云南东部第四纪湖相沉积物的发现及其沉积环境分析

云南东部第四纪湖相沉积物的发现及其沉积环境分析

长江发源于福建省西南部的唐古拉山脉。它西经四川、云南、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏和上海，全长6400公里。这是中国的第一条大河。长江上游金沙江自青海玉树向南流,奔腾于藏川与川滇之间的横断山脉中段的峡谷地带,在云南石鼓附近,原从北北西流向南南东的河道突然折向北北东,到三股水(即鸿文村)附近又折向北流,形成了奇特的大拐弯,被称为万里“长江第一湾”。然后,又穿过位于玉龙雪山与哈巴雪山之间的虎跳峡,直至滇川交界的三江口再折向南,形成了一个大的V字形。中外地质与地理学家很早就对滇西北的高山深谷及横断山地区平行南流的金沙江、澜沧江和怒江三大河流的入海出口相去甚远(长江和怒江下游萨尔温江之间的直线距离就有3000多公里)的奇特水系格局,特别是石鼓附近的金沙江大拐弯,产生了极大的兴趣。大多数专家认为此种奇特的弯曲是由于金沙江河流袭夺造成的,即金沙江原来由北向南流,注入澜沧江(通过漾濞江)或红河,并不是长江的上游。后来由于长江的发展,把石鼓以上的金沙江劫夺并入长江水系,这样就形成了目前石鼓附近的金沙江大拐弯。只有少数专家否定金沙江有袭夺问题,有的认为长江上游的宽谷并不是河流袭夺前的古河道,而是冰川侵蚀作用的产物,有的则认为金沙江的弯曲满可以用嵌入河曲来解释。然而,他们大多是从地图上进行分析或仅根据走马看花的路线观察,这与当时的经济和科学水平较低,特别是交通条件很差有关。任美锷等首次根据详细的野外地质调查和红石崖至虎跳涧出口全长约57km的1∶5万的金沙江河谷地貌填图,论述了云南西北部金沙江的河谷地貌,讨论了石鼓附近金沙江的袭夺问题。以后,又有不少研究者,也根据自己的调查研究成果,讨论过本河段或邻近河段金沙江的袭夺与河谷发育问题,但其关注的主要是沙溪—鸿文谷地是否为金沙江的古河道,只有何浩生等填绘了吾竹(即金江)—热水塘段的河谷地貌与新构造图,认为有7级河流阶地和4期洪积扇。然而不能不指出的是,上述研究均忽视了玉龙雪山与哈巴雪山第四纪冰川作用对该段金沙江河谷发育的影响,也未注意到第四纪湖相沉积在该段金沙江谷地中的广泛分布,尽管任美锷等在发表有关金沙江河流袭夺一文之前就首次在玉龙雪山划分出丽江冰期与大理冰期,云南省地质局第一地质调查大队也指出过玉龙雪山西侧金沙江河谷与大具盆地中存在中更新世“金(沙)江冰期”的冰川沉积❶,程捷则在金沙江奔子栏至金江街段河谷的调查中,在三江口至金江街段发现在岩性上可与渡口附近的昔格达组上部对比的早、中更新世的湖相、河湖相层,在奔子栏至三江口段却未发现这类沉积。这就不能不影响到他们对金沙江发育所作结论的可靠性,不管是袭夺观点还是否定袭夺的观点。笔者在1996—2000年和2005—2007年间,曾18次考察了长约l70km的金沙江其宗至大具段、邻近河段及一些大小支流,不仅研究了玉龙山东麓的更新世冰川作用,在大具盆地下渡口西岸发现了早更新世金沙江砾石层的存在,而且调查了玉龙山西麓的更新世冰川沉积与金沙江河谷中的河流阶地及其他第四纪沉积物的接触关系,从而在该段河谷中发现了多处典型的湖相沉积物露头(图1,图版Ⅰ)。