雅鲁藏布江中游晚更新世古堰塞湖群的时空关系探讨

胡海平，冯金良，刘金花，陈 锋

（1.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013；2.中国科学院青藏高原研究所青藏高原环境变化与地表过程重点实验室，北京 100101；3.山西财经大学资源环境学院，山西太原 030006）

0 引言

雅鲁藏布江中游的河谷中出露着众多湖相沉积物，在宽谷边缘的二级阶地中保存较完整，在峡谷阶地中也见有该类沉积物分布。李璞［1］首次注意到林芝地区雅鲁藏布江支沟口阶地中的湖相沉积物，并认为其属于地质时期发育的古湖沉积物，后古湖被下游河流袭夺；同时，认识到日喀则地区的河谷阶地也多为此类粉砂及黏土沉积物。随后，其他学者在雅鲁藏布江中游的河谷阶地中，发现了更多的古湖相沉积物，并展开了丰富的研究［2-10］。

雅鲁藏布江为青藏高原南部的主要大河，其特殊的地理位置和资源，使得该河谷的古堰塞湖研究受到了河流及冰川地貌学、第四纪地质学、湖泊学和水利工程学等学科的共同关注。但是由于研究区域、研究方法和研究侧重点的差异，雅鲁藏布江中游古堰塞湖的成因、坝体位置、海拔和起讫时间认识不一，古堰塞湖群之间的时空关系仍不明确。

1 古湖泊成因

关于雅鲁藏布江中游古湖相沉积的成因，有学者认为它们是雅鲁藏布江水系反转前发育的串珠状湖盆沉积物［11］。在林芝地区的古湖盆中可能形成一个封闭型咸水湖泊；也可能是一外流湖，从南伊沟流出高原［图1（a）］［12-13］。直到晚更新世雅鲁藏布江才被帕隆藏布江支流溯源侵蚀，袭夺排干了这些古湖泊［12］。相反，王富葆等［14］则认为是雅鲁藏布江袭夺了帕隆藏布江。另外，洪水滞水沉积或者冰缘湖泊也能在河谷中形成此类细颗粒沉积物，但其沉积物厚度及分布范围相对有限，故雅鲁藏布江河谷中广泛分布的厚层湖相地层非此类沉积物［15-16］。

图1 雅鲁藏布江中游晚更新世古堰塞湖、现代冰川、地震Ms>5.4和主要断层分布（地震及断层据文献［10］修改）（a）和研究区雅鲁藏布江纵剖面及3个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）

据Lang等［17］研究，雅鲁藏布江在中新世已经贯通，而现有古湖相沉积多出现在二级阶地中，均为中更新世之后的沉积物。而且雅鲁藏布江中游地区峡谷与宽谷相间分布［18］，峡谷段山高谷深，容易被堵塞形成堰塞湖（图1）。如雅鲁藏布江大峡谷入口处的冰碛垄阶地，应为残留坝体，但其年代较年轻，最老的约为11 ka BP，晚于湖相沉积物的30 ka BP［12］。而后来研究证明古湖相沉积年代范围分布在75～13 ka之间，则隆弄冰川的冰砾阜阶地年代也发育于24～17.6 ka，早于11 ka BP［7，19-20］。湖相中的冰筏沉积也是冰川堵江的佐证之一［6，19］。因此，目前多数学者认同，雅鲁藏布江中游的湖相沉积物成因为古堰塞湖沉积［4，6-10，19-20］。

2 近现代堵江灾害

雅鲁藏布江中游河谷呈峡谷与宽谷相间的串珠状分布，从雅鲁藏布江大峡谷往上游分别有米林宽谷、加查峡谷、泽当宽谷、大竹卡—约居峡谷、日喀则宽谷［图1（a）］。该区域山高谷深，冰川发育，新构造运动活跃，峡谷段极易被堵塞。

（1）冰川/冰碛物

雅鲁藏布江中游南侧的喜马拉雅山和拉轨岗日，北侧的念青唐古拉山，都发育了现代冰川［图1（a）］。南迦巴瓦峰西侧的则隆弄冰川属于海洋型冰川［21］，该冰川在20世纪曾两次跃动前进堵塞雅鲁藏布江［22］。2018年，雅鲁藏布江大峡谷的加拉村便发生了冰川崩塌携带碎屑物质的堵江事件。

