沿多条断裂带发生的侧向挤出^{[1, 2, 3, 4, 5]}活动是亚洲大陆晚新生代地壳变形的一类重要变形行为。以红河断裂带和小江断裂带（鲜水河-小江断裂带）为边界的川滇块体（断块）^[6]是被挤出的众多块体之一。小江断裂带可能是青藏高原现今构造意义上的东南边界的一部分^[7]，那么，研究川滇块体的挤出对周边地区的影响便成了探讨高原挤出对周边地区影响的窗口。南盘江上游流域跨越了该块体边缘的东西两侧。过去，南盘江上游地区的现代地壳运动、 活动构造或新构造有过许多报道^{[7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]}，涉及该流域的构造地貌方面也有报道^{[19, 20, 21, 22]}。而这些研究往往集中于滇中地区或小江断裂（带）上。对滇东地区的新生代构造变形和构造地貌特征的研究只有少量报道，如向宏发等^[8]、 Wang等^[12]和赵维城^[21]。滇东地区的新构造变形研究缺失不利于全面回答川滇块体的挤出活动对周边地区影响这一科学问题。此外，流域内是否存在一个前人推测的由红河断裂带活动产生的滇东“压缩”变形区^[8]，此问题也尚待明确。

在研究新构造和活动构造变形的手段中，河流地貌是其中的一种重要手段^[23]。借助DEM提取河流地貌指标或数据进行的构造变形研究已在中国的多个地区开展了工作，如青藏高原东北缘地区^{[24, 25, 26, 27, 28]}和东南缘^[29]、 天山地区^[30]、 华北地区^[31]以及长江的中段^[32]和南盘江-红水河中段^[33]。但滇东地区却缺乏这一类研究报道。面积-高程积分^{[26, 30]}、 河道宽度-流域面积^[27]是河流地貌研究中的常用方法； 而基于水力侵蚀模型研究河流地貌演化与构造响应关系取得的研究成果是值得借鉴的^[34]。在此基础上，本文试图制作一张可以容纳更多信息的平面图像——河流纵剖面图像，以新的技术视觉更全面地审视南盘江上游流域的河流地貌特征，以探索川滇块体的挤出活动对周边地区的影响，并对滇东“压缩”变形区问题进行了讨论。

南盘江发源于云南省沾益县北部马雄山东麓3km处，海拔2145m^[35]； 南盘江流经曲靖、 陆良、 宜良、 华宁、 开远等市县； 南盘江流向多变，沾益县至越州段为近南北向，越州至陆良段为北东向，陆良至宜良段为近东西向，宜良至开远段为近南北向，开远以东为北东流向（图1）。研究区流域总地势北高南低、 西高东低，低海拔区主要分布在宜良盆地、 开远盆地、 曲江盆地、 建水盆地、 弥勒盆地、 竹园盆地和蒙自盆地（图1）。

图1(Fig.1)

图1 研究区地理位置与高程分布图 Fig.1 Geographical position and digital elevation distribution map of the study area

在大地构造单元分区上，南盘江上游流域位于扬子地台与滇东南加里东褶皱带之间，流域西南侧为思茅地块（图2a）^[36]。区内主要地层包括，震旦系（白云岩夹灰岩、 砂岩、 冰碛砾岩等）、 寒武系（板岩、 千枚岩、 变质砂岩夹灰岩等）、 志留系（泥质灰岩、 页岩、 粉砂岩、 板岩和硅质岩等）、 泥盆系（灰岩、 砂、 页岩夹白云岩、 硅质岩、 硅质泥岩等）、 石炭系 （灰岩夹白云岩或玄武岩，灰岩、 白云岩、 页岩，部分中有中酸性或基性火山岩，并夹硅质岩等）、 二叠系（灰岩、 砂岩、 泥岩夹煤、 灰岩夹白云岩等）、 三叠系 （砂岩、 泥岩、 灰岩、 白云岩，局部夹玄武岩、 含铜砂岩等）、 侏罗系 （泥岩、 砂岩夹泥灰岩、 砾岩等）、 第三系 （砂岩、 泥岩、 砾岩夹泥灰岩，夹火山岩等）和第四系 （砂、 砾、 粘土，局部夹泥炭等）。火成岩主要分布在峨山彝族自治县南部和个旧市西部，它们分别是燕山期、 印支期的花岗岩岩体，晚二叠统玄武岩主要分布在宜良县西北部和弥勒县东北部，后者沿弥勒断裂带西北侧呈北东向线性分布^[7]。区内的新构造单元分别属于滇东穹隆式上升区 （滇东北除外） 和滇中大面积块断式上升区^[21]。研究区内的断裂主要有石屏-建水断裂带、 曲江断裂带、 小江断裂带、 宣威-路南断裂带、 曲靖断裂带、 弥勒断裂带、 南盘江断裂带和文山断裂带，这些断裂带在第四纪均有活动表现（图2b）。

