雅魯藏布江中游晚更新世古堰塞湖群的時空關系探討

胡海平，馮金良，劉金花，陳 鋒

（1.東華理工大學地球科學學院，江西南昌 330013；2.中國科學院青藏高原研究所青藏高原環境變化與地表過程重點實驗室，北京 100101；3.山西財經大學資源環境學院，山西太原 030006）

0 引言

雅魯藏布江中游的河谷中出露著眾多湖相沉積物，在寬谷邊緣的二級階地中保存較完整，在峽谷階地中也見有該類沉積物分布。李璞［1］首次注意到林芝地區雅魯藏布江支溝口階地中的湖相沉積物，并認為其屬于地質時期發育的古湖沉積物，后古湖被下游河流襲奪；同時，認識到日喀則地區的河谷階地也多為此類粉砂及黏土沉積物。隨后，其他學者在雅魯藏布江中游的河谷階地中，發現了更多的古湖相沉積物，并展開了豐富的研究［2-10］。

雅魯藏布江為青藏高原南部的主要大河，其特殊的地理位置和資源，使得該河谷的古堰塞湖研究受到了河流及冰川地貌學、第四紀地質學、湖泊學和水利工程學等學科的共同關注。但是由于研究區域、研究方法和研究側重點的差異，雅魯藏布江中游古堰塞湖的成因、壩體位置、海拔和起訖時間認識不一，古堰塞湖群之間的時空關系仍不明確。

1 古湖泊成因

關于雅魯藏布江中游古湖相沉積的成因，有學者認為它們是雅魯藏布江水系反轉前發育的串珠狀湖盆沉積物［11］。在林芝地區的古湖盆中可能形成一個封閉型咸水湖泊；也可能是一外流湖，從南伊溝流出高原［圖1（a）］［12-13］。直到晚更新世雅魯藏布江才被帕隆藏布江支流溯源侵蝕，襲奪排干了這些古湖泊［12］。相反，王富葆等［14］則認為是雅魯藏布江襲奪了帕隆藏布江。另外，洪水滯水沉積或者冰緣湖泊也能在河谷中形成此類細顆粒沉積物，但其沉積物厚度及分布范圍相對有限，故雅魯藏布江河谷中廣泛分布的厚層湖相地層非此類沉積物［15-16］。

圖1 雅魯藏布江中游晚更新世古堰塞湖、現代冰川、地震Ms>5.4和主要斷層分布（地震及斷層據文獻［10］修改）（a）和研究區雅魯藏布江縱剖面及3個晚更新世古堰塞湖的海拔分布（b）Fig.1 Distribution of dammed palaeo-lakes，modern glaciers，earthquake events Ms>5.4，and faults in the middle Yarlung Tsangpo River（faults and earthquake events modified after Reference［10］）（a）and longitude profile of the Yarlung Tsangpo River and elevation of three late Pleistocene dammed palaeo-lakes in the study area（b）

據Lang等［17］研究，雅魯藏布江在中新世已經貫通，而現有古湖相沉積多出現在二級階地中，均為中更新世之后的沉積物。而且雅魯藏布江中游地區峽谷與寬谷相間分布［18］，峽谷段山高谷深，容易被堵塞形成堰塞湖（圖1）。如雅魯藏布江大峽谷入口處的冰磧壟階地，應為殘留壩體，但其年代較年輕，最老的約為11 ka BP，晚于湖相沉積物的30 ka BP［12］。而后來研究證明古湖相沉積年代范圍分布在75～13 ka之間，則隆弄冰川的冰礫阜階地年代也發育于24～17.6 ka，早于11 ka BP［7，19-20］。湖相中的冰筏沉積也是冰川堵江的佐證之一［6，19］。因此，目前多數學者認同，雅魯藏布江中游的湖相沉積物成因為古堰塞湖沉積［4，6-10，19-20］。

2 近現代堵江災害

雅魯藏布江中游河谷呈峽谷與寬谷相間的串珠狀分布，從雅魯藏布江大峽谷往上游分別有米林寬谷、加查峽谷、澤當寬谷、大竹卡—約居峽谷、日喀則寬谷［圖1（a）］。該區域山高谷深，冰川發育，新構造運動活躍，峽谷段極易被堵塞。

（1）冰川/冰磧物

雅魯藏布江中游南側的喜馬拉雅山和拉軌崗日，北側的念青唐古拉山，都發育了現代冰川［圖1（a）］。南迦巴瓦峰西側的則隆弄冰川屬于海洋型冰川［21］，該冰川在20世紀曾兩次躍動前進堵塞雅魯藏布江［22］。2018年，雅魯藏布江大峽谷的加拉村便發生了冰川崩塌攜帶碎屑物質的堵江事件。

