪地區(qū)DFS分布特征與構(gòu)造部位分區(qū)具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這三個(gè)構(gòu)造大區(qū)內(nèi)的DFS 也對(duì)應(yīng)著研究區(qū)三種DFS，即逆沖前緣區(qū)（A構(gòu)造區(qū)）主要發(fā)育扇狀分汊大型DFS（A型）、逆沖山前區(qū)（B 構(gòu)造區(qū)）發(fā)育條狀下切中型DFS（B 型）以及走滑斷層區(qū)（C構(gòu)造區(qū)）發(fā)育扇狀走滑小型DFS（C型）（圖4，12、表2）。

表2 研究區(qū)DFS分類表Table 2 Classification of DFS in Kalpin fold-and-thrust belt

5 控制分支河流體系的因素分析

分支河流體系可以發(fā)育在所有的構(gòu)造環(huán)境和氣候條件中[1]。影響DFS發(fā)育的因素眾多且復(fù)雜，對(duì)柯坪地區(qū)的DFS進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)量，通過(guò)分析坡度、可容空間、源區(qū)面積等局部區(qū)域性影響因素，研究分支河流體系的發(fā)育特征。

5.1 物源供給對(duì)DFS的影響

物源供給主要是通過(guò)物源規(guī)模與物源類型這兩方面對(duì)DFS的發(fā)育進(jìn)行影響?？缕旱貐^(qū)由于DFS發(fā)育在各個(gè)逆沖體兩側(cè)，而逆沖體均是由同一套地層受構(gòu)造作用出露地表，對(duì)于物源類型，柯坪地區(qū)各區(qū)域存在一定差異。A 構(gòu)造區(qū)物源來(lái)源以南天山山系提供的變質(zhì)巖為主，B、C兩個(gè)構(gòu)造區(qū)的巖性組合相差不大，但與A構(gòu)造區(qū)相差較大，在其DFS的發(fā)育特征上有所響應(yīng)?？缕耗鏇_帶出露的地層主要有二疊紀(jì)、石炭紀(jì)、志留紀(jì)、奧陶紀(jì)、寒武紀(jì)等古老地層和新生代的現(xiàn)代沉積。A構(gòu)造區(qū)主要出露二疊紀(jì)的地層，以碎屑巖、灰?guī)r、砂巖以及泥巖為主；天山變質(zhì)巖，零星早二疊世花崗巖分布在A 構(gòu)造區(qū)左側(cè)，右側(cè)散落分布有石炭紀(jì)—志留紀(jì)砂巖。B 構(gòu)造區(qū)出露奧陶紀(jì)—寒武紀(jì)泥質(zhì)灰?guī)r，黑色頁(yè)巖和棕灰色細(xì)礫巖以及志留紀(jì)紅色細(xì)砂巖為主，二疊紀(jì)輝綠巖為成片出露，主要分布在B 構(gòu)造區(qū)右側(cè)。C 構(gòu)造區(qū)主要以?shī)W陶紀(jì)—寒武紀(jì)泥質(zhì)灰?guī)r為主，C構(gòu)造區(qū)左側(cè)小規(guī)模分布有志留紀(jì)黏土頁(yè)巖和泥質(zhì)粉砂巖[33]（圖13）。

圖13 柯坪逆沖帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖及研究區(qū)DFS 分布（據(jù)文獻(xiàn)[33]修改）Fig.13 Geological map of the Keping thrust belt and DFS distribution (modified from reference[33])

三大構(gòu)造區(qū)DFS 物源區(qū)巖性差異較大，通過(guò)分析物源區(qū)巖性與DFS幾何形態(tài)的相互關(guān)系，得出DFS的發(fā)育特征受母巖巖性影響較大。A 構(gòu)造區(qū)DFS 物源區(qū)巖性以沉積巖為主，DFS 延伸長(zhǎng)度遠(yuǎn)，主要集中在3.529～27.854 km，扇面坡度較緩，扇體面積較大（圖14）。A構(gòu)造區(qū)左側(cè)由于物源區(qū)還分布有變質(zhì)巖和火成巖，DFS 延伸長(zhǎng)度減小，主要集中在8.462～13.155 km，扇面坡度增加；B、C 構(gòu)造區(qū)以灰?guī)r為主，DFS 延伸長(zhǎng)度在0.283～10.272 km，整體上DFS 的延伸長(zhǎng)度、規(guī)模等遠(yuǎn)小于A 構(gòu)造區(qū)。在B 構(gòu)造區(qū)右側(cè)DFS物源區(qū)分布有紅色細(xì)砂巖和輝綠巖，DFS平均延伸長(zhǎng)度為7.289 km，受物源區(qū)巖性不同影響，DFS 幾何形態(tài)發(fā)育差異較大。

