青藏高原30—40 ka B.P.暖湿气候事件对川西河谷地质环境的影响

张岳桥, 李海龙, 李 建

中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081

青藏高原30—40 ka B.P.暖湿气候事件对川西河谷地质环境的影响

张岳桥, 李海龙, 李 建

中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081

青藏高原在末次冰期晚期(30—40 ka B.P., 相当于MIS3a阶段)出现的暖湿气候事件强烈地影响了川西高原东缘河流地质生态环境。表现在深切河谷中普遍发育大型滑坡、泥石流、冲洪积扇体等灾变事件和古堰塞湖沉积。本文重点剖析了岷江上游、大渡河中游大型堵江事件的地形地貌特点、沉积物发育特征、沉积年代学、新构造背景等, 同时分析了黄河上游玛曲段大型冲-洪积扇体的沉积特征与时代。结果表明在川西高原东缘深切河谷普遍存在距今30—40 ka时期的堵江事件, 而这一时期在黄河上游发生大型冲-洪积事件和黄河袭夺若尔盖古湖事件, 二者均与青藏高原末次冰期暖湿事件同步。研究认为这期急剧气温变化增强了河谷侵蚀和卸载能力, 而东缘强烈的地震断层活动又触发了突发事件的发生, 暖湿气候事件与新构造运动在时空上的耦合共同塑造了晚更新世晚期川西高原东缘深切河谷系统特殊的地质生态环境及其演变。

30—40 ka B.P.暖湿气候; 深切河谷; 堵江事件; 川西高原

末次冰川存在一重要的暖湿气候事件(40— 30 ka B.P., 相当于MIS3a阶段), 其强烈地影响了中国大陆该时期的地貌演化, 这是从气候角度理解地表侵蚀、甚至构造地貌过程的重要参考(Yao et al., 1997; 施雅风和李吉均, 1999; 施雅风等, 2002; 施雅风和姚檀栋, 2002; 施雅风和于革, 2003; 杨保和施雅风, 2003; 李世杰等, 2008; 施雅风和赵井东, 2009)。研究发现, 这一暖湿气候阶段的气温比现在高出2～4℃, 降水比现在多40％～400％以上, 高原湖泊面积则是现今的3.8倍, 古湖面海拔甚至比现代湖泊高出200 m(李炳元, 2000; 李世杰等, 2008),而同期的海平面较现今海平面低20～100 m(郭旭东, 1979; 冯应俊, 1983; 王兆荣等, 1998)。这期气候变化过程在华北黄土沉积(李玉梅等, 2003; 陈晓云和吴乃琴, 2008)、西北沙漠地区也均有良好的记录(张虎才等, 2002; 杨小平和刘东生, 2003)。这期气候事件强烈影响了高原地表过程和地质生态环境, 尤其是青藏高原东缘的深切河谷地区。古洪水地质重建研究结果显示(葛兆帅等, 2004), 在40—30 ka B.P.期间, 长江上游洪水比30 ka以来的洪水大得多, 导致河流卸载能力加大、溯源侵蚀能力增强。由于气温的突然增加和降雨增多, 导致高山冰川的消融、山谷河流侵蚀和卸载能力的迅速增强, 在深切河谷中发生一系列突发性地质灾变事件, 包括大型滑坡、堵江、冲洪积扇体(李海龙和张岳桥, 2015)、甚至河流袭夺事件等。

堵江产生堰塞湖, 而湖相地层记录了堵江的历史。在川西高原东缘深切河谷中发育规模不等的堰塞湖, 有古代形成的、也有现代的, 如叠溪古地震堰塞湖、2008年汶川8级地震形成的唐家山地震堰塞湖等, 成为研究青藏高原东缘新构造和气候变化的重要载体(王兰生等, 2007, 2012; 李海龙等, 2010)。与川西深切河谷堵江现象相比, 川西高原北部的若尔盖地区则发生了河流袭夺古湖现象。当黄河流进若尔盖盆地后, 发生了180°大拐弯, 经玛曲向西流入玛曲河谷。若尔盖盆地是一个晚第四纪断陷盆地, 盆地中记录了中、晚更新世的连续湖相沉积。基于盆地北缘RM、RH孔岩心资料和地质环境代用指标分析结果, 指示若尔盖古湖盆于38—35 ka前后被黄河袭夺(王云飞等, 1995; 吴敬禄等, 1997), 湖泊消失, 代之以河流相、冲洪积相为主的河流环境。这次湖盆袭夺事件指示区域地质环境发生重大变化, 即黄河玛曲谷地下蚀作用增强。