（2）泥石流

青藏高原東南部降水豐富，泥石流是常見的地質災害，引起的堵江事件也時有發生［23-24］。加查峽谷上游的雅魯藏布江流域降雨量銳減，但物理風化強烈，山谷中碎屑物質豐富，為泥石流提供了充足的物質來源。在強降雨或者上游冰湖潰決時，也容易形成泥石流堵塞河道。

（3）崩塌/滑坡

青藏高原新構造運動活躍，地震多發，且峽谷山體陡峭，容易發生滑坡或者山體崩塌，導致堵江［圖1（a）］［25］。林芝地區豐富的降水或者冰川融水的潤滑作用，易導致山體滑坡堵塞雅魯藏布江。

3 堰塞壩地貌特征

雅魯藏布江中游寬谷段河谷寬數千米，而長達上百千米的峽谷，河道僅數十米到數百米寬，因此堵江壩體多位于狹窄河段。

（1）雅魯藏布江大峽谷

世界第一大峽谷，最大高差達5 382 m，河槽最窄處僅35 m［26-27］。大峽谷為水汽通道，為林芝地區帶來豐富降水，形成海洋型冰川則隆弄冰川。在晚更新世冰期則隆弄冰川前進至河道，形成從派鎮到龍白村約20 km的扇形冰川壩體，在雅魯藏布江大峽谷入口處尚保留著高大的冰磧壟［圖2（a）］［22，28］?；钴S的構造運動，多發的地震，也可能在地質歷史時期誘發滑坡或者山體崩塌堵江［14］。

圖2 雅魯藏布江大峽谷入口處則隆弄冰川冰磧壟（鏡頭向東北）（a）和大竹卡—約居出口典型的冰川U形谷（鏡頭向西北）（b）Fig.2 Moraine of the Zelunglung Glacier at the entrance of the Yarlung Tsangpo Gorge（northeastern view）（a）and a typical U-shaped valley at the outlet of the Dazhuka-Yueju gorge（northwestern view）（b）

（2）加查峽谷

來自印度洋的水汽自加查峽谷往上游迅速減少，但加查峽谷兩岸仍發育有現代冰川。加查峽谷入口處桑日縣扎巴村附近保留的冰磧壟，被認為是曾經堵塞雅魯藏布江的殘留壩體［8］。

（3）大竹卡—約居峽谷

在大竹卡—約居峽谷，可能的堵江點有三處，即峽谷入口的大竹卡、仁布扎西林（仁布火車站）和峽谷出口的約居。大竹卡地區兩岸均保留有海拔接近的河流階地，成因為泥石流，可能曾經阻斷了雅魯藏布江；仁布扎西林同樣出現泥石流堵江，形成上、下兩個古堰塞湖［3］。但在下游的峽谷中仍有湖相堆積階地，相應的堵江位置應在峽谷出口的約居附近，如稍下游的冰川物質泥石流堵江，筆者判斷為約居南岸支溝的冰川/冰磧物堵江［圖2（b）］［10，29］。

新構造運動的縱向拉張斷裂，切過雅魯藏布江河道，形成南北向斷層。斷層上游一側為下降盤，成為寬谷；下游一側上升，成為堰塞壩，也能導致雅魯藏布江中游出現串珠狀古堰塞湖群［18］。此類堰塞湖僅在構造上升速度較快，下切速度小于上升速度時才能壅水成湖，基巖壩體穩定且存在時間較長，與古堰塞湖沉積中記錄到湖面海拔波動不符［30］。

4 古湖海拔

湖面海拔是古堰塞湖的最主要參數之一，一般可以通過古湖岸線、古湖相沉積和殘留堰塞壩的海拔高度來恢復和限定。

（1）林芝段古堰塞湖

不同期次的殘留冰磧物壩體和湖相沉積物，經過后期侵蝕形成的多級階地，是該地區古堰塞湖海拔最直接的證據。大峽谷入口附近的派鎮到加拉村均有冰磧物分布，并形成4級階地，海拔大致從2 950 m、3 050 m、3 125～3 150 m到3 600 m［19-20，23，31］（表1）。該地區的古湖相沉積物分布廣泛，其頂部海拔從2 906 m到3 800 m均有報導，主要集中于約2 950～3 200 m和3 530 m之間［4，6-7，12-13，20，23，31-33］。另外，古湖岸線也是識別古湖泊海拔的證據之一，林芝地區的雅魯藏布江河谷內辯識出一期次為3 530 m的疑似古湖岸線［32］?？梢?，林芝地區可能發育多期次不同海拔的古堰塞湖，而加查峽谷年代在13 ka左右的古洪水沉積物海拔為3 076～3 123 m［34］，表明該時期的格嘎古堰塞湖回水末端位于加查峽谷下游河段。根據大量古堰塞湖沉積形成的河流階地研究［32］，該期古堰塞湖海拔大約為3 180 m，消亡于13 ka?？梢?，二者的海拔及年代均較為相近，晚更新世格嘎古堰塞湖海拔很可能是3 180 m。

