李翠平 王 萍* 錢 達2， 唐茂云

1)中國地震局地質研究所， 地震動力學國家重點實驗室， 北京 100029 2)中國地質大學， 北京 100029

雅魯藏布江大峽谷入口河段最近兩期古堰塞湖事件的年齡

李翠平1)王 萍1)*錢 達2，1)唐茂云1)

1)中國地震局地質研究所， 地震動力學國家重點實驗室， 北京 100029 2)中國地質大學， 北京 100029

在雅魯藏布江大峽谷入口河段， 分布著多級含湖相沉積的階地， 在河床下還埋藏有巨厚的河湖相覆蓋層。通過對階地沉積和河床覆蓋層淺部沉積物的光釋光和14C測年， 初步建立了河谷上部沉積的地層年代學框架， 揭示出雅魯藏布江大峽谷入口河段在末次盛冰期以來至少發(fā)育2期古堰塞湖(古堰塞湖Ⅰ， 古堰塞湖Ⅱ)， 其沉積年齡分別為7～9ka、 20～30ka， 并形成2級連續(xù)的海拔高度分別為2,906～2956m、 3,100～3060m的堆積階地(T1， T2)。古堰塞湖的沉積時間與青藏高原地區(qū)末次冰期冰盛期和全新世早期低溫事件相對應， 推測是南迦巴瓦峰西坡的則隆弄冰川活動形成冰川堰塞壩堵塞河道的結果。古堰塞湖Ⅰ分布范圍較小， 在大渡卡—米瑞發(fā)育湖相沉積， 湖尾大致在米林縣城附近， 沉積厚度5～8m。古堰塞湖Ⅱ發(fā)育范圍較廣， 湖相沉積在大渡卡—臥龍均有出露， 湖尾大致在朗縣附近， 最大沉積厚度超過100m。古堰塞湖Ⅱ被后期河流沖刷， 可形成1～3級次級階地。

雅魯藏布江 階地 光釋光測年 古堰塞湖 冰川堵江

0 引言

發(fā)源于青藏高原南部的雅魯藏布江， 在流經(jīng)喜馬拉雅東構造結時河道大拐彎， 穿越海拔7782m與7294m的南迦巴瓦峰和加拉白壘峰時河道深切， 形成世界第1大峽谷。近年來， 雅魯藏布江大峽谷入口以上河段顯著的河流階地和湖相沉積引起了廣泛的關注， 湖相沉積被認為是南迦巴瓦峰西坡則隆弄冰川多次前進阻塞河道形成的古堰塞湖沉積(Montgomeryetal.， 2004； 劉宇平等， 2006； Korupetal.， 2008； 張沛全等， 2008； Langetal.，2013； Zhuetal.， 2013； 祝嵩等， 2013)。堰塞壩上游沉積物滯留在河谷底部， 導致了裂點上游寬谷地貌的形成， 阻礙了河流的下切， 保持了青藏高原邊緣的穩(wěn)定性(Korupetal.， 2008)。 Wang等(2014)對入口河段巨厚河床覆蓋層底部河流相砂層的26Al/10Be測年結果顯示， 河道淤積始于2～2.5Ma BP， 是南迦巴瓦-加拉白壘塊體構造隆升的結果。河谷沉積及其河-湖轉換的年代學框架對于理解喜馬拉雅東構造地區(qū)的構造、 氣候與河谷演化的相互關系具有重要意義， 本文圍繞最近2期古堰塞湖沉積的年代， 對階地及河床覆蓋層頂部的地層進行了年代學研究。

