張?jiān)罉? 李海龍, 李 建

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081

青藏高原30—40 ka B.P.暖濕氣候事件對(duì)川西河谷地質(zhì)環(huán)境的影響

張?jiān)罉? 李海龍, 李 建

中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081

青藏高原在末次冰期晚期(30—40 ka B.P., 相當(dāng)于MIS3a階段)出現(xiàn)的暖濕氣候事件強(qiáng)烈地影響了川西高原東緣河流地質(zhì)生態(tài)環(huán)境。表現(xiàn)在深切河谷中普遍發(fā)育大型滑坡、泥石流、沖洪積扇體等災(zāi)變事件和古堰塞湖沉積。本文重點(diǎn)剖析了岷江上游、大渡河中游大型堵江事件的地形地貌特點(diǎn)、沉積物發(fā)育特征、沉積年代學(xué)、新構(gòu)造背景等, 同時(shí)分析了黃河上游瑪曲段大型沖-洪積扇體的沉積特征與時(shí)代。結(jié)果表明在川西高原東緣深切河谷普遍存在距今30—40 ka時(shí)期的堵江事件, 而這一時(shí)期在黃河上游發(fā)生大型沖-洪積事件和黃河襲奪若爾蓋古湖事件, 二者均與青藏高原末次冰期暖濕事件同步。研究認(rèn)為這期急劇氣溫變化增強(qiáng)了河谷侵蝕和卸載能力, 而東緣強(qiáng)烈的地震斷層活動(dòng)又觸發(fā)了突發(fā)事件的發(fā)生, 暖濕氣候事件與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在時(shí)空上的耦合共同塑造了晚更新世晚期川西高原東緣深切河谷系統(tǒng)特殊的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境及其演變。

30—40 ka B.P.暖濕氣候; 深切河谷; 堵江事件; 川西高原

末次冰川存在一重要的暖濕氣候事件(40— 30 ka B.P., 相當(dāng)于MIS3a階段), 其強(qiáng)烈地影響了中國大陸該時(shí)期的地貌演化, 這是從氣候角度理解地表侵蝕、甚至構(gòu)造地貌過程的重要參考(Yao et al., 1997; 施雅風(fēng)和李吉均, 1999; 施雅風(fēng)等, 2002; 施雅風(fēng)和姚檀棟, 2002; 施雅風(fēng)和于革, 2003; 楊保和施雅風(fēng), 2003; 李世杰等, 2008; 施雅風(fēng)和趙井東, 2009)。研究發(fā)現(xiàn), 這一暖濕氣候階段的氣溫比現(xiàn)在高出2～4℃, 降水比現(xiàn)在多40％～400％以上, 高原湖泊面積則是現(xiàn)今的3.8倍, 古湖面海拔甚至比現(xiàn)代湖泊高出200 m(李炳元, 2000; 李世杰等, 2008),而同期的海平面較現(xiàn)今海平面低20～100 m(郭旭東, 1979; 馮應(yīng)俊, 1983; 王兆榮等, 1998)。這期氣候變化過程在華北黃土沉積(李玉梅等, 2003; 陳曉云和吳乃琴, 2008)、西北沙漠地區(qū)也均有良好的記錄(張虎才等, 2002; 楊小平和劉東生, 2003)。這期氣候事件強(qiáng)烈影響了高原地表過程和地質(zhì)生態(tài)環(huán)境, 尤其是青藏高原東緣的深切河谷地區(qū)。古洪水地質(zhì)重建研究結(jié)果顯示(葛兆帥等, 2004), 在40—30 ka B.P.期間, 長江上游洪水比30 ka以來的洪水大得多, 導(dǎo)致河流卸載能力加大、溯源侵蝕能力增強(qiáng)。由于氣溫的突然增加和降雨增多, 導(dǎo)致高山冰川的消融、山谷河流侵蝕和卸載能力的迅速增強(qiáng), 在深切河谷中發(fā)生一系列突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)變事件, 包括大型滑坡、堵江、沖洪積扇體(李海龍和張?jiān)罉? 2015)、甚至河流襲奪事件等。

堵江產(chǎn)生堰塞湖, 而湖相地層記錄了堵江的歷史。在川西高原東緣深切河谷中發(fā)育規(guī)模不等的堰塞湖, 有古代形成的、也有現(xiàn)代的, 如疊溪古地震堰塞湖、2008年汶川8級(jí)地震形成的唐家山地震堰塞湖等, 成為研究青藏高原東緣新構(gòu)造和氣候變化的重要載體(王蘭生等, 2007, 2012; 李海龍等, 2010)。與川西深切河谷堵江現(xiàn)象相比, 川西高原北部的若爾蓋地區(qū)則發(fā)生了河流襲奪古湖現(xiàn)象。當(dāng)黃河流進(jìn)若爾蓋盆地后, 發(fā)生了180°大拐彎, 經(jīng)瑪曲向西流入瑪曲河谷。若爾蓋盆地是一個(gè)晚第四紀(jì)斷陷盆地, 盆地中記錄了中、晚更新世的連續(xù)湖相沉積?；谂璧乇本塕M、RH孔巖心資料和地質(zhì)環(huán)境代用指標(biāo)分析結(jié)果, 指示若爾蓋古湖盆于38—35 ka前后被黃河襲奪(王云飛等, 1995; 吳敬祿等, 1997), 湖泊消失, 代之以河流相、沖洪積相為主的河流環(huán)境。這次湖盆襲奪事件指示區(qū)域地質(zhì)環(huán)境發(fā)生重大變化, 即黃河瑪曲谷地下蝕作用增強(qiáng)。

