沖斷帶構造作用控制下的分支河流體系特征及其成因分析
——以塔里木盆地西北緣柯坪地區為例

黃若鑫，張昌民，馮文杰

長江大學地球科學學院，武漢 430100

0 引言

2010 年，Hartleyet al.[1]運用Google Earth 對全球700 余個現代沉積盆地中的沖積河流沉積體系進行統計的基礎上，提出了一個新的河流沉積學術語，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育的沉積體系，其表面的河道形態整體上表現為從一頂點處向下呈放射狀展布[1-2]。近十年來，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展和不斷完善[3-15]。Weissmannet al.[2]通過識別大量DFS，將其構造背景劃分為四種類型：拉伸（包括斷裂，被動大陸邊緣等），擠壓，走滑和克拉通。前人在研究盆地構造背景對DFS分布的控制方面的成果較多[1,8,14,16]，有關局部構造背景影響DFS幾何形態及其規模的研究較少。在擠壓盆地邊緣的逆沖斷裂帶中，推覆體兩翼均發育有沉積體系。這些沉積體受沖斷帶影響，其分布與發育特征具有顯著差異?？缕耗鏇_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特構造展布[17]。通過衛星地圖觀察到區內發育有大量的DFS，受構造格局的控制，在構造不同部位發育的DFS的規模和幾何形態具有明顯的差異。本文運用Google Earth等地理信息平臺對柯坪逆沖帶不同構造部位發育的DFS進行系統測量，分析DFS發育與盆地局部構造背景之間的相關性，為地下地質研究中預測DFS的分布提供可對比的現代實例，也為分析前陸沖斷帶DFS的發育與分布特征提供了參考信息。

1 區域地質地理概況

1.1 區域構造特征

研究區地處新疆南部阿克蘇地區最西端—柯坪逆沖帶內，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造變形區（圖1a）[18-25]?？缕耗鏇_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_帶以發育東西和北東東向疊瓦狀逆沖推覆構造為特征，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，其南坡還發育北西傾向的逆沖或逆掩斷層[19,26-28]。兩個逆沖席之間通常發育大小和形態不同的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 柯坪地區地理位置及區域構造背景圖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；其一排排山體由一個個逆沖斷片構成，每個山體（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]。該區寒武紀整體發育中層狀白云巖和灰巖；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巖，灰—深灰色中—薄層瘤狀灰巖、瘤狀泥灰巖及泥頁巖組成；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；研究區古近紀沉積零星分布，主要巖性為一套紫紅或棕紅色厚層、塊狀泥巖、粉砂質泥巖夾泥質粉砂巖及少量薄—中層狀細粒巖屑砂巖—粉砂巖，西部夾白色薄層石膏及膏質泥巖。新近紀沉積由東西兩端向柯坪—溫宿地區超覆，中新世和上新世可能已經覆蓋了溫宿地區。上新世晚期—第四紀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（剖面位置見圖1 紅色框體內AA’,BB’,CC’三條剖面線，據文獻[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 ℃；年平均無霜期215 天。柯坪逆沖帶范圍內年降水量60～80 mm，而山區最高可達300 mm，降水主要集中在夏季，蒸發量多年平均為1 722.9 mm?？缕旱貐^最大的河流為柯坪河，柯坪河流域內無高山冰川，在流域中部山區，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，持續時間短，但占了整個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]，流量穩定，其河道長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 測量方法

通過使用Google Earth，并借助地理信息系統ArcGIS 處理過的SRTMDEM 90M 分辨率原始高程數據以及Global Mapper對研究區進行了系統地識別測量[41]。在辨別的過程中，以6條剖面線將DFS從縱向上與橫向上進行三次等分，縱向上，以頂點為起點，呈放射狀測量3條縱向剖面，以便顯示DFS的縱向平面形態和向下游發育的趨勢；橫向上，測量垂直于順源方向上的3條剖面線，確定DFS向兩側發育的邊緣（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]。這些工作可以進一步精確DFS的發育范圍，減小測量誤差。

其中，頂點是指DFS發育的起始位置，其上的河道在這里發散；頂點位置是通過在衛星地圖上顯示為河道在河谷內開始分汊發散的位置確定的（圖3a）。

DFS 的周長和面積是指DFS 發育范圍的周長數值和面積數值；物源區的周長和面積也是在物源區確定后，得出的DFS 頂點以上匯流體系的周長數值與面積數值；通過DFS 上的暫時性河道的分布與終止位置，確定了DFS的發育范圍；物源區邊界則是通過Google Earth 上的地形圖像及借助經DEM 處理后得到的分水嶺數據進行確定。確定DFS與物源區邊界后，通過Google Earth 屬性欄的度量單位頁面獲取準確的面積與周長數值（表1、圖3a）。