上面列举的不同类型地貌过程均发生在统一的气候背景下: 即暖湿气候事件、降雨丰富、河流下切能力增强。本文基于这一气候事件的影响, 结合川西地区活动构造研究、川西深切河谷典型堵塞事件的调查和测年结果、黄河玛曲谷地冲洪积扇体的测年结果, 探讨了青藏高原30—40 ka B.P.暖湿事件与川西高原东缘新构造运动在时空上的耦合, 并共同影响和主导川西高原晚更新世晚期的地表过程和地质环境演化。

1 青藏高原东缘新构造背景

青藏高原东部地形地貌形态极不规则, 同时受到长江和黄河两大水系的深切作用, 形成了复杂的构造地貌格局。将龙门山及其南延的锦屏山、玉龙雪山作为中国东西部一级地貌边界带, 并以阿尼玛卿、大雪山、贡嘎山、锦屏山、玉龙雪山一线为界,西部高原地势相对平坦, 而该线以东地区, 则侵蚀地貌发育, 形态复杂, 在平面上呈现典型的“Y”型构造地貌特征。“Y”型地貌的上部由北西向的阿尼玛卿—大雪山和北北东向的岷山—邛崃山及其所夹的平坦的若尔盖盆地构成, 下部对应于近南北向展布的大凉山地区(张岳桥等, 2008)。

图1 川西高原新构造刚要图Fig. 1 Neotectonic outline map of west Sichuan plateau

青藏高原东缘主体由一系列近南北或NE—SW走向的山脉组成, 从北到南有: 岷山、龙门山、锦屏山、大凉山等。这些年轻山脉遭受强烈的河流侵蚀, 形成了青藏高原东缘独特的南北向水系, 包括岷江、大渡河、安宁河、金沙江等(李海龙等, 2010)。这些深切河谷水系构成了一道优美亮丽而壮观的风景, 成为川西高原重要的水电资源和旅游资源。在南北向山脉和水系以西的高原地区, 另外一个重要的地貌单元是地形起伏度相对平坦的若尔盖草原,黄河流进该地区, 并发生180°拐弯, 并从玛曲河谷流出(图1)。

