通过流域地貌特征探讨与评价区域新构造活动强度是当前活动构造研究的热点领域^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]}，流域地貌参数分析成为定量、 半定量评价区域新构造运动的技术手段^{[9, 10, 11, 12, 13]}。流域地貌发育对新构造活动极其敏感^{[14, 15]}，河道横、 纵剖面形态、 河床冲淤、 阶地的发育等都会因新构造活动产生相应的调整和响应，并影响到不同尺度的流域地貌，从而可以通过流域地貌参数的分析加以识别。DEM数据提供了流域分割和流域地貌参数快速有效提取的可能^{[2, 16, 17]}，成为目前新构造活动性定量评价的主要数据源之一。用于新构造活动研究的常用的流域地貌参数有流域面积-高程积分（HI）、 流域盆地不对称度（AF）、 山前曲折度（Smf）、 河长坡降指数（SL）、 盆地形状指数（Bs）等。

郯-庐断裂带是中国东部最重要的构造带之一^[18]。研究表明，该断裂带自中生代以来存在反复的活动^{[19, 20]}。沂沭断裂带是郯-庐断裂带的山东段，由4条主干断裂组成，自东向西依次为昌邑-大店断裂（F₁）、 安丘-莒县断裂（也称白芬子-乳来山断裂）（F₂）、 沂水-汤头断裂（F₃）和鄌郚-葛沟断裂（F₄），其中的F₁和F₂在第四纪活动性较强，以兼具逆冲活动的右旋走滑为主^{[21, 22, 23]}； 目前，对F₃、 F₄的活动性认识仍存在较大分歧： 部分学者认为新近纪以来二者皆无活动迹象^[22]； 另一部分学者认为二者在第四纪以来存在活动，且表现为右旋走滑^{[24, 25]}。对断裂带活动的证据的研究主要包括断裂带内部构造形迹的相关构造地质研究^{[24, 26]}，以及众多的深部地震地质研究^{[27, 28, 29]}。国内采用流域地貌研究以揭示区域新构造运动多集中于中、 西部地区，尤其是青藏高原的外围^{[6, 9, 30]}。对断裂带新构造活动，乃至活动构造引起的流域地貌变化及河流地貌响应研究较少，从而缺乏对沂沭断裂带新构造活动研究领域的完整性的认识。事实上，断裂带的深部活动势必引起地表的一系列过程和变化，这也正是流域地貌分析、 探究其对构造活动响应的重要前提。当然，针对断裂活动存在分歧的流域部分，通过流域地貌特征的对比分析，有可能为断裂带的新构造活动性提供流域地貌上的证据。

研究区位于山东省中部地区，地理坐标为 34°20′-37°08′N，117°07′-119°42′E，属鲁中南剥蚀构造山地丘陵区。区内地势西高东低，最高海拔1126m，位于蒙阴西南部的蒙山地区。区内水系发育，主要有与断裂带直交或斜交的白浪河、 潍河、 沭河、 沂河4大水系。区内的沂沭断裂带全长约315km，呈NE10°-25°向展布（图1）。F₁-F₄为“两堑夹一垒”的断层组合型式^[26]。其中，F₁、 F₂之间发育一系列斜列式的活动断层（F₅）^[32]，是1668年郯城大地震的同震发震断层区^[33]。新近纪，沂沭断裂带发生挤压活动，发育大规模幔源玄武岩喷发^[34]。断裂带内的中新统临朐群，其以玄武岩夹带少量粘土岩和砂砾岩为主，主要分布在沂水以北的东、 西地堑及汞丹山地垒内，沂水以南地区发育较差，仅在华侨以南的东地堑内有少量分布； 上新统尧山组以褐黑色橄榄玄武岩为主，主要分布在沂沭断裂带西侧昌乐附近及汞丹山地垒，少量分布于西地堑北部； 第四系主要有黑土湖组、 临沂组、 沂河组、 寒亭组和潍北组^{[24, 35]}，其中，临沂组和沂河组属河流相、 寒亭组属风成相、 黑土湖组属湖沼相、 潍北组属海陆交互相，它们主要分布在断裂带南部的沂河、 沭河流域以及北部的潍坊以北的昌潍平原。前人研究表明^{[23, 24]}，沂沭断裂带第四纪以来活动频繁，且分段活动性显著，整体上表现为东强西弱、 南强北弱的特点。活断层在F₁-F₄处均有分布，主要分布在F₁的管帅-左山段，F₂的中华山以南，F₃圈里以南及F₄中段^{[14, 21, 24]}。

