青藏高原东部地区大陆冰盖遥感探测研究
赵福岳
中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083

作者简介: 赵福岳(1953-),男,教授级高级工程师,主要从事区域地质、矿产地质及生态地质环境等领域遥感研究。

摘要

详细论述了青藏高原东部地区大陆冰盖的遥感影像特征、地质特征、空间分布范围以及形成期次和环境,探讨了大陆冰盖形成的地质环境效应。

关键词: 青藏高原; 大陆冰盖; 遥感; 形成规律; 地质环境效应
中图分类号:TP79 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2010)增刊-0039-06
A Tentative Discussion on the Continental Glacial Sheet in East Qinghai-Tibet Plateau
ZHAO Fu-yue
China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China
Abstract

Qinghai-Tibet Plateau is a region with the largest area of glaciers in China and is called the water tower of Asia. The key characteristics of glaciers evolution in Qinghai-Tibet Plateau are their incessant area shrinkage, continuous thinning of their thickness and ceaseless reduction of their ice reserves. According to the results of remote sensing survey in Qinghai-Tibet Plateau, this paper deals with the features of the continental glacial sheet in east Qinghai-Tibet Plateau based on remote sensing images, such as its geological features, distribution areas, formation stages and formation environments. The effects of the geological setting on the formation of the continental glacial sheet in east Qinghai-Tibet Plateau are also tentatively discussed.

Keyword: Qinghai-Tibet plateau; Continental glacial sheet; Remote sensing; Formation regularity; Effects of geological setting
0 引言

青藏高原被誉为地球的“ 第三极” , 其得天独厚的地质和气候环境为第四纪冰川发育提供了有利条件。长期以来, 国内外诸多专家、学者就其第四纪冰川作用时间、期次与气候变化等方面进行了深入研究[1, 2, 3, 4], 但对于青藏高原是否存在大陆冰盖问题尚未形成统一的认识[5, 6, 7]。本文根据青藏高原第四纪冰川遗迹遥感调查结果, 通过与南极冰盖遥感影像特征对比, 结合野外地质证据采集, 初步提出青藏高原东部地区存在大陆冰盖的认识。

1 大陆冰盖的遥感影像特征
1.1 冰蚀遗迹的影像特征

(1)山岳型冰川侵蚀遗迹。主要分布于喜马拉雅山、喀喇昆仑山、帕米尔山、西昆仑山、阿尔金山及冈底斯山等山系。侵蚀遗迹包括韧脊、角峰、冰斗及冰川槽谷等。主要特点是韧脊锋利、角峰尖陡、冰斗高悬及冰川槽谷两壁平直。这种景观地貌特征的形成主要是地形坡度大、切割强烈所导致的冰川整体运动速度加快和刨蚀能力加强所致。

(2)大陆冰盖型冰川侵蚀遗迹。包括韧脊、角峰、冰流槽谷及冰蚀岩盆等。主要特点是韧脊低矮, 角峰钝挫, 冰流槽谷平直宽浅且无源头, 冰蚀岩盆象形, 冰蚀湖盆发育。这种冰川侵蚀遗迹在青藏高原东部的巴颜喀拉山、唐古拉山、念青唐古拉山、可可西里、横断山及羌塘高原东部等地区广泛分布。

在羌塘高原东北部的强仁温岗日— 冬布勒山、沙窝滩等地第三火山岩台地之上, 冰蚀岩盆特征清晰: 在可可西里双黄连湖北侧、稻城及哈拉湖等地区, 低矮的韧脊与角峰、冰流槽、冰蚀湖盆等特征清晰(图1)。

这种景观地貌特征主要受地形相对平坦、坡度小等因素控制, 在上层冰川压力作用下底部冰体运动所致。

图1-1 大陆冰盖冰川侵蚀遗迹影像

图1-2 大陆冰盖冰川侵蚀遗迹影像

1.2 堆积遗迹的影像特征

(1)山岳型冰川堆积遗迹。以冰碛垄、冰碛台地、冰碛平原和慢坡松散堆积物等类型为主, 集中分布在喜马拉雅山、喀喇昆仑山、北昆仑山、藏南低山丘陵和祁连山等地区的山麓地带。漫坡松散堆积物主要分布在上述山脉的山顶夷平面部位。

(2)大陆冰盖型冰川堆积遗迹。冰碛被形式是大陆冰盖冰川堆积遗迹的典型代表, 它是由厚度约20~50 cm的砂砾石和漂砾组成, 形似于被, 广泛覆盖于湖积平原、湖积台地和基岩台地之上。

