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晚新生代金沙江下游段地貌演化与河谷发育研究

刘芬良  
【摘要】:金沙江为我国第一大河长江的上游河段,全长约2300 km,在青藏高原东部与澜沧江、怒江沿横断山纵向岭谷区并行南流,至云南省石鼓镇,急转折向东北,形成著名的长江第一弯,其后横穿平缓宽广的云南高原,最终在四川省宜宾市与岷江汇合后注入长江。对于金沙江形成演化过程的研究可谓卷帙浩繁,但迄今为止,其发育模式和形成时代问题仍存在较大的争议。究其原因,除问题本身的复杂性外,不同学者所采用的方法和证据不同也是一个重要的因素。鉴于侵蚀循环理论自十九世纪被W.M.Davis提出以后一直是长尺度地貌演化研究的主要范式,夷平面被认为是区域地貌演化阶段的一个重要标志,可为现代河谷发育的时空起点提供约束。同时一条河流的近代地质历史主要反映在河谷地貌及相关沉积中,如河流阶地、洪积扇、盆地沉积、堰塞湖相沉积等,对其详细研究可以反演河谷的发育历史,同时可以提取丰富的构造活动与气候变化信息。本文以夷平面、河流阶地和古堰塞湖相沉积等主要研究载体,对金沙江下游段流域地貌的演化与现代河谷的发育过程进行了探讨,初步结论如下:(1)基于数字高程模型数据,利用模糊逻辑方法,在ArcGIS系统下通过对四个地貌参数即坡度、曲率、地形粗糙度和相对高度进行综合分析,建立了夷平面识别的模糊逻辑隶属度函数:当地形坡度而言在0o~10o之间时,隶属度为100%;10o~30o时,隶属度随坡度增加在区间100%~0%内线性减小。当曲率在-1 m~(-1)~-0.2 m~(-1)或0.2 m~(-1)~1 m~(-1)之间时,隶属度100%和0%之间随着曲率的变化而成线性变化,当在-0.2 m~(-1)~0.2 m~(-1)之间时,隶属度为100%。当地形粗糙度指数在0 m~80m之间时,隶属度为100%,而在120 m~300 m时,隶属度随粗糙度指数值增加线性递减,取值区间为100%-0%。当相对高度?250 m时,隶属度为100%,在60m~250 m之间时,隶属度随相对高度变化而线性变化,取值区间为0%~100%。(2)基于上述地形参数与夷平面隶属度函数之间的关系,对研究区分布的夷平面进行识别,发现隶属度大于80%且面积大于0.4 km~2的区域与野外调查和Google Earth识别的典型夷平面相吻合。这些夷平面共由1764个斑块组成,总面积约占研究区的9.2%,同时,斑块的数量随着斑块面积的增加呈指数递减,符合地形被水系切割的分形特征。这些夷平面的海拔高度主要位于2000-2500 m之间,整体从西北向东南逐渐降低,但其高程与区域坡度、高差之间均无明显关系,说明这些残余地形面可能是过去同一期夷平面被后期构造变形和水系切割结果,它们的顶层与分水岭平面相一致,切割了其先不同时代的地层,以及部分地段保存着深厚的风化壳和地势不整合等夷平面特征。(3)通过地形剖面和河道纵剖面分析,表明在金沙江下游部分河段普遍发育保存着三级夷平面。其中,最高级夷平面就是上述大区统一的主夷平面,分布在河谷间地、宽谷或盆地之间的山顶部位。较低两级夷平面主要沿金沙江干流和部分支流河谷分布,它们是河流下切过程中形成的宽谷面即部分准平原或剥蚀面。在永仁—会理地区,这三级夷平面的高程分别位于2300-2000 m,1800-1600 m、1500-1400 m。基于对非均衡河道裂点之上古河道纵剖面重建,可以推断河谷至今的下切量分别为960 m,670 m和450 m。结合区域侵蚀速率、沉积速率、盆地沉积年代等分析对比研究,推测这三级夷平面解体的时代分别在3.45 Ma、2.25Ma和1.45 Ma前后。目前现代金沙江的河谷系统是其后在夷平面之上侵蚀下切的结果。(4)金沙江河谷内阶地序列保存很差且不连续,而湖相沉积广泛发育。基于电子自旋共振(ESR)和光释光(OSL)等测年技术,发现这些河流阶地和堰塞湖相沉积都形成于1.89 Ma以来,说明金沙江现代河谷出现的时代不晚于早更新世早期。同时,以昔格达组代表的湖相沉积从高到低逐渐变得年轻,表明它们主要是在河流下切过程中滑坡堵塞河道后所形成的堰塞湖相沉积,具有明显的期次特征,而非一次性古大湖的沉积体系。(5)河谷的形成发育详细记录了河流系统对区域构造与气候变化的响应过程。如发育较窄且不连续的阶地序列与广泛分布的堰塞湖相沉积,共同指示了第四纪期间该区构造运动十分活跃,在此背景下滑坡堵江等灾变事件时有发生,使河流系统难以达到均夷状态。同时,频繁的气候变化通过改变河流的流量、泥沙等水沙关系从而控制河流的侵蚀或堆积作用,而河流下切阶地形成主要发生在冷至暖转型时段。但堰塞湖相堆积阶地的形成发育更为复杂,是对河道-坡面耦合系统的复杂响应。


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