鄭榮熒　陳柏旭　周文杰　楊晨爽

摘要構(gòu)造、侵蝕與人為等多種因素均影響著沖洪積扇線性陡坎的形成和發(fā)現(xiàn)。結(jié)合無(wú)人機(jī)高分辨率遙感影像解譯、地形地貌剖面分析、探槽開(kāi)挖、工程地質(zhì)剖面分析和音頻大地電磁探測(cè)等多種方法，對(duì)河西走廊西洞西灘沖洪積扇發(fā)育的線性陡坎地貌由淺及深開(kāi)展綜合對(duì)比分析，得到如下結(jié)論：地形地貌剖面顯示線性陡坎兩側(cè)地形高程遞變平緩，未見(jiàn)變形現(xiàn)象；探槽揭示了線性陡坎兩側(cè)下伏的地層連續(xù)，底部地層近水平產(chǎn)出且產(chǎn)狀明顯小于頂部地層，未見(jiàn)地層錯(cuò)斷現(xiàn)象；工程地質(zhì)剖面表明線性陡坎兩側(cè)的 Q3沖洪積砂卵礫石層頂面連續(xù)，未見(jiàn)地層錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象；音頻大地電磁探測(cè)結(jié)果顯示線性陡坎兩側(cè)下伏基巖界面連續(xù)完整，未見(jiàn)斷層通過(guò)跡象。因此，綜合認(rèn)為河西走廊西洞西灘沖洪積扇發(fā)育的線性陡坎地貌是由大磁窯河水側(cè)向侵蝕作用形成的，而非構(gòu)造作用所致。

關(guān)鍵詞線性陡坎；遙感解譯；地形地貌剖面；探槽；工程地質(zhì)剖面；大地電磁

中圖分類號(hào)： P542文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)：2096-7780（2023）05-0203-11

doi：10.19987/j.dzkxjz.2022-113

Analysis on non-tectonic origin of linear scarps in alluvial-proluvialfanof the west bank of Xidong in Hexi Corridor

Zheng Rongying1），Chen Baixu2），Zhou Wenjie3），Yang Chenshuang4）

1） Beijing Disaster Prevention Technology Co.， Ltd.， Beijing 101100， China

2） Institute of Disaster Prevention， Hebei Sanhe 065201， China

3） Jiangsu Earthquake Agency， Jiangsu Nanjing 210014， China

4） Lanzhou Institute of Seismology， China Earthquake Administration， Gansu Lanzhou 730000， China

AbstractThe formation and discovery of linear scarps in alluvial-proluvial fan are affected by many factors，suchas structure，erosion and human activities. In this paper，combined with the UAV high resolution remote sensing image interpretation，thetopographicandthegeomorphologicalprofileanalysis，thetrenchexcavation，theengineering geological profile analysis and the audio magnetotelluric detection etc.，we analyzed comprehensively the landform of the linear scarp developed in the alluvial-proluvial fan of the west bank of Xidong in Hexi Corridor from the shallow layer to the deep layer. The conclusions are as follows：the topographic and geomorphological profile indicates that the terrain elevation on both sides of the linear scarp is turning gradually flat without deformation；The trench reveals that the underlying strata on both sides of the linear scarp are continuous，and the bottom strata are nearly horizontal with the occurrence beingsignificantly less than the topstrata and there is nostratigraphic fault；The engineering geological sectionshowsthatthetopsurfaceofQ3 alluvial-proluvialsandygravellayeronbothsidesof thelinearscarpis continuous，and there is no formation dislocation；The audio magnetotelluric detection results show that the underlying bedrock interface on both sides of the linear scarp is continuous and complete，with no sign of fault passing. Therefore，it is concluded that the linear scarp landform developed in the alluvial-proluvial fan of the west bank of Xidong in Hexi Corridor is formed by not the tectonic effect rather than the lateral erosion of the Daciyao river.

