第四纪研究  2018, Vol.38 Issue (1): 151-164   PDF    
长江第一弯河段阶地特征及年代学研究
陶亚玲1,2, 常宏1, 强小科1     
(1 中国科学院地球环境研究所, 黄土与第四纪地质国家重点实验室, 陕西 西安 710061;
2 中国地震局地质研究所, 北京 100029)
摘要:通过DEM及野外调查,提取和分析长江第一弯河流阶地的空间位置及分布特征,认为在河流弯曲及宽阔河段阶地的保存范围大于其他河段;根据阶地序列年代学研究提出,长江第一弯河段T1和T2堆积阶地分别形成于9~12 ka和15~20 ka,这两级最新阶地分别形成于不同的气候背景。T2开始堆积于末次冰盛期(LGM),下切于15 ka前后;而T1堆积于全新世初期的大暖期,下切于9 ka前后。而且,两级阶地均存在向断裂方向的上翘,河谷摆向断裂上升盘的相反一侧;河流下切速率也向着断裂方向增大。因此,河流阶地的形成应该受到构造因素的控制,而气候作用对河流下切有明显的影响。
主题词长江第一弯     阶地     地层特征     形成年代    
中图分类号     P546;P597+.3;P941.77                     文献标识码    A

0 引言

河流阶地的形成与区域气候变化和构造活动密切相关,是河流阶段性快速调整重力潜能及地壳应力的结果,能有效指示河流发育演化史。在构造相对稳定的区域,气候的变化控制着河流的下切与古河床的废弃[1~3],而在构造活跃区,河流阶地记录了较为复杂的地质历史,揭示了重要的河流演化史[3~6]。金沙江发育于青藏高原东南缘,河谷内的阶地以基座或侵蚀阶地为主,不同河段阶地的保存、出露程度不一,后期侵蚀强烈,且野外植被覆盖密集,这增加了研究工作的困难[7~9]。沈玉昌[8]在对金沙江河谷地貌研究中认为金沙江共发育了8级阶地;张叶春等[10]认为金沙江主要发育了7级阶地,并发现阶地顶层有黄土-古土壤层覆盖,将部分阶地的发育年代与古土壤发育年代对应;而赵希涛等[11]认为第一弯河段有5级阶地,总拔河高度为35~60 m,以基座阶地为主,1~2级阶地为堆积阶地,且保存较完整。目前关于长江第一弯河段河流阶地序列较为具体且准确的研究较少,前人的阶地年代限定一方面是采取的测年方法(ESR、14C-存在二次搬运或碳库效应)误差较大,另一方面是对采样位置只做了河段划分定位或具体位置位于石鼓上、下游很远的位置[10, 12~14],因此石鼓大拐弯河段的阶地序列研究仍然处于空白状态。近年来,随着遥感影像技术的发展,高精度数据(如DEM,SPOT5影像)用于河流阶地或洪冲积扇,以及构造识别的解译分析[15~23],在很大程度上降低了野外工作的难度,实现了同一流域不同河段及流域间对比分析。

金沙江是长江的上游,其发育过程尤其是石鼓拐弯河段一直备受争议。阶地记录了重要的河流发育历史,能够为金沙江演化史提供一定的约束。本文尝试先用DEM解译分析一定空间尺度内的阶地保存范围,然后通过野外考察来检验解译长江第一弯河段阶地序列的时空分布,期望完善金沙江乃至长江阶地的空间分布及时间序列,丰富金沙江发育演化的研究资料。

1 区域地貌地质特征

长江第一弯发育于青藏高原东南缘横断山脉南段,区域背景复杂,新构造运动活跃。本区的断裂带主要以左旋走滑为主,兼有正断性质,地块边界断裂主要为右旋性质或具右旋活动历史[24~25]。断裂及衍生次级断裂存在交错或合并现象,断块山、断陷盆地也普遍发育,这些构造形式共同释放了本区的主要应力[8](图 1a)。

