分水岭是指分隔两个相邻流域的高地，它随着时间的推移发生动态变化并朝着稳定状态进化，其演化过程受气候、构造以及岩性等因素的影响。从长时间尺度（百万年尺度）和较大空间范围（>102平方公里）来说，构造是分水岭迁移的主控因素。当抬升开始时，河流通过河道下切、溯源侵蚀和分水岭迁移进行响应。河道下切、溯源侵蚀和分水岭迁移又受控于气候和岩石强度，这两个因素在水动力侵蚀模型中通常被整合在侵蚀系数（K）里面。气候通过风化作用影响岩石强度，并提供河道下切所需要的水，然后可能进一步影响造山带的构造演化。岩石强度和地层产状等会影响河流的局部侵蚀（速率和方向），从而影响分水岭的迁移。因此，分水岭迁移是构造-气候-侵蚀相互作用体系中的重要组成部分。
理论分析以及数值模拟已经论证了构造如何影响分水岭的迁移。因此，分水岭的稳定性及其位置被广泛应用于构造信息提取。当造山带具有一致的抬升、相似的岩性以及降水，主分水岭会稳定在造山带的几何中心；当造山带经历不对称抬升后，主分水岭会向抬升速率高的一侧迁移，当不对称抬升持续时间足够长时，主分水岭最终会达到一个稳定的状态；当不对称抬升速率降低时，主分水岭会重新向几何中心移动。因此，在实例研究中，主分水岭向几何中心移动常常被认为是由于不对称抬升的减弱。然而，在一些特殊情况下，主分水岭会向几何中心迁移（远离抬升速率高的一侧）来响应不对称抬升的开始。因此，流域分水岭在不同的情况下（不同的初始地形）是如何响应不对称抬升，是一个尚未解决的问题。
地震动力学国家重点实验室博士生叶轶佳、周朝，在谭锡斌研究员指导下，通过数值模拟以及实例研究，揭示出初始地形对流域分水岭迁移存在重要影响。数值模拟结果表明：当一个初始地形，顶部海拔高于底部，在经历不对称抬升后（底部抬升速率为0 mm/yr，顶部抬升速率为1 mm/yr，抬升速率从底部到顶部线性增加），分水岭会首先在高抬升速率一侧边缘形成，随后向几何中心移动（图1）。系舟山位于山西地堑系北部，晚新生代以来经历了不对称抬升。地貌参数（陡峭指数、坡度和Gilbert参数）分析，揭示系舟山分水岭正在向几何中心迁移来响应不对称抬升的启动（图2）。
数值模拟（图1）以及系舟山的实例（图2）均表明分水岭会从抬升速率高的一侧向几何中心迁移来响应不对称抬升的启动。这是一个容易被忽略的响应不对称抬升的分水岭迁移模式。结合前人的数值模拟和实例研究，本研究提出了分水岭响应不对称抬升的两种不同的迁移模式：“五台山模式”以及“系舟山模式”（图3）。在“五台山模式”中，不对称抬升开始前，主分水岭位于几何中心；当不对称抬升发生后，分水岭向抬升速率高的一侧迁移以达到新的平衡状态。而在“系舟山模式”中，在不对称抬升开始前，河流从左侧流向右侧；当不对称抬升开始，主分水岭在正断层附近形成，随后向几何中心迁移以达到新的平衡状态。简单来说，当分水岭的初始位置不同（即初始地形不同）时，其迁移方向也可能不同，尽管经历了相同的构造扰动。
图1 数值模拟揭示响应不对称抬升的分水岭迁移。
（A-D）不同时间下的地形。北部边缘海拔固定在100 m，南部边缘海拔固定在0 m，经历不对称抬升（抬升速率从南部边缘的0 mm、yr线性增加到北部边缘的1 mm/yr），主分水岭在北部边缘形成，随后向几何中心移动以达到稳定状态。（E）分水岭位置随时间变化图。流域分水岭在26 Ma后达到稳定。（F）分水岭迁移速率随时间变化图。
图2 （A）系舟山 分布图。（B、 C）分水岭两侧以及坡度的比较。（D、E）沿剖面A-A’， 以及地形的比较。
图3 流域分水岭响应不对称抬升的两种迁移模式
（A）系舟山以及五台山的地形图。红色曲线代表活动断裂，黑色实线代表系舟山以及五台山的主分水岭，黑色虚线代表最终稳定位置，黑色箭头代表分水岭的迁移方向。两种不同的响应不对称抬升的分水岭迁移模式：（B）“五台山模式”；（C）“系舟山模式”。
本研究主要得到以下结论：（1）系舟山分水岭正在向东南方向迁移；（2）不是所有的分水岭向几何中心迁移现象都代表着不对称抬升的减弱；（3）分水岭的迁移方向本质上是受到初始位置与平衡位置的差异控制；（4）初始地形对分水岭迁移存在重要影响。
该研究得到了地震动力学国家重点实验室基本科研业务费专项资金（LED2021A02）和中国科学院百人计划项目（E2K2010010）资助。相关文章于2022年4月21日在《Geomorphology》杂志发表：
Ye Yijia, Tan Xibin*, Zhou Chao, 2022. Initial topography matters in drainage divide migration analysis: Insights from numerical simulations and natural examples. Geomorphology, 409, 108266.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2022.108266