在遥感图像上, 安多台地冰碛被以粉红间白色色彩显示, 呈斑块、斑点影纹特征, 团块状丘陵地貌(图2(a)), 出露海拔高度为4 700 m, 覆盖在基岩台地之上; 在昆仑山口地区, 冰碛被以粉红间绿色色彩显示, 波状平原地形(图2(b)), 出露海拔高度为4 773 m, 覆盖于晚更新世湖积地层之上; 在那曲地区、冰碛被以褐灰、粉红间白色、绿色显示, 呈斑块、斑点影纹, 团块状丘陵地貌, 出露海拔高度为4 514 m, 覆盖于晚更新世湖积地层之上。

上述两类冰川遗迹所显示出的遥感影像特征差异, 除了受冰川类型自身运动规律控制之外, 地形地貌的形态、起伏程度是导致这种差异的主要因素。

图2 大陆冰盖冰碛被影像及野外照片

1.3 冰川堆积遗迹影像特征的雷同

山岳冰川和大陆冰盖冰川的堆积遗迹特征有诸多雷同之处, 主要表现在物质成分、地形地貌和空间分布位置方面。物质成分均以石英岩、花岗岩、砂岩砾石为主体, 反映了该类岩石在冰川搬运过程中的抗磨损强度; 地形地貌特征上均以冰碛平原、冰碛台地、冰碛丘陵、冰碛裙及冰碛垅等形态存在; 空间分布多位于山麓地带。由于上述特征的相同, 在遥感图像上准确区分山岳冰川堆积和大陆冰盖冰川堆积存在一定难度。

1.4 与南极冰盖冰川影像特征对比

图3(a)为南极大陆冰盖图像(由GoogleEarth获得)。白色代表冰盖冰川, 暗灰色曲状(或称之为宽尾)水系代表冰盖周边地带冰川侵蚀消融遗迹的特征。图3(b)展示的是我国四川省若尔盖地区的遥感图像, 呈粉红色色彩的区域为基岩出露区, 丘陵地形, 地表很难见到冰碛物分布, 呈暗灰色区域为全新世湖沼地层, 其下部分布着冰碛和冰水堆积地层, 这点可通过若尔盖盆地东缘岷江源头开挖出的露头加以证明(图4)。

图3(a)冰川消融区的丘陵地形和水系特征与图3(b)显示的丘陵地形和宽尾水系相比较, 两者特征非常相似, 加之野外发现的埋藏冰碛物, 这些完全证明若尔盖地区曾经存在大陆冰盖作用。也就是说, 青藏高原东部地区发育宽尾水系类型的区域是大陆冰盖发育的区域。因此, 宽尾水系类型是青藏高原东部地区大陆冰盖存在的又一典型遥感影像特征。这种影像在安多(图5)、唐古拉山西南侧等地区也比较发育。

图3 南极冰盖与若尔盖地区遥感影像特对比图像

图4 岷江源头若尔盖盆地冰积物影像

图5 安多地区宽尾水系遥感影像

2 大陆冰盖的地质特征

野外地质调查结果表明, 青藏高原东部大陆冰盖的总体地质特征是以冰碛物形式覆盖于晚更新世湖积地层、高原基岩台地之上或下伏于盆地的底部。

2.1 那曲南冰碛被剖面

该剖面分布于那曲南部地区。冰碛被由砾石、砂土组成, 厚度为20 cm, 海拔高度4 719 m。砾石成分主要为石英岩和砂岩, 呈次棱角状, 砾径约3~20 cm。下伏层为湖积灰白(采集测年样品)、青灰色亚砂土层。在灰白色细砂层取样, 经中国地震局地壳应力研究所新年代学实验室赵俊香OSL测年, 获得距今97.07± 3.78 ka的参考年龄。据此初步说明, 那曲古湖在晚更新世已经形成, 其上冰碛物的形成年代应晚于古湖地层形成年代, 应属于末次冰期的产物。那曲南07-14点剖面特征如下:

④ 冰碛砾石层 20 cm

③ 灰白色细砂层 20 cm

② 青灰色含砾亚砂土层 50 cm

① 灰白色细砂层 50 cm

— — 未见底— —

2.2 可可西里马兰山冰碛物

野外调查结果表明, 冰碛物由砂砾石组成, 岩石呈杂色(以灰色调为主), 见少量漂砾。砾石成分以各类砂岩为主, 含量约70%, 砾径一般在2~10 cm之间, 最大者为20 cm, 偶见大于50 cm的漂砾。砾石分选、磨圆均较差, 略显层理, 可见堆积厚度2~10 m, 地貌上形成山前台地或垄岗状低丘。经14C和RF测年, 分别获得距今22.8 ka、25.8 ka、26.6 ka及31.9 ka测年结果[9], 为末次冰期的产物。

2.3 安多台地冰碛被

安多台地地表冰碛物分布广泛, 形似如被。冰碛物由花岗岩、片麻岩及石英岩等冰碛砾石组成, 砾径最大约3 m, 一般为20~30 cm, 呈次棱角状。海拔高度为4 700 m。

