晚更新世以来金沙江三堆子-乌东德河段的河谷地貌

晚更新世以来金沙江三堆子-乌东德河段的河谷地貌

该流域是河流发育、水系变迁、新构造运动和气候变化的重要依据，在国内外的研究中得到了广泛应用。自元谋运动后,云南高原处在相对稳定的构造环境中,局部地段发生引张变形,尤其是川滇构造带上,该地带地质构造复杂,新构造运动强烈,河流落差大。长江上游金沙江河段流经青藏高原的东南缘和川滇构造带,其河流发育过程及河谷地貌特征一直是学术研究的热点。前人主要从第三系和第四系堆积物的分布特征,探讨金沙江的发育,较少涉及现代金沙江河谷地貌过程的研究。本文运用沉积学、地貌学和年代学的研究方法,对晚更新世以来金沙江三堆子-乌东德河段的河谷地貌过程进行了研究,提出了新的认识。1河流阶地的地貌特征金沙江下段本由河流袭夺而贯通,各河段均表现出不同的河谷地貌特征以及不同的地貌过程。金沙江三堆子-乌东德具有两种性质不同的河段:三堆子-龙街河段为被袭夺河,自北向南流,长约52km,在龙街折向东;龙街-乌东德河段为袭夺河,长约60km,龙街-白马口段金沙江自西向东流,在白马口折向东北。我们主要考察了三堆子-龙街河段鱼鲊的河谷地貌,龙街-乌东德河段凹嘎的河谷地貌和金坪子堆积体的地貌特征,以及袭夺点龙街的河谷地貌(图1)。本文的阶地面高程由etrex-summit桂冠GPS测定,最高精度为2.5m。热释光(TL)在河流阶地沉积物的年代测定等到了充分的运用。本次研究也对阶地沉积物采用TL测年,在阴影下采集样品,用不透光塑料袋密封,然后在实验室剥去样品的外围可能曝光的样品,取中心部位的样品测试。1.1江河流阶地堆积物该河段具有再生深切的特点,表现为谷中谷的形态特征。上段宽谷,可能为古雅砻江河谷,共发育四级缓倾平台。山顶海拔2000m左右,分布有第四系的冲积和洪积物,为侵蚀的高原面,第四级平台海拔1800m左右,分布有震旦系南沱组冰碛砾岩风化残积,过去曾被认为是金沙江的第四级阶地;第二、三级平台均为基岩平台,为古雅砻江的侵蚀阶地;第一级平台也为基岩平台,海拔1200m左右,谷宽约1000m,可能为古雅砻江被金沙江袭夺时的谷底。海拔1200m之下为金沙江贯通后深切形成的“V”型河谷,共发育三级阶地,以及一些边滩和心滩,江面高程海拔960m,江面宽约300m。鱼鲊附近金沙江阶地以堆积阶地为主,堆积物具有典型的二元相结构。第三级阶地面海拔1100m左右,拔河高度140m,残余砾石层厚约20cm,砾石和碎石相混杂堆积,砾石成分主要为砂岩和石英岩,有的磨圆度较好,砾石大小混杂,大者8cm,一般在2～6cm之间。砾石层下伏亚黄色的砂粘土,上覆灰岩崩落堆积物。第三级阶地堆积物的重砂矿物,以大量的铁质矿物、绿帘石、石榴石、磷灰石为主,还出现了兰晶石等(表1),砾石层中沙质透镜体的TL年龄为192.07±16.3kaB.P.。第二级阶地面海拔1015m,拔河高度55m,表层为砂层,厚约3m,为土黄色粉砂质粘土,具有一定的粘化作用,含有钙质结核;下部为砾石层,厚约15m,砾石成分主要为千枚岩、砂岩以及蛇绿岩等,砾径一般为6cm。第二级阶地堆积物的重砂矿物,以大量的铁质矿物、绿帘石、石榴石、磷灰石为主(表1)。在第二级阶地堆积物上层,距地表约1m深的砂质粘土TL年龄为94.83±8.06kaB.P.。第一级阶地分布在现代金沙江边,海拔970m,拔河高度10m,阶地面较平坦,阶地上部主要为黑褐色的沙粘土堆积,第一级阶地的矿物种类最多,除了大量的铁质矿物、绿帘石、石榴石、磷灰石、锆石、金红石和含钛矿物外,还有少量的角闪石、电气石、榍石、重晶石、辉石等,另外还有孔雀石、十字石、黄金三种其它阶地中尚未发现的矿物(表1),年代应该为全新世(图2)。金沙江河流阶地堆积物重矿物组合的显著特征是矿物种类比较多,以稳定矿物为主,并含有十字石、兰晶石等典型的变质岩矿物。过去曾把震旦纪冰碛砾岩的风化残积视为阶地堆积,据这次调查所采集的重矿样品分析结果来看,震旦纪冰碛砾岩的的风化残积的重矿物组合成分要简单得多,它不含有十字石、兰晶石等典型的变质岩矿物(表1)。