图2(Fig.2)

图2 云南大地构造分区（据文献[36]修改）（a）与研究区流域河网纵剖面图（b）红色实线为已知的第四纪断裂，断裂及编号如下:F1为石屏-建水断裂带，F2为曲江断裂带，F3为小江断裂带，F4为宣威-路南断裂带，F5为曲靖断裂带，F6为弥勒断裂带，F7为南盘江断裂带，F8为文山断裂带，F9为竹园断裂； 蓝色虚线示意的范围代表构造解译的分区， 蓝底白字符号为构造解译的分区符号； 墨绿色粗线L1示意差异抬升分界线 Fig.2 Geotectonic classification of Yunnan Province（modified from reference[36]）and drainage network and longitudinal section image of study area

在不同的自然环境下，局部河道的坡度可以表达为一个与流域面积相关的幂律关系^{[34, 37, 38]}，S=K_sA^-θ（S代表局部河道坡度，A为上游流域面积，K_s 和θ分别为陡度和凹度）。该幂律关系是描述河流地貌演化的重要基础，而由这种关系可以得到侧视式的河流纵剖面图像用于寻找裂点信息，如张会平等^[34]； 也可以获得平面式图像，如Wobus等^[37]。后者的平面式图像可以全面观察一个较大范围流域内的河网特征和裂点在河网中的位置。本文试图制作后一种图像以重新审视南盘江上游的构造活动特征。由于这种图像是借助河网来表达纵剖面的变化（包含裂点信息），故可以被命名为河网纵剖面图像或河网裂点图像。此外，这种图像可以直观地读取它的河网水系型式，而水系型式既可定性地又可定量地描述区域构造特征^{[23, 39, 40, 41]}。随着DEM数据的出现，这种定量描述变得易于操作。

在河网试提取阶段，分别利用SRTM-DEM（90m）、 ASTER GDEM（30m）和DLR（6m）高程数据对流域范围进行提取。与现有流域范围^[35]比对，发现前两种数据提取的河网与现有河网有很多不一致的地方，效果不理想。虽然仍有缺陷，但DLR（Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt，德国宇航中心）数字高程数据在本研究区的提取效果相对最佳。本次工作使用的DLR数字高程数据是德国宇航中心利用美国2000年在奋进号航天飞机开展SRTM任务时所携带的德国宇航中心雷达对全球进行地形测绘时产生的数据。DLR用更高精度的雷达（X波段），生成了比美国（C波段）更高精度的数据。2011年德国宇航中心放开了该数据的下载（https:∥centaurus.caf.dlr.de:8443/eoweb-ng/template/default/welcome/entryPage.vm）。该数据的精度为1弧秒（1 arc second），高程相对精度6m，绝对精度16m。

由于DLR（Deutsches Zentrum für Luft￣und Raumfahrt)数字高程数据呈网状覆盖，全球许多地区没有被覆盖。为解决DLR数据在流域内的数据空洞区问题，本文利用ASTER GDEM高程数据和插值等方法对空白区域进行了补漏处理，消除了空洞区。本文将该数字高程数据的投影设置为ALBERS 等面积圆锥投影，中央经线为 127°E，采用KRASOVSKY 椭球体。

在ArcGIS软件中，使用ArcSWAT插件基于DLR数字高程数据提取流域河网。通过计算DEM 中每个栅格单元与相邻的8个单元之间的坡度，利用最大纵比降法计算出每一个栅格的水流方向，然后依据水流方向，计算出每一个栅格在水流方向上的集水面积。对流域进行划分时，利用生成的Basin 作为Mask，然后运用ArcGIS 10.2 的Spatial Analyst Tool 工具集中的Extraction by Mask 对原始DEM 进行剪切，即得到研究区DEM。然后，重新运行SWAT→加载研究区DEM→Burn in 五级河网→输入上游汇水面积阈值→得到模拟河网→查看Reach 的特性表格，得到河网长度，除以流域面积，得到河网密度。通过改变上游集水面积阈值，可得到相应的河网密度。依次设定阈值为1km²、 2km²、 5km²、 10km²、 20km²、 30km²、 40km²、 50km²、 60km²和70km²，提取流域河网。将不同阈值提取出来河网提取出来后，根据Google Earth 影像和已有河网资料^[35]进行比对，确定研究区上游集水面积阈值为10km²时河道提取效果最好，但仍有一些不足的地方。某些河道存在伏流，需要人工干预这些河道的提取，如泸江上的两段河段，即图2中66＃-67＃和69＃-70＃河段。提取的河流在经过湖区时的路径不是真实路径，如经过阳宗海、 抚仙湖、 星云湖、 杞麓湖、 长桥海和大屯海的河流。图2b为上述过程获得的河网。