从新构造和活动构造角度来看, 青藏高原东缘由不同的活动构造地块组成(张岳桥等, 2004)。北段为南北向的岷山隆起带或岷山断隆, 主峰雪宝顶海拔5 588 m, 常年积雪, 断隆带东缘为虎牙断裂, 这是一条地震断裂, 1976年平武7.3级地震与该断裂走滑活动有关(唐荣昌等, 1983); 西缘为岷江断裂,其发育历史比较复杂, 现今活动以逆冲、走滑为主(Kirby et al., 2000)。基于年轻地质体(冲沟、河流阶地等)错移量测量和年代学分析确定虎牙断裂平均左旋走滑速率1.4 mm/a, 垂直运动速率0.3 mm/a,岷江断裂垂直运动速率在0.37～0.53 mm/a(周荣军等, 2000)。中段为北东—南西走向的龙门山构造带,由三条主边界断裂组成, 由西向东分别为: 后龙门山断裂(茂—汶断裂)、龙门山中央断裂(映秀—北川断裂)、龙门山前山断裂(灌县—安县断裂), 将龙门山划分为后山变质逆冲体、中央基底逆冲体、前山盖层逆冲带等3个带。石油勘探成果显示, 山前盖层逆冲带为典型的薄皮构造, 断裂主要发育在沉积盖层中, 地表断裂倾角在40°～50°, 向深部变缓(Jia et al., 2006)。中央基底逆冲推覆构造带以彭灌杂岩体和宝兴杂岩体为代表, 通过映秀—北川断裂逆冲在前山盖层逆冲带上。映秀断裂地表倾角很陡, 70°～80°, 但由于缺乏深部地球物理资料, 中央基底逆冲体深部结构存在不同的解释。通常认为, 映秀断裂地表产状陡倾, 向深部倾角变缓, 上盘的彭灌杂岩体逆冲在三叠系含煤系地层之上。活动构造地貌野外调查和研究表明, 龙门山中央断裂和山前断裂的运动性质为走滑-逆冲型(Chen et al., 1994; 邓起东等, 1994), 右旋走滑分量和逆冲分量大致相当,平均速率在1 mm/a(Jia et al., 2006)。2008年汶川MS8级地震使映秀—北川断裂带和灌县—安县断裂带产生地表破裂, 同震破裂调查结果显示映秀—北川断裂以逆冲和右旋走滑活动为主, 山前断裂则以逆冲运动为主(李海兵等, 2008)。后龙门山断裂带的运动性质存在不同认识。沿该断裂带发育一条大型韧性拆离带, 即青藏东缘拆离带, 据Ar-Ar确定的拆离作用时代为早白垩世, 该拆离带主导了龙门山中央基底杂岩体的构造挤出(许志琴等, 2007)。活动性调查显示, 该断裂晚第四纪以来以右旋走滑, 逆冲次之,在许多观测点, 见到年轻地质体如冲沟、河流阶地、山体等发生垂向和水平错移, 根据错移量和年代学测试结果确定的垂向运动速率在0.03～0.84 mm/a, 水平右旋走滑速率为0.95～1.28 mm/a (李勇等, 2006)。一言以蔽之, 青藏高原东缘的新构造运动极其强烈,现在依然如此, 这是一个“活动的地貌边界”。本文聚焦于“强烈的气候变化”和“活动的地貌边界”之间的地质耦合, 以青藏高原东缘为研究对象。这对于理解大陆地貌演化具有一定的参考价值。

2 岷江上游堵江事件与堰塞湖

岷江上游深切川西高原, 形成深切河谷地貌(张岳桥等, 2005)。沿岷江上游已发现多个古堰塞湖,沿岷江主干道和主要支流分布。目前发现大型的古堰塞湖有: 叠溪古堰塞湖、茂县古堰塞湖、汶川县文镇古堰塞湖、理县杂谷脑古堰塞湖、理县古尔沟古堰塞湖等(王兰生等, 2007)。其中最典型的、保留最完整、研究程度最高的是叠溪堰塞坝和堰塞湖(图2)。基于详细的遥感图像解译、野外调查和年代学测试分析, 已查明叠溪堰塞坝和堰塞湖的分布范围、发育特征及其发育时代(王兰生等, 2007)。从卫星遥感解译图和侧视图(图3)可以清楚地看出, 叠溪堰塞坝构成了岷江左岸一级台地面, 拔河高度在～200 m, 台面遭受河流侵蚀, 发育冲沟, 台面不平整。从校场向岷江下游方向, 台地沿岷江左岸展布长约9.5 km(图2)。野外调查发现该台地是由大小不等、混杂堆积的粗砾岩、巨砾石组成, 砾石无分选、无磨圆, 最大者砾径在5～10 m, 黏土胶结。在校场,我们见到湖相地层直接超覆在巨型岩块之上, 这些岩块直径数米, 尽管遭受破碎, 但大部分岩块有规律排列, 显示与周缘岩层近似的产状, 推断是岩层整体滑动造成的结果(李海龙等, 2010)。根据砾石发育特征推断其混杂堆积物源来自台地东侧的陡坡或山麓冲沟, 在山体陡坡面上残留有大量坡积物。岷江河道已深切堰塞坝200～300 m深, 并下切至基岩,在河谷中形成2～3级河流阶地。

