雅魯藏布江中游晚更新世古堰塞湖群的時空關(guān)系探討

胡海平，馮金良，劉金花，陳 鋒

（1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西南昌 330013；2.中國科學(xué)院青藏高原研究所青藏高原環(huán)境變化與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗室，北京 100101；3.山西財經(jīng)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太原 030006）

0 引言

雅魯藏布江中游的河谷中出露著眾多湖相沉積物，在寬谷邊緣的二級階地中保存較完整，在峽谷階地中也見有該類沉積物分布。李璞［1］首次注意到林芝地區(qū)雅魯藏布江支溝口階地中的湖相沉積物，并認(rèn)為其屬于地質(zhì)時期發(fā)育的古湖沉積物，后古湖被下游河流襲奪；同時，認(rèn)識到日喀則地區(qū)的河谷階地也多為此類粉砂及黏土沉積物。隨后，其他學(xué)者在雅魯藏布江中游的河谷階地中，發(fā)現(xiàn)了更多的古湖相沉積物，并展開了豐富的研究［2-10］。

雅魯藏布江為青藏高原南部的主要大河，其特殊的地理位置和資源，使得該河谷的古堰塞湖研究受到了河流及冰川地貌學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、湖泊學(xué)和水利工程學(xué)等學(xué)科的共同關(guān)注。但是由于研究區(qū)域、研究方法和研究側(cè)重點(diǎn)的差異，雅魯藏布江中游古堰塞湖的成因、壩體位置、海拔和起訖時間認(rèn)識不一，古堰塞湖群之間的時空關(guān)系仍不明確。

1 古湖泊成因

關(guān)于雅魯藏布江中游古湖相沉積的成因，有學(xué)者認(rèn)為它們是雅魯藏布江水系反轉(zhuǎn)前發(fā)育的串珠狀湖盆沉積物［11］。在林芝地區(qū)的古湖盆中可能形成一個封閉型咸水湖泊；也可能是一外流湖，從南伊溝流出高原［圖1（a）］［12-13］。直到晚更新世雅魯藏布江才被帕隆藏布江支流溯源侵蝕，襲奪排干了這些古湖泊［12］。相反，王富葆等［14］則認(rèn)為是雅魯藏布江襲奪了帕隆藏布江。另外，洪水滯水沉積或者冰緣湖泊也能在河谷中形成此類細(xì)顆粒沉積物，但其沉積物厚度及分布范圍相對有限，故雅魯藏布江河谷中廣泛分布的厚層湖相地層非此類沉積物［15-16］。

圖1 雅魯藏布江中游晚更新世古堰塞湖、現(xiàn)代冰川、地震Ms>5.4和主要斷層分布（地震及斷層據(jù)文獻(xiàn)［10］修改）（a）和研究區(qū)雅魯藏布江縱剖面及3個晚更新世古堰塞湖的海拔分布（b）Fig.1 Distribution of dammed palaeo-lakes，modern glaciers，earthquake events Ms>5.4，and faults in the middle Yarlung Tsangpo River（faults and earthquake events modified after Reference［10］）（a）and longitude profile of the Yarlung Tsangpo River and elevation of three late Pleistocene dammed palaeo-lakes in the study area（b）

據(jù)Lang等［17］研究，雅魯藏布江在中新世已經(jīng)貫通，而現(xiàn)有古湖相沉積多出現(xiàn)在二級階地中，均為中更新世之后的沉積物。而且雅魯藏布江中游地區(qū)峽谷與寬谷相間分布［18］，峽谷段山高谷深，容易被堵塞形成堰塞湖（圖1）。如雅魯藏布江大峽谷入口處的冰磧壟階地，應(yīng)為殘留壩體，但其年代較年輕，最老的約為11 ka BP，晚于湖相沉積物的30 ka BP［12］。而后來研究證明古湖相沉積年代范圍分布在75～13 ka之間，則隆弄冰川的冰礫阜階地年代也發(fā)育于24～17.6 ka，早于11 ka BP［7，19-20］。湖相中的冰筏沉積也是冰川堵江的佐證之一［6，19］。因此，目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)同，雅魯藏布江中游的湖相沉積物成因為古堰塞湖沉積［4，6-10，19-20］。

