青藏高原地區(qū)黃河反Z形河道的成因機制分析

關鍵詞：黃河；反Z形河道；斷裂控河；青藏高原

黃河流域是我國重要的生態(tài)屏障，對其形成與演化的研究一直備受關注。長久以來，主流觀點認為地貌演化對黃河的形成有決定性作用，強調(diào)以外動力地質作用為主，是基于“構造相對穩(wěn)定的背景下，長期的侵蝕作用使前期形成的地層、構造變形和地形被夷平，最終形成跨水系并逐漸降低直至與海平面平緩銜接的準平原”這一理論基礎的。因此，夷平面被視為限定現(xiàn)代深切河谷形成的最高級層狀地貌面，是河流形成演化最直接的證據(jù)。然而，黃河等大河的形成與演化，多發(fā)生在構造運動相對活躍的構造帶上。黃河從源頭至甘肅榆中縣來紫堡鄉(xiāng)的黃河第四大拐點，橫跨松潘一甘孜、東昆侖、秦嶺一大別、苦海一賽什塘、祁連等五大構造帶，構成獨特的反Z形河道組合樣式，這些構造帶在反Z形河道的形成與演化中起著什么作用？從黃河河道的產(chǎn)出與分布來看，大多數(shù)河段呈長線型延伸、短折線拐彎和鋸齒狀擺動等幾何學樣式，并且與區(qū)域性斷裂在空間上極為吻合，兩者有何關聯(lián)？是否另有比地形地貌約束、控制河道更重要的主控因素？本文對這些問題進行了探析。

1黃河源頭一蘭州河段的地質構造特征

1.1區(qū)域地貌特征

黃河發(fā)源于青海省巴顏喀拉山脈北麓的沖天山脈、扎陵湖和鄂陵湖之西的卡日曲（卡日曲一尕日阿強喀曲一拉浪情曲一那扎隴查河），黃河源區(qū)最高海拔5396m。從卡日曲到黃河第一大拐彎，河道位于其南的巴顏喀拉山脈與其北的布爾汗布達山一阿尼瑪卿山脈這兩條近乎平行山系的結合部腹地（見圖1a）。從源頭經(jīng)過扎陵湖、鄂陵湖，一路SEE向過瑪多到達鄂多嘎瑪后，被NE向的登隆一卡隆花崗巖帶形成的山系阻攔，NE向拐彎至唐克鎮(zhèn)邏花村尕瑪哲昌一帶到達第一大拐點，構成黃河九曲之第一曲河段，河道總體與其南的巴顏喀拉山脈和其北的布爾汗布達山一阿尼瑪卿山脈平行。已獲得的各河段最高階地年齡分別為：源區(qū)161～25ka，扎陵湖鄉(xiāng)一瑪多86ka，多石峽43～25ka，達日縣115～86ka，久治縣161ka。

過唐克鎮(zhèn)邏花村第一大拐點后，被NW-SE向的喬迪一達爾隆一郎杰山系阻擋，黃河NWW向流經(jīng)瑪曲縣城東5km的瑪曲漁場后，被NWW-SEE向的尕海一寧木特山系圍限，加之受東昆侖活動斷裂左行走滑影響，黃河到達第二大拐點瑪沁縣大武鄉(xiāng)唐乃亥村：此后NE向到達唐乃亥一羊曲一帶沿谷地進入共和縣龍羊峽（第三大拐點），受NWW-SEE向花崗巖帶攔截阻擋，形成了龍羊峽庫區(qū)。黃河沿兩個花崗巖帶之間的斷裂帶SE向開谷流出后，受南祁連山系的圍限以及龍羊峽一鹽鍋峽一帶區(qū)域性大斷裂約束，SEE向流向第四大拐點甘肅榆中縣來紫堡鄉(xiāng)。至此，黃河完成了源頭一蘭州段的反Z形組合河道樣式。第一至四拐點間主要控河斷裂的活動時間見圖lb（據(jù)文獻修編，斷層活動年齡數(shù)據(jù)引自文獻），主要集中在距今1.25～1.1Ma和0.6～0.1Ma，與青藏高原東北段距今1.2～0.6Ma和0.15Ma發(fā)生的階段性隆升事件基本吻合。