圖14 柯坪逆沖帶DFS 物源區(qū)巖性差異對(duì)DFS 的影響Fig.14 Effects of parent rock differences on DFS in Keping thrust belt

物源規(guī)模是影響DFS發(fā)育的另一主要因素。前人研究表明：分支河流體系面積和其各自物源區(qū)面積之間有很強(qiáng)的相關(guān)性。這說(shuō)明根據(jù)物源區(qū)面積可以預(yù)測(cè)一個(gè)扇區(qū)的大小，反之亦然[12]。在分析本研究區(qū)內(nèi)各分支河流體系面積和物源區(qū)面積之間的關(guān)系中有所體現(xiàn)（圖6），同時(shí)也發(fā)現(xiàn)例外情況存在。如B構(gòu)造區(qū)右側(cè)和C 構(gòu)造區(qū)兩區(qū)最前緣的一條推覆體，同一條山脈（斷裂）同側(cè)的DFS 存在明顯的差異，是由于C 構(gòu)造區(qū)不僅僅受薩爾干斷層的影響，同時(shí)還受皮羌走滑斷層的影響，因此該區(qū)坡度更陡，沉積物搬運(yùn)距離更短，DFS 與物源區(qū)明顯較小，另一方面B構(gòu)造區(qū)右側(cè)的海拔較高，主要集中在1 350 m～1 750 m，而區(qū)域C集中在1 200 m～1 400 m，以此也可能與不同山脈段的海拔有關(guān)。由于構(gòu)造作用的復(fù)雜性，坡度與沉積區(qū)的可容空間也會(huì)存在較大的差異，因此也存在著相同物源區(qū)面積，不同DFS 大小的情況。

5.2 氣候水文對(duì)DFS的影響

在全球范圍來(lái)看，氣候?qū)FS的發(fā)育影響顯著。對(duì)于熱帶氣候條件，主要發(fā)育以彎曲的河道平面形態(tài)為主的河道模式，在赤道附近這樣的熱帶氣候地區(qū)，有較長(zhǎng)的雨季，充足的降雨量，其河道常常延伸較長(zhǎng)，有利于曲流河的發(fā)育；但在大陸，亞熱帶和極地氣候地區(qū)其發(fā)育受到限制。除熱帶氣候條件外的地區(qū)，主要發(fā)育辮狀河為基礎(chǔ)的河道類型，根據(jù)不同地區(qū)的降水量，蒸發(fā)量等因素，會(huì)發(fā)育不同形態(tài)、不同規(guī)模的河道分布模式[1]。柯坪地區(qū)處在溫帶大陸性氣候區(qū)，降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒸發(fā)量，匯水量常年不足，因此，其延伸范圍較短，主要以辮狀河為主（圖9，10），從物源區(qū)到盆地來(lái)看，其展布規(guī)模大致上呈現(xiàn)出逐漸變小的趨勢(shì)（表1）。

氣候特征同樣影響著DFS的終止類型。根據(jù)柯坪地區(qū)發(fā)育DFS 的終止方式，可以將DFS 劃分為軸向河流終止式DFS與沙丘終止式DFS（圖15）。由于柯坪地區(qū)的逆沖構(gòu)造，形成了一種獨(dú)特的地貌單元—背馱盆地，在盆地中部發(fā)育著一條由兩個(gè)相鄰的逆沖斷片對(duì)側(cè)匯流形成的河流（圖15a），而在兩側(cè)發(fā)育的DFS均終止于此；整個(gè)逆沖帶內(nèi)，各個(gè)逆沖體依次向前陸擴(kuò)展，僅最前端的前翼上發(fā)育的DFS 終止于沙丘（圖15b）。

