青藏高原的形成是地球历史上最重大的地质事件之一。印度板块与欧亚板块的碰撞以及印度板块向北的持续楔入作用对整个亚洲大陆的地貌、水系格局产生了重大影响。青藏高原的形成与隆起过程中形成了一系列以夷平面、河流阶地为代表的层状地貌面,这些层状地貌面不仅记录了丰富的区域地貌演化信息(是重建地貌发育、演化过程的良好载体),而且层状地貌面具有分布面积广、高度相对稳定等特点,能为确定高原的隆升时间和幅度提供证据。同时河流系统是层状地貌面形成的主要外营力,且河流系统是对构造-气候变化响应非常敏感的地貌单元,因此水系演化研究是地表过程-构造-气候之间的耦合研究的理想切入点。祁连山作为青藏高原北部边界,是高原隆升扩展研究的关键区域,祁连山东段夷平面、河流阶地等层状地貌面序列完整、分布广泛、保存较好,是重建区域地貌演化与隆升历史、探讨水系演化与构造-气候耦合的理想材料。尽管该区域的层状地貌及水系演化研究历史悠久,成果丰富,但是缺乏对完整层状地貌序列的年代学约束,对于水系格局演化过程缺乏系统研究。因此,本文选择祁连山东段达坂山夷平面及区域内大通河和湟水阶地为研究对象,在详尽的野外调查基础上,通过对达坂山夷平面上覆新生代沉积物两个平行钻探岩芯的沉积学和年代学研究,以及区域内大通河和湟水阶地序列、年代学及物源等综合分析,建立了祁连山东段多级层状地貌面的年代框架,重建了区内大通河、湟水的物源变化,探讨了祁连山东段晚新生代以来构造-地貌-水系演化过程以及水系演化对构造-气候的耦合响应。获得以下主要结论和成果:(1)祁连山东端达坂山夷平面厚层风化壳上覆沉积物于8.1–7.5 Ma开始接受河流环境沉积,6.7–6.4 Ma开始堆积风成红粘土,表明~8 Ma以前祁连山东端达坂山地区经历了较长时间构造相对稳定的夷平时期,达坂山夷平面于~8 Ma停止发育,~6.5 Ma加速隆升。根据由夷平面、河流阶地构成的完整层状地貌面序列的高程及年代框架,重建了~6.5 Ma以来的区域下切速率历史,揭示祁连山东端达坂山地区晚中新世以来经历了阶段性加速隆升过程。而祁连山东端隆起时间晚于祁连山西段及中段,指示新近纪祁连山构造活动存在向东扩展过程。(2)大通河在下游八宝川盆地河桥段发育有8级阶地,其中最高阶地形成年代为1081 ka;大通河在中游门源盆地发育有5级阶地,其形成年代分别为424 ka(T5)、243 ka(T4)、130 ka(T3)、14 ka(T2),T1形成于全新世;湟水在民和段发育有10级阶地,其形成年代分别为1405 ka(T10)、1081 ka(T9)、866 ka(T8)、621 ka(T7)、424 ka(T6)、337 ka(T5)、243 ka(T4)、130 ka(T3)、14 ka(T2),T1形成于全新世。大通河河桥段阶地序列物源在T6与T5以及T3与T2之间发生了两次显著变化,指示~1100 ka大通河主要流经下游白垩系及新生代红层区域,此后大通河不断溯源侵蚀,于620–420 ka贯通门源盆地,并在130–60 ka袭夺现今门源盆地以上流域。大通河流域数字地貌形态分析显示黑河与大通河分水岭一直向大通河一侧迁移,具有未来黑河袭夺大通河上游流域的趋势。湟水民和段T10以来阶地物源未发生明显变化,指示~1400 ka之前湟水已切穿老鸦峡、溯源至湟水中上游地区,使古湟水东流。(3)湟水、大通河阶地的形成是构造-气候耦合作用的结果,气候变化决定了河流阶地的形成时间,而构造隆升为河流的长期下切提供了驱动力与空间,合适的地表隆升速率是阶地形成的必要条件。大通河及祁连山内其他河流的演化过程证明,更新世以来祁连山的不断隆升控制了大通河1100 ka以来纵向河不断发育的过程,当山体隆升速率大于横向河侵蚀速率时,将迫使河流偏转,纵向河发育;随着山体进一步隆升,由于与周边地形高差不断增大,增强了横向河的侵蚀能力,使得横向河切穿山体,袭夺纵向河。而气候变化决定了水系重组发生的时间,在暖湿的间冰期,降水的增多和大量冰雪融水加大了河流的侵蚀能力,促进了水系重组。