1.2江边地区阶地堆积物龙街位于磨盘山-绿汁江断裂带和金沙江的交汇处,是古金沙江袭夺古雅砻江的袭夺点。右岸支流龙川江在龙街附近注入金沙江。龙川江谷地平坦,河谷中有多级剥蚀平台,并发育有6级阶地,两岸多有泥石流沟谷发育。金沙江河谷两侧山地海拔约2200m,江面高程915m,江面宽约300m,河谷中发育两级阶地和河漫滩,龙川江入口处河漫滩宽达600～800m。金沙江第二级阶地为基座阶地,分布在江边乡对面的金沙江左岸,海拔975m左右,拔河高度60m左右,其中上部约5m厚为灰绿色、具有水平层理的粉砂层,阶地堆积物的重矿物成分以大量的铁质矿物、绿帘石、石榴石、磷灰石为主,还有少量的重晶石和电气石(表1)。距顶面1.5m深的黄色砂粘土的TL年龄为52.02±4.42kaB.P.。金沙江第一级阶地为基座阶地,分布在金沙江右岸龙川江口江边乡镇所在地,海拔925m左右,拔河高度10m左右,底部为2m厚的砾石,砾石层上覆黄色的粘土质细砂,厚度约5m(图3),砾石层上部的黄色粉砂的TL年龄为44.52±3.78kaB.P.。龙街附近金沙江现代河漫滩和龙街附近金沙江第一级阶地堆积物中均有大量云母出现,在现代河漫滩相堆积物中还有十字石,第一级阶地堆积物中还有符山石(表1),这几种矿物在鱼鲊各级阶地中均没有出现,可能是金沙江支流带来较多泥沙与金沙江干流泥沙相混合的结果。沈玉昌先生调查发现,龙街附近的金沙江河床覆盖层厚达60余m,主要为钙质粉砂和亚粘土沉积物。据云南省水利电力厅(1960年)资料,龙街上下的金沙江河谷中,有厚约40m左右的龙街粉砂层堆积,粉砂层一直到白马口附近仍有分布。鱼鲊河段和龙街河段在河谷地貌和水动力条件方面均有相似之处,因此,我们也认为鱼鲊河段河床上也有约50m厚的河床覆盖层。1.3阴山碱阶地的沉积相凹嘎河段位于武定米易隆褶束,和德干断裂带相直交。河谷两侧的山地海拔约2400m,江面高程海拔约810m,江面宽约100m,为中高山峡谷河段。该段河谷谷坡可分为上、中、下三段,上段海拔2000m以上,为缓倾斜的平台,坡度约为5°左右;中段海拔在1000～2000m,谷坡坡度30°～45°之间,多发育有悬谷;下段海拔在1000m以下,为直壁陡崖,坡度在45°～70°,悬谷在该段消失。凹嘎的金沙江阶地发育在乌东德峡谷的入口处,现共有四级阶地,主要为基座阶地,其中缺失第一级阶地。第四级阶地为基座阶地,海拔约960m,拔河高度约140m,阶地堆积物有砾石层和砂层组成,其重砂矿物成分以大量的铁质矿物、绿帘石、石榴石、磷灰石为主,第四级阶地堆积物中还含有兰闪石和大量云母(表1),这两种矿物在凹嘎的其它阶地堆积物中极为少见。砾石层中的砂质透镜体中TL年龄为114.50±9.73kaB.P.,第四级阶地的外侧有离堆山。第三级阶地为堆积阶地,海拔948m,拔河高度128m,由砂层组成,其重砂矿物成分以大量的铁质矿物、绿帘石、石榴石、磷灰石为主,含有黄金粒(表1)。砂层底部的TL年龄为115.85±9.84kaB.P.。第二级阶地为基座阶地,海拔约924m,拔河高度104m,由砾石层和砂层组成,厚约44m,粉砂层的重矿物中含有多种稳定矿物和典型变质矿物十字石(表1),其TL年龄为41.89±3.56kaB.P.。第二级阶地以下,为直壁陡崖,拔河高度近90m。其中在第四级阶地上部,海拔994m左右有一砂层,可能为第五级阶地,但堆积物结构松散,层理不发育,应该为次生堆积(图4)。据三峡勘测研究院JZK15钻孔资料,凹嘎附近的金沙江河床上也有20m厚的堆积物。1.4古江深槽tl金坪子堆积体位于凹嘎河段下游约2km处,乌东德峡谷的出口处。经我们研究,它过去为古金沙江的深槽,后被古金沙江冲积物和斜坡系列角砾状粗颗粒充填堆积1。金坪子深槽深约750m,比现代金坪子堆积体附近的金沙江深槽略深一些,深槽底部的TL年代为195.00±9.70kaB.P.。