图 1 长江第一弯河段间河谷形态差异对比 Fig. 1 The differences of valley near the First Bend along the Changjiang River

长江第一弯附近巨甸镇-大具乡河段间的河谷地貌差异性明显。以云南省丽江市龙蟠乡洪文村为界的上游河段宽阔,心滩及边滩发育,高位心滩枯水期拔河高度5~6 m,且有高大树木生长,也有耕田。河床落差小,且左右弯曲摆动。洪文村至热水塘以下河段变窄,玉龙山西侧河道偏向河谷西侧,河道西侧谷坡陡直,堆积物保存较少,东侧谷坡缓,有冲洪积物保存。虎跳峡以下河道变窄,呈典型的Ⅴ型河谷,从江面到河谷谷肩高差达2500~3000 m[8](图 1)。且其宗-热水塘河段发育了大量的河道松散堆积物,厚度大于100 m,最厚处在红岩村附近河段,约245 m[11]

2 阶地的空间性特征研究 2.1 红岩村河段阶地自动提取

金沙江河谷在虎跳峡上、下游存在明显差异,上游河谷较宽,边滩、心滩十分发育,有堆积型河谷的特征,较下游而言阶地地貌更加明显,且冲积扇较发育。在云南省丽江市玉龙县石鼓镇的红岩村附近(图 1a),河谷宽、河床平坦(图 1b),较有利于阶地的保存。

基于DEM的河流阶地提取需要对阶地进行形态上的界定[19~20]。河流阶地在发育之初,具有坡度及起伏度较小、拔河高度变化小的特点,原始阶地面较宽阔,可以包括几乎所有的残存面并沿河流方向带状延伸。在后期侵蚀和其他外力作用下阶地面形态发生变化,如阶地前缘易被侵蚀逐渐后退,导致阶地面缩小;而阶地后缘靠近地势相对高的斜坡,在风化破坏作用下会被堆积物覆盖,因此阶地面可能会因侵蚀和掩埋而几乎难以辨别,所以大范围阶地的连续性重建显得十分困难,阶地的参数特征分析能为此提供客观、全面和快捷的方法,也为不同河流的对比研究提供了可能。本文利用分辨率30 m SRTM数字高程模型(DEM)提取了T1和T2的空间分布特征。

研究区阶地的识别主要依据是DEM直方图像元数集中度和与坡度变化的相关性[18~19]。在坡度发生显著变化的地方像元高度值会比较离散(图 2)。DEM直方图是对一定高程范围内像元个数的统计,在非阶地区高程的像元个数分布比较离散。当阶地间的陡坎被侵蚀而成有一定坡度的斜洼时,此处的高程像元个数变化会在直方图上表现出来(图 2图 3)。

图 2 地形剖面坡度与DEM直方图中像元数的关系据文献[18~19]修改 Fig. 2 The contrast between topographic profile slope and height histogram, modified after references [18~19]

图 3 研究河段DEM直方图 Fig. 3 The height histogram of study area

由于研究区T1拔河高度较低,且出于对数据精度的考虑,所以未进行河道与T1的区分。先根据30 m分辨率的DEM直方图(图 3)对高程进行分类,分类结果如图 4b;再提取坡度,对坡度进行分类:大于10°区域和小于10°的区域(图 4c);最后将前两步的分类结果进行属性相乘,满足坡度小,且在该坡度范围内集中的高程带即为阶地面(图 4d)。

图 4 典型河段选取及阶地提取过程 (a)研究河段图示;(b)高程分级;(c)坡度分级;(d)阶地分布图 Fig. 4 Typical river section selection and process of extracting terrace. (a)Displayed the site (b)The height classification; (c)Slope classification; (c)Terraces distribution
2.2 提取结果分析与验证