1.2區(qū)域構造帶與黃河展布的關系

從區(qū)域大地構造角度來看，黃河流經(jīng)青藏高原東北緣的3個大拐彎形成的反Z形河道，始于NWW向的松潘一甘孜構造帶，向下游依次跨過NWW向東昆侖構造帶-NE向苦海一賽什塘構造帶-近E-W向的秦嶺一大別構造帶-NWW向祁連構造帶等5個區(qū)域性大地構造單元（見圖1b）。

1）松潘一甘孜構造帶：又稱巴顏喀拉構造帶，由南、北2個3級構造帶組成。北構造帶為瑪多一瑪沁前陸隆起帶，北側以布青山南緣斷裂為界與馬爾爭蛇綠混雜巖帶相接，南側以昆侖山口一甘德斷裂為界與可可西里前陸盆地連接。該構造帶的南、北邊界均為區(qū)域性大斷裂，南界為通天河（西金烏蘭一玉樹）蛇綠混雜巖帶，北界為康西瓦一修溝一磨子潭地殼對接帶（兩大板塊邊界）。黃河靠近構造帶北緣，與康西瓦一修溝一磨子潭地殼對接帶大構造帶總體平行。源頭一達日一甘德一帶，黃河受斷裂作用控制較為明顯，河之北的昆南斷裂、布青山山前斷裂和河之南的巴顏喀拉山前斷裂，形成兩山夾一斷陷帶格局。斷陷帶內(nèi)部瑪多斷裂、巴顏喀拉山前斷裂和麻多一野牛溝斷裂的發(fā)育，破壞了古湖相階地的層狀地貌，控制了黃河源區(qū)水系的整體展布。

2）東昆侖構造帶：呈NWW向展布于東昆侖北坡一鄂拉山一帶，北部以昆北斷裂為界與柴達木地塊分開，南部以昆中斷裂為界與康西瓦一修溝一磨子潭地殼對接帶為鄰，東端以苦海一賽什塘斷裂為界與西秦嶺造山帶分隔。東昆侖構造帶可進一步劃分為祁漫塔格一夏日哈巖漿弧、十字溝蛇綠混雜巖帶、昆北復合巖漿弧、鄂拉山陸緣弧等次級構造帶。這些構造帶近乎平行于邊界大斷裂分布，各帶間均以區(qū)域性大斷裂為界。阿尼瑪卿山是東昆侖構造帶南緣的造山帶，黃河自源頭至第二大拐點，流域發(fā)育的NWW向密集斷裂平行于阿尼瑪卿山山前大斷裂，控制河道的總體延伸方向，與主構造線近乎垂直的NE向斷裂左行切割NWW向斷裂，導致此段河道發(fā)生多次短折線拐彎，并形成局地鋸齒狀組合樣式（見圖1b）?，斍h城以南東昆侖構造帶的最東端（阿尼瑪卿山傾伏端）與西秦嶺構造帶間為NW向的瑪曲一若爾蓋左行大斷裂，該斷裂帶正好是黃河經(jīng)第一大拐點后向NWW向延伸通過處。因此，斷裂嚴格控制此處河道的拐彎。

3）苦海一賽什塘構造帶：為分割東昆侖與西秦嶺兩大造山帶的NE向構造帶（見圖2，據(jù)文獻修編），是一蛇綠構造混雜巖帶。該帶之西為東昆侖東段鄂拉山巖漿弧，之東為秦嶺一大別構造帶最西端的澤庫前陸盆地。圖2清晰顯示出黃河在瑪沁縣大武鄉(xiāng)唐乃亥（黃河第二大拐點）之后完全進入苦海一賽什塘構造帶呈NE向分布之特征，是斷裂構造嚴格控制黃河河道并引導其拐彎的最好例證。