（2）泥石流

青藏高原东南部降水丰富，泥石流是常见的地质灾害，引起的堵江事件也时有发生［23-24］。加查峡谷上游的雅鲁藏布江流域降雨量锐减，但物理风化强烈，山谷中碎屑物质丰富，为泥石流提供了充足的物质来源。在强降雨或者上游冰湖溃决时，也容易形成泥石流堵塞河道。

（3）崩塌/滑坡

青藏高原新构造运动活跃，地震多发，且峡谷山体陡峭，容易发生滑坡或者山体崩塌，导致堵江［图1（a）］［25］。林芝地区丰富的降水或者冰川融水的润滑作用，易导致山体滑坡堵塞雅鲁藏布江。

3 堰塞坝地貌特征

雅鲁藏布江中游宽谷段河谷宽数千米，而长达上百千米的峡谷，河道仅数十米到数百米宽，因此堵江坝体多位于狭窄河段。

（1）雅鲁藏布江大峡谷

世界第一大峡谷，最大高差达5 382 m，河槽最窄处仅35 m［26-27］。大峡谷为水汽通道，为林芝地区带来丰富降水，形成海洋型冰川则隆弄冰川。在晚更新世冰期则隆弄冰川前进至河道，形成从派镇到龙白村约20 km的扇形冰川坝体，在雅鲁藏布江大峡谷入口处尚保留着高大的冰碛垄［图2（a）］［22，28］。活跃的构造运动，多发的地震，也可能在地质历史时期诱发滑坡或者山体崩塌堵江［14］。

图2 雅鲁藏布江大峡谷入口处则隆弄冰川冰碛垄（镜头向东北）（a）和大竹卡—约居出口典型的冰川U形谷（镜头向西北）（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）加查峡谷

来自印度洋的水汽自加查峡谷往上游迅速减少，但加查峡谷两岸仍发育有现代冰川。加查峡谷入口处桑日县扎巴村附近保留的冰碛垄，被认为是曾经堵塞雅鲁藏布江的残留坝体［8］。

（3）大竹卡—约居峡谷

在大竹卡—约居峡谷，可能的堵江点有三处，即峡谷入口的大竹卡、仁布扎西林（仁布火车站）和峡谷出口的约居。大竹卡地区两岸均保留有海拔接近的河流阶地，成因为泥石流，可能曾经阻断了雅鲁藏布江；仁布扎西林同样出现泥石流堵江，形成上、下两个古堰塞湖［3］。但在下游的峡谷中仍有湖相堆积阶地，相应的堵江位置应在峡谷出口的约居附近，如稍下游的冰川物质泥石流堵江，笔者判断为约居南岸支沟的冰川/冰碛物堵江［图2（b）］［10，29］。

新构造运动的纵向拉张断裂，切过雅鲁藏布江河道，形成南北向断层。断层上游一侧为下降盘，成为宽谷；下游一侧上升，成为堰塞坝，也能导致雅鲁藏布江中游出现串珠状古堰塞湖群［18］。此类堰塞湖仅在构造上升速度较快，下切速度小于上升速度时才能壅水成湖，基岩坝体稳定且存在时间较长，与古堰塞湖沉积中记录到湖面海拔波动不符［30］。

4 古湖海拔

湖面海拔是古堰塞湖的最主要参数之一，一般可以通过古湖岸线、古湖相沉积和残留堰塞坝的海拔高度来恢复和限定。

（1）林芝段古堰塞湖

不同期次的残留冰碛物坝体和湖相沉积物，经过后期侵蚀形成的多级阶地，是该地区古堰塞湖海拔最直接的证据。大峡谷入口附近的派镇到加拉村均有冰碛物分布，并形成4级阶地，海拔大致从2 950 m、3 050 m、3 125～3 150 m到3 600 m［19-20，23，31］（表1）。该地区的古湖相沉积物分布广泛，其顶部海拔从2 906 m到3 800 m均有报导，主要集中于约2 950～3 200 m和3 530 m之间［4，6-7，12-13，20，23，31-33］。另外，古湖岸线也是识别古湖泊海拔的证据之一，林芝地区的雅鲁藏布江河谷内辩识出一期次为3 530 m的疑似古湖岸线［32］。可见，林芝地区可能发育多期次不同海拔的古堰塞湖，而加查峡谷年代在13 ka左右的古洪水沉积物海拔为3 076～3 123 m［34］，表明该时期的格嘎古堰塞湖回水末端位于加查峡谷下游河段。根据大量古堰塞湖沉积形成的河流阶地研究［32］，该期古堰塞湖海拔大约为3 180 m，消亡于13 ka。可见，二者的海拔及年代均较为相近，晚更新世格嘎古堰塞湖海拔很可能是3 180 m。

