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地质人的来信 | 他们眼中的峡谷地貌

热爱大好河山的 地灾防治国家重点实验室 2024-06-28


你眼中的地质人是什么样的?跋山涉水?戈壁历险?罗盘测宝藏?


其实地质人更像是人类和大自然的“通讯员”,用眼睛和脚步贴近体会她,与之沟通交流,结合所学的专业知识,替这颗美丽星球上的所有生灵接受一封又一封来自历历山川和极地的珍贵来信。


那地质人眼中这些来信的内容是怎样的?本期推文,王运生教授团队带我们我一起品大自然的来信。


第一封信:

地质学家带我们看峡谷


峡谷是指河谷断面深度明显大于其宽度的河段,如长江三峡、大渡河金河大峡谷等。峡谷的产生,是地球这个伟大的建筑者一笔一画雕刻而成。峡谷的形成往往具备三大条件:地壳快速隆升、坚硬的岩体及强烈的河水侵蚀。

欧亚板块和印度板块古近纪以来的碰撞与拼合,青藏高原拔地而起,成为地球第三极。宏伟的高原对季风产生影响,随之而变化的就是高原周围的降雨量,特别是迎坡面,距离海洋较近的地区,例如孟加拉至印度的北部地区,降雨量可达年降雨量10000多毫米,我国的墨脱县年降雨量也达2330mm以上。围绕青藏高原南坡及东坡,隆升与切割造就了系列大峡谷奇观。

我校王运生教授团队走遍祖国大地,把论文写在了祖国大地上,他谈到:“外行看热闹,内行看门道。每当我们踏进山川总是抱着一颗地质人的好奇心,凭借职业敏感性,从不轻易放过途经的地质现象用脚步记录下来,有普通游客不容易想象和理解的推动力。”


地标1:【神秘的雅鲁藏布江大峡谷】

西藏林芝大拐弯地区地处喜马拉雅山脉东段,为地球上强烈隆升区之一,雅鲁藏布江在南迦巴瓦峰(7782m)与加拉白垒峰(7151m)间穿过,几乎顺着雅鲁藏布江缝合带发育,空间上呈向北突出的马蹄形,蜿蜒曲折,峡谷长500km,两岸岩体以坚硬的花岗片麻岩、石英片岩等组成,降雨充沛,流量2000-3000m3/s,峡谷深达5000余米,其规模为世界之最(图1、图2)。

团队多次考察后认为:雅鲁藏布江大峡谷为一先成河,板块拼合隆升后阶段性快速下切所致,两岸仍保留不同期剥蚀夷平的缓坡面,但在峡谷段阶地不发育。该峡谷已成为印度洋进入高原的一条重要的水汽通道。这里丰富的地质现象、水资源、动植物资源深深地吸引了地质工作者一次又一次深入大峡谷,回答一个又一个科学命题。


▲图1  大拐弯180°转弯


▲图2  大拐弯“V”形谷


地标2:【汹涌的怒江大峡谷】


怒江大峡谷(图3)位于青藏高原东缘的横断山系,为三江并流区的核心地段,怒江为中国西南三江的最西一条江,总体呈南北流向,泸水以北夹持于高黎贡山与碧罗雪山之间,峡谷深度平均2000-3000m,怒江纵比降大、水流湍急,吼声如雷,故名怒江。

团队穿越怒江峡谷及其支流,揭示怒江峡谷以纵谷为主,在坚硬的麻粒岩集中分布河段,岸坡陡立,大型崩塌发育,几乎所有一级支流均为泥石流沟。在泥石流、冰川跃动及新构造运动共同作用线,在峡谷段形成别具一格的深切曲流地貌,著名的丙中洛就是冰川融化冰水扇逐渐由西向东推挤怒江形成的不对称深切曲流地貌,怒江第一湾(图4)则是在宽谷期曲流基础上后期间歇性抬升背景下侧蚀及下蚀消长作用形成的。


▲图3  怒江峡谷


▲图4  怒江第一湾坎桶村


地标3:【秀丽的金口河大峡谷】


金口河峡谷(图5、图6)地处大相岭南段,西起乌斯河,东达金口河,全长26km,谷底宽不到200m,谷深达2600m,考察揭示,峡谷由震旦系近水平产出的坚硬白云岩构成的,两岸受支沟切割,奇峰异石林立,冬春两季峡谷上方云雾缭绕,宛如仙境。研究表明金口河大峡谷是甘洛断裂与金河-峨眉山断裂夹持的轿顶山断块双剪式抬升背快速景下经大渡河快速下切形成。


▲图5  金口河大峡谷上段


▲图6  金口河大峡谷下段


【阿重笔记】


不同峡谷长度及深度千差万别,根据形态特征可以归为以下几类:对称“V”峡谷(图7、图8)、一线天峡谷(图9、图10、图11)、“U”峡谷(图12)以及非对称“V”(图13)。一线天峡谷宽度几米至几十米,两壁近于直立;对称“V”峡谷、谷底窄,岸坡坡度50-80°,大致对称;非对称“V”峡谷,谷底窄,谷坡一侧陡,另一侧较缓;“U”峡谷,谷底宽,达数百米,两岸谷坡高陡。

根据峡谷区岸坡结构可以分为侵入岩峡谷、近水平岩层峡谷、横向坡峡谷、纵向坡峡谷及斜向坡峡谷。侵入岩峡谷大多由花岗岩、花岗闪长岩等组成,如大渡河长河坝峡谷、岷江彻底关峡谷;近水平岩层峡谷,可以是坚硬岩、软硬相间岩体组成,如美姑峡谷、长江三峡、科罗拉多大峡谷等;横向坡峡谷分布较为普遍,如灵关河峡谷、双石峡谷、天山后峡等,谷坡均陡立;纵向坡峡谷,反傾坡一侧陡立,顺倾坡一侧坡体相对较缓。


