金沙江虎跳峡段末次冰盛期以来滑坡堵江—溃坝洪水事件研究

童康益，王 萍

（1. 上海地矿工程勘察有限公司，上海 200072；2. 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室，北京 100029）

长江上游金沙江，自发源地流经青藏高原的东南缘河道发生近120°大拐弯，美誉“长江第一湾”，下游约50km穿过海拔5396m与5596m的哈巴雪山与玉龙雪山，形成世界上最壮观的大峡谷——虎跳峡（图1）。“长江第一湾”和虎跳峡的独特地貌包含着青藏高原阶段性隆升、云贵高原形成演化及水系变迁等重要信息，一直是地学界研究热点[1-6]。在以往的研究中，重点围绕独特地貌的成因、年代及其对长江河谷演化的指示意义等展开了大量工作[7-15]。但关于长江第一湾和虎跳峡独特地貌对构造活动与气候变化的指示意义的研究成果仍然存在很大分歧[16-26]，其中有关河谷演化中沉积记录及其年代的缺少，是长江历史演化问题复杂性的瓶颈之一。2019年我们对金沙江其宗村—大具盆地段阶地沉积进行了沉积学分析和年代学样品测试，获得的阶地的OSL年龄，为河谷演化提供了一定程度的时间约束，其成果将有助于河流地貌过程的重建以及对构造活动与气候变化指示意义的探讨。

尽管前人对金沙江虎跳峡段河谷沉积开展了相应工作，却多局限在对该段河谷单一沉积相的识别及对应年龄上，缺乏各沉积相之间关系的认识。本文运用“堰塞湖—堰塞坝—溃坝堆积”三位一体的沉积体系思路[27-28]，对金沙江虎跳峡段河谷区出露的阶地地层的观测成果、典型剖面OSL测试成果及堰塞—溃坝事件进行分析研究。

图1 金沙江虎跳峡段区域位置和采样位置图Fig.1 The study regional and sampling position of Hutiaoxia section of Jinshajiang river

1 河谷地貌特征

金沙江其宗—大具河段河谷地貌和沉积的分段性特征明显，其宗—两家人段河谷较宽，坡降平缓，边滩、心滩发育，来自支沟的冲积扇堆积于河谷两岸，其宗至石鼓镇的两岸可见多级河流阶地，湖相沉积少见；湖相地层主要出露于石鼓镇—龙蟠乡河段。在龙蟠乡—两家人河段发育大量的混杂堆积体，虎跳峡峡谷段为典型的峡谷地貌，地势险峻，较少发育堆积体，局部地段沉积崩滑塌物质。出峡口的大具盆地，发育大量冲洪积物，为典型溃坝洪水堆积层，形成不同拔河高度的多级阶地。

1.1 河流阶地和湖相沉积

（1）河流阶地

T0拔河高度5～8m，为河流正在下切形成的高漫滩阶地。发育厚度不等，受河谷开阔程度影响，比如在其宗村、鸡公石地势狭窄，发育厚度分别约3m、2m，而在石鼓镇（图2）发育厚度可达5m。成分主要由褐色中细砂组成，主要分布于河谷相对宽阔的仓觉村（图3）、鸡公石、石鼓镇、金江镇、杨家村等地。

图2 金沙江石鼓镇河流阶地T0露头及剖面图（a. 石鼓镇三级阶地鸟瞰图;b. 石鼓镇T0露头及采样位置）Fig.2 Outcrop and proflie of river terrace T0 in Shigu town, Jinshajiang river

T1拔河10～20m，厚约5～8m，河流阶地普遍具有较好的二元结构，底部砾石层厚度2～4m，砾石磨圆较好，分选性自上游往下游有变好的趋势；顶部主要为薄层状黄褐色砂层。分布于宽谷的仓觉村、其宗村（图3）、鸡公石、金江镇、八叉湾、石鼓镇、拉马洛上村、新仁村、杨家村等地。

T2拔河～25m，厚约5～10m，与T1类似，T2普遍也普遍发育二元结构，上部以黄褐色、灰白色的中细砂为主；下部砾石层磨圆和分选均较好，自下而上粒径由粗变细，砾石大小由数厘米渐变为数毫米。分布于仓觉村、其宗村（图4）、鸡公石、金江镇、新华村、石鼓镇、杨家村等地，很好的覆盖于T1阶地之上。

