第四纪研究  2017, Vol.37 Issue (2): 213-223   PDF    
基于DEM地形特征因子的青藏高原东北缘宁南弧形断裂带活动性分析
秦翔①,② , 施炜 , 李恒强 , 张宇     
(① 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;
② 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081)
摘要:宁南弧形构造带作为青藏高原东北缘的活动构造带之一,区域上处于鄂尔多斯地块、阿拉善地块与青藏高原3个构造单元的汇聚区域。新生代以来作为青藏高原北东向扩展增生的前缘部分,经历了多期强烈构造变形,塑造了现今向北东突出的4条弧形断裂带,即海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带与罗山-牛首山断裂带。基于SRTM-DEM(90m)数据的地貌信息分析,定量化地提取宁南盆地4条弧形断裂带相关的42个汇水盆地的地形特征因子,包括面积-高程积分(HI)、盆地形状指数(Bs),以及3个次级流域盆地的不对称度(AF)和断裂带控制山前的曲折度(Smf)。综合分析表明,这4条断裂带控制汇水盆地的面积高程积分HI平均值分别为0.42、0.39、0.34和0.25;盆地形状指数Bs值分别为2.45、2.29、1.82和1.62;4条断裂带控制山体的山前曲折度Smf平均值分别为1.74、2.15、3.72和2.08。4条弧形断裂带的活动性强弱依次为海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带和罗山-牛首山断裂带,也证实弧形断裂带活动的动力来源于青藏高原北东向构造挤压作用。
主题词青藏高原东北缘     宁南弧形构造带     地形特征因子     数值高程模型(DEM)     构造地貌    
中图分类号     P931.2;P542                     文献标识码    A

1 引言

青藏高原东北缘宁南弧形构造带处于鄂尔多斯地块、阿拉善地块与青藏高原3个构造单元的汇聚部位,新生代以来作为青藏高原北东向扩展[1~3]的最前缘,经历了多期强烈构造变形,塑造了现今向北东突出的4条弧形断裂带:海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带与罗山-牛首山断裂带[4~10](图 1)。

图 1 青藏高原东北缘及其周缘构造纲要图 http://srtm.csi.cgiar.org/修改 Fig. 1 Simplified structural outline of the Tibetan Plateau and its adjacent region, modified from http://srtm.csi.cgiar.org/

前人的研究主要集中于宁南盆地的4条弧形断裂带的构造演化,提出多种构造演化模式,Meyer等[11]和Métivier等[12]认为这些弧形断裂带由多条以走滑为主兼具逆冲分量的活动断裂组成,其晚新生代向NE方向的逆冲推覆,形成了多条与断裂带平行的造山带和压陷盆地群,构成了青藏高原向NE方向扩展的前缘部位和最新组成部分;王伟涛等[13, 14]认为海原断裂带第一阶段强烈的北东向逆冲始于12±3Ma,第二个阶段主要以左旋走滑变形为主,约5.4Ma;施炜等[8, 10]认为海原断裂带新生代以来经历了5个构造演化历史阶段;陈虹等[15]通过对牛首山-罗山断裂带构造应力场及构造变形研究表明,该断裂带新生代以来经历了4期构造变形。但这4条弧形断裂带的活动差异性如何?如何定量化分析其现今构造活动性差异,仍然不清楚。这对探讨该区地震活动性以及动力学背景有重要意义。基于数字高程模型(DEM)的构造地貌参数研究,为定量化分析弧形断裂带的活动差异性提供了可行的技术方法[16~22]。本文通过美国航天局(NASA)数字高程模型数据(SRTM-DEM)处理分析,系统地提取了宁南盆地的4条弧形断裂带相关的4级亚流域盆地(图 2a),进而通过构造活动性相关的地形因子的空间分析,探讨其构造活动的差异性。