图1(Fig.1)

图1 沂沭断裂带新构造简图 断裂带及上新世以来的地层据1/100万山东省地震构造图[31] Fig.1 Neotectonic map of Yishu Fault Zone. All fault zones and stratigraphs of Pliocene are modified from 1/100 Seismotectonic Map of Shandong Province

本文采用的SRTM DEM数据，数据像元分辨率约为90m×90m。利用ArcGIS软件中的Hydrology模块，首先进行洼地填充； 然后从无洼地的DEM中提取水流方向，并计算汇流累积量及水流长度，提取河网并将河网级别分为4个等级，最后对流域进行分割。选取覆盖断裂带的亚流域并进行删减得到148个亚流域。其中，白浪河34个亚流域； 潍河27个亚流域； 沂河40亚流域和沭河47个亚流域。另外，据河流名称及河网等级将亚流域进行统一编码，如白浪河3级河网弧段编码为B3-1，其中数字1为3级河网弧段在白浪河流域数量的按序编码，如图2； 其它3条河流以此类推。

图2(Fig.2)

图2 沂沭断裂带亚流域 B——白浪河（Bailang River）； W——潍河（Weihe River）； Y——沂河（Yihe River）； S——沭河（Shuhe River） Fig.2 Catchments of Yishu Fault Zone

首先提取亚流域地貌参数包括面积-高程积分值（HI）、 流域盆地不对称度（AF）、 河长坡降度（SL）和流域盆地形状指数（Bs），地貌参数通过ArcGIS按公式计算求取； 第二步是新构造活动强度级别的划分，其中，HI依据研究区各亚流域面积-积分曲线凹凸度特征进行划分^[36]，AF级别据Perez等^[37]以AF与50的差值为依据划分标准进行划分，SL级别根据研究区亚流域Hack剖面凹凸度特征及Hack等^[38]的分级标准进行划分，Bs级别依据以2、 3为临界值的划分标准进行划分^[12]； 第三步对亚流域新构造活动性的综合评价。在亚流域各地貌参数的计算统计基础上，采用各地貌参数等级的平均值作为亚流域新构造活动性的综合判别指标，对亚流域各地貌参数指标进行整合，获取区域构造活动强度（Iat）值，按Hamdouni和Irigaray^[39]的划分标准对Iat值划分等级，最后结合研究区地质背景和前人地震地质研究成果^{[23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 40, 41]}，对研究区新构造活动强度进行分析评价，尤其是流域新构造活动强度与活动构造之间的空间关系分析研究。流域地貌参数的计算及新构造含义如下：

（1）面积-高程积分（HI）与积分曲线

面积-高程积分即区域内不同海拔所占的相对面积百分比，用来描述区域内高程值分布指标。

公式（1）中的h_a为流域平均高程，h_max为流域最大高程，h_min为流域最小高程。

HI值的大小可反映流域盆地受侵蚀强度，进而反映流域构造活动强度。HI值偏大，侵蚀强度大，流域构造活跃； HI值偏小，侵蚀强度小，流域构造稳定^{[42, 43]}。

积分曲线是以高于某一高程值的面积与流域总面积的比值为横轴，以高程值与流域高程差值的比例为纵轴，常用来判定地貌发育阶段。Strahler^[36]的研究表明，积分曲线呈现下凹形，地貌发育处于老年期，HI值偏低（HI＜0.35）； 积分曲线呈现S形，地貌发育处于中年期，HI值中等（0.35＜HI＜0.6）； 积分曲线呈现上凸形，地貌发育处于幼年期，HI值偏高（HI＞0.6）。