图 4d所示,选取河段的河谷两侧均保存有两级阶地,其中T1表现为连续分布,而T2不连续,尤其在河流发生弯曲的地方保存下来的较多,面积也较大,这与河流侵蚀能力的变化有关。从高程分类图和坡度分类图(图 4b4c)上可以看出河流的北岸地势相对较陡,在南岸的山顶面高度在北岸仅表现一条带状,且南岸存在一个向北突出的山嘴,而最顶层的黄色区域(高程在2440 m左右)应该就是山顶夷平面。无论是在高程分类图还是坡度分类图上都存在河流似乎封闭的河段,如在图 4b上表现为二级高程凸出到河床内部,此区域在图 4c上表现为坡度大于10°的区域横跨过了河道,这是由于此处河道边滩十分发育且数字高程模型精度的限制而出现的误差。根据坡度和高程特点判读出来的阶地易与岩性或断层控制的平坦面产生混淆,且此河段冲沟也十分发育,因此对提取结果需要与高精度地质图和必要的野外勘察相结合,但后期的野外工作与传统的野外工作量相比减少了很多。野外考察发现石鼓上游包括红岩村附近河段除了T1较为连续分布外,T2也有较多的露头,但在地貌上的特征已经十分不明显,表现为顶部平缓的小山包,且两级阶地间的边界因侵蚀较为平缓。在云南省维西幅1︰200000地质图上[26],提取的T1和T2阶地(图 4d)均位于第四纪沉积物的范围内,因此属于金沙江的最新两级堆积阶地。

2.3 河流阶地位相图

河流阶地纵剖面图反映区域活动构造对阶地在形成过程中的影响[16],利用空间自相关性可完成阶地连续性分布特征的提取[20]。若没有十分强烈且明显的构造活动影响,同一级阶地基本是连续分布在一定高度范围内的。我们以传统的阶地位相图绘制方法[27],根据野外用GPS测试的阶地拔河高度在河流纵剖面之上对虎跳峡上游至巨甸镇的阶地纵剖面进行了恢复(图 5)。T1拔河高度在5~18 m左右,石鼓附近最低(5 m),在迪庆藏族自治州香格里拉市金江镇的拉玛洛上村达到18 m左右。T2拔河高度一般在18~25 m,但在冷水沟附近拔河高度达到30 m左右;T3拔河高度为25~35 m,T4拔河高度为44~50 m。野外考察发现,阶地连续性差,覆盖严重,从阶地平面分布和拔河高度来看,河流发生弯曲的地方阶地保存面积大(图 4d),级数也比直流区多(如石鼓下游的杨家村[11])。因此,近几年出现的利用DEM提取阶地相位图分析的方法可以作为阶地野外考察的指导[20]

图 5 虎跳峡-巨甸镇河流阶地位相图 Fig. 5 Terrace longitudinal profile from Tiger Leaping Gorge to Judian reach

已恢复的阶地位相图显示(图 5),此河段保存下来的阶地面基本保持了分布高度上的一致性,但在杨家村及冷水沟附近保存的阶地高度有翘起现象。吾竹村上游段阶地及河道有明显的变化,此处既不是岩性过渡区,活动构造也没有明显变化,因此可能是附近南北岸两条较大支流汇入侵蚀能力增加在河谷地貌上的反映。由于虎跳峡附近河谷较陡,河流物质基本没有保存下来,根据赵希涛等[11]研究结果,哈巴-玉龙断块基岩高度是上翘的,因此,此处T1、T2阶地的轻微上翘可能是下游继续上翘的一个开始端,且更老的阶地也应该是具有明显的上翘特征,可能指示了构造抬升活动在空间上的差异性及其对阶地形态的控制作用。

