鄂西清江中上游高海拔礫石層ESR定年及地質意義

王令占, 涂 兵, 田 洋, 謝國剛, 曾波夫

中國地質調查局武漢地質調查中心, 湖北武漢 430205

鄂西清江中上游高海拔礫石層ESR定年及地質意義

王令占, 涂 兵, 田 洋, 謝國剛, 曾波夫

中國地質調查局武漢地質調查中心, 湖北武漢 430205

在鄂西清江中游建始、巴東地區、上游利川地區的野外地質調查中, 發現多處殘留的高海拔河流相礫石層, 其特征指示礫石層可能為NNE向古水系殘留的“高階地”。對高海拔礫石層進行了ESR測年, 清江中游建始、巴東地區高海拔礫石層形成于早更新世末中更新世初(677±67)～(789±78) ka, 上游利川地區高海拔礫石層形成于中更新世中期(371±37)～(551±55) ka, 說明早更新世末中更新世初, 清江中游地區尚發育NNE向古水系, 而直至中更新世中期, 清江上游利川地區仍發育NNE向古水系。這可能指示清江襲奪中游水系發生于早、中更新世之交, 襲奪上游水系發生于中更新世中期, 現代清江水系形成于中更新世中期之后。由于清江貫通、長江貫通三峽都與青藏高原末次快速隆升有密切關系, 從而指示長江貫通三峽的方式總體上可能也是自東向西的不斷襲奪, 而貫通時間則可能要稍早于清江。

高海拔礫石層; ESR定年; 清江中上游地區; 清江貫通; 長江貫通三峽

清江為鄂西地區最大的長江支流, 發源于湖北 省利川西側的齊岳山, 向東橫越鄂西南山地, 在枝江市宜都城北匯入長江干流, 總長約 423 km(圖 1),由于它與長江干流三峽河段大體保持平行東流之勢,長期受到地質地貌學家廣泛的關注。在清江的演化研究方面, 沈繼方等(1996)和王增銀等(1999)認為火燒坪、燕子巖一帶為江漢盆地與恩施盆地水系的古分水嶺, 西側古水系向西注入恩施盆地, 東側古水系則向東注入江漢盆地。楊達源(2006)基于對清江流域構造地貌、水系結構以及河流階地等研究, 認為長陽火燒坪一帶為最早的區域性分水地帶, 東部(下游)曾發育多條互相之間大體平行東流的古寬谷, 中游半峽以西的清江干流為后生, 是在距今 100多萬年前通過河流襲奪貫通, 而上游則在大約中更新世晚期20萬年之后, 通過地下暗河形式溝通, 從而奠定現代清江及清江流域基本輪廓。

前人研究表明鄂西山區自早中生代以來一直保持為區域性分水地帶(李四光, 1924; 葉良輔等, 1925;李承三, 1956; 王鴻禎, 1985; 王增銀等, 1999; 楊達源, 2004, 2006; 王清晨, 2009), 大體上自黃陵背斜核部向南至火燒坪、燕子巖、五峰一帶的南北向地帶, 為曾經的區域分水嶺, 清江水系為中更新世時期由向東流入江漢盆地的古水系襲奪中、上游古水系形成(沈繼方等, 1996; 王增銀等, 1999; 楊達源,2006)。但已有認識多是基于構造演化、地形地貌及水系結構特點等分析得出, 未見有關清江中上游古水系及階地等相關報道, 更沒有年代數據的支持。

筆者近幾年在鄂西地區進行地質調查過程中,于清江中游建始(李家灣)、巴東(野三關楊叉壩)地區、上游利川(廟子坪、齊岳山)地區清江、長江分水嶺地帶發現多處殘留的高海拔河流相礫石層, 已有專門報道(王令占等, 2010a, b, 2011), 認為其可能為古水系殘留的高階地, 指示清江中、上游地區曾經發育NNE向古水系。本文綜合清江中、上游高海拔礫石層的ESR年齡, 結合地質地貌特征對其地質意義進行了探討。

1 地質背景

清江流域處于中國第二級階梯向第三級階梯過渡地帶。清江沿岸 70%屬喀斯特地貌。上游從利川清江源至恩施城, 長約153 km, 落差1070 m, 占總落差的 75%以上, 有寬谷、峽谷及地下暗河相間。中游從恩施城至長陽縣資丘鎮, 長約 160 km, 落差280 m, 兩岸陡坡達 60°～80°, 屬山地峽谷。下游從資丘鎮至宜都市入長江口, 長約 110 km, 落差 80 m,以寬谷、丘陵地貌為主。主要支流有馬水河、忠建河、漁洋河, 較大的支流還有野三河、磨刀河、招徠河、東流溪、白炭河等。其中清江干流除清江下游段及清江源利川地區河段外, 其他河段河流方向均與構造線方向呈大角度交切關系。

