高原南部地塹（正斷層）活動對雅魯藏布江中游侵蝕的調(diào)控作用考察
一、考察背景與內(nèi)容
雅魯藏布江（簡稱“雅江”）是青藏高原南部最大的河流，可以快速響應(yīng)該地區(qū)的早期構(gòu)造活動和氣候變化；是流域內(nèi)引人關(guān)注的冰-河-湖耦合水文及次生災(zāi)害鏈系統(tǒng)形成和演化的重要基礎(chǔ)。在這個流域內(nèi)，一個顯著的地貌現(xiàn)象就是多個河流裂點正好分布在南北向地塹和正斷層的位置。在中游加查鎮(zhèn)附近，雅江的河床從海拔3500m的位置下降了500m，發(fā)育形成了雅江的第二大裂點（最大裂點在大峽谷處）。前人研究認(rèn)為，該裂點的形成是由于10Ma青藏高原東南緣快速抬升導(dǎo)致河流侵蝕基準(zhǔn)面下降，河流溯源侵蝕而成。但是，目前尚不清楚該地區(qū)地塹/正斷層的活動是否對該裂點的形成和河流的侵蝕會產(chǎn)生明顯的影響。因此，我們沿著雅江中游河谷采集了基巖低溫?zé)崮甏鷺悠罚肣TQt二維模擬方法計算了該地區(qū)基巖的冷卻歷史，結(jié)合3D熱動力學(xué)模型（Pecube），試圖揭示地塹/正斷層活動對該地區(qū)河流裂點的形成、河谷快速侵蝕和冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)的影響。
2021年9月25日至10月12日，第二次青藏科考“亞洲水塔動態(tài)變化與影響”任務(wù)“雅江流域冰-河-湖演化歷史事件與耦合過程”專題南京大學(xué)科考分隊，在已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對雅江中下游桑日至米林段，再次開展了河谷基巖低溫?zé)崮甏鷮W(xué)樣品補采，并對該地區(qū)河流縱剖面、河谷形態(tài)寬度、冰-河-湖地貌系統(tǒng)等進行了實地調(diào)查。經(jīng)多年以來野外考察和積累，本課題組已獲得該地區(qū)低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)40個、百余幅典型河斷航拍照片（無人機拍攝和收集影像120余幅，視頻10個）。
二、雅江區(qū)域背景簡介
雅江是世界上海拔最高的大河之一，發(fā)源于青藏高原南部喜馬拉雅山北麓的杰馬央宗冰川。雅江北部為岡底斯山脈，南部為喜馬拉雅山脈，雅江干流河谷沿東西向的雅江縫合帶發(fā)育，流域整體呈東西向的狹長帶，支流多而短小，較大支流有拉薩河、帕隆藏布、年楚河等（圖1）。
雅江干流自東向西發(fā)育了多個河流裂點，最著名的就是發(fā)育于喜馬拉雅東構(gòu)造結(jié)的巨型裂點，在地貌形態(tài)上表現(xiàn)為深達5000多米的陡峭峽谷。進入高原內(nèi)部，雅江中上游峽谷和寬谷相間分布，干流自東向西依次發(fā)育了加查河流裂點、仁布裂點、大竹卡裂點和謝通門裂點，這些裂點正好也分布于青藏高原南北向地塹/正斷層的位置。前人研究發(fā)現(xiàn)，這些正斷層的開始活動和地塹發(fā)育的時間在20~2Ma之間，且伸展斷裂主要開始于中新世中期。
圖1 青藏高原南部冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)構(gòu)造及區(qū)域地貌特征。（a）青藏高原地形；（b）青藏高原南部主要的斷層、河流分布和地貌特征。
三、低溫?zé)崮甏鷺悠凡杉?/span>
科考隊沿著雅江中游河谷，除了考察冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)的宏觀地貌和沉積特征，還采集了從桑日-加查-朗縣-米林段河谷基巖出露較好的低溫?zé)崮甏鷺悠罚悠穾r性為喜馬拉雅、岡底斯的花崗巖和火山巖）（圖2和3）。低溫樣品的采集對我們而言，具有一定的挑戰(zhàn)性，特別是在加查地區(qū)，河谷坡度陡峭，地形險峻，為了完成科考任務(wù)，在如此艱險的環(huán)境，我們克服重重困難，沿著河谷向山頂徒步攀爬，垂向攀登高度超過1000 m，完成了樣品的采集。