Keywordslinearscarp; remotesensinginterpretation; topographicandgeomorphologicalprofile; trench; engineering geological profile; magnetotelluric

引言

沿著出山口向外伸展的錐形沉積體稱為沖洪積扇，是山麓地帶的一種常見(jiàn)地貌[1-4]。從平面上看，沖洪積扇呈扇狀向外延伸；從剖面上看，沖洪積扇的縱剖面線為下凹形，在扇頂處地形坡度較大，向扇緣逐漸變緩直至接近水平[1]。沖洪積扇自扇頂至扇緣的沉積特征有所不同，扇頂多堆積粗大的礫石，向扇緣方向堆積物的粒徑逐漸變小，在扇緣部位可堆積黏土物質(zhì)[1-2]。沖洪積扇對(duì)構(gòu)造活動(dòng)或氣候變化等外力因素的響應(yīng)較為敏感，使其成為研究構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化的重要物質(zhì)載體[3]。

近年來(lái)，眾多學(xué)者通過(guò)對(duì)沖洪積扇陡坎地貌縱切剖面的方式開(kāi)展斷層活動(dòng)性的相關(guān)研究，并得到了大量的研究結(jié)果[2-10]。然而，并非所有沖洪積扇發(fā)育的陡坎地貌都為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所致。沖洪積扇面與山地近平行的陡坎可能有如下多種成因：人類活動(dòng)、外力侵蝕、斷層錯(cuò)斷或其他因素[6，11]。因此，對(duì)沖洪積扇發(fā)育的線性陡坎應(yīng)當(dāng)采用多種研究方法綜合對(duì)比來(lái)分析，才能更加準(zhǔn)確的判定其成因，為重大建設(shè)工程的災(zāi)害防御與危險(xiǎn)性評(píng)估提供幫助。本文采用無(wú)人機(jī)高分辨率遙感影像解譯、地形地貌剖面分析、探槽開(kāi)挖、工程地質(zhì)剖面分析和音頻大地電磁探測(cè)等多種方法，分析了河西走廊西洞西灘沖洪積扇線性陡坎的非構(gòu)造成因。

1 研究區(qū)簡(jiǎn)介

河西走廊位于青藏高原東北緣（圖1a），阿拉善隆起區(qū)與北祁連加里東褶皺帶之間[11-19]。西洞西灘位于河西走廊中部，為張掖盆地西緣榆木山東麓發(fā)育的沖洪積扇地貌（圖1b），大地構(gòu)造位置屬于祁連山褶皺系北祁連優(yōu)地槽褶皺帶中段[11-16]。研究區(qū)內(nèi)的地貌類型主要由高山、中高山、中低山丘陵和盆地平原組成，地貌形態(tài)明顯受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制，山體和盆地總體呈北西西—南東東走向，和區(qū)域構(gòu)造線的方向一致。同時(shí)，研究區(qū)內(nèi)存在多種地貌面，如夷平面、洪積扇面和河流階地等[11-19]。沿榆木山造山帶，發(fā)育有榆木山北緣斷裂和榆木山東緣斷裂，前人研究結(jié)果表明，榆木山北緣斷裂和榆木山東緣斷裂均為全新世活動(dòng)斷層[13-19]。

基于遙感影像識(shí)別與分析，在榆木山東緣斷裂東側(cè)的西洞西灘沖洪積扇發(fā)育著一條弧形線性異常帶，該線性異常帶延伸方向與榆木山東緣斷裂走向較為一致（圖1c）。前人多項(xiàng)研究結(jié)果表明，遙感線性異常帶（遙感線性異常帶是指遙感影像上沿某一方向有規(guī)律性展布的呈直線或曲線狀分布的線性排列，通常顯示為其本身色調(diào)或其兩側(cè)色調(diào)、結(jié)構(gòu)上的差異）與人類活動(dòng)、天然地物、水系或地質(zhì)構(gòu)造等多種因素有著密不可分的聯(lián)系[20-23]。本文通過(guò)無(wú)人機(jī)低空遙感地貌觀測(cè)并結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該遙感線性異常帶為線性陡坎（線性陡坎是指地面高程在某個(gè)位置突降，形成落差較大的地貌形態(tài)，同時(shí)在某個(gè)方向上存在一定的延續(xù)性，在遙感影像上通常表現(xiàn)為線性異常）地貌所致。

