高原南部地塹（正斷層）活動(dòng)對(duì)雅魯藏布江中游侵蝕的調(diào)控作用考察
一、考察背景與內(nèi)容
雅魯藏布江（簡(jiǎn)稱“雅江”）是青藏高原南部最大的河流，可以快速響應(yīng)該地區(qū)的早期構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化；是流域內(nèi)引人關(guān)注的冰-河-湖耦合水文及次生災(zāi)害鏈系統(tǒng)形成和演化的重要基礎(chǔ)。在這個(gè)流域內(nèi)，一個(gè)顯著的地貌現(xiàn)象就是多個(gè)河流裂點(diǎn)正好分布在南北向地塹和正斷層的位置。在中游加查鎮(zhèn)附近，雅江的河床從海拔3500m的位置下降了500m，發(fā)育形成了雅江的第二大裂點(diǎn)（最大裂點(diǎn)在大峽谷處）。前人研究認(rèn)為，該裂點(diǎn)的形成是由于10Ma青藏高原東南緣快速抬升導(dǎo)致河流侵蝕基準(zhǔn)面下降，河流溯源侵蝕而成。但是，目前尚不清楚該地區(qū)地塹/正斷層的活動(dòng)是否對(duì)該裂點(diǎn)的形成和河流的侵蝕會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。因此，我們沿著雅江中游河谷采集了基巖低溫?zé)崮甏鷺悠罚肣TQt二維模擬方法計(jì)算了該地區(qū)基巖的冷卻歷史，結(jié)合3D熱動(dòng)力學(xué)模型（Pecube），試圖揭示地塹/正斷層活動(dòng)對(duì)該地區(qū)河流裂點(diǎn)的形成、河谷快速侵蝕和冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)的影響。
2021年9月25日至10月12日，第二次青藏科考“亞洲水塔動(dòng)態(tài)變化與影響”任務(wù)“雅江流域冰-河-湖演化歷史事件與耦合過程”專題南京大學(xué)科考分隊(duì)，在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)雅江中下游桑日至米林段，再次開展了河谷基巖低溫?zé)崮甏鷮W(xué)樣品補(bǔ)采，并對(duì)該地區(qū)河流縱剖面、河谷形態(tài)寬度、冰-河-湖地貌系統(tǒng)等進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查。經(jīng)多年以來野外考察和積累，本課題組已獲得該地區(qū)低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)40個(gè)、百余幅典型河斷航拍照片（無人機(jī)拍攝和收集影像120余幅，視頻10個(gè)）。
二、雅江區(qū)域背景簡(jiǎn)介
雅江是世界上海拔最高的大河之一，發(fā)源于青藏高原南部喜馬拉雅山北麓的杰馬央宗冰川。雅江北部為岡底斯山脈，南部為喜馬拉雅山脈，雅江干流河谷沿東西向的雅江縫合帶發(fā)育，流域整體呈東西向的狹長(zhǎng)帶，支流多而短小，較大支流有拉薩河、帕隆藏布、年楚河等（圖1）。
雅江干流自東向西發(fā)育了多個(gè)河流裂點(diǎn)，最著名的就是發(fā)育于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)的巨型裂點(diǎn)，在地貌形態(tài)上表現(xiàn)為深達(dá)5000多米的陡峭峽谷。進(jìn)入高原內(nèi)部，雅江中上游峽谷和寬谷相間分布，干流自東向西依次發(fā)育了加查河流裂點(diǎn)、仁布裂點(diǎn)、大竹卡裂點(diǎn)和謝通門裂點(diǎn)，這些裂點(diǎn)正好也分布于青藏高原南北向地塹/正斷層的位置。前人研究發(fā)現(xiàn)，這些正斷層的開始活動(dòng)和地塹發(fā)育的時(shí)間在20~2Ma之間，且伸展斷裂主要開始于中新世中期。
圖1 青藏高原南部冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)構(gòu)造及區(qū)域地貌特征。（a）青藏高原地形；（b）青藏高原南部主要的斷層、河流分布和地貌特征。
三、低溫?zé)崮甏鷺悠凡杉?/span>
科考隊(duì)沿著雅江中游河谷，除了考察冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)的宏觀地貌和沉積特征，還采集了從桑日-加查-朗縣-米林段河谷基巖出露較好的低溫?zé)崮甏鷺悠罚悠穾r性為喜馬拉雅、岡底斯的花崗巖和火山巖）（圖2和3）。低溫樣品的采集對(duì)我們而言，具有一定的挑戰(zhàn)性，特別是在加查地區(qū)，河谷坡度陡峭，地形險(xiǎn)峻，為了完成科考任務(wù)，在如此艱險(xiǎn)的環(huán)境，我們克服重重困難，沿著河谷向山頂徒步攀爬，垂向攀登高度超過1000 m，完成了樣品的采集。
