三峡地区的夷平面研究

第一节　三峡地区的夷平面研究

由于三峡地区缺少古近纪-新近纪地层，关于这一时期的地质环境特征只有借助于构造地貌。由于该时期的主要构造地貌类型是夷平面，因此三峡地区的夷平面研究一直为地学界所关注。由于长江三峡地区新构造抬升强烈，受河流侵蚀作用，地形十分破碎，加之地处亚热带湿润地区，地表冲刷严重，夷平面上的沉积物难以保存，测年材料缺乏，导致三峡夷平面在级次、空间分布和形成时代上一直存有争议。如：沈玉昌在1958年、1959年两年内，通过野外观察和室内分析，认为三峡地区曾经历过侵蚀基准长期稳定时期，后来全区又剧烈上升，因此有广泛的夷平面保存在山顶和高坡上。他认为三峡地区普遍分布有海拔1 500m±、1 000m±、800m±三级夷平面（沈玉昌，1965）；谢明（1990）把三峡地区夷平面划分为三期五级夷平面（鄂西期夷平面，包括云台荒亚期和召风台亚期；山原期夷平面，包括周家垴亚期和王家坪亚期；三峡期夷平面；峡谷期夷平面；云梦期夷平面）；最近，李吉均等（2001）指出三峡地区仅有两个夷平面，较高一级为鄂西期夷平面，分布在海拔1 800～2 000m，较低一级的夷平面分布于1 200～1 500m。

本次研究针对前人研究中存在的问题，以及夷平面区域性、宏观性强的特点，主要借助于RS和GIS技术在该研究方面的优势，对三峡地区的夷平面的级次和空间分布进行了调研。

一、研究区数据获取与预处理

收集覆盖整个研究区的SRTM-DEM数据信息（表5-1），利用ARCGIS 9.3应用软件将其拼接、裁切得到研究区DEM数据，并对数据进行了宏观地形特征的二维地貌模拟平面展示和三维立体图形象模拟（图5-1）。

总体看来，研究区的宏观地形特征表现如下。

（1）地形高程由北西向南东呈逐渐递增的趋势，长江与清江干流自西向东近平行流动。

（2）清江流域地势具有山体较高而顶部起伏较平缓、坡地陡峭又沟谷深邃的特点。流域内西高东低，特别是清江源区及清江中下游的南北两侧比较高，并向清江干流呈梯级倾斜下降。

（3）长江与清江相距仅10km左右，两江与中间的分水岭高差较大，最高超过2 000m。分水岭高地山原形态保存良好，地面波状起伏，高差较小。

（4）高位平坦地面与深切现代河谷形成明显的地形反差，是地形地貌研究的良好场所。

表5-1　研究区下载数据信息

注：椭球体名称为GCS-WGS-84；基准面为D-WGS-84；坐标系为地理坐标

二、基于SRTM-DEM长江三峡地区地形剖面分析（一）地形剖面选取

本次研究主要关注三峡地区夷平面的展布情况。本书应用地形形态的剖面分析法，将地形剖面高程及地形起伏度作为研究夷平面的两个主要形态指标。由于选择了长江与清江间的分水岭地块作为重点研究区，为了减小剖面选取的主观性，本书按照以下原则选取剖面：横跨长江与清江间的分水岭地区，并且将长江和清江划在其内；剖面线尽量与两江及其分水岭垂直；沿着长江与清江的分水岭，从西向东分别做7条一级剖面，中间均穿插2条二级剖面（图5-2），选取剖面信息如表5-2所示。

图5-2　研究区地貌高程模拟及剖面选取位置

表5-2　剖面信息

（二）地形剖面信息提取

地形剖面通常反映的是地形在某一断面上的起伏状况。研究地形剖面，通常以线代面进而研究区域的地貌形态、轮廓形状、地势变化以及地表切割强度等。

地形起伏度是指地面某一确定范围内最高点与最低点的高差，是定量描述地貌形态，划分地貌类型的重要指标。地形起伏度在一定程度上反映地貌的发育阶段，年轻的近期强烈抬升，褶皱或断裂形成的形态多有较大的起伏度，而年老的经受了夷平作用的地形起伏度较小。起伏度大小又是决定近期侵蚀作用强弱的重要因素之一，对地质灾害形成的地貌背景研究有重要的意义。