圖15 柯坪地區(qū)分支河流體系終止類型示意圖Fig.15 DFS termination types, Keping area

水文是通過(guò)DFS 是否發(fā)育在流域內(nèi)來(lái)控制DFS的發(fā)育。在研究區(qū)內(nèi)，柯坪河流域范圍[39]內(nèi)（A 構(gòu)造區(qū)右側(cè)）發(fā)育的DFS 規(guī)模都普遍大于其他區(qū)域的DFS（圖16）。在柯坪河流域內(nèi)的部分A 構(gòu)造區(qū)的DFS（圖16a），其DFS 的延伸長(zhǎng)度最大都超過(guò)了25 km，DFS 平均面積為111.747 km2，平均坡度為0.02，屬于低角度的大型DFS；而其余柯坪地區(qū)的DFS，未受大規(guī)模的流域供給，僅從降雨，融雪等方式進(jìn)行物源堆積，其DFS發(fā)育規(guī)模小，最小DFS面積僅有0.044 km2，延伸長(zhǎng)度較短，變化范圍在0.283～13.155 km（圖16b），坡度較陡，最大可達(dá)到0.182。

圖16 研究區(qū)DFS 發(fā)育規(guī)模與流域分布關(guān)系示意圖Fig.16 Relationship between DFS development scale and drainage distribution, Keping thrust belt

5.3 大地構(gòu)造對(duì)DFS的影響

DFS的長(zhǎng)度由平面上的可容空間控制，而沉積區(qū)的可容空間又與構(gòu)造背景密切相關(guān)[1]。在研究區(qū)內(nèi)，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，其扇體向外擴(kuò)散的能力被極大的限制，河道一直處于坡度較大的條件下，很難發(fā)育曲流河，所有主要的河道展布模式都以辮狀河為主。研究區(qū)主要是受南天山向塔里木盆地逆沖推覆的作用，而DFS 就分布并發(fā)育在這些由于推覆擠壓形成的山脈上，而研究區(qū)內(nèi)同時(shí)存在大量的斷裂構(gòu)造，它們的存在極大程度上控制了DFS 發(fā)育的規(guī)模與形態(tài)（圖1，4）。

據(jù)測(cè)量統(tǒng)計(jì)，A構(gòu)造區(qū)中部的DFS頂點(diǎn)海拔位置分布在2 200～2 400 m，是研究區(qū)內(nèi)海拔分布范圍最高的一個(gè)區(qū)域，其坡度最大為0.372，最小為0.015，跨度較大，其原因可能是該區(qū)域的前一排的逆沖體由于受印干與皮羌兩走滑斷裂進(jìn)一步前移，使得該區(qū)域的可容空間較大于兩側(cè)的，因此其發(fā)育的DFS 延伸距離較大，使得坡度呈現(xiàn)較小的現(xiàn)象。B 構(gòu)造區(qū)內(nèi)，靠近柯坪縣的DFS的坡面圖可以識(shí)別出3種坡面趨勢(shì)（圖7），其兩側(cè)頂點(diǎn)的海拔范圍以及坡度大小都呈現(xiàn)較集中的分布規(guī)律，而中間部位受到了依木干他烏斷裂和卡拉布克賽斷裂影響，海拔起伏較大，但坡度變化較小，主要集中在0.05 左右。構(gòu)造作用除了影響沉積區(qū)的坡度等因素外，最主要還影響沉積區(qū)的可容空間的大小，構(gòu)造作用越復(fù)雜的地區(qū)，其可容空間約越小，DFS的發(fā)育規(guī)模也就越小，同時(shí)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還可以影響沉積區(qū)的地形地貌來(lái)限制DFS發(fā)育的形態(tài)與規(guī)模，如A 構(gòu)造區(qū)中部的多級(jí)式分支河流體系，由于在沉積區(qū)內(nèi)存在隱性斷裂，使得沉積區(qū)出現(xiàn)多處凸起，阻斷了DFS原本的沉積活動(dòng)，從而改變了整個(gè)DFS的幾何形態(tài)（圖11）。

