巖性差異對岷江龍門山河段剖面樣式的影響

陳 浩 ，李 勇

（1.綿陽師范學院 資源環境工程學院，四川 綿陽 621006；2.成都理工大學 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，四川 成都 610059）

發源于岷山西緣弓嘎嶺的岷江干流河道沿岷江斷裂展布方向南流，進入茂縣后，流向由近南北向北東—南西向偏轉，河谷的位置與汶川—茂縣斷裂的位置基本重疊。自汶川縣玉龍鎮之后，岷江進入汶川—茂縣斷裂與北川—映秀斷裂所夾持的后龍門山地區和北川—映秀斷裂與彭縣—灌縣斷裂所夾持的前龍門山地區。流經龍門山地區的岷江河段（玉龍—都江堰以東河段），河床基底及河谷兩側谷坡巖性構成復雜，本次研究主要分析巖性對岷江龍門山河段剖面樣式的控制作用，并以此為基礎，探討該區域水系演化模式對巖性差異的響應機制。

1 河床基底巖性特征

總體來看，岷江上游水系展布于松潘—甘孜褶皺帶（河源—玉龍河段）和龍門山斷裂帶（玉龍—都江堰以東河段）兩個構造單元之上。河源—玉龍河段河床基底巖性較為單一，主要為中生界砂巖、灰巖和前中生界變質巖、碳酸鹽巖。玉龍—都江堰以東河段河床基底巖性構成復雜，位于后龍門山地區的玉龍—映秀河段河床基底主要由彭灌雜巖（主要成分為前中生界花崗巖，含少量閃長巖）構成，巖性硬度較大，普氏硬度系數達到18；位于前龍門山地區的映秀—都江堰河段干流河道流經彭灌飛來峰群，河床基底主要為古生界碳酸鹽巖（以灰巖為主），普氏硬度系數大致為 15；岷江干流切過彭縣—灌縣斷裂后，向東進入成都盆地，河床基底主要由侏羅系—白堊系紅層及第四系松散堆積物構成，普氏硬度系數大致為 6（圖 1、表 1）[1～3]。從圖 1也可以看出，岷江龍門山河段河谷兩側谷坡巖性與河床基底巖性基本一致，呈對稱發育。

圖1 岷江上游流域區域地質簡圖(底圖據張會平等[1][2]，2006，改繪)

2 巖性對水系剖面樣式的控制作用

2.1 巖性差異與水系剖面樣式特征

在岷江河床巖性地層剖面上（圖2），有一個值得注意的現象。岷江河谷兩側龍門山山頂面自北西向南東呈階梯狀下降，在巖性過渡地帶，地貌剖面出現明顯坡折，即龍門山山頂面主要坡折點與巖性界線基本對應。花崗巖硬度大，抗風化能力強，花崗巖區的山頂面明顯高于其他地貌單元；以灰巖為主的彭灌飛來峰群地貌區，巖石硬度和抗風化能力均弱于花崗巖區，再加上灰巖易和溶有 CO2的地表水發生反應生成微溶性的 Ca(HCO3)，因而，灰巖區域的山頂面顯著降低；中生界紅層和第四系堆積物硬度和抗風化能力相對最弱，彭縣—灌縣斷裂以東區域，海拔高程陡降為500m左右。

但是，龍門山區的岷江河床剖面雖然也表現為北西高，南東低，在巖性過渡地帶河床剖面上也存在一些小的陡坎，但并沒有表現出顯著的與高抗蝕花崗巖、灰巖和低抗蝕紅層、第四系堆積物界限相對應的階梯狀變化，整個龍門山區岷江河床剖面坡度大致保持在同一水平。李勇等[4]的研究也表明，該區域河段河床梯度系數值始終保持在2204左右。

表1 岷江上游龍門山河段河床基底巖性及硬度系數

2.2 巖性差異對剝蝕作用的響應

上述分析表明，龍門山區的地貌剖面形態與河床剖面形態存在明顯差異，究其原因，主要是在地貌演化過程中，地貌剖面主要受面狀剝蝕作用控制（龍門山平均面狀剝蝕速率為 0.72mm/a[4]），面狀剝蝕速率因巖性不同而存在差異，再加上龍門山地區活動斷裂走向與巖性分界線基本一致，由于疊加了巖性差異和斷裂活動差異的雙重影響，因而，在巖性過渡地帶，地貌剖面的階梯狀變化較為顯著。但河床剖面形態主要受控于線狀剝蝕作用（河流下切作用是線狀剝蝕作用的主要形式），岷江龍門山河段平均下切速率達1.50mm/a[4]，是面狀剝蝕速率的2.1倍，沿河床的原始地貌陡坎幾乎被水流剝蝕殆盡，因而岷江河床剖面上雖然也存在巖性差異與活動斷裂疊加作用形成的小陡坎，但與地貌剖面上的階梯狀坡折相比，河床剖面上的坡折度相對小得多。

3 水系剖面樣式影響因素

圖2 岷江河床巖性地層剖面

本次研究著重探討了岷江龍門山河段剖面樣式對巖性差異的響應，實際上，水系剖面樣式（包括河床剖面樣式和河谷兩側山頂面剖面樣式）的演化不僅受巖性的控制，還要受氣候條件和構造活動的影響。在龍門山地區，東亞季風遇到高大的九頂山阻擋，暖濕氣流沿迎風坡爬升，空氣中的水汽因冷卻凝結而易形成地形雨，因而，在岷江前龍門山河段，剝蝕作用最為強烈（圖3）。另外，龍門山各主干斷裂逆沖作用有自北西向南東減弱的趨勢（筆者根據河流階地面垂直扭錯量和相應測年值計算獲知，汶川—茂縣斷裂、北川—映秀斷裂、彭縣—灌縣斷裂晚第四紀以來逆沖速率分別為0.84 mm/a、0.52 mm/a和 0.24 mm/a），龍門山各主干斷裂的差異活動使汶川—茂縣斷裂和北川—映秀斷裂所夾持的后龍門山地區的抬升速率和抬升幅度大于北川—映秀斷裂和彭縣—灌縣斷裂所夾持的前龍門山地區。因而，岷江龍門山河段剖面高程是對該區域巖性、氣候、構造條件的綜合反映。在今后的工作中，將對氣候條件、構造條件與岷江水系剖面樣式的耦合關系作更深入的研究。

4 結論

在岷江龍門山河段，由于面狀剝蝕速率因巖性不同而存在差異，受控于面狀剝蝕作用的龍門山山頂面主要坡折點與巖性界線基本對應。在該區域，線狀剝蝕速率是面狀剝蝕速率的2.1倍，沿河床的原始地貌陡坎幾乎被水流剝蝕殆盡，因而，受控于線狀剝蝕作用的河床剖面上沒有表現出顯著的與巖石抗蝕界限相對應的階梯狀變化。

圖3 龍門山地形雨形成過程示意圖

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