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青藏高原内流水系与平坦地貌是何时形成的?

已有 506 次阅读 2019-12-2 23:36 |个人分类:科研快讯|系统分类:科研笔记

原创:韩中鹏


    具有一定海拔高度、地势相对平坦或者有一定起伏的广阔地区是定义高原地貌的关键要素。包括“世界屋脊”青藏高原在内,在全球由山系包围的高原中,大都发育由内流河与湖泊组成的内流水系,其中青藏高原腹地发育地球上海拔最高、湖泊数量最多和面积最大的高原内陆湖区(图1)。与高原边缘那些气势磅礴、汹涌澎湃、南北向切穿高山屏障直奔大海的河流相比,这里的河水蜿蜒曲折、悠悠流淌,湖面波澜不惊、水波不兴(图2和3)。每当翻越分水岭的垭口向高原腹地进发,眼前连绵起伏的高山立刻变成平坦开阔的荒原(图1),让人感觉恍如隔世。


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图1 青藏高原坡度图(韩中鹏 绘制)

黑色实线内为内流区域



  青藏高原由多个块体在漫长的地质历史中碰撞拼贴形成,长期南北向的汇聚造成了上地壳强烈的变形缩短、地壳增厚并导致地表发生了抬升。因此,高原中部常被认为是青藏高原最先隆起的部位(Wang et al., 2008; Li et al., 2015),这一过程与现今印度板块和欧亚大陆的碰撞一样,是一个造山过程,所以在地质历史中高原中部也可能存在着和现今喜马拉雅地区类似的高山峡谷地形。近几年来的定量古高程计和古生物学研究也支持这种推断。然而,仅仅有高山是不能被称之为高原的,“造山运动”之后的“准平原化”过程是形成高原地貌的必要过程,这是全面认识高原演化的重要内容之一。围绕这一关键问题,国内外研究人员开展了长期的研究,但是对高原腹地平坦地貌时空演变的认识仍存在较大分歧。


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图2 雅鲁藏布江(源自网络)

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 图3 遥望色林措 (郝敏刚摄)


    地表水系的水动力条件和展布样式对地貌特征的变化和构造活动十分敏感,这些信息都被保存在水系沉积物中。因此,通过对古水系沉积物开展详细的研究,重建和反演古水系的展布及演变过程,能够捕获其记录的地貌演变和区域构造演化的相关信息。青藏高原内流区域的水系十分发育,而封闭的源-汇体系则使水系沉积物都被完好地保存在高原内部,这为开展水系沉积物的研究提供了绝佳条件。

  伦坡拉盆地和尼玛盆地是青藏高原中部两个最大的新生代沉积盆地(图4)。这两个盆地东西相隔约80公里,分别沉积了约4公里厚的河流和湖泊相沉积物,是开展新生代青藏高原中部区域构造演化与环境变化等研究的热点地区。现今,高原腹地最大的两条内流河扎加藏布和重仓藏布分别流经伦坡拉和尼玛盆地,汇入“西藏第一大湖”色林措和相邻的湖泊群中,这两条河的流域连同其他汇入该地区的小河流域,在高原腹地形成了一个颇具规模的流域盆地(图4)。因此这一地区是开展内流水系演变研究的最佳选择。


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 图4 伦坡拉和尼玛盆地及周边地区卫星照片
(韩中鹏 绘制)
黑色虚线为内外流区域分水岭,黑色实线为伦坡拉-色林措-尼玛地区流域;图中仅显示面积大于50Km2的湖泊


      翻阅前人的研究不难发现,高原中部新生代盆地的沉积学研究已经取得了一定的成果,但是年代地层学依旧是该地区的研究短板,尤其是备受关注的伦坡拉盆地。近日,中国地质大学(北京)研究团队(Han et al., 2019)在伦坡拉盆地开展了细致的地层学和沉积学研究,发现了多层凝灰岩和沉凝灰岩,并报道了其中六层的锆石U-Pb年龄,结合对地表十六条剖面精细的沉积相解译和横向对比,首次重建了伦坡拉盆地约三千五百万年到九百万年期间的地层格架。在该时期,伦坡拉盆地的沉积环境为河流或三角洲补给的湖泊环境。在两千三百万年左右到一千六百万年左右,存在一个湖水深、湖面广的古伦坡拉湖,与几乎同时期的尼玛盆地有着相似的沉积环境。