3 阶地地层特征及年龄 3.1 金沙江河谷阶地地层结构

野外考察发现金沙江河谷的阶地多为侵蚀阶地,仅最新阶地为堆积成因,且在堆积阶地之上有黄土层发育。江边村和拉玛洛上村附近的T1上部出露似黄土堆积物(表 1中JS4、JS10;见图 6a7a7b),经矿物分析认为它们与黄土矿物组成相似(JS1~JS18,见图 6表 1),但是云母含量(>44%)远远超过了典型黄土(约20%),且江边村样品的硅质矿物含量也仅有39%,主要矿物含量的差异十分明显。如果是黄土发育,应该是近源物质,如前人所称的金沙江堆积阶地物质的再循环堆积[28~32]。考察中发现了疑似钙质结核或结层的现象(图 7a7b),与风成黄土中的钙质结核[33~34]十分相似。但对比黄土高原的黄土-古土壤层[35],认为石鼓附近出露的红黄交替层是不同环境条件下近源物质的风成相与河流相交替沉积层,因为粒度较粗,且从山麓向河边有粒度减小的趋势,还有十分丰富的木炭屑保存(图 7c7d7e)。堆积阶地具明显的二元结构,数米厚的砂层夹较薄的层状砾石层,或是巨厚砾石层夹较薄透镜状砾石层(图 6b6c)。

表 1 长江第一湾附近河谷堆积物矿物分析结果 Table 1 Mineral analysis results of sediments around the First Bend along the Changjiang River

图 6 长江第一弯河段堆积阶地矿物分析和OSL采样点 Fig. 6 Mineral Analysis and OSL sampling sites of piled river terraces around The First Bend along the Changjiang River

图 7 金沙江河谷沉积物结构特征 Fig. 7 Features of sediments around the First Bend of Jinsha River
3.2 阶地剖面样品采集

在OSL样品采集过程中,主要采集了T1陡坎处出露的河漫滩相砂、T2二元结构中的砂质透镜体,共15个。采样点埋深超过30 cm,清理掉了采样位置外面的物质(与曝光面间深度约20 cm),进行了避光采样[36~37](图 6d)。

T2采样剖面有3个点(图 6a),分别位于巨甸镇附近(27°20′21.96″N,99°38′23.28″E)、红岩村附近(26°59′13.54″N,99°56′39.72″E)以及冷水沟附近(26°58′24.96″N,100°3′39.24″E);巨甸镇附近的露头约有5~6 m厚,巨厚砂层与砾石互层,拔河高度约20 m;红岩村附近的露头较完整,约5 m厚,拔河高度约23 m,最顶层有土状堆积层覆盖(图 6b图 8b);冷水沟附近出露保存2 m厚的细砂层,顶层遭受侵蚀而不完整,且被冲洪积物覆盖,拔河高度约28 m。T1剖面上采样位置基本都在阶地顶面附近,有3个点(图 6a),分别位于新华村附近(26°55′56.44″N,99°57′22.32″E),礼都附近(26°58′15.72″N,99°57′58.02″E)以及拉玛洛上村(26°53′33.54″N,100°0′9.42″E)。

图 8 红岩村附近(a)T2露头剖面及(b)样品采集位置 Fig. 8 (a)The terrace profile of T2 near Hongyan Village and (b) the sample sites
3.3 OSL样品处理及年代测试结果

前人在此区域的阶地年代研究中主要采用了电子自旋共振(ESR)、热释光(TL)和少量14C测年方法[10, 12~14],本文主要采用了光释光(OSL)测年法。样品测试在中国科学院地球环境研究所光释光实验室完成。在巨甸南一处T2露头考察时意外发现了保存在砾石层中的炭化木屑,并在中国科学院地球环境研究所AMS中心进行了14C年龄测试,年龄结果为33.7±0.28 ka B.P. (表 3),这一结果与OSL数据年龄结果差距较大,可能是炭屑经历了二次搬运。

表 2 长江第一弯附近低阶地沉积物光释光(OSL)测年结果及参数 Table 2 Analysis results of OSL and their parameters of sediments from the low terrace of the First Bend along the Changjiang River