（2）河长坡降度（SL）与Hack剖面

河长坡降度（SL）即“坡降指标”，用于定量反映河流剖面坡度的变化状况^[44]。

公式（2）中，ΔH/ΔL为单位河段坡度，其中，ΔH为单位河段高程差，ΔL为河段长度； L为河流源头至单位河段中点的距离。

Hack剖面是以单位河段至河流源头的距离取对数为横轴，以高程值为纵轴。 河流纵剖面曲线形态可以直观地反映出河流纵剖面整体变化趋势和特征^[38]。

Hack剖面和SL值可以提供众多的新构造信息，对活动构造亦十分敏感。Hack剖面呈现上凸形，SL值偏大，指示流域存在区域差异隆升； 反之，SL值偏小，说明流域沉降^[45]。Hack等^[38]依据Hack剖面凹凸度将SL值分为3个等级：SL≥400，剖面上凸，构造活动较强； 200≤SL＜400，剖面凹-凸变化，构造活动中等； SL＜200，剖面下凹，构造活动弱。

（3）流域盆地不对称度（AF）

公式（3）中，Ar表示流域内干流右侧的面积，At表示流域总面积。

研究表明，流域盆地不对称度（AF）能够反映其受构造活动影响的倾斜程度^[16]。∣AF-50∣的值越大，流域盆地倾斜程度越高，构造活动越强烈； 反之，构造活动越弱^[12]。Perez等^[37]将AF级别划分为3个等级：∣AF-50∣≥15，活动强度大； 7≤∣AF-50∣＜15，活动强度中等； ∣AF-50∣＜7，活动强度弱。

（4）流域盆地形状指数（Bs）

公式（4）中Bi为从流域内主河道与分水岭的交汇点至流域出口的直线距离，Bw为流域盆地最大宽度。

Bs值越大，流域盆地形状呈现狭长型，指示构造活动较强烈； Bs值越小，流域盆地越趋向于圆形，指示构造活动越弱^[16]。可划分为3个等级：Bs≥3，活动程度强； 2≤Bs＜3，活动程度中等； Bs＜2，活动程度弱^[12]。

（5）相对构造活动强度（Iat）

即地貌参数构造活动等级的算术平均化。设构造活动强度等级为S，Iat值分为4级：1.0≤Iat＜1.5，活动程度最强； 1.5≤Iat＜2.0，活动程度强； 2.0≤Iat＜2.5，活动强度中等； 2.5≤Iat≤3，活动强度弱^[39]。

采用公式（1），计算出148个亚流域的HI值。其中最大值为0.35，位于S1-15亚流域； 最小值为0.09，位于B3-1亚流域。研究区内的流域积分曲线均呈下凹形，曲线的下凹程度依次由小到大，见图3，流域演化阶段处于老年期^[34]。以差值0.1划分流域面积-高程积分曲线的HI值，分别为≥0.26、 0.15-0.26和＜0.15。由上述HI等级所标定的流域分布见图4。从图4中可以看出，跨沂沭断裂带亚流域的HI值总体上呈中部大、 两端小的特征分布。其中，HI值等级高的亚流域位于鄌郚-马站一带的西地堑、 沂水-沂南一线以西及茅埠-莒县一线以东。

图3(Fig.3)

图3 3种亚流域面积-高程积分曲线 Fig.3 Three examples of different values of the hypsometric integral curve

图4(Fig.4)

图4 沂沭断裂带亚流域面积-高程积分值（HI）等级分布图 Fig.4 Distribution of hypsometric integral classes of subbasins in Yishu Fault Zone

根据公式（2）计算出每个亚流域的SL值。最大值为4511.96，位于Y1-7亚流域； 最小值为18.12，位于B2-2亚流域。对亚流域剖面数据处理得到的Hack剖面，具有3种形式，见图5。依据Hack剖面凹凸度，将SL值划分为3个等级：SL≥400，活动程度较强； 200≤SL＜400，活动程度中等； SL＜200，活动程度弱^[38]。据此得到SL亚流域构造活动强度等级分布（图6）。

图5(Fig.5)

图5 Hack剖面的3种类型 Fig.5 Three examples of different values of Hack profile

图6(Fig.6)