上面列舉的不同類型地貌過程均發(fā)生在統(tǒng)一的氣候背景下: 即暖濕氣候事件、降雨豐富、河流下切能力增強(qiáng)。本文基于這一氣候事件的影響, 結(jié)合川西地區(qū)活動(dòng)構(gòu)造研究、川西深切河谷典型堵塞事件的調(diào)查和測(cè)年結(jié)果、黃河瑪曲谷地沖洪積扇體的測(cè)年結(jié)果, 探討了青藏高原30—40 ka B.P.暖濕事件與川西高原東緣新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在時(shí)空上的耦合, 并共同影響和主導(dǎo)川西高原晚更新世晚期的地表過程和地質(zhì)環(huán)境演化。

1 青藏高原東緣新構(gòu)造背景

青藏高原東部地形地貌形態(tài)極不規(guī)則, 同時(shí)受到長江和黃河兩大水系的深切作用, 形成了復(fù)雜的構(gòu)造地貌格局。將龍門山及其南延的錦屏山、玉龍雪山作為中國東西部一級(jí)地貌邊界帶, 并以阿尼瑪卿、大雪山、貢嘎山、錦屏山、玉龍雪山一線為界,西部高原地勢(shì)相對(duì)平坦, 而該線以東地區(qū), 則侵蝕地貌發(fā)育, 形態(tài)復(fù)雜, 在平面上呈現(xiàn)典型的“Y”型構(gòu)造地貌特征。“Y”型地貌的上部由北西向的阿尼瑪卿—大雪山和北北東向的岷山—邛崍山及其所夾的平坦的若爾蓋盆地構(gòu)成, 下部對(duì)應(yīng)于近南北向展布的大涼山地區(qū)(張?jiān)罉虻? 2008)。

圖1 川西高原新構(gòu)造剛要圖Fig. 1 Neotectonic outline map of west Sichuan plateau

青藏高原東緣主體由一系列近南北或NE—SW走向的山脈組成, 從北到南有: 岷山、龍門山、錦屏山、大涼山等。這些年輕山脈遭受強(qiáng)烈的河流侵蝕, 形成了青藏高原東緣獨(dú)特的南北向水系, 包括岷江、大渡河、安寧河、金沙江等(李海龍等, 2010)。這些深切河谷水系構(gòu)成了一道優(yōu)美亮麗而壯觀的風(fēng)景, 成為川西高原重要的水電資源和旅游資源。在南北向山脈和水系以西的高原地區(qū), 另外一個(gè)重要的地貌單元是地形起伏度相對(duì)平坦的若爾蓋草原,黃河流進(jìn)該地區(qū), 并發(fā)生180°拐彎, 并從瑪曲河谷流出(圖1)。