表 3 长江第一弯附近阶地序列及其年代 Table 3 Terrace sequences and their ages of the First Bend along the Changjiang River

由于阶地堆积物质含有近源物质,晒退作用不完全,因此最后获得有效年龄11个(表 2)。红岩村附近出露较好的T2剖面,该剖面主要由两个水平相距1 m左右的原始出露剖面组成,阶地顶面出露完整,但未完整出露阶地底面。年龄从顶部到底部依次约为17.1±1.6 ka(JS32)、20.6±1.2 ka(JS31)、21.6±2.9 ka(JS30)和23.3±1.6 ka(JS29)。这组年龄表征了5 m厚的剖面开始沉积与结束的时间。金沙江在17.1±1.6 ka前后开始了T2阶地的相对抬升和形成过程。

巨甸镇附近T2的5 m左右露头测得了2个OSL年龄,分别为15.9±1.4 ka(JS22 (1)-近顶面)、16.8±1.5 ka(JS22 (2)-露头底部)。根据采集样品年龄和高程对平均沉积速率进行计算,计算结果约为3.4±0.4 mm/a。冷水沟附近T2的2 m多露头底部年龄为18.5±1.9 ka(JS34),由于完整出露的阶地顶层露头在农户院内,因此未采集到样品,但根据高程及沉积速率可推算出阶地顶层年龄大约为17.9±1.9 ka。根据T2的年龄数据浮动来分析,可以认为第一弯附近的二级阶地(T2)的形成年代大约在23.3±1.6 ka至15.9±1.4 ka左右。这一结果与张叶春等[10]在石鼓以上T2阶地14C定年结果(15.7±0.5 ka B.P.)具一致性(表 3)。

T1新华村附近的OSL年龄为11.7±0.8 ka(JS21(1))和11.0±0.9 ka(JS21 (2)),礼都附近OSL年龄为9.4±1.2 ka(JS38)以及拉玛洛上村为11.5±0.5 ka(JS47)。因此,可以认为T1的形成年代大致在距今1万年前后。而张叶春等[10]在石鼓以上T1阶地14C定年年结果为7.7±0.1 ka B.P. (表 3)。

赵希涛等[11]在杨家村和巨甸乡北部发现了金沙江第四级阶地(T4)冲积砂层,其TL年龄介于80.9±4.0~88.0±5.4 ka间;在巨甸乡西部、北部和齐平与达洛间发现的第三级阶地(T3)沙层的TL年龄介于68.0±3.4~43.6±2.2 ka间;德乐附近的T2阶地14C年龄为11.29±0.11 ka B.P. (表 3中JsⅡ-3)。在结合前人测年结果对长江第一弯4级阶地序列构建中,对本文OSL年龄中同一样点埋深接近的两个年龄取了埋深较大的年龄作为阶地的可靠年龄(表 3)。综合年龄结果可以看出,14C测年结果与OSL和TL测试结果差距较大,因此在阶地沉积物利用14C方法测年时应该与其他测年方法相互验证。

3.4 基于OSL数据的河流下切速率估算

河流阶地年龄重建与河流下切速率的恢复可为构造抬升速率提供一定的约束[38~39]。本文是基于阶地的形成年龄(OSL数据)及野外手持GPS测得的T2阶地顶面与T1阶地底部高程差(H2)、T1阶地顶面与现存河漫滩底部高程差(H1)(误差2 m左右)(图 9)来估算河流下切速率。

图 9 基于阶地OSL数据的河流下切速率估算原理 Fig. 9 Schematic of the river incision rates estimate based on OSL data

在进行河流下切速率估算的过程中:1)将阶地的拔河高度上去除了顶层覆盖的黄土层厚度;2)为得到野外未采集到的现存河漫滩底面年龄,在所得OSL年龄的基础上进行了阶地堆积速率的计算与平均;3)将阶地保存的最邻近区的T1与T2构建为一个完整阶地序列进行计算。且舍去比较单一的阶地年龄数据。

