发源于喜马拉雅山脉北麓的雅鲁藏布江，自西向东穿越亚东、加查等南北向裂谷带后，在山脉东端绕海拔约7782 m的南迦巴瓦峰转向南流，呈向北凸出的“U”字型大拐弯。平面上，雅鲁藏布江河道呈宽谷段和峡谷段相间分布，宽谷段河道坡降平缓，沉积物深厚；峡谷段河道深切、基岩裸露。河流纵剖面上河道高程呈阶梯状逐级下降，形成加查、南迦巴瓦2个巨型河流裂点^[1~3]。作为印度板块向欧亚板块俯冲、楔入的前缘，雅鲁藏布江河流地貌与喜马拉雅东构造结的隆升密切相关^{[2, 4~8]}。河谷沉积揭示出在2.5 Ma以前南迦巴瓦块体的强烈隆升导致了雅鲁藏布江大峡谷的形成和上游河谷因基底反翘而发生的充填^[3]；大量年轻的热年代学数据显示南迦巴瓦峰地区是喜马拉雅东构造结的隆升中心，数百万年以来经历了强烈快速的地表剥露过程^[9~13]。但是，由于地表切割强烈，围绕东构造结的区域变形样式仍然不清晰。

基于数字高程模型(DEM)进行地貌参数的提取，利用其对构造抬升响应的敏感性可以深入分析基岩抬升与地表侵蚀作用下高原的差异隆升和变形样式^[14]。本文对雅鲁藏布江中、下游流域30 m分辨率的SRTM DEM数据进行了处理和分析，用以获取雅鲁藏布江大拐弯地区构造活动的信息。研究区以仁布县托夏(29°20′N，90°E)为起点，以巴昔卡(28°06′N，95°32′E)为终点，流域面积约13.36×10⁴ km²，约占雅鲁藏布江在我国境内流域面积的52% (图 1)。通过流域面积-高程积分和河流陡峭系数的提取，结合区域降雨量及岩性分布特征，分析不同区段地貌参数变化的影响因素，获得了雅鲁藏布江大拐弯地区构造差异隆升的信息。

图 1(Fig. 1)

图 1 雅鲁藏布江地理位置图(灰色区域为研究区) Fig. 1 The sketch map showing the location of surveyed section(gray area)in Tsangpo River

研究区大型河流发育、大的降雨量和冰川活动等导致地表侵蚀作用强烈，与构造结地区的强烈构造活动相耦合，使得雅鲁藏布江大拐弯地区成为现今地球上构造活动最强烈、地貌演化最迅速的地区之一^[15~20]。由于研究区岩性和降雨量变化大，在构造地貌分析中需要考虑它们的影响。

研究区西侧的桑日-错那断裂是一条近南北向的裂谷带，晚第四纪活动明显；北东部的嘉黎断裂走向北西西，是一条长期活动的深大断裂^[21](图 2a)，现今仍有明显的走滑活动。雅鲁藏布江缝合带是一条规模巨大的构造边界断裂，大致沿雅鲁藏布江展布，断裂中段活动不明显，大拐弯地区活动性强^[22]。受区域构造控制，研究区地层以雅鲁藏布江缝合带为界可划分为3个地层区^[23]：北部为冈底斯-腾冲地层区，中部为雅鲁藏布江地层区，南部为喜马拉雅地层区。北部主要为中生代和新生代的火成岩与古生代拉萨地块的沉积盖层^[24]。火成岩以中生代和新时代花岗岩为主，局部地区可见古近纪英安质岩，岩性较硬；沉积盖层以页岩、灰岩、砂岩夹砾石层最为普遍，岩性较弱。中部的雅鲁藏布江河谷及邻区出露地层以中生界为主^[23](图 2a)。南部主要由一系列的中生代特提斯沉积地层和元古代高级变质岩组成，中生代以浊积砂岩为主，代表了变形前始新世被动的印度板块北部边缘；元古代高级变质岩在雅鲁藏布江大拐弯以南大面积出露，代表了印度板块底部变形，局部有新近纪花岗岩出露^[25~28]。综上，研究区出露岩性主要为元古代高级变质岩、古生代沉积盖层(碳酸岩夹砂泥质岩、页岩)、中生代浊积岩、花岗岩、英安质岩等。就岩石硬度而言，以火成岩最为坚硬，高级变质岩、浊积岩次之，沉积盖层最弱。

图 2(Fig. 2)

图 2 研究区地层分布(a)和年平均降雨量分布(b)[31] Fig. 2 The stratigraphic map (a) and mean annual precipitation map (b) of the study area