延伸長度是指DFS 發育的最大距離，即DFS 頂點到末端的長度，但并不是兩點的直線距離，而是沿DFS 發育形態中線的長度數值，其數值也可以從Google Earth的屬性欄中得出。DFS的順源地形變化是通過在DFS上從頂點沿順源方向以90 m為間隔采集的高程數據得到的（圖3c）。

圖3 （a）分支河流體系測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和物源區的面積和周長以及DFS 的延伸長度等參數數值（表1）。為增強其河道分布特征，運用漸變映射功能處理衛星地圖拍攝到的DFS圖像，用來區分河道。

表1 柯坪逆沖帶各推覆體DFS測量數據表Table 1 DFS measurements of each nappe in Kalpin fold-and-thrust belt

3 測量結果及相關性分析

3.1 測量結果

研究區覆蓋范圍近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，通過衛星地圖可以觀察到僅整個逆沖帶最后排推覆體的前鋒外，其余推覆體兩側均發育有DFS，數量大且分布密集（圖4）。以柯坪逆沖帶變形強度由北到南逐漸減弱，以及中部地區受若干南北向走滑斷層影響的等特征，將研究區劃分為三個構造區域，即逆沖山前區（A構造區）、逆沖前緣區（B構造區）以及走滑斷層區（C 構造區）（圖4）。在研究區內測得DFS 共256 個,逆沖山前區20 個，逆沖前緣區109 個，走滑斷層區136 個。其中，測得的DFS 中延伸長度最大為27.854 km，位于逆沖山前區，而最小的延伸距離為0.283 km，位于走滑斷層區（表1），長度跨度較大，同時不存在大于30 km 的大型DFS。而測得的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）；物源區最大面積為289.783 km2，最小面積為0.103 km2，平均物源區面積為30.726 3 km2。DFS測得的最大坡度為0.182，最小坡度為0.011，平均坡度為0.048（表1）。

3.1.1 DFS面積

柯坪研究區一共統計了265個DFS面積值（表1、圖4），存在明顯的單極化分布。依據DFS 面積大小分為兩類，第一類為小型DFS，其面積小于10 km2，研究區一共有228 個，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（B構造區）與走滑斷層區（C 構造區），大多呈現為規模小且密集分布。其中面積小于3 km2的DFS 有168個，占總量的63.4%，大于3 km2小于6 km2有34個，大于6 km2小于10 km2的僅有6個；第二類是大型DFS，其DFS 面積在10～60 km2，主要分布在構造帶的中后部，即逆沖山前區（A 構造區）。整體上，越往構造帶后部，其DFS 面積越大。其中分布在逆沖構造帶中部的大多為大于10 km2，小于60 km2的DFS，一共測得28個，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，研究區共發育9個，占比3.4%（圖5a）。

圖4 柯坪地區分支河流體系構造分區示意圖（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延伸長度

對柯坪地區各個DFS 延伸距離進行數據統計，研究區DFS 的延伸距離存在顯著的兩極化特征（圖5b），即長距型DFS與短距型DFS，在12.5～17.5 km處存在著明顯的斷帶現象。其中長距型DFS 有8 個（3%）且均大于15 km。其中最大的DFS，位于逆沖山前區內，靠近南天山，其延伸距離達到了27.854 km，其余7 個DFS 則在15～25 km。隨著延伸距離的減少，DFS的數量急劇增加。短距型DFS的延伸距離主要 在0～10 km，其中 長 度在0～2.5 km 的有143 個（54%），在2.5～5 km 的有50 個（18.9%），在5～7.5 km的有38 個（14.3%），在7.5～10 km 的有18 個（6%），而12.5～17.5 km僅3個DFS。

圖5 柯坪地區分支河流體系幾何形態數值分布圖Fig.5 Distributions of geometric values of DFS in Keping area

3.1.3 DFS坡度

通過對DFS 的面積與延伸距離的變化進行分析，其數據極化的程度逐漸減弱（圖5c）。在Google Earth 和SRTMDEM 數據的垂向分辨率的誤差范圍內，不考慮DFS 順源剖面上呈下凹的情況，僅有7 個DFS 的坡度在0～0.02，而坡度主要分布在0.02～0.1，全區一共237 個，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DFS（6%）；在0.15～0.2，存在4個DFS（1%）。