图 2 宁南弧形构造带地貌特征 (a)4条断裂带控制的汇水盆地;(b)条带状剖面AA′与BB′位置 Fig. 2 The South Ningxia drainage networks, sub-basins and location of swath profile. (a)The watershed of the four faults zone; (b)The location of 2 swath profiles (AA′ and BB′)
2 区域地质概况

宁南盆地弧形构造带,作为青藏高原东北缘最为显著的构造系统,由一系列向北东突出的盆-岭构造组成[23],自南向北依次为:黄家洼山-西华山-月亮山、香山-天景山、烟筒山与罗山-牛首山及其相间的海原-兴仁堡盆地、清水河盆地、红寺堡盆地[10]。山体前缘依次受海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带与罗山-牛首山断裂带控制[4, 6, 9, 10, 24](图 1)。4条弧形断裂带主要特征如下:

海原断裂带是青藏高原东北缘最内侧的一条断裂带,该断裂带东起固原硝口以南,往西终止于甘肃省兴泉堡,全长约500km。东段的走向为北西向,西段走向发生变化为北西西向。断裂带在纵向上由11条次级断裂带斜列而成[5]。与相对外侧的3条断裂带相比,海原断裂带具有规模大,下切深,第四纪以来的左旋走滑位移量位移速度均最大等特点[7, 10]

香山-天景山活动断裂带位于的香山和天景山北麓,东起张家堡子以南,经红沟梁、碱沟、孟家湾以及甘塘,最终在甘肃营盘水附近终止,全长200km[5]。该断裂带以红沟梁为界划分为东西两段,其中断裂带东段走向由北西西向逐渐转变为北北西向;断裂带西段走向为北西西向至近东西向的走向[10]。已有研究表明[25],香山-天景山断裂带总体表现为寒武-奥陶系灰岩沿一系列的相互平行展布的次级断裂带向北叠瓦状逆冲到新生代地层之上。

烟筒山活动断裂带主要沿烟筒山南麓展布,该断裂带北起于金沙牙石沟,向南依次经红山口子、榆树沟、詹家大坡、康麻子以及小井子,最终穿窑山东麓以及碳山西麓,在云雾山一带与罗山-牛首山断裂带汇合[5]。断裂带北段位于烟筒山东麓,走向为310°,中段位于窑山东麓,西段位于碳山西麓,自中段开始走向发生转变,中段与西段的走向为340°,倾向南西,倾角在40°至70°之间。断裂带总长仅为150km左右,是4条弧形断裂活动构造带中规模最小的一列。

罗山-牛首山断裂带处于青藏高原东北缘最外侧,该断裂带南起泾源,向北经过大小罗山东麓后,转为北西向,再经牛首山北麓之后向西延伸,前人推测其可能与甘肃的龙首山南麓断裂相连,全长约600km[5]。该活动断裂带由三关口断层、柳木高断层、牛首山断层以及罗山东麓断层等次级断层组成。

3 数据源及分析方法 3.1 DEM数据源

本文定量化分析地貌因子的DEM数据来源于美国航空航天局(NASA)、美国图像测绘局(NIMA)、德国及意大利航天局共同实施的航天飞机雷达地形测量数据(Shuttle Radar Topography Mission,简称SRTM),是迄今为止人类历史上第一次从地球轨道高度对地球表面进行雷达三维成像所获取的数字高程模型数据。SRTM-DEM数据采集范围是从南纬56°到北纬60°之间的区域。SRTM-DEM采集数据也分为两类,即SRTM-1和SRTM-3。由于在赤道附近1弧秒对应的水平距离大约为30m,所以上述两类数据通常也被称为30m或90m分辨率高程数据。本文采用的SRTM3数据是目前已经公开的全球数据产品,其空间分辨率为90m(据http://srtm.csi.cgiar.org/)。