雅鲁藏布江作为印度洋季风进入青藏高原内部的水汽通道，使得以东喜马拉雅构造结为核心的藏东南地区成为世界上降水强度最大的区域之一^[29~30]。自上而下，由托夏至雅鲁藏布江大拐弯地区，降雨量偏少，平均降雨量为500 mm/a(图 2b)。雅鲁藏布江大拐弯至下游流域出水口段降雨量逐渐增大，平均降雨量在2000 mm/a以上。整体来看，降雨量从下游向上游逐渐减弱^[30~31]。

本文统计了研究区内2698个亚流域的面积-高程积分，利用克里金(Kriging)空间插值法^[32]分析雅鲁藏布江大拐弯地区构造隆升的空间变化，通过河流陡峭系数法反映造山带的岩石抬升速率差异，结合岩性和降雨量变化特征，分析喜马拉雅东构造结地区的构造差异隆升。

Davis侵蚀循环理论把地貌侵蚀过程分为幼年期、壮年期和老年期3个阶段^[33]。在地貌发育的幼年期阶段，侵蚀时间短，原始地貌面得以大量保存，该阶段没有明显的分水岭，地势起伏度低，随着地壳的隆升，剥蚀作用也同时进行，开始发育深切峡谷。当侵蚀进一步加强，地貌演化进入壮年期阶段，该阶段原始地面被流水强烈切割，受到严重破坏，地面起伏度最大，形成高山深谷。最后，当地壳活动性减弱并趋于稳定时，地貌演化阶段进入老年期，该阶段地表侵蚀作用不断减弱，侧蚀、夷平作用逐渐加强，地表起伏度逐渐变小，海拔变低，最终形成准平原。

为了能将Davies的地貌发育模式进行定量分析，Strahler提出用面积-高程积分(Hypsometric Integral，简称HI)的曲线来定量描述地貌的演化阶段^[34~35]。面积-高程积分曲线将流域盆地内水平断面面积与其高程描绘在同一个二维坐标系中，即以流域盆地高程比(h/H)为纵坐标、流域盆地面积比(a/A)为横坐标描绘出的曲线，其中二维曲线与横纵坐标围成的面积大小代表了地表三维地貌体积残存率的多少(图 3a)，面积高程曲线下方的面积越大表明HI值越大，即流域盆地内地貌体积的残存量越大，其相对侵蚀量变小。Pike和Wilson^[36]研究得出高程起伏比近似等于面积-高程积分值，因此推导出面积-高程积分的简易计算公式如下：

(1)

其中H_mean、H_max、H_min分别为流域盆地的平均高程、最大高程和最小高程。

图 3(Fig. 3)

图 3 面积高程积分HI示意图 (a)流域盆地的面积-高程积分定义；(b)面积-高程积分值所对应的地貌发育阶段[36] Fig. 3 The definition of Hypsometric Integral(HI) (a)and geomorphic development stages corresponding to HI (b)[36]

面积-高程积分是一种具有明确物理含义与深刻地貌学意义的宏观地形指标^[37~43]。在地貌演化过程中，流域盆地的面积-高程积分值将逐渐降低，而盆地内高差则先逐渐增大，而后逐渐降低，对应着地貌演化的3个不同阶段^[43](图 3b)：当HI> 0.6，对应地貌演化的幼年期阶段，面积-高程积分值相对较高，面积高程曲线成凸形，该阶段侵蚀程度低，原始地貌面得以大部分保存；当0.35 < HI < 0.6，流域盆地演化至壮年期阶段，该阶段面积-高程曲线呈现S形，构造活动强烈，侵蚀加剧，发育了很多高山深谷，地形起伏度大；当HI < 0.35，面积-高程积分值低，面积-高程曲线会呈现凹形，地貌演化阶段到达老年期阶段，该阶段以风化侵蚀和流水搬运为主，地形起伏度低，形成平原。

HI受到气候、构造运动强度、岩性、地貌差异等因素作用的影响，其值大小对构造作用强度、基岩的抗侵蚀力强弱有相对的指示意义，但面积依赖和空间格局两大特性会影响到对构造活动的解释^{[41, 44~46]}。在本研究中，基于ArcHydro水文模型，可批量提取出不同出水口进而划分子流域单元，ArcHydro水文模型能够方便的将水文数据、地理数据以及水资源模拟同决策过程紧密联系在一起，对于流域地表水在河网的运动过程模拟具有很好的支持。因此本文选取雅鲁藏布江中下游内2698个集水区域作为研究的基本单元(图 4a)，采用起伏比法^[37]计算各亚流域盆地的HI值，然后利用克里金插值算法^[32]对HI值的分布进行空间计算，生成基本满足研究精度的HI等值分区图和HI曲线(图 4b和4c)。可以看出，雅鲁藏布江中游南北岸的HI值具有明显差异，整体上南岸的HI值明显低于北岸，这种差异很可能是由于南岸分布的岩性大部分为软岩，在发育过程中趋于老年期阶段的结果。

