川藏鐵路沿線西藏察雅縣瓦約村古河道特殊地貌演化分析*

楊雨川 趙德軍 王啟宇 安顯銀

1成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都 610059 2中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川成都 610081

河流是人類賴以生存的基礎(chǔ)資源之一，與人類的生活和生產(chǎn)息息相關(guān)，河流地貌對于人文發(fā)展、工程建設(shè)等具有深遠意義。2018年10月10日，中國正式全面啟動的規(guī)劃建設(shè)項目川藏鐵路是史無前例的世紀工程，是繼青藏鐵路后的第2條進藏鐵路。瓦約村位于川藏鐵路察雅區(qū)段規(guī)劃路線沿線，方圓10ikm內(nèi)存在各類工程建筑設(shè)施(南側(cè)約9ikm處瀾滄江約龍水電站、北側(cè)7ikm處為梯貢村水泥廠等)及居民住所，研究其特殊的河流地貌演化對于即將開展的鐵路建設(shè)及區(qū)域生產(chǎn)發(fā)展具有重大意義。

據(jù)文獻查閱，前人在瀾滄江河流地貌演化史方面研究程度較低，作者關(guān)注的瓦約村區(qū)域前人并未做過研究。那么瓦約村的特殊河流地貌到底屬于什么類型？如何形成？據(jù)遙感解譯宏觀地貌上疑似古滑坡或者古河道是否正確？形成目前河流地貌的原因是什么？是否與地震、斷裂活動有直接關(guān)系？作者結(jié)合測年結(jié)果及不同年代的地質(zhì)背景分析，得出瓦約村河流地貌演化史，不僅對于瀾滄江瓦約村段河流地貌的演化研究等方面具有重要意義，而且在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)方面也具有重要意義。

1 西藏瓦約村概述

瓦約村(97°20′48.43″E，30°53′35.33″N)隸屬于西藏昌都市察雅縣，距昌都市約35ikm，村民以藏族為主，人口數(shù)量約100人，村民收入來源主要通過畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，目前當?shù)卣陂_展的一些基建工程，也為當?shù)卮迕裉峁┝烁嗌a(chǎn)發(fā)展機會。瓦約村通過主干公路214國道可直達昌都市區(qū)，東側(cè)毗鄰瀾滄江主干河道，交通方便(圖1)。區(qū)域構(gòu)造位置位于北羌塘三江造山帶(一級)昌都蘭坪思茅地塊(二級)昌都蘭坪雙向弧后前陸盆地(三級)，區(qū)域構(gòu)造線方向為NW-SE向，主要出露中生界，地層展布主要受線性褶皺控制(圖2)。通過遙感解譯呈現(xiàn)出瓦約村宏觀的特殊地貌(圖1): 被環(huán)狀負地形圍繞的山包。作者綜合研究了其地貌類型、探究其地貌成因及分析其地貌演化3個方面。

2 地質(zhì)背景

瓦約村地區(qū)構(gòu)造格架簡單，整體構(gòu)造線方向為NNW，地層展布主要受2條線性褶皺控制，出露地層主要為中生界侏羅系，分別為： 下侏羅統(tǒng)汪布組一段(J1w1)、汪布組二段(J1w2)，中侏羅統(tǒng)東大橋組一段(J2d1)、東大橋組二段(J2d2)，上侏羅統(tǒng)小索卡組一段(J3x1)，第四系全新統(tǒng)沖洪積物(Qhpal)。地層巖性按照工程地質(zhì)分類均屬于軟巖類。

圖1 西藏昌都市察雅縣瓦約村交通位置及宏觀地貌圖(據(jù)谷歌地圖；時間： 2020年9月)Fig.1 Traffic location and macrogeomorphologic map of Wayue village，Chaya County，Changdu City，Tibet(according to google map. Time： September 2020)

