怒江高階地的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)環(huán)境意義

張 勇， 劉 宇， 胡小龍， 趙 遜， 馮倩倩

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所， 成都 611734； 2.成都理工大學(xué)地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 成都 610059)

怒江發(fā)源于青藏高原唐古拉山，穿過(guò)云貴高原橫斷山脈，直至云南木城鄉(xiāng)流出境外，一直以來(lái)都是中國(guó)滇西地區(qū)具有非同重要影響的主要河流之一[1]。多年來(lái)，怒江流域第四紀(jì)地質(zhì)和地貌研究，一直是中外諸多專家學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)，并且在第四紀(jì)地層、區(qū)域地貌、古地理環(huán)境以及年代學(xué)研究等方面都取得了不錯(cuò)的成果[2-12]。然而目前對(duì)于怒江“高階地”的研究仍較少，雖有部分文獻(xiàn)提及，如程捷等[4]報(bào)道在怒江紅旗橋附近發(fā)育拔河高度150 m的第5級(jí)階地，并認(rèn)為其形成于中更新世；顧兆炎等[6]發(fā)現(xiàn)怒江丙中洛河段保留有拔河高度在190 m以上的第5級(jí)階地；趙希濤[8]在八宿怒江橋附近發(fā)現(xiàn)拔河高度約180 m的第5級(jí)階地，并認(rèn)為該處有拔河高度更高的階地存在的可能；趙希濤等[11]調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)怒江道街盆地存在拔河高度達(dá)380 m的第13級(jí)階地；蔣忠信[12]曾報(bào)道在怒江莫?jiǎng)e至貢山段發(fā)育拔河高度140～200 m、365～300 m以及420～460 m的第4～6級(jí)階地等，但大都缺乏確切的河流沖積物的卵礫石證據(jù)，多是侵蝕階地或臺(tái)地。對(duì)怒江流域?yàn)o水區(qū)段進(jìn)行第四紀(jì)地貌調(diào)查時(shí)，在六庫(kù)鎮(zhèn)以北約6 km外的埡口村附近拔河約200～300 m的谷坡上見(jiàn)有明顯的河流階地卵礫石層堆積，同時(shí)發(fā)現(xiàn)怒江在流經(jīng)埡口村時(shí)發(fā)生明顯的轉(zhuǎn)彎，形成獨(dú)特的大拐彎地貌。該發(fā)現(xiàn)不僅提供了怒江中更新世存在河流作用的直接證據(jù)(高階地)，也對(duì)埡口大拐彎的形成演化以及滇西地區(qū)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究都具有十分重要的地質(zhì)環(huán)境意義。

圖1 研究區(qū)區(qū)位與地貌圖Fig.1 Location and geomorphology of the study area

1 區(qū)域概況

研究區(qū)位于怒江州瀘水市六庫(kù)鎮(zhèn)以北的埡口村附近，屬橫斷山系之高黎貢山和碧羅雪山之間的怒江中游峽谷區(qū)，如圖1所示。區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，海拔以怒江河谷最低，僅有700～950 m，兩側(cè)山區(qū)海拔較高，多在3 000 m以上，相對(duì)高差較大，地勢(shì)總體呈現(xiàn)北高南低，江河洶涌湍急，地形陡峭。區(qū)內(nèi)構(gòu)造背景復(fù)雜，斷裂、褶皺發(fā)育，構(gòu)造格局總體以斷裂為主，其中怒江深大斷裂貫穿整個(gè)怒江河谷，大致沿河谷呈南北向波狀彎曲延伸，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍[13]。研究區(qū)地層較為簡(jiǎn)單，在埡口村一帶主要出露三疊系河灣街組白云巖，實(shí)測(cè)產(chǎn)狀107°∠59°，巖體表面破碎，風(fēng)化程度較強(qiáng)。水系發(fā)育受構(gòu)造明顯，其中一級(jí)支流大都呈東西向注入怒江干流，怒江干流自北向南總體走向近乎南北，但流至埡口村附近發(fā)生90°偏轉(zhuǎn)，最后又轉(zhuǎn)回南北向，形成近乎“U”形的大拐彎。通過(guò)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在埡口村一帶共發(fā)育有T7和T8兩級(jí)高階地。