（2）湖相沉积

长江第一湾—龙蟠乡河段，通过野外踏勘、综合分析，我们发现该段河谷地貌特征为：河谷宽阔，阶地以湖相沉积为主、具水平层理，沉积物以粉砂黏土质为主夹有少量螺壳，与石鼓镇上游约10km麻子沟的黄土沉积具明显差异；根据湖相沉积发育的拔河高度，划分I、II两期（～15m和～25m）湖相沉积，以杨家村（26.8931°N，100.0077°E）剖面最为典型（图5）；两期湖相沉积发育均在龙蟠乡附近消失。

图3 金沙江其宗村河流阶地T0与T1露头及剖面图（a. 其宗村三级阶地鸟瞰图; b. 其宗村T1露头及采样位置; c. 仓觉村T0露头及采样位置）Fig.3 Outcrop and profile of terrace T0 and T1 of Qizongcun river in Jinshajiang river

图4 金沙江其宗村河流阶地T2露头及剖面图（a. 其宗村三级阶地鸟瞰图; b.其宗村T2露头; c. 其宗村T2采样位置）Fig.4 Outcrop T2 and profile of Qizongcun river terrace in Jinshajiang river

第I期湖相沉积出露于八叉湾—龙蟠乡长约35km的河段，拔河高度约15m。杨家村剖面发育厚度约4m，为黄褐色的粉砂黏土质为主，并采集了该湖相层的OSL样品SG18-44/45/46，进行年代学研究（图5b）。杨家村湖相层向上游，沉积粒度有增大、厚度减小趋势，在野外踏勘过程中，最后发现湖相沉积在八叉湾附近，再往上游为河流相沉积特征，由此认为第I期相湖相沉积变为入湖三角洲—河流相沉积位置在八叉湾（图13）。从河谷沉积和地貌特征来看，第I期相湖相沉积与阶地T1呈相变关系。

第II期湖相沉积出露于拉马洛上村—龙蟠乡，长约25km范围，拔河高度约25m，厚4～8m，自发育上游向下，陆续在拉马洛上村、新仁村、杨家村发育，至龙蟠乡湖相地层消失。沉积相特征发现，拉马洛上村为第II期湖相和河流相T2渐变位置（图13）。以龙蟠乡上游约20km杨家村附近剖面最为典型，发育厚度约4m，主要由粉砂、黏土组成（图5a），局部有螺壳发育。并采集了该湖相层的OSL样品SG18-47/48/49/50，及螺壳样品C-SG18-2（图5a）。

总体上，两期古湖相层的厚度自龙蟠乡向上游呈现逐渐变薄的变化趋势，并与上游河流相呈渐变过渡关系，反映在石鼓镇—龙蟠乡段T1、T2阶地实质上为湖积阶地。根据堰塞湖沉积具有厚度小、范围不大、纹层不发育的特点，推测其淤堵时间有限。自龙蟠乡向下游，两岸没有发现湖相地层分布，古堰塞坝的堵江位置作者认为在龙蟠乡一带。

图5 金沙江杨家村湖相阶地T1与T2露头及剖面图Fig.5 Outcrop and profile of T1 and T2 of Yangjiacun lake terrace in Jinshajiang river

1.2 堰塞坝沉积

在野外踏勘过程中，我们发现位于虎跳峡入峡口一带，以龙蟠乡最为典型，两岸有大量混杂堆积体出露，其中东岸发育厚度约80～110m，无分选，成分以灰岩为主，底部发育次棱角状巨砾，直径50～110cm，东岸龙蟠乡出露混杂堆积的剖面堆积物层倾向南西西，倾角～30°（图6），代表着3期滑坡事件。

结合Google Earth影像解译和野外调查，显示龙蟠乡拔河～200m发育有冰碛垄，由此我们认为堵江事件的发生与玉龙雪山的冰川滑坡有直接的联系。

在堰塞坝沉积后缘两家人附近，局部发育～3m湖相沉积和～0.3m暗色的疑似湖底沉积物，顶部被冲积沉积物覆盖，底部分别出露砂砾、粗砂和中砂（图7）。结合龙蟠乡—上虎跳峡段地貌特征，均为崩塌滑坡形成的混杂堆积物，而局部的湖相沉积，为崩塌滑坡后造成堵江在局部地段形成的凹坑，形成的湖相地层。并采集了该湖相层的OSL样品SG18-62/60，及其下部中砂OSL样品SG18-57。

图6 金沙江龙蟠乡滑坡事件剖面图Fig.6 Landslide event profile of Longpan township, Jinshajiang river

图7 金沙江堰塞坝后缘两家人剖面图Fig.7 Profile of Liangjiaren at the rear edge of Jinshajiang river dam