2.4 若尔盖盆地埋藏冰碛物

主体埋藏于若尔盖盆地底部边缘, 由砾石、砂土组成, 厚度为500 cm。海拔高度为3 804 m。砾石成分主要为砂岩, 呈次棱角-棱角状。砾径约10~30 cm, 分选性中等, 属于基质支撑, 填隙物为砂土。上覆地层为全新世湖沼地层。 若尔盖盆地06-037点剖面特征如下:

④ 湖沼堆积 30 cm

③ 灰褐色冰碛砾石层 100 cm

② 褐红、黄褐色冰碛砾石层 200 cm

① 灰褐色冰水堆积砾石层 200 cm

— — 未见底— —

2.5 QZ 08-02点鄂拉山冰碛物

剖面上可分为3层: 第一层为粗大砾石层, 厚约1 m, 砾石磨圆度较好, 次圆, 分选差, 岩性以花岗岩为主, 最大砾径0.8 m; 第二层为细砾到中砾层, 厚约0.4 m, 砾径在5~10 cm间, 次棱角状, 分选差, 岩性见花岗岩、砂岩及火山岩等; 第三层为黄土层, 厚约2 m, 应属于干冷冰期气候的伴生产物, 海拔高度3 839 m。在黄土层下部2 m处采集2件热释光样品, 编号为QYTL 08-50和QYTL 08-51, 经中国地震局地壳应力研究所测试, 距今年龄分别为16.94± 0.68 ka和12.39± 0.62 ka。据此, 确定冰碛物属于末次冰期的产物。

2.6 昆仑山口05017点冰碛被剖面

剖面位于昆仑山口地区, 冰碛层分布广泛, 由漂砾、碎石及砂土组成, 厚度为20~50 cm, 海拔高度为4 777 m。砾石成分主要为砂岩、片岩, 呈次棱角-次圆状。砾径最大约40 cm, 一般约10~20 cm。其下为湖积层, 岩性为湖积青灰色亚粘土、含砾亚粘土。昆仑山口05017点剖面特征如下:

④ 冰碛砾石层 70 cm

③ 青灰色亚粘土层 300 cm

② 青灰色含砾亚粘土层 300 cm

① 青灰色亚粘土层 300 cm

— — 未见底— —

在该剖面附近海拔高度4 692 m处的黄色中细粒砂层中取样, 经OSL测年, 获得距今249.68± 7.43 ka的测年结果。据此证明, 昆仑古湖在中更新世已经形成, 其上冰碛物的形成年代应晚于古湖地层形成年代, 最早应属于倒数第二次冰期的产物(13~42 ka[10])。

2.7 QZ 08-09点昌都北扎曲河残留冰碛物

在深切河谷一侧, 发育冰碛台地, 冰碛层厚度约3~5 m, 由角砾状砂岩砾石组成, 分选差, 最大砾径在0.8 m左右。海拔高度3 331 m。

2.8 QZ 08-16点安西残留冰斗

冰斗地貌, 坡脚下砾石岩性以砂岩、花岗岩为主。海拔高度为2 491 m。

2.9 QZ 08-14点澜沧江横断山冰碛物

为残留冰积和冰水堆积物。冰碛物砾径最大0.3 m, 棱角状, 岩性以变质岩、砂岩为主。海拔高度为3 406 m。

从上述剖面冰碛物和测年数据分析可见, 青藏高原东部冰盖冰碛物存在两种形式: 一是冰碛物以冰积被形式覆盖于湖积地层、基岩台地之上, 或冰碛物埋藏于全新世湖积地层之下, 结合测年数据, 该期冰碛物应属于末次冰期的产物, 主要分布于高原面之上, 出露海拔高度为4 700 m左右(2.1~2.4剖面); 二是以残留冰碛物或残留冰斗形式分布于横断山山系的南段, 出露海拔高度为3 800~2 490 m, 该期冰碛物形成年代应早于末次冰期, 属于倒数第二次冰期的产物(2.7~2.9剖面)。

3 形成规律分析
3.1 空间分布范围

根据青藏高原第四纪大陆冰盖冰川侵蚀与堆积遗迹空间分布的连续性及宽尾水系类型遥感特征显示, 其分布范围确定为西起羌塘高原中部, 向东经可可西里、唐古拉山、巴颜卡拉山、阿尼玛卿山, 南止横断山, 北以昆仑山为界, 南至念青唐古拉山, 总面积约80万km2(图6)。

图6 青藏高原东部大陆冰盖分布

3.2 形成年代与期次

根据青藏高原昆仑山口、那曲等古湖盆冰碛物下伏湖积地层及可可西里冰积物的测年结果(表1), 以及若尔盖埋藏冰碛物与全新世湖积物接触关系, 安西、昌都北扎曲河等地区保留的残留冰碛物, 分析认为, 青藏高原东部地区应存在两期冰盖冰川作用。