2 近現(xiàn)代堵江災(zāi)害

雅魯藏布江中游河谷呈峽谷與寬谷相間的串珠狀分布，從雅魯藏布江大峽谷往上游分別有米林寬谷、加查峽谷、澤當(dāng)寬谷、大竹卡—約居峽谷、日喀則寬谷［圖1（a）］。該區(qū)域山高谷深，冰川發(fā)育，新構(gòu)造運(yùn)動活躍，峽谷段極易被堵塞。

（1）冰川/冰磧物

雅魯藏布江中游南側(cè)的喜馬拉雅山和拉軌崗日，北側(cè)的念青唐古拉山，都發(fā)育了現(xiàn)代冰川［圖1（a）］。南迦巴瓦峰西側(cè)的則隆弄冰川屬于海洋型冰川［21］，該冰川在20世紀(jì)曾兩次躍動前進(jìn)堵塞雅魯藏布江［22］。2018年，雅魯藏布江大峽谷的加拉村便發(fā)生了冰川崩塌攜帶碎屑物質(zhì)的堵江事件。

（2）泥石流

青藏高原東南部降水豐富，泥石流是常見的地質(zhì)災(zāi)害，引起的堵江事件也時有發(fā)生［23-24］。加查峽谷上游的雅魯藏布江流域降雨量銳減，但物理風(fēng)化強(qiáng)烈，山谷中碎屑物質(zhì)豐富，為泥石流提供了充足的物質(zhì)來源。在強(qiáng)降雨或者上游冰湖潰決時，也容易形成泥石流堵塞河道。

（3）崩塌/滑坡

青藏高原新構(gòu)造運(yùn)動活躍，地震多發(fā)，且峽谷山體陡峭，容易發(fā)生滑坡或者山體崩塌，導(dǎo)致堵江［圖1（a）］［25］。林芝地區(qū)豐富的降水或者冰川融水的潤滑作用，易導(dǎo)致山體滑坡堵塞雅魯藏布江。

3 堰塞壩地貌特征

雅魯藏布江中游寬谷段河谷寬數(shù)千米，而長達(dá)上百千米的峽谷，河道僅數(shù)十米到數(shù)百米寬，因此堵江壩體多位于狹窄河段。

（1）雅魯藏布江大峽谷

世界第一大峽谷，最大高差達(dá)5 382 m，河槽最窄處僅35 m［26-27］。大峽谷為水汽通道，為林芝地區(qū)帶來豐富降水，形成海洋型冰川則隆弄冰川。在晚更新世冰期則隆弄冰川前進(jìn)至河道，形成從派鎮(zhèn)到龍白村約20 km的扇形冰川壩體，在雅魯藏布江大峽谷入口處尚保留著高大的冰磧壟［圖2（a）］［22，28］?；钴S的構(gòu)造運(yùn)動，多發(fā)的地震，也可能在地質(zhì)歷史時期誘發(fā)滑坡或者山體崩塌堵江［14］。

圖2 雅魯藏布江大峽谷入口處則隆弄冰川冰磧壟（鏡頭向東北）（a）和大竹卡—約居出口典型的冰川U形谷（鏡頭向西北）（b）Fig.2 Moraine of the Zelunglung Glacier at the entrance of the Yarlung Tsangpo Gorge（northeastern view）（a）and a typical U-shaped valley at the outlet of the Dazhuka-Yueju gorge（northwestern view）（b）

（2）加查峽谷

來自印度洋的水汽自加查峽谷往上游迅速減少，但加查峽谷兩岸仍發(fā)育有現(xiàn)代冰川。加查峽谷入口處桑日縣扎巴村附近保留的冰磧壟，被認(rèn)為是曾經(jīng)堵塞雅魯藏布江的殘留壩體［8］。

（3）大竹卡—約居峽谷

在大竹卡—約居峽谷，可能的堵江點(diǎn)有三處，即峽谷入口的大竹卡、仁布扎西林（仁布火車站）和峽谷出口的約居。大竹卡地區(qū)兩岸均保留有海拔接近的河流階地，成因為泥石流，可能曾經(jīng)阻斷了雅魯藏布江；仁布扎西林同樣出現(xiàn)泥石流堵江，形成上、下兩個古堰塞湖［3］。但在下游的峽谷中仍有湖相堆積階地，相應(yīng)的堵江位置應(yīng)在峽谷出口的約居附近，如稍下游的冰川物質(zhì)泥石流堵江，筆者判斷為約居南岸支溝的冰川/冰磧物堵江［圖2（b）］［10，29］。