4）秦嶺一大別構造帶：本文所述區(qū)域僅涉及該構造帶最西端的澤庫前陸盆地。該前陸盆地位于苦海一賽什塘構造帶東側，形成于中一晚三疊世，是一個極罕見的受兩個不同方向碰撞造山帶聯(lián)合作用控制的復合型前陸盆地。

5）祁連構造帶：在本研究區(qū)為南祁連構造帶的宗務隆山陸緣裂谷帶，與東昆侖構造帶相接。南祁連構造帶呈NWW向沿達肯達坂一居洪圖一陽康一化隆一帶分布。以宗務隆山一青海南山斷裂為界，西段、東段分別與宗務隆山陸緣裂谷、澤庫復合型前陸盆地毗鄰，東延進入甘肅后可能尖滅于臨夏以西一帶。南祁連構造帶阻止了黃河在苦海一賽什塘構造帶NE向的延伸，在到達龍羊峽（第三大拐點）后向SEE向大拐彎。第三與第四大拐點間的河道受控于宗務隆山大斷裂，主體呈SEE向延伸。循化一鹽鍋峽一帶是祁連構造帶近S-N向被截切而迅速尖滅的地帶，黃河也因此在第四大拐點后再次向NE向大拐彎。

2區(qū)域主要斷裂、黃河河道延伸樣式及成因機制

反Z形河段區(qū)域斷裂構造極為發(fā)育，主要有近E-W（ NWW）向、NE向、NW向3組斷裂。此段內(nèi)，黃河河道的延伸樣式可分為長線型延伸、短折線拐彎與鋸齒狀擺動3種樣式。

2.1近E-W（NWW）向斷裂主控反Z形河段的長線型延伸河道

近E-W（NWW）向斷裂組是反Z形河段內(nèi)最發(fā)育的一組斷裂，由分割四大E-W（NWW）向構造帶的邊界斷裂和與之平行的眾多次級斷裂組成。斷裂平行于區(qū)域內(nèi)主構造線，長數(shù)百千米，部分達1000km。這些斷裂控制黃河反Z形河道的總體走向，如黃河源頭至第一大拐點、第一與第二大拐點間、第三與第四大拐點間，這3段河道大多位于NWW向斷裂帶中，河岸地質體同為強能干性巖石，而河道地質體則為斷層破碎帶碎裂巖和構造角礫巖。龍羊峽河段張性、張扭性斷裂帶發(fā)育，峽谷的形成主要受張性或張扭性斷裂結構面控制。這些斷層破碎帶碎裂巖、構造角礫巖等易碎易溶易侵蝕地質體，為開谷成河提供了必要條件。

圖3為黃河在甘肅瑪曲縣城一青海同德縣沙格達一帶河道發(fā)育的3種延伸樣式（據(jù)文獻修編）。河道產(chǎn)于阿尼瑪卿山造山帶北麓山前大斷裂帶內(nèi)，顯示出斷裂控河形成的長線型延伸樣式：在柯生地區(qū)受NE向晚期斷裂交切改造，河道發(fā)生2次短折線拐彎。