研究區(qū)內(nèi)共發(fā)育2條斷裂(F2、F3)，走向均為近南北向，傾向西，在瓦約村東南方合并為1條斷裂(F)。據(jù)實地勘察，排除活動斷層的可能性，由于自然風(fēng)化，未見明顯斷層破碎帶，地貌上呈現(xiàn)為負地形溝谷，綜合判斷其性質(zhì)均為逆斷層。斷層(F)上盤為下侏羅統(tǒng)汪布組二段(J1w2)，巖性為灰綠色泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層；斷層(F)下盤為中侏羅統(tǒng)東大橋組一段(J2d1)，巖性為紫紅色泥巖與粉砂巖互層。

a，b，c，d分別對應(yīng) 圖4 上黃色的標號a，b，c，d圖3 西藏察雅縣瓦約村負地形內(nèi)河流相沉積物Fig.3 Fluvial sediments in negative area of Wayue village，Chaya County，Tibet

3 地貌類型及成因分析

3.1 地貌類型分析

據(jù)野外勘查，在環(huán)狀負地內(nèi)發(fā)現(xiàn)多處礫石堆積(圖3，圖4)，巖性特征表現(xiàn)為礫石磨圓度好，基本上為橢圓狀或圓狀，分選性中等，礫石成分主要為粉砂巖、砂巖，屬于典型的河流相沉積物；對比 圖2 瓦約村地質(zhì)背景，排除外來搬運可能(村民證實)，初步證明瓦約村特殊地貌類型為古河道。

為了更好地確定瓦約村的地貌類型，在負地內(nèi)調(diào)研了4處前人鉆孔(圖4)，據(jù)調(diào)查屬于同一時期地表淺層勘查鉆孔，開鉆時間均在2019年4月前后。目前鉆孔都已封閉，由于缺失具體的鉆孔資料，現(xiàn)對發(fā)現(xiàn)的鉆孔進行重新編號： ZK01、ZK02、ZK03和ZK04(圖4)。

圖4 西藏察雅縣瓦約村礫石堆積、鉆孔、剖面及采樣平面位置分布圖(據(jù)谷歌地圖；時間： 2020年9月)Fig.4 Plane distribution map of gravels，boreholes，profile and samples in Wayue village，Chaya County，Tibet(according to google map. Time： September 2020)

圖5 西藏察雅縣瓦約村ZK01—ZK04鉆孔巖心概況Fig.5 Cores of ZK01-ZK04 boreholes in Wayue village，Chaya County, Tibet

表1 西藏察雅縣瓦約村ZK01—ZK04鉆孔巖心特征Table1 Core characteristics of ZK01-ZK04 boreholes in Wayue village，Chaya County，Tibet

圖6 西藏察雅縣瓦約村河流地貌剖面圖Fig.6 River geomorphic profile in Wayue village，Chaya County，Tibet

據(jù)調(diào)查，4處鉆孔位置均可見部分巖心，巖心的巖性主要為礫石及少量地表表層黏土(圖5)。對4處鉆孔的巖心進行綜合對比分析(表1)，得出結(jié)論： 礫石主要為砂巖、粉砂巖，顏色主體為紫紅色，還包括有灰綠色、淺灰色、淺紫色；礫石磨圓度好，分選性較好。結(jié)合 圖3 發(fā)現(xiàn)的河流相沉積，礫石成分及巖性與區(qū)域上的地層成分及巖性相對應(yīng)，因此綜合判斷瓦約村地貌類型為古河道，消除疑似古滑坡體的地質(zhì)隱患。