在西洞西灘沖洪積扇發(fā)育的線性陡坎起于黑河口附近，向北延伸約10—12 km，終止于祁家臺(tái)子附近，整體高差約0.3—1 m，寬度約1—5 m，具有一定的連續(xù)性。該線性陡坎究竟是何原因所致，目前暫無(wú)學(xué)者開(kāi)展過(guò)相關(guān)研究。

2 研究與認(rèn)識(shí)

2.1 地形地貌剖面分析

地形地貌剖面能夠直觀地反映出地形表面形態(tài)，并定量分析沿特定方向的地形起伏變化情況[24]。本文基于7.5 m 分辨率的 DEM 數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)線性陡坎附近的構(gòu)造地貌和地形分析，采用 ARCGIS 的功能模塊橫跨線性陡坎兩側(cè)（圖1b）得到3條地形地貌剖面圖（圖2）。

L 1—L 1′線位于沖洪積扇扇頂至扇緣處，僅橫跨線性陡坎兩側(cè)，由地形地貌剖面圖可以看出：線性陡坎兩側(cè)地形高程遞變均勻，未見(jiàn)異常和變形現(xiàn)象。L2— L2′線和 L3—L3′線同時(shí)跨越榆木山東緣斷裂和線性陡坎兩側(cè)，由兩條地形地貌剖面圖可以看出：榆木山東緣斷裂發(fā)育在地形坡度變化較大的沖洪積扇扇頂至扇中處，而線性陡坎發(fā)育在扇中至扇緣的中部位置，線性陡坎兩側(cè)地形高程遞變平緩，未見(jiàn)異常和變形現(xiàn)象。

2.2 無(wú)人機(jī)高分辨遙感解譯與陡坎實(shí)測(cè)

為獲得線性陡坎及其周邊較為精確的高差數(shù)據(jù)和整體形態(tài)，筆者選取了線性陡坎沿線南北兩處的區(qū)域范圍（圖1b），通過(guò)大比例尺的無(wú)人機(jī)地貌測(cè)量和解譯，獲取了線性陡坎及其兩側(cè)分辨率為0.05 m 的高精度 DEM 數(shù)據(jù)。本次工作無(wú)人機(jī)共飛行6架次，拍攝照片共1853張，利用Photoscan軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理流程包括對(duì)齊照片、建立密集點(diǎn)云、生成網(wǎng)格、生成紋理等，最后構(gòu)建 DEN、DSM 和 DOM 數(shù)據(jù)。最終利用 ArcGis10.7軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，得到了線性陡坎及其周邊的高程、三維地形展布特征、正射影像、山體陰影和垂直高差等數(shù)據(jù)（圖3和圖4）。在高分辨率遙感解譯圖上可以清楚地看出陡坎的線性連續(xù)。

在線性陡坎的南部區(qū)域，通過(guò)野外實(shí)地測(cè)量（圖3d 和圖3e），得到本處陡坎的高差約為（0.7±0.1）—（0.9±0.1）m。結(jié)合本處高精度 DEM 數(shù)據(jù)，垂直于線性陡坎兩側(cè)提取了兩條高程剖面數(shù)據(jù)（圖3f），得到 B 1—B 1′剖面上的陡坎高差為（0.66±0.13）m；B2— B2′剖面上的陡坎高差為（0.86±0.04）m，與野外實(shí)測(cè)結(jié)果較為一致。

在線性陡坎的北部區(qū)域，通過(guò)野外實(shí)地測(cè)量（圖4d 和圖4e），得到本處陡坎的高差約為（0.7±0.1）—（0.9±0.1）m。結(jié)合本處高精度 DEM 數(shù)據(jù)，垂直于線性陡坎兩側(cè)提取兩條高程剖面數(shù)據(jù)（圖4f），得到 C1— C1′剖面上的陡坎高差為（0.90±0.06）m；C2— C2′剖面上的陡坎高差為（0.65±0.09）m，與野外實(shí)測(cè)結(jié)果較為一致。