表1 雅鲁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）泽当宽谷

由于判断的地貌依据不同，杰德秀古堰塞湖的海拔高度及范围存在差异。拉萨附近的河流阶地显示，曾经的湖面高度有可能达到3 650 m［36］。在泽当宽谷曲水县和贡嘎县的古堰塞湖相沉积阶地的顶面海拔约3 600 m，而多处湖相沉积物的顶面海拔高度约为3 585 m［5，8，20，35］。因此，泽当宽谷晚更新世最有可能发育3 585 m的古堰塞湖。

（3）日喀则宽谷

仁布大桥东侧湖相阶地海拔为3 980 m，而位于回水末端日喀则市附近的古堰塞湖相沉积海拔约3 811 m［3，37］。峡谷出口约居对岸支沟口可能的坝体残留平台海拔为3 797 m，与后者较为吻合［28］。因此，大竹卡古堰塞湖的海拔应为3 811 m。

5 古湖发育时间

雅鲁藏布江中游不同河段在晚更新世和全新世发育多个古堰塞湖，同一河段可能发育着多期次、不同海拔的堵江事件（表1）［2，6-7，20］：

（1）林芝地区古堰塞湖沉积和疑似坝体的年代，有14C、光释光（OSL）、热释光（TL）、电子自旋共振（ESR）和10Be暴露年代等测年数据。限定的古堰塞湖起讫时间差异较大，大多数年代结果在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报导［20］。可能有1期或4期堵江事件［7，32］，但大多数研究识别出两期不同海拔的堵江事件，分别出现在晚更新世和早全新世［4，6，19-20，33］。结合表1中的海拔分析，或许还存在一期1.8～1.2 ka的低海拔古堰塞湖。

（2）杰德秀的湖相沉积测得OSL年代为13.5 ka，而周边湖相沉积顶部螺壳年代为15.4 cal.ka BP［8，20］。泽当宽谷曲水县和贡嘎扎西岗的湖相沉积年代显示杰德秀古堰塞湖发育于16.1～12.8 ka［5］。拉萨市的阶地表明该地区一直被水体覆盖到0.9 ka［36］，但其与杰德秀古堰塞湖的关系需要进一步验证。

（3）在雅鲁藏布江中游日喀则宽谷段，释光和14C测得湖相沉积物的年代为25.6 ka至12.3 ka BP，大竹卡湖相沉积剖面中河流砂的OSL测年为（12.7±0.7）ka［3，20］。尼木县境内的雅鲁藏布江大竹卡—约居峡谷段内，湖相阶地中的木屑测年结果为37 ka BP［5，18］。笔者对该地区古堰塞湖沉积物组成的河流阶地进行定年，发现该古堰塞湖发育于

<32.3～13.2 cal.ka BP［9］。

6 古湖之间的时空关系

堵江事件与河谷地形、地貌关系密切，其影响范围涉及古堰塞湖发育河段及其下游。雅鲁藏布江中游各段的晚更新世古堰塞湖均有较为完整的研究，但它们之间的时空关系不明确，缺乏整体的认识。

6.1 空间关系

3个河段古堰塞湖之间的空间关系，是理解雅鲁藏布江中游古堰塞湖发育演化的关键。林芝地区最高古堰塞湖沉积报导为3 800 m［32］，笔者在对比日神山的多次野外调查过程中，并未发现该套古湖相沉积，相应海拔高度大多为风砂堆积。而且南伊沟沟头低于该海拔，因此晚更新世应该不存在该海拔的格嘎古堰塞湖。该地区大量湖相沉积阶地和则隆弄冰川冰碛垄阶地表明，晚更新世林芝地区很可能存在一期3 180 m的古堰塞湖［7］。但格嘎古堰塞湖相关成因的阶地海拔也有较多约3 530 m的报导，因此林芝地区古堰塞湖的最大海拔可能达到3 530 m［4，7］。该海拔古堰塞湖可回水至加查峡谷，但未到达上游的堵江点扎巴村，林芝古堰塞湖应该属于一个独立的古堰塞湖。而杰德秀古堰塞湖的海拔可能是3 585 m，回水至曲水县附近，但与上游约居坝体海拔（3 797 m）相差较大，也应该为一独立的古堰塞湖。杰德秀古堰塞湖海拔与林芝地区3 530 m古堰塞湖海拔较为相近，不能完全排除二者为同一个堰塞湖的可能性［8，20］。