图6 沂沭断裂带亚流域坡降度指数（SL）等级分布图 地震分布据 1/100 万山东省地震构造图[31] Fig.6 Distribution of stream length-gradient index classes of subbasins in Yishu Fault Zone. The distribution of seismic is modified from 1/100 Seismotectonic Map of Shandong Province

图6中，位于沂沭断裂带北部的白浪河、 中南部的沭河亚流域的SL值级别普遍较小； SL级别高的亚流域主要位于鄌郚-沂南一带的F₃、 F₄断裂之间及华侨以南的F₁、 F₂之间。SL异常峰值（SL＞1000）包括：W1-3（SL=1237.61）位于安丘北部的汞丹山地垒内； Y1-9（SL=2759.62）和Y1-4（SL=1053.52）分别位于沂水以北的F₄和F₃断裂处； 极端峰值Y1-7（SL=4511.96）位于双湖村以南的F₂断裂处，且由图6中可知，SL高值区及附近区域存在地震分布。

根据公式（3）计算出每个亚流域的AF值。最大值为91.39，位于S2-3亚流域； 最小值为12.11，位于W2-1亚流域。根据Perez等^[37]的分级标准得到研究区AF值等级分布见图7。其中，AF级别高的亚流域位于安丘-昌邑一带及浮来山-东莞一带的汞丹山地垒、 鄌郚-圈里一带的西地堑和大店-郯城一带的东地堑。

图7(Fig.7)

图7 沂沭断裂带亚流域盆地不对称度（AF）等级分布图 Fig.7 Distribution of drainage basin asymmetry classes of subbasins in Yishu Fault Zone

依据公式（4）计算出每个亚流域的Bs值。最小值为0.06，位于W1-13亚流域； 最大值为12.11，位于Y4-2亚流域。据前人分级标准^[12]得到流域盆地形状指数分布见图8。从图8中可以看出，Bs值强度等级总体呈现出南高、 北低的格局。Bs级别高的亚流域，西部位于葛沟以南，并沿沂河方向的F₄一线； 东部位于左山以南、 中华山以北、 临沭以南及郯城东南部，与东地堑的空间关系密切。

图8(Fig.8)

图8 沂沭断裂带亚流域盆地形状指数（Bs）等级分布图 Fig.8 Distribution of Basin shape index classes of subbasins in Yishu Fault Zone

按照公式（5），计算获得研究区各亚流域的Iat值为1.5-3.0。按前人4级划分标准^[39]，研究区内亚流域的Iat值包括（以构造活动划分）： 强（1.5≤Iat＜2.0）、 中等（2.0≤Iat＜2.5）和弱（2.5≤Iat≤3.0）共3个级别。Iat等级分布见图9，从中可以看出，区内的构造活动强的亚流域集中分布于3个区域： 一是鄌郚-马站一带，分布面积大、 范围广，呈面状分布； 二是沂水-汤头一带的零散的分布区域； 三是大店-郯城一线的线状分布区域。第一个区域过贡丹山向SE方向的莒县方向延伸，第二个区域的零散部分在沂南以东断续向SE方向的左山方向延伸，第三个区域则主要沿东地堑的活动断层和F₁分布。

图9(Fig.9)

图9 沂沭断裂带亚流域相对构造活动强度（Iat）分布图 Fig.9 Distribution of Iat classes of subbasins in Yishu Fault Zone