表1 青藏高原冰碛物测年结果

第一期为倒数第二期冰盖冰川遗迹, 其下伏湖积地层的年代约为249.68± 7.43 ka。该期冰川遗迹以残留冰碛物、冰水堆积物及冰斗等形式分布于横断山脉河谷两岸之局部, 而冰碛被主要分布于昆仑古湖积地层之上, 现出露最低海拔高度为4 777 m。上述现象说明, 当时青藏高原东部地区全部被冰川覆盖, 其残留的冰川遗迹应属于后期, 即晚更新世地壳强烈抬升, 河流快速下切所侵蚀残留的冰碛物质。冰盖范围约80万km2

第二期为末次冰盖冰川遗迹, 年龄为22.8~31.9 ka。该期冰川遗迹以冰碛被形式覆盖于晚更新世湖积地层之上(97.08± 3.78 ka)或埋藏于全新世湖积地层之下, 发育在高原面之上, 现出露海拔高度为4 500~4 700 m。空间形成冰蚀、冰碛及冰湖组合结构。冰盖范围约40万km2

3.3 形成环境

青藏高原东部大陆冰盖形成主要受地质、地形和气候三大环境因素控制。中更新世晚期, 横断山脉及古昆仑湖的隆起(420~130 ka)为第四纪倒数第二期冰川作用的发生提供地质、地形条件, 而印度洋暖湿气流作用, 为该期冰盖冰川的形成提供了物质基础。

晚更新世, 伴随青藏高原东部地壳的进一步抬升, 长江、澜沧江及金沙江等河流开始由内陆湖向外流河转变, 并沿倒数第二期冰川作用形成的冰川槽谷快速下切, 形成深切河谷, 其残留的冰碛台地证明了这一点。同时受西南季风和印度洋暖湿气流的影响, 依托横断山脉深切河谷作为暖湿气流北上的活动通道, 当暖湿气流到达青藏高原的高原面时(海拔4 500~4 700 m高度), 受到高原气流的阻挡与作用, 进而构建起西以念青唐古拉山、唐古拉山一线为界的青藏高原东部强降水环境, 并形成高原东部末次冰期大陆冰盖。然而, 遥感调查的结果表明, 高原东部大陆冰盖西界并非以唐古拉山为界, 而是向西延入到羌塘腹地。究其原因, 应属于印度洋暖湿气流泛原作用效应。

4 冰盖消融产生的地质环境效应
4.1 冰盖消融与湖泊、湿地变迁

倒数第二期冰盖冰川消融, 属于间冰期气候环境, 在整个青藏高原形成古湖环境, 并构建起盆山相间的地貌格局。盆地为大陆冰盖冰川融水提供储存的空间场所, 沉积了厚度几十米至上百米的湖积物质, 并在构造隆升作用下, 高原古湖抬升、退缩。到了晚更新世(12.39~31.9 ka), 伴随末次冰盖冰川的形成与消融, 高原东部地区晚更新世形成的那曲古湖抬升退缩, 若尔盖古湖、拉陵湖— 鄂陵湖古湖属于过湖河流。到了全新世, 受地壳抬升、全球气候变化等因素控制, 若尔盖古湖泊、拉陵湖— 鄂陵湖古湖泊退缩, 过湖河演变成下切河流、湿地形成并退化, 生态环境恶化。

4.2 冰湖干涸与沙化形成

青藏高原东部地区的冰湖是冰川消融、冰水汇集于洼地的产物。伴随全球气候变化, 地表补水不足, 导致冰湖干涸, 湖积物外露。这些暴露地表的湖积物, 在西风气流作用下, 通过风蚀-扬尘-搬运-堆积过程, 在异地形成沙垄、沙带和沙丘, 导致青藏高原东部地区荒漠化形成。

5 结论

(1)青藏高原东部地区存在大陆冰盖, 在遥感图像上以低矮韧脊、角峰, 无源头冰流槽谷、冰蚀岩盆及宽谷水系等侵蚀遗迹和典型的冰碛被堆积遗迹影像特征显示。

(2) 大陆冰盖形成期次为两期, 早期为倒数第二次冰期冰盖, 范围较大, 形成的海拔高度约2 491(安西)~4 800 m(昆仑古湖); 晚期为末次冰期冰盖, 范围较小, 仅发育于高原面之上, 形成的海拔高度约5 700 m左右, 属于印度洋暖湿气流泛原作用之结果。

(3)末次冰盖的发育与消亡, 直接导致青藏高原东部地区地表水资源减少, 湿地退化、沙化发育, 生态地质环境恶化。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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