3.2 亚流域信息提取

水系是地表水的侵蚀、搬运和堆积作用形成的地貌景观,也是内外地质营力作用的产物。一般地,新构造活动的强弱控制了其相应区域的地表介质条件和地形地貌条件,即一定的构造运动会塑造一定的地貌形态,进而控制了水系的展布特征,从而使水系呈现出不同的展布特点及规律[16]。本文以ArcGIS为技术平台,利用ArcMAP中的水文分析工具实现对宁南盆地的水系网的自动提取,水系分级是按照Strahler流域结构模式[26],最初的没有分叉的水系为一级河流,两个一级水系汇合后,汇合点下游的水系为二级水系,以此类推。本文按照Strahler流域结构模式,在宁南盆地提取了4级水系,即黄河为四级水系,清水河为三级水系以及另外两级水系(图 2a)。

水系格网生成后,提取该区域内的亚流域盆地。提取流域盆地时,首先选择流域出水口。出水口一般是指在整个流域内沿水系的主干河道的高程最低点,为该区域的基准高程,是整个盆地内流水以及沉积物最终集中的地区,各亚流域盆地的级别等同于盆地内最高一级水系的级别[18]

本次研究利用ArcMAP水文分析平台中的WATERSHED工具,提取研究区的亚流域盆地,并从中选取4条断裂带上盘的亚流域盆地盆地,共42个(图 2a)。在此基础上,通过提取断裂控制的亚流域盆地的地形因子来分析四条断裂带的活动性差异。

3.3 条带剖面分析方法

条带剖面(swath profile)是一种描述某区域内的地形起伏变化特征的剖面[27],是根据数理统计学原理,获取垂直剖面线方向上一定缓冲区范围的高程信息,通过计算最大、最小高程和平均高程以及地形起伏度,可反映区域内地貌的宏观变化趋势[28, 29]。本文利用ArcMAP绘制两条40°方位的条带AA′和BB′(图 2b),分别将AA′和BB′条带分为1行100列和1行50列的栅格区块,利用ArcGIS工具中的分块统计工具,统计出每个栅格的高程、起伏度等数据,将提取出来的数据表导入到EXCEL表格中生成高程起伏度折线图。

剖面AA′位于研究区北西部,西起黄河,东至清水河,横跨黄家湾山山地、海原盆地和天景山山地等地貌单元,全长280km(图 3a);剖面BB′位于研究区东侧,西起清水河,东至苦水河,横跨烟筒山山地、红寺堡盆地和罗山山地等地貌单元,全长180km(图 3b)。

图 3 穿过4条弧形断裂带的条带剖面 (a)穿过海原和香山-天景山断裂带的条带剖面AA′;(b)穿过烟筒山和罗山断裂带的条带剖面BB′ Fig. 3 Swath profile crossing the four arc-shape fault zone. (a)AA′ swath profile crossing the Haiyuan Fault and Xiangshan-Tianjingshan Fault; (b)BB′ swath profile crossing the Yantongshan Fault and Luoshan Fault
3.4 地形特征因子 3.4.1 面积-高程积分(HI)

面积-高程积分(Hypsometric Integral, 简称HI)是描述区域内的高程值分布的参数指标。流域中的HI值是独立的,定义为面积-高程曲线下的面积,能反映流域盆地是否被侵蚀的响应。面积-高程积分的计算公式为[21, 30~32]

(1)

公式(1) 中的最大、最小和平均高程可由ArcGIS中Zonal Satastics工具提取。HI值与活动构造没有直接关系,但是HI值越高表明地貌侵蚀作用较强和大多数地貌平均值较高;HI值较低表示地貌侵蚀作用较弱,侵蚀时期较老,很少受到近期的活动构造影响[28, 33, 34]

3.4.2 山前曲折度(Smf)

山前曲折度是反应山前侵蚀程度的参数指标[28]。山前曲折度的计算公式为:

(2)

Lmf为山脉山麓前缘的坡度变换地带的实际长度;Ls为山前两点之间的直线距离(图 4a)。山前的构造活动决定山前山麓的蜿蜒形态,即山前构造活动性强的山前地貌上更平直,则Lmf值越小,Smf值也越小;反之,若构造活动性弱或者缺乏构造活动的山前,其地貌上往往蜿蜒曲折,说明地表侵蚀较强,Smf值偏大[32, 35]