根据阶地间的年龄差与高程差得到红岩村及冷水沟附近2个从T2废弃时的下切速率,分别为0.34±0.12 mm/a和0.54±0.20 mm/a,礼都、新华村和拉玛洛上村3个T1废弃时的下切速率,分别为0.12±0.01 mm/a、0.10±0.02 mm/a及0.16±0.01 mm/a。这些速率估算结果与前人的研究具有很好的可对比性[40~41]。分析可以发现,在T2下切阶段,河流下切速率较大,而T1下切阶段阶地河流下切速率较低。且在空间分布上,T1与T2阶段的河流下切速率在靠近哈巴-玉龙断块山处稍有增大趋势,这可能是河流下切速率对地块抬升差异性的一个指示[42]

3.5 石鼓河段阶地与长江中上游阶地序列对比

金沙江河谷内各阶地空间分布连续性较差,主要以基座或侵蚀阶地为主,堆积阶地主要保存于宽阔河谷内。关于金沙江中下游巧家-攀枝花河段堆积物保存较多区域研究报道较多[43~47],金沙江上游阶地极其不发育,并不是阶地序列研究的理想区域,所以该河段的演化历史也存在很大的争议。前人根据地貌形态特征和极少的地质证据对该河段的阶地序列进行较为粗略的研究[8, 10~12, 48],认为金沙江上游奔子栏及土照壁等地阶地非常发育,共有8级,其中T1、T2为堆积阶地,T3~T8均为侵蚀阶地;中游吾竹-热水塘段大致有7级阶地出露,其中T1~T3为堆积阶地,T4~T7均为侵蚀阶地。也有学者认为较老的顶层侵蚀阶地为断层台地[49]

金沙江阶地研究是长江发育史重建的重要组成部分,目前的阶地序列研究主要集中在中下游,且前人采用的部分测年方法的准确性在目前研究中争议也较大。本文在前人研究的基础上对长江第一弯河段的低级阶地(T1,T2)进行了补充性研究,采用了目前阶地研究测年方法中最为可靠的光释光(OSL)方法,所得年龄结果与张叶春等[10](14C)、赵希涛等[11](TL)的研究结果在阶地序列结合上十分连续、合理,完善了石鼓拐弯河段现存阶地序列(表 2)。但与表 4中其他研究结果[13~14, 47~48, 50]差异较大,这充分说明了在阶地研究中采用可靠测年方法的重要性。与苏怀等[47]在金江街T1的OSL年龄结果相比,金沙江阶地年龄向上游有减小趋势(表 4)。

表 4 金沙江与长江中游河谷地貌序列与年代 Table 4 The age of Jinsha River and middle of the Changjiang River valley landscape
4 阶地成因分析

河流阶地的形成是侵蚀基准面变化的反映,侵蚀基准面的下降是导致河流下切、河漫滩抬升为阶地的根本性因素。引起侵蚀基准面下降的因素主要有构造活动、气候变化以及其他因子[51~53]

阶地主导成因(气候或构造)的分析是阶地成因研究的难点。气候变化主要通过引起河流水量及含沙量变化来调整河流侵蚀与堆积作用。在气候波动背景下河流可发生间歇性下切形成多级阶地[27]。前人研究认为由气候变化形成的阶地堆积物具有加积型特征,且阶地堆积物一般较厚、磨圆度低、分选性不良,阶地间的高差很小[51]。胡小飞等[52]在研究黄河一支流宛川河阶地时以“古土壤断代法”为基础对气候阶地序列进行了划分,认为气候成因阶地形成(下切)于气候由冷干向暖湿转换时期,因此是古土壤开始发育的时期。构造作用的间歇性活动也会引起河流的下切及河床的废弃,构造成因阶地一般不具有加积特征,为单一的二元结构[51]。构造变形活动也会使已形成的阶地发生上翘或背斜活动,河道发生迁移[27, 54]