3.2 剖面分析及測年

近年來，古河道研究受到越來越多的專家學(xué)者的關(guān)注，研究古河道特征及形成時期對了解一個地區(qū)的河流地貌演變具有重要意義(單婉婉，2018)。為了更好地定性分析當前河流地貌的特征與形成年代，在瓦約村選取1條代表性橫切剖面(圖4)，通過剖面可以看出目前瀾滄江瓦約村段河流已形成二級階地。據(jù)實地測量，二級階地與古河道高程值相近，因此可以通過二級階地的年齡推斷河流改道的大致時間。同時，從剖面中可以看出目前河床走向與斷層走向相契合(圖6)，斷層是否對河流地貌的形成有重大影響？根據(jù)前文瓦約村地質(zhì)背景的概述，F(xiàn)2斷層為非活動性斷層，排除由于斷層活動而導(dǎo)致河流改道的可能，但斷層的存在確實對河流改道產(chǎn)生了影響，由于斷層破碎帶的巖土性質(zhì)相對于圍巖較薄弱，影響了河流改道時的方向選擇和下切速度，因此斷層對于原始河流改道的影響僅表現(xiàn)為一定的促進意義和導(dǎo)向意義。

為了探析瓦約村古河道的演化史，在瓦約村附近位置采集了一級階地和二級階地的光釋光測年樣品(圖4，圖7)，送往中國科學(xué)院青海鹽湖研究所鹽湖化學(xué)分析測試中心進行測年分析，檢測儀器為： Ris? TL/OSL-DA-20光釋光測年儀，利用等效劑量使用單片再生技術(shù)及標準生長曲線相結(jié)合的方法；采用90～125iμm作為樣品測試粒徑。測試結(jié)果如表2。

圖7 西藏察雅縣瓦約村光釋光樣品采集現(xiàn)場(左為一級階地，右為二級階地)Fig.7 Optical luminescence sample sampling site(left for the first terrace，right for the second terrace) in Wayue village, Chaya County, Tibet

通過瓦約村一級階地與二級階地的年齡差異，結(jié)合高程差，計算出2萬年以來河流平均下切速率約為1.3imm/a，而根據(jù)前人對青藏高原及其周圍山地的隆升速率的研究結(jié)果表明，自MIS16階段以來青藏高原至少隆升了1000im，隆升速率為1.7imm/a(施雅風(fēng)等，1995；王蘇民等，1994；吳錫浩等，1992)，與本研究數(shù)據(jù)有些出入，究其原因，一是因為青藏高原隆升具有多階段、多因素、不均速及整體隆升與局部隆升相結(jié)合的特點，二是由于研究區(qū)位于青藏高原內(nèi)部，構(gòu)造活動相對高原周緣較弱，從而下切速率相對較小(魏亞剛，2016)；同時，該測年結(jié)果符合前人研究的瀾滄江區(qū)域河流階地的年齡范圍(中國科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊，1983)。因此，該數(shù)據(jù)成果是正確有效的。在研究過程中，古河道具體的改道年齡成為重大難點，由于長時間的風(fēng)化侵蝕及人類后期破壞，在有限的條件下，難以采取合格樣品。

表2 西藏察雅縣瓦約村光釋光測年樣品分析測試結(jié)果Table2 Analysis and test results of optical luminescence dating samples in Wayue village，Chaya County，Tibet

3.3 地貌成因分析

瓦約村南西側(cè)存在1條巨大的溝谷達德溝(圖8)，達德溝總長約7ikm，平均坡度52°，溝內(nèi)存在季節(jié)性流水，水流量主要受溫度及大氣降雨影響，物源充足，谷頂常年覆蓋冰川。在達德溝與古河道接觸部位存在一處高地，高地相對于古河道負地形高出3～4im，推測該堆積體極可能為當時造成堵塞的遺留物質(zhì)，物質(zhì)組成主要為棱角狀碎石及砂土物質(zhì)(圖9)，河道堵塞往往是造成河流改道的重要原因之一(單婉婉，2018)。

圖8 西藏察雅縣瓦約村達德溝地貌形態(tài)3D圖(據(jù)谷歌地圖。時間： 2020年9月)Fig.8 Dade-ditch landform 3D in Wayue village，Chaya County，Tibet(according to google map. Time： September 2020)

圖9 西藏察雅縣瓦約村古河道下河口泥石流堆積體剖面示意圖Fig.9 Profile diagram of debris flow accumulation at estuary of ancient river in Wayue village，Chaya County，Tibet