在加查縣南部河谷頂部采集了兩個樣品，海拔在5200 m左右；其余樣品沿著雅江深切的基巖河床采集，采樣點的海拔高度在3000~3600 m之間。隨后，在室內(nèi)對采集的樣品進行處理，從中挑選了兩種能記錄巖石冷卻歷史的礦物（磷灰石和鋯石），用于后續(xù)年齡測定的研究。
圖2 青藏高原南部雅江中游地質(zhì)背景和低溫?zé)崮甏鷮W(xué)采樣點的分布
圖3 雅江冰-河-湖系統(tǒng)典型地質(zhì)和地貌景觀
四、熱動力學(xué)模擬
對已獲得的低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)，利用二維QTQt模擬計算了基巖冷卻歷史，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)在12-7 Ma整體上經(jīng)歷了相對快速的冷卻；7-4 Ma 地塹/正斷層處冷卻速率顯著增加，而河流裂點下游河谷地區(qū)（正斷層上盤）的冷卻速率降低；4-0 Ma正斷層處冷卻速率增加，而河流裂點下游河谷地區(qū)的冷卻速率顯著降低。基于7 Ma以來該地區(qū)冷卻速率在空間上的變化，我們認(rèn)為7 Ma以來加查地塹/正斷層的活動，調(diào)控了該地區(qū)河谷基巖的冷卻速率和谷地發(fā)育過程。
為了探究正斷層活動對該流域裂點的形成和地表侵蝕的影響，我們進行了3D熱動力學(xué)模擬，模擬了地塹/正斷層活動和不活動兩種情景下區(qū)域熱演化、河流剝蝕速率的時空變化（圖4）。通過對比模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，設(shè)定正斷層情形下模型正演的低溫?zé)崮挲g更接近實測值，這也驗證了我們的假設(shè)：地塹/正斷層的活動對該地區(qū)的裂點發(fā)育、河谷發(fā)育有較大的影響。
圖4 Pecube模擬正斷層的活動對雅江中游剝蝕速率的影響。（A）不加正斷層情形下，河流剝蝕速率的變化；（B、C和D）三種不同深度的正斷層影響下，河流剝蝕速率的變化。
五、辨別構(gòu)造與侵蝕影響雅江冰-河-湖水文地貌系統(tǒng)演化的啟示
構(gòu)造抬升和侵蝕都能導(dǎo)致基巖剝露進而影響地貌演化，以至于我們很難辨別哪一個是主控因子。如果我們選擇構(gòu)造樣式單一、剝蝕規(guī)律較強的地區(qū)來研究這個問題，或許能突破我們困惑的這個難點，因為這樣的地區(qū)對構(gòu)造抬升和侵蝕作用的辨識度更高，易于量化構(gòu)造與侵蝕控制下的巖石抬升剝露和地貌演化過程；而相對單一的正斷層與河流水系侵蝕控制下的差異巖石剝露和差異地貌發(fā)育區(qū)無疑是極佳選擇。我們選擇正斷層活動和河流侵蝕強烈的青藏高原南部雅江中游加查地區(qū)，通過大量低溫?zé)崮甏鷶?shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)加查裂點由最初大峽谷位置向上游遷移，在正斷層處轉(zhuǎn)為固定；隨著正斷層的活動，裂點下游河谷侵蝕速率由最初的快速侵蝕轉(zhuǎn)為顯著降低。初步結(jié)果表明，地塹發(fā)育和正斷層活動可能是雅江中游河谷侵蝕的主要影響因素，從而奠定了區(qū)域河流-坡地過程-谷地堰塞-潰決洪水反饋系統(tǒng)的地質(zhì)和地貌基礎(chǔ)。
撰稿人：蔡東旭
審核：王先彥
項目：第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究
任務(wù)：二、亞洲水塔動態(tài)變化與影響
專題：雅江流域冰-河-湖演化歷史事件與耦合過程（2019QZKK0205）