从日喀则至仁布段河谷，胡敬仁等［3］认为存在江当和仁布两个古堰塞湖。但在仁布下游的峡谷河段仍存在着古堰塞湖沉积，且约居南岸冰碛垄平台海拔与日喀则古湖相沉积顶面海拔相近，笔者认为日喀则—约居河段应该都属于大竹卡古堰塞湖［29］。因此，雅鲁藏布江中游在晚更新世应发育3个相互独立的古堰塞湖。

6.2 发育年代及成因联系

据上述可知，雅鲁藏布江中游3个河段在晚更新世均发育有古堰塞湖，为同时存在的独立古堰塞湖，但具体起讫时间存在着差异。各段古堰塞湖形成时间不一，表明雅鲁藏布江中游分段堵江并非形成于某一次事件（如地震）。大部分研究显示3个古堰塞湖沉积物年代主要集中于末次冰期晚冰阶，与该区域冰川前进堵江成因解释相吻合［7］。结合影像数据和中国冰川编目发现，从雅鲁藏布江大峡谷到加查峡谷和大竹卡—约居峡谷，现代冰川面积逐渐减少。印度洋水汽通过雅鲁藏布江大峡谷向高原内部输送，加查峡谷以上降水量急剧减少［38］。末次冰期降水减少，此通道传输的大部分水汽降落在林芝地区，加上地形高差减小等地貌条件差异，导致上游河段冰川前进范围和速率滞后。因此，末次冰期则隆弄冰川首先前进至雅鲁藏布江，形成堵江事件，如Zhu等［20］提出的70～40 ka堵江事件。加查峡谷和大竹卡—约居峡谷段冰川前进速率较慢，前进至河道的堵江时间要晚于林芝地区，最早年代数据为大竹卡—约居峡谷湖相层内朽木的37 ka BP［18］。

各河段古堰塞湖的消亡时间则相对较为接近，均有约13 ka记录，加查峡谷及下游布拉马普特拉河也有相近时间段的洪水记录［5，7，9，34，39-40］。但大竹卡古堰塞湖坝体位于峡谷出口，溃决洪水进入宽谷河段能量分散，且与杰德秀古堰塞湖回水末端接近，导致二者之间河段难以形成古洪水沉积。相近的消亡时间表明3个古堰塞湖的溃决过程可能存在着关联：①冰川在暖期的先后退缩，导致古堰塞湖相继消亡；②或者是该区域的某次地震，导致湖岸崩塌形成巨浪或坝体失稳而溃决［41］；③上游溃决洪水冲垮下游坝体，导致连锁溃决反应；④洪水、冰川退缩和地震相互作用，导致溃决时间的接近。因此，应精确限定3个古堰塞湖的消亡年代，结合古地震研究，分析消亡原因。

雅鲁藏布江中游古堰塞湖消亡后，其沉积物被逐渐侵蚀下切成为河流阶地，在下游形成洪水堆积。该区域峡谷裂点主要成因是高原抬升，造成侵蚀基准面发生改变，河流溯源侵蚀与区域快速抬升导致河流比降发生突变［18，42］。坝体上游由于古堰塞湖及其沉积物的存在，侵蚀速率减缓；古堰塞湖时期坝体下游水体挟沙能力增强，加上溃决洪水，侵蚀速率加快［42-45］。林芝地区古堰塞湖溃决洪水达1×106～5×106m3·s-1，日喀则地区古堰塞湖溃决洪水达3.4×105m3·s-1。三个古堰塞湖溃决形成的巨大洪水强烈侵蚀雅鲁藏布江中游峡谷，在峡谷地区形成裂点和瀑布［4，9］。重复堵江事件使得侵蚀速率和山体抬升速率一致，裂点长时间停留在峡谷内，造就了青藏高原高耸的边缘，但主导因素应该为山体抬升［44，46］。

7 结论

在末次冰期，雅鲁藏布江大峡谷、加查峡谷和大竹卡—约居峡谷被堵塞，形成3个独立的古堰塞湖，其成因均与冰川相关。由于地貌及降水条件等差异，不同河段冰川运动速率不一，堵江事件发生的时间存在着差异。而3个古堰塞湖都消亡于13 ka，表明它们可能存在着连锁溃决反应，并导致巨大洪水，对下游河谷地貌产生深刻影响。