图 4 山前曲折度与盆地形状指数图示 Fig. 4 Idealized diagram showing how to calculate mountain front sinuosity and basin shape index
3.4.3 盆地形状指数(Bs)

盆地形状指数(Basin Shape Index,简称Bs)又可称为(细长比)伸长率,是描述流域盆地水平投影形状的参数指标[28],定义如下[36]

(3)

Bl为汇水盆地从出水口到最远分水岭的距离,Bw为汇水盆地最宽处的长度(图 4b)。构造活动强的区域,汇水盆地较年轻,山前坡度延长较远,盆地形态狭长[37]。因此,盆地形状指数能很好的反应构造活动性的强弱。Bs值越高,构造活动性相对越强;Bs值越低,构造活动性相对较弱[38]

3.4.4 流域盆地不对称度(AF)

流域盆地的不对称度AF值是用来评价某个流域盆地的构造掀斜程度[32]。AF值的计算公式为[39]

(4)

公式(4) 中Ar为流域盆地右侧的面积(面向下游方向),At为流域盆地的总面积[40]。AF值接近50,表明流域盆地形态稳定,在垂直主干流方向掀斜较小[40];AF值大于或小于50,表明流域盆地左侧或右侧发生掀斜,受构造活动、岩性差异的影响。在相同岩性条件下,AF值能很好的反应构造活动的程度。可将|50-AF|值分为3个级别[41],|50-AF|<7为一级,表示构造活动性一般;7<|50-AF|<15为二级,表示构造活动性较强;|50-AF|>15为三级,表示构造活动强[28, 41]

4 地形因子分析结果与讨论 4.1 条带剖面分析

从剖面AA′中可以看出黄家湾山和天景山地区高程变化教大,分别在1900~2400m和1800~2300m之间,地形起伏度变化也较大;海原盆地高程变化较小,在1650~1700m之间,地形起伏度较小,地势平缓。该条剖面穿过海原断裂带和香山-天景山断裂带,这两条断裂带在剖面上有很好的响应,断裂位置位于高程和起伏度突变的地方。通过山体的高度和起伏度突变明显程度上看,海原断裂带对地貌的改造比香山-天景山断裂带稍强。

剖面BB′中烟筒山和罗山地区高程变化较大,分别在1700~2050m和2000~2550m之间,地形起伏度变化也较大;红寺堡盆地高程变化较小,在1500~1600m之间,地形起伏度变化较小,地势变化不大。剖面BB′穿过烟筒山断裂带与罗山-牛首山断裂带,剖面高程和起伏度突变部位很好地响应了两条断裂带的位置。从罗山和烟筒山山体高程和山地起伏度的变化比较分析,罗山断裂带对地貌的改造比烟筒山断裂带更强。

4.2 地形因子分析

本文选取4条活动断裂带上盘的汇水盆地,即4条断裂带相关的第一级汇水盆地,H为海原断裂带控制汇水盆地,X为香山-天景山控制汇水盆地,Y为烟筒山控制汇水盆地,L为罗山-牛首山断裂带控制汇水盆地(图 5),提取这些汇水盆地的面积-高程积分(HI)、盆地形状指数(Bs)参数值,结合二级流域盆地的不对称度AF以及4条断裂带控制的山前的曲折度Smf值(图 5表 1),进而分析4条断裂带活动的差异性。

图 5 宁南盆地地形因子特征 (a)断裂带控制汇水盆地HI值分布图;(b)断裂带控制汇水盆地Bs值分布图;(c)二级汇水盆地的AF值;(d)4条断裂带山前曲折度Smf Fig. 5 Geomorphic indices analysis of sub-basins in the four arc fault zones in the South Ningxia Basin. (a)The values of hypsometric and classification; (b)The values of Bs and classification; (c)The values of AF and inclination; (d)The values of Smf, classification and location