從新構(gòu)造和活動(dòng)構(gòu)造角度來看, 青藏高原東緣由不同的活動(dòng)構(gòu)造地塊組成(張?jiān)罉虻? 2004)。北段為南北向的岷山隆起帶或岷山斷隆, 主峰雪寶頂海拔5 588 m, 常年積雪, 斷隆帶東緣為虎牙斷裂, 這是一條地震斷裂, 1976年平武7.3級(jí)地震與該斷裂走滑活動(dòng)有關(guān)(唐榮昌等, 1983); 西緣為岷江斷裂,其發(fā)育歷史比較復(fù)雜, 現(xiàn)今活動(dòng)以逆沖、走滑為主(Kirby et al., 2000)?；谀贻p地質(zhì)體(沖溝、河流階地等)錯(cuò)移量測(cè)量和年代學(xué)分析確定虎牙斷裂平均左旋走滑速率1.4 mm/a, 垂直運(yùn)動(dòng)速率0.3 mm/a,岷江斷裂垂直運(yùn)動(dòng)速率在0.37～0.53 mm/a(周榮軍等, 2000)。中段為北東—南西走向的龍門山構(gòu)造帶,由三條主邊界斷裂組成, 由西向東分別為: 后龍門山斷裂(茂—汶斷裂)、龍門山中央斷裂(映秀—北川斷裂)、龍門山前山斷裂(灌縣—安縣斷裂), 將龍門山劃分為后山變質(zhì)逆沖體、中央基底逆沖體、前山蓋層逆沖帶等3個(gè)帶。石油勘探成果顯示, 山前蓋層逆沖帶為典型的薄皮構(gòu)造, 斷裂主要發(fā)育在沉積蓋層中, 地表斷裂傾角在40°～50°, 向深部變緩(Jia et al., 2006)。中央基底逆沖推覆構(gòu)造帶以彭灌雜巖體和寶興雜巖體為代表, 通過映秀—北川斷裂逆沖在前山蓋層逆沖帶上。映秀斷裂地表傾角很陡, 70°～80°, 但由于缺乏深部地球物理資料, 中央基底逆沖體深部結(jié)構(gòu)存在不同的解釋。通常認(rèn)為, 映秀斷裂地表產(chǎn)狀陡傾, 向深部傾角變緩, 上盤的彭灌雜巖體逆沖在三疊系含煤系地層之上?；顒?dòng)構(gòu)造地貌野外調(diào)查和研究表明, 龍門山中央斷裂和山前斷裂的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)為走滑-逆沖型(Chen et al., 1994; 鄧起東等, 1994), 右旋走滑分量和逆沖分量大致相當(dāng),平均速率在1 mm/a(Jia et al., 2006)。2008年汶川MS8級(jí)地震使映秀—北川斷裂帶和灌縣—安縣斷裂帶產(chǎn)生地表破裂, 同震破裂調(diào)查結(jié)果顯示映秀—北川斷裂以逆沖和右旋走滑活動(dòng)為主, 山前斷裂則以逆沖運(yùn)動(dòng)為主(李海兵等, 2008)。后龍門山斷裂帶的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)存在不同認(rèn)識(shí)。沿該斷裂帶發(fā)育一條大型韌性拆離帶, 即青藏東緣拆離帶, 據(jù)Ar-Ar確定的拆離作用時(shí)代為早白堊世, 該拆離帶主導(dǎo)了龍門山中央基底雜巖體的構(gòu)造擠出(許志琴等, 2007)?；顒?dòng)性調(diào)查顯示, 該斷裂晚第四紀(jì)以來以右旋走滑, 逆沖次之,在許多觀測(cè)點(diǎn), 見到年輕地質(zhì)體如沖溝、河流階地、山體等發(fā)生垂向和水平錯(cuò)移, 根據(jù)錯(cuò)移量和年代學(xué)測(cè)試結(jié)果確定的垂向運(yùn)動(dòng)速率在0.03～0.84 mm/a, 水平右旋走滑速率為0.95～1.28 mm/a (李勇等, 2006)。一言以蔽之, 青藏高原東緣的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)極其強(qiáng)烈,現(xiàn)在依然如此, 這是一個(gè)“活動(dòng)的地貌邊界”。本文聚焦于“強(qiáng)烈的氣候變化”和“活動(dòng)的地貌邊界”之間的地質(zhì)耦合, 以青藏高原東緣為研究對(duì)象。這對(duì)于理解大陸地貌演化具有一定的參考價(jià)值。

2 岷江上游堵江事件與堰塞湖

岷江上游深切川西高原, 形成深切河谷地貌(張?jiān)罉虻? 2005)。沿岷江上游已發(fā)現(xiàn)多個(gè)古堰塞湖,沿岷江主干道和主要支流分布。目前發(fā)現(xiàn)大型的古堰塞湖有: 疊溪古堰塞湖、茂縣古堰塞湖、汶川縣文鎮(zhèn)古堰塞湖、理縣雜谷腦古堰塞湖、理縣古爾溝古堰塞湖等(王蘭生等, 2007)。其中最典型的、保留最完整、研究程度最高的是疊溪堰塞壩和堰塞湖(圖2)?；谠敿?xì)的遙感圖像解譯、野外調(diào)查和年代學(xué)測(cè)試分析, 已查明疊溪堰塞壩和堰塞湖的分布范圍、發(fā)育特征及其發(fā)育時(shí)代(王蘭生等, 2007)。從衛(wèi)星遙感解譯圖和側(cè)視圖(圖3)可以清楚地看出, 疊溪堰塞壩構(gòu)成了岷江左岸一級(jí)臺(tái)地面, 拔河高度在～200 m, 臺(tái)面遭受河流侵蝕, 發(fā)育沖溝, 臺(tái)面不平整。從校場(chǎng)向岷江下游方向, 臺(tái)地沿岷江左岸展布長約9.5 km(圖2)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)該臺(tái)地是由大小不等、混雜堆積的粗礫巖、巨礫石組成, 礫石無分選、無磨圓, 最大者礫徑在5～10 m, 黏土膠結(jié)。在校場(chǎng),我們見到湖相地層直接超覆在巨型巖塊之上, 這些巖塊直徑數(shù)米, 盡管遭受破碎, 但大部分巖塊有規(guī)律排列, 顯示與周緣巖層近似的產(chǎn)狀, 推斷是巖層整體滑動(dòng)造成的結(jié)果(李海龍等, 2010)。根據(jù)礫石發(fā)育特征推斷其混雜堆積物源來自臺(tái)地東側(cè)的陡坡或山麓沖溝, 在山體陡坡面上殘留有大量坡積物。岷江河道已深切堰塞壩200～300 m深, 并下切至基巖,在河谷中形成2～3級(jí)河流階地。

