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(guó)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(duì)于人文發(fā)展、工程建設(shè)等具有深遠(yuǎn)意義。2018年10月10日，中國(guó)正式全面啟動(dòng)的規(guī)劃建設(shè)項(xiàng)目川藏鐵路是史無(wú)前例的世紀(jì)工程，是繼青藏鐵路后的第2條進(jìn)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(duì)于即將開(kāi)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(xiàn)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(guò)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(dòng)有直接關(guān)系？作者結(jié)合測(cè)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(duì)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(lái)源主要通過(guò)畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，目前當(dāng)?shù)卣陂_(kāi)展的一些基建工程，也為當(dāng)?shù)卮迕裉峁┝烁嗌a(chǎn)發(fā)展機(jī)會(huì)。瓦約村通過(guò)主干公路214國(guó)道可直達(dá)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(jí))昌都蘭坪思茅地塊(二級(jí))昌都蘭坪雙向弧后前陸盆地(三級(jí))，區(qū)域構(gòu)造線方向?yàn)镹W-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(guò)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(fù)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(gè)方面。

2 地質(zhì)背景

瓦約村地區(qū)構(gòu)造格架簡(jiǎn)單，整體構(gòu)造線方向?yàn)镹NW，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(shí)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(shí)地勘察，排除活動(dòng)斷層的可能性，由于自然風(fēng)化，未見(jiàn)明顯斷層破碎帶，地貌上呈現(xiàn)為負(fù)地形溝谷，綜合判斷其性質(zhì)均為逆斷層。斷層(F)上盤(pán)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(pán)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(duì)應(yīng) 圖4 上黃色的標(biāo)號(hào)a，b，c，d圖3 西藏察雅縣瓦約村負(fù)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(fù)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(duì)比 圖2 瓦約村地質(zhì)背景，排除外來(lái)搬運(yùn)可能(村民證實(shí))，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(fù)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(shí)期地表淺層勘查鉆孔，開(kāi)鉆時(shí)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(duì)發(fā)現(xiàn)的鉆孔進(jìn)行重新編號(hào)： 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(shí)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(jiàn)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(duì)4處鉆孔的巖心進(jìn)行綜合對(duì)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(duì)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(cè)年