表 1 宁南盆地汇水盆地地形因子数据 Table 1 Geomorphic indices of sub-basins in the four arc fault zones in the South Ningxia Basin
4.2.1 汇水盆地面积-高程积分(HI)

本文将汇水盆地的面积-高程积分HI值分为3个级别:HI值<0.2的为一级,用浅黄色表示;HI值在0.2~0.4之间为二级,用黄色表示,;HI>0.4为三级,用深黄色表示(图 5a)。如图 5a所示,海原断裂带控制的汇水盆地中HI值达到三级的有H1、H2、H8等13个汇水盆地,但没有一级的;香山-天景山断裂带控制的汇水盆地中HI值为三级的有X4、X5等6个;而烟筒山断裂带和罗山-牛首山断裂带控制的汇水盆地中则没有HI值为三级的,多数为一、二级汇水盆地。此外,海原断裂带汇水盆地的平均HI值为0.42,香山-天景山断裂带汇水盆地平均HI值为0.39,烟筒山断裂带汇水盆地平均HI值为0.34,罗山-牛首山断裂带平均HI值为0.25(表 1)。

汇水盆地的HI值指示盆地侵蚀的强弱,HI值越高地貌的侵蚀作用越强,而侵蚀作用的强弱主要受构造活动的影响[31, 32]。因此,对比4条断裂带汇水盆地的HI值,表明4条断裂带的构造活动性强弱顺序依次为:海原断裂带最强,香山-天景山断裂带次之,烟筒山断裂带与罗山-牛首山断裂带较弱,但烟筒山断裂带稍强一些。

4.2.2 汇水盆地形状指数(Bs)

本文将汇水盆地的盆地形状指数(Bs)分为3个级别(图 5b),Bs值<2的为一级,用浅黄色表示;Bs值为2~4的为二级,黄色表示;Bs值>4的为三级,用深黄色表示。盆地形状指数分析表明,汇水盆地Bs值达到三级的,有4个汇水盆地。其中,3个汇水盆地发育在海原断裂带;烟筒山断裂带与罗山-牛首山断裂带汇水盆地Bs值均为一、二级,而没有三级汇水盆地。就其平均值而言,海原断裂带汇水盆地平均Bs值为2.45,香山-天景山断裂带汇水盆地平均Bs值为2.29,烟筒山断裂带汇水盆地平均Bs值为1.82,罗山-牛首山断裂带平均Bs值为1.62(表 1)。

Bs值大的盆地,盆地形状狭长,受构造影响较强,该区域的构造活动相对较强[28, 37, 41]。所以,盆地形状指数Bs反映4条断裂带的活动性强弱顺序为:海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带和罗山-牛首山断裂带。

4.2.3 流域盆地不对称度(AF)

本文提取4条断裂带相关的3个次级流域盆地(图 5c),其中清水河流域盆地为三级流域盆地,大沙河流域盆地及红柳沟流域盆地为二级流域盆地。3个次级流域盆地的AF值分析表明,3个流域盆地都发生一定的掀斜。其中,大沙河流域盆地AF值为36.66,|50-AF|=13.33,为二级,表明构造活动性较强,掀斜方向倾向盆地右侧;清水河流域盆地AF值为34.57,|50-AF|=15.43,为三级,表明构造活动性较强,掀斜强烈,盆地左侧抬升强烈;红柳沟流域盆地AF值为40.85,|50-AF|=9.15,为二级,构造活动较强,掀斜方向倾向盆地右侧。3个流域盆地的掀斜方向都为南西向北东掀斜,表明西南侧构造活动较强,即4条断裂带的构造活动性由南西向北东减弱。

4.2.4 断裂带山前曲折度(Smf)