在靠近達德溝口處，發(fā)現(xiàn)了河湖交匯相沉積物，為人工開挖剖面，海拔3244im，剖面高約2im，再次證明了古河道發(fā)生過堵塞事件(圖10)。通過對河湖交匯相的觀察可以看出，湖相沉積層與礫石層交互出現(xiàn)，湖相沉積為主體部分，物質(zhì)成分主要為未固結(jié)的粉沙和黏土，顏色呈現(xiàn)灰綠色、紫紅色；剖面下部及上部均有薄層的礫石層，上部較為特殊，礫石層與湖相沉積層沒有明顯的界線。剖面中的礫石層厚度不均一，較厚的礫石層中，礫徑較大的礫石占比較多，礫徑可達7～10imm，比重約占20%，較薄的礫石層中，礫石大小多分布于2～4imm之間，難見較大的礫石。這是由于堰塞湖中的沉積物主要來源于當時的河流，而河流中沉積物的粒度又嚴格受水動力的制約(許會等，2019)。當新的流水注入河道，低速運動的水流就會攜帶小粒徑的礫石和砂沖入湖相層，并且由于流速較慢，挾帶的砂礫石較少，細粒的湖相沉積上堆積的砂礫石層也就較薄。后來，由于流水的注入，湖面擴大，湖相沉積又覆蓋在砂礫層之上，如此往復(fù)，就會形成 圖10 剖面所示的河流相沉積與湖相沉積交錯疊置的現(xiàn)象(鐘湖平和吉鋒，2012；陳松等，2016；許會等，2019)。

圖10 西藏察雅縣瓦約村古河道下河口河湖交匯相沉積Fig.10 Sedimentary facies of the confluence of river and lake in the lower estuary of ancient channel in Wayue village，Chaya County,Tibet

湖相沉積剖面位置海拔較泥石流堆積體仍高出約4im，表明當初堵江的堆積物遠不止現(xiàn)在的厚度，根據(jù)現(xiàn)今的高度差，推測曾經(jīng)的覆蓋層厚度至少為10im，由于達德溝沖出的泥石流堆積體主要為松散物質(zhì)，在后期的風(fēng)化作用下，慢慢地被剝蝕搬運，僅留下一處厚約4im 的堆積高地。

3.4 古河道演化討論

綜合以上分析，瓦約村古河道的演化模式基本確定。為了更加直觀地分析其具體的演化模式，結(jié)合瓦約村古河道演化模式示意圖(圖11)進行討論： 現(xiàn)今可見的古河道彎曲曲率極大，拐彎處水流不暢，流速減慢，根據(jù)河流的自然演化規(guī)律(李志威等，2012)，當時的地貌條件下瀾滄江已然存在截彎取直的趨勢。瓦約村南西側(cè)的達德溝，坡頂常年覆蓋冰川，物源豐富，在20.2±1.6ka BP之前，推測達德溝內(nèi)發(fā)生了1次較大的泥石流，導(dǎo)致古河道下游出口堵塞，加快河流改道進程，同時研究區(qū)內(nèi)2條主要斷層均通過古河道上游入口，斷層通過處巖土性質(zhì)薄弱，促進了河流改道。此后，河流開始廢棄古河道、匯入新河道的過程。通過對湖相沉積剖面的研究可知，在河流改道過程中，古河道內(nèi)形成的堰塞湖沉積具有多個旋回，表明了當時動蕩的水動力環(huán)境，筆者推測引起這一反應(yīng)的原因可能與青藏高原的末次冰期有關(guān)。氣候變化被認為是控制地貌演化過程的重要基本因素(中國科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊，1983)。末次冰期是距人類最近的一次冰期，尤其是末次盛冰期(Last Glacial Maximum，簡稱LGM，系指末次冰期相當于深海氧同位素2階段中氣候最冷、冰川規(guī)模最大的時段)，氣候極為寒冷且存在高度不穩(wěn)定性(施雅風(fēng)等，1997；丁瑩瑩等，2017)。Lambeck等(2002)等通過建立地球模型并選擇一些參數(shù)進行計算研究，分析結(jié)果確定末次冰期的持續(xù)時間為 30～19 ka BP。