2.3 探槽揭示結(jié)果

為揭示線性陡坎下伏地層的變形情況，本文結(jié)合無(wú)人機(jī)高分辨率遙感解譯和陡坎實(shí)測(cè)結(jié)果，選取了線性陡坎的南部和北部陡坎高差明顯的位置，垂直于線性陡坎的位置各開(kāi)挖了一個(gè)大型探槽（圖3a—3c、圖4a—4c）。探槽 TC-1選取在陡坎高差為（0.8±0.1）m 處，探槽長(zhǎng)約28 m，寬約5 m，深約 5 m；探槽 TC-2選取在陡坎高差為（0.7±0.1）m 處，探槽長(zhǎng)約15 m，寬約5 m，深約5 m。探槽 TC-1的剖面地層特征見(jiàn)圖5a—5d；探槽 TC-2的剖面地層特征見(jiàn)圖5e—5h，探槽中各套地層的分層特征描述見(jiàn)表1。

探槽 TC-1和探槽 TC-2分別揭示了4套和3套連續(xù)的地層，從兩個(gè)探槽揭示的地層情況可以看出：線性陡坎下伏地層連續(xù)，底部地層近水平產(chǎn)出，其產(chǎn)狀明顯小于頂部地層的產(chǎn)狀。

2.4 工程地質(zhì)剖面分析

工程地質(zhì)剖面圖是將同一軸線方向的鉆孔點(diǎn)位連成一線，做自上而下的分析，通過(guò)工程地質(zhì)剖面圖能夠清晰揭示鉆孔地層的豎向分布情況和各鉆孔地層之間的關(guān)系[25]。本文對(duì)線性陡坎兩側(cè)布設(shè)了兩排鉆孔，各鉆孔位置見(jiàn)圖1b，各鉆孔巖性特征描述見(jiàn)表2。

由鉆孔揭示的巖性可知，各個(gè)鉆孔下部地層均為砂卵礫石層，同時(shí)根據(jù)各個(gè)鉆孔豎向巖性情況繪制了兩條工程地質(zhì)剖面圖（圖6）。從工程地質(zhì)剖面圖可以看出：在線性陡坎兩側(cè)的 Q3沖洪積砂卵礫石層的頂面連續(xù)性很好，未見(jiàn)地層錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。

2.5 音頻大地電磁探測(cè)結(jié)果

為探明榆木山東緣斷裂與線性陡坎在深部是否存在聯(lián)系，同時(shí)查明線性陡坎深部基巖連續(xù)情況，本次研究跨榆木山東緣斷裂和線性陡坎布設(shè)了一條音頻大地電磁測(cè)線（圖1b），測(cè)線總長(zhǎng)度1080 m。大地電磁測(cè)試使用美國(guó) CG 公司的大地電磁儀；聲波測(cè)試使用國(guó)產(chǎn) RS-ST01C 數(shù)字式智能聲波儀；鉆孔攝像使用國(guó)產(chǎn) HX-JD-04B 型智能鉆孔電視成像儀；測(cè)線采用 GPS72型衛(wèi)星定位儀進(jìn)行定位。通過(guò)對(duì)12個(gè)檢查點(diǎn)重復(fù)觀測(cè)（占物理點(diǎn)數(shù)的14%），并進(jìn)行均方相對(duì)誤差計(jì)算，得到檢查點(diǎn)與被檢查點(diǎn)的曲線形態(tài)一致，均方根相對(duì)誤差小于5%，資料合格。

采用ZTool大地電磁處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與反演，最終輸出反演結(jié)果并繪制了大地電磁成果剖面圖（圖7）。從成果剖面圖可以看出：樁號(hào)0—1 080 m 范圍內(nèi)，上覆層視電阻率小于500Ω·m，推測(cè)該層為覆蓋層，其深度變化范圍為58.59—271.44 m；下伏基巖視電阻率大于600Ω·m，基巖頂板高程變化范圍為1518.91—1800.88 m。