在疊溪堰塞壩上游的岷江河谷和松坪溝河谷便是疊溪古湖的發(fā)育范圍(王蘭生等, 2005, 2007)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)疊溪古堰塞湖沿岷江河谷發(fā)育長達(dá)30 km, 北至鎮(zhèn)江關(guān)。湖相地層保存較好的地點(diǎn)有校場(chǎng)、團(tuán)結(jié)村、沙灣村、太平鄉(xiāng)羌陽村等(圖2)。目前,這套湖相地層的殘留厚度約有220 m, 以黃褐色、灰色、灰黑色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主, 夾有砂巖透鏡體和細(xì)礫巖, 薄層狀, 水平層理發(fā)育(圖4)。張巖等(2009)根據(jù)團(tuán)結(jié)村湖相層下部泥巖層中發(fā)現(xiàn)的植物碎片、利用AMS14C測(cè)年獲得的年齡(校正)在31 000～36 800 a cal B.P.。王小群和王蘭生(2013)獲得的湖相層底部年齡為30 830 a B.P.,頂部年齡16 900 a B.P.。Wang等(2011)在沙灣村湖相地層下部砂巖層OSL測(cè)年和14C測(cè)年結(jié)果給出的年齡在20～26 ka B.P.。從這些年齡可以推斷, 目前保留下來的古堰塞湖地層沉積時(shí)限為31 000～15 000 a B.P.。

圖2 岷江上游疊溪堰塞壩與堰塞湖分布構(gòu)造地貌解譯圖(a)和遙感影像圖(b)(位置見圖1 )Fig. 2 Morphologic-structural interpretation (a) and satellite image (b) showing the distribution of dammed lake and barrier in the Diexi region, Minjiang upstream (for location see Fig. 1)

圖3 疊溪堰塞壩與堰塞湖遙感圖像側(cè)視圖Fig. 3 Side image view of the Diexi dammed lake and barrier

基于疊溪堰塞湖地層的年代學(xué)研究結(jié)果, 疊溪堵江事件的發(fā)生和堰塞湖的發(fā)育過程大體可以分為三個(gè)階段:

早期階段(40—30 ka B.P.)大型沖洪積事件與堰塞壩形成: 該時(shí)段的青藏高原處于冰期階段的暖濕期, 氣候和濕度的突然變化改變了山谷河流的卸載能力, 使山谷中大量的冰川沉積物通過泥石流、沖洪積等地質(zhì)作用, 大量卸載到深切河谷之中, 導(dǎo)致岷江深切河谷河道的堵塞, 形成了長約10 km的疊溪堰塞壩。這樣的堵江事件具有快速、災(zāi)變的特點(diǎn), 厚200～300 m混雜堆積體可以在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生(百年至千年事件尺度)。根據(jù)疊溪湖相地層底部所獲得的AMS14C測(cè)年結(jié)果31 000～36 800 a cal B.P. (張巖等, 2009), 推斷這次堵江事件發(fā)生在30 ka B.P.之前。

中期(30—15 ka B.P.)堰塞湖發(fā)育階段: 約25 ka B.P.之后青藏高原氣候再次進(jìn)入冰期, 約于18 ka B.P.進(jìn)入盛冰期(唐領(lǐng)余等, 2004), 這相當(dāng)于大理冰期(浦慶余, 1982; 楊建強(qiáng)等, 2007)。該時(shí)期河流卸載能力減弱而堆積能力增強(qiáng), 堵塞河道上游開始了堰塞湖的沉積。堰塞湖中沉積的湖相泥巖、粉砂巖等記錄了該階段的發(fā)育時(shí)限和氣候環(huán)境。疊溪堰塞湖地層沉積時(shí)代在30—15 ka, 沉積物孢粉信息顯示該時(shí)段氣候主要表現(xiàn)為溫涼半干旱與寒冷干旱交替, 地表環(huán)境主要表現(xiàn)為森林草原和疏林草原交替(王小群和王蘭生, 2013)。理縣雜谷腦和古爾溝堰塞湖地層中下部14C年齡在18—19 ka B.P., 茂縣古堰塞湖地層中下部14C年齡在19—22 ka B.P.。這些地層年齡指示堰塞湖發(fā)育的時(shí)期在30—15 ka B.P.,與大理冰期同期。