3.2 測量結果相關性分析

3.2.1 DFS面積與物源區面積的關系

將研究區內測得的DFS 面積、延伸長度以及物源區面積進行相關性分析，發現柯坪地區的DFS 與物源區面積相關性顯著，其回歸方程R2=6.966（圖6）,但DFS面積數值跨度由0.1至500 km2，跨度較大。

圖6 研究區分支河流體系與物源區面積回歸性分析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系

由劃分的三個構造區域剖面海拔高程圖發現，從不同的山脈發育的DFS在圖中可以非常清晰的區分出來（圖7）。不同區域的DFS，其坡度以及延伸長度都有較大的變化。通過一些分區的DFS的坡度分布與變化，可以看出坡度在DFS 形態上的體現。例如，A區域的DFS頂點的海拔高度最高達到2 400 m，該區DFS的延伸距離較長，最長為27.9 km，同時也是整個研究區內延伸距離最遠的，該區的最大坡度為0.037，最小坡度為0.012，平均坡度為0.022。而B 區域由于位于整個柯坪逆沖帶中心逆沖體的前推一側，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區域的DFS發育于兩個山脈，分別是海拔為2 100～2 400 m 的高位區和1 600～2 000 m 的低位區，高位區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 的延伸長度有關，由于高位區距離南天山物源區更近，物源更為充足,延伸長度較遠，DFS延伸較為平緩。C構造區在1 500～1 900 m 海拔范圍內，最大坡度為0.181，最小坡度為0.016，平均坡度為0.064，最大延伸長度為5.250 km，最小延伸長度為0.686 km，平均延伸長度為5.759 km；在1 200～1 400 m海拔范圍內，最大坡度為0.182，最小坡度為0.03，平均坡度為0.078，最大延伸長度為4.140 km，最小延伸長度為0.283 km，平均延伸長度為4.140 km。

圖7 柯坪地區各構造區域DFS 坡面投影圖（顯示坡度及分支河流體系的延伸長度）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幾何形態分類

柯坪地區DFS 的幾何形態是通過DFS 所覆蓋范圍的形態特征確定的?？缕旱貐^的DFS由于構造等因素的疊加作用，其幾何形態呈現多樣性；逐個觀察柯坪地區的DFS，以幾何形態特征，可以將它們分為3 個大類。第一類是扇狀形態（圖8），為最接近理想狀態的形態類型；在柯坪地區，此類DFS主要發育在逆沖山前區，數量為26 個，占全區的10%，其沉積區可容空間較大，河道流量及物源充足，發育受地形限制的影響程度小，沉積朵體可以向兩側擴展，形成扇狀。第二類為長條狀形態（圖8），表現為在靠近頂點處，呈放射狀向下的形態特征，而余下部分則呈長條狀。長條狀DFS為柯坪地區發育DFS最為廣泛的一種發育形態，數量為217個，占全區的85%，分布在逆沖體兩翼，主要發育在逆沖前緣區與走滑斷層區；由于DFS 發育密集，且物源區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 向兩側發育受到限制，所以呈現出長條狀的幾何形態。第三類是蠶蛹狀形態（圖8），不同于長條狀形態，此類形態在DFS上部表現為扇狀，但下部變窄，整體表現為中間寬兩頭尖的特點。蠶蛹狀形態的DFS在柯坪逆沖帶的各個部位均有發育，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DFS 而導致發育范圍變小，同時兩側的DFS 后期向該DFS 下部沉積區擴展，覆蓋其沉積區域，因此呈現出下窄的形態。該類形態的DFS 形成很大程度上受兩側DFS以及自身的沉積物通量控制，在柯坪地區發育有不同規模，不同的構造部位，但數量僅13 個，占全區的5%。

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

4.2 以DFS上的河流分類

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

由于柯坪地區較干燥的氣候特征，研究區內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與相對較高的坡度，較好的物源供給以及較大的匯水量相關[1]。而具有較高地表坡度的分支河流體系主要發育在具有高起伏的構造活動帶，如安第斯山脈，天山，阿爾金山，內華達山脈，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。干旱地區由于受氣候條件影響，蒸發和蒸騰導致水分的散失遠超過降水量，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，分支河流體系會受到季節性降水的作用，河流流量會發生差異變化，從而影響沉積物供給。同時，河床沉積物供給量的影響，也反應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，具有相對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，常出現在低起伏的克拉通，拉張與擠壓的構造背景地區。由于本區不包含曲流河形態的分支河流體系，不再展開描述分析。研究區主要河道平面類型如下。