根据前人对新构造活动区域的流域地貌参数的研究成果^{[46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53]}，本文采用的4个单一指标即面积-高程积分（HI）、 流域不对称度（AF）、 流域盆地形状指数（Bs）和河长坡降度（SL）的流域参数分析结果在空间分布上有明显的差异特征，这种差异状况可能来自于两个方面的原因： 一是流域地貌参数本身对特定区域的新构造反映程度上存在一定的差别，从分析结果来看，流域不对称度（AF）和流域盆地形状指数（Bs）与区域活动构造空间关系较为密切，河长坡降度（SL）对活动构造的响应程度较高。SL的异常峰值区对历史强震发生地的构造活动强度有很好显示（图2和图6）。其中，Y1-7（SL=4511.96）位于郯城地震断层南段^[24]，受郯城地震影响较大，为本区极端峰值； W1-3（SL=1237.61）处曾发生过4.75级地震^[31]。面积-高程积分（HI）的响应程度较弱。二是流域地貌对构造活动的响应存在比较复杂的情况。从响应时间看，一般活动构造的地应力首先集中于地壳深处，然后向地表转移，形成地表的活动断层。流域地貌响应则往往在活动断层出现之前就已经开始响应，其响应的范围要比活动断层的分布范围大得多； 而当地表出现活动断层后，新的地表特征的形成势必使流经活动断层的河流及其流域进行调整，这一流域地貌的响应过程往往是局部的，在空间上与活动断层关系极为密切。显然，通过以上的流域地貌参数的分析还很难将以上两种不同时段的流域地貌对构造活动的响应区分开来，在这同时也使得流域地貌参数所代表的强构造活动区域变得有些分散。Iat值可能是对上述两个阶段流域地貌对构造活动响应的概括。因为在Iat值高值亚流域分布的3个区域当中（图9），即： 第一个区域过贡丹山向SE方向的莒县方向延伸； 第二个区域的零散部分在沂南以东断续向SE方向的左山方向延伸； 第三个区域则主要沿东地堑的活动断层和F₁分布。前两个区域不单是集中在流域的上游或地形高的区域，同时也显示了向SE方向延伸进入断裂带的基本走势，这一NW-SE向的强构造活动带恰恰与沂沭断裂带西侧的一组NW-SE的区域断裂相一致。显然，沂沭断裂带的活动的同时也伴有西侧的NW向断裂的活动，历史地震往往出现在沂沭断裂带与NW向断裂的交汇处^{[29, 54]}也证实了这一点。而第三个区域呈长条形分布，其与东地堑内的活动断层F₅和F₁基本一致，更能够说明流域地貌对活动构造的响应。

流域地貌除了与新构造活动有关外，还与岩性、 气候条件、 侵蚀基准面等因素有关^{[45, 55]}。本区气候类型属于暖温带季风气候，区内宏观尺度上气候特征无明显差异，不会造成流域地貌特征的显著分异； 第二，岩性的变化会造成地貌参数异常，从而导致Iat值的变化，但从区域地质图与Iat分布图对比看，Iat级别高的亚流域在新近系和第四系都有分布（图1和图9），说明本区岩性对流域地貌参数的贡献率较低。假设岩性是影响流域地貌参数的主要因素，那么新近纪系所处流域的Iat级别应较高，但安丘-白芬子一带以东的新近系地层Iat级别较低（图1和图9）。因此，岩性并非影响研究区流域地貌参数的主要因素； 第三，从侵蚀基准面看，本区的4条河流均为入海河流，其侵蚀基准面不存在显著的差异性，不存在使地貌参数予以响应的基准面的差异，4大流域的Iat值分布结果也证实了这一点。

本文采用的4个单一流域地貌参数对区域新构造响应，表现为有些反映强构造活动的亚流域连成面状区域，有些则连结成带状区域。其中流域不对称度（AF）和流域盆地形状指数（Bs）与区域活动构造空间关系较为密切，河长坡降度（SL）对活动构造的响应程度较高，SL的异常峰值区对历史强震发生地的构造活动强度有很好显示，面积-高程积分（HI）的响应程度较弱，相互间存在一定的差别。但总体结果则体现在流域构造活动综合指标（Iat值）上，强构造活动区域集中在3个区域： 第一个区域过贡丹山向SE方向的莒县方向延伸； 第二个区域的零散部分在沂南以东断续向SE方向的左山方向延伸； 第三个区域则主要沿东地堑的活动断层和F₁分布。前两个区域与沂沭断裂带西侧的一组NW-SE的区域断裂一致； 后一个区域与沂沭断裂带活动断层（F₅）和F₁一致。流域地貌分析结果所得到的强构造活动区域中可能存在的活动断层之前和活动断层之后的响应过程，将为未来区域地震的发生提供流域地貌空间信息，可能会为地震预测提供一个新的途径。

受DEM数据的精度的影响，本文的研究结果只是一个初步的结果，并只是一个参考性的结论，相关问题仍需做进一步的研究和证实。