由于在一条河流的纵剖面上，某一河段较相邻河段陡，两河段相交的部位被定义为一个地形上的裂点^[42]，裂点实际上是不同比降河段相交的点。因此，需要对每一条河流纵剖面进行比降赋值和比降分段，通过分段才能获得地形裂点信息。比降的赋值和分段需做以下处理: 在ArcGIS中通过数量栏中的分级符号来表示河流纵比降，数据的分类方法则采用自然间断点分级法（Jenks），该方法基于数据中固有的自然分组，对分类间隔识别则利用分类统计中自动统计分析出河流纵比降属性列的中值，然后根据计算的中值作为纵比降中断值来分级显示河流纵比降，纵比降的变化情况将被划分为多个类，这样可以通过颜色和线条粗细反映河流纵降比变化。最后，获得了6种不同比值范围的纵比降河段:0-0.5‰、 0.5‰-1.0‰、 1.0‰-2.0‰、 2.0‰-3.0‰、 3.0‰-4.0‰和4.0‰-17.5‰，这些河段相交形成了77个纵比降变异点（地形裂点）（图2b）。

由于造成纵剖面上的地形裂点成因有多种，包括岩性、 构造活动、 人类工程（如水库大坝）、 灾害事件（如泥石流堵江）等，对图2进行构造解译前需要识别其他因素对河流纵剖面的影响。将图2与《中国河湖大典》（珠江卷）^[35]对照后，发现有11个纵比降变异点位于伏流点上，这11个点的出现与岩性的关系密切（表1），但也存在构造信息。人类工程对纵剖面的影响是解译前需要注意的另一个重要因素。这里参考文献^[35]对研究区流域进行人类工程校核，结果发现有17个纵比降变异点可能受到了人类工程干扰（表2）。这17个点在进行构造解译时需要剔除。就灾害事件而言，本文对可能发生滑坡的段落进行了野外抽样调查。图2b显示，纵比降变异点47#-49#之间存在高值纵比降河段，该河段位于华溪河干流上（W区）。野外调查表明，此处是一段穿越峡谷的河段，河谷谷坡陡立，是滑坡易发点（24°03′50.35″N，102°56′47.00″E）。 调查经过此段时，滑坡也刚发生不久。虽然河流是贯通的，但河床中的堆积物相对较多。因此，灾害事件可能成为本流域内个别纵比降变异点的成因。在后述的构造解译中，力求避免对于单个纵比降变异点进行构造解译。

表1(Table 1)

表1 河网中的伏流段（点）*Table 1 The underground river point（section） in the drainage network 纵比降变异点编号 地貌特征与岩性 所在河流 20、 21 伏流点，T1＋2灰岩等 甸溪河上游，板桥河 28 伏流点，T1＋2灰岩等 小江干流 58、 61 伏流点，T1灰岩等 中和营河 66、 67 伏流点，D2灰岩等 泸江干流 69、 70 伏流点，T1＋2灰岩等 泸江干流（燕子洞） 73 伏流点，T1灰岩等 泸江支流磨衣河 76 伏流点，T2灰岩等 沙甸河支流 *岩性参考文献[36]

表1 河网中的伏流段（点）* Table 1 The underground river point（section） in the drainage network

表2(Table 2)