4.2.1 分汊狀辮狀河道型DFS

研究區內，此類DFS 主要發育在A 構造區以及部分B、C 構造區內。由于A 構造區靠近老山地區，物源充足，且坡度較小，DFS規模較大，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較小[8]。此DFS類型從頂端至末端發育較陡的河道坡度（圖9），主干辮狀河道從頂點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的分流河道，河道呈逐漸變小的變化特征。從本區的分汊狀辮狀河形態的DFS 顯示，從頂端至末端，河道彎曲度逐漸大，但并未發育成曲流河。

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，發現在頂點或者其近端位置出現了決口現象，且決口形成的新河道可以延伸橫跨整個扇體，其可能與季節性的降雨與蒸發程度有關。

4.2.2 下切型分汊辮狀河道型DFS

由于本研究區的辮狀河道存在不同于Davison所劃分的6種主河道平面形態中的平面類型，因此將其單獨分為一類進行研究描述，即下切型分汊辮狀河河道。當然，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高于上一種，其程度幾乎達到單辮狀河河道類型（圖10）。此類DFS 主要發育在B 構造區以及部分C 構造區內（圖6），其物源區面積小，沉積區坡度大，可容空間小，各DFS呈緊密排列。關于下切作用，在DFS中十分常見。Weissmanet al.[8]研究表明DFS 的頂點在整個沉積過程中保持相對靜止，因此假設近端區域將自然地填充可容空間并且隨著時間進積。相反，自生進積作用可能導致扇體近端區域沉積物供應的相對增加或周期性下切。隨著進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。在本研究區可能還需要考慮逆沖帶（山脈）推覆，導致坡度，沉積物堆積等情況發生變化。就平面形態特征在某種程度上，其可以當做分汊狀與單辮狀河的過渡類型。

圖10 河道分布模式—下切型分汊辮狀河河道（實線為新的河道分布，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，一個物源區對應著一個扇體（沉積區），河道從DFS頂點開始分汊延伸，最后終止；整個河道分布表現為一個完整的扇體，河道從DFS頂點到末端由始至終。由于柯坪地區處于逆沖構造帶上，整體上受擠壓作用影響較大，沉積區可容空間較小且坡度大，河道能從頂點快速沖向末端，研究區大部分DFS 均為這類發育模式。

4.3.2 多級式分支河流體系

對于平面形態上來講，單一的平面形態由單個扇體組成，對應的多級平面形態由兩個及兩個以上相連的圓錐形扇體組成（圖11）。當第一級的分支河流體系受到山體屏障的影響并對此產生作用時，這種復合平面形態就開始形成了。在這種情況時，當其中一個分支河流體系（DFS）中的第一個圓錐形扇體到達山體屏障時，第二個分支河流體系便會在其下游形成，即山體阻擋第一級DFS的進一步發育，而DFS上的河流則侵蝕沖破山體屏障，河道再次擺脫限制，根據河流流量、坡度等因素來決定發育下一級DFS 的次數。該類DFS 多發育在逆沖山前區（A 構造區）。

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

4.4 構造—DFS沉積響應分類

觀察柯坪地區DFS的發育情況，以DFS的面積、坡度、延伸距離等測量數值，結合各個DFS的河道分布模式，將柯坪地區DFS 分為三大類。這三種DFS分別是扇狀分汊大型DFS（A 型）、長條狀下切中型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）主要表現為規模大，河道分汊現象明顯，一般在DFS 頂點處就開始分汊。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也包括上述的多級式DFS（其坡度變化、總DFS 面積以及延伸距離均符合A 型DFS 標準）。長條狀下切中型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，是柯坪地區發育最多的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，沉積可容空間進一步被壓縮，整體DFS 規模變小。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。發現在柯坪地區DFS分布特征與構造部位分區具有一一對應的關系。這三個構造大區內的DFS 也對應著研究區三種DFS，即逆沖前緣區（A構造區）主要發育扇狀分汊大型DFS（A型）、逆沖山前區（B 構造區）發育條狀下切中型DFS（B 型）以及走滑斷層區（C構造區）發育扇狀走滑小型DFS（C型）（圖4，12、表2）。

表2 研究區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育在所有的構造環境和氣候條件中[1]。影響DFS發育的因素眾多且復雜，對柯坪地區的DFS進行系統測量，通過分析坡度、可容空間、源區面積等局部區域性影響因素，研究分支河流體系的發育特征。

