巖性差異對岷江龍門山河段剖面樣式的影響

陳 浩 ，李 勇

（1.綿陽師范學(xué)院 資源環(huán)境工程學(xué)院，四川 綿陽 621006；2.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059）

發(fā)源于岷山西緣弓嘎嶺的岷江干流河道沿岷江斷裂展布方向南流，進(jìn)入茂縣后，流向由近南北向北東—南西向偏轉(zhuǎn)，河谷的位置與汶川—茂縣斷裂的位置基本重疊。自汶川縣玉龍鎮(zhèn)之后，岷江進(jìn)入汶川—茂縣斷裂與北川—映秀斷裂所夾持的后龍門山地區(qū)和北川—映秀斷裂與彭縣—灌縣斷裂所夾持的前龍門山地區(qū)。流經(jīng)龍門山地區(qū)的岷江河段（玉龍—都江堰以東河段），河床基底及河谷兩側(cè)谷坡巖性構(gòu)成復(fù)雜，本次研究主要分析巖性對岷江龍門山河段剖面樣式的控制作用，并以此為基礎(chǔ)，探討該區(qū)域水系演化模式對巖性差異的響應(yīng)機(jī)制。

1 河床基底巖性特征

總體來看，岷江上游水系展布于松潘—甘孜褶皺帶（河源—玉龍河段）和龍門山斷裂帶（玉龍—都江堰以東河段）兩個(gè)構(gòu)造單元之上。河源—玉龍河段河床基底巖性較為單一，主要為中生界砂巖、灰?guī)r和前中生界變質(zhì)巖、碳酸鹽巖。玉龍—都江堰以東河段河床基底巖性構(gòu)成復(fù)雜，位于后龍門山地區(qū)的玉龍—映秀河段河床基底主要由彭灌雜巖（主要成分為前中生界花崗巖，含少量閃長巖）構(gòu)成，巖性硬度較大，普氏硬度系數(shù)達(dá)到18；位于前龍門山地區(qū)的映秀—都江堰河段干流河道流經(jīng)彭灌飛來峰群，河床基底主要為古生界碳酸鹽巖（以灰?guī)r為主），普氏硬度系數(shù)大致為 15；岷江干流切過彭縣—灌縣斷裂后，向東進(jìn)入成都盆地，河床基底主要由侏羅系—白堊系紅層及第四系松散堆積物構(gòu)成，普氏硬度系數(shù)大致為 6（圖 1、表 1）[1～3]。從圖 1也可以看出，岷江龍門山河段河谷兩側(cè)谷坡巖性與河床基底巖性基本一致，呈對稱發(fā)育。

圖1 岷江上游流域區(qū)域地質(zhì)簡圖(底圖據(jù)張會(huì)平等[1][2]，2006，改繪)

2 巖性對水系剖面樣式的控制作用

2.1 巖性差異與水系剖面樣式特征

在岷江河床巖性地層剖面上（圖2），有一個(gè)值得注意的現(xiàn)象。岷江河谷兩側(cè)龍門山山頂面自北西向南東呈階梯狀下降，在巖性過渡地帶，地貌剖面出現(xiàn)明顯坡折，即龍門山山頂面主要坡折點(diǎn)與巖性界線基本對應(yīng)。花崗巖硬度大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，花崗巖區(qū)的山頂面明顯高于其他地貌單元；以灰?guī)r為主的彭灌飛來峰群地貌區(qū)，巖石硬度和抗風(fēng)化能力均弱于花崗巖區(qū)，再加上灰?guī)r易和溶有 CO2的地表水發(fā)生反應(yīng)生成微溶性的 Ca(HCO3)，因而，灰?guī)r區(qū)域的山頂面顯著降低；中生界紅層和第四系堆積物硬度和抗風(fēng)化能力相對最弱，彭縣—灌縣斷裂以東區(qū)域，海拔高程陡降為500m左右。

