怒江高階地的發現及其地質環境意義

張 勇， 劉 宇， 胡小龍， 趙 遜， 馮倩倩

(1.中國地質科學院探礦工藝研究所， 成都 611734； 2.成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室， 成都 610059)

怒江發源于青藏高原唐古拉山，穿過云貴高原橫斷山脈，直至云南木城鄉流出境外，一直以來都是中國滇西地區具有非同重要影響的主要河流之一[1]。多年來，怒江流域第四紀地質和地貌研究，一直是中外諸多專家學者關注的重點，并且在第四紀地層、區域地貌、古地理環境以及年代學研究等方面都取得了不錯的成果[2-12]。然而目前對于怒江“高階地”的研究仍較少，雖有部分文獻提及，如程捷等[4]報道在怒江紅旗橋附近發育拔河高度150 m的第5級階地，并認為其形成于中更新世；顧兆炎等[6]發現怒江丙中洛河段保留有拔河高度在190 m以上的第5級階地；趙希濤[8]在八宿怒江橋附近發現拔河高度約180 m的第5級階地，并認為該處有拔河高度更高的階地存在的可能；趙希濤等[11]調查研究發現怒江道街盆地存在拔河高度達380 m的第13級階地；蔣忠信[12]曾報道在怒江莫別至貢山段發育拔河高度140～200 m、365～300 m以及420～460 m的第4～6級階地等，但大都缺乏確切的河流沖積物的卵礫石證據，多是侵蝕階地或臺地。對怒江流域瀘水區段進行第四紀地貌調查時，在六庫鎮以北約6 km外的埡口村附近拔河約200～300 m的谷坡上見有明顯的河流階地卵礫石層堆積，同時發現怒江在流經埡口村時發生明顯的轉彎，形成獨特的大拐彎地貌。該發現不僅提供了怒江中更新世存在河流作用的直接證據(高階地)，也對埡口大拐彎的形成演化以及滇西地區的構造運動研究都具有十分重要的地質環境意義。

圖1 研究區區位與地貌圖Fig.1 Location and geomorphology of the study area

1 區域概況

研究區位于怒江州瀘水市六庫鎮以北的埡口村附近，屬橫斷山系之高黎貢山和碧羅雪山之間的怒江中游峽谷區，如圖1所示。區內地質環境條件復雜，海拔以怒江河谷最低，僅有700～950 m，兩側山區海拔較高，多在3 000 m以上，相對高差較大，地勢總體呈現北高南低，江河洶涌湍急，地形陡峭。區內構造背景復雜，斷裂、褶皺發育，構造格局總體以斷裂為主，其中怒江深大斷裂貫穿整個怒江河谷，大致沿河谷呈南北向波狀彎曲延伸，新構造運動活躍[13]。研究區地層較為簡單，在埡口村一帶主要出露三疊系河灣街組白云巖，實測產狀107°∠59°，巖體表面破碎，風化程度較強。水系發育受構造明顯，其中一級支流大都呈東西向注入怒江干流，怒江干流自北向南總體走向近乎南北，但流至埡口村附近發生90°偏轉，最后又轉回南北向，形成近乎“U”形的大拐彎。通過野外調查發現，在埡口村一帶共發育有T7和T8兩級高階地。

2 階地發育特征及年齡

2.1 階地級序劃分

通過參考前人研究成果，并結合野外實地調查復核，在瀘水地區共發現了八級階地，對應序號T1～T8，拔河高度分別為8～18、27～39、40～52、71～80、96～102、175、260、310 m。其中，T7、T8階地為本次新發現的高階地，均為基座階地。

2.2 階地剖面特征

選擇較為典型、露頭較好的階地剖面，如圖2所示，對各階地主要特征進行研究，具體描述如下：

(1)T7階地。觀測階地剖面露頭厚約2.2 m，其下未見底。該剖面上層厚約0.3 m，為灰黃色殘積黏土層；下層為厚約1.9 m的紫紅色粉質黏土充填的卵礫石層堆積，卵礫石層卵石含量較高，達70%以上，夾有細礫；其磨圓度好，為圓狀，有一定分選。成分復雜，以石英片巖為主，亦可見雜砂巖、玄武巖、石英等，風化程度較強，為強風化。剖面延伸較長，卵礫石層內可見透鏡狀砂層。整個階地面寬約80 m，后期改造嚴重，階面具有明顯坡度，整體為5°～10°。

(2)T8階地。觀測階地剖面露頭厚約5 m，其下未見底。該剖面頂部為厚約0.5 m的磚紅色殘積黏土層，夾有細礫；下層為厚約4.5 m的紫紅色粉質黏土充填的卵礫石層，較松散，其磨圓度好，具有一定分選，粒徑以2～10 cm居多，最大可達30～40 cm。成分混雜，主要以強-全風化石英礫巖、石英片巖為主，錘擊即碎，充填物為粉質黏土、砂土、礫砂。階地保存完整性較差，人為改造以及風化剝蝕嚴重，階面不明顯，整體較陡，坡度18°～24°，其表層為磚紅色殘積黏土層，并可見崩積巨礫石，巖性為白云巖，與基巖巖性一致。

