金沙江石鼓—虎跳峽河段演化史及形成環(huán)境研究

蔡耀軍,王軍懷,朱云發(fā),李 書(shū)

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司,湖北武漢 430010;2.水利部長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所,湖北武漢 430011)

金沙江石鼓—虎跳峽河段演化史及形成環(huán)境研究

蔡耀軍1,2,王軍懷2,朱云發(fā)2,李 書(shū)2

(1.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司,湖北武漢 430010;2.水利部長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所,湖北武漢 430011)

關(guān)于金沙江石鼓—虎跳峽河段演化史的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論已持續(xù)一個(gè)世紀(jì)。從階地位相對(duì)比、河床覆蓋層結(jié)構(gòu)、古河道地質(zhì)及地貌、區(qū)域構(gòu)造環(huán)境等方面綜合研究后,認(rèn)為金沙江在第四紀(jì)之前是一條流向老君山湖的內(nèi)陸河,現(xiàn)今的沖江河是古金沙江的一部分,鴻文—?jiǎng)Υü鹊刂皇堑谒募o(jì)以來(lái)形成的構(gòu)造谷。早第三紀(jì)末—晚第三紀(jì),金沙江斷裂活動(dòng)導(dǎo)致老君山地區(qū)地殼抬升及巖漿侵入,老君山湖逐步消亡并形成現(xiàn)今的金沙江和瀾滄江的分水嶺,金沙江南流通道被堵塞,金沙江在石鼓盆地形成堰塞湖,迫使江水向東尋找出口。階地研究表明,最晚在Q2中期金沙江虎跳峽段已完全貫通。Q2末—Q3初,金沙江石鼓一帶,河床發(fā)生強(qiáng)烈下切,下切幅度達(dá)到100～150 m。進(jìn)入Q3后,本地發(fā)生受北部德欽—中甸斷裂、中甸—龍?bào)磾嗔芽刂频臄鄩K下沉,形成100～250 m的巨厚堆積,直到1.5萬(wàn)年前,受喜馬拉雅抬升影響,石鼓地區(qū)才重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛齾^(qū)。

金沙江;石鼓;河道演化;形成環(huán)境

0 引言

金沙江石鼓—虎跳峽河段存在一系列奇特的地質(zhì)和地理現(xiàn)象,由此引發(fā)了一系列的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論,如石鼓長(zhǎng)江第一灣的形成條件、鴻文—?jiǎng)Υü鹊厥欠駷楣沤鹕辰蚰狭魅胗《妊蟮耐ǖ?、金沙江虎跳峽河段何時(shí)切穿以及石鼓盆地河床深厚覆蓋層是如何形成的。這些爭(zhēng)論持續(xù)了將近一個(gè)世紀(jì),至今尚無(wú)令人信服的結(jié)論。金沙江流域作為西電東送的重要能源基地,水利水電建設(shè)高潮的帷幕即將拉開(kāi),查清上述一系列懸而未決的問(wèn)題不僅對(duì)指導(dǎo)金沙江水資源開(kāi)發(fā)具有現(xiàn)實(shí)意義,而且這些問(wèn)題的深入研究在西部構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)極具代表性,可以作為打開(kāi)西部地區(qū)地質(zhì)地理環(huán)境演變神秘之門(mén)的金鑰匙。因此,從5個(gè)方面開(kāi)展了較為系統(tǒng)的調(diào)查與分析:

(1)實(shí)地調(diào)查金沙江奔子欄—虎跳峽段河谷階地的分布與位相,了解階地的物質(zhì)組成、形成時(shí)代與形成環(huán)境。

(2)尋找古金沙江曾經(jīng)南流的證據(jù),古河道位置,復(fù)原當(dāng)時(shí)的水系。對(duì)鴻文村—白漢場(chǎng)—?jiǎng)Υ◣罟鹊丶皼_江河進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,研究谷地的地貌與地質(zhì)特征,分析谷地的成因。

(3)分析古金沙江向東改道進(jìn)入太平洋的原因,尋找虎跳峽被切穿的年代依據(jù)。

(4)研究金沙江河谷深厚覆蓋層結(jié)構(gòu),分析石鼓盆地河床深厚覆蓋層的成因。

(5)分析金沙江改道與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)關(guān)系,研究長(zhǎng)江第一灣的形成條件。