表2 人类工程造成的纵比降变化点（段）Table 2 The longitudinal slope change point（section）caused by human engineering 纵比降变化点编号 人类工程 所在河流 1 花山水库大坝 南盘江干流上的花山河 5 黄草坪水库大坝 麦田河 6 可能为阿龙路或羊街电站（？） 獐子坝河 7 柴石滩水库大坝 南盘江干流 8、 11 水井坡电站、 安家田电站、 江头村电站（？） 汤池河 13 板桥河水库大坝 甸溪河 14 黑龙潭水库大坝 巴江 18、 24 沿河曾建有六级水电站 海口河 23 太平水库大坝 甸溪河支流 26 飞井海水库大坝 华溪河的支流，西河 29 东风水库大坝 华溪河上游干流 30 竹园下河口电站（*） 甸溪河干流 35 可能为白龙河水库大坝 华溪河支流，龙洞河 75 三角海水库大坝 沙甸河支流大庄河 77 长桥海坝闸（？） 沙甸河干流 *来自google 影像判读

表2 人类工程造成的纵比降变化点（段） Table 2 The longitudinal slope change point（section）caused by human engineering

不对称水系型式暗示着流域内存在掀斜活动^[39]。本流域的河网中有4处局部不对称水系格局（图2）。第一处为W区（华溪河流域），该区北岸河流较南岸发育，河流长度较南岸长，且纵比降值大的支流较南岸多； 第二处出现在E1区（滇东甸溪河中部），该区西岸支流较东岸发育，西岸支流纵比降明显大于东岸，长度也明显大于东岸； 第三处为E2区的中和营河流域； 第四处是位于S区的泸江流域。泸江流域南岸支流多北岸支流少，南岸支流的纵比降明显大于北岸。计算流域的不对称因子^[39]（Asymmetry Factor，简称为AF）可以定量地描述这4处区域的构造倾斜程度。不对称因子AF=100（Ar/At），Ar为右岸流域面积，At为流域总面积，AF大于50时表示右岸流域往左岸流域倾斜（左右岸是指往下游方向看时的岸别）。W区、 E1区、 E2区和S区的AF分别为33.3、 73.8、 68.0和65.0。它们分别指示W区北岸流域往南岸流域倾斜，即北北东往南南西倾斜； E1区则为西岸流域往东岸流域倾斜，即北西西往南东东倾斜； E2区为东南岸流域往西北岸流域倾斜，S区为南岸流域往北岸流域倾斜，即南西往北东倾斜。

在河网上裂点成一直线排列时意味着该线两侧存在构造差异抬升作用^{[37, 42]}。据此，本文在图2b中发现了1条构造差异抬升的分界线（图2中的L1）。该线经过纵比降变异点28#、 48#和59#。该线上游的纵比降小于下游，上游为0-0.5‰，下游为0.5‰-1.0‰或2.0‰-3.0‰，即L1的西北侧与其东南侧存在差异性抬升。

在滇东的E1区中，已知的资料表明[¹²]弥勒盆地是由曲靖断裂带中两条左行走滑断裂（图2中的F₅和F₉构成左行左阶断裂系）活动形成的拉分盆地。弥勒盆地中的低值纵比降的曲流地貌与盆地地形是相符的。但新哨以南的纵比降变异点32#-39#之间段落的高值纵比降显然与盆地地形是不符的，39#点以南支流也存在高值纵比降（图2b）。在研究区数字高程分布图（见图1和图2）中可以发现，纵比降变异点39#西南侧和西侧存在地形相对隆起的区域，而且河谷深切。推测新哨以南应该存在隆起带。野外调查表明，在下河口村，甸溪河深切竹园盆地东侧山体，留下一个“V”形缺口。很明显，下河口村西侧一带是一个相对隆起带。不妨将F₅、 F₉、 弥勒盆地以及隆起带与河网组成一个平面分布图和三维假想图（图3），可以发现要产生隆起带，F₅和F₉这两条左行断裂之间需要发生差速活动（非同步活动），而不是同速（同步）活动。因此，E1区内的F₅和F₉构成了一个差速活动的左行左阶断裂系。

图3(Fig.3)

图3 甸溪河中段河网与左行左阶式断裂系的关系 （a）三维假想断块构造模型，其中的A、 B、 C代表由F5曲靖断裂带和F9竹园断裂分割形成的地质块体，⊙指示块体发生向左运动；（b）构造的平面关系 Fig.3 Drainage network in middle of Dianxihe River and the relationship between the left-lateral step fault system

图2b中显示，流域中部有高值纵比降河流集中区域，由经过纵比降变异点33#、 36#、 45#、 50#、 52#、 55#和59#的支流组成，这里称该区为M区。在google影像中观察，M区这种发育长度短且直接汇入南盘江干流的高值纵比降河流可能为古河道或切沟。野外发现，盘溪镇东部山体上古河道发育（24°12′6.78″N，103°08′5.05″E） 。根据这些现象认为，M区是一个局部的整体抬升区（图2b）。