图 4(Fig. 4)

图 4 研究区面积-高程积分示意图 (a)研究区流域集水区域提取图；(b)研究区HI分布图；(c)图b中区域B的HI曲线图 Fig. 4 Catchment area extraction and HI in the study area(a, b)and HI curve of area B in figure b (c)

结合图 2的岩性地层分布和降雨量，本文得出图 4b中的A、B、C、D区域HI值的空间分布，初步结果如下。

A区域显示了高HI值，根据Strahler提出的理论^[34]，高的HI值代表该区域为地貌发育的幼年期阶段。该区域降雨量稀少，岩性多为火成岩，因此，幼年期地貌代表了区域侵蚀程度低，地表三维地貌体积残存率大，海拔5200~5500 m左右的原始地貌面(高原面或山原面)得以大部分保存，构成冈底斯山脉的主体。

B区域是雅鲁藏布江大拐弯下游部分，降雨量丰富，分布一套白垩纪蛇绿混杂岩。HI值显示该区域处于壮年期阶段，从该区域提取25个支流水系流域的面积-高程积分曲线图(图 4c)，显示面积-高程积分曲线呈现明显的“S”型，符合壮年期曲线特征。表明该区域构造活动强烈，在高降雨量强侵蚀环境中的高HI值反映区域地壳仍处于抬升状态。

C区域已发展到老年期阶段，区域内分布软岩，该阶段的低HI值显示了侵蚀减弱，地形起伏度逐渐变小，以流水搬运和夷平作用为主。

D区域位于中生代的软岩分布区，降雨稀少，地貌发育仍处于壮年期阶段，以风化剥蚀为主。

河流水力侵蚀模型将构造活动、河流侵蚀和河道高程变化有机结合^[47]，使得可以通过河道高程剖面提取构造活动信息，其河道陡峭指数可以用来反映造山带的岩石抬升速率^[48~51]。雅鲁藏布江自西向东横贯西藏南部，河道类型主要为基岩河道与基岩-冲积混合河道，这类河道的侵蚀速率通常是由河流侵蚀能力所决定的。

河流的侵蚀速率(E)与该点坡度和上游汇水面积A存在如下关系：

(2)

K是侵蚀系数，与岩石的抗侵蚀性、降水量、河道形态等因素有关，S是河道坡度，m和n是正常数，反映了河流下切与流域面积(A)和坡度的关系。

对处于均衡状态的稳态基岩河道，河道高程不随时间的变化而改变，抬升速率等于下切速率。对河道中某一点，高程随时间的变化与抬升速率(U)和河流下切速率(E)之间的关系为：

(3)

经验模型得出，河道比降是流域面积的幂函数：

(4)

其中，系数k_s称为河道陡峭指数，它表示了河道整体的陡峭程度，是抬升速率(U)和侵蚀系数(K)的函数：

(5)

公式(5)中，k_s反映了不同的岩性与气候条件，揭示了河流的陡峭系数(k_s)与抬升速率和侵蚀条件之间的关系，从而可以获得构造与气候的信息。为便于河道之间进行对比，根据经验选取河道下凹度值为0.45，对河道陡峭指数进行标准化处理^[52]，得到标准化的陡峭指数k_sn。

本文提取雅江中下游流域内支流水系的河流陡峭系数，将其插值生成面状要素(图 5)，对研究区的构造隆升差异进行分析。从河流陡峭系数分布可以看出，与宽谷河段低的河流陡峭系数值不同，加查峡谷与雅鲁藏布江大峡谷河段陡峭系数很高，反映峡谷区岩块的快速抬升。加查裂点和南迦巴瓦裂点分别位于抬升块体的上游边界处，且桑日-错那裂谷带与加查裂点的位置吻合，表明断裂控制的岩块的快速隆升在控制裂点发育和维持裂点稳定中发挥重要作用。

图 5(Fig. 5)

图 5 研究区河流陡峭系数(ksn)分布图 Fig. 5 The steepness index distribution of study area

面积-高程积分分布和河流陡峭系数分布具有很好的相关性。根据雅鲁藏布江不同区段面积-高程积分(HI)与河流陡峭系数(k_sn)变化特征，我们归纳得到了影响参数变化的岩性、降雨量和构造隆升等3种因素的作用(表 1)。根据表 1的结论，对图 4b中的4个区域A、B、C、D进行了综合分析。

表 1(Table 1)