前人對古堰塞湖的期次和年齡等做了許多工作， 但仍然存在很大的爭議。Montgomery等(2004)根據(jù)表層沉積的14C年齡， 認為發(fā)育2期古堰塞湖， 分別為全新世早期(9.8～11.3ka BP)發(fā)育的海拔3500m的古堰塞湖、 全新世晚期(1.1～1.74ka BP)發(fā)育的海拔3100m的古堰塞湖。劉宇平等(2006)認為在大峽谷以上河段發(fā)育4期古堰塞湖，14C測年顯示4期古堰塞湖分別發(fā)生在14.9ka BP、 9.8～11.3ka BP、 1.2～1.6ka BP和0.29～0.4ka BP。盡管前述文章中指出所用14C測年物質為木炭， 但未給出采樣地點的具體信息。Zhu 等(2013)主要依據(jù)電子自旋共振(ESR)年齡和湖相沉積層的光釋光(OSL)年齡， 認為有4期古堰塞湖， 分別為中更新世冰期(691～505ka BP)、 末次冰期(75～40ka BP)、 末次冰盛期(27～8ka BP)和新冰期(1.8～1.2ka BP)的古堰塞湖。Huang 等(2014)認為有2期古堰塞湖， 年齡分別>50ka和>36ka， 且后1期古堰塞湖沉積疊覆在前1期古堰塞湖沉積之上。劉維明等(2014)認為僅發(fā)育1期古堰塞湖， 其沉積剖面中粗顆粒(砂)與細粒(黏土)的互層， 代表了洪水期與枯水期的沉積。前人的年代數(shù)據(jù)主要來自階地剖面及上覆堆積物的零星采樣， 測年結果差異頗大， 未見對光釋光測年的測試條件分析和數(shù)據(jù)可信度的評價。在野外， 我們通過對露頭剖面和鉆探巖心的沉積相分析， 結合地層年代測定， 得到大峽谷入口河段沉積剖面由多個河湖相沉積旋回組成。進而對出露地表的湖積階地及河床覆蓋層淺部地層進行了年代學研究， 通過對系列樣品的粗顆粒石英和粗顆粒鉀長石的光釋光測試， 以及與14C年齡的對比， 確定了2期古堰塞湖的沉積時代及階地的形成年齡， 初步探討了氣候與堰塞湖形成的關系。

1 古堰塞湖沉積

雅魯藏布江大峽谷入口以上河段(臥龍—大渡卡)發(fā)育多級含有湖相沉積的階地， 湖相沉積廣泛出露于則隆弄冰川槽谷與雅魯藏布江河谷交會處的上游主河道及其支流(如尼洋曲、 南伊曲)階地剖面中。通過對雅魯藏布江中游加查—加拉河段的河谷地貌與沉積物的調查以及河流縱、 橫剖面的差分GPS測量， 結合地層年代測定， 劃分出2級主要的堆積(湖積)階地： T1和T2(圖1)。

圖1 雅魯藏布江大峽谷入口以上河段的研究點位置(a)和階地地層結構與年齡圖(b， c， d)Fig. 1 Location map of the studied profiles(a)and the age and strata section of the terraces(b， c and d) at the entrance of Yarlung Zangbo Great Canyon.黑星代表光釋光樣品(紅色字體為石英粗顆粒年齡； MQ為石英中顆粒年齡)

圖2 兩期堰塞湖發(fā)育范圍Fig. 2 Distribution of two paleo-dammed lakes.a 古堰塞湖Ⅰ； b 古堰塞湖Ⅱ

圖3 大渡卡和臥龍的2級湖積階地剖面Fig. 3 The plot of Daduka and Wolong profiles and the synthetic column.a T2階地頂部具有波痕層理的砂層； b T2階地上部黏土層-??； c T2黏土層被砂層侵蝕的接觸面， 采樣14-75； d T2下部黏土層-ⅱ； e T2下部黏土層-ⅱ底部與砂層的分界線； f T1湖積階地； g 臥龍T2階地黏土層下部， 黏土層之間夾細砂層， 采樣14-57； h 臥龍T1階地， 在上覆黃土層內采樣14-59

T1階地展布于大渡卡、 墨浪、 米瑞、 米林以及臥龍等地(圖2a)， 海拔2,906～2956m， 拔河高度16～26m。T1在大渡卡、 墨浪、 米瑞等靠近雅魯藏布江大峽谷入口處發(fā)育湖層， 階地下部為黏土層， 厚度約5～8m， 上部為河流相砂層或風成砂。向上游到米林、 臥龍等地的T1主要由粗砂層和砂礫石層組成， 夾少量粉質黏土層。