实际上,在该段金沙江底的深厚河床覆盖层中,也存在河湖相与冰川等成因的沉积物。这些发现和研究对于探讨该段金沙江河谷的近期发育,具有重要的科学与实际意义。1湖泊相沉积物的分布和层时代1.1湖相地区的地层划分其宗至大具段金沙江河谷的详细调查结果(图1)表明,在木斯主下村东南与硕多岗河口之间的金沙江两岸,发现了10多处水平层理或纹层发育极好的灰、灰蓝、灰黄与褐黄等颜色的粉砂与粘土,局部夹有砂砾的第四纪湖相沉积物露头,如金沙江左岸迪庆藏族自治州香格里拉县(原中甸县)的礼都村西北、礼都与天际间多处、天际、八落、拉土里、杨家村(图版Ⅰ-1、2)、继红桥南1km处、硕多岗河口南北两岸(图版Ⅰ-3)等地,以及金沙江右岸丽江市玉龙纳西族自治县(原丽江纳西族自治县)的木斯主下村东南、红石崖以南、湾子(图版Ⅰ-4)、湾子与石门关之间一冲沟口和下大同等地。该套湖相地层普遍构成了金沙江第二、三、四级阶地的基座,其中第四级阶地的冲积物明显地不整合于湖相沉积之上(图版Ⅰ-2)。在玉龙雪山西麓金沙江沿岸,可以见到该套湖相地层不整合内叠于ESR年龄为0.7~0.6MaBP的中更新世早期玉龙冰期冰碛物(但海拔2000m之下露头样品的ESR年龄往往偏年轻)之上的现象,表明其时代应晚于这套冰碛物。此外,在虎跳峡中、下虎跳之间的西北岸缓坡处之湾登郭(图版Ⅰ-5)和核桃园村边(图版Ⅰ-6)的基岩斜坡上,以及大具盆地西南部玉龙冰期冰水沉积所组成的台地之上,也可见到类似的湖相沉积物分布。1.2杨家村剖面中的湖泊相研究1.2.1合直井中子古岩在其宗—大具段金沙江河谷中,第四纪湖相沉积发育最典型、保存最好的剖面要数杨家村。杨家村湖相沉积剖面(图2,图版Ⅰ-1)位于金沙江左岸香格里拉县杨家村旁一冲沟中下游与沟口。该剖面湖相沉积的下伏地层大部未曾出露,仅在冲沟口附近的金沙江岸边局部见到巨大的岩块,可能为重力堆积。该湖相地层构成金沙江第二、三、四级阶地的基座,其中第四级阶地的河漫滩相冲积粗砂细砾层明显地不整合于湖相沉积及其顶部的红色古土壤层之上(图版Ⅰ-2)。在靠近山麓部分,则相变为中、晚更新世的洪积与坡积物。1.2.2tl年龄比较为确定该湖相层的时代,笔者在湖相层中及其上覆的金沙江阶地沉积中先后采集了热释光(TL)样品进行年龄测定(表1)。TL测定结果表明,杨家村窑地附近剖面的上覆金沙江第四级阶地冲积砂层2个样品的TL年龄分别为(80.9±4.0)kaBP和(88.0±5.35)kaBP。杨家村窑地附近剖面湖相沉积层近顶部和顶部的风化红土的TL年龄分别为(113.0±9.0)kaBP和(77.0±3.9)kaBP,杨家村公路边冲沟剖面样品的热释光年龄为(210.0±1.05)kaBP。由于金沙江第四级阶地冲积砂层、其下伏的湖相层顶部及其表面的红色古土壤的年龄基本上在误差范围之内,可以互相参照,并可与其他地点的类似湖相沉积的U系法年龄测定结果对比,因而在地质上是可以接受的。1.2.3磁极性事件的检测为了进一步确定杨家村湖相地层的年代,笔者在该剖面厚35m左右的细粒沉积中2次共采集了古地磁定向样品315个(样品间距10cm,测量样品间距20cm,异常段加密为5cm),进行了剩磁倾角、剩磁偏角和磁化率的测定,并由计算机绘出其随深度的变化(图3)。