2.2NE向、NW向斷裂主控短折線拐彎河道

該區(qū)域NE向斷裂組有4種類型：一是分割東昆侖與西秦嶺兩大造山帶的NE向苦海一賽什塘斷裂組，該斷裂構造組嚴格控制黃河河道由第二大拐點向第三大拐點的NE向延伸，河道產(chǎn)于斷裂帶內(nèi)，河岸NW的拉西瓦一帶最高級河流階地年代約為距今150ka，佐證了這一時期斷裂的強烈活動性和河流貫通龍羊峽的記錄，是黃河橫切早期斷裂并沿后生斷裂開河成谷的典型例證。二是產(chǎn)于松潘一甘孜構造帶內(nèi)的NE向斷裂組，方向與主構造線近乎垂直，多具有左行走滑性質。這些斷裂主要是因青藏高原隆升時印度板塊NE向擠入歐亞板塊而形成的走滑斷裂，在切割NWW向斷裂后，導致黃河在柯生一帶發(fā)生多次NE向短折線拐彎（見圖3）。三是開辟了鹽鍋峽峽谷河道的孔家寺一河口斷裂，SE120°走向的虎狼溝斷裂與孔家寺一河口斷裂交切后，黃河出NE50°峽谷后短折線轉向SE105°，這兩組斷裂對鹽鍋峽及出峽拐彎起了決定性作用。四是產(chǎn)于臨縣一蘭州一靖遠一帶的NE向斷裂組，可能是阿拉善地塊與東鄰的賀蘭山構造結合帶在蘭州之南的響應，不僅限制了南祁連構造帶SE向延伸在臨夏一帶傾沒，而且產(chǎn)生了多條較大規(guī)模的NE向隱伏斷裂，導致黃河在第四大拐點后轉向NE向延伸（見圖4，據(jù)文獻修編，斷層活動年齡數(shù)據(jù)引自文獻。

NW向斷裂組在反Z形河段內(nèi)為2條區(qū)域大斷裂。一為阿尼瑪卿山山前大斷裂，是分割東昆侖構造帶與西秦嶺構造帶的分界斷裂，黃河河道正好產(chǎn)于這兩大構造帶結合部，控制黃河經(jīng)第一大拐點后向NWW向延伸至第二大拐點。二為瑪沁縣城北一德令哈一帶的哇洪山一溫泉斷裂，是東昆侖構造帶最東緣鄂拉山巖漿弧與其西的祁漫塔格一夏日哈巖漿弧這兩個3級構造帶的分界斷裂．黃河第一大拐點一帶河道完全與該NW向斷裂平行，河道產(chǎn)于該斷裂組的次級斷裂帶中。

2.3 NE向、NW向兩組斷裂交切形成鋸齒狀擺動延伸河道

在反Z形河段，NE向、NW向兩組斷裂密集且后期斷裂組交切早期斷裂組形成網(wǎng)狀斷裂組合，導致河道在局地形成鋸齒狀擺動河道組合形態(tài)。最具代表性的鋸齒狀擺動河道見于瑪沁縣城之北的多松一拉加一帶，NW向與NE向兩組近垂直的斷裂組控制河道形成7個斜列式鋸齒狀擺動河道（見圖3）。

黃河自第三大拐點以東的貴德、尖扎、循化、劉家峽一帶，NE向斷裂組切交NWW（近E-W）向斷裂組，形成4個鋸齒狀擺動河段（見圖4）。另外，在久治縣北的沙科村一帶，NE向斷裂組左行斜切NW向斷裂組，形成了3個鋸齒狀擺動河段（見圖1）。

3反Z形河道的形成機制

印度板塊對歐亞板塊的向北推擠作用是青藏高原隆升的主要動力源，經(jīng)歷了多階段、多形式、多機制、多塊體地球動力學構造演化過程，有5次隆升、4次隆升、3次隆升等不同認識，與黃河形成有關的最晚次強烈隆升時間主要有距今21～12Ma、13Ma以來、10～5Ma、1.0～0.8Ma、1.4Ma、0.41Ma、0.37Ma等認識。前人對反Z形河段主要斷裂的活動時間進行了詳細研究（見圖1、圖4），其中：以東昆侖斷裂為代表的近E-W（NWW）向斷裂的活動時間主要集中在距今1.25～0.1Ma和10ka：以貴德一李家峽斷裂為代表的NE向斷裂的活動時間主要集中在距今11.3Ma和0.6～0.5Ma；以德欠寺、循化斷裂等為代表的NW向斷裂的活動時間較多，可分為距今21.9～11.3Ma、1.68～1.25Ma、0.26～0.21Ma、404.70～1.18ka四期與青藏高原東北段在距今25～10Ma、1.8～1.7Ma、1.2～0.6Ma以及0.15Ma以來發(fā)生的階段性隆升基本吻合。因此，印度板塊NE向的強烈擠入是黃河形成與演化的主因。