本文选取4条断裂带控制的4列山体(包括海原断裂带控制的黄家洼山、西华山、南华山和月亮山等;香山-天景山断裂带控制的香山与天景山等;烟筒山断裂带控制的烟筒山;罗山-牛首山断裂带控制的牛首山和罗山),并提取了4列山体前缘与断裂带平行的山前的Smf值(图 5d)。通过计算分析,海原断裂带控制的山前的Smf值整体偏小,平均值为1.74;香山-天景山断裂带控制的山前的Smf值平均为2.15;烟筒山断裂带和罗山-牛首山断裂带的山前Smf值分别为3.72和2.08。构造活动性强的山前形态上较平直,Smf值较小;相反则山麓前缘较曲折,Smf值偏大。罗山-牛首山断裂带Smf值较小,由于该断裂带位于鄂尔多斯西缘,受鄂尔多斯板块影响,以及断裂带后期走滑作用,山前较平直。这4条断裂带整体的Smf值是由南西向北东增大的,即4条断裂带的活动性由南西向北东减弱。

上述汇水盆地的面积-高程积分(HI)、盆地形状指数(Bs)、流域盆地不对称度(AF)和山前曲折度(Smf)等地形因子分析表明,宁南盆地4条弧形断裂带的构造活动性存在显著差异,由强到弱,依次为海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带以及罗山-牛首山断裂带。这种构造活动的差异性也表明,青藏块体新生代以来向北东方向挤出作用存在从南西向北东减弱的趋势,即构造挤压作用首先为海原断裂带吸收,且依次向北东扩展[42]

导致这种地形因子出现显著差异的原因,主要与青藏高原东北缘宁南弧形断裂带晚新生代一系列由南西向北东的逆冲缩短相关,以及在晚第四纪以来强烈走滑活动改造的结果[10~14]。早期强烈逆冲在区域上形成一系列平行排列的弧形山脉,不均匀抬升使区域内流域盆地形态不规则,剥蚀强烈;后期走滑活动,使区域上山脉在平行断裂带方向山前形态平直[8, 11]。最新断层运动学研究表明,沿海原断裂带,除主干断层为左行走滑活动外[5, 8, 10],断裂带多处黄土中也可见近水平擦痕,指示ENE-WSW向挤压[10](图 6a6b)。野外调查也发现,香山-天景山断裂带中段的一处左行位移的冲沟,左行位移25m(图 6c)。在烟筒山山前,沿断裂带发现少数的冲沟、山脊等地貌标志发生规模不大的左行位移[25],断裂带北段可见近直立的两组左行走滑断裂[10](图 6d)。断层运动学调查与分析表明,牛首山断裂带最新活动以右行走滑为主[15, 43](图 6e6f)。这些研究均表明青藏高原东北缘4条断裂带晚期以强烈走滑活动为主,塑造了现今线性构造地貌。

图 6 青藏高原东北缘弧形断裂带运动学特征[10, 43] (a)和(b)为海原断裂带老龙湾盆地中段左行走滑断层及擦痕,(c)香山-天景山断裂带中段左行位移冲沟,(d)烟筒山断裂带北段的左行走滑断层,(e)和(f)为罗山-牛首山断裂带中段右行走滑断层及擦痕线理 Fig. 6 Kinematic features of the arc fault zone in the northeastern margin of the Tibetan Plateau, the pictures are drawn after references[10, 43]. (a)and (b) showing nearly horizontal fault striations in fault gouge in interior of the main Haiyuan Fault, (c)exhibiting left lateral of gully in the Xiangshan-Tianjingshan fault zone, (d)upright NW-striking fault typical of dextrally strike-slip activation in Yantongshan Fault, (e) and (f) illustrating right lateral fault striation in the main Luoshan-Niushoushan fault zone
5 结论