1 河谷階地研究

自20世紀(jì)初,陸續(xù)有地質(zhì)、地理、構(gòu)造等專(zhuān)業(yè)的學(xué)者對(duì)金沙江上游進(jìn)行過(guò)階地的調(diào)查。通過(guò)對(duì)上游奔子欄到下游大具金沙江河谷階地的系統(tǒng)研究,從高程上大致可以確定7級(jí)階地[1],其中4級(jí)以上階地一般為侵蝕階地,完整性較差;1、2級(jí)階地為Q3—Q4形成的新階地,見(jiàn)表1。在上游奔子欄附近,共發(fā)現(xiàn)8級(jí)階地,其中1、2級(jí)為堆積階地,2級(jí)階地最寬達(dá)400 m;4級(jí)基座階地最寬達(dá)500 m。塔城附近可見(jiàn)到3級(jí)現(xiàn)代堆積階地,其中2級(jí)階地寬100～500 m。在塔城1 900～1 920 m(高出河面5～20 m)、石鼓1 895 m、龍?bào)? 850 m等處分別發(fā)現(xiàn)了殘留的古老河床沖積物,其相對(duì)高度在20～55 m,根據(jù)金沙江流域同類(lèi)階地測(cè)年資料,分析判斷屬于Q2的產(chǎn)物。其中卵石母巖主要由花崗巖組成,粒徑5～15 cm,呈全風(fēng)化狀,手捏即碎,這一特征在金沙江流域可以作為標(biāo)志層進(jìn)行階地的位相研究。如在塔城左岸,在現(xiàn)代崩坡積物下勘探揭露厚達(dá)10～20 m的埋藏階地,寬度達(dá)100 m,其高程與現(xiàn)代河谷兩岸的2級(jí)階地相當(dāng)。階地下部為單一的花崗巖卵石,全風(fēng)化狀;上部為砂層,顆粒均勻。表明本河段經(jīng)歷了抬升—下沉—再抬升的地殼運(yùn)動(dòng)或侵蝕基準(zhǔn)面下降—抬升—再下降的變化過(guò)程。

部分階地的測(cè)年數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從上下游階地高程看,奔子欄以上、龍?bào)匆韵碌暮庸入A地與奔子欄—龍?bào)春佣蔚碾A地相差懸殊,反映它們應(yīng)屬于不同的構(gòu)造單元。在奔子欄—龍?bào)春佣蝺?nèi)部,1～3級(jí)階地具有一定的可比性,但高階地可比性較差,反映在較早的某個(gè)時(shí)期上下游環(huán)境存在較大不同。

分布在塔城、石鼓、龍?bào)吹娜L(fēng)化花崗巖卵石對(duì)揭示金沙江河道演化具有重要的標(biāo)志意義。關(guān)于古金沙江歷史上曾向南流入南大洋(印度洋)的假設(shè),均認(rèn)為南流的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在石鼓或鴻文[1-3]。龍?bào)次挥邙櫸南掠渭s10 km,說(shuō)明至少在形成全風(fēng)化花崗巖卵石堆積時(shí)(Q2),金沙江向東的通道已經(jīng)打通。

表1 金沙江日冕—大具河段河流階地拔河高度及測(cè)年資料Table 1 Terraces data in the Rimian-Daju section

2 區(qū)域地質(zhì)與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征

圖1 金沙江石鼓段水系及構(gòu)造格局示意圖Fig.1 Water system in Shigu section and geotectonic scheme