2.3 階地年齡

階地年齡一般是指階地面形成的時代，但由于現有測年技術條件很難準確獲取階面年齡，所以通常將階面下沉積物的年齡當作階地年齡[14]。近些年來，宇生核素測年技術在第四紀沉積物年代學研究中應用廣泛，與光釋光、熱釋光、14C等其他較為常用的階地沉積物測年方法相比，該技術能夠取得較準確的測年結果，尤其是對于一些形成時代較為久遠的“高階地”，能較為真實地反映階地初步形成的年齡[15-16]。因此，采用宇生核素10Be暴露測年方法對階地沉積物進行年代學研究。

經相關專業人員在野外嚴格按照宇生核素測年樣品采集的標準和要求，分別從T7、T8階地采集了適合宇生核素測年實驗的樣品進行了階地測年，階地樣品的相關分析測試委托南京蜫鵬地質技術服務有限公司完成，其宇生核素10Be測年結果見表1。由表1可知，T7階地年齡約為247.167 ka，T8階地年齡約為310.803 ka，從時間上初步判斷這兩級階地的形成時代為中更新世中晚期。

3 階地成因分析

根據前人研究可知[17-20]，有關階地形成的主要外部控制因素大致可分為三種：構造運動、氣候變化以及侵蝕基準面變化。

圖2 階地及怒江河谷剖面圖Fig.2 Profile of terraces and Nujiang River

通常由構造運動，即新構造運動控制形成的階地最為常見，構造運動的間歇性特點直接控制了多級階地的形成[21]。該類階地在垂直方向上的結構特征通常為單個的二元結構，階地沉積物的堆積厚度大致相當于河流一般沉積厚度，階地之間的相對高度較大，基座階地以及侵蝕階地多由構造運動作用形成[18,22]。

氣候變化指的是冰期-間冰期的氣候變化，氣候變化控制形成的階地與區域上特殊的氣候事件在時間上存在著嚴格的照應關系。相關研究表明[23-24]，該類階地的形成與河流的下切受氣候變化引起的河流流通量及沉積量變化等控制。氣候階地在結構與形態上的特征表現為階地之間的相對高度較小，階地在河流兩岸都較為發育，基本呈對稱分布，階地卵礫石堆積物通常為地方性基巖碎屑，其磨圓度較低，分選性較差，垂直方向上通常可見多個二元結構，由于泥沙等的加積，河流沖積物的堆積厚度遠大于河流一般沉積厚度[25-26]。堆積階地通常是由氣候變化作用控制形成。

侵蝕基準面變化，即河流侵蝕基準面的下降控制階地的形成。該類階地在河口一帶最為發育，向上游階地越來越不發育，并逐漸尖滅。由于裂點對整個河流的影響范圍有限，只能在河口局部形成階地[27]。

從調查結果來看，T7、T8階地拔河較高，相鄰階地之間的高差較大，最大可達50～60 m，階地剖面結構特征簡單，表現為單個二元結構，卵礫石物質磨圓度較好，有一定的分選性，局部可見有細砂透鏡體產出；同時從階地類型上來看，T7、T8階地均為基座階地，下伏基巖出露明顯。因此，有關埡口高階地的成因，從階地的結構特征以及類型上來看，可以認為T7、T8階地主要是構造抬升運動與河流下切、堆積作用的產物。

4 階地地質環境意義

4.1 階地與河流演化

河流階地礫石扁平面傾向特征可以反映古河道流向及礫石物質來源[28-29]。在野外對T7、T8階地礫石最大扁平面傾向進行統計，統計范圍1 m×1 m，n為樣本數，并繪制了各階地礫石扁平面傾向玫瑰花圖，如圖3所示。由圖3可知，礫石扁平面主傾向明確，均為北西向，揭示T7、T8階地古河道流向為北西-南東方向。

而靠近階地東側的現代怒江流向為北東-南西向，如圖4所示。通過對比發現古河道流向與該處現代怒江流向差異較大，說明T7、T8階地并非目前怒江河道的產物；同時發現古河道流向與以埡口為界的上下游怒江流向大致相同，說明在大拐彎形成之前怒江在埡口處是貫通直流的，怒江大致保持北西-南東流向直接穿過埡口，并在埡口東側形成階地。

為研究河流改道的原因，對階地周邊地質環境進行了調查，并在階地西側發現一處特大型滑坡，其長約479 m，寬約985 m，面積約23×104m2，初步估計滑坡堆積體積在1 000×104m3以上，埡口村正位于該滑坡堆積體之上，如圖5(a)所示。對于該滑坡的形成時間，由于在本次調查中無具體滑坡測年數據，因此可以根據其地貌形態、滑坡粗顆粒風化程度以及與其他地貌的相互疊置關系對滑坡形成時間進行綜合判定。從地貌上來看，該滑坡位于怒江河谷寬谷段，滑坡后緣呈圈椅狀，兩側緣明顯，滑體植被發育，可見喬木，滑坡體由于后期各種物理化學風化侵蝕以及人為改造作用，滑坡臺階寬大且較為平緩，堆積體上大多已開辟農田，且多房屋建筑；沿公路在堆積體上部可見滑坡斷面出露，如圖5(b)所示，主要為碎石土，大顆粒堆積物質風化強烈，綜上可以推斷該滑坡為古滑坡；同時，由于滑坡堆積體前緣堆覆于T7階地沉積物之上，如圖6所示，說明滑坡的形成時間晚于T7階地。