在叠溪堰塞坝上游的岷江河谷和松坪沟河谷便是叠溪古湖的发育范围(王兰生等, 2005, 2007)。野外调查发现叠溪古堰塞湖沿岷江河谷发育长达30 km, 北至镇江关。湖相地层保存较好的地点有校场、团结村、沙湾村、太平乡羌阳村等(图2)。目前,这套湖相地层的残留厚度约有220 m, 以黄褐色、灰色、灰黑色粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主, 夹有砂岩透镜体和细砾岩, 薄层状, 水平层理发育(图4)。张岩等(2009)根据团结村湖相层下部泥岩层中发现的植物碎片、利用AMS14C测年获得的年龄(校正)在31 000～36 800 a cal B.P.。王小群和王兰生(2013)获得的湖相层底部年龄为30 830 a B.P.,顶部年龄16 900 a B.P.。Wang等(2011)在沙湾村湖相地层下部砂岩层OSL测年和14C测年结果给出的年龄在20～26 ka B.P.。从这些年龄可以推断, 目前保留下来的古堰塞湖地层沉积时限为31 000～15 000 a B.P.。

图2 岷江上游叠溪堰塞坝与堰塞湖分布构造地貌解译图(a)和遥感影像图(b)(位置见图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)

图3 叠溪堰塞坝与堰塞湖遥感图像侧视图Fig. 3 Side image view of the Diexi dammed lake and barrier

基于叠溪堰塞湖地层的年代学研究结果, 叠溪堵江事件的发生和堰塞湖的发育过程大体可以分为三个阶段:

早期阶段(40—30 ka B.P.)大型冲洪积事件与堰塞坝形成: 该时段的青藏高原处于冰期阶段的暖湿期, 气候和湿度的突然变化改变了山谷河流的卸载能力, 使山谷中大量的冰川沉积物通过泥石流、冲洪积等地质作用, 大量卸载到深切河谷之中, 导致岷江深切河谷河道的堵塞, 形成了长约10 km的叠溪堰塞坝。这样的堵江事件具有快速、灾变的特点, 厚200～300 m混杂堆积体可以在很短时间内发生(百年至千年事件尺度)。根据叠溪湖相地层底部所获得的AMS14C测年结果31 000～36 800 a cal B.P. (张岩等, 2009), 推断这次堵江事件发生在30 ka B.P.之前。

中期(30—15 ka B.P.)堰塞湖发育阶段: 约25 ka B.P.之后青藏高原气候再次进入冰期, 约于18 ka B.P.进入盛冰期(唐领余等, 2004), 这相当于大理冰期(浦庆余, 1982; 杨建强等, 2007)。该时期河流卸载能力减弱而堆积能力增强, 堵塞河道上游开始了堰塞湖的沉积。堰塞湖中沉积的湖相泥岩、粉砂岩等记录了该阶段的发育时限和气候环境。叠溪堰塞湖地层沉积时代在30—15 ka, 沉积物孢粉信息显示该时段气候主要表现为温凉半干旱与寒冷干旱交替, 地表环境主要表现为森林草原和疏林草原交替(王小群和王兰生, 2013)。理县杂谷脑和古尔沟堰塞湖地层中下部14C年龄在18—19 ka B.P., 茂县古堰塞湖地层中下部14C年龄在19—22 ka B.P.。这些地层年龄指示堰塞湖发育的时期在30—15 ka B.P.,与大理冰期同期。

图4 叠溪堰塞坝混杂堆积体(a)与团结村残留的堰塞湖地层(b)野外照片Fig. 4 Field views of dammed barrier (a) and lacustrine deposits (b) in the Diexi earthquake zone

图5 泸定以南冷碛镇—德威乡大渡河河谷SPOT影像图及其构造地貌解译, 展示了该带发育完整的德威古堰塞湖和加郡堰塞坝(位置见图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)

图6 大渡河德威乡堰塞湖与加郡乡堰塞坝向北遥感侧视图Fig. 6 Northward side Image view of the Dewei dammed barrier

晚期(15 ka B.P.以来)侵蚀破坏阶段: 距今约15 ka以来, 全球进入间冰期, 湿润的气候、冰融雪化和丰沛的降雨再次增强了山谷河流的侵蚀和卸载能力, 早期形成的大型堵江堰塞坝(混杂堆积体或冲洪积扇体)遭受下蚀并发生破坏, 湖相地层也遭受侵蚀, 许多堰塞坝体快速消亡。大型堰塞坝保留程度取决于混在堆积体的坚硬性和抗蚀性。叠溪堰塞坝已被岷江河道下切200～300 m深, 形成了平行河道的阶地陡坎。