但是，龍門山區(qū)的岷江河床剖面雖然也表現(xiàn)為北西高，南東低，在巖性過渡地帶河床剖面上也存在一些小的陡坎，但并沒有表現(xiàn)出顯著的與高抗蝕花崗巖、灰?guī)r和低抗蝕紅層、第四系堆積物界限相對應(yīng)的階梯狀變化，整個(gè)龍門山區(qū)岷江河床剖面坡度大致保持在同一水平。李勇等[4]的研究也表明，該區(qū)域河段河床梯度系數(shù)值始終保持在2204左右。

表1 岷江上游龍門山河段河床基底巖性及硬度系數(shù)

2.2 巖性差異對剝蝕作用的響應(yīng)

上述分析表明，龍門山區(qū)的地貌剖面形態(tài)與河床剖面形態(tài)存在明顯差異，究其原因，主要是在地貌演化過程中，地貌剖面主要受面狀剝蝕作用控制（龍門山平均面狀剝蝕速率為 0.72mm/a[4]），面狀剝蝕速率因巖性不同而存在差異，再加上龍門山地區(qū)活動(dòng)斷裂走向與巖性分界線基本一致，由于疊加了巖性差異和斷裂活動(dòng)差異的雙重影響，因而，在巖性過渡地帶，地貌剖面的階梯狀變化較為顯著。但河床剖面形態(tài)主要受控于線狀剝蝕作用（河流下切作用是線狀剝蝕作用的主要形式），岷江龍門山河段平均下切速率達(dá)1.50mm/a[4]，是面狀剝蝕速率的2.1倍，沿河床的原始地貌陡坎幾乎被水流剝蝕殆盡，因而岷江河床剖面上雖然也存在巖性差異與活動(dòng)斷裂疊加作用形成的小陡坎，但與地貌剖面上的階梯狀坡折相比，河床剖面上的坡折度相對小得多。

3 水系剖面樣式影響因素

圖2 岷江河床巖性地層剖面

本次研究著重探討了岷江龍門山河段剖面樣式對巖性差異的響應(yīng)，實(shí)際上，水系剖面樣式（包括河床剖面樣式和河谷兩側(cè)山頂面剖面樣式）的演化不僅受巖性的控制，還要受氣候條件和構(gòu)造活動(dòng)的影響。在龍門山地區(qū)，東亞季風(fēng)遇到高大的九頂山阻擋，暖濕氣流沿迎風(fēng)坡爬升，空氣中的水汽因冷卻凝結(jié)而易形成地形雨，因而，在岷江前龍門山河段，剝蝕作用最為強(qiáng)烈（圖3）。另外，龍門山各主干斷裂逆沖作用有自北西向南東減弱的趨勢（筆者根據(jù)河流階地面垂直扭錯(cuò)量和相應(yīng)測年值計(jì)算獲知，汶川—茂縣斷裂、北川—映秀斷裂、彭縣—灌縣斷裂晚第四紀(jì)以來逆沖速率分別為0.84 mm/a、0.52 mm/a和 0.24 mm/a），龍門山各主干斷裂的差異活動(dòng)使汶川—茂縣斷裂和北川—映秀斷裂所夾持的后龍門山地區(qū)的抬升速率和抬升幅度大于北川—映秀斷裂和彭縣—灌縣斷裂所夾持的前龍門山地區(qū)。因而，岷江龍門山河段剖面高程是對該區(qū)域巖性、氣候、構(gòu)造條件的綜合反映。在今后的工作中，將對氣候條件、構(gòu)造條件與岷江水系剖面樣式的耦合關(guān)系作更深入的研究。

4 結(jié)論

在岷江龍門山河段，由于面狀剝蝕速率因巖性不同而存在差異，受控于面狀剝蝕作用的龍門山山頂面主要坡折點(diǎn)與巖性界線基本對應(yīng)。在該區(qū)域，線狀剝蝕速率是面狀剝蝕速率的2.1倍，沿河床的原始地貌陡坎幾乎被水流剝蝕殆盡，因而，受控于線狀剝蝕作用的河床剖面上沒有表現(xiàn)出顯著的與巖石抗蝕界限相對應(yīng)的階梯狀變化。

圖3 龍門山地形雨形成過程示意圖

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