圖1 清江中上游地區高海拔礫石層分布位置及形成時代(底圖據楊達源, 2006改編; 中游礫石層ESR年齡引自王令占等, 2010a, b; 長陽縣城清江階地年齡引自楊達源, 2006)Fig. 1 Location and formation age of high-elevation gravels in the upper and middle reaches of the Qingjiang River(after YANG Da-yuan, 2006; ESR dating of the gravels in the middle reaches after WANG Ling-zhan et al., 2010a, b;age of the Qingjiang terrace in Changyang County after YANG Da-yuan, 2006)

2 高海拔礫石層特征及ESR定年

早在20世紀60年代初就有在清江中上游高海拔位置發現礫石層的報道(沈玉昌, 1965)。但其報道的礫石層主要分布于建始、巴東地區。在最近的幾次調查中, 我們在上游利川地區發現多處高海拔礫石層。這些礫石層具有以下特征: 海拔高, 均處于清江、長江分水嶺高地, 礫石分選好, 磨圓度高, 粒度不大, 粒徑多小于3 cm, 礫石成分主要為灰巖(三疊系)、白云巖(三疊系), 次為砂巖(侏羅系)、粉砂質(志留系)、燧石(二疊系)、石英及少量鐵質等, 以近源物質為主, 少量為遠源物質, 礫石層規模小, 均被坡積物、黃土覆蓋, 部分礫石層礫石扁平面指示古水流自北北東(或北)向南南西(或南)流動(圖 2)。礫石層特征表明其與前人所研究的寬谷中(或平臺上)冰川產物(唐貴智等, 1997)或古河道產物(楊達源,2006)的“泥礫堆積”有明顯區別。而從它們所處的地貌位置來看, 這些礫石層并非現在的地面水流或地下暗河的產物, 而可能是古水系沖積物殘留。其中部分礫石層(中游封竹、布隆坪上部, 上游紙廠壩、長五間、落水嵌)泥質含量較高, 并且不具典型沖積物結構, 可能已經不是原生的沖積物, 后期被移動過, 其ESR年齡也較為年輕, 如長五間礫石層ESR年齡僅為(274±27) ka。其他礫石層, 如廟子坪礫石層下部已具有一定程度的膠結, 應為原生沖積物, 其ESR年齡值應該反映古水系發育時代。

利用ESR方法測量可以獲得老于20萬年至百萬年的碎屑沉積物的地質年齡(林敏等, 2005), 該方法測年范圍可望覆蓋整個第四紀(尹功明等, 2005)。已有很多研究者采用ESR方法對新生代以來的構造活動與沉積年齡進行了測定(吳珍漢等, 2002; 胡玲等, 2005; 張仲培等, 2007; 趙希濤等, 2008)。考慮到高海拔礫石層形成時代可能較老, 我們采用ESR方法對高海拔礫石層進行了定年。從表1新發現高海拔礫石層的ESR定年數據來看, 清江中游古水系發育時間為早更新世末至中更新世初, 上游利川地區古水系發育時間為中更新世中期。

3 結論和討論

1)清江中上游高海拔礫石層特征及ESR年齡表明, 清江中上游地區在早更新世末至中更新世中期發育總體上自北而南(NNE向)的古水系, 其中中游古水系發育時間為早、中更新世之交, 上游古水系發育時間為中更新世中期。

2)對清江演化的指示: 前人(王增銀等, 1999;楊達源, 2006)對清江演化的研究認為, 清江為下游向東流入江漢盆地的古水系襲奪中上游流入恩施盆地或四川盆地的古水系而成。楊達源等(2006)資料表明長陽附近的最老清江階地形成于早、中更新世之交, 說明清江下游水系形成于早更新世末期。而在清江中上游地區發現的高海拔礫石層所指示的NNE向古水系的消亡可能是清江水系襲奪貫通的結果,則古水系發育時間可能為水系襲奪的最早時間。這可能指示現代清江水系形成過程為: 流向江漢盆地的古水系于早、中更新世之交襲奪中游水系, 中更新世中期襲奪上游水系, 最終于中更新世中期之后整體貫通, 形成現代意義上的清江水系。即現代清江水系形成于中更新世中期之后, 與現代水系及地貌形成時期一致(吳錫浩, 1989; 葛肖虹等, 2006,2010; 高名修, 2008)。