新構(gòu)造運(yùn)動的縱向拉張斷裂，切過雅魯藏布江河道，形成南北向斷層。斷層上游一側(cè)為下降盤，成為寬谷；下游一側(cè)上升，成為堰塞壩，也能導(dǎo)致雅魯藏布江中游出現(xiàn)串珠狀古堰塞湖群［18］。此類堰塞湖僅在構(gòu)造上升速度較快，下切速度小于上升速度時才能壅水成湖，基巖壩體穩(wěn)定且存在時間較長，與古堰塞湖沉積中記錄到湖面海拔波動不符［30］。

4 古湖海拔

湖面海拔是古堰塞湖的最主要參數(shù)之一，一般可以通過古湖岸線、古湖相沉積和殘留堰塞壩的海拔高度來恢復(fù)和限定。

（1）林芝段古堰塞湖

不同期次的殘留冰磧物壩體和湖相沉積物，經(jīng)過后期侵蝕形成的多級階地，是該地區(qū)古堰塞湖海拔最直接的證據(jù)。大峽谷入口附近的派鎮(zhèn)到加拉村均有冰磧物分布，并形成4級階地，海拔大致從2 950 m、3 050 m、3 125～3 150 m到3 600 m［19-20，23，31］（表1）。該地區(qū)的古湖相沉積物分布廣泛，其頂部海拔從2 906 m到3 800 m均有報導(dǎo)，主要集中于約2 950～3 200 m和3 530 m之間［4，6-7，12-13，20，23，31-33］。另外，古湖岸線也是識別古湖泊海拔的證據(jù)之一，林芝地區(qū)的雅魯藏布江河谷內(nèi)辯識出一期次為3 530 m的疑似古湖岸線［32］?？梢?，林芝地區(qū)可能發(fā)育多期次不同海拔的古堰塞湖，而加查峽谷年代在13 ka左右的古洪水沉積物海拔為3 076～3 123 m［34］，表明該時期的格嘎古堰塞湖回水末端位于加查峽谷下游河段。根據(jù)大量古堰塞湖沉積形成的河流階地研究［32］，該期古堰塞湖海拔大約為3 180 m，消亡于13 ka?？梢?，二者的海拔及年代均較為相近，晚更新世格嘎古堰塞湖海拔很可能是3 180 m。

表1 雅魯藏布江中游古堰塞湖研究Table 1 Previous studies of the dammed palaeo-lakes in the middle Yarlung Tsangpo River

（2）澤當(dāng)寬谷

由于判斷的地貌依據(jù)不同，杰德秀古堰塞湖的海拔高度及范圍存在差異。拉薩附近的河流階地顯示，曾經(jīng)的湖面高度有可能達(dá)到3 650 m［36］。在澤當(dāng)寬谷曲水縣和貢嘎縣的古堰塞湖相沉積階地的頂面海拔約3 600 m，而多處湖相沉積物的頂面海拔高度約為3 585 m［5，8，20，35］。因此，澤當(dāng)寬谷晚更新世最有可能發(fā)育3 585 m的古堰塞湖。

（3）日喀則寬谷

仁布大橋東側(cè)湖相階地海拔為3 980 m，而位于回水末端日喀則市附近的古堰塞湖相沉積海拔約3 811 m［3，37］。峽谷出口約居對岸支溝口可能的壩體殘留平臺海拔為3 797 m，與后者較為吻合［28］。因此，大竹卡古堰塞湖的海拔應(yīng)為3 811 m。

5 古湖發(fā)育時間

雅魯藏布江中游不同河段在晚更新世和全新世發(fā)育多個古堰塞湖，同一河段可能發(fā)育著多期次、不同海拔的堵江事件（表1）［2，6-7，20］：

（1）林芝地區(qū)古堰塞湖沉積和疑似壩體的年代，有14C、光釋光（OSL）、熱釋光（TL）、電子自旋共振（ESR）和10Be暴露年代等測年數(shù)據(jù)。限定的古堰塞湖起訖時間差異較大，大多數(shù)年代結(jié)果在41 ka之后的晚更新世以及全新世的冷期［4，6-7］，但也有更早的古堰塞湖年代報導(dǎo)［20］?？赡苡?期或4期堵江事件［7，32］，但大多數(shù)研究識別出兩期不同海拔的堵江事件，分別出現(xiàn)在晚更新世和早全新世［4，6，19-20，33］。結(jié)合表1中的海拔分析，或許還存在一期1.8～1.2 ka的低海拔古堰塞湖。

