在快速侵蚀和构造抬升的地区,河流对基岩的下切指示了构造、气候、岩性及地形之间的相互关系。活动造山带的基岩河流忠实地记录了山体的构造变形,其河道形态为响应构造抬升速率的变化需进行系统的调整,因而成为研究区域构造抬升速率空间分布特征的重要载体。在活动造山带积极开展基岩河道形态研究,不仅可以为造山带构造变形模式的探索提供新的途径,而且对于深入理解构造和地表过程间相互作用的动力学机制十分重要。位于青藏高原东北缘的祁连山北部地区,山体内部发育了大量典型的基岩河道,并且具有相同的局地侵蚀基准面(河西走廊),因而成为开展基岩河道形态研究的理想区域。长期以来,祁连山北部地区的构造变形研究主要集中在活动构造(e.g.,断层、背斜、褶皱)的活动性质及速率研究和主要地貌面(e.g.,阶地、洪积扇)的变形特征及速率研究两方面,虽然积累了大量的构造变形数据,但是受剖面保存、野外工作条件、测年载体及技术等因素的限制,研究位置多分布不均,研究成果间难以进行有效的平行对比。以河流侵蚀的物理机制为基础构建的剪切应力(或河流功率)下切模型,不仅为基岩河道形态的定量研究奠定了坚实的理论基础,而且建立起河道形态与构造抬升速率之间的函数关系。河道形态特征参数—陡峭指数和凹度指数的提出,为基岩河道纵剖面形态的定量描述提供了标准。模型关键参数—侵蚀系数和坡度指数的校正和反演,为岩性、流量和沉积通量等影响因素的剥离量化提供了条件。因此,基于剪切应力(或河流功率)下切模型的基岩河道形态研究,已成为探索造山带差异性构造抬升空间分布特征和构造变形模式的有效手段。论文以祁连山北部地区山体内部的基岩河道为研究对象,以剪切应力下切模型为技术手段,以陡峭指数和凹度指数为主要定量指标,结合模型关键参数的校正和反演,对祁连山北部地区基岩河道形态对构造抬升速率的响应机制进行了系统的研究,分析了构造抬升速率的空间分布特征,并在此基础上尝试探索了青藏高原东北缘的构造变形模式。祁连山北部地区的基岩河道河床地貌类型较为复杂,跌水型、陡坎-深潭型、平底型及深潭-浅滩型河床均有发育,不同地貌部位河床地貌类型的组合特征明显不同。高山带主要以跌水型和陡坎-深潭型河床为主,低山带则主要以平底型和深潭-浅滩型河床为主。祁连山北部地区的基岩河道形态呈现出明显的东西向和南北向的分布特征,在剪切应力下切模型中表现为河道纵剖面形态特征指数—陡峭指数和凹度指数以及河道宽度-面积特征参数的规律性变化。其中,河道纵剖面陡峭程度,祁连山中段地区的河流明显高于东段地区河流,陡峭指数ksn值相差约1.6倍;高山带河流明显高于低山带河流,ksn值相差约2倍;河道纵剖面下凹程度则与区域主要断层的分布位置密切相关,与断层相交的河道,凹度指数多呈现高值(θ≈0.6～1.0)或极端值(θ<0或θ>1.0),未与断层相交的河道,则θ取值相对正常(θ≈0～0.6);河道宽度随流域面积向下游增加的速率,祁连山东段地区河道明显高于中段地区河道,宽度-面积指数b值分别为0.40和0.27;低山带河道明显高于高山带河道,b值分别为0.43和0.35。对影响研究区基岩河道形态的主要地质因素—构造和岩性进行的讨论分析显示:差异性构造抬升在宏观上控制了基岩河道形态的整体变化趋势,而岩性抗蚀性则决定了流域内部局部河段间河道宽度的调整变化。基于祁连山北部地区重点流域河道宽度和流量的变化特征,对剪切应力下切模型关键参数(侵蚀系数K和坡度指数n)进行的校正和反演显示:祁连山中段地区流域基岩河道的侵蚀能力明显强于东段地区流域,侵蚀系数K值相差约1.1～1.2倍;高山带流域明显强于低山带流域,K值相差约1.1-1.3倍;祁连山北部地区构造抬升速率与陡峭指数呈明显的幂函数正相关关系,坡度指数n取值范围约为0.83～1.76,基本遵循经验研究和理论预测结果(2/3<n<5/3)。对剪切应力侵蚀系数ke值的反演计算显示,受岩性抗蚀性和沉积通量的影响,边界剪切应力对河床的侵蚀力,祁连山中段地区河道明显高于东段地区河道,ke值相差约2.3倍;高山带明显高于低山带,ke值相差约1.6倍。祁连山北部地区的基岩河道形态主要受差异性构造抬升的控制,河道纵剖面陡峭指数的空间分布特征在一定程度上反映了构造抬升速率的空间分布模式,陡峭指数值的大小预测了差异性构造抬升的幅度。总体上,祁连山北部地区的构造抬升活动,中段地区较东段地区强烈,高山带较低山带强烈。综合陡峭指数的取值大小及侵蚀系数K的校正结果,我们推测祁连山中段地区构造抬升速率较东段地区高约2～3倍,高山带较低山带高约2～4倍,南北方向上差异性构造抬升的幅度明显高于东西方向上。基岩河道形态研究所揭示的祁连山北部地区构造抬升速率的空间分布特征,与已有河流阶地研究资料基本一致。因此,我们推测在祁连山中段地区的高山带和低山带流域,平均构造抬升速率取值范围分别为1.6～4.8mm/a和0.8～1.2mm/a;在祁连山东段地区的高山带和低山带流域,则分别为 0.8～1.6 mm/a 和 0.4 mm/a。祁连山北部地区基岩河道纵剖面的下凹程度主要受断层的活动所控制,凹度指数高值(θ≈0.6～1.0)和极端值(θ<0或θ>1.0)的出现指示了主要活动断层的分布位置,河道穿过断层时陡峭指数的变化幅度则在一定程度上反映了断层垂直活动的强度。根据重点流域(北大河、丰乐河、梨园河、西营河、金塔河、杂木河和黄羊河)河道在穿过断层时陡峭指数的变化幅度,我们推测祁连山北部地区的差异性构造抬升主要受控于山前边缘断裂(e.g.,旱峡-大黄沟断裂、佛洞庙-红崖子断裂、皇城-双塔断裂),山体内部断裂(e.g.,肃南-祁连断裂、冷龙岭断裂)的影响则次之;主要边界断裂的活动强度和活动性质具有明显的分段性(e.g.,佛洞庙-红崖子断裂和皇城-双塔断裂)。基岩河道形态研究所揭示的祁连山北部地区主要活动断层的分布位置、活动性质及活动强度与区域活动构造的研究结果基本一致。在祁连山北部地区开展的基岩河道形态学研究表明,祁连山北部地区在青藏高原向北推挤力的作用之下,区域构造变形主要以逆冲推覆为主。位于祁连山中段的北大河、洪水坝河和马营河流域一带正好处于受力中心,因而逆冲推覆作用最强,构造抬升速率最高,河道陡峭指数值最大;向东则逐渐远离受力中心,逆冲推覆作用逐渐减弱,构造变形转而为以水平走滑为主,构造抬升速率逐渐降低,河道陡峭指数值也逐渐减小。祁连山北部地区南北向差异性构造抬升的幅度明显高于东西向的变化特征,揭示了区域的构造变形很可能主要通过活动断裂的挤压逆冲来完成;山前边缘断裂的活动强度明显大于山体内部断裂,在一定程度上反映了构造变形由南向北迁移传递的变形模式。