3 大渡河堵江事件与堰塞湖

沿大渡河泸定—丹巴段, 野外调查发现多处湖相地层(乔彦松, 2011), 如上游孔玉乡开绕村一带的堰塞湖湖相沉积厚度大于8 m, 地层向河床一侧翘倾, 地层产状106°∠15°, 其上被2期年轻的冲洪积扇体所覆盖。基于2个砂岩样品的光释光(OSL)测年结果, 该湖相地层的沉积时代为20～17 ka(李海龙等, 2010)。

我们在大渡河泸定县南部冷碛镇、德威乡一带发现大型的古堰塞湖湖相地层和下游残留的堰塞坝堆积物, 并将这个古堰塞湖命名为德威堰塞湖, 堰塞坝位于加郡乡上河坝、田坝村一带。

图7 德威乡堰塞湖和加郡乡堰塞坝岩性柱状图Fig. 7 Lithology of the dammed barrier and dammed lake deposits along the Dewei and Jiajun townships of the Dadu River valley

图8 加郡乡堰塞坝混杂堆积体野外地貌特征(A)与台地面东侧山地红黏土层(风化层)(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)

图9 德威堰塞湖地层特征Fig. 9 Field views of lacustrine deposits in the Dewei dammed lakeA-德威乡湖湘地层掩埋特征; B-大渡河河谷最新一期冲积扇体; C-翘倾的堰塞湖湖湘地层(泥岩、粉砂岩); D-湖湘泥岩与下部河流相砂岩的接触关系; E-湖相泥岩中的断层; C, D中数字代表湖相地层倾向与倾角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)加郡堰塞坝混杂堆积体

基于高分辨率的SPOT影像资料解译(图5)和详细的野外观察, 位于加郡乡上河坝、田坝村一带残留的堰塞坝体由一套混杂堆积体组成(图6, 7),已被大渡河河道切穿, 残留物坐落在河道两侧, 形成高级台地。台地面拔河高程200～250 m(图8), 最大宽度约2 km, 已遭受河流侵蚀, 其上散落数个村庄, 包括田坝村、上河坝村等。混杂堆积体由大小不等的砾石组成、砾石无磨圆、无分选, 红色黏土胶结, 致密坚硬。

在田坝村台地面以东, 在基岩之上发育一层红黏土层(图8B), 其中含有砾石, 可能是基岩风化形成的坡积层。该红黏土层参与到了混杂堆积岩, 成为混杂堆积体的胶结成分来源。

(2)德威乡古堰塞湖

该古堰塞湖尚保留2套地层, 一套地层为湖相泥岩、粉砂岩层, 主要发育在德威乡一带, 其上被年轻的冲洪积扇体所覆盖; 另一套为冰水沉积物,在冷碛镇沈村一带保留。在德威乡一带出露的湖相地层厚度不大, 剖面地层不全, 以黄褐色、暗色泥岩、泥质粉砂岩为主(图9), 超覆在一套黄色河流砂层之上, 其上被厚层冲洪积扇体所覆盖。这套湖相地层一致地向河道一侧倾斜, 倾角达20°(图9), 可能与后期滑坡作用有关, 非构造影响。光释光(OSL)测年结果指示这套地层的沉积时代约20 ka B.P., 与孔玉乡开绕村一带湖相地层沉积时代大致同时(李海龙等, 2015)。

在冷碛镇沈村, 兴隆河汇入大渡河, 在其沟口发育不同时代的冲洪积扇体, 其中年轻扇体由大小不等的砾石组成, 磨圆中等, 分选差, 应该与末次间冰期的卸载有关。早期的冰水沉积物构成了T2阶地, 拔河高20 m, 总体为一套细砾岩组成, 砾石成分以石英为主, 胶结松散或没有胶结物, 最新的14C年代学表明其底部年龄为～27 ka B.P.(李海龙等, 2015)。

图10 玛曲河谷活动构造地貌图与14C样品点分布(位置见图1 )Fig. 10 Active morphologic-structural map of the Maqu River valley and sites of14C dating samples (for location see Fig. 1)