T2階地展布于大渡卡、 墨浪、 魯霞、 丹娘、 比日神山、 機場、 里龍、 臥龍以及朗縣等地(圖2b)， 海拔3 100～3060m。其中魯霞、 丹娘、 機場等地的海拔較低， 大致為3000m； 野外工作表明， 這些階地大多被后期支溝流水沖刷， 已不是原始的階地面。T2階地湖相沉積發(fā)育很廣泛， 從大渡卡一直到臥龍主要表現(xiàn)為黏土和砂的韻律層結構(圖3)。在玉松、 大渡卡等地的湖相沉積發(fā)育最好， 厚度可達上百米， 向上游方向湖相沉積厚度變小， 湖尾大致在朗縣附近。在大渡卡一帶， T2階地中湖相地層的年紋層清晰， 通過年紋層可以估計堰塞湖的持續(xù)時間， 湖相地層下部的年紋層厚度大致為0.35cm， 上部年紋層厚度大致為1cm。在大渡卡T2階地上從頂部海拔3078m到3039m為上部湖層， 沉積時間約3,900a； 而從海拔3023m到2990m為下部湖層， 沉積時間約3,400a。湖層之間的砂層未計算在內， 由此得出T2階地出露的大約100m高度的沉積時間 >7ka。

2 光釋光測年

2.1 樣品采集和前處理

樣品采自階地露頭和鉆孔巖心， 共采集20個光釋光樣品(其中1個為現(xiàn)代河流砂樣)、 3個14C樣品。采樣位置見圖1。

樣品在暗室下經(jīng)過常規(guī)的前處理實驗(Aitken， 1998； 賴忠平等， 2013)， 提取粗顆粒(90～125μm)、 中顆粒(38～63μm)、 細顆粒(4～11μm)石英以及粗顆粒(90～125μm)鉀長石。

2.2 環(huán)境劑量率測量

用電感耦合等離子體質譜法(IPC-MS)測量樣品的U、 TH、 K含量， 根據(jù)Aitken(1998)提出的環(huán)境中鈾、 釷、 鉀含量與石英、 長石等礦物接收的劑量率之間的轉換關系， 得出樣品所接收的環(huán)境劑量率。含水量通過現(xiàn)場實測值和室內飽和含水量測定綜合評估， 對于階地細砂樣品估計含水量為10%～15%， 河床以下的鉆孔砂樣含水量大致為25%， 較細的黏土層估計含水量為30%左右。

2.3 等效劑量的測定

對于階地露頭剖面和鉆孔頂部樣品， 估計年齡<50ka， 主要采用石英粗顆粒單片再生劑量法(SAR)測量(Murrayetal.， 2003； Duller, 2004)等效劑量。對于沒有提取粗顆粒石英的樣品， 采用細顆粒簡單多片再生劑量法(SMAR)(王旭龍等， 2005)或中顆粒SAR-SGC(賴忠平等， 2013)測量， 并和粗顆粒石英SAR測試結果進行對比。而對于鉆孔上部的樣品， 年齡估計已超過石英的測年上限， 采用粗顆粒鉀長石SAR-SGC進行測試。

表1 粗顆粒石英SAR法測量流程

Table1 The SAR procedure used for coarse-grain quartz measurements

步驟操 作說明1輻照自然或再生劑量(DN或DR)2220℃預熱10s3125℃藍光激發(fā)100sLx4輻照實驗劑量(DT)5220℃預熱10s6125℃藍光激發(fā)100sTx7返回步驟1

對粗顆粒石英做了一系列的條件測試， 包括石英純度的檢測、 預熱坪劑量恢復實驗。粗顆粒石英的測量流程見表1。在Ris? TL/OSL DA-20釋光儀器上完成等效劑量(De)的測量， 儀器90Sr/90Y源粗顆粒劑量率0.117409Gy/s， 細顆粒和中顆粒的劑量率分別為0.094487Gy/s和0.121631Gy/s。通過厚7.5mm的U-340濾光片后接收釋光信號。1個樣品至少測量15個測片以上， 樣品De值采用算術平均值來計算?？紤]到粗顆粒石英小測片信號太弱， 誤差太大， 采用粗顆粒石英大測片進行測量， 用前1—6通道的釋光信號積分減去緊接著的7—15通道信號， 總通道數(shù)1,000， 激發(fā)時間為100s。