（2）杰德秀的湖相沉積測得OSL年代為13.5 ka，而周邊湖相沉積頂部螺殼年代為15.4 cal.ka BP［8，20］。澤當(dāng)寬谷曲水縣和貢嘎扎西崗的湖相沉積年代顯示杰德秀古堰塞湖發(fā)育于16.1～12.8 ka［5］。拉薩市的階地表明該地區(qū)一直被水體覆蓋到0.9 ka［36］，但其與杰德秀古堰塞湖的關(guān)系需要進(jìn)一步驗證。

（3）在雅魯藏布江中游日喀則寬谷段，釋光和14C測得湖相沉積物的年代為25.6 ka至12.3 ka BP，大竹卡湖相沉積剖面中河流砂的OSL測年為（12.7±0.7）ka［3，20］。尼木縣境內(nèi)的雅魯藏布江大竹卡—約居峽谷段內(nèi)，湖相階地中的木屑測年結(jié)果為37 ka BP［5，18］。筆者對該地區(qū)古堰塞湖沉積物組成的河流階地進(jìn)行定年，發(fā)現(xiàn)該古堰塞湖發(fā)育于

<32.3～13.2 cal.ka BP［9］。

6 古湖之間的時空關(guān)系

堵江事件與河谷地形、地貌關(guān)系密切，其影響范圍涉及古堰塞湖發(fā)育河段及其下游。雅魯藏布江中游各段的晚更新世古堰塞湖均有較為完整的研究，但它們之間的時空關(guān)系不明確，缺乏整體的認(rèn)識。

6.1 空間關(guān)系

3個河段古堰塞湖之間的空間關(guān)系，是理解雅魯藏布江中游古堰塞湖發(fā)育演化的關(guān)鍵。林芝地區(qū)最高古堰塞湖沉積報導(dǎo)為3 800 m［32］，筆者在對比日神山的多次野外調(diào)查過程中，并未發(fā)現(xiàn)該套古湖相沉積，相應(yīng)海拔高度大多為風(fēng)砂堆積。而且南伊溝溝頭低于該海拔，因此晚更新世應(yīng)該不存在該海拔的格嘎古堰塞湖。該地區(qū)大量湖相沉積階地和則隆弄冰川冰磧壟階地表明，晚更新世林芝地區(qū)很可能存在一期3 180 m的古堰塞湖［7］。但格嘎古堰塞湖相關(guān)成因的階地海拔也有較多約3 530 m的報導(dǎo)，因此林芝地區(qū)古堰塞湖的最大海拔可能達(dá)到3 530 m［4，7］。該海拔古堰塞湖可回水至加查峽谷，但未到達(dá)上游的堵江點(diǎn)扎巴村，林芝古堰塞湖應(yīng)該屬于一個獨(dú)立的古堰塞湖。而杰德秀古堰塞湖的海拔可能是3 585 m，回水至曲水縣附近，但與上游約居壩體海拔（3 797 m）相差較大，也應(yīng)該為一獨(dú)立的古堰塞湖。杰德秀古堰塞湖海拔與林芝地區(qū)3 530 m古堰塞湖海拔較為相近，不能完全排除二者為同一個堰塞湖的可能性［8，20］。

從日喀則至仁布段河谷，胡敬仁等［3］認(rèn)為存在江當(dāng)和仁布兩個古堰塞湖。但在仁布下游的峽谷河段仍存在著古堰塞湖沉積，且約居南岸冰磧壟平臺海拔與日喀則古湖相沉積頂面海拔相近，筆者認(rèn)為日喀則—約居河段應(yīng)該都屬于大竹卡古堰塞湖［29］。因此，雅魯藏布江中游在晚更新世應(yīng)發(fā)育3個相互獨(dú)立的古堰塞湖。