在青藏高原东南缘,河流下切常被认为是地表抬升作用的指示[52, 55~56]。金沙江河谷的阶地多为侵蚀阶地,仅最新阶地为堆积成因。根据我们对年代学研究结果(T1为9~12 ka,T2为15~20 ka),推测堆积阶地全部是末次冰盛期(LGM)以来的沉积物,可能代表了冰期源区快速的侵蚀,到冰盛期后沉积物被搬运至河道,后期再下切。根据T2的沉积年龄和高程可以得出其沉积速率高达3.4±0.4 mm/a,较快的沉积速率更说明这是冰后期快速堆积的结果。且据野外考察及前人的研究[10~11],长江第一弯附近的阶地(T2~T4)顶层有古土壤覆盖(图 6b8b),因此,这些阶地或至少T2阶地的下切受到气候变化的影响。而T1阶地基本上为耕田和村庄所在的地貌平面,其上发现了似黄土状堆积,并未发现有古土壤发育,且阶地陡坎处阶地物质出露较少。从阶地形成年代分析,T2阶地在末次冰盛期开始形成,而T1阶地在全新世初期的大暖期形成,显然T1和T2形成于不同的气候背景。从阶地的空间特征来看,阶地沿着虎跳峡方向逐渐上翘,河流下切速率向虎跳峡方向增大,阶地的年龄也有向上游减小的趋势。这些结果表明,构造运动应该是这一区域河流阶地发育的重要促发因素,气候变化只是完成了河流下切及先期河床的废弃过程。

5 结论

金沙江巨甸镇-大具河段主要发育了4级阶地,本文探讨和分析了T1和T2的空间特征和形成年代。在空间特征研究中,利用分辨率30 m SRTM数字高程模型(DEM)提取了T1和T2的空间分布特征,结合河谷横截面形态,认为阶地的保存与河流弯曲和河谷宽度密切相关:宽谷段的阶地保存较窄谷段完整,河流弯曲段阶地的保存面积大于直流段。根据野外采集的阶地(砾石层以下)拔河高度绘制了河流阶地位相图,表明巨甸镇-大具乡河段保存下来的阶地面基本上保持了分布高度上的一致性,但在杨家村及冷水沟附近阶地高度有翘起现象。由于虎跳峡附近河谷较陡,河流物质基本没有保存下来,根据赵希涛等[11]研究结果,哈巴-玉龙断块基岩高度是上翘的,因此,此处T1、T2阶地的轻微上翘可能是下游继续上翘的一个开始端,且更老的阶地也应该是具有明显的上翘特征,可能指示了构造抬升活动在空间上的差异性及其对阶地形态的控制作用。

在阶地年代学研究中,主要采集了T1阶地陡坎处出露的河漫滩相砂、T2阶地二元结构中的砂质透镜体。T2的采样剖面包括巨甸镇、红岩村及冷水沟;T1采样剖面包括新华村、礼都附近以及拉玛洛上村。共获得11个OSL有效年龄,结果显示T1和T2分别形成于为9~12 ka和15~20 ka,与赵希涛等[11]测定的T3(43~68 ka)和T4(80~88 ka)共同填补了长江第一弯河段可靠阶地年代序列的空白。

根据阶地间的年龄差与高程差得到红岩村及冷水沟附近2个T2的废弃时的下切速率,分别为0.34±0.12 mm/a和0.54±0.20 mm/a,礼都、新华村和拉玛洛上村3个T1废弃时的下切速率,分别为0.12±0.01 mm/a、0.10±0.02 mm/a及0.16±0.01 mm/a。这表明在T2下切阶段,河流下切速率较大,而T1下切阶段阶地河流下切速率较低。且在空间分布上,T1与T2阶段的河流下切速率在靠近哈巴-玉龙断块山处稍有增大趋势,这可能是河流下切速率对地块抬升差异性的一个指示。