按照地貌发育的基本理论，存在一个使最大高差达到相对稳定的最佳统计窗口（徐汉明等，1991）。对于相同的DEM随着网格单元由小到大，单元内最高点与最低点的高差无论何处总是从小变大。一般情况下这种高差开始以较快的速度增加，以后增加的速度较缓。当单元面积达到某一阈值后，这种高差基本稳定在一个数值上。基于以上理论与数学结果，同时考虑到SRTM-DEM的90m水平分辨率，为了减小插值带来的误差，本书选取990m×990m为最佳地形起伏度统计窗口，其结果应具有稳定性和代表性。对于提取的剖面线，我们选取990m作为地形起伏度统计步长区间，剖面高程及地形起伏度如图5-3所示。

图5-3　研究区地形剖面分析

注：①、②、③、④、⑤、⑥、⑦为7条一级剖面

根据图5-3，比照剖面横跨区域地貌图分析、对比结果表明，三峡地区存在五级夷平面，其分布高度分别为：1 700～2 000m（Ⅰ级夷平面）、1 300～1 500m（Ⅱ级夷平面）、1 000～1 200m（Ⅲ级夷平面）、800～900m（Ⅳ级夷平面）和500～600m（Ⅴ级夷平面）（表5-3）。各级夷平面的特征如下。

表5-3　三峡地区夷平面分布

第一期：该期夷平面主要分布在峡区西部，而峡区东部和盆地区分部比较零星。其分布高程一般为1 700～2 000m，即为Ⅰ级夷平面。该夷平面在长江两岸附近分布范围较小，多见于远离长江的近分水岭地带及背斜轴部，且延伸方向与背斜轴向一致，在区域内云台荒、南荒、茅坪坝、龙潭坪、绿葱坡、天鹅池、摩天岭、天宝山等地均可见到它的分布。一般来说，碳酸盐岩地区的夷平面不易完全破坏，经长期作用后，目前仍保存完好，表现为较广阔展布的岩溶台面；而非碳酸盐岩的夷平面则相对较易破坏掉，即使残存下来，范围亦较狭小，这也导致该夷平面在碳酸盐岩广布的南岸较北岸发育。该夷平面沿背斜轴部与下一级夷平面呈过渡缓坡相接，但在垂直背斜轴向上却因断裂岩性组合经常以陡坡形式转为低级夷平面。该夷平面形成后经历了长期的改造，碎屑岩区夷平面渐趋解体，成为狭窄的山脊，碳酸盐岩区夷平面上负地形增加，发育垂直岩溶形态，出现岩溶形态叠加现象。

第二期：该期夷平面在分布上仍然是峡区西部最为发育，南岸较北岸更为发育，多见于背斜轴部碳酸盐岩区，延伸方向与褶皱轴向一致。其分布高程一般为1 300～1 500m，即为Ⅱ级夷平面。较典型的地段有九畹溪东姚家包，大溪南侧大山顶、桃花山、何家包、庙湾、石佛寺、南陵关、石路漕、大面山、召风台等地。该夷平面或分布于山顶，构成分水岭之岭脊；或分布于上一级夷平面周围；部分镶嵌于上一级夷平面之间，成为其中的低凹地面。该夷平面上许多地点均发现有经过磨圆的冲积砾石（层）残存，但砾石砾径一般较小，砾石成分较为单一（王令占等，2010），反映出峡区内水系较为密集，但河段规模不大。该夷平面形成以后受后期河流切割作用影响较大，夷平面顺延伸方向经常被深切河切断开，致使其残余面积一般较前一亚期夷平面要小得多。

第三期：该夷平面分布高程为1 000～1 200m。主要沿次级褶皱或向斜核部分布，常展布于长江两岸各支流间的平坦分水岭地带，远离长江则多呈溶盆或溶洼镶嵌于上一级夷平面中。较典型的地段主要有周家垴、谢家坝、陈家河、望坪、黑槽及长江两侧、野三关、凤凰岭大凉子、白杨坪-九树槽、白沙坪、唐坪等。该夷平面在峡区具有由西向东倾斜的现象，由峡区西部至宜昌附近，高程从1 000余米逐渐下降为700m、600m、500m以至200m左右，这级夷平面上残丘高程差一般都不大，夷平程度较高，在一定程度上反映出其经历的侵蚀基准稳定时期较长。这级夷平面与低级夷平面呈陡坡或缓坡相接。