2 階地發(fā)育特征及年齡

2.1 階地級(jí)序劃分

通過(guò)參考前人研究成果，并結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查復(fù)核，在瀘水地區(qū)共發(fā)現(xiàn)了八級(jí)階地，對(duì)應(yīng)序號(hào)T1～T8，拔河高度分別為8～18、27～39、40～52、71～80、96～102、175、260、310 m。其中，T7、T8階地為本次新發(fā)現(xiàn)的高階地，均為基座階地。

2.2 階地剖面特征

選擇較為典型、露頭較好的階地剖面，如圖2所示，對(duì)各階地主要特征進(jìn)行研究，具體描述如下：

(1)T7階地。觀測(cè)階地剖面露頭厚約2.2 m，其下未見(jiàn)底。該剖面上層厚約0.3 m，為灰黃色殘積黏土層；下層為厚約1.9 m的紫紅色粉質(zhì)黏土充填的卵礫石層堆積，卵礫石層卵石含量較高，達(dá)70%以上，夾有細(xì)礫；其磨圓度好，為圓狀，有一定分選。成分復(fù)雜，以石英片巖為主，亦可見(jiàn)雜砂巖、玄武巖、石英等，風(fēng)化程度較強(qiáng)，為強(qiáng)風(fēng)化。剖面延伸較長(zhǎng)，卵礫石層內(nèi)可見(jiàn)透鏡狀砂層。整個(gè)階地面寬約80 m，后期改造嚴(yán)重，階面具有明顯坡度，整體為5°～10°。

(2)T8階地。觀測(cè)階地剖面露頭厚約5 m，其下未見(jiàn)底。該剖面頂部為厚約0.5 m的磚紅色殘積黏土層，夾有細(xì)礫；下層為厚約4.5 m的紫紅色粉質(zhì)黏土充填的卵礫石層，較松散，其磨圓度好，具有一定分選，粒徑以2～10 cm居多，最大可達(dá)30～40 cm。成分混雜，主要以強(qiáng)-全風(fēng)化石英礫巖、石英片巖為主，錘擊即碎，充填物為粉質(zhì)黏土、砂土、礫砂。階地保存完整性較差，人為改造以及風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，階面不明顯，整體較陡，坡度18°～24°，其表層為磚紅色殘積黏土層，并可見(jiàn)崩積巨礫石，巖性為白云巖，與基巖巖性一致。

2.3 階地年齡

階地年齡一般是指階地面形成的時(shí)代，但由于現(xiàn)有測(cè)年技術(shù)條件很難準(zhǔn)確獲取階面年齡，所以通常將階面下沉積物的年齡當(dāng)作階地年齡[14]。近些年來(lái)，宇生核素測(cè)年技術(shù)在第四紀(jì)沉積物年代學(xué)研究中應(yīng)用廣泛，與光釋光、熱釋光、14C等其他較為常用的階地沉積物測(cè)年方法相比，該技術(shù)能夠取得較準(zhǔn)確的測(cè)年結(jié)果，尤其是對(duì)于一些形成時(shí)代較為久遠(yuǎn)的“高階地”，能較為真實(shí)地反映階地初步形成的年齡[15-16]。因此，采用宇生核素10Be暴露測(cè)年方法對(duì)階地沉積物進(jìn)行年代學(xué)研究。