(1) 新生代以来作为青藏高原北东向扩展增生的前缘部分,经历了多期强烈构造变形,塑造了现今向北东突出的4条弧形断裂带,它们分别是海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带与罗山-牛首山断裂带。本文利用SRTM-DEM(90m)数据,基于ArcGIS空间分析平台,定量化提取海原断裂带控制的20个汇水盆地,香山-天景山断裂带14个,烟筒山断裂带和罗山-牛首山断裂带分别3个和5个,这4条断裂带控制汇水盆地的面积-高程积分HI平均值分别为0.42、0.39、0.34和0.25;盆地形状指数Bs平均值分别为2.45、2.29、1.82和1.62;4条断裂带控制山体的山前曲折度Smf平均值分别为1.74、2.15、3.72和2.08。以上这3个地形因子都指示了这4条断裂带的活动性顺序为:海原断裂带最强,香山-天景山断裂带次之,烟筒山断裂带活动性一般,罗山-牛首山断裂带最弱。3个由多条断裂带控制的二级流域盆地,大沙河流域盆地,清水河流域盆地和红柳沟流域盆地的盆地不对称度AF值都指示这3个二级流域盆地的掀斜方向为南西向北东掀斜,表明这4条断裂带由南西向北东活动性依次减弱。

(2) 青藏高原东北缘海原断裂带、香山-天景山断裂带、烟筒山断裂带和罗山-牛首山断裂带,其构造活动性由南西向北东依次减弱,指示宁南盆地的构造变形主要受青藏高原东北缘北东向构造挤出作用影响,而且这种导致变形扩展由南西向北东逐渐减弱。

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Tectonic differences of the Southern Ningxia arc-shape faults in the northeast Tibetan Plateau based on Digital Elevation Model
Qin Xiang①,②, Shi Wei, Li Hengqiang, Zhang Yu     
(① School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083;
Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081)

Abstract

The South Ningxia arc-shape belt, situated at the juncture of the Ordos Block to the east, the Alxa Block to the north, and the Tibetan Plateau to the south, has undergone a complex intracontinental deformation in Cenozoic due to the northeasternward extension of Tibetan Plateau, leading to the formation of four curve-northeasternward fault zones, i.e., Haiyuan Fault, Xiangshan-Tianjingshan Fault, Yantongshan Fault and Luoshan-Niushoushan Fault. How to quantifiedly define the tectonic differences of the arc-shape faults is a key issue to analyze the northeasternward growth of the Tibetan Plateau. Geomorphic indexes are useful tools for studying different spatial intensity of tectonic activity. In this work, we analyzed the geomorphic indexes related to fault activity in purpose to probe the activity differences of the four faults based on SRTM DEM(90m)topography data analysis. Here, two geomorphic indexes including hypsometric integral(HI), drainage basin shape(Bs)are extracted from 42 drainage basins terrains of the four arc fault zones, and the mountain-front sinuosity(Smf)of four arc-shape mountains related to the four fault zones, drainage basin asymmetry(AF)of three sub-basins limited between the faults in Southern Ningxia area. The geomorphic indexes associated to the Haiyuan Fault, Xiangshan-Tianjingshan Fault, Yantongshan Fault and Luoshan-Niushoushan Fault show their average HI values are 0.42, 0.39, 0.34 and 0.24, respectively; their average Bs values are 2.45, 2.29, 1.82 and 1.62; their average Smf values are 1.74, 2.15, 3.72 and 2.08. The three geomorphic indexes indicts the weakening of tectonic activities of the four fault zones from southwest to northeast. The AF values of Dashahe, Qingshuihe, Hongliugou drainage basins suggest that the uplift of southwest part in Ningxia arc-shape belt is prominently stronger than that of the northeast parts. The synthesization of the geomorphic indexes shows the obvious tectonic activity differences among the four faults get weaker, from Haiyuan Fault, Xiangshan-Tianjingshan Fault and Luoshan-Niushoushan Fault, to Yantongshan Fault, indicating the fault activity in the South Ningxia Basin are resulted from the northeasternward-expanding of the Tibetan Plateau.
Key words: northeastern Tibetan Plateau     Southern Ningxia arc-shape structure     geomorphic indices     DEM     geomorphology