1.3 洪水堆积

虎跳峡至大具盆地河段，约4km范围河段的河谷两岸均发现了洪水堆积物，以大具盆地发育最为典型。野外调查时，大具盆地堆积体附近并没有发现大型支沟，说明了这些堆积体物质并非来自于支沟。砾石主要为辉岩、玄武岩和板岩，与上游龙蟠乡堰塞坝组分基本相同。成分为砾石层与粗砂小砾层韵律互层的沉积构造（图8-b和c），其特征为：由砾石、粗砂小砾石组成的粗粒层和细粒层呈现“细—粗—细”互层交替发育，构成一个“旋回”，为近水平层理，部分剖面可见交错层理，沉积剖面中没有细砂层及细砂层透镜体发育。

堆积体剖面整体表现为流水堆积特征，具有砾石碎屑成分大小混杂、粒径极不均匀，颜色以灰白—灰黄色，磨圆和分选较差等特征，说明其堆积过程是快速的、杂乱无章的。这种特殊的韵律互层构造反映了堆积物的水动力条件特征：粗粒层的沉积水动力较强，反之，细粒层的沉积水动力较弱。

2 光释光测年

图8 大具盆地洪水沉积剖面图Fig.8 Flood deposition and profile of Daju basin

实验室测量仪器为RisøTL/OSL DA-20释光测量仪，样品制备在暗室中进行，将样品管内部的未暴露的沉淀物移至容器内，用10%盐酸和30%过氧化氢处理，分别除去碳酸盐和有机物。从研究样品中提取的粗粒石英颗粒（90-125μm）用于发光测量。使用Silkospray硅油将石英颗粒粘在圆形钢片上。在用～20Gy的β剂量照射后，通过红外（IR）激光二极管刺激检查石英部分的纯度，没有观察到来自石英部分的红外刺激发光（IRSL）信号，表明石英部分中的任何长石污染物已被成功除去（图9）。样品测试在中国地震局地质研究所光释光实验室、中国计量院光释光实验室完成。

3 结果与分析

3.1 OSL测年结果

本文通过年代学OSL实验共获得20个样品年龄，详见表1、图10。其中其宗村、石鼓镇，指示河流相T0阶地年龄的为0.48ka、0.42ka；指示河流相T1阶地年龄的为1.10～7.94ka；指示河流相T2阶地年龄的为10.53～16.07ka。杨家村两期湖相沉积样品测年结果，指示T1湖相阶地（第I期堰塞湖）年龄为1.53ka；指示湖相T2阶地（第II期堰塞湖）年龄的为11.50～14.01ka。两家人局部湖相层样品，指示龙蟠乡堰塞坝体形成年龄为18.49～21.25ka。大具盆地样品测年结果指示了第II期堰塞湖溃坝后的堆积年龄为5.65～6.46ka。

图9 样品SG18-60粗颗粒石英预热坪和剂量恢复预热坪实验结果空心菱形代表每个单片的值，实心方块代表平均值Fig.9 Plots of equivalent dose, recycling ratio and recuperation versus preheat temperature for coarse-grained quartz of sample SG18-60

3.2 古堰塞湖及堰塞坝的恢复

野外根据GPS获得的湖相层出露范围坐标及海拔，利用ArcGIS10.2软件提取30mDEM数据等高线，结合Google Earth影像，模拟恢复金沙江虎跳峡段I、II两期古堰塞湖的发育范围；同理，确认造成金沙江堵江的坝体边界，获取龙蟠乡堰塞坝体等高线。古堰塞湖及龙蟠乡堰塞坝体位置、坝体大致形状的恢复如同图11所示。

4 讨论

4.1 河流、湖相阶地与溃坝洪水沉积的关系

4.1.1 空间上的关系

通过野外考察，我们识别出了3级河流阶地（T0、T1、T2），两期古堰塞湖（I、II）以及两期古堰塞湖对应的溃坝洪水沉积（①、②）（图12）所示。

（1）3级河流阶地拔河高度分别为～5m、～10m和～25m，最近的两期古堰塞湖，拔河高度分别为～15m和～25m，第I期古堰塞湖沉积发育在八叉湾—龙蟠乡之间，在第I期古堰塞湖末端八叉湾附近，上游为河流相阶地T1，推测在八叉湾为第I期古堰塞湖沉积与金沙江T1阶地呈现相变的位置，由于地貌改造严重，未发现很好的野外相变照片；第II期湖相沉积范围为拉马洛上村—龙蟠乡河段，发育的拔河高度与T2河流阶地基本保持一致，推测在石鼓镇向下游的拉马洛上村河流相向湖相发生沉积相的过度。

表1 虎跳峡段OSL样品定年结果Table 1 Dating results of OSL samples in Hutiaoxia section

图10 OSL测年结果及样品采集剖面图Fig.10 OSL dating results and sample acquisition profiles

图11 金沙江2期堰塞湖发育范围及堰塞坝位置Fig.11 Development scope and location of dam in Jinshajiang river phase 2 dam lake