印度板塊向NE向擠入過程中，受阿拉善和鄂爾多斯兩地塊的正向聯(lián)合阻擋，在構造上表現(xiàn)為NWW-SEE復合與疊加造山帶，在地貌上表現(xiàn)為隆起與凹陷相間。在青藏高原分別形成兩大水系的源頭，在巴顏喀拉山脈北麓匯聚的水流沿斷陷帶SEE向流淌匯聚成河，即形成黃河的源頭。NWW-SEE向的構造帶、斷裂帶對黃河SEE向流淌產(chǎn)生了強有力的約束。同時，在這一應力場中派生了NE向張性斷裂帶（見圖5）。

印度板塊長期NE向擠入與間隙回彈應力調(diào)整過程中，受到四川地塊、秦嶺、鄂爾多斯地塊聯(lián)合構成的斜向（NNE向）基底阻擋后，加劇了NE向張性走滑斷裂的活動，從而形成NE向巖石破碎帶，為開谷成河創(chuàng)造了條件，導致河流由原SEE向短折線大角度向NE向拐彎（如黃河第一大拐彎）。同時，導致了NWW-SEE向區(qū)域性大斷裂的左行走滑，驅使NW盤大幅度沉降，沿走滑斷裂帶形成西高東低的斜掀式地塹，河流向NE向前行，遇到前方下一個NWW-SEE向山脈或斷裂帶阻擋后，逼迫河流向NW-NWW向回流，形成了黃河獨有的斜U形大回流（如第一拐點向第二拐點的回流）。當NW向回流長度較大時，形成了反Z形河道組合樣式：當NW向回流長度較小時，形成局地小型斜U形折線（如青海久治縣門堂鄉(xiāng)的回流）。

NE向張性走滑斷裂帶是引導河道由SEE向短折線大角度NE向拐彎的主控因素。NE向張性走滑斷裂帶NW盤的斜傾式沉降和前方的NWW-SEE向區(qū)域性大斷裂及山系的阻擋，導致黃河河道由NE向再次拐彎向NWW向回流。

4結論

河流演化是地質地貌過程，既有淺表過程也有深部過程，均取決于區(qū)域地球動力學過程。青藏高原地區(qū)持續(xù)向NE方向推擠、推覆隆升地質過程，在阿拉善和鄂爾多斯兩地塊的正向聯(lián)合阻擋下，構造上表現(xiàn)為NWW向復合與疊加造山帶，地貌上表現(xiàn)為隆起與凹陷相間，河流主流向總體與主構造帶展布方向平行。

青藏高原地區(qū)NE向推擠受到四川地塊、秦嶺構造帶、鄂爾多斯地塊聯(lián)合構成的斜向（NNE向）基底阻擋后，加劇了NE向張性走滑斷裂活動，導致河流由原SEE向短折線大角度向NE向拐彎。NWW-SEE向區(qū)域性大斷裂的左行走滑，驅使NE向張性走滑斷裂的NW盤大幅度沉降，形成西高東低的斜掀式地塹，河流向NE方向前行遇到前方下一個NWW-SEE向山脈或斷裂帶阻擋后，逼迫河流向NW-NWW方向回流，形成了黃河獨有的斜U形大回流。NE向張性走滑斷裂帶是河道由SEE向短折線大角度向NE向拐彎的主控因素。受NE向剪切與走滑斷裂的改造，河道NE向拐彎后形成了反Z形河道。

反Z形河段流經(jīng)五大構造帶，大多數(shù)河段產(chǎn)于斷層碎裂巖帶中，河道大多分布于造山帶山前大斷裂、構造單元結合部。近E-W（NWW）向斷裂主控長線型延伸河道，NE向、NW向斷裂主控短折線拐彎河道，NE向、NW向兩組斷裂交切形成了鋸齒狀擺動延伸河道。斷裂構造是控制河道形成、演化、延伸、拐彎和形成反Z形河道組合樣式的主控因素。