长江演化及其对洪涝灾害防治的启示

【研究目的】长江的形成和演化以及长江中下游地区周而复始的洪涝灾害,是亟待学术界破解的关键科学问题。【研究方法】通过采用冲积扇成因理论、联合沉积相剖面对比法、岩相古地理分析、高精度定年技术和遥感等方法,从流域视角剖析了长江中下游沿江砾石层成因、岩相古地理特征、长江上游三峡夷平面和阶地特征以及云南石鼓长江大拐湾成因。【研究结果】提出了早中更新世之交(距今75万年)长江东西贯通时限和长江中游地区全新世“一江(长江)四湖(云梦泽、彭蠡泽、洞庭湖和鄱阳湖)”江湖演化格局的认识,分析了在自然和人为作用下近代长江中下游地区洪涝灾害现状和影响因素,并结合长江演化规律及其对洪涝灾害防治启示,提出了“再造云梦泽、扩张洞庭湖和鄱阳湖”、“采砂扩湖、清淤改田”长江中下游洪涝灾害防治对策和下一步相关地质工作建议。【结论】早中更新世地质环境的重大调整是造成长江东西全线贯通的重要原因,长江中游地区洪涝灾害防治应充分考虑江湖演化规律,该研究成果可为长江经济带/长江流域国土空间规划、地质灾害防治和生态环境保护与修复提供基础支撑和理论依据。

长江演化百年谜题:回溯与进展

长江的形成标志着中国地貌格局的形成与东亚现代地貌格局的建立。文中简述了百余年间长江演化研究的主要争论,梳理了近20年来将物源示踪方法应用于长江演化研究的进展及得到的启示。通过对长江流域的典型沉积体系:包括上游昔格达组、剑川盆地、中下游砾石层、江汉盆地、长江三角洲钻孔沉积及边缘海盆地(莺歌海盆地、中国台湾岛)的物源示踪结果进行归纳梳理,笔者认为:1)长江演化争论的焦点问题依旧是三峡贯通和石鼓第一弯的形成,但争论的问题已拓宽至古水系模式、侵蚀-沉积过程、夷平面形成等诸多问题。2)三峡贯通和石鼓第一弯形成的时代尚未取得共识,即长江的形成时代和过程还存在争论。长江中下游砾石层和江汉盆地沉积物具有复杂的源区供应,仅依靠碎屑锆石U-Pb年代学无法有效区分长江上游的物源信号;江汉盆地和长江三角洲钻孔沉积记录对于三峡贯通的初始信号仍未达成一致;剑川盆地和昔格达组沉积物的年代及其物源意义对于金沙江南流(东流)的指示意义存在广泛争论;海洋沉积约束长江和红河水系演化模式的物源信号也存在争议。3)在长江流域各沉积盆地进行物源研究时,建议加强海陆沉积对比。从地貌-构造演化-沉积古地理-气候变迁的角度,将能更加全面地重建长江演化的历史。

长江流域宜宾至宜昌段深切河曲平面特征

长江流域内的四川盆地和三峡地区分布着大量深切河曲,记录了曲流河的原始形态,通过分析深切河曲的形态可以了解地质历史时期古曲流河的相关信息。本文采用小波分析方法,利用软件MStaT从遥感影像中提取了深切河曲的干支流交汇角、小波功率谱、弯曲度、弧波长和振幅等参数。与现代曲流河进行对比后发现:在深切河曲中,交汇角为钝角的情况较为常见,占比为30.3%;在交汇点附近,干支流交汇作用对小波功率谱的影响较为显著,但是远离交汇点的小波功率谱则基本保持不变;大部分河流的弯曲度、弧波长和振幅等参数呈现出从上游至下游逐渐升高的趋势。从河谷形态分析上也可知:以嘉陵江为代表的深切河曲,其河谷形态以对称河谷为主,这表明河曲在下切形成深切河曲的过程中,河道的形态并没有发生大规模的变化。根据上述现象可推测,河道交汇角为钝角的情况并不能作为古长江流向发生倒转的证据;长江流域宜宾至宜昌段曾经是地形起伏度很低的准平原(或宽阔河谷),现今的深切河曲是古曲流河发生深切后而形成;长江在四川盆地和三峡地区应当为“叠置河”成因,长江在现今河道上并没有发生过倒流。