在金沙江上江—石鼓南岸老君山—?jiǎng)Υㄒ粠Х植加虚L(zhǎng)條狀的總厚度超過(guò)千米的下第三系砂巖、礫巖等,其東側(cè)范圍達(dá)到目前活動(dòng)性較強(qiáng)的龍?bào)础獑毯髷嗔?F16),在石鼓下游鴻文村附近以及F16南延方向也有零星分布,說(shuō)明在早第三紀(jì)時(shí),在現(xiàn)金沙江南岸分布有一個(gè)受金沙江斷裂(F1)控制的NW—SE向的構(gòu)造湖盆(老君山湖),在湖盆持續(xù)下沉過(guò)程中堆積了巨厚的砂和砂礫石,并可能成為當(dāng)時(shí)周邊河流的侵蝕基準(zhǔn),見(jiàn)圖1。石鼓西南側(cè)沖江河目前是一條總長(zhǎng)約40 km,但寬度達(dá)到300～500 m的金沙江一級(jí)支流,近河口附近勘探顯示河床覆蓋層厚度超過(guò)100 m,且物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)與金沙江相似,表明它是一條古老,與金沙江具有相同沉積環(huán)境的河流。有學(xué)者認(rèn)為古金沙江曾從鴻文村沿劍川谷地南流進(jìn)入印度洋,經(jīng)過(guò)實(shí)地考察,劍川谷地目前為一個(gè)藕節(jié)狀的構(gòu)造谷地,低矮山包與寬緩盆地相間分布,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與古金沙江規(guī)模相當(dāng)?shù)暮恿骰顒?dòng)痕跡及地貌形態(tài)。位于鴻文和劍川之間的白漢場(chǎng)目前地面高程2 390 m,是劍川谷地的南北分水嶺。該分水嶺由泥盆系灰?guī)r構(gòu)成,且偏離老君山脈軸線十余公里,表明該分水嶺主要系巖性控制,而非晚第三紀(jì)地殼隆起形成。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造研究成果,第四紀(jì)以來(lái)F16活動(dòng)強(qiáng)烈,以拉張—左旋為其特征,劍川谷地多個(gè)寬緩小盆地當(dāng)屬于其拉張—左旋的產(chǎn)物——拉張盆地,目前的線狀谷地應(yīng)是構(gòu)造作用的產(chǎn)物。沖江河寬闊的河谷、深厚的河床覆蓋層與河流規(guī)模及目前的流量極不相稱(chēng),推測(cè)在金沙江向東貫通之前,曾一度沿沖江河注入老君山湖,即沖江河是古金沙江的一部分,當(dāng)時(shí)的金沙江屬于內(nèi)陸河。

在早第三紀(jì)末—晚第三紀(jì),金沙江斷裂(F1)強(qiáng)烈活動(dòng)導(dǎo)致老君山斷陷湖盆抬升,并在早第三系地層中形成多次酸性、中性、堿性斑巖侵入,在斷裂西側(cè)形成大范圍花崗巖侵入,湖泊范圍快速萎縮,至晚第三紀(jì),僅在劍川F16斷裂帶兩側(cè)狹窄范圍尚繼續(xù)接受堆積。晚第三紀(jì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和巖漿活動(dòng)導(dǎo)致金沙江南部地區(qū)快速上升,古金沙江南部通道被堵。目前老君山地面最大高程4 414 m,為金沙江和瀾滄江的分水嶺,根據(jù)鴻文附近分布的早第三系高程推算,本次地殼抬升幅度達(dá)到2 500 m。

實(shí)地調(diào)查在鴻文村下游的龍?bào)锤浇?興園)發(fā)現(xiàn)了與塔城、石鼓等地同時(shí)代的全風(fēng)化花崗巖卵石標(biāo)志層,同時(shí)在石鼓—龍?bào)唇鹕辰镀掳l(fā)現(xiàn)較多的水成黃土狀土,表明晚第三紀(jì)發(fā)生的南部地殼抬升,迫使金沙江在上江—石鼓—龍?bào)匆粠纬裳呷?在新通道形成之前的相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),湖水呈漫流狀態(tài),可能的主要出口是向東通過(guò)虎跳峽,其次向南通過(guò)F16劍川谷地。全風(fēng)化卵石層的出現(xiàn)則表明最遲在Q2,金沙江改道東流的格局已經(jīng)形成,因此金沙江貫通東流的形成時(shí)期應(yīng)在Q1-Q2早期。

3 Q2以來(lái)的河谷演化

在形成了以全風(fēng)化花崗巖卵石層為標(biāo)志的階地后,金沙江其宗—虎跳峽河段進(jìn)入一個(gè)快速下切階段,從塔城、上江、龍?bào)吹鹊睾哟不鶐r面高程及Q2階地以下河岸形態(tài)分析,河流連續(xù)下切幅度達(dá)到100～150 m。其原因可能有兩種:一是構(gòu)造抬升作用,即自晚第三紀(jì)開(kāi)始的南部地殼抬升范圍向北擴(kuò)展至金沙江一帶。區(qū)域構(gòu)造研究表明,在Q2晚期到Q3早期,滇西北地區(qū)曾發(fā)生一次明顯的地殼抬升;二是金沙江虎跳峽河段快速下切導(dǎo)致石鼓河段侵蝕基準(zhǔn)下降,虎跳峽河段一級(jí)階地高出目前河水位100 m,二級(jí)階地高出河水位200 m,可能是當(dāng)時(shí)快速下切的結(jié)果。伴隨河床強(qiáng)烈下切,石鼓盆地金沙江兩岸形成了一系列密集的滑坡,如上江右岸的海排滑坡,其前緣低于目前河水面約100 m,并被Q3河床堆積物覆蓋。上江下游的古傾倒變形體,前緣低于現(xiàn)代河水位約150 m[4]。