整體上，逆沖山前區(qū)、逆沖前緣區(qū)以及走滑斷層區(qū)（圖4）三個(gè)構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的DFS 受柯坪逆沖帶變形強(qiáng)度差異影響，幾何形態(tài)發(fā)育相差較大。逆沖山前區(qū)的DFS 在研究區(qū)內(nèi)屬于較大型的（圖17），因物源充足，其DFS 面積最大為221.987 km2，DFS 上的河道展布模式以分汊狀辮狀河為主；逆沖前緣區(qū)為柯坪地區(qū)DFS主要的分布區(qū)域，呈現(xiàn)出緊密排列的特征；該區(qū)域DFS面積最大為30.144 km2，沉積區(qū)由于構(gòu)造的牽引作用，使該區(qū)域的逆沖體兩側(cè)的坡度差別較大（南翼較陡且近直立，北翼較緩），坡度在0.011～0.167變化，相應(yīng)地，北翼的延伸距離大于南翼的，北翼最大為10.272 km，南翼最大為8.132 km。走滑斷層區(qū)的DFS 相比較前面兩者，整體偏小。由于走滑斷層的作用，使該區(qū)的沉積區(qū)域遠(yuǎn)小于柯坪地區(qū)的其他區(qū)域，最大的DFS面積為9.583 km2；同時(shí)走滑斷層使得該區(qū)域的DFS 坡度遠(yuǎn)大于其他區(qū)域，最大為0.182。因此，在構(gòu)造作用顯著的區(qū)域，區(qū)域性的構(gòu)造作用不僅直接影響DFS 的發(fā)育與分布，同時(shí)也影響著其他主控因素，從而間接地影響分支河流體系的規(guī)模與河道分布模式。

圖17 柯坪逆沖帶各構(gòu)造區(qū)DFS 面積與延伸距離以及物源區(qū)面積相關(guān)性分析Fig.17 Correlation between DFS area and length of source area in each structural area of Keping thrust belt

6 結(jié)論

（1）柯坪地區(qū)主體是由3～4 逆沖推覆體組成的逆沖帶，大量DFS 發(fā)育在推覆體兩翼。根據(jù)構(gòu)造特征將柯坪地區(qū)劃分為逆沖山前區(qū)（A構(gòu)造區(qū)）、逆沖前緣區(qū)（B構(gòu)造區(qū)）以及走滑斷層區(qū)（C構(gòu)造區(qū)）三個(gè)區(qū)；逆沖山前區(qū)DFS 發(fā)育數(shù)量少但規(guī)模大，逆沖前緣區(qū)DFS發(fā)育數(shù)量多且規(guī)模小，而走滑斷層區(qū)DFS發(fā)育數(shù)量最多且規(guī)模最小。這三個(gè)構(gòu)造區(qū)對(duì)應(yīng)著發(fā)育三種類型的DFS，即分汊大型DFS（A 型）、下切中型DFS（B型）以及走滑小型DFS（C型）三類。

（2）研究區(qū)DFS 的發(fā)育受諸多因素影響。通過(guò)分區(qū)對(duì)比，不同山脈下的DFS 的海拔高程變化具有明顯差異，坡度較小的DFS，其延伸距離較遠(yuǎn)，物源區(qū)面積與DFS 面積呈正相關(guān)；物源區(qū)巖性不同，會(huì)使DFS幾何形態(tài)發(fā)育差異較大；氣候主要控制研究區(qū)的降雨來(lái)影響DFS 的發(fā)育，溫帶大陸性氣候使得柯坪地區(qū)的河道樣式多以辮狀河為主；水文表現(xiàn)在流域內(nèi)流量大小與DFS 規(guī)模的響應(yīng)，流量越大，DFS 發(fā)育規(guī)模越大；柯坪地區(qū)DFS 的分布及發(fā)育特征受柯坪逆沖帶的構(gòu)造作用影響顯著，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)通過(guò)控制沉積區(qū)的可容空間大小，早期沉積體的分布和流域盆地坡度以及斷裂的發(fā)育與分布，很大程度地影響著DFS的發(fā)育。