江汉平原沉积物中含钛普通辉石对长江演化的示踪

江汉平原是长江穿过三峡地区后的第一个大型卸载盆地,其沉积物是采取"从源到汇"物质追踪思路进行三峡贯通和长江演化示踪研究的理想载体,含钛普通辉石是长江上游(攀西地区)广泛分布的特征矿物,可以作为长江三峡贯通研究的示踪矿物.通过对位于盆地沉积中心的周老孔岩心沉积物及长江和汉江现代沉积物中重矿物(粒级为0.063～0.125mm)中的辉石进行提取、丰度统计和矿物化学成分分析,一方面,发现长江和汉江现代沉积物中辉石的物源完全不同,其中长江的辉石主要来自攀西地区;另一方面,周老孔岩心从深度104m处开始出现含钛普通辉石,并且由此处向上辉石含量明显增加、辉石的类型组成明显变化,表明在岩心深度104m(古地磁年龄1.1Ma左右)位置处长江三峡已经贯通.而深度45m处及其上部的辉石类型组成与现代长江相似,表明在古地磁年龄0.4Ma左右长江已经基本发育成现代的规模.

百年来长江口泥质区高分辨率沉积粒度变化及影响因素探讨

对长江口泥质区Chjk01与E4站位的沉积物柱状样进行了210^Pb测年和粒度分析，结果显示Chjk01孔与E4孔的沉积年代分别为132年（1873-2005年）与41年（1962-2003年），平均沉积速率达2.8cm/a与3.5cm/a。高密度间隔（0.5-1.0cm）粒度分析达到了反映粒度季节性变化的高分辨尺度。两孔粉砂含量随深度基本保持不变，粘土与砂含量则互为消长。Chjk01孔沉积物粒度自1873年以来明显呈三段式变化，1873-1957年间的84年中粒度稳定地逐渐变粗、砂含量增加、粘土含量减少、分选变差；1957-1981年间的24年中粒度逐渐变细、粘土含量增加、砂含量减少、分选变好，在1970-1981年间的11年中粒度最细；1981-2005年间的24年中粒度总体变粗、砂含量波动式增大，但变化趋势不明显。E4孔在1962-2003年间的41年中，沉积粒度特征与Chjk01孔基本一致。1873年以来的132年期间长江口泥质区粒度变化的阶段性特征，主要与同时期长江水沙入海主泓位置，以及主汊道的分沙比阶段性演变相对应；长江口泥质区粒度长尺度的阶段性变化，对长江大通站（1950-2004年）水沙变化和东亚季风强度指数（1873-1995年）变化不敏感。因此，长江水沙入海主泓位置与两孔位置距离的变化是影响泥质区粗、细粒级含量相对变化的主控因素，掩盖了其他因素的影响。

峨眉山玄武岩作为长江上游特征源岩对三峡贯通的指示

峨眉山玄武岩作为长江上游攀西地区广泛分布的岩类，具有形成环境独特、出露面积大、岩石易鉴定的特点，可作为长江三峡贯通物源示踪研究的指示标志．通过对长江中上游阶地和江汉平原周老孔第四纪岩心沉积物中的玄武岩砾石和岩屑（1～2mm）进行研究发现，峨眉山玄武岩砾石在长江上游很常见，在三峡以下很少；玄武岩岩屑在长江上游沉积物中非常普遍，而且在周老孔岩心沉积物中的很多层位都有出现．对玄武岩岩屑基质中的斜长石做了微量元素微区原位分析（LA_ICP_MS），分析表明，在周老孔中含峨眉山玄武岩岩屑的岩心层位最大深度为156m，该层位古地磁年龄约为1．7Ma，此时长江已经形成目．三峡已经贯通．