金沙江堆积阶地的形成年代表明,T2的堆积作用与末次冰盛期(LGM:21~19 ka)密切相关,而下切于15 ka以后甚至更晚。T1堆积于全新世中国西部的大暖期。显然这两级阶地堆积于不同的气候背景,气候变化可能不是阶地形成的主要因素。而在空间上,阶地沿着虎跳峡方向逐渐上翘,河流下切速率向虎跳峡方向增大,阶地的年龄也有向上游减小的趋势,说明本区域的河流阶地可能主要受构造活动控制。

致谢 中国科学院地球环境研究所苟龙飞在野外工作中的指导与帮助;中国地震局地震预测研究所付国超在文章修改过程中给予中肯的建议;中国地震局地质研究所张会平研究员及其他几位匿名审稿人的建设性意见,对完善本文非常重要,在此表示衷心感谢。

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Terraces and their chronology features of the First Bend along the Changjiang River
Tao Yaling1,2, Chang Hong1, Qiang Xiaoke1     
(1 State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences, Xi'an 710061, Shaanxi;
2 Institute of Geology, China Earthquake Adminision, Beijing 100029)

Abstract

The First Bend along the Changjiang River formed in the southeast margin of the Tibet Plateau and the middle of Three Parallel Rivers area, located within the fold belt that formed between the northward subducting Indian plate and the stable Yangtze Platform. The rivers evolution in this region is critically related to the tectonic deformation. Large-scale strike-slip faults, linear geomorphic features, block mountains and graben basins widely formed, near the First Bend along Changjiang River, where the river landscape is one ideal indicators for studying the tectonic, climate and other geological processes. There are four levels of terraces (T1~T4)formed at the Judian-Daju segment of Jinsha River. In this paper, we mainly studied the T1 and T2 terraces of this segment from two aspects, including the analysis of the morphological characteristics and the chronology study of terraces. We collected the sand samples of the first-order terrace and the second-order terrace to constraint the ages by the optical luminescence dating. And we also analyzed the longitudinal profile, cross profile and plane distribution characteristics and other morphological characteristics of terraces. We employed data from digital elevation model (DEM) to study the plane features of the terraces and compared with the valley cross section. We suggest that the preservation of the terraces is closely related to the river bend and the width of the valley. The terraces were well preserved in a wider and more crooked valley. The height of fluvial terrace staircases above the local river level is used for inferring relative tectonic motions between the segments. The correlated longitudinal terrace profiles show no distinct relative tectonic movements within the catchment area. However, the elevation of terrace above the river water is increased along the Jinsha River to the lower reaches of the Tiger Leaping Gorge. During our field investigation, we found that the downstream incision rate of our study area is higher than upstream. Those results demonstrate that the downstream segment behaved as different tectonic block under differential tectonic movement and the Haba-Yulong micro-block possibly experienced a faster uplift. The OSL ages of T1 and T2 are 9~12 ka and 15~20 ka respectively. We complemented the chronology of the terraces around The First Bend. Terraces (T2~T4)near the First Bend are generally covered by the paleosol-like deposits, and height difference between each terrace is relatively light. The second terrace was made up by several binary-structured deposits cycle that indicate Bouma sequence. The sedimentary features and the chronology suggest that the deposition of T2 is formed during the Last Glacial Maximum (LGM:21~18 ka), and the subsequent erosion process may occurred after 15 ka or even later. T1 deposited in the warm period during the Holocene. It's clear that the formation and incision processes of the two terraces occurred under different climatic conditions. This may indicate that the stronger the tectonic movement was, the better the climatic imprint as expressed in the form of the development of the terrace. In addition, the ages and incision rates of the terrace are much more lager in the downstream, so we speculate that the inferred tectonic motions played a key role in the terrace incision process.
Key words: the First Bend along the Changjiang River     terraces     stratigraphic characteristics     age constraints