在加查縣南部河谷頂部采集了兩個(gè)樣品，海拔在5200 m左右；其余樣品沿著雅江深切的基巖河床采集，采樣點(diǎn)的海拔高度在3000~3600 m之間。隨后，在室內(nèi)對(duì)采集的樣品進(jìn)行處理，從中挑選了兩種能記錄巖石冷卻歷史的礦物（磷灰石和鋯石），用于后續(xù)年齡測(cè)定的研究。
圖2 青藏高原南部雅江中游地質(zhì)背景和低溫?zé)崮甏鷮W(xué)采樣點(diǎn)的分布
圖3 雅江冰-河-湖系統(tǒng)典型地質(zhì)和地貌景觀
四、熱動(dòng)力學(xué)模擬
對(duì)已獲得的低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)，利用二維QTQt模擬計(jì)算了基巖冷卻歷史，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)在12-7 Ma整體上經(jīng)歷了相對(duì)快速的冷卻；7-4 Ma 地塹/正斷層處冷卻速率顯著增加，而河流裂點(diǎn)下游河谷地區(qū)（正斷層上盤）的冷卻速率降低；4-0 Ma正斷層處冷卻速率增加，而河流裂點(diǎn)下游河谷地區(qū)的冷卻速率顯著降低。基于7 Ma以來該地區(qū)冷卻速率在空間上的變化，我們認(rèn)為7 Ma以來加查地塹/正斷層的活動(dòng)，調(diào)控了該地區(qū)河谷基巖的冷卻速率和谷地發(fā)育過程。
為了探究正斷層活動(dòng)對(duì)該流域裂點(diǎn)的形成和地表侵蝕的影響，我們進(jìn)行了3D熱動(dòng)力學(xué)模擬，模擬了地塹/正斷層活動(dòng)和不活動(dòng)兩種情景下區(qū)域熱演化、河流剝蝕速率的時(shí)空變化（圖4）。通過對(duì)比模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)定正斷層情形下模型正演的低溫?zé)崮挲g更接近實(shí)測(cè)值，這也驗(yàn)證了我們的假設(shè)：地塹/正斷層的活動(dòng)對(duì)該地區(qū)的裂點(diǎn)發(fā)育、河谷發(fā)育有較大的影響。
圖4 Pecube模擬正斷層的活動(dòng)對(duì)雅江中游剝蝕速率的影響。（A）不加正斷層情形下，河流剝蝕速率的變化；（B、C和D）三種不同深度的正斷層影響下，河流剝蝕速率的變化。
五、辨別構(gòu)造與侵蝕影響雅江冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)演化的啟示
構(gòu)造抬升和侵蝕都能導(dǎo)致基巖剝露進(jìn)而影響地貌演化，以至于我們很難辨別哪一個(gè)是主控因子。如果我們選擇構(gòu)造樣式單一、剝蝕規(guī)律較強(qiáng)的地區(qū)來研究這個(gè)問題，或許能突破我們困惑的這個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)檫@樣的地區(qū)對(duì)構(gòu)造抬升和侵蝕作用的辨識(shí)度更高，易于量化構(gòu)造與侵蝕控制下的巖石抬升剝露和地貌演化過程；而相對(duì)單一的正斷層與河流水系侵蝕控制下的差異巖石剝露和差異地貌發(fā)育區(qū)無疑是極佳選擇。我們選擇正斷層活動(dòng)和河流侵蝕強(qiáng)烈的青藏高原南部雅江中游加查地區(qū)，通過大量低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)加查裂點(diǎn)由最初大峽谷位置向上游遷移，在正斷層處轉(zhuǎn)為固定；隨著正斷層的活動(dòng)，裂點(diǎn)下游河谷侵蝕速率由最初的快速侵蝕轉(zhuǎn)為顯著降低。初步結(jié)果表明，地塹發(fā)育和正斷層活動(dòng)可能是雅江中游河谷侵蝕的主要影響因素，從而奠定了區(qū)域河流-坡地過程-谷地堰塞-潰決洪水反饋系統(tǒng)的地質(zhì)和地貌基礎(chǔ)。
撰稿人：蔡?hào)|旭
審核：王先彥
項(xiàng)目：第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究
任務(wù)：二、亞洲水塔動(dòng)態(tài)變化與影響
專題：雅江流域冰-河-湖演化歷史事件與耦合過程（2019QZKK0205）