Geophysical Research Letters: 青藏高原东缘上新世–早更新世水系袭夺–重组

河流体系的建立以及其展布样式的时空演变是岩石圈构造运动、气候系统演化以及地表过程共同作用的结果。水系格局对地形起伏和水文条件的改变非常敏感,不同时空尺度上的新的水系模式形成和重组可能由(区域和局部)构造变形、季风降雨增强、湖水溢出、或海平面下降所导致。因此,保存在盆地内的河流沉积物可能记录了地质历史时期河流地貌在构造、气候以及河流自身调节相互作用下的演化过程。

1 研究区位置图,以及青藏高原地形地貌特征和主要河流分布


青藏高原是研究大陆碰撞过程中地形-地貌演化和水系演变过程的天然实验室,诞生了大量有关构造变形、高原隆升、全球气候变化和地貌演化之间相互作用的新理论和新发现。其中,青藏高原东缘的大型河流因其独特的水系模式及其对高原生长历史的指示意义而受到广泛关注(图1a)。前人普遍认为,金沙江及其主要支流在中新世时期因地表快速抬升而加速下切,从而导致区域范围内的河流袭夺和水系重组,逐渐形成了现今东流的水系模式。然而,这些大型高原河流在中新世之后的演化历史研究仍较匮乏,且缺少统一认识,这在一定程度上制约了对现今高原地貌形成机制的深入认识。此外,由于晚新生代以来气候和构造事件的频繁扰动,青藏高原东缘地形-地貌至今一直处于高度演变状态,这造成目前水系样式的形成时代尚存很大争议,其时代从早中新世到晚更新世不等。

 

图2  昔格达组和现代河沙碎屑锆石U-Pb数据的核密度估算(KDE)图;图下方的空心圆表示单个锆石颗粒的U-Pb年龄。现代河流的五个样品被假定为所有昔格达组样品的潜在来源。彩色饼状图(左)为基于互相关系数(R2)计算出的各潜在物源区贡献的相对比例


上新统–下更新统昔格达组是青藏高原东缘最年轻的陆相碎屑沉积,主要由不同颜色的细砂岩、粉砂岩和粘土构成,分布于青藏高原东南缘各大江大河及其支流的河谷地区(图1b,1c)。由于这套晚新生代碎屑岩沉积主要分布于各大河谷内或边缘区域,其成因机制与青藏高原东缘水系格局演化应存在着紧密关联性。然而,由于这套地层沉积范围的广泛性、构造位置的特殊性、分布海拔的差异性、沉积建造的相似性以及地层时代的不完整性,几十年来虽一直受到相关领域学者重点关注,但沉积机制争议仍很大。早期有学者提出,昔格达组地层发育在一系列小规模的裂谷湖泊中,以近源沉积为主,据此推测现今长江贯通于更新世以来。近几年来,几项研究将该套沉积解释为堰塞湖成因,但其物质来源仍没有很好的约束,进而引发了昔格达组沉积之前,也就是上新世–早更新世时期,关于高原东缘水系格局的争论。

针对上述争议,中国地震局地质研究所新构造与年代学实验室博士研究生赵旭东(现为博士后)在导师张会平研究员的指导下,以分布于高原东部几大河谷内的上新统–下更新统昔格达组作为研究对象,以碎屑锆石U-Pb年龄作为物源示踪指标,利用多种物源定量方法,重建了青藏高原东缘上新世以来的水系演化历史。


青藏高原东缘上新世以来古水系演化模式


研究结果表明:分布于金沙江中游华坪–攀枝花地区的昔格达组碎屑锆石年龄谱呈现多峰值特征(图2),且含有晚白垩世–新生代锆石组分,这与现今金沙江物源信号具有很强的相似性;而更加靠近上游的涛源地区昔格达组显示出700–900 Ma显著峰值,类似于现今雅砻江物源信号;残存于安宁河谷内的昔格达组碎屑锆石年龄集中在200–240 Ma,与现今大渡河锆石组分基本一致。上述物源结果表明,金沙江至少在上新世之前就已经开始向东流动,但其几个主要支流(大渡河、雅砻江和安宁河)在昔格达组沉积之前分布模式与现今明显不同(图3)。由此认为,上新世时期小江断裂的快速走滑可能阻断了金沙江,形成昔格达古湖;早更新世古昔格达湖的溃决诱发了金沙江及其主要支流的快速下切,进而导致水系发生袭夺–重组,最终形成现今的水系样式。这项研究不仅挑战了前人提出的上新世–早更新世高原东部南流水系模式,同时还强调了即使没有显著的构造、气候驱动下,河流自身调节作用在也能够显著影响景观演化。

 

 

以上研究成果发表于国际地学杂志Geophysical Research Letters (GRL):Zhao, X., Zhang, H., Tao, Y., Wang, Y., Pang, J., Ma, Y., et al. (2021). Pliocene to Early Pleistocene drainage reorganization in eastern Tibet inferred from detrital zircons. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL094563. https://doi.org/10.1029/2021GL094563

 

原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL094563

 

本研究受国家自然科学基金项目(41888101),第二次青藏高原科考项目(2019QZKK0704),以及中央级公益性科研院所基本科研业务专项(IGCEA2003)的共同资助。