表 1 影响地貌参数HI与ksn变化的因素 Table 1 The influence factor of HI and ksn 低ksn值 高ksn值 低HI值 岩性为软岩，降雨量少。 岩性为硬岩，降雨量大，隆升强烈。 高HI值 岩性为软岩，降雨量少，隆升不强烈。 1. 岩性为硬岩，降雨量少，侵蚀不强烈； 2. 或者岩性为硬岩，降雨量大，构造隆升强烈。

表 1 影响地貌参数HI与ksn变化的因素 Table 1 The influence factor of HI and ksn

A区域在图 4b和图 5中分别显示了较高的HI值和k_sn值，结合降雨量及岩性分布的对比，可以发现该地区降雨量少、岩性硬，大多为中生代花岗岩，侵蚀不强烈，A区域大部分处于冈底斯山脉。较高的HI值代表该地区处于地貌演化的幼年期^[33]，地貌体积残存量很大，而较高的k_sn值是由于该地区侵蚀相对较弱造成的。因此较硬的岩性和稀少的降雨量使得冈底斯山脉得以保存。

B区域也显示了高HI值和高k_sn值。由于该区域降雨量大，侵蚀作用强烈，而岩性硬度大，所以高k_sn值反映了该地区构造隆升强烈，加拉(29°42.190′N，94°54.412′E)以下的雅鲁藏布江流域大部分属于强烈的构造隆升区域。高HI值反映了该地区处于Davis地貌侵蚀循环理论中的壮年期阶段^[33]，同时支流流域面积-高程积分曲线呈现标准的S形(图 4c)，反映构造活动强烈。加拉至墨脱河段的岩石隆升最为强烈，结合HI和k_sn的空间分布特征，得出东喜马拉雅构造结东端的隆升中心可能存在向北扩展、向东迁移的趋势。

C区域显示低HI值和低k_sn值，该区域位于雅鲁藏布江中游南岸，降雨量少，岩性为软岩。HI值低说明该地区已处于Davis的地貌侵蚀循环理论中的老年期阶段^[33]，长期的地形演化使得地表侵蚀程度高，体积残存量少，呈现低HI值。k_sn值较低也显示该区域无明显的构造隆升差异。

D区域是一个降雨量很少的地区，该地区岩性是中生代的软岩，因此会出现较低的k_sn值，但是该区域的HI值较高，说明该地区还处于地貌侵蚀循环理论中的壮年期^[33]。

前人对雅鲁藏布江大拐弯地区做了大量的热年代学分析，如康文君等^[53]在南迦巴瓦峰附近采集片麻岩进行裂变径迹年龄分析，得出东构造结南迦巴瓦峰地区距今3 Ma以来的快速抬升剥露作用主要是以构造作用为主导，气候变化引发的地壳均衡抬升起次要作用。最新的低温热年代学数据也表明，南迦巴瓦峰核心区距今3 Ma以来的快速隆升，并围绕着东构造结西边界、东边界、北边界，构造结内部南迦巴瓦核心区相对于非核心区强烈的差异构造抬升^[54~56]。本文基于上述研究发现，B区域高k_sn值和高HI值显示出该地区存在差异性隆升，并且数据显示加拉至墨脱河段的岩石隆升最为强烈，喜马拉雅构造结东端的隆升中心可能存在向北扩展、向东迁移的趋势。

本文利用数字地貌方法并结合降雨量和岩性分析，用以获取雅鲁藏布江大拐弯地区构造活动的信息。通过对雅鲁藏布江中下游2698个亚流域的面积-高程积分和河流陡峭系数的分析，发现二者的分布具有很好的相关性。以4个区域A、B、C、D进行分析，其中B区域的面积-高程积分和陡峭指数显示南迦巴瓦峰的东北部HI值和k_sn均偏高，结合该地区充沛的降雨量和较硬的基岩表明东喜马拉雅构造结地区在欧亚板块与印度板块碰撞挤压下的隆升活动具有明显的差异性，南迦巴瓦峰东部和北部的隆升活动强度高于西部，喜马拉雅构造结东端的隆升中心存在向北扩展、向东迁移的趋势，尤其以加拉至墨脱河段的岩石隆升最为强烈。A区域虽然也显示较高的HI和k_sn值，但由于该地区降雨量较少，侵蚀不强烈，使冈底斯山脉得以保存。C区域和D区域皆表现较低k_sn值，是因为所处区域岩性较软，尽管降雨量稀少，但影响其k_sn值偏低的主要因素为岩性硬度。加查裂点与南迦巴瓦裂点均位于隆升块体的西边界，横向构造隆升可能控制了裂点的形成和稳定。

致谢 感谢同行评审专家和辑部老师提出的宝贵修改意见！