經(jīng)相關(guān)專業(yè)人員在野外嚴(yán)格按照宇生核素測(cè)年樣品采集的標(biāo)準(zhǔn)和要求，分別從T7、T8階地采集了適合宇生核素測(cè)年實(shí)驗(yàn)的樣品進(jìn)行了階地測(cè)年，階地樣品的相關(guān)分析測(cè)試委托南京蜫鵬地質(zhì)技術(shù)服務(wù)有限公司完成，其宇生核素10Be測(cè)年結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，T7階地年齡約為247.167 ka，T8階地年齡約為310.803 ka，從時(shí)間上初步判斷這兩級(jí)階地的形成時(shí)代為中更新世中晚期。

3 階地成因分析

根據(jù)前人研究可知[17-20]，有關(guān)階地形成的主要外部控制因素大致可分為三種：構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候變化以及侵蝕基準(zhǔn)面變化。

圖2 階地及怒江河谷剖面圖Fig.2 Profile of terraces and Nujiang River

通常由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，即新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制形成的階地最為常見(jiàn)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的間歇性特點(diǎn)直接控制了多級(jí)階地的形成[21]。該類階地在垂直方向上的結(jié)構(gòu)特征通常為單個(gè)的二元結(jié)構(gòu)，階地沉積物的堆積厚度大致相當(dāng)于河流一般沉積厚度，階地之間的相對(duì)高度較大，基座階地以及侵蝕階地多由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用形成[18,22]。

氣候變化指的是冰期-間冰期的氣候變化，氣候變化控制形成的階地與區(qū)域上特殊的氣候事件在時(shí)間上存在著嚴(yán)格的照應(yīng)關(guān)系。相關(guān)研究表明[23-24]，該類階地的形成與河流的下切受氣候變化引起的河流流通量及沉積量變化等控制。氣候階地在結(jié)構(gòu)與形態(tài)上的特征表現(xiàn)為階地之間的相對(duì)高度較小，階地在河流兩岸都較為發(fā)育，基本呈對(duì)稱分布，階地卵礫石堆積物通常為地方性基巖碎屑，其磨圓度較低，分選性較差，垂直方向上通?？梢?jiàn)多個(gè)二元結(jié)構(gòu)，由于泥沙等的加積，河流沖積物的堆積厚度遠(yuǎn)大于河流一般沉積厚度[25-26]。堆積階地通常是由氣候變化作用控制形成。

侵蝕基準(zhǔn)面變化，即河流侵蝕基準(zhǔn)面的下降控制階地的形成。該類階地在河口一帶最為發(fā)育，向上游階地越來(lái)越不發(fā)育，并逐漸尖滅。由于裂點(diǎn)對(duì)整個(gè)河流的影響范圍有限，只能在河口局部形成階地[27]。

從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，T7、T8階地拔河較高，相鄰階地之間的高差較大，最大可達(dá)50～60 m，階地剖面結(jié)構(gòu)特征簡(jiǎn)單，表現(xiàn)為單個(gè)二元結(jié)構(gòu)，卵礫石物質(zhì)磨圓度較好，有一定的分選性，局部可見(jiàn)有細(xì)砂透鏡體產(chǎn)出；同時(shí)從階地類型上來(lái)看，T7、T8階地均為基座階地，下伏基巖出露明顯。因此，有關(guān)埡口高階地的成因，從階地的結(jié)構(gòu)特征以及類型上來(lái)看，可以認(rèn)為T7、T8階地主要是構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)與河流下切、堆積作用的產(chǎn)物。

4 階地地質(zhì)環(huán)境意義

4.1 階地與河流演化

河流階地礫石扁平面傾向特征可以反映古河道流向及礫石物質(zhì)來(lái)源[28-29]。在野外對(duì)T7、T8階地礫石最大扁平面傾向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)范圍1 m×1 m，n為樣本數(shù)，并繪制了各階地礫石扁平面傾向玫瑰花圖，如圖3所示。由圖3可知，礫石扁平面主傾向明確，均為北西向，揭示T7、T8階地古河道流向?yàn)楸蔽?南東方向。