Q3初期開(kāi)始,石鼓盆地轉(zhuǎn)為下沉堆積狀態(tài)。根據(jù)目前掌握的資料,奔子欄上游約60 km的斯木達(dá)河床覆蓋層厚度約30 m,其宗上壩址河床覆蓋層厚度75～85 m,其宗下壩址河床覆蓋層厚度100～110 m,塔城河床覆蓋層厚度100 m,上江河床覆蓋層厚度200 m,紅石崖(禮都)河床覆蓋層厚度>250 m,石鼓河床覆蓋層厚度172 m,龍?bào)锤浇哟哺采w層厚度100 m左右,虎跳峽一帶河床覆蓋層厚度40～50 m,顯示金沙江在其宗—龍?bào)春佣涡纬梢粋€(gè)巨大的沉積凹槽。該堆積物總體上可分為三層:底部為砂礫層,夾少量卵石,厚度30～150 m不等,在近岸地帶混雜有崩坡積物;中部分布一層厚度8～20 m的深灰色粘土,局部夾壤土或粉細(xì)砂,有機(jī)質(zhì)較重,局部含較多的木屑或樹(shù)枝;上部為砂卵石層,厚度20～50 m。本次地殼下沉在石鼓盆地金沙江支流也有一定反映,主要表現(xiàn)在兩方面:一是支流普遍具有寬淺特征,二是支流溝口普遍有數(shù)米至20余米的粘性土堆積。從金沙江河床覆蓋層厚度增大的范圍看,本次地殼下沉的北邊界顯然受德欽—中甸斷裂(F2)、中甸—龍?bào)磾嗔?F3)的控制,且在Q3早期本地相對(duì)差異沉降幅度較大,沉降中心位于巨甸—紅石崖,最大沉降幅度超過(guò)250 m。中部層位測(cè)年顯示其形成時(shí)代為5萬(wàn)～8萬(wàn)年,目前高出河水位約20 m左右的二級(jí)階地測(cè)年顯示為2.6萬(wàn)年,表明進(jìn)入Q3后,石鼓盆地發(fā)生長(zhǎng)時(shí)期的、受斷塊差異運(yùn)動(dòng)控制的地殼下沉,直至1.5萬(wàn)～2萬(wàn)年前,受青藏高原抬升影響,本地區(qū)才逐步轉(zhuǎn)為緩慢抬升。從沉積物特征分析,本次地殼下沉速率經(jīng)歷了較快—快—較慢的變化過(guò)程。

從河谷基巖形態(tài)看,Q2時(shí)期的河床快速下切后,迅速轉(zhuǎn)為Q3時(shí)期的下沉,之間沒(méi)有明顯的停頓。因此,推算河床下切主要發(fā)生在Q2晚期,虎跳峽完全貫通可能發(fā)生在Q2中期。

4 金沙江石鼓段演化史

(1)早第三紀(jì)時(shí)期:在現(xiàn)金沙江南部受金沙江斷裂控制,形成NW-SE展布的“老君山斷陷湖”,成為周邊河流,包括石鼓以上古金沙江的排泄基準(zhǔn);石鼓南岸金沙江支流—沖江河是當(dāng)時(shí)古金沙江的一部分,是古金沙江向南注入老君山湖盆的通道。F16斷裂當(dāng)時(shí)已經(jīng)存在,但并沒(méi)有成為當(dāng)時(shí)古金沙江入老君山湖的通道。發(fā)源于中甸的小中甸河當(dāng)時(shí)向南流至石鼓后與古金沙江匯合,一起注入老君山湖盆。因此石鼓長(zhǎng)江第一灣上游部分是古金沙江,下游部分則是源自古小中甸河的改向河。

(2)早第三紀(jì)末期—晚第三紀(jì),老君山湖地區(qū)快速抬升,老君山湖消亡,古金沙江向南出路被壅塞,迫使金沙江向東尋找新的出路。在石鼓—龍?bào)唇鹕辰瓋砂斗植嫉狞S土狀土堆積,石鼓盆地內(nèi)被后期崩坡積物掩埋的寬達(dá)100～200 m的階地,以及金沙江石鼓段寬闊的河谷可能與當(dāng)時(shí)湖盆環(huán)境有關(guān)。從掩埋階地的分布范圍分析,當(dāng)時(shí)堰塞湖回水范圍可能在其宗上游不遠(yuǎn)處。

(3)在經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期的侵蝕后,金沙江虎跳峽通道最遲在Q2中期已完全形成。