圖4 疊溪堰塞壩混雜堆積體(a)與團(tuán)結(jié)村殘留的堰塞湖地層(b)野外照片F(xiàn)ig. 4 Field views of dammed barrier (a) and lacustrine deposits (b) in the Diexi earthquake zone

圖5 瀘定以南冷磧鎮(zhèn)—德威鄉(xiāng)大渡河河谷SPOT影像圖及其構(gòu)造地貌解譯, 展示了該帶發(fā)育完整的德威古堰塞湖和加郡堰塞壩(位置見圖1 )Fig. 5 SPOT image (resolution of 2.5 m/pixel) and morphologic-structural interpretation of the river valley geomorphology of the Dadu River along the Lengqizhen as well as Dewei Township, with a dammed barrier shown (for location see Fig. 1)

圖6 大渡河德威鄉(xiāng)堰塞湖與加郡鄉(xiāng)堰塞壩向北遙感側(cè)視圖Fig. 6 Northward side Image view of the Dewei dammed barrier

晚期(15 ka B.P.以來)侵蝕破壞階段: 距今約15 ka以來, 全球進(jìn)入間冰期, 濕潤的氣候、冰融雪化和豐沛的降雨再次增強(qiáng)了山谷河流的侵蝕和卸載能力, 早期形成的大型堵江堰塞壩(混雜堆積體或沖洪積扇體)遭受下蝕并發(fā)生破壞, 湖相地層也遭受侵蝕, 許多堰塞壩體快速消亡。大型堰塞壩保留程度取決于混在堆積體的堅(jiān)硬性和抗蝕性。疊溪堰塞壩已被岷江河道下切200～300 m深, 形成了平行河道的階地陡坎。

3 大渡河堵江事件與堰塞湖

沿大渡河瀘定—丹巴段, 野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)多處湖相地層(喬彥松, 2011), 如上游孔玉鄉(xiāng)開繞村一帶的堰塞湖湖相沉積厚度大于8 m, 地層向河床一側(cè)翹傾, 地層產(chǎn)狀106°∠15°, 其上被2期年輕的沖洪積扇體所覆蓋?；?個(gè)砂巖樣品的光釋光(OSL)測(cè)年結(jié)果, 該湖相地層的沉積時(shí)代為20～17 ka(李海龍等, 2010)。

我們?cè)诖蠖珊訛o定縣南部冷磧鎮(zhèn)、德威鄉(xiāng)一帶發(fā)現(xiàn)大型的古堰塞湖湖相地層和下游殘留的堰塞壩堆積物, 并將這個(gè)古堰塞湖命名為德威堰塞湖, 堰塞壩位于加郡鄉(xiāng)上河壩、田壩村一帶。

圖7 德威鄉(xiāng)堰塞湖和加郡鄉(xiāng)堰塞壩巖性柱狀圖Fig. 7 Lithology of the dammed barrier and dammed lake deposits along the Dewei and Jiajun townships of the Dadu River valley

圖8 加郡鄉(xiāng)堰塞壩混雜堆積體野外地貌特征(A)與臺(tái)地面東側(cè)山地紅黏土層(風(fēng)化層)(B)Fig. 8 Field view of diamicton of the Jiajun dammed barrier (A) and red clay on the east side of the dammed barrier(B)

圖9 德威堰塞湖地層特征Fig. 9 Field views of lacustrine deposits in the Dewei dammed lakeA-德威鄉(xiāng)湖湘地層掩埋特征; B-大渡河河谷最新一期沖積扇體; C-翹傾的堰塞湖湖湘地層(泥巖、粉砂巖); D-湖湘泥巖與下部河流相砂巖的接觸關(guān)系; E-湖相泥巖中的斷層; C, D中數(shù)字代表湖相地層傾向與傾角A-regional view of the preserved lacustrine deposits in the Dewei Township area; B-alluvial fan deposited during the last interglacial epoch; C-tilted (toward east) of the lacutrine deposit; D-contact relationship between the lacustrine deposit above and fluvial sandstone below; E-minor faults affecting the lacustrine deposit; in C and D, the digits indicate the dip direction and angle of lacustrine beds

(1)加郡堰塞壩混雜堆積體

基于高分辨率的SPOT影像資料解譯(圖5)和詳細(xì)的野外觀察, 位于加郡鄉(xiāng)上河壩、田壩村一帶殘留的堰塞壩體由一套混雜堆積體組成(圖6, 7),已被大渡河河道切穿, 殘留物坐落在河道兩側(cè), 形成高級(jí)臺(tái)地。臺(tái)地面拔河高程200～250 m(圖8), 最大寬度約2 km, 已遭受河流侵蝕, 其上散落數(shù)個(gè)村莊, 包括田壩村、上河壩村等?；祀s堆積體由大小不等的礫石組成、礫石無磨圓、無分選, 紅色黏土膠結(jié), 致密堅(jiān)硬。