表2 樣品的等效劑量、 環(huán)境劑量率和光釋光年齡

Table2 Quartz equivalent does， does rate and OSL ages for samples

樣品編號U/μg·g-1Th/μg·g-1K/%含水量/%劑量率/Gy·ka-1等效劑量/GyOSL年齡/ka方法比日神山14-403.5722.32.287.064.36>360>82.5中顆粒石英SGC14-41323.22.41104.4292.2±10.320.8±2.3粗顆粒石英SAR4.93117.6±19.623.8±4.0中顆粒石英SGC14-423.3622.62.37104.34100±14.623.1±3.4粗顆粒石英SAR14-432.9917.32.51104.47136.2±2330.5±5.4中顆粒石英SGC臥龍14-572.2112.42.37103.2989.1±1327.1±3.9粗顆粒石英SAR14-583.2720.52.27103.9687.2±1322.0±3.3粗顆粒石英SAR14-592.4317.42.19103.7835.7±3.89.5±1.0粗顆粒石英SAR大渡卡14-753.1325.31.8874.3380.4±11.518.5±2.6粗顆粒石英SAR米瑞12-4092.2816.92.12103.4326.7±2.47.7±0.7粗顆粒石英SAR現(xiàn)代樣14-552.6821.42.08303.380.31±0.240.09±0.07粗顆粒石英SAR大渡卡階地鉆孔14-482.0414.92.36153.2389.77±10.727.7±3.3粗顆粒石英SAR12-4032.1518.62.34153.4789.8±8.2525.9±2.4粗顆粒石英SAR12-4023.822.72.18153.92113.2±11.628.8±3.0粗顆粒石英SAR大渡卡河床鉆孔12-4232.7716.51.94203.0621.8±2.07.1±0.7粗顆粒石英SAR米林河床鉆孔14-531.6610.72.31252.6109.5±12.642.1±4.8粗顆粒石英SAR13-111.358.822.26252.3992.7±16.638.7±6.9粗顆粒石英SAR13-191.7101.74252.1497.2±20.645.3±9.6粗顆粒石英SAR2.58121.8±22.647.1±8.7細顆粒石英SMAR13-181.96122.42302.6792.9±25.034.7±9.3粗顆粒石英SAR

注 前處理在中國地震局地質研究所釋光年代學實驗室完成， 等效劑量測試在中國地質大學(武漢)三峽中心釋光實驗室完成。

2.4 石英光釋光年齡

OSL年齡及相關參數(shù)見表2。現(xiàn)代河流砂樣(14-55)的粗顆粒等效劑量為0.3Gy， 說明其釋光信號幾乎歸零。對于13-19樣品同時做了粗、 細顆粒石英的測試， 得到的年齡在誤差范圍內一致。圖4 為臥龍階地樣品的等效劑量直方圖、 衰減曲線和生長曲線， 等效劑量均為正態(tài)分布， 其中黃土樣的14-59樣品信號和等效劑量的集中性最好。測試結果表明， T1階地露頭剖面中， 米瑞頂部砂的光釋光年齡為(7.7±0.7)ka， 湖相沉積上部14C校正年齡為7.860～7.970ka， 而在上游的臥龍剖面的頂部光釋光年齡為 (9.5±1.0)ka。上游沉積較下游沉積年齡稍大， 表明T1階地具有上游老(先沉積)下游年輕(稍后沉積)的穿時性特征。

T2階地在大渡卡一帶的河湖相沉積厚度超過100m， 鉆孔(Z1)巖心樣品及剖面露頭樣品的光釋光年齡為20～30ka(圖5)， 顯示其沉積速率較快， 應為同一期堰塞湖沉積(Ⅱ)。根據(jù)湖積階地頂部年齡((20.8±2.3)ka)以及其上覆的風成沙的年齡((18.5±2.6)ka)， 確定T2階地的形成年齡約為20ka。