近年來(lái)，古河道研究受到越來(lái)越多的專家學(xué)者的關(guān)注，研究古河道特征及形成時(shí)期對(duì)了解一個(gè)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(dāng)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(guò)剖面可以看出目前瀾滄江瓦約村段河流已形成二級(jí)階地。據(jù)實(shí)地測(cè)量，二級(jí)階地與古河道高程值相近，因此可以通過(guò)二級(jí)階地的年齡推斷河流改道的大致時(shí)間。同時(shí)，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(duì)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(dòng)性斷層，排除由于斷層活動(dòng)而導(dǎo)致河流改道的可能，但斷層的存在確實(shí)對(duì)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(duì)于圍巖較薄弱，影響了河流改道時(shí)的方向選擇和下切速度，因此斷層對(duì)于原始河流改道的影響僅表現(xiàn)為一定的促進(jìn)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(jí)階地和二級(jí)階地的光釋光測(cè)年樣品(圖4，圖7)，送往中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所鹽湖化學(xué)分析測(cè)試中心進(jìn)行測(cè)年分析，檢測(cè)儀器為： Ris? TL/OSL-DA-20光釋光測(cè)年儀，利用等效劑量使用單片再生技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)曲線相結(jié)合的方法；采用90～125iμm作為樣品測(cè)試粒徑。測(cè)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(chǎng)(左為一級(jí)階地，右為二級(jí)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(guò)瓦約村一級(jí)階地與二級(jí)階地的年齡差異，結(jié)合高程差，計(jì)算出2萬(wàn)年以來(lái)河流平均下切速率約為1.3imm/a，而根據(jù)前人對(duì)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(lái)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?yàn)榍嗖馗咴∩哂卸嚯A段、多因素、不均速及整體隆升與局部隆升相結(jié)合的特點(diǎn)，二是由于研究區(qū)位于青藏高原內(nèi)部，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)高原周緣較弱，從而下切速率相對(duì)較小(魏亞剛，2016)；同時(shí)，該測(cè)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(guó)科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊(duì)，1983)。因此，該數(shù)據(jù)成果是正確有效的。在研究過(guò)程中，古河道具體的改道年齡成為重大難點(diǎn)，由于長(zhǎng)時(shí)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(cè)年樣品分析測(cè)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(dá)德溝(圖8)，達(dá)德溝總長(zhǎng)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(dá)德溝與古河道接觸部位存在一處高地，高地相對(duì)于古河道負(fù)地形高出3～4im，推測(cè)該堆積體極可能為當(dāng)時(shí)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(dá)德溝地貌形態(tài)3D圖(據(jù)谷歌地圖。時(shí)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(dá)德溝口處，發(fā)現(xiàn)了河湖交匯相沉積物，為人工開(kāi)挖剖面，海拔3244im，剖面高約2im，再次證明了古河道發(fā)生過(guò)堵塞事件(圖10)。通過(guò)對(duì)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(méi)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(dá)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(jiàn)較大的礫石。這是由于堰塞湖中的沉積物主要來(lái)源于當(dāng)時(shí)的河流，而河流中沉積物的粒度又嚴(yán)格受水動(dòng)力的制約(許會(huì)等，2019)。當(dāng)新的流水注入河道，低速運(yùn)動(dòng)的水流就會(huì)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(xì)粒的湖相沉積上堆積的砂礫石層也就較薄。后來(lái)，由于流水的注入，湖面擴(kuò)大，湖相沉積又覆蓋在砂礫層之上，如此往復(fù)，就會(huì)形成 圖10 剖面所示的河流相沉積與湖相沉積交錯(cuò)疊置的現(xiàn)象(鐘湖平和吉鋒，2012；陳松等，2016；許會(huì)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(dāng)初堵江的堆積物遠(yuǎn)不止現(xiàn)在的厚度，根據(jù)現(xiàn)今的高度差，推測(cè)曾經(jīng)的覆蓋層厚度至少為10im，由于達(dá)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(yùn)，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(jìn)行討論： 現(xiàn)今可見(jiàn)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(dāng)時(shí)的地貌條件下瀾滄江已然存在截彎取直的趨勢(shì)。瓦約村南西側(cè)的達(dá)德溝，坡頂常年覆蓋冰川，物源豐富，在20.2±1.6ka BP之前，推測(cè)達(dá)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(jìn)程，同時(shí)研究區(qū)內(nèi)2條主要斷層均通過(guò)古河道上游入口，斷層通過(guò)處巖土性質(zhì)薄弱，促進(jìn)了河流改道。此后，河流開(kāi)始廢棄古河道、匯入新河道的過(guò)程。通過(guò)對(duì)湖相沉積剖面的研究可知，在河流改道過(guò)程中，古河道內(nèi)形成的堰塞湖沉積具有多個(gè)旋回，表明了當(dāng)時(shí)動(dòng)蕩的水動(dòng)力環(huán)境，筆者推測(cè)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(rèn)為是控制地貌演化過(guò)程的重要基本因素(中國(guó)科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察隊(duì)，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(jiǎn)稱LGM，系指末次冰期相當(dāng)于深海氧同位素2階段中氣候最冷、冰川規(guī)模最大的時(shí)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(guò)建立地球模型并選擇一些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算研究，分析結(jié)果確定末次冰期的持續(xù)時(shí)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(shí)(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(diǎn)必然會(huì)對(duì)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(duì)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(dòng)現(xiàn)象。

對(duì)比瀾滄江瓦約村段二級(jí)階地沉積物的測(cè)年結(jié)果可知，當(dāng)時(shí)河流改道時(shí)間應(yīng)該處于末次冰期時(shí)期。此時(shí)河流水位較低，流速較慢，當(dāng)古河道下游河口發(fā)生泥石流堵塞后，水位開(kāi)始上漲，水動(dòng)力減弱，古河道內(nèi)開(kāi)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(guò)多次的洪水期，推測(cè)可能與末次冰期氣候高頻高幅波動(dòng)有關(guān)(丁瑩瑩等，2017)，當(dāng)氣溫回暖，冰川融化，使得洪水暴發(fā)，周而復(fù)始，使當(dāng)時(shí)的水動(dòng)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(shí)間以及流水的水動(dòng)力遠(yuǎn)不如現(xiàn)今規(guī)模，因此在洪水期，由于水動(dòng)力增長(zhǎng)較小，僅能攜帶細(xì)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(kāi)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(cè)至少發(fā)生過(guò)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(qiáng)，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(kāi)，與對(duì)面的河道相連，從此河流按直線路線流動(dòng)。此時(shí)的瓦約村古河道形成牛軛湖，結(jié)合 表2 測(cè)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(lái)的地殼抬升活動(dòng)，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(guò)實(shí)地勘查以及室內(nèi)樣品分析，對(duì)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(dòng)性斷層，區(qū)域地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定。

2)通過(guò)實(shí)地勘查、測(cè)年結(jié)果及理論分析，認(rèn)為瀾滄江瓦約村段河流演化模式為： 末次冰期時(shí)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(shí)斷層導(dǎo)致的巖土軟弱層對(duì)于河流改道的方向和效率有著促進(jìn)意義。

3)結(jié)合末次冰期的氣候特點(diǎn)，推測(cè)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(duì)川藏鐵路沿線基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查及東南亞最大的國(guó)際河流瀾滄江的河流地質(zhì)演化具有一定的參考意義。