6.2 發(fā)育年代及成因聯(lián)系

據(jù)上述可知，雅魯藏布江中游3個河段在晚更新世均發(fā)育有古堰塞湖，為同時存在的獨(dú)立古堰塞湖，但具體起訖時間存在著差異。各段古堰塞湖形成時間不一，表明雅魯藏布江中游分段堵江并非形成于某一次事件（如地震）。大部分研究顯示3個古堰塞湖沉積物年代主要集中于末次冰期晚冰階，與該區(qū)域冰川前進(jìn)堵江成因解釋相吻合［7］。結(jié)合影像數(shù)據(jù)和中國冰川編目發(fā)現(xiàn)，從雅魯藏布江大峽谷到加查峽谷和大竹卡—約居峽谷，現(xiàn)代冰川面積逐漸減少。印度洋水汽通過雅魯藏布江大峽谷向高原內(nèi)部輸送，加查峽谷以上降水量急劇減少［38］。末次冰期降水減少，此通道傳輸?shù)拇蟛糠炙德湓诹种サ貐^(qū)，加上地形高差減小等地貌條件差異，導(dǎo)致上游河段冰川前進(jìn)范圍和速率滯后。因此，末次冰期則隆弄冰川首先前進(jìn)至雅魯藏布江，形成堵江事件，如Zhu等［20］提出的70～40 ka堵江事件。加查峽谷和大竹卡—約居峽谷段冰川前進(jìn)速率較慢，前進(jìn)至河道的堵江時間要晚于林芝地區(qū)，最早年代數(shù)據(jù)為大竹卡—約居峽谷湖相層內(nèi)朽木的37 ka BP［18］。

各河段古堰塞湖的消亡時間則相對較為接近，均有約13 ka記錄，加查峽谷及下游布拉馬普特拉河也有相近時間段的洪水記錄［5，7，9，34，39-40］。但大竹卡古堰塞湖壩體位于峽谷出口，潰決洪水進(jìn)入寬谷河段能量分散，且與杰德秀古堰塞湖回水末端接近，導(dǎo)致二者之間河段難以形成古洪水沉積。相近的消亡時間表明3個古堰塞湖的潰決過程可能存在著關(guān)聯(lián)：①冰川在暖期的先后退縮，導(dǎo)致古堰塞湖相繼消亡；②或者是該區(qū)域的某次地震，導(dǎo)致湖岸崩塌形成巨浪或壩體失穩(wěn)而潰決［41］；③上游潰決洪水沖垮下游壩體，導(dǎo)致連鎖潰決反應(yīng)；④洪水、冰川退縮和地震相互作用，導(dǎo)致潰決時間的接近。因此，應(yīng)精確限定3個古堰塞湖的消亡年代，結(jié)合古地震研究，分析消亡原因。

雅魯藏布江中游古堰塞湖消亡后，其沉積物被逐漸侵蝕下切成為河流階地，在下游形成洪水堆積。該區(qū)域峽谷裂點(diǎn)主要成因是高原抬升，造成侵蝕基準(zhǔn)面發(fā)生改變，河流溯源侵蝕與區(qū)域快速抬升導(dǎo)致河流比降發(fā)生突變［18，42］。壩體上游由于古堰塞湖及其沉積物的存在，侵蝕速率減緩；古堰塞湖時期壩體下游水體挾沙能力增強(qiáng)，加上潰決洪水，侵蝕速率加快［42-45］。林芝地區(qū)古堰塞湖潰決洪水達(dá)1×106～5×106m3·s-1，日喀則地區(qū)古堰塞湖潰決洪水達(dá)3.4×105m3·s-1。三個古堰塞湖潰決形成的巨大洪水強(qiáng)烈侵蝕雅魯藏布江中游峽谷，在峽谷地區(qū)形成裂點(diǎn)和瀑布［4，9］。重復(fù)堵江事件使得侵蝕速率和山體抬升速率一致，裂點(diǎn)長時間停留在峽谷內(nèi)，造就了青藏高原高聳的邊緣，但主導(dǎo)因素應(yīng)該為山體抬升［44，46］。

7 結(jié)論

在末次冰期，雅魯藏布江大峽谷、加查峽谷和大竹卡—約居峽谷被堵塞，形成3個獨(dú)立的古堰塞湖，其成因均與冰川相關(guān)。由于地貌及降水條件等差異，不同河段冰川運(yùn)動速率不一，堵江事件發(fā)生的時間存在著差異。而3個古堰塞湖都消亡于13 ka，表明它們可能存在著連鎖潰決反應(yīng)，并導(dǎo)致巨大洪水，對下游河谷地貌產(chǎn)生深刻影響。