而靠近階地東側(cè)的現(xiàn)代怒江流向?yàn)楸睎|-南西向，如圖4所示。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)古河道流向與該處現(xiàn)代怒江流向差異較大，說(shuō)明T7、T8階地并非目前怒江河道的產(chǎn)物；同時(shí)發(fā)現(xiàn)古河道流向與以埡口為界的上下游怒江流向大致相同，說(shuō)明在大拐彎形成之前怒江在埡口處是貫通直流的，怒江大致保持北西-南東流向直接穿過(guò)埡口，并在埡口東側(cè)形成階地。

為研究河流改道的原因，對(duì)階地周邊地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了調(diào)查，并在階地西側(cè)發(fā)現(xiàn)一處特大型滑坡，其長(zhǎng)約479 m，寬約985 m，面積約23×104m2，初步估計(jì)滑坡堆積體積在1 000×104m3以上，埡口村正位于該滑坡堆積體之上，如圖5(a)所示。對(duì)于該滑坡的形成時(shí)間，由于在本次調(diào)查中無(wú)具體滑坡測(cè)年數(shù)據(jù)，因此可以根據(jù)其地貌形態(tài)、滑坡粗顆粒風(fēng)化程度以及與其他地貌的相互疊置關(guān)系對(duì)滑坡形成時(shí)間進(jìn)行綜合判定。從地貌上來(lái)看，該滑坡位于怒江河谷寬谷段，滑坡后緣呈圈椅狀，兩側(cè)緣明顯，滑體植被發(fā)育，可見(jiàn)喬木，滑坡體由于后期各種物理化學(xué)風(fēng)化侵蝕以及人為改造作用，滑坡臺(tái)階寬大且較為平緩，堆積體上大多已開(kāi)辟農(nóng)田，且多房屋建筑；沿公路在堆積體上部可見(jiàn)滑坡斷面出露，如圖5(b)所示，主要為碎石土，大顆粒堆積物質(zhì)風(fēng)化強(qiáng)烈，綜上可以推斷該滑坡為古滑坡；同時(shí)，由于滑坡堆積體前緣堆覆于T7階地沉積物之上，如圖6所示，說(shuō)明滑坡的形成時(shí)間晚于T7階地。

圖3 礫石扁平面傾向玫瑰花圖Fig.3 Rose diagram of tendency of the flat surface

圖4 埡口階地與滑坡平面位置圖Fig.4 Location of Yakou terraces and the landslide

圖5 滑坡地貌圖Fig.5 Geomorphology of the landslide

圖6 滑坡與階地地貌關(guān)系圖Fig.6 Geomorphologic relationship of the landslide and Yakou terraces

因此，從古滑坡位于古河道入口臨近現(xiàn)今河谷的位置推斷得出：在埡口大拐彎形成以前，怒江曾直接從埡口村處通過(guò)，并在埡口東側(cè)形成河流階地，怒江古河道即為現(xiàn)今埡口村；在中更新世晚期或更近的時(shí)間內(nèi)，埡口處發(fā)生大規(guī)?；?，大量滑坡堆積體涌入怒江致使古河道發(fā)生堰塞，河流向東改道，加之后期構(gòu)造抬升作用的影響，逐漸形成現(xiàn)在的大拐彎地貌。另一方面，隨著時(shí)間的推移，埡口滑坡受后期剝蝕作用，滑體前緣不斷降低，形成現(xiàn)今埡口。