图11 玛曲河谷欧拉扇体与活动断层(位置见图10 )Fig. 11 Oula fans in the Maqu River valley and active fault (for location see Fig. 10)A-卫星遥感图; B-解译图; 05#为蜗牛壳样品点; T1-T4为河流阶地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 玛曲谷地冲洪积扇上部黄土层样品放射性14C测年结果Table 1 Radiocarbon 14 dating results of samples from the Maqu River valley

4 玛曲谷地大型冲洪积事件

当黄河进入若尔盖盆地后发生了180°拐弯, 流入东西向玛曲河谷(图10)。玛曲河谷由一系列冲洪积扇体所充填, 如欧拉扇体(图11), 它们构成了玛曲河谷主体沉积充填物质(张岳桥等, 2005)。野外调查发现在冲洪积扇体上沉积有黄土, 其中发育大量蜗牛壳化石。为了确定这次冲洪积事件发生的时代,笔者在5个不同地点采集了5件蜗牛壳样品, 进行了14C测年, 结果表明黄土层的沉积时代在34～43 ka cal B.P.(表1), 扇体上部砾石层中蜗牛化石的14C年龄为34 ka cal B.P., 表明玛曲谷地在晚更新世晚期发生了一期重要的侵蚀-卸载事件。这期气候事件与青藏高原末次冰期的30—40 ka暖湿时期同步,表明这个时期湿润的气候条件、温度的突然升高、降雨的增加, 使黄河侵蚀作用大大加强, 玛曲峡谷遭受深切, 并最终袭夺了若尔盖古湖盆, 同时河谷两侧的松散沉积物通过山地河流卸载到黄河谷地。这期气候-沉积事件在其它盆地中也有记录。如在尕海—热当坝盆地中, 可见冲洪积砾岩层直接覆盖在白垩纪红色地层或膏岩层之上。其中采集了2件蜗牛壳样品,14C年龄为27～28 ka, 与若尔盖盆地的河流相、冲洪积相地层时代一致。

5 讨论

5.1 气候变化对川西高原东缘地质环境的影响

本文的调查研究发现, 末次冰期晚期突然出现的气候暖湿事件(30—40 ka B.P.)在青藏高原东部出现了2种截然不同的地表过程和地质环境响应。一方面, 在青藏高原东缘的深切河谷地带, 发生了大型堵江现象, 由混杂堆积体形成的堰塞坝高度大于250 m, 超过了葛洲坝的坝体高度, 而堰塞坝长度则在几千米至十几千米, 远远大于汶川地震所形成的堵江规模; 坝体上游堰塞湖长达几十千米, 湖内沉积了大于220 m的湖相地层。另一方面, 川西高原北部若尔盖地区, 受到暖湿气候事件的影响, 黄河侵蚀和卸载能力突然增强, 使玛曲古湖盆遭受袭夺, 湖盆面积不但没有上升, 反而下降, 演变成河流相环境, 沿玛曲谷地发生冲洪积事件。

根据堰塞湖底部地层、冲洪积扇体顶部黄土层的沉积时代测年结果(14C, OSL等), 发现川西高原东部深切河谷中堵江事件集中发生在30—40 ka,玛曲冲洪积事件集中发生在31—43 ka B.P., 黄河袭夺若尔盖古湖事件发生在35—38 ka B.P.(王云飞等, 1995; 吴敬禄等, 1997), 这些事件在时代上大体一致, 与青藏高原末次冰期晚期出现的30—40 ka B.P.时期暖湿事件(相当于MIS3a)同步, 表明高原气候事件深刻影响了川西高原地表过程和地质生态环境。深切河谷堵江现象与黄河袭夺古湖盆事件是在同一气候条件下两个相辅相成的地表过程。

从演化的角度看, 深切河谷大型堵江现象和堰塞湖经历了3个演化阶段, 即30—40 ka B.P.堵江阶段、30—15 ka B.P.堰塞湖沉积阶段和15 ka B.P.以来的侵蚀破坏阶段。这三个阶段基本和气候演变阶段对应, 即30—40 ka B.P.暖湿阶段、30—15 ka B.P.干旱冰期阶段、15 ka B.P.以来的间冰期阶段。河谷堵江阶段与高原大湖期湖水快速上涨阶段同步发展,也与黄河袭夺若尔盖古湖同时, 说明暖湿事件是灾变性地表事件发生的先决条件。