在田壩村臺(tái)地面以東, 在基巖之上發(fā)育一層紅黏土層(圖8B), 其中含有礫石, 可能是基巖風(fēng)化形成的坡積層。該紅黏土層參與到了混雜堆積巖, 成為混雜堆積體的膠結(jié)成分來源。

(2)德威鄉(xiāng)古堰塞湖

該古堰塞湖尚保留2套地層, 一套地層為湖相泥巖、粉砂巖層, 主要發(fā)育在德威鄉(xiāng)一帶, 其上被年輕的沖洪積扇體所覆蓋; 另一套為冰水沉積物,在冷磧鎮(zhèn)沈村一帶保留。在德威鄉(xiāng)一帶出露的湖相地層厚度不大, 剖面地層不全, 以黃褐色、暗色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖為主(圖9), 超覆在一套黃色河流砂層之上, 其上被厚層沖洪積扇體所覆蓋。這套湖相地層一致地向河道一側(cè)傾斜, 傾角達(dá)20°(圖9), 可能與后期滑坡作用有關(guān), 非構(gòu)造影響。光釋光(OSL)測(cè)年結(jié)果指示這套地層的沉積時(shí)代約20 ka B.P., 與孔玉鄉(xiāng)開繞村一帶湖相地層沉積時(shí)代大致同時(shí)(李海龍等, 2015)。

在冷磧鎮(zhèn)沈村, 興隆河匯入大渡河, 在其溝口發(fā)育不同時(shí)代的沖洪積扇體, 其中年輕扇體由大小不等的礫石組成, 磨圓中等, 分選差, 應(yīng)該與末次間冰期的卸載有關(guān)。早期的冰水沉積物構(gòu)成了T2階地, 拔河高20 m, 總體為一套細(xì)礫巖組成, 礫石成分以石英為主, 膠結(jié)松散或沒有膠結(jié)物, 最新的14C年代學(xué)表明其底部年齡為～27 ka B.P.(李海龍等, 2015)。

圖10 瑪曲河谷活動(dòng)構(gòu)造地貌圖與14C樣品點(diǎn)分布(位置見圖1 )Fig. 10 Active morphologic-structural map of the Maqu River valley and sites of14C dating samples (for location see Fig. 1)

圖11 瑪曲河谷歐拉扇體與活動(dòng)斷層(位置見圖10 )Fig. 11 Oula fans in the Maqu River valley and active fault (for location see Fig. 10)A-衛(wèi)星遙感圖; B-解譯圖; 05#為蝸牛殼樣品點(diǎn); T1-T4為河流階地A-satellite image; B-morphogic-structural interpretation; 05# indicates the site where snail shells were dated by14C; T1-T4 mark the river terraces

表1 瑪曲谷地沖洪積扇上部黃土層樣品放射性14C測(cè)年結(jié)果Table 1 Radiocarbon 14 dating results of samples from the Maqu River valley

4 瑪曲谷地大型沖洪積事件

當(dāng)黃河進(jìn)入若爾蓋盆地后發(fā)生了180°拐彎, 流入東西向瑪曲河谷(圖10)?，斍庸扔梢幌盗袥_洪積扇體所充填, 如歐拉扇體(圖11), 它們構(gòu)成了瑪曲河谷主體沉積充填物質(zhì)(張?jiān)罉虻? 2005)。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)在沖洪積扇體上沉積有黃土, 其中發(fā)育大量蝸牛殼化石。為了確定這次沖洪積事件發(fā)生的時(shí)代,筆者在5個(gè)不同地點(diǎn)采集了5件蝸牛殼樣品, 進(jìn)行了14C測(cè)年, 結(jié)果表明黃土層的沉積時(shí)代在34～43 ka cal B.P.(表1), 扇體上部礫石層中蝸牛化石的14C年齡為34 ka cal B.P., 表明瑪曲谷地在晚更新世晚期發(fā)生了一期重要的侵蝕-卸載事件。這期氣候事件與青藏高原末次冰期的30—40 ka暖濕時(shí)期同步,表明這個(gè)時(shí)期濕潤的氣候條件、溫度的突然升高、降雨的增加, 使黃河侵蝕作用大大加強(qiáng), 瑪曲峽谷遭受深切, 并最終襲奪了若爾蓋古湖盆, 同時(shí)河谷兩側(cè)的松散沉積物通過山地河流卸載到黃河谷地。這期氣候-沉積事件在其它盆地中也有記錄。如在尕?！獰岙?dāng)壩盆地中, 可見沖洪積礫巖層直接覆蓋在白堊紀(jì)紅色地層或膏巖層之上。其中采集了2件蝸牛殼樣品,14C年齡為27～28 ka, 與若爾蓋盆地的河流相、沖洪積相地層時(shí)代一致。