4.2 階地與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

階地作為河流要素的最主要組成部分之一，其揭示了大量構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候變化以及河流演化等相關(guān)重要信息，具有十分重要的地質(zhì)研究意義[30]。自新近紀(jì)以來(lái)，隨著印度板塊與歐亞板塊的持續(xù)碰撞，青藏高原地殼不斷隆升，垂直方向厚度不斷增大，以高黎貢山、碧羅雪山等為代表的滇西地區(qū)也隨之發(fā)生強(qiáng)烈的線帶式隆起?？傮w上來(lái)看，滇西地區(qū)構(gòu)造隆升速率在時(shí)間上有由遠(yuǎn)到近逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為在全新世以前，滇西地區(qū)隆升速率為0.3～1.7 mm/a；到全新世，隆升速率達(dá)2 mm/a以上。與喜馬拉雅山以及青藏高原等典型地區(qū)相比，滇西地區(qū)的構(gòu)造隆升速率較小，但其隆升時(shí)間大致相同[31-32]。

隆升速率作為滇西地區(qū)隆升研究的重要問(wèn)題之一，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可用河流的下切速率近似代替滇西地區(qū)的隆升速率。雖然河流下切速率并不能精確反映地面抬升速率，但其大小受到地面抬升快慢的影響，所以能夠反映地面總的變化趨勢(shì)，甚至能反映地面的抬升速率[33-34]。河流階地作為河流下切的直接產(chǎn)物，利用河流階地的抬升幅度來(lái)估算地貌隆升速率是最佳選擇。

從測(cè)年結(jié)果來(lái)看，埡口村T7階地和T8階地形成于中更新世中晚期，說(shuō)明在中更新世中晚期，整個(gè)滇西地區(qū)至少經(jīng)歷了兩次強(qiáng)烈的間歇性構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)，與青藏高原相比，相同期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)事件在青藏高原隆起的相關(guān)研究中所占篇幅略少，但在其周緣的祁連山、昆侖山等典型地區(qū)均有詳細(xì)研究記錄，如昆侖山鴨子泉河T1階地(387 ka)[30]、祁連山沙溝河T3階地(250 ka)[26]。同時(shí)，通過(guò)階地的抬升幅度以及形成時(shí)間對(duì)河流下切速率進(jìn)行計(jì)算，得出河流下切速率約為0.8 mm/a，即中更新世中晚期滇西怒江瀘水區(qū)段構(gòu)造隆升的平均速率約為0.8 mm/a，該結(jié)果與前人研究相比較為吻合，同時(shí)也驗(yàn)證了本文測(cè)年結(jié)果的精確性。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)怒江州瀘水市埡口村高階地的發(fā)育特征、年齡以及形成原因等方面進(jìn)行綜合分析，并對(duì)埡口怒江大拐彎的形成演化進(jìn)行了初步探討，得到以下主要結(jié)論。

(1)怒江瀘水埡口村發(fā)育T7、T8兩級(jí)高階地，類型均為基座階地。其中T7階地拔河高度約為260 m，T8階地拔河高度約為310 m；在這兩級(jí)階地中均可見(jiàn)明顯的卵礫石層堆積，其磨圓好，成分復(fù)雜，風(fēng)化程度高，且均為黏土充填。

(2)根據(jù)宇生核素10Be測(cè)年結(jié)果分析，T7階地年齡約為247.167 ka，T8階地年齡約為310.803 ka，初步判斷這兩級(jí)階地的形成時(shí)代為中更新世中晚期，為怒江中更新世存在河流作用提供了直接證據(jù)。

(3)T7、T8階地的形成受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用控制明顯，是中更新世中晚期滇西地區(qū)強(qiáng)烈隆起抬升的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景下河流下切、堆積作用的產(chǎn)物，階地所記錄的滇西怒江瀘水區(qū)段中更新世中晚期平均隆升速率約為0.8 mm/a。

(4)階地礫石特征所指示的古河道流向?yàn)楸蔽?南東方向，推測(cè)怒江曾直接從埡口村處通過(guò)，后因埡口處發(fā)生巨型滑坡，滑坡堆積體堰塞古河道致使怒江向東改道，逐漸形成現(xiàn)今埡口怒江大拐彎地貌，同時(shí)也說(shuō)明了大規(guī)?；率菍?dǎo)致怒江深切曲流的因素之一。