5.1 物源供給對DFS的影響

物源供給主要是通過物源規模與物源類型這兩方面對DFS的發育進行影響。柯坪地區由于DFS發育在各個逆沖體兩側，而逆沖體均是由同一套地層受構造作用出露地表，對于物源類型，柯坪地區各區域存在一定差異。A 構造區物源來源以南天山山系提供的變質巖為主，B、C兩個構造區的巖性組合相差不大，但與A構造區相差較大，在其DFS的發育特征上有所響應?？缕耗鏇_帶出露的地層主要有二疊紀、石炭紀、志留紀、奧陶紀、寒武紀等古老地層和新生代的現代沉積。A構造區主要出露二疊紀的地層，以碎屑巖、灰巖、砂巖以及泥巖為主；天山變質巖，零星早二疊世花崗巖分布在A 構造區左側，右側散落分布有石炭紀—志留紀砂巖。B 構造區出露奧陶紀—寒武紀泥質灰巖，黑色頁巖和棕灰色細礫巖以及志留紀紅色細砂巖為主，二疊紀輝綠巖為成片出露，主要分布在B 構造區右側。C 構造區主要以奧陶紀—寒武紀泥質灰巖為主，C構造區左側小規模分布有志留紀黏土頁巖和泥質粉砂巖[33]（圖13）。

圖13 柯坪逆沖帶地質簡圖及研究區DFS 分布（據文獻[33]修改）Fig.13 Geological map of the Keping thrust belt and DFS distribution (modified from reference[33])

三大構造區DFS 物源區巖性差異較大，通過分析物源區巖性與DFS幾何形態的相互關系，得出DFS的發育特征受母巖巖性影響較大。A 構造區DFS 物源區巖性以沉積巖為主，DFS 延伸長度遠，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構造區左側由于物源區還分布有變質巖和火成巖，DFS 延伸長度減小，主要集中在8.462～13.155 km，扇面坡度增加；B、C 構造區以灰巖為主，DFS 延伸長度在0.283～10.272 km，整體上DFS 的延伸長度、規模等遠小于A 構造區。在B 構造區右側DFS物源區分布有紅色細砂巖和輝綠巖，DFS平均延伸長度為7.289 km，受物源區巖性不同影響，DFS 幾何形態發育差異較大。

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

物源規模是影響DFS發育的另一主要因素。前人研究表明：分支河流體系面積和其各自物源區面積之間有很強的相關性。這說明根據物源區面積可以預測一個扇區的大小，反之亦然[12]。在分析本研究區內各分支河流體系面積和物源區面積之間的關系中有所體現（圖6），同時也發現例外情況存在。如B構造區右側和C 構造區兩區最前緣的一條推覆體，同一條山脈（斷裂）同側的DFS 存在明顯的差異，是由于C 構造區不僅僅受薩爾干斷層的影響，同時還受皮羌走滑斷層的影響，因此該區坡度更陡，沉積物搬運距離更短，DFS 與物源區明顯較小，另一方面B構造區右側的海拔較高，主要集中在1 350 m～1 750 m，而區域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。由于構造作用的復雜性，坡度與沉積區的可容空間也會存在較大的差異，因此也存在著相同物源區面積，不同DFS 大小的情況。

5.2 氣候水文對DFS的影響

在全球范圍來看，氣候對DFS的發育影響顯著。對于熱帶氣候條件，主要發育以彎曲的河道平面形態為主的河道模式，在赤道附近這樣的熱帶氣候地區，有較長的雨季，充足的降雨量，其河道常常延伸較長，有利于曲流河的發育；但在大陸，亞熱帶和極地氣候地區其發育受到限制。除熱帶氣候條件外的地區，主要發育辮狀河為基礎的河道類型，根據不同地區的降水量，蒸發量等因素，會發育不同形態、不同規模的河道分布模式[1]。柯坪地區處在溫帶大陸性氣候區，降水量遠遠小于蒸發量，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），從物源區到盆地來看，其展布規模大致上呈現出逐漸變小的趨勢（表1）。

氣候特征同樣影響著DFS的終止類型。根據柯坪地區發育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）。由于柯坪地區的逆沖構造，形成了一種獨特的地貌單元—背馱盆地，在盆地中部發育著一條由兩個相鄰的逆沖斷片對側匯流形成的河流（圖15a），而在兩側發育的DFS均終止于此；整個逆沖帶內，各個逆沖體依次向前陸擴展，僅最前端的前翼上發育的DFS 終止于沙丘（圖15b）。

