量化中国鄂尔多斯地块西南缘前河地堑中满岸河道宽度对活动断层的响应

《Geomorphology》：Quantifying the response of bankfull channel width to active faulting in the Qianhe Graben on the southwest margin of Ordos Block, China

本研究利用遥感与DEM数据开发新方法提取河宽，分析庆河构造带24条河流发现下盘河宽较窄，显示断层活动影响，且抬升速率西北至东南递减。结论强调河宽变化反映断层演化，提出峰值水力功率与剪切应力辅助定位断层的创新思路。

　　在地质学和地貌学的研究中，河流的形态特征常常被视为评估区域地壳活动的重要指标。传统的研究主要关注河流的纵向剖面，通过分析河流的侵蚀和下切过程来揭示地壳抬升与构造活动之间的关系。然而，近年来越来越多的研究发现，河流的横截面特征，如宽度，同样能够提供关于地壳运动和河流响应的有价值信息。特别是在构造活跃区域，河流宽度的变化可能比纵向剖面更敏感地反映地壳运动的动态过程。

本文研究了中国鄂尔多斯西南部千河断陷盆地内的河流宽度变化，旨在揭示构造活动对河流形态的影响。通过结合Landsat和ZY-3卫星图像以及SRTM数字高程模型（DEM）数据，研究人员开发了一种新颖的河流满流宽度提取方法。这种方法不仅克服了传统野外测量的局限性，还能够在复杂的地形条件下提供更加全面和准确的河流宽度数据。在一些难以进入的区域，如覆盖有厚层第四纪黄土和植被的地区，野外测量往往受到限制，而遥感技术的应用则显著提高了数据获取的效率和完整性。

千河断陷盆地位于鄂尔多斯西南边缘，是研究构造活动与河流响应的理想区域。该区域的地壳抬升速度在不同方向上存在显著差异，这种差异对河流的形态特征产生了深远影响。研究人员提取了24条已知对当前构造抬升有响应的河流，这些河流穿越了正断层。通过分析这些河流的宽度变化，发现断层的下盘区域（即断层下方的岩层）通常表现出更窄的河流宽度。这一现象表明，构造活动对河流宽度的塑造具有重要作用。

沿着河流的流向，从北向南，河流宽度的变化呈现出系统性特征。研究还引入了一个归一化宽度指数（k_wn），用于量化河流宽度的变化趋势。结果表明，k_wn指数从西北向东南逐渐减小，这反映了断层的抬升速率在空间上的变化。换句话说，断层的抬升速率越高，其对应的河流宽度越窄。这一发现为理解构造活动对河流宽度的影响提供了新的视角，同时也揭示了河流宽度变化与构造活动之间的密切联系。

在构造活跃区域，河流的宽度调整往往比坡度调整更快。当河流的宽度缩小到最小值时，河流的坡度通常会迅速增加，这一过程反映了构造抬升对河流形态的直接控制。然而，河流宽度的变化不仅受到构造活动的影响，还受到气候条件、岩性特征和侵蚀作用的共同作用。例如，当岩性变得更加坚硬时，河流的宽度往往会减小，因为这种岩性更难以被侵蚀。此外，气候因素，如降雨量和降水强度，也会影响河流的流量和宽度变化。因此，河流宽度的变化是多种因素共同作用的结果，而不仅仅是构造活动的直接产物。

为了更全面地理解河流宽度变化的机制，研究还探讨了河流宽度与单位流功率和边界剪切应力之间的关系。单位流功率和边界剪切应力是衡量河流侵蚀能力的重要指标，它们在构造活跃区域的变化能够反映河流对构造活动的响应程度。研究发现，河流宽度的变化与这些参数的峰值位置密切相关，从而为识别活跃断层提供了新的依据。这一发现表明，通过分析河流宽度的变化，可以更准确地定位构造活动的强度和方向。