在樁號(hào)150 m 處顯示基巖兩側(cè)視電阻率存在巨大差異，推測(cè)為走向南北、傾向西，傾角70°的榆木山東緣斷裂。線性陡坎位于樁號(hào)700 m 處，可見(jiàn)其下伏基巖視電阻率連續(xù)可追蹤，判定基巖面連續(xù)完整，無(wú)斷裂通過(guò)。

3 討論與結(jié)論

（1）在黑河口南側(cè)的紅沙溝沖洪積灘上發(fā)育著與本文研究相似的近東西向的線性陡坎地貌。Hetzel 等[26]認(rèn)為該線性陡坎為“張掖斷裂”錯(cuò)斷紅沙溝洪積扇形成的顯著斷層陡坎；而國(guó)內(nèi)多位研究學(xué)者通過(guò)實(shí)地考察，對(duì)階地和陡坎之下的沉積序律進(jìn)行分析，均認(rèn)為紅沙溝沖洪積灘上發(fā)育的線性陡坎地貌是因?yàn)楹诤影l(fā)育新的洪積扇時(shí)側(cè)向侵蝕形成的，不是斷層陡坎[19，27-28]。

（2）在西洞西灘沖洪積扇線性陡坎的北部末端附近，通過(guò)大比例尺的無(wú)人機(jī)地貌測(cè)量和解譯，獲取了大磁窯河出山口周邊分辨率為0.05 m 的高精度 DEM 數(shù)據(jù)（圖8a），結(jié)合實(shí)地調(diào)查（圖8b），在祁家臺(tái)子附近大磁窯河出山口共發(fā)育有三級(jí)階地，且各級(jí)階地之間界限清晰、保存完好，線性陡坎尖滅在 T2與 T3階地交匯處。利用 DEM 數(shù)據(jù)橫跨各級(jí)階地提取了高程和坡度數(shù)據(jù)（圖8c），可以清晰看出大磁窯河北岸發(fā)育的 T3和 T2階地高程明顯高于南岸對(duì)應(yīng)的 T3和 T2階地高程。由此可以得出，在大磁窯河發(fā)育 T3和 T2階地洪積扇過(guò)程中，大磁窯河水不斷側(cè)向侵蝕南岸的沖洪積扇，形成侵蝕陡坎。綜合對(duì)比大磁窯河兩岸 T3和 T2階地的特征，筆者認(rèn)為西洞西灘發(fā)育的線性陡坎是因?yàn)榇蟠鸥G河在形成新一期洪積扇過(guò)程中，不斷側(cè)向侵蝕造成的，并且線性陡坎北部主要是由大磁窯河在 T3階地洪積扇形成過(guò)程中側(cè)向侵蝕形成，而線性陡坎南部為大磁窯河在 T2階地洪積扇形成過(guò)程中側(cè)向侵蝕形成。

（3）通過(guò)無(wú)人機(jī)大比例尺遙感解譯并結(jié)合陡坎高差實(shí)測(cè)，對(duì)河西走廊西洞西灘線性陡坎的特征與成因有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。探槽開(kāi)挖揭示了線性陡坎下伏地層連續(xù)且底部地層近水平產(chǎn)出；工程地質(zhì)剖面顯示線性陡坎兩側(cè)的 Q3沖洪積砂卵礫石層頂面連續(xù)；音頻大地探測(cè)結(jié)果顯示，線性陡坎下伏基巖面連續(xù)完整，進(jìn)而明確了線性陡坎的非構(gòu)造成因。

（4）河西走廊西洞西灘沖洪積扇發(fā)育的線性陡坎應(yīng)為大磁窯河側(cè)向侵蝕作用形成，但不排除同時(shí)受風(fēng)力侵蝕、洪水作用亦或是其他因素的共同作用，應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究工作。同時(shí)，筆者認(rèn)為對(duì)線性陡坎的研究，可參考本文采用的多種方法相結(jié)合的方式。

致謝

中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司提供了鉆孔資料和音頻大地電磁探測(cè)數(shù)據(jù)；甘肅省地震局劉興旺研究員、防災(zāi)科技學(xué)院余中元教授指導(dǎo)了野外工作；防災(zāi)科技學(xué)院肖鵬、張世龍參與了野外工作，在此一并表示感謝。

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