由图3可以看出,整个剖面为正极性,仅在11.9~12.5m深处磁偏角、磁倾角显示异常,为一反向磁性事件,该事件主要表现为磁倾角的变化(在样品151附近出现倾角倒转),且该地磁极性事件出现在磁化率变化的低值区。因此,可以认为,它应属于布容正极性世中的短期极性事件或极性漂移,可能相当于Jamaica事件。1.3关于湖泊相沉积时代的讨论1.3.1湖相沉积样品的年龄测定除杨家村剖面外,笔者还对该湖相地层出露的若干地点,如香格里拉县的硕多岗河口北岸的冷都、虎跳峡西北岸的湾登郭村东、核桃园村东北、玉龙县石鼓镇北的麻子沟等地,分别采集了湖相沉积样品进行热释光、电子自旋共振(ESR)和U系法年龄测定,其结果也列于表1。1.3.2文化程度和年代学从该湖相地层的出露范围、高度及与其他第四纪地层的接触关系可以看出,该湖相地层不整合于ESR年龄为0.7~0.6MaBP的玉龙冰期的冰碛物之上,因而其形成时代不会早于0.6MaBP的中更新世早期。同样,该湖相地层构成金沙江第二至第四级阶地的基座,因而其时代不会晚于TL年龄为80.9~88.0kaBP的金沙江第四级阶地。由于杨家村窑地湖相沉积层近顶部的TL年龄为(113.0±9.0)kaBP,与上覆河流阶地的TL年龄测定结果(80.9±4.0)kaBP和(88.0±5.3)kaBP相一致,表明这些数据基本上是可以接受的。同样,杨家村公路边冲沟剖面样品的热释光年龄为(210.0±10.5)kaBP,也是可以接受的。从磁性地层研究结果主要为正极性世可以看出,该湖相地层应形成于0.78MaBP以来的布容正极性世。而剖面中部偏上部分的磁偏角与磁倾角变化,应属于BigLost与Blake之间的某个短期极性事件或极性漂移。如将其定为年代约为185kaBP的Jamaica事件,则该套湖相地层(主要是上部)的形成年代应为TL法所测定的0.11~0.21MaBP,即中更新世晚期至晚更新世早期。而冷都、湾登郭、核桃园和麻子沟等地的U系、ESR和TL等测年结果分别为(136.8±13.0)kaBP、(181.0±21.6)kaBP、(97.0±5.8)kaBP、(148.7±13.0)kaBP、(152.0±7.6)kaBP与(243.3±26.5)kaBP,与杨家村剖面的测年结果非常吻合(表1)。据对玉龙山更新世冰川作用的研究结果,笔者认为在玉龙冰期之后的间冰期中,石鼓谷地和大具盆地因堰塞而应开始积水成湖———石鼓古湖。该湖湖面在中更新世晚期可能因丽江冰期的3个冰水扇入湖的堆积而进一步上升,最后在晚更新世早期古湖外泄。因此,该湖相层可能形成于0.6MaBP之后与0.09MaBP之前的中更新世中期至晚更新世早期,其大部分主要是0.25~0.09MaBP之间的中更新世晚期至晚更新世早期。2湖泊相沉积物的物质组成与环境研究2.1极细砂和粗粉砂粒级杨家村湖相沉积剖面43个样品的全分散法、移液管法和筛析法联合测定结果(表2)表明,其主要颗粒成分为0.01~0.10mm粒级的极细砂和粗粉砂颗粒,并通常占全样的50%~80%,次要粒级为小于0.005mm的粘粒和胶粒,含量一般为10%~25%。因此,从粒度成分上看,杨家村湖相沉积物为粉砂质粘土。在沉积剖面中也有若干粉砂和细砂夹层。