第四期：该期夷平面在峡区分布比较零星。高程为800～900m。分布的典型区主要有秭归白果园、范家坪东凤凰、王家坪、高坪、凤尖头、长乐坪、荒口、袁家坪、黄粮坪、竹园坪、吐祥坝、庙宇等。它常常插到上一级夷平面中成为残丘间的宽谷，有时亦以条状山脊、岛状尖棱山峰等形态独立存在。该夷平面与上一级夷平面之间的高差由西向东逐渐变小，在西部川东褶皱区二者有明显高差，至东部高差可降至100m以下。

第五期：该夷平面定型时代为早更新世末，在此之后，地壳全面隆升，水流下切能力增强，造就了区内广泛分布的峡谷地形。该期夷平面在三峡分布较零星，表现为现代长江的上位宽谷，常呈带状或片状穿插、展布于高山峻岭之间，其高程为500～700m，即为Ⅴ级夷平面。该夷平面在峡区断续分布，延续向东西两侧并逐渐降低。它在一些较宽展的谷地段具典型的夷平面性质。

根据上述确定的各级夷平面分布高程范围，通过栅格计算及重新分类，将DEM进行高程分级。对不同高程区间设置不同的起伏度参数，为了保证夷平面的宏观特征能够得到最好的表达，通过多次试值的方法确定起伏度指标：500～700m高程范围对应的起伏度为200m；800～900m高程范围对应的起伏度为100m；1 000～1 200m高程范围对应的起伏度为200m；1 300～1 500高程范围对应的起伏度为200m；1 700～2 000m高程范围对应的起伏度为300m。在此分类标准下，得到三峡地区的夷平面分布图（图5-4）。

三、三峡地区夷平面构造-地貌过程分析

古近纪至第四纪早期主要为剥蚀地貌，缺少地质时代的确定依据。结合前人的研究及与中国第二地貌阶梯夷平面的对比，三峡地区的夷平面形成时代大致为：第一、二期夷平面大致形成于古近纪，第三、四期夷平面大致形成于新近纪，第五期夷平面大约形成于早更新世早中期。

研究区在白垩纪燕山运动大面积隆升以来，一直处于整体性和低频震荡的间歇性抬升状态，即快速的抬升与较长时间平稳-剥蚀的交替。因此，形成了具有明显的阶梯状的地貌特征。

1.古近纪地貌过程

三峡在燕山运动第二期以后，地壳处于相对稳定状态，此时溶蚀、剥蚀和侧向侵蚀作用十分活跃。燕山运动所造成的褶皱山地逐渐被夷平，而剥蚀下来的物质则堆积于鄂西山地的湖盆中以及江汉盆地西缘和四川盆地的一些山前盆地中，形成了一套白垩系碎屑沉积，至白垩纪末，形成了第一亚期夷平面。之后，本区有一次较强的构造隆升，致使第一亚期夷平面遭受分解破坏，至古近纪末最终形成了第二亚期夷平面。在这之后，由于新的地壳隆起（喜马拉雅运动），本期的发育历史结束。

2.新近纪-第四纪早期地貌过程

该夷平面同样分为两个亚期，时代为晚第三纪至早更新世。早第三纪始新世末开始的喜马拉雅运动，在本区表现为间歇性的大面积抬升，同时使鄂西期所形成的平坦地面抬升破坏。当地壳又趋于相对稳定时，伴随着长期的溶蚀、剥蚀和侵蚀作用，于晚第三纪末、更新世初形成了第一亚期夷平面。第一亚期夷平面形成以后，地壳运动从较长期的相对稳定逐渐转为缓慢抬升，开始对前一亚期夷平面进行分解，形成了套生其间的许多宽敞平坦的岩溶谷地，即第二亚期夷平面。从夷平面上发现巫山庙宇镇猿人化石的古地磁年龄（201万～204万年）资料推测，第二亚期夷平面形成早于200万年。