5.2 强震活动触发地表灾变事件

无论是岷江上游叠溪堰塞湖、还是大渡河德威乡堰塞湖、抑或是黄河玛曲袭夺若尔盖古湖事件,这些大型突发性地表过程均发生在强震地段, 强震诱发了灾变事件是深切河谷堵江的内动力因素。

研究表明, 叠溪地区是一个强震区, 1933年叠溪7.5级地震产生了众多的滑坡, 使川西古镇——叠溪镇毁于一旦。在校场一带发生的基岩滑坡导致岷江河道堵塞, 形成了大、小海子; 沿北西向的松坪沟河谷, 崩塌滑坡产生一系列的海子(湖泊)地貌。古地震研究发现, 在20—30 ka B.P.时期, 叠溪地区至少发生了7次古地震事件, 这些事件清楚地记录在堰塞湖湖相地层的震积岩中(Wang et al., 2011)。尽管有学者对叠溪地震的发震断裂仍然存在争议(唐荣昌等, 1983; 钱洪和周荣军, 1999), 但叠溪地区作为一个强震发生地段是确切无疑的。

大渡河泸定一带也是强震活动区。该带作为龙门山活动断裂和鲜水河走滑活动断裂的交接地带, 2条断裂的强震活动必然诱发大规模的堵江事件。活动断裂研究结果显示, 后龙门山断裂带南段——五龙河段和冷碛镇段, 是一条晚第四纪活动断裂, 断裂以右旋走滑活动为主, 产生的地表断层现象清楚地记录在德威乡堰塞湖地层和五龙河堰塞湖地层之中, 冷碛镇沈村水下冲积扇沉积明显被断层切割,德威乡湖相地层中也发现有断层(张岳桥和李海龙, 2010)。

玛曲河谷被东昆仑断裂所切割, 地表活动构造地貌调查和测量显示该段晚第四纪以左旋走滑活动为主, 兼具逆冲分量, 平均走滑速率在3～5 mm/a,特征地震震级在7～7.5级, 复发周期1 500～2 000年(何文贵等, 2006; Guo, 2008; Nathan and Kirby, 2008; Harkins et al., 2010; Li et al., 2011; Ren et al., 2013)。上述这些研究结果显示, 30—40 ka B.P.大型堵江事件除了暖湿气候因素影响以外, 新构造也是必不可少的条件。暖湿气候事件与强烈的新构造运动在时空上的耦合导致深切河谷大型堵江事件和河流袭夺古湖盆的发生和发展。

6 初步结论

基于川西高原深切河谷构造地貌的野外调查和湖相地层的14C、光释光测年、玛曲河谷冲洪积扇体上黄土层蜗牛化石的14C测年结果, 笔者发现岷江上游和大渡河泸定—丹巴段发育的大型堵江事件集中发生在30—40 ka B.P., 堰塞湖地层时代为30—15 ka B.P.; 玛曲河谷冲洪积扇体的沉积时代也集中在30—40 ka B.P., 与黄河袭夺若尔盖古湖盆事件(35—38 ka B.P.)基本一致。这些同时异地发生的突发性灾变事件与青藏高原末次冰期晚期30—40 ka B.P.暖湿气候事件(MIS3a)息息相关。川西高原东昆仑断裂、岷山、龙门山断裂的强震活动触发并加速了这些突发性地质灾变事件, 强烈地影响了该地区的地质生态环境。

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

本文由中国地质调查局地质调查项目“川甘强震区新构造运动背景与活动构造体系框架研究(编号: 1212011120167)”和“青藏高原东北隅新构造与现今活动性调查研究”(编号: 12120114002211)联合资助。

2016-05-12; 改回日期: 2016-06-22。责任编辑: 闫立娟。

张岳桥, 男, 1963年生。研究员, 博士生导师。主要从事区域构造地质研究。E-mail: zhangyueqiao@yahoo.com。