圖3 礫石扁平面傾向玫瑰花圖Fig.3 Rose diagram of tendency of the flat surface

圖4 埡口階地與滑坡平面位置圖Fig.4 Location of Yakou terraces and the landslide

圖5 滑坡地貌圖Fig.5 Geomorphology of the landslide

圖6 滑坡與階地地貌關系圖Fig.6 Geomorphologic relationship of the landslide and Yakou terraces

因此，從古滑坡位于古河道入口臨近現今河谷的位置推斷得出：在埡口大拐彎形成以前，怒江曾直接從埡口村處通過，并在埡口東側形成河流階地，怒江古河道即為現今埡口村；在中更新世晚期或更近的時間內，埡口處發生大規模滑坡，大量滑坡堆積體涌入怒江致使古河道發生堰塞，河流向東改道，加之后期構造抬升作用的影響，逐漸形成現在的大拐彎地貌。另一方面，隨著時間的推移，埡口滑坡受后期剝蝕作用，滑體前緣不斷降低，形成現今埡口。

4.2 階地與構造運動

階地作為河流要素的最主要組成部分之一，其揭示了大量構造運動、氣候變化以及河流演化等相關重要信息，具有十分重要的地質研究意義[30]。自新近紀以來，隨著印度板塊與歐亞板塊的持續碰撞，青藏高原地殼不斷隆升，垂直方向厚度不斷增大，以高黎貢山、碧羅雪山等為代表的滇西地區也隨之發生強烈的線帶式隆起。總體上來看，滇西地區構造隆升速率在時間上有由遠到近逐漸增強的趨勢，主要表現為在全新世以前，滇西地區隆升速率為0.3～1.7 mm/a；到全新世，隆升速率達2 mm/a以上。與喜馬拉雅山以及青藏高原等典型地區相比，滇西地區的構造隆升速率較小，但其隆升時間大致相同[31-32]。

隆升速率作為滇西地區隆升研究的重要問題之一，對其進行計算時，可用河流的下切速率近似代替滇西地區的隆升速率。雖然河流下切速率并不能精確反映地面抬升速率，但其大小受到地面抬升快慢的影響，所以能夠反映地面總的變化趨勢，甚至能反映地面的抬升速率[33-34]。河流階地作為河流下切的直接產物，利用河流階地的抬升幅度來估算地貌隆升速率是最佳選擇。

從測年結果來看，埡口村T7階地和T8階地形成于中更新世中晚期，說明在中更新世中晚期，整個滇西地區至少經歷了兩次強烈的間歇性構造抬升運動，與青藏高原相比，相同期次的構造運動事件在青藏高原隆起的相關研究中所占篇幅略少，但在其周緣的祁連山、昆侖山等典型地區均有詳細研究記錄，如昆侖山鴨子泉河T1階地(387 ka)[30]、祁連山沙溝河T3階地(250 ka)[26]。同時，通過階地的抬升幅度以及形成時間對河流下切速率進行計算，得出河流下切速率約為0.8 mm/a，即中更新世中晚期滇西怒江瀘水區段構造隆升的平均速率約為0.8 mm/a，該結果與前人研究相比較為吻合，同時也驗證了本文測年結果的精確性。

5 結論

通過對怒江州瀘水市埡口村高階地的發育特征、年齡以及形成原因等方面進行綜合分析，并對埡口怒江大拐彎的形成演化進行了初步探討，得到以下主要結論。

(1)怒江瀘水埡口村發育T7、T8兩級高階地，類型均為基座階地。其中T7階地拔河高度約為260 m，T8階地拔河高度約為310 m；在這兩級階地中均可見明顯的卵礫石層堆積，其磨圓好，成分復雜，風化程度高，且均為黏土充填。

(2)根據宇生核素10Be測年結果分析，T7階地年齡約為247.167 ka，T8階地年齡約為310.803 ka，初步判斷這兩級階地的形成時代為中更新世中晚期，為怒江中更新世存在河流作用提供了直接證據。

(3)T7、T8階地的形成受構造運動作用控制明顯，是中更新世中晚期滇西地區強烈隆起抬升的新構造運動背景下河流下切、堆積作用的產物，階地所記錄的滇西怒江瀘水區段中更新世中晚期平均隆升速率約為0.8 mm/a。

(4)階地礫石特征所指示的古河道流向為北西-南東方向，推測怒江曾直接從埡口村處通過，后因埡口處發生巨型滑坡，滑坡堆積體堰塞古河道致使怒江向東改道，逐漸形成現今埡口怒江大拐彎地貌，同時也說明了大規模滑坡是導致怒江深切曲流的因素之一。