(4)在金沙江虎跳峽段貫通直至Q2末-Q3早期,其宗—龍?bào)春佣纬掷m(xù)下切100～150 m,引發(fā)石鼓盆地金沙江兩岸大量崩塌滑坡。

(5)Q3早期(約10萬(wàn)年前),受北側(cè)德欽—中甸斷裂、中甸—龍?bào)磾嗔芽刂频臄鄩K差異運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致石鼓盆地下沉,下沉經(jīng)歷了較快→快→較慢,這樣一個(gè)變化過(guò)程,與此對(duì)應(yīng)分別形成了砂礫石層、粘土層、砂卵石層三套巖組。其中,Q3早期在巨甸—紅石崖段下沉量最大,形成厚度超過(guò)250 m的巨厚層沖湖積相堆積物。

(6)在Q3末,隨著青藏高原隆起,本區(qū)結(jié)束自Q3早期開(kāi)始的持續(xù)下沉,進(jìn)入緩慢抬升剝蝕階段,石鼓盆地兩岸普遍形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地。

5 結(jié)語(yǔ)

金沙江石鼓段河谷演化受控于金沙江斷裂、德欽—中甸斷裂及中甸—龍?bào)磾嗔训幕顒?dòng)。金沙江在向東貫通之前為一條流向老君山湖的內(nèi)陸河,金沙江斷裂活動(dòng)導(dǎo)致的老君山地區(qū)隆起是誘發(fā)金沙江改道的直接原因。晚第三紀(jì)—早更新世,金沙江石鼓段形成堰塞湖。Q2中期,虎跳峽被切穿,金沙江東流通道完全形成。Q2中后期,石鼓段河床快速下切100～150 m。Q3早期開(kāi)始石鼓段轉(zhuǎn)入持續(xù)下沉和堆積時(shí)期,最大堆積厚度超過(guò)250 m,石鼓盆地形態(tài)在本階段初步形成。Q3末以來(lái)本地區(qū)處于緩慢抬升狀態(tài),斷塊差異運(yùn)動(dòng)不明顯。長(zhǎng)江第一灣則是古金沙江和古小中甸河改向的產(chǎn)物。

[1] 楊達(dá)源.長(zhǎng)江地貌過(guò)程[M].北京:地質(zhì)出版社,2006:15-50.

[2] 楊達(dá)源,徐李生.金沙江東流的研究[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2001,37(3):319-322.

[3] 許仲路,李行健,滇西北麗江鴻文村—?jiǎng)Υǖ槟峡v谷成因與金沙江襲奪問(wèn)題的探討[J].地理學(xué)報(bào),1982,37(3):325-333.

[4] 長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.金沙江塔城水電站工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].武漢:長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,2009.

(責(zé)任編輯:李 雯)

Study on Revolution History and Formation Environment of the Shigu-Hutiaoxia Section of Jinsha River

CAI yaojun1,2,WANG Junhuai2,ZHU Yunfa2,LI Shu2
(1.Changjiang Survey Design Planning Research Co.L td.,Wuhan,Hubei430010;2.Changjiang Investigation Institute,Wuhan,Hubei430011)

The dispute about the evolution of the Shigu-Hutiaoxia section of Jinshajiang River lasts already one century.After researching some aspects of the terrace contrast,the structure of riverbed overburden,the geologic and topographic feature,and the regional tectonic environment reveals that before the Quaternary,the authors believe that,the upper section of Jinsha River at Shigu is a continent river toward to Laojunshan lake,the current Chongjiang River is a partof the ancient Jinsha River,and the Hongwen-Jianchuan valley is only a tectonic one for med since the Quaternary.During the end of the early Tertiary and late Tertiary,the south part of the river near theLaojunshan lake blocks up gradually because of the raise of the earth’s crust and themagma invasion,which forces the river to find a new exit towards to the east.At themiddleQ2period,the Hutiaoxia section of Jinsha River must have been in complete connection.At late Q2or early Q3period,the raise of the earth’s crust in the region induced an intensive riverbed cutting of 100 to 150 m.Since the Q3,the subside of the earth’s crust which controlled by the north Deqin-Zhongdian fault and the Zhongdian-Longpan fault had caused a huge accumulation of 100 to 250 m.At the Q3end,the region starts raise slowly influenced by the H imalaya movement.

Jinsha River;Shiju;evolution;formation environment

TV147

A

1671-1211(2010)03-0283-04

2010-02-03;改回日期:2010-05-17

蔡耀軍(1963-),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè),從事水利水電工程勘察與設(shè)計(jì)工作。E-mail:caiyaojun@cjwsjy.com.cn