以火波主村河流阶地发育有3级河流阶地(图2)。T₁上沉积物主要为含砂砾石和卵石, 表层为黏土, 砂砾石夹粉砂, 砾石磨圆度好。河漫滩与T₁阶地高差为 0.98 m, 沉积物主要为砂卵砾石夹粉砂, 表层为黏土, 上部覆盖物为草地和玉米地, 二元结构不明显, 磨圆度好、分选差, 粒径8~23 mm, 本研究在T₁阶地采集¹⁴C测年样品BER-01。T₂为基座阶地, 海拔2 246 m, 基座为灰黄色块状巨厚层细粒砂岩, 岩层产状141° ∠68° , 上覆堆积物中可见砾石部分磨圆, 顶部磨圆较好的砾石层厚约 2 m, 因此推测I级阶地形成时河水漫过了下部大片砂岩; T₃阶地也为基座阶地, 其岩性特征与T₂阶地相同, 海拔2 267 m。

图2

Fig.2

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	图2 以火波主村阶地分布(左)及剖面图(右)Fig.2 Terraces distribution (left) and profile (right) of Yihuobozhu Village

阿呷补尔村阶地位于比尔河左岸, 现场调查时可见有3级阶地(图3)。T₁为堆积阶地, 沉积物分为2层, 厚2 m, 上部黏土层厚1.1 m, 下部砂砾石层厚0.9 m, 磨圆度较高, 分选性较好。T₂和T₃均为基座阶地, 其上种植有大量农作物。

图3

Fig.3

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	图3 比尔河阿呷补尔村阶地分布(左)及剖面图(右)Fig.3 Terraces distribution (left) and profile (right) of Agabuer Village

阿硕古普村阶地发育比尔河Ⅲ 级阶地, 阶地堆积物呈现明显的河流相二元结构, 底部为河床砾石层, 顶部为黏土, 可见磨圆度较好的砾石(图4)。阶地顶面卵石层厚度约2.5 m, 目前顶部已被改造为玉米地。剖面中部砂砾石层磨圆度较好, 下部为基座阶地, 岩性为须家河组砂岩、粉砂岩、泥岩互层。

图4

Fig.4

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	图4 阿硕古普村Ⅲ 级阶地分布(左)及剖面图(右)Fig.4 The third terrace distribution (left) and profile (right) of Ashuogupu Village

通过计算比尔河河流阶地的下切速率得知阿硕古普村、阿呷补尔村、以火波主村在T₃阶地形成时河流的下切速率分别为0.96 mm/a、0.51 mm/a、1.29 mm/a, 在T₂阶地形成时比尔河的下切速率分别为4.50 mm/a、1.26 mm/a、3.42 mm/a(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 比尔河河流阶地下切速率Fig.5 Incision rate of river terraces of Bier River

通过分析比尔河上游至下游的阿硕古普村、阿呷补尔村及以火波主村的河流阶地拔河高度与阶地年代数据, 得知不同时期比尔河下切速率的变化特征, 具体数据见表3。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 不同时期比尔河下切速率 Tab.3 Incision rate of Bier River under different periods 河流下切年代/ka B.P. 河流下切速率/(mm· a-1) 27.75~12.20 0.51~1.29 12.20~6.65 1.26~4.50

表3 不同时期比尔河下切速率 Tab.3 Incision rate of Bier River under different periods

根据比尔河下切速率的计算结果, 可将河流的下切过程分为2个阶段:

第一阶段开始于约27.75 ka B.P., 河流以0.51~1.29 mm/a的速率下切, 形成T₃基座阶地。

第二阶段开始于约12.20 ka B.P., 河流下切速率迅速增大, 以1.26~4.50 mm/a的速率急剧侵蚀下切, 形成了T₂基座阶地。上游阿硕古普村阶地所在的河段下切速率迅速增大至4.50 mm/a, 中游和下游的阿呷补尔村和以火波主村一带, 下切速率增大的幅度小于上游阿硕古普村河段, 表明该阶段河流上游的地壳抬升速率明显增加, 表现出上游抬升快、下游抬升慢的特点, 说明该阶段本区在整体隆升过程中具有掀斜式抬升的性质。此外, 晚更新世晚期河流的下切速率明显小于全新世后的河流, 说明随时间推移河流下切幅度呈增大的趋势。

根据阿硕古普村、阿呷补尔村和以火波主村的实测剖面, 绘制了比尔河河流阶地相位图(图6)。由于阿硕古普村位于比尔河上游, 以火波主村位于比尔河下游, 阶地相位图显示阿呷补尔村河段以上3级阶地纵降比大, 阿呷补尔村河段以下纵降比明显减小, 上下游河段纵降比差异较大, 比尔河上游河段经历了一次显著的河流下切侵蚀过程, 而进入下游河段后河流下切幅度变缓, 河流下切有减弱的趋势。因此本文认为比尔河所在区域晚更新世晚期以来经历了2次明显的地壳抬升过程, 抬升幅度分别为8~21 m和9~25 m。

图6

Fig.6

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	图6 比尔河河流阶地相位图Fig.6 Phase diagram of river terraces of Bier River