3)對長江貫通三峽的啟示: 前人對長江貫通三峽的時間和方式進行了大量的研究, 其中貫通時限從侏羅紀(李承三, 1956)至0.15～0.2 Ma(趙誠, 1996;趙誠等, 2000), 貫通方式上, 李四光(1924)認為黃陵背斜是華西和華東的分水嶺, 流向江漢盆地的嶺東之水, 于新近紀末至早更新世初, 襲奪了流向歸州盆地和四川盆地的嶺西之水, 貫通形成長江; 沈玉昌(1965)認為古近紀長江已存在, 是在三峽下段順仙女山、紅崖子和清江北的紅層區東流的, 上新世或更新世早期改道至目前位置。楊達源(1988)認為古巫水是由 NE向SW流向湖北利川, 后經襲奪東流,巫峽和瞿塘峽都是襲奪點; 田陵君等(1996)提出兩江的分水嶺不是黃陵背斜, 而是相距100 km的奉節縣瞿塘峽所在的齊岳山背斜, 巖溶作用在齊岳山形成地下河, 將兩江連接, 后來的巖溶垮塌使地下河變成瞿塘峽。張加桂(2006)則認為, 三峽的連通不是簡單的江漢平原水系與四川盆地水系的連通, 而是包括三峽庫區段眾多中小盆地及其水系的縱橫交織連通, 連通過程中有地表水的溯源侵蝕作用, 也有地下水的溶蝕、風化和侵蝕作用。地下水作用形成地下河, 許多峽谷是地下河進一步溶蝕垮塌形成。地表河與地下河相連接構成長江主河道, 其認為雖然當時的水流有東西分流, 但沒有明顯的分水嶺,許多地段水流的方向因各盆地降雨量的變化頻繁而改變。由于河流下切和新構造運動造成地表西升東降, 最后流向四川盆地的水改向東流, 形成統一的長江。

圖2 清江中上游高海拔礫石層特征Fig. 2 Characteristics of high-elevation gravels in the upper and middle reaches of the Qingjiang River

表1 清江中上游地區高海拔礫石層ESR年齡Table 1 ESR dating of high-elevation gravels in the upper and middle reaches of the Qingjiang River

青藏高原的末次快速隆升在三峽地區表現為大面積整體抬升(楊達源等, 2002), 并伴有自南西向北東的掀斜運動(閻桂林, 1994)。長江貫通三峽與清江貫通有著相同的大地構造背景, 從而指示長江貫通三峽的方式總體上可能也是自東向西(從黃陵背斜向西至齊岳山背斜)的不斷襲奪, 而貫通時間則可能要稍早于清江。

致謝: 承蒙審稿專家的認真審閱, 提出許多非常寶貴的意見。野外工作中得到了中國地質大學(武漢)李長安教授的指導, 樣品ESR測年由中國地震局地質研究所李建平老師完成, 武漢地質調查中心徐安武研究員、張開明教授級高級工程師、牛志軍研究員、趙小明研究員參加了野外工作, 在此一并表示衷心的感謝。

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ESR Dating of the High Elevation Gravels in the Upper and Middle Reaches of the Qingjiang River and Its Significance

WANG Ling-zhan, TU Bing, TIAN Yang, XIE Guo-gang, ZENG Bo-fu
Wuhan Center of China Geological Survey, Wuhan, Hubei430205

Quite a few high elevation gravels were found in the upper and middle reaches of the Qingjiang River within Jianshi, Badong and Lichuan areas, west Hubei Province. Characteristics of these gravels suggest that they are probably the “high terrace” of the NNE-trending ancient drainage system. ESR dating of the high elevation gravels indicates that the gravels were formed between the early and middle Pleistocene (677±67)-(789±78) ka in the middle reaches of the Qingjiang River, and in the middle period of middle Pleistocene (371±37)-(551±55) ka in the upper reaches, implying that there existed a NNE-trending ancient drainage system which was developed in the middle reaches of the Qingjiang River in early and middle Pleistocene, and this development lasted until the middle period of middle Pleistocene in the upper reaches of the Qingjiang River. This probably implies that the capture of the middle reaches by the Qingjiang River probably occurred between the early and middle Pleistocene,and the capture of the upper reaches took place in the middle period of middle Pleistocene. The modern Qingjiang River has been formed since the middle period of middle Pleistocene. The same geological background (last rapid uplift of the Tibetan Plateau) indicates that the phenomenon that the Yangtze River cut through the Three Gorges is probably attributed to the constantly attack from east to west, which, however, took place a bit earlier than things of the Qingjiang River.

high elevation gravels; ESR dating; upper and middle reaches of the Qingjiang River;the formation of the Qingjiang River; cut-through of the Yangtze Three Gorges

P588.212.5; P597.3

A

10.3975/cagsb.2012.03.05

本文由中國地質調查局國土資源大調查項目(編號: 1212010911016; 1212010814057)資助。

2011-12-07; 改回日期: 2012-01-06。責任編輯: 魏樂軍。

王令占, 男, 1981年生。助理研究員。主要從事構造地質、新構造研究。通訊地址: 430205, 湖北省武漢市東湖開發區光谷大道69號。電話: 027-81381866。E-mail: ycwanglingzhan@126.com。