圖11 西藏察雅縣瓦約村古河道演化模式示意圖Fig.11 Schematic diagram of the evolution model of ancient river channel in Wayue village, Chaya County, Tibet

根據(jù)古里雅冰芯記錄，青藏高原末次冰期最盛時(LGM)出現(xiàn)于32～16ka BP(施雅風(fēng)等，1997)。末次冰期整體寒冷且高度不穩(wěn)定的氣候特點必然會對地表環(huán)境造成深刻影響。而河流系統(tǒng)作為地表上比較活躍的環(huán)境要素，對氣候變化響應(yīng)十分敏感(Kocheletal.，1997)。據(jù)丁瑩瑩等(2017)分析末次冰期氣候?qū)恿鞯孛惭莼挠绊懡Y(jié)果可知，末次冰期雖然整體溫度最低，內(nèi)部仍廣泛存在高頻高幅波動現(xiàn)象。

對比瀾滄江瓦約村段二級階地沉積物的測年結(jié)果可知，當時河流改道時間應(yīng)該處于末次冰期時期。此時河流水位較低，流速較慢，當古河道下游河口發(fā)生泥石流堵塞后，水位開始上漲，水動力減弱，古河道內(nèi)開始形成湖相沉積，沉積物主要為黏土物質(zhì)。據(jù)湖相沉積剖面瀾滄江瓦約村段上游在堵塞期間出現(xiàn)過多次的洪水期，推測可能與末次冰期氣候高頻高幅波動有關(guān)(丁瑩瑩等，2017)，當氣溫回暖，冰川融化，使得洪水暴發(fā)，周而復(fù)始，使當時的水動力環(huán)境極其不穩(wěn)定，但由于末次冰期的影響，洪水期的持續(xù)時間以及流水的水動力遠不如現(xiàn)今規(guī)模，因此在洪水期，由于水動力增長較小，僅能攜帶細小的礫石沖入湖相層。此后由于洪水褪去，河流恢復(fù)平靜，又開始在礫石層之上形成新的湖相沉積，根據(jù)湖相沉積剖面，推測至少發(fā)生過2～3次洪水事件。由于泥石流堵塞河道，河流在古河道凹岸處的沖擊侵蝕作用加強，并且由于河水回流，拐彎處水流不暢，流速減慢，泥沙易淤塞河道，在河流改道前最后一次洪水期發(fā)生后，河流將彎曲處狹窄的地峽沖開，與對面的河道相連，從此河流按直線路線流動。此時的瓦約村古河道形成牛軛湖，結(jié)合 表2 測年分析，河流在20.2±1.6ka BP已經(jīng)存在沉積，此后伴隨著晚更新世以來的地殼抬升活動，河流持續(xù)下切，逐漸形成現(xiàn)在的河流地貌。

4 結(jié)論

通過實地勘查以及室內(nèi)樣品分析，對西藏昌都市察雅縣瓦約村特殊河流地貌的研究有以下結(jié)論：

1)瓦約村地貌類型為古河道，不是古滑坡。瓦約村2條斷裂為非活動性斷層，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定。

2)通過實地勘查、測年結(jié)果及理論分析，認為瀾滄江瓦約村段河流演化模式為： 末次冰期時河流曲率已然較大，古河道下河口的堵塞事件迫使河流加快“截彎取直”；同時斷層導(dǎo)致的巖土軟弱層對于河流改道的方向和效率有著促進意義。

3)結(jié)合末次冰期的氣候特點，推測古河道下河口存在的河湖交匯相沉積是由于泥石流堵塞后，短暫的間歇性洪水導(dǎo)致的河湖交匯相沉積。

此研究成果對川藏鐵路沿線基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查及東南亞最大的國際河流瀾滄江的河流地質(zhì)演化具有一定的參考意義。