5 討論

5.1 氣候變化對(duì)川西高原東緣地質(zhì)環(huán)境的影響

本文的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn), 末次冰期晚期突然出現(xiàn)的氣候暖濕事件(30—40 ka B.P.)在青藏高原東部出現(xiàn)了2種截然不同的地表過程和地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)。一方面, 在青藏高原東緣的深切河谷地帶, 發(fā)生了大型堵江現(xiàn)象, 由混雜堆積體形成的堰塞壩高度大于250 m, 超過了葛洲壩的壩體高度, 而堰塞壩長度則在幾千米至十幾千米, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汶川地震所形成的堵江規(guī)模; 壩體上游堰塞湖長達(dá)幾十千米, 湖內(nèi)沉積了大于220 m的湖相地層。另一方面, 川西高原北部若爾蓋地區(qū), 受到暖濕氣候事件的影響, 黃河侵蝕和卸載能力突然增強(qiáng), 使瑪曲古湖盆遭受襲奪, 湖盆面積不但沒有上升, 反而下降, 演變成河流相環(huán)境, 沿瑪曲谷地發(fā)生沖洪積事件。

根據(jù)堰塞湖底部地層、沖洪積扇體頂部黃土層的沉積時(shí)代測(cè)年結(jié)果(14C, OSL等), 發(fā)現(xiàn)川西高原東部深切河谷中堵江事件集中發(fā)生在30—40 ka,瑪曲沖洪積事件集中發(fā)生在31—43 ka B.P., 黃河襲奪若爾蓋古湖事件發(fā)生在35—38 ka B.P.(王云飛等, 1995; 吳敬祿等, 1997), 這些事件在時(shí)代上大體一致, 與青藏高原末次冰期晚期出現(xiàn)的30—40 ka B.P.時(shí)期暖濕事件(相當(dāng)于MIS3a)同步, 表明高原氣候事件深刻影響了川西高原地表過程和地質(zhì)生態(tài)環(huán)境。深切河谷堵江現(xiàn)象與黃河襲奪古湖盆事件是在同一氣候條件下兩個(gè)相輔相成的地表過程。

從演化的角度看, 深切河谷大型堵江現(xiàn)象和堰塞湖經(jīng)歷了3個(gè)演化階段, 即30—40 ka B.P.堵江階段、30—15 ka B.P.堰塞湖沉積階段和15 ka B.P.以來的侵蝕破壞階段。這三個(gè)階段基本和氣候演變階段對(duì)應(yīng), 即30—40 ka B.P.暖濕階段、30—15 ka B.P.干旱冰期階段、15 ka B.P.以來的間冰期階段。河谷堵江階段與高原大湖期湖水快速上漲階段同步發(fā)展,也與黃河襲奪若爾蓋古湖同時(shí), 說明暖濕事件是災(zāi)變性地表事件發(fā)生的先決條件。

5.2 強(qiáng)震活動(dòng)觸發(fā)地表災(zāi)變事件

無論是岷江上游疊溪堰塞湖、還是大渡河德威鄉(xiāng)堰塞湖、抑或是黃河瑪曲襲奪若爾蓋古湖事件,這些大型突發(fā)性地表過程均發(fā)生在強(qiáng)震地段, 強(qiáng)震誘發(fā)了災(zāi)變事件是深切河谷堵江的內(nèi)動(dòng)力因素。

研究表明, 疊溪地區(qū)是一個(gè)強(qiáng)震區(qū), 1933年疊溪7.5級(jí)地震產(chǎn)生了眾多的滑坡, 使川西古鎮(zhèn)——疊溪鎮(zhèn)毀于一旦。在校場(chǎng)一帶發(fā)生的基巖滑坡導(dǎo)致岷江河道堵塞, 形成了大、小海子; 沿北西向的松坪溝河谷, 崩塌滑坡產(chǎn)生一系列的海子(湖泊)地貌。古地震研究發(fā)現(xiàn), 在20—30 ka B.P.時(shí)期, 疊溪地區(qū)至少發(fā)生了7次古地震事件, 這些事件清楚地記錄在堰塞湖湖相地層的震積巖中(Wang et al., 2011)。盡管有學(xué)者對(duì)疊溪地震的發(fā)震斷裂仍然存在爭議(唐榮昌等, 1983; 錢洪和周榮軍, 1999), 但疊溪地區(qū)作為一個(gè)強(qiáng)震發(fā)生地段是確切無疑的。