表1 雅魯藏布江中游古堰塞湖研究Table 1 Previous studies of the dammed palaeo-lakes in the middle Yarlung Tsangpo River

（2）澤當寬谷

由于判斷的地貌依據不同，杰德秀古堰塞湖的海拔高度及范圍存在差異。拉薩附近的河流階地顯示，曾經的湖面高度有可能達到3 650 m［36］。在澤當寬谷曲水縣和貢嘎縣的古堰塞湖相沉積階地的頂面海拔約3 600 m，而多處湖相沉積物的頂面海拔高度約為3 585 m［5，8，20，35］。因此，澤當寬谷晚更新世最有可能發育3 585 m的古堰塞湖。

（3）日喀則寬谷

仁布大橋東側湖相階地海拔為3 980 m，而位于回水末端日喀則市附近的古堰塞湖相沉積海拔約3 811 m［3，37］。峽谷出口約居對岸支溝口可能的壩體殘留平臺海拔為3 797 m，與后者較為吻合［28］。因此，大竹卡古堰塞湖的海拔應為3 811 m。

5 古湖發育時間

雅魯藏布江中游不同河段在晚更新世和全新世發育多個古堰塞湖，同一河段可能發育著多期次、不同海拔的堵江事件（表1）［2，6-7，20］：

（1）林芝地區古堰塞湖沉積和疑似壩體的年代，有14C、光釋光（OSL）、熱釋光（TL）、電子自旋共振（ESR）和10Be暴露年代等測年數據。限定的古堰塞湖起訖時間差異較大，大多數年代結果在41 ka之后的晚更新世以及全新世的冷期［4，6-7］，但也有更早的古堰塞湖年代報導［20］?？赡苡?期或4期堵江事件［7，32］，但大多數研究識別出兩期不同海拔的堵江事件，分別出現在晚更新世和早全新世［4，6，19-20，33］。結合表1中的海拔分析，或許還存在一期1.8～1.2 ka的低海拔古堰塞湖。

（2）杰德秀的湖相沉積測得OSL年代為13.5 ka，而周邊湖相沉積頂部螺殼年代為15.4 cal.ka BP［8，20］。澤當寬谷曲水縣和貢嘎扎西崗的湖相沉積年代顯示杰德秀古堰塞湖發育于16.1～12.8 ka［5］。拉薩市的階地表明該地區一直被水體覆蓋到0.9 ka［36］，但其與杰德秀古堰塞湖的關系需要進一步驗證。

（3）在雅魯藏布江中游日喀則寬谷段，釋光和14C測得湖相沉積物的年代為25.6 ka至12.3 ka BP，大竹卡湖相沉積剖面中河流砂的OSL測年為（12.7±0.7）ka［3，20］。尼木縣境內的雅魯藏布江大竹卡—約居峽谷段內，湖相階地中的木屑測年結果為37 ka BP［5，18］。筆者對該地區古堰塞湖沉積物組成的河流階地進行定年，發現該古堰塞湖發育于

<32.3～13.2 cal.ka BP［9］。

6 古湖之間的時空關系

堵江事件與河谷地形、地貌關系密切，其影響范圍涉及古堰塞湖發育河段及其下游。雅魯藏布江中游各段的晚更新世古堰塞湖均有較為完整的研究，但它們之間的時空關系不明確，缺乏整體的認識。

6.1 空間關系

3個河段古堰塞湖之間的空間關系，是理解雅魯藏布江中游古堰塞湖發育演化的關鍵。林芝地區最高古堰塞湖沉積報導為3 800 m［32］，筆者在對比日神山的多次野外調查過程中，并未發現該套古湖相沉積，相應海拔高度大多為風砂堆積。而且南伊溝溝頭低于該海拔，因此晚更新世應該不存在該海拔的格嘎古堰塞湖。該地區大量湖相沉積階地和則隆弄冰川冰磧壟階地表明，晚更新世林芝地區很可能存在一期3 180 m的古堰塞湖［7］。但格嘎古堰塞湖相關成因的階地海拔也有較多約3 530 m的報導，因此林芝地區古堰塞湖的最大海拔可能達到3 530 m［4，7］。該海拔古堰塞湖可回水至加查峽谷，但未到達上游的堵江點扎巴村，林芝古堰塞湖應該屬于一個獨立的古堰塞湖。而杰德秀古堰塞湖的海拔可能是3 585 m，回水至曲水縣附近，但與上游約居壩體海拔（3 797 m）相差較大，也應該為一獨立的古堰塞湖。杰德秀古堰塞湖海拔與林芝地區3 530 m古堰塞湖海拔較為相近，不能完全排除二者為同一個堰塞湖的可能性［8，20］。