在古金沙江金坪子深槽被充填的过程中,古金沙江曾发生了堵江,并被迫侧移改道,发育现代的金沙江河谷。在古金沙江堵江的过程中,最高洪水位曾达到海拔1070m,TL年代为137.0±6.8kaB.P.,在金沙江侧移改道的过程中,在金坪子堆积体的外缘,海拔850～915m发育有一级阶地,由砾石层和砂层组成,阶地堆积物上部砂层的TL年龄为41.13±3.49kaB.P.。2江下段阶地的时空差异阶地位相分析是对一条河流上、下不同地点同一时代形成的阶地的高度变化进行对比分析,查明阶地高度变化的原因。另外,“阶地位相分析”中的所谓“相”的含义,它应该指具有同等古地理意义的阶地堆积物分布高程的比较。针对该河段的具体做法就是对于保存阶地沉积物的阶地应减去河漫滩相和河床相的沉积物的厚度,统一换算成当时河床的高程,未见阶地底部时,砾石层厚度按照现代河床覆盖层厚度。金沙江各河段性质差异很大,其沉积物厚度的差异也很大,因此要因地制宜地判断各河段、各级阶地沉积时期的河床高程。鱼鲊河段的第三级阶地,仅出露的砾石层,且砾石层地面海拔1100m,则第三级阶地的河床海拔1050m;第二级阶地的河漫滩相和河床相厚18m,第二级阶地的河床海拔997m;第一级阶地只见河漫滩相,因此按照现代的洪枯水位差和河床覆盖层厚度换算第一级阶地形成时的河床高程,野外观测的洪枯水位差约为5m,因此第一级阶地的河床海拔915m;据长江委长江勘测规划设计研究院资料,金沙江鱼鲊段水深约为30m,现代金沙江河床海拔880m。龙街第二级阶地仅有5m厚的砂层,河床海拔970m;第一级阶地河漫滩相和河床相厚7m,河床海拔918m;而现代龙街的河床海拔825m。凹嘎第四级阶地的河床海拔约为950m;第三级阶地为堆积阶地,沉积物为河漫滩相,而凹嘎为峡谷河段,洪枯水位变化较大,约为20m,河床覆盖层为20m,因此第三级阶地的河床海拔为908m;野外观测到第二级阶地河床海拔880m;据三峡勘测研究院资料,现代河床海拔770m(表2)。根据古金沙江金坪子深槽被充填时最高洪水位,我们认为凹嘎曾发育了第五级阶地,后被侵蚀,现在主要为次生堆积。我们把研究河段有关地点修复后的阶地高程进行比较,可以看到同级阶地阶地面高程向下游方向不是等比降逐步下降的。金沙江下段各地同级阶地的生成时代有比较大的差别,一个原因是有的地方阶地上的堆积物可能已经是次生堆积,另一原因可能是某级阶地堆积物的形成本身可能会有几万年时间的延续,如果阶地堆积物保存不完整,那么同级阶地现在阶地面的堆积物的年龄,可能就会有较大的差别。第三,可能还与样品的代表性及测年精度有关。金沙江下段各地阶地的高度和阶地堆积物的生成时代都不是同步的,它代表各河段深切速率、深切幅度与河流堆积物的发育,通常会有较大的差别,其原因可能为,金沙江下段各河段的性质本不相同,金沙江下段的深切也不完全同步,各河段之间多有构造裂点与岩性裂点。因此,金沙江下段各河段的发育历史会有一定的时空差别。对于这样的山地河流本不宜做传统的阶地位相分析。3移道后下切速率流水下切河流河道在基岩中的切割。我们利用各地各级阶地形成时期的河床高程和阶地年龄进行粗略估算下切速率。中更新世晚期,金坪子堆积体开始充填堆积,江水被堵,鱼鲊至金坪子河段均表现为堆积。古金沙江在金坪子侧移改道后,河床比降、水力坡度增大,所以金坪子河段的平均下切速率比较高,平均下切速率为196～217cm/ka。凹嘎河段距离金坪子较近,其平均下切速率受到它的控制,达到了145～172cm/ka。鱼鲊河段主要因回水而使得水力坡度减小,以及古金沙江改道后,裂点溯源上切滞后等原因,而使得下切速率较低,其下切速率主要受控于云南高原的隆升速率,平均的下切速率为82～97cm/ka。龙街位于磨盘山-绿汁江断裂带和金沙江相直交处,是古金沙江袭夺古雅砻江的袭夺点,构造比较破碎,河床堆积物比较松散,而古金沙江改道后,水力坡度增加和裂点的上溯,而使得下切速率最高,达到257～305cm/ka。4金坪子河段与鱼河段在不同位置的形态特征下,各部分内1)初步确定了金沙江下游I-Ⅳ