大渡河瀘定一帶也是強(qiáng)震活動(dòng)區(qū)。該帶作為龍門山活動(dòng)斷裂和鮮水河走滑活動(dòng)斷裂的交接地帶, 2條斷裂的強(qiáng)震活動(dòng)必然誘發(fā)大規(guī)模的堵江事件?；顒?dòng)斷裂研究結(jié)果顯示, 后龍門山斷裂帶南段——五龍河段和冷磧鎮(zhèn)段, 是一條晚第四紀(jì)活動(dòng)斷裂, 斷裂以右旋走滑活動(dòng)為主, 產(chǎn)生的地表斷層現(xiàn)象清楚地記錄在德威鄉(xiāng)堰塞湖地層和五龍河堰塞湖地層之中, 冷磧鎮(zhèn)沈村水下沖積扇沉積明顯被斷層切割,德威鄉(xiāng)湖相地層中也發(fā)現(xiàn)有斷層(張?jiān)罉蚝屠詈｝? 2010)。

瑪曲河谷被東昆侖斷裂所切割, 地表活動(dòng)構(gòu)造地貌調(diào)查和測(cè)量顯示該段晚第四紀(jì)以左旋走滑活動(dòng)為主, 兼具逆沖分量, 平均走滑速率在3～5 mm/a,特征地震震級(jí)在7～7.5級(jí), 復(fù)發(fā)周期1 500～2 000年(何文貴等, 2006; Guo, 2008; Nathan and Kirby, 2008; Harkins et al., 2010; Li et al., 2011; Ren et al., 2013)。上述這些研究結(jié)果顯示, 30—40 ka B.P.大型堵江事件除了暖濕氣候因素影響以外, 新構(gòu)造也是必不可少的條件。暖濕氣候事件與強(qiáng)烈的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在時(shí)空上的耦合導(dǎo)致深切河谷大型堵江事件和河流襲奪古湖盆的發(fā)生和發(fā)展。

6 初步結(jié)論

基于川西高原深切河谷構(gòu)造地貌的野外調(diào)查和湖相地層的14C、光釋光測(cè)年、瑪曲河谷沖洪積扇體上黃土層蝸牛化石的14C測(cè)年結(jié)果, 筆者發(fā)現(xiàn)岷江上游和大渡河瀘定—丹巴段發(fā)育的大型堵江事件集中發(fā)生在30—40 ka B.P., 堰塞湖地層時(shí)代為30—15 ka B.P.; 瑪曲河谷沖洪積扇體的沉積時(shí)代也集中在30—40 ka B.P., 與黃河襲奪若爾蓋古湖盆事件(35—38 ka B.P.)基本一致。這些同時(shí)異地發(fā)生的突發(fā)性災(zāi)變事件與青藏高原末次冰期晚期30—40 ka B.P.暖濕氣候事件(MIS3a)息息相關(guān)。川西高原東昆侖斷裂、岷山、龍門山斷裂的強(qiáng)震活動(dòng)觸發(fā)并加速了這些突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)變事件, 強(qiáng)烈地影響了該地區(qū)的地質(zhì)生態(tài)環(huán)境。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos. 1212011120167 and 12120114002211).

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Impact of the 30–40 ka B.P. Warm-humid Climate in Tibet on the Geo-environment of the Deep-incised River Valleys in West Sichuan

ZHANG Yue-qiao, LI Hai-long, LI Jian
Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081

The 30–40 ka B.P. warm-humid climate event (corresponding to the epoch of MIS3a) that occurred during the last glacial period in Tibet greatly influenced the geoenvironment in west Sichuan, characterized by development of large-scale catastrophic landslides, mudflow, alluvial and colluvial fans, dammed lakes and river capture, etc.. In this paper, the authors present morphological and depositional features, geochronology and neotectonic settings of some typical, large-scale river damming events documented along the upstream Minjiang and Dadu Rivers, and along the Maqu valley of the Yellow River. The results show that large-scale river damming in the deeply incised river valley in west Sichuan plateau and alluvial and fluvial fans deposition along the Maqu Valley of the Yellow River as well as the capture of the Zoig Lake by the Yellow River consistently occurred during the time span of 30–40 ka B.P., which was synchronous with the warm-humid climate event in Tibet. It is considered that rapid increase in temperature enhanced the capability of river erosion and deposition, while large earthquakes on active faults in east Tibet might have triggered catastrophic events in the river valleys, thus the warm-humid climate event was coupled tempo-spatially with neotectonics, which jointly shaped the geo-ecosystem of the deep-incised valleys in western Sichuan.

30–40 ka B.P. warm-humid climate; deeply incised valley; river damming; west Sichuan Plateau

P462.2; X144

A

10.3975/cagsb.2016.04.10

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“川甘強(qiáng)震區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景與活動(dòng)構(gòu)造體系框架研究(編號(hào): 1212011120167)”和“青藏高原東北隅新構(gòu)造與現(xiàn)今活動(dòng)性調(diào)查研究”(編號(hào): 12120114002211)聯(lián)合資助。

2016-05-12; 改回日期: 2016-06-22。責(zé)任編輯: 閆立娟。

張?jiān)罉? 男, 1963年生。研究員, 博士生導(dǎo)師。主要從事區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)研究。E-mail: zhangyueqiao@yahoo.com。