根据比尔河河流阶地和相邻研究区新构造运动的特征, 本文将比尔河地区新构造运动划分为3个地壳抬升阶段。

第一阶段: 晚更新世晚期本区经历了一次强烈的地壳抬升运动, 形成了T₃阶地。由¹⁴C年代数据分析可知, T₃测年数据结果为27.75 ka B.P., 此时研究区的地壳处于隆升过程, 并因地壳抬升形成了T₃阶地, 抬升之后侵蚀期开始, 形成台面, 随后阶地台面开始有堆积物堆积。在研究区内阶地沉积物多可见磨圆度高、定向性好的砾石, 说明该阶段河流作用明显。

第二阶段: T₂阶地形成于研究区地壳第二次抬升时期, 根据¹⁴C测年数据, 约12.20 ka B.P.比尔河发生了第二次下切运动。从下切速率分析, T₂阶地形成时研究区地壳抬升幅度比T₃阶地形成时更大, 说明T₂阶地形成速度较快, 侵蚀期相对较短。研究区自晚更新世晚期新构造运动以来, 下切速率逐渐增大, 表现出地壳运动振荡频率增强、2次地壳抬升之间的稳定时间越来越短的趋势。

第三阶段: 由于T₂阶地形成时间较短, 很快就开始了研究区的第三次地壳抬升。根据¹⁴C的测年结果, T₁阶地形成于约6.65 ka B.P., 地壳抬升使比尔河再次下切, 并对T₁阶地的形成提供了驱动作用。由于3个阶地剖面的T₁阶地均为堆积阶地, 说明此次地壳抬升的强度要小于前2个阶段。

美姑河位于比尔河东侧18 km(图1(b)), 同属金沙江支流, 且同为南北流向, 结合前人研究资料^[29], 美姑河流域的新构造运动以差异性升降为主, 总体表现为大面积、整体性的间歇震荡性急速抬升。自上新世末夷平面解体以来, 河谷地貌经历了宽谷期和峡谷期2个阶段的发展。

宽谷期: 夷平期以后, 研究区地壳呈阶段性的间歇性隆升运动, 发育了2级宽谷地貌, 宽谷期河流的平均下切速率约0.5 mm/a。Ⅰ 级宽谷面(1 600~2 000 m)形成于早更新世前中期(相当于区域上的“ 元谋运动” )至约1.2 Ma; 此后, 地壳快速抬升使得本区进入了Ⅱ 级宽谷面(1 400~1 200 m)形成时期。

峡谷期: 中更新世本区地壳隆升速率增大, 金沙江开始强烈下切, 本区进入峡谷期, 总体表现为间歇性的快速隆升, 在河谷中形成多级河谷阶地。峡谷期河流的平均下切速率约 1.2 mm/a。区域内夷平面以下可归为2组宽谷地貌或2级山麓剥蚀面, 一般为侵蚀阶地或基座阶地。河谷阶地沿宽谷、峡谷河段的两岸零星分布, 一般可见 3~5 级阶地残留, 其中Ⅰ 级和Ⅱ 级阶地以堆积阶地为主, Ⅱ 级以上多为基座阶地, 区域内及邻区部分河段河流的下切速率见图7。

图7

Fig.7

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	图7 美姑河及临近河流下切速率(据文献[29]修改)Fig.7 Incision rate of Meigu River and adjacent rivers (modified by references [29])

气候变化是影响河流下切速率的重要驱动因素, 对于河流阶地来说, 暖湿条件下河流的下切速率要远大于干冷条件^{[30, 31]}。寒冷气候下植被覆盖率较低, 冻融作用加强, 进入河流的沉积物大大增加, 当河流搬运能力小于沉积物的增加量时, 较为容易发生堆积; 当气候转暖时, 植被覆盖度增加, 沉积物相对减少, 径流量加大, 河流下切加速^[32], 即气候寒冷下更易发生堆积, 而气候转暖时更易发生强烈的河流下切。

西昆仑山古里雅冰心的δ ¹⁸O记录了研究区晚更新世以来的温度变化^[33], 本文将T₃、T₂、T₁阶地的形成时期与古里雅冰芯气候变化曲线进行对比分析。根据¹⁴C测年数据可知, T₃、T₂、T₁阶地分别形成于晚更新世晚期(27.75 ka B.P.和12.20 ka B.P.)和全新世中期(6.65 ka B.P.)。结合其形成时间及河流阶地对气候变化的响应, 可知T₃阶地形成时期研究区处于末次冰盛期, 气候寒冷但高度不稳定, 根据冰期河流易发生堆积、间冰期河流易下切的观点, 推测此时研究区气候存在寒冷-温暖旋回使得河流下切, 该气候旋回波动在古里雅冰心的气候变化曲线中也有较明显的记录^[33], T₂阶地形成时研究区处于末次冰期到全新世的过渡时期, 气候由冷转暖, T₁阶地形成于全新世中期, 在一定时间尺度下研究区可能存在由寒冷向温暖转变的气候变化。

构造运动和气候变化都是控制河流阶地形成的主要因素, 两者都通过影响河流水动力来改变河流的堆积和下切过程。在构造较为稳定的中欧地区, 气候变化是阶地形成的主导因素^[34], 而比尔河阶地高度较大, 阶地形成期间强烈的河流下切应由构造隆升主导, 构造运动是该河流阶地形成的主导因素。研究区河流阶地的构造-气候耦合作用过程还需要进一步研究。