此外，研究还指出，河流宽度的调整过程通常比坡度调整更快。在构造抬升过程中，河流的宽度可能会迅速缩小，而坡度的变化则相对缓慢。这种差异可能是由于河流宽度调整主要依赖于水流集中效应，而坡度调整则涉及更复杂的地形和地质过程。因此，在构造活跃区域，河流宽度的变化可能成为识别构造活动的重要标志。

在方法上，本文采用了基于遥感图像和DEM数据的综合提取技术，以提高河流宽度测量的准确性和可靠性。传统的河流宽度提取方法主要依赖于实地测量，受限于植被覆盖和仪器精度，难以全面获取河流宽度数据。而遥感技术的发展使得这一过程更加高效和精确。研究人员通过结合边缘梯度和角纹理特征，开发了一种新的提取方法，能够在复杂地形条件下更准确地识别河流的中心线和宽度。这种方法不仅提高了数据的完整性，还减少了对实地测量的依赖，从而为大规模研究提供了可能。

为了验证新方法的有效性，研究人员在千河断陷盆地内选取了90个样本点，对实际测量的河流宽度（W_f）进行了对比分析。结果表明，新方法提取的河流宽度（W_s）与实际测量值之间具有较高的一致性，这进一步证明了该方法的可靠性和适用性。通过这种方式，研究人员能够更准确地评估河流宽度的变化趋势，并将其与构造活动进行关联。

研究还指出，河流宽度的变化可能受到多种因素的影响，包括构造抬升、岩性特征、气候条件和侵蚀作用。例如，在构造抬升速率较高的区域，河流宽度往往更窄，而在抬升速率较低的区域，河流宽度则相对较大。此外，岩性特征也会影响河流宽度的变化。当岩性较硬时，河流的横向侵蚀能力较低，导致宽度减小；而当岩性较软时，横向侵蚀能力增强，河流宽度可能更大。这些因素共同作用，使得河流宽度的变化成为研究构造活动和河流响应的综合指标。

通过分析千河断陷盆地内河流宽度的变化，研究人员发现该区域的河流宽度主要受到构造活动的影响。在断层的下盘区域，河流宽度较窄，而在上盘区域，河流宽度相对较宽。这一现象表明，构造活动对河流宽度的塑造具有显著作用。此外，河流宽度的变化还与距离河源的距离有关，沿着河流的流向，宽度呈现出系统性的变化趋势。这种趋势反映了构造活动在空间上的分布特征，为理解构造活动对河流形态的影响提供了新的视角。

在构造活跃区域，河流的宽度调整往往是快速而显著的。当构造抬升速率增加时，河流的宽度可能会迅速减小，而坡度则可能相应增加。这种快速调整可能是由于水流集中效应的增强，使得河流在垂直方向上的下切作用更加明显。然而，这种调整过程可能受到其他因素的制约，例如气候条件和岩性特征。因此，在研究河流宽度变化时，需要综合考虑这些因素，以更全面地理解其变化机制。

本文的研究结果表明，河流宽度的变化可以作为构造活动的重要指示器。通过分析河流宽度的变化趋势，可以识别构造活动的强度和方向，从而为区域地质演化研究提供新的依据。此外，归一化宽度指数（k_wn）的引入，使得研究人员能够更直观地比较不同区域的河流宽度变化情况。这一指数的降低趋势反映了构造活动在空间上的减弱，为理解构造活动的分布特征提供了新的工具。

总的来说，本文通过结合遥感技术和DEM数据，开发了一种新的河流宽度提取方法，并将其应用于千河断陷盆地的研究。结果表明，河流宽度的变化与构造活动密切相关，且在不同区域表现出显著的空间差异。这一研究不仅拓展了传统地貌学研究的范围，还为理解构造活动对河流形态的影响提供了新的思路和方法。未来的研究可以进一步整合平面形态分析，以更全面地揭示构造活动在空间和时间上的演化模式。同时，这种方法也可以推广到其他构造活跃区域，为全球范围内的构造活动研究提供参考。