大渡卡河床鉆孔(Z2)頂部的風成砂的光釋光年齡為 (7.1±0.7)ka， 其下厚約12m的黏土質砂層缺乏有效的年齡數(shù)據(jù)， 推測為古堰塞湖Ⅰ或古堰塞湖Ⅱ。 該套地層底部發(fā)育含礫砂層， 下伏灰色黏土層。 灰色黏土層中植物碎片的14C年齡>43ka， 應為更古老的1期堰塞湖沉積(Ⅲ)。米林河床鉆孔(Z3)得出的粗顆粒石英年齡均為38～45ka， 也揭示了堰塞湖(Ⅲ)的存在(圖5)。

圖5 鉆孔柱狀圖和年齡Fig. 5 The plot of the synthetic column and age in three drills.Z1、 Z2、 Z3分別代表大渡卡階地、 大渡卡河床和米林河床鉆孔

表3 鉀長石IRSL50和post-IR IRSL290的劑量率、 等效劑量和年齡

Table3 K-feldspar equivalent doses， dose rate， and ages for both the IRSL at 50℃ and post-IR IRSL at 290℃

樣品編號深度/m劑量率/Gy·ka-1等效劑量/GyOSL年齡/ka粗顆粒石英年齡/kaIR50pIRIR290IR50 pIRIR29014-48383.7480.9±9.3222.9±20.721.6±2.559.5±5.527.7±3.312-402704.4492.4±9.9251.3±25.820.8±2.256.6±5.812-409b105.23.53151.7±9.9399.0±44.442.9±2.8112.9±12.613-19682.6589.4±12.9253.4±26.433.7±4.995.5.2±10.045.3±9.612-4001132.7899.7±14.6246.2±24.535.8±5.288.4±8.814-5503.92.61±1.4314.4±4.050.7±0.43.7±1.00.09±0.07

注 同一樣品的石英年齡結果也列于表內。

2.5 粗顆粒鉀長石光釋光測年

對于鉆孔中上部的樣品， 可能接近或已超過石英測年上限， 因此嘗試用粗顆粒鉀長石兩步法紅外激發(fā)后紅外釋光信號pIRIR(50， 290)進行小測片(1～2mm)測試(Thomsenetal.， 2008； Buylaertetal.， 2009)。其中利用現(xiàn)代樣和粗顆粒石英結果對長石殘留值情況進行評價?，F(xiàn)代樣等效劑量為14Gy， 殘留值相對較小。5個樣品的post-IR IRSL290年齡都>50ka(表3)。其中， 13-19、 14-48和12-402三個樣品的長石年齡結果均遠大于石英年齡， 高達2倍。盡管現(xiàn)代樣的殘留值相對較小， 但仍然不能排除長石的曬退不徹底問題(Thomsenetal.， 2008； Buylaertetal.， 2011； Murrayetal.， 2012)。

3 結果和討論

3.1 古堰塞湖的期次和年齡

通過年齡數(shù)據(jù)和野外考察， 我們識別出多期古堰塞湖沉積， 其中最近2期古堰塞湖構成雅魯藏布江大峽谷入口上游河段2級階地(T1、 T2)， 海拔高度分別為2 906～2956m和 3 100～3060m。 古堰塞湖Ⅰ沉積年齡為7～9ka， 約7ka BP河流下切形成T1階地。古堰塞湖Ⅱ沉積年齡為20～30ka， 約20ka BP河流下切形成T2階地。

盡管我們嘗試采用粗顆粒鉀長石進行了測年， 但同一樣品的長石年齡與石英年齡差別較大。也許長石年齡至少給出了古堰塞湖Ⅲ的上限年齡， 推測古堰塞湖Ⅲ的年齡介于石英與長石年齡之間， 同時考慮14C年齡， 并結合前人關于堰塞湖的年齡數(shù)據(jù)(Huangetal.， 2014)和區(qū)域冰川研究(Owenetal.， 2005， 2014)， 推測其沉積年齡為40～70ka。更精確的年齡及更多期次的古堰塞湖年表的建立還需要開展進一步的年代學研究。