從日喀則至仁布段河谷，胡敬仁等［3］認為存在江當和仁布兩個古堰塞湖。但在仁布下游的峽谷河段仍存在著古堰塞湖沉積，且約居南岸冰磧壟平臺海拔與日喀則古湖相沉積頂面海拔相近，筆者認為日喀則—約居河段應該都屬于大竹卡古堰塞湖［29］。因此，雅魯藏布江中游在晚更新世應發育3個相互獨立的古堰塞湖。

6.2 發育年代及成因聯系

據上述可知，雅魯藏布江中游3個河段在晚更新世均發育有古堰塞湖，為同時存在的獨立古堰塞湖，但具體起訖時間存在著差異。各段古堰塞湖形成時間不一，表明雅魯藏布江中游分段堵江并非形成于某一次事件（如地震）。大部分研究顯示3個古堰塞湖沉積物年代主要集中于末次冰期晚冰階，與該區域冰川前進堵江成因解釋相吻合［7］。結合影像數據和中國冰川編目發現，從雅魯藏布江大峽谷到加查峽谷和大竹卡—約居峽谷，現代冰川面積逐漸減少。印度洋水汽通過雅魯藏布江大峽谷向高原內部輸送，加查峽谷以上降水量急劇減少［38］。末次冰期降水減少，此通道傳輸的大部分水汽降落在林芝地區，加上地形高差減小等地貌條件差異，導致上游河段冰川前進范圍和速率滯后。因此，末次冰期則隆弄冰川首先前進至雅魯藏布江，形成堵江事件，如Zhu等［20］提出的70～40 ka堵江事件。加查峽谷和大竹卡—約居峽谷段冰川前進速率較慢，前進至河道的堵江時間要晚于林芝地區，最早年代數據為大竹卡—約居峽谷湖相層內朽木的37 ka BP［18］。

各河段古堰塞湖的消亡時間則相對較為接近，均有約13 ka記錄，加查峽谷及下游布拉馬普特拉河也有相近時間段的洪水記錄［5，7，9，34，39-40］。但大竹卡古堰塞湖壩體位于峽谷出口，潰決洪水進入寬谷河段能量分散，且與杰德秀古堰塞湖回水末端接近，導致二者之間河段難以形成古洪水沉積。相近的消亡時間表明3個古堰塞湖的潰決過程可能存在著關聯：①冰川在暖期的先后退縮，導致古堰塞湖相繼消亡；②或者是該區域的某次地震，導致湖岸崩塌形成巨浪或壩體失穩而潰決［41］；③上游潰決洪水沖垮下游壩體，導致連鎖潰決反應；④洪水、冰川退縮和地震相互作用，導致潰決時間的接近。因此，應精確限定3個古堰塞湖的消亡年代，結合古地震研究，分析消亡原因。

雅魯藏布江中游古堰塞湖消亡后，其沉積物被逐漸侵蝕下切成為河流階地，在下游形成洪水堆積。該區域峽谷裂點主要成因是高原抬升，造成侵蝕基準面發生改變，河流溯源侵蝕與區域快速抬升導致河流比降發生突變［18，42］。壩體上游由于古堰塞湖及其沉積物的存在，侵蝕速率減緩；古堰塞湖時期壩體下游水體挾沙能力增強，加上潰決洪水，侵蝕速率加快［42-45］。林芝地區古堰塞湖潰決洪水達1×106～5×106m3·s-1，日喀則地區古堰塞湖潰決洪水達3.4×105m3·s-1。三個古堰塞湖潰決形成的巨大洪水強烈侵蝕雅魯藏布江中游峽谷，在峽谷地區形成裂點和瀑布［4，9］。重復堵江事件使得侵蝕速率和山體抬升速率一致，裂點長時間停留在峽谷內，造就了青藏高原高聳的邊緣，但主導因素應該為山體抬升［44，46］。

7 結論

在末次冰期，雅魯藏布江大峽谷、加查峽谷和大竹卡—約居峽谷被堵塞，形成3個獨立的古堰塞湖，其成因均與冰川相關。由于地貌及降水條件等差異，不同河段冰川運動速率不一，堵江事件發生的時間存在著差異。而3個古堰塞湖都消亡于13 ka，表明它們可能存在著連鎖潰決反應，并導致巨大洪水，對下游河谷地貌產生深刻影響。