向宏发等^[8]认为，红河断裂带自中新世以来发生大规模右旋走滑活动，推测在滇东存在一个“压缩”变形区，该“压缩区”外围边界大致通过通海县、 弥勒县和个旧市3个地方，但并未给出相应证据。本文的M区、 E1区、 L1、 E2区和S区的东部位于该推测的压缩区内，W区不在该“压缩”变形区范围内。从本文的解译结果看，M区为整体抬升区，E1区、 E2区和S区为掀斜抬升区，而L1两侧则表现为差异抬升，压缩变形似乎只发生在E1区（弥勒地区）。E1区的挤压变形是由断层的差速活动造成的局部挤压。进一步思考，M区是夹于小江断裂带（图2b的F₃）与曲靖断裂带（图2b的F₅）之间的一个抬升区，当小江断裂带与曲靖断裂带也发生差速活动时，那么M区同样会形成局部的挤压隆起。从这一点考虑，M区的抬升可能是挤压造成的。因而，滇东“压缩”变形区应该是存在的（图4），主要集中M区和E1区（弥勒地区），但范围可能不如前人^[8]认为的那么大。压缩区可能不是由红河断裂带走滑形成的，而是由小江断裂带活动造成的。同时表明，断层差速活动是东南缘构造变形中的一种重要调节机制。

图4(Fig.4)

图4 流域及邻区现代地壳垂直活动速率图 据文献[43]修改灰色区域为研究区流域,蓝色线为河流,图中的L1、W 区、S区、M区、E1区和E2区与图2相同 Fig.4 Rate of recent vertical crustal deformation of the Nanpanjiang River catchment and adjacent area, modified from reference[43],grey area represents the study catchment,blue line is river,L1,W area,Sarea,E1 area and E2 are the same to Fig.2)

通过对图2的解译可以了解到流域内的构造变形形式。 但就该流域而言，尚有几个问题待今后明确，比如: 1）在图4中，开远东北部南盘江两岸的抬升速率存在差异，西北岸为4mm/a区域，而东南岸为3mm/a区域。这种变形特征与南盘江断裂带（图2b中F₇）的活动性质之间能找到较好的对应关系，即F₇（倾斜北西的逆断层）上盘活动，而上盘的活动速率相对较大。但现代地壳垂直形变和F₇逆断活动，这两者与L1两侧的纵剖面纵比降之间关系并不协调，是L1两侧曾经存在反向活动还是其他成因？2）图2中E2区现今活动表现出西北侧大于东南侧。构造是否出现反向活动？3）图2中，纵比降变异点17#-22#之间存在一个落差88m的跌水群^[35]，正好位于小江断裂带（F₃）和宣威-路南断裂带（F₄）之间，它是否与两断裂带的差异活动有关？4）图2中L1与E1区内的断裂差异活动是否有联系？5）气候变化因素对流域中的河流纵比降的影响程度。

使用DLR数字高程数据获得的南盘江上游流域的河网纵剖面图像表明，该流域内存在6种不同比值范围的纵比降河段，根据这6种比值生成了77个河流纵比降变异点，其中有11个点位于河流的隐伏点上。经过与现有河流资料对比后，剔除了17个人类工程造成的比降变异点。对图像中的河网型式和纵比降变异点进行构造解译和野外调查后发现:1）流域内存在4个构造掀斜区（W区为华溪河流域、 S区为泸江流域、 E1区为甸溪河中部和E2区为中和营河流域）和1个隆起抬升区（M区为本研究区中部），S区在现今地壳垂直形变速率图像仍有相似活动特征，即自南西往北东掀斜； 2）滇东南地区存在一条北东向的构造差异抬升分界线（图1中的L1）； 3）E1区中存在一个差速活动的左行左阶断裂系。讨论后认为，断层差速活动是青藏高原东南缘构造变形中的一种重要调节机制。滇东“压缩”变形区是存在的，且与小江断裂带关系密切，但范围没有前人推测的那么大。S区的掀斜抬升活动与红河断裂带的活动相关，并具有红河断裂带活动的某些继承性特征。本文通过河网纵剖面图像进行流域构造变形研究是构造地貌学中的一种尝试，尚有许多值得改进的地方。

致谢 感谢编辑部与评审专家的建设性修改意见，成文过程中得到了中国科学院地质与地球物理研究所王二七研究员的帮助，在此一并表示感谢。