扫描电子显微镜观察结果表明,粉细砂颗粒为次棱角至次圆状,具一定的磨圆和分选性。2.2湖相沉积物的沉积从颜色上看,该湖相沉积粘土主要为灰黄与褐黄色,也有棕黄色,且上部略显微红,反映沉积物形成于弱氧化环境。若干地球化学指标的分析结果(表2)表明,湖相沉积的Fe2O3含量一般为3.5%~6.5%,最高可达7.5%;而FeO含量一般为0.8%~1.5%,Fe2O3FeO比值一般为2.5~5.5,比一般还原环境下形成的粘土略高,也说明该湖相沉积物总体上为弱氧化环境下形成的沉积物。值得注意的是,中上部地层的Fe2O3含量和Fe2O3/FeO比值比下部地层的偏高,说明湖相沉积的后期湖水的氧化程度增高。土层的pH值测定结果表明,上部土层pH值一般为6.5~6.7,为微酸性;中下部为7.0~7.2,为中性或微碱性。与此相应的是,上层土的CaCO3含量较低,为1.0%~2.0%;下层土的CaCO3含量明显增高,可达10%~15%,也说明气候向湿热方向转化。沉积物的有机质含量一般为0.15%~0.8%,个别可达1.1%~1.7%,反映了沉积过程中氧化与还原作用的交替变化。上述地球化学特征反映了中更新世晚期至晚更新世早期是湖相沉积物形成的时期,本区环境具有由温湿向湿热方向的转化趋势,与倒数第二次冰期气候向末次间冰期气候的转化相吻合。2.3矿物成分分析沉积物的粘土矿物及其组合也可反映沉积环境。3个不同深度的湖相沉积粘土样品小于0.002mm粒级的X-射线衍射和差热分析结果(图4、图5)表明,其矿物成分主要为伊利石、蒙脱石、高岭石和石英的混合物,同时均含有游离氧化铁(针铁矿和非晶质氧化铁胶结物)。其中,伊利石和蒙脱石为碱性环境下稳定的粘土矿物,高岭石和针铁矿为酸性环境下稳定的矿物。粘土矿物组合也说明该湖相沉积的形成环境有从温湿向湿热转化的趋势。3更新世之期岩相古湖形成期笔者的研究结果表明,在上新世或更早时期,随着青藏高原的隆起,在切割玉龙山的西麓断裂和东麓断裂的作用下,玉龙山体呈断块上升,丽江、鹤庆和拉石海则以断陷盆地的形式相对下降。玉龙山以西的石鼓谷地及玉龙山东北端的大具盆地亦因断陷或凹陷而于此时形成。位于丽江盆地北段延长线上的大具盆地,沉积了一套厚度大于50~60m(未见底)的冲、洪积砾石层,其中夹有2层磨圆很好、岩性成分相当复杂、含有不少本地区所没有的花岗岩类的砾石层,显然系金沙江自上游数百公里外搬运而来。金沙江砾石层的钙质胶结物与钙质砂层的ESR年龄测定结果分别为(1950±230)kaBP和(1770±160)kaBP,表明金沙江在早更新世时期已经贯通。石鼓谷地中厚达100~250m的金沙江河床深厚覆盖层,其中位于仁河与中义间的龙盘坝址处为100m,也证明了这一点。中更新世早期,玉龙山已上升到雪线之上,而石鼓谷地、大具盆地等地则继续下沉,从而初步形成了该地区高山深谷的地貌特征。但当时山地的切割程度尚小,玉龙山周围的沟谷系统尚未形成,因而本区最早发育的玉龙冰期(0.7~0.6MaBP),表现为规模较大的山麓冰川。在玉龙山西麓,冰川充填了长达27km的金沙江河谷的不少地段,石鼓谷地有可能因此而堰塞成湖———石鼓古湖。其湖面甚至可达到现今海拔1860~1990m的高度甚至更高些,因为在上游