在构造活动强烈的造山带, 如青藏高原南部的喜马拉雅地区, 冰冻山峰和陡峭峡谷引发冰川堰塞湖和溃决洪水, 导致河道坡度的显著变化(Walder and Costa, 1996; Korup and Montgomery, 2008; Korup et al., 2010; Lang et al., 2013; Cook et al., 2018; Borgohain et al., 2020), 最大的河流裂点发育于喜马拉雅山脉北坡, 构成高原边缘高起伏陡变带与平坦高原内部的地貌分界点。裂点下游产生陡峭的河流剖面和深切峡谷, 裂点上游发育的宽谷内有厚层河湖相沉积物充填(Clark et al., 2004; Korup et al., 2008)。穿越喜马拉雅山脉东端的雅鲁藏布江被视为具有深切峡谷和广泛流域的河流系统的代表(图1)。低温热年代学结果显示雅鲁藏布江大峡谷地区具有极为年轻的碎屑冷却年龄(<2 Ma)(Zeitler et al., 2014; Gemignani et al., 2018), 裂点上游凹陷区充填的沉积物的26Al/10Be年龄显示沉积加积至少发生于~2.5Ma以来(Wang et al., 2014), 这表明沿着大峡谷的快速切割没有传播到上游, 裂点在数百万年尺度上长期稳定。关于裂点稳定和陡峭大峡谷形成的动力学机制, 一般认为主要受控于南迦巴瓦构造结的构造活动或河流的集中侵蚀导致的块体隆升, 形成了分隔上游凹陷充填区和下游陡峭大峡谷的巨型裂点, 大峡谷内的高侵蚀速率是岩石快速抬升的直接反馈(Burg, 1998; Zeitler et al., 2001; Finnegan et al., 2008; Wang et al., 2014)。另一种可能的机制为气候变化下冰川坝的发育, 认为南迦巴瓦峰西坡的冰川活动在雅鲁藏布江河谷形成冰川坝, 第四纪反复的冰川活动使得裂点得以长期维持在原地, 上游回水区基岩不受河流的下切侵蚀, 有利于青藏高原东南边缘保持稳定(Korup and Montgomery, 2008; Korup et al., 2010); 同时反复的灾难性冰川坝溃决产生的巨大洪水是雅鲁藏布江大峡谷快速切割的主要力量(Montgomery et al., 2004; Lang et al., 2013)。在探讨两种机制谁占主导或如何相关的问题上, 需要了解反复的冰川坝的发生与河流长期动态变化的关系, 分离气候控制的裂点短期波动与岩石隆升在裂点长期稳定中的作用。

中国地震局地质研究所王萍研究员、王慧颖博士后和胡钢副研究员等组成的课题组对这一问题进行了研究。雅鲁藏布江大峡谷入口河段自上游向下游的3个河谷观察点(图2的Ⅰ、Ⅱ和III)的阶地地貌及沉积相的变化情况如图3、4和5。结合年代学结果, 我们对其充填-切割过程及其河流裂点的迁移进行了量化分析(图6), 讨论了地理环境、气候变化和岩石隆升起在堰塞坝发育和稳定中的作用, 探讨了巨型裂点带顶端双裂点的形成机制。

图1  雅鲁藏布江大峡谷地区地质构造简图

图2  雅鲁藏布江大峡谷入口河段河流纵剖面及层状地貌示意图

图3 雅鲁藏布江大峡谷入口Site 1处则隆弄冰川冰碛垄与湖积-冰碛台地分布图

图4 雅鲁藏布江大峡谷河段则隆弄沟下游Site 2处冰碛-洪水台地分布图

图5  雅鲁藏布江大峡谷河段加拉村Site 3处洪水-冰碛台地分布图

图6  大峡谷入口基覆面与河流阶地位相图显示沿纵剖面的沉积相变化

研究成果发表于国际权威学术期刊Quaternary Science Reviews上, 与近期发表的同一期刊的另外两篇文章构成雅鲁藏布江河谷沉积与地貌研究论文的姊妹篇。研究受地震动力学国家重点实验室项目(LED2021A04)、中国地震局地质研究所西藏拉萨地球物理国家野外科学观测研究站研究课题(NORSLS20-06)和国家自然科学基金项目(42372222)的共同资助。

论文信息：

Wang Ping*, Wang Huiying*, Hu Gang, Liu Tao, Li Cuiping, Qin Jintang, Ge Yukui (2024). Glacier dam evolution and knickpoint migration in the Yarlung Tsangpo Gorge, eastern Himalayas, since the last glacial period, 331, 108631.

另两姊妹篇：

Wang Ping*, Wang Huiying*, Liu Tao, Hu Gang, Qin Jintang, Yuan Renmao (2024). Sedimentary records of megafloods in the Yarlung Tsangpo Gorge in the eastern Himalaya since the Last Glacial Period. Quaternary Science Reviews, 324, 108436.

Wang Ping*, Wang Huiying*, Hu Gang, Ge Yukui, Liu Tao, Xu Bo (2023). Reconstructing post-mid Pleistocene glacial-dammed paleolakes in the Tsangpo Gorge, southeastern Tibetan Plateau. Quaternary Science Reviews, 314, 108228.