（2）根据“堰塞湖—堰塞坝—溃坝堆积”三位一体的沉积组合思路，我们在堰塞坝下游寻找两期古堰塞湖对应的溃坝洪水沉积，发现在大具盆地发育多台地、大范围的洪水沉积。根据大具盆地多级阶地地貌特征，不由猜测大具盆地T1、T2阶地，为两期龙蟠乡堰塞坝溃决后，形成的洪水堆积。

4.1.2 时间上的关系

通过OSL测年结果时间上分析如下：

（1）3级河流相阶地（T0、T1、T2）对应的形成年龄分别约为：0.45ka、1.10～7.94ka和10.53～16.07ka。湖相T1阶地（第I期堰塞湖）年龄为1.53ka；湖相T2阶地（第II期堰塞湖）年龄的为11.50～14.01ka。古堰塞湖Ⅰ形成年龄与河流相T1阶地顶部年龄相当，指示了虎跳峡段第I期堰塞湖形成年龄约1.53ka。古堰塞湖Ⅱ形成年龄与河流相T2阶地形成年龄相当。

（2）两家人地区局部湖相层样品测年结果，指示了龙蟠乡堰塞坝体在18.49～21.25ka期间已经存在。

图12 “堰塞湖—堰塞坝—洪水堆积”三位一体剖面和阶地相位图Fig.12 Trinity profile and terrace phase map of weir lake-weir dam-flood accumulation

（3）前人对大具盆地洪水堆积阶地T3、T4、T5阶地的年代学测年结果（分别对应～9ka、～18ka、～27ka），表明大具盆地洪水堆积阶地T1、T2阶地形成年龄小于9ka，与本文OSL测得大具盆地T2阶地样品年龄为5.65～6.46ka吻合。

4.2 堰塞湖发育与气候的关系

关于堰塞湖与气候的关系，大量研究表明，青藏高原在30ka或25ka之后进入冰期，于18ka进入冰盛期，全新世气候变暖。西藏的大部分地区在早全新世（8～9ka BP）和晚冰期各发生1期明显的冰川前进事件，青藏高原东南部的念青唐古拉山、卡惹拉山等地在末次盛冰期和末次冰期早期也有过多次冰进事件发生，堰塞湖东侧为海拔5596m玉龙雪山，野外在龙蟠乡堰塞坝体考察中，拔河～50m处有发现冰碛物。上述资料表明，玉龙雪山冰川的前进是可以堵塞金沙江河道形成堰塞湖的。本文给出11.50～14.01ka的古堰塞湖Ⅱ的沉积年龄，与全新世早期的低温事件和末次盛冰期的年龄相近，表明可能在低温时期玉龙冰川下移堵江是形成虎跳峡段Ⅱ两期古堰塞湖的主要原因。

5 结论

研究表明，金沙江虎跳峡段河谷地貌和沉积富有特色。自末次冰盛期以来，其上游河段发育2期古堰塞湖，距今约18.49～21.25ka。龙蟠乡堰塞坝体形成之后，先后有两次（11.50～14.01ka、1.53ka）在龙蟠乡发生大型滑坡事件造成金沙江堵江形成古堰塞湖，其中较早一期堰塞坝体在距今约5.65～6.46ka发生溃坝，并在下游大具盆地形成T2阶地；较近一期堰塞坝体溃决事件，发生在距今约1.53ka。

据“堰塞湖、堰塞坝和溃坝堆积”构成的三位一体的沉积体系及对应的年代学数据，指示了末次冰盛期以来虎跳峡地区至少发生了2次滑坡堵江—堰塞—溃坝洪水事件。表明受青藏高原构造—气候作用影响，在龙蟠乡处发生的2期大型冰川滑坡堰塞堵江事件，造成金沙江短暂时间的断流，形成2期古堰塞湖。其中，古堰塞湖Ⅱ延伸至近50km外的拉马洛上村，堰塞坝溃决后，在虎跳峡出峡口大具盆地形成T2阶地洪水堆积；古堰塞湖Ⅰ延伸至“长江第一湾”，在坝体溃决后，在大具盆又形成了T1阶地的洪水堆积。本文通过分析对金沙江虎跳峡段河流阶地与古堰塞湖之间的联系，以及古堰塞湖—堰塞坝—溃坝洪水堆积之间的联系，有助于对金沙江虎跳峡段的河谷地貌演化的恢复提供一定的基础资料，为青藏高原东南缘构造活动与气候变化研究具有一定指示意义。