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图5 伦坡拉和尼玛盆地物源区分析

以及古今水系碎屑组分对比图 

(修改自Han et al., 2019)


  古流向数据表明,古伦坡拉湖盆中的碎屑物质来自周边的羌塘和拉萨地体。盆地中砾石的主要成分为生物碎屑灰岩、硅质岩、砂岩以及火山岩等,通过与源区地层的对比发现,这些砾石主要来自于羌塘和拉萨地体中三叠世到晚白垩世地层(图5)。砂岩碎屑锆石U-Pb年龄的主要峰值也能够在羌塘和拉萨地体中的岩浆岩和新生代以前的地层中找到(图5)。对比DeCelles et al. (2007)在尼玛盆地的研究结果,两个盆地大约同时期的古流向、砾石成分、碎屑锆石年龄分布,以及砂岩碎屑成分,都高度相似(图5)。基于以上研究,Han et al. (2019)重建了伦坡拉和尼玛盆地的古水系,结果表明约三千五百万年前,该地区由河流补给的内陆湖泊的水系样式(图6)已经形成,和现今色林措地区的水系展布高度相似。


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 图6 伦坡拉-尼玛地区古水系重建图
(修改自Han et al., 2019)


     那么,仅仅是水系的展布十分相似么?事实上,沉积物的组分和粒度也显示了高度相似性。通过对包括扎加藏布和重仓藏布在内多条汇入色林措和达则措等湖泊的河流沉积物进行砾石成分和砾径统计,可以看出现代河流与伦坡拉盆地河流相地层中的砾石成分和砾径分布都十分相似(图5)。河流沙的锆石U-Pb年龄分布也和伦坡拉盆地以及尼玛盆地新生代地层的锆石年龄分布相似(图5)。因此可以初步判断,该地区现代水系与古水系有着相似的碎屑物质来源和水动力条件。相似的物质来源表明古今水系的流域内出露着相似的岩石,而相似的水动力条件则说明流域内的地形起伏变化不大,即现今高原腹地平坦开阔的地貌在古代大湖发育至鼎盛时就已经形成了(约两千三百万年左右)。

  这一重建出来的场景让人不禁感叹,千百万年以来,高原中部一直存在着像现今色林措一样波澜壮阔的大湖。纵使当时南边的喜马拉雅地区正发生着改变地球环境的造山运动,高原腹地的山河却不为所动,静谧地记录着这片古老又神秘的土地上发生的一切。



知识BOX


  准平原化(Peneplanation):在构造抬升、盆地沉降、水流切割、风化侵蚀等地质作用之下,地球表面经常出现高低不平的地貌。这些高低起伏的山地通过长期的风化、剥蚀、搬运、沉积等地质作用,将高处的物质搬运至低洼的盆地处沉积,最终形成一个相对平整的地貌过程称为准平原化,也就是大众口中常说的“移山填海”、“削山填谷”过程。准平原化过程需要有一个参考的水域平面,若以山区的内流湖泊水面为基准面,往往形成相对平整的高原地貌;若以全球海平面为基准面,则最终形成近海平面的平原地貌。


  本文仅代表作者本人的观点和认识。欲知更多详情,建议直接阅读参考文献。

  作者系中国地质大学(北京)博士后。



 主要参考文献
【1】Han, Z., Sinclair, H. D., Li, Y., Wang, C., Tao, Z., Qian, X., et al (2019). Internal drainage has sustained low-relief Tibetan landscapes since the early Miocene. Geophysical Research Letters, 46, 8741–8752.

【2】Li, Y. L., C. S. Wang, J. G. Dai, G. Q. Xu, Y. L. Hou, and X. H. Li (2015), Propagation of the deformation and growth of the Tibetan-Himalayan orogen: A review, Earth-Science Reviews., 143, 36-61.

【3】DeCelles, P. G., P. Kapp, L. Ding, and G. E. Gehrels (2007a), Late Cretaceous to middle Tertiary basin evolution in the central 

Tibetan Plateau: Changing environments in response to tectonic partitioning, aridification, and regional elevation gain, Geol. Soc. Am. Bull., 119(5-6), 654-680.




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