西藏西北高原贡河盆地排水系统的演变:一个构造地貌学的故事

《Geomorphology》:Drainage system evolution in Gonghe Basin, Northwest Tibetan Plateau: A story of tectonic geomorphology

【字体: 时间:2026年04月08日 来源:Geomorphology 3.3

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  青藏高原东北部Gonghe盆地河流地貌演化受构造抬升与气候变化协同作用,通过地形分析与同位素测年(OSL/21Ne)揭示末次冰期(~43ka)冲积扇阻隔形成封闭湖泊,全新世黄河深切导致流域分水岭与河阶地貌形成,同沉积反弹理论解释了侵蚀卸荷引发的区域抬升对水文隔离的持续影响。

  
王珊珊|郑德文|庞建章|杨慧莉|吴颖|马燕
中国地震局地质研究所地震动力学与预报国家重点实验室,北京,100029,中国

摘要

作为动态地貌学的一个分支,排水系统对构造和气候因素都极为敏感。位于青藏高原东北部的贡河盆地是一个典型的内流系统,其河流地貌具有独特特征。本文结合地形分析和等静力 rebound 理论,以及光释光(OSL)和宇宙成因 21Ne 测年技术,重建了贡河盆地河流地貌的演化过程。更新世中晚期黄河分水岭与河阶地的同步形成表明,深切割作用使贡河排水系统与主干黄河分离;随后由于侵蚀卸载引起的等静力响应维持了这种水文隔离状态。最后一次冰期(约 43 千年前),大量冲积扇在盆地内堆积,导致查卡湖与沙珠玉河的源头隔离开来。随着干旱程度的加剧,查卡湖逐渐演变为咸水湖。我们认为,青藏高原东北部的宏观构造变形以及黄河切割作用所引发的区域等静力调整奠定了贡河排水系统的內流框架,而晚新生代的气候变化通过控制水文条件和沉积物供应,进一步塑造了现代河流地貌。因此,贡河排水系统的演化过程为研究构造与气候在地貌演化中的相互作用提供了极佳案例。

引言

作为动态地貌类型,排水系统对构造过程和气候变化非常敏感,其演化过程深受两者共同影响(例如:Bookhagen 和 Strecker, 2012; Whipple, 2004; Willett 等, 2014)。构造活动决定了基本的地貌格局,进而影响排水系统的发育(例如:Gallen 等, 2013; Kirby 和 Whipple, 2012; Schoenbohm 等, 2004);而气候则通过控制水文条件和沉积物输送,影响侵蚀或沉积过程,从而塑造河床和流域形态(例如:Bookhagen 和 Strecker, 2012; Ferrier 等, 2013; Goudie, 2006)。因此,排水系统记录了重要的区域构造信息和古气候数据,研究其演化过程有助于理解地貌在构造作用和气候影响下的演变机制(例如:Burbank 和 Anderson, 2011; Molnar 和 England, 1990; Willett 等, 2006)。
贡河盆地位于青藏高原东北部(图 1a)。该盆地的排水系统是一个典型的内流系统,与主干黄河分离,并展现出独特的河流地貌特征。主要河流为沙珠玉河,发源于周边山脉,最终流入盆地的东南部湖泊(图 1a, 2a)。先前研究表明,沙珠玉河最初将贡河排水系统与原始黄河相连(例如:Pan, 1994; Perrineau 等, 2011; Xu 等, 1984),但后来黄河的深切作用使两者分离,形成了现今的分水岭(图 1a)。贡河盆地的西部还拥有中国最著名的咸水湖——查卡咸水湖。查卡咸水湖与沙珠玉河上游地区隔离开来,目前海拔高度为 3065 米(图 1a, 2b)。该盆地的河流地貌主要由两条分水岭定义:东部的沙珠玉分水岭将贡河流域与黄河分隔开,西部的查卡分水岭将查卡咸水湖与沙珠玉河源头隔离开来。这种独特河流地貌的演化及其驱动力尚未得到充分研究。研究贡河排水系统的发育过程有助于理解构造活动与气候在地貌演化中的相互作用。
从构造角度来看,贡河盆地是一个狭窄的山间盆地,南侧被埃拉山(Ela Shan)环绕,北侧被青海南山(Qinghai Nan Shan)包围(图 1a)。这种山间地质构造形成于晚中新世,当时青海南山抬升(Zhang 等, 2012),使贡河盆地与青海盆地分离(图 1a)。黄河在贡河和贵德盆地深切侵蚀,形成了现今的分水岭(图 1a),导致这两个盆地的排水系统与现代黄河系统分离。Zhang 等(2014)的研究表明,黄河深切作用引起的等静力响应导致该地区地貌倾斜(图 1(b-2)),进而通过道塘河(Daotang River)的反向流动使上游青海排水系统与原始黄河分离(图 1a,b)。考虑到贡河盆地的明显等静力抬升(图 1(b-1)),这种等静力补偿作用可能也是贡河排水系统隔离的原因。
晚新生代期间,青海南山和埃拉山的山坡上形成了大量冲积扇(图 2a)。这些冲积扇的堆积在盆地内形成了屏障,可能促使高海拔地区形成了封闭的湖泊盆地,即现代的查卡咸水湖。
从区域气候来看,贡河盆地处于半干旱或干旱内陆地带,受到青藏高原的阻挡,免受印度季风和北太平洋的影响(图 1a 中的插图)。尽管缺乏新近纪贡河盆地气候变化的连续记录,但古湖泊退缩(例如:Perrineau 等, 2011)和沙丘扩张(例如:Craddock 等, 2010; Shi 等, 2025)等野外证据表明该地区逐渐趋于干旱。盆地内的沉积记录(图 1c)也显示更新世晚期干旱程度加剧(Liu 等, 2012),这种干旱趋势在更新世向全新世过渡期间达到顶峰(Liu 等, 2008)。干旱气候条件限制了周边山脉的径流输入,从而有助于贡河排水系统的隔离,使其免受黄河的上游侵蚀或沙珠玉河切割分水岭的影响。
本研究利用等静力 rebound 理论和地质年代学方法,将这些构造事件联系起来,分析了贡河盆地的地形演化过程,并评估了等静力抬升、区域干旱和冲积扇沉积对塑造该地区独特河流地貌的重要性。通过贡河排水系统的演化案例,我们展示了构造变化如何与气候变化共同作用于地貌演化中。