▲图7  帕隆藏布支流深切“V”形峡谷

▲图8  “之”字形“V”形峡谷


▲图9  一线天峡谷

▲图10  一线天峡谷

▲图11  一线天峡谷

▲图12  多雄河冰川“U”形谷


▲图13  不对称“V”形谷

第二封信:

高原钙华台暗藏的“玄机”


我国南方广泛发育可溶岩,岩体裂隙发育,温暖湿润的气候决定了这里冷水型岩溶及洞内钙化沉积发育,去过云贵川溶洞景点的游客均被千姿百态的钙华景观所折服,高寒地带不具备上述条件,岩溶现象鲜见,但川藏线调研中多个钙华景观却让我们驻足思考。

这张照片拍摄自西藏自治区昌都市察雅县的一处钙华平台(图14),远观平平无奇,但走近一看,你会发现丰富的钙华景观。

▲图14  钙华平台

在钙华平台陡坎处,倒悬着一个个形态各异的石钟乳,还有上下相连的石柱,内藏一个“水”帘洞,中下部为多层钙华叠置的石幔及石瀑(图15、图16)。同时,在斜坡面苔藓生长处、支沟砾石堆积处,你能够拍到被碳酸钙包裹如同“雾凇”般的苔藓(图17)、苔藓后期会因枯死腐烂而呈内部中空多孔的蜂窝状钙华体(图18)和如同“口袋面包”般的钙华包裹体(图19),在干岸处甚至能拍到竹枝状钙华体(图20)


▲图15  瀑布上沉淀石钟乳及石幔


▲图16  石帘


▲图17  钙华包裹苔藓


▲图18  蜂窝状钙华体

▲图19  钙华包裹砾石


▲图20  竹枝状钙华体


看到这里,一系列疑问油然而生,既然高寒地区岩溶不发育,为什么3000多米的高原发育会化学沉积?中国南方化学沉积一般在溶洞内,而这里却暴露在阶地上?它的存在对川藏线有何影响?

带着这些疑问,考察组顺着钙华向阶地后缘寻踪调查发现,后山有一条活断层,上盘为波里拉组灰岩,地下水经了地下的深部循环,加温、加压而碳酸化,上行过程中溶蚀灰岩体,断层泉出露地表,重碳酸钙泉水出露地表后随着二氧化碳的逸出,碳酸钙沉积分布于阶面与阶坎部位,形成悬挂式钙华台。同时,钙华台所在河段弯曲,河流并不断侧蚀右岸,河道向右迁移,这为钙华平台所在的左岸一级阶地的完整保存提供了空间(图21)。

▲图21  娘曲村温泉钙华全景图(镜像57°)

通过对Q01-1所在的灰岩山体纵切面的观察,便可绘制出娘曲村温泉钙华点纵剖面图(图22)。由图可见明显的背斜构造,两侧灰岩山体张性陡倾裂隙发育,现今区域构造应力场方向为NWW,断层在现今应力场呈张扭性活动,有利于地下水下渗,为地表水深循环提供了构造条件;河谷地带地势低洼又为地下热水溢出提供了条件。

▲图22  娘曲村温泉钙华点纵剖面图


由此,通过一张泉华平台的全景图以及由此概化出来的纵剖面图对该处是否存在深部断裂、该区现今的构造应力特征、后部灰岩山体存在深部溶蚀的可能性以及钙华平台能够完整保存的原因进行了推断。接下来围绕上述的推测进行进一步的测试与验证,便能对研究区岩溶发育的现状、发展趋势进行评价,对铁路隧道附近处于径流带什么位置、水温、水量等进行预估,同时就钙化出露区对川藏铁路带来的工程效应进行分析,并提出针对性的防范措施。


阿重联想到松潘的黄龙钙华池—五彩梯湖,也有类似的形成环境,而且黄龙已成为中外著名的自然景观。


不难看出,高寒地区钙华基本上都是深部含碳酸氢钙的地热水接近和出露于地表时,因二氧化碳大量逸出而形成碳酸钙的化学沉淀物,为热水型钙华,地下不发育大型厅堂式溶洞,对工程的影响表现为钙质的快速沉积及高地温等。中国南方碳酸盐岩分布区溶洞中钙华(温暖湿润气候条件下地表水沿裂隙下渗溶蚀灰岩在溶洞中因二氧化碳大量逸出而形成碳酸钙的化学沉淀物)在地下水循环及钙质来源均明显不同,属冷水型钙华,当地壳相对稳定时间较长时形成大型地下溶洞,对地下及地表工程危害表现为塌陷,涌水等。


在自然景观之外的重要地质信息,需要一线地质人观察加以鉴别。地质人的专业素养之一,就是通过观察不同的地质地貌,读懂山川地貌中暗藏的“玄机”,为人类旅游、重大工程建设提供地质资料。

一览地质人眼中的风景

小型褶皱

高寒地季节性冻融条件下灰岩山体破碎岩体及下部倒石堆

夷平面

连续沉积,水平层理

向斜成山

软岩山体因构造挤压及重力作用形成褶皱

石英砂岩因水平、竖直节理共同切割形成如同人为堆砌而成的墙体

石英砂岩因水平、竖直节理共同切割形成如同人为堆砌而成的墙体





阿重说

本期内容为滑坡灾害的早期识别更多精彩内容,记得关注阿重呀~




专业指导 | 王运生

文 | 荆羽慧 姚西恒

图 | 琼 玉

编  辑 | 琼 玉 

校  审 | 刘 琪

责任编辑丨范宣梅 赵建军 林汐璐
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