圖15 柯坪地區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DFS 是否發育在流域內來控制DFS的發育。在研究區內，柯坪河流域范圍[39]內（A 構造區右側）發育的DFS 規模都普遍大于其他區域的DFS（圖16）。在柯坪河流域內的部分A 構造區的DFS（圖16a），其DFS 的延伸長度最大都超過了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；而其余柯坪地區的DFS，未受大規模的流域供給，僅從降雨，融雪等方式進行物源堆積，其DFS發育規模小，最小DFS面積僅有0.044 km2，延伸長度較短，變化范圍在0.283～13.155 km（圖16b），坡度較陡，最大可達到0.182。

圖16 研究區DFS 發育規模與流域分布關系示意圖Fig.16 Relationship between DFS development scale and drainage distribution, Keping thrust belt

5.3 大地構造對DFS的影響

DFS的長度由平面上的可容空間控制，而沉積區的可容空間又與構造背景密切相關[1]。在研究區內，由于構造運動的影響，其扇體向外擴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 就分布并發育在這些由于推覆擠壓形成的山脈上，而研究區內同時存在大量的斷裂構造，它們的存在極大程度上控制了DFS 發育的規模與形態（圖1，4）。

據測量統計，A構造區中部的DFS頂點海拔位置分布在2 200～2 400 m，是研究區內海拔分布范圍最高的一個區域，其坡度最大為0.372，最小為0.015，跨度較大，其原因可能是該區域的前一排的逆沖體由于受印干與皮羌兩走滑斷裂進一步前移，使得該區域的可容空間較大于兩側的，因此其發育的DFS 延伸距離較大，使得坡度呈現較小的現象。B 構造區內，靠近柯坪縣的DFS的坡面圖可以識別出3種坡面趨勢（圖7），其兩側頂點的海拔范圍以及坡度大小都呈現較集中的分布規律，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。構造作用除了影響沉積區的坡度等因素外，最主要還影響沉積區的可容空間的大小，構造作用越復雜的地區，其可容空間約越小，DFS的發育規模也就越小，同時，構造運動還可以影響沉積區的地形地貌來限制DFS發育的形態與規模，如A 構造區中部的多級式分支河流體系，由于在沉積區內存在隱性斷裂，使得沉積區出現多處凸起，阻斷了DFS原本的沉積活動，從而改變了整個DFS的幾何形態（圖11）。

整體上，逆沖山前區、逆沖前緣區以及走滑斷層區（圖4）三個構造區域內的DFS 受柯坪逆沖帶變形強度差異影響，幾何形態發育相差較大。逆沖山前區的DFS 在研究區內屬于較大型的（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；逆沖前緣區為柯坪地區DFS主要的分布區域，呈現出緊密排列的特征；該區域DFS面積最大為30.144 km2，沉積區由于構造的牽引作用，使該區域的逆沖體兩側的坡度差別較大（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，使該區的沉積區域遠小于柯坪地區的其他區域，最大的DFS面積為9.583 km2；同時走滑斷層使得該區域的DFS 坡度遠大于其他區域，最大為0.182。因此，在構造作用顯著的區域，區域性的構造作用不僅直接影響DFS 的發育與分布，同時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模與河道分布模式。

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

6 結論

（1）柯坪地區主體是由3～4 逆沖推覆體組成的逆沖帶，大量DFS 發育在推覆體兩翼。根據構造特征將柯坪地區劃分為逆沖山前區（A構造區）、逆沖前緣區（B構造區）以及走滑斷層區（C構造區）三個區；逆沖山前區DFS 發育數量少但規模大，逆沖前緣區DFS發育數量多且規模小，而走滑斷層區DFS發育數量最多且規模最小。這三個構造區對應著發育三種類型的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DFS 的發育受諸多因素影響。通過分區對比，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，物源區面積與DFS 面積呈正相關；物源區巖性不同，會使DFS幾何形態發育差異較大；氣候主要控制研究區的降雨來影響DFS 的發育，溫帶大陸性氣候使得柯坪地區的河道樣式多以辮狀河為主；水文表現在流域內流量大小與DFS 規模的響應，流量越大，DFS 發育規模越大；柯坪地區DFS 的分布及發育特征受柯坪逆沖帶的構造作用影響顯著，構造運動通過控制沉積區的可容空間大小，早期沉積體的分布和流域盆地坡度以及斷裂的發育與分布，很大程度地影響著DFS的發育。