研究区域地质背景

贡河盆地位于青藏高原东北部(图 1a 的插图),其构造受昆仑断层(Kunlun Fault)、阿尔丁塔格断层(Altyn Tagh Fault)和海原断层(Haiyuan Fault)的左旋走滑作用控制(Fang 等, 2005)。东昆仑山(East Kunlun Shan)在约 2500 万年前开始加速变形和抬升(例如:Li 等, 2020),南祁连山(South Qilian Shan)在约 1500 万年前开始抬升(例如:Pang 等, 2019),这些地质事件从根本上塑造了该地区的构造框架。

对黄河切割作用的等静力响应量化

为探究当前分水岭的形成是否部分源于对区域侵蚀卸载的等静力响应,我们根据 Zhang 等(2014)报告的等静力抬升空间分布,量化了贡河盆地因黄河切割作用产生的地表倾斜,并将模拟的地表倾斜与图 2b 中相同区域的地形变化进行了比较。
等静力作用是指岩石圈对物质变化的响应

贡河盆地对黄河切割作用的等静力响应

如图 1b 所示,黄河切割作用引起的最大等静力抬升发生在贵德盆地(Guide Basin),而在贡河盆地,岩石圈抬升主要发生在东部地区。然而,与青海盆地的道塘河(Daotang River,Zhang 等, 2014)不同,贡河盆地的等静力抬升并未导致沙珠玉河的流向改变(图 6)。
如图 6 所示,从查卡(Chaka)到黄河河床的地形剖面上可见...

贡河盆地的第四纪晚期沉积物年龄

如图 8 所示,本研究测得的河流沉积物均属于更新世时期。青海南山山坡上的两个沉积面 CHK1CHK2 的沉积物年龄分别为 270.0±17.9 ka 和 167.3±18.4 ka。这些数据表明:CHK1 的沉积面形成于 MIS 8 时期,CHK2 的沉积面形成于 MIS 6 时期(图 8)。黄河最高阶地的沙珠玉分水岭形成于约 191.4±30.3 ka。

结论

排水系统是一种典型的动态地貌类型,对构造活动和气候变化都非常敏感。因此,研究排水系统的演化有助于理解地貌在构造和气候共同作用下的演变机制。贡河盆地是一个位于青藏高原东北部的山间盆地。本文研究表明,该地区的独特河流地貌是由...

CRediT 作者贡献声明

王珊珊:撰写初稿及正式分析。郑德文:审稿与编辑、概念构思。庞建章:数据调查与概念构思。杨慧莉:数据验证。吴颖:正式分析。马燕:撰写、审稿与编辑、可视化处理、方法设计、数据管理及概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了中国地震局地质研究所基础科学研究基金(IGCEA2410)、地震动力学与预报国家重点实验室(LED2022A07)以及云南省地球系统科学重点实验室(ESS2021003)的联合资助。
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