3.2 堰塞湖發(fā)育與冰川的關系

雅魯藏布大峽谷入口南迦巴瓦西坡的則隆弄冰川在近60a發(fā)生過3次躍動， 并兩度發(fā)生阻江事件(楊逸疇， 1984； 張文敬等， 1985， 1999)。研究表明西藏大部分地區(qū)在早全新世(8～9ka BP)和晚冰期各發(fā)生1期明顯的冰川前進事件(Owenetal.， 2014)。而青藏高原東南部的念青唐古拉山、 卡惹拉山口等地在末次盛冰期和末次冰期早期也有過多次冰進事件(Owenetal.， 2005)。張沛全等(2008)在大渡卡階地(T2)附近發(fā)現(xiàn)了則隆弄冰川冰進時形成的冰礫阜和冰磧物， 其頂部木屑的14C年齡為17～24ka。上述資料表明， 則隆弄冰川前進是可以堵塞河道形成堰塞湖的。本文給出的7～9ka的古堰塞湖Ⅰ和20～30ka的古堰塞湖Ⅱ的沉積年齡與全新世早期的低溫事件和末次盛冰期的年齡相近， 表明低溫時期則隆弄冰川下移堵江是形成古堰塞湖的主要原因。而全新世2～3ka BP及更年輕的冰川躍動也可能會形成堵江事件， 但由于規(guī)模小， 冰川壩會迅速潰決， 難以形成具有一定厚度的堰塞湖沉積。

致謝 十分感謝中國地震局地質研究所覃金堂和王昌盛師兄在釋光測年方面的指導和支持； 感謝審稿人提出的意見和建議； 感謝成都勘測設計研究院提供的部分鉆孔巖心樣品。

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AGES OF THE RECENT TWO EPISODES OF GLACIALLY DAMMED LAKES ALONG THE UPSTREAM OF THE YARLUNG ZANGBO GORGE

LI Cui-ping1)WANG Ping1)QIAN Da2，1)TANG Mao-yun1)

1)StateKeyLaboratoryofEarthquakeDynamics，InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)ChinaUniversityofGeosciences，Beijing100029，China

There are many episodes of multiple-level lacustrine terraces along the entrance of the Yarlung Zangbo Great Canyon. Besides， very thick fluvio-lacustrine sediments are buried beneath the cover of the riverbed. Optically stimulated luminescence and radiocarbon dating provide an approximate timeline of upper valley deposits and reveal at least two glacially dammed lake events (Ⅰ and Ⅱ) which have deposition ages of 7～9ka (Ⅰ) and 20～30ka(Ⅱ)， respectively. The recent two episodes of glacially dammed lakes produced two steps of lacustrine terraces (T1， T2) correspondingly， which are of elevations 2906～2956m and 3100～3060m. The formation of paleo-dammed lakes reflects that the Zelunglung Glacier in the west slope of Mt. Namche Barwa had progressively advanced to block the Yarlung Tsangpo River during the early Holocene and the Last Glacial Maximum. The glacially dammed lake I has a relatively smaller extent. Its lacustrine sediments are distributed mainly from Datuoka to Mirui with maximum thickness about 5～8m. Its end is roughly at the south of Milin County. The glacially dammed lake Ⅱ occupies a large area with the end roughly nearby Lang County. Its sediments are exposed from Datuoka to Wolong with maximum thickness about 100m. After the later fluvial erosion， the lacustrine sediments of this lake formed 1～3 levels of secondary terraces.

Yarlung Zangbo Great Canyon， lacustrine terraces， glacially dammed lakes， OSL， glacier blocking

10.3969/j.issn.0253- 4967.2015.04.016

2014-12-04收稿， 2015-09-15改回。

國家自然科學基金(41372211)與地震動力學國家重點實驗室自主研究課題(LED2013A07)共同資助。 *通訊作者： 王萍， 女， 研究員， 電話： 010-62009185， E-mail： wangping@ies.ac.cn。

P597+3

A

0253-4967(2015)04-1136-11

李翠平， 女， 2015年于中國地震局地質研究所獲構造地質學專業(yè)碩士學位， 電話： 010-62009041， E-mail： wulicuiping@126.com。