造山带的地貌演化受到构造活动、气候变化和地表过程的共同影响,而且它们之间还存在相互作用。比如,构造隆升会造成气候变化、构造作用和气候变化共同造成流域的变化、河流侵蚀也会对构造产生影响等。分水岭的稳定性是上述构造-气候-地表过程相互作用体系中的重要过程之一,具有重要研究意义。另外,水系重组(主要指河流袭夺事件)过程往往会伴随着分水岭迁移,且常常持续数十百万年。因此研究分水岭稳定性将为水系重组事件的时空演化研究提供新的、独立的重要约束。
雅鲁藏布江作为青藏高原南部最大的河流,横跨了喜马拉雅和冈底斯造山带,记录了丰富的构造和气候信息。然而,响应于新生代的构造和气候扰动,现今雅江水系何时(10 Ma之后,还是20 Ma之前?)以及如何调整(由构造,还是气候控制?)仍有争议。针对上述科学问题,地震动力学国家重点实验室卞爽博士、周朝博士、石峰副研究员,联合中国科学院成都山地所的谭锡斌研究员、刘一多研究员,加州大学的范索亚博士,浙江大学的龚俊峰副教授和休斯敦大学的Michael A. Murphy教授,对雅江流域分水岭稳定性进行了详细分析(图1)。希望从分水岭稳定性这一新的视角认识喜马拉雅地区的构造-侵蚀-气候相互作用以及雅江的河流重组过程。
研究主要得到以下三方面认识:
(1)雅江南侧的喜马拉雅分水岭主要向北迁移,这被归因于降雨的时空差异。南侧较高的降雨量驱动分水岭向北迁移,从而导致分水岭南侧的恒河和布拉马普特拉河流域面积增大,进一步加强了喜马拉雅南坡的侵蚀,从而加强了气候与侵蚀的耦合性。
(2)数值模拟结果表明最初向南流(穿越喜马拉雅山)的古雅江被袭夺转而形成向东流的大河(现代雅江)后,在靠近袭夺点南侧会形成新的分水岭,并持续向南迁移,这一迁移过程可持续数十百万年(图2)。结合分水岭稳定性分析,我们认为10 Ma时间很难使得喜马拉雅分水岭向南迁移大约150 km到达现今位置,更不用说分水岭已经发生转向(从向南迁移转为向北迁移)。因此,向东流的现代雅江形成时间可能较早(倾向于前人认为的20 Ma之前)。
(3)雅江北侧的内流-雅江分水岭向北迁移或稳定,而怒江-雅江分水岭则以向南迁移为特征。这一迁移模式主要受控于河流侵蚀基准面的变化:内流区物质无法被搬运走,形成湖相沉积,侵蚀基准面不断抬升;而雅江下游由于东构造结地区的快速抬升也在其上游形成了几百米厚的第四纪沉积物,造成了侵蚀基准面的抬升。分水岭正在向侵蚀基准面不断抬升的内流区和雅江下游区域迁移(图3)。
图1 雅鲁藏布江流域分水岭稳定性
图2 南北向河流被袭夺转而东西向流动的数值模拟演化结果
图3 雅鲁藏布江流域分水岭迁移及其控制因素示意图
相关成果于2023年11月发表在Geomorphology期刊: Bian, S., Tan, X.*, Liu, Y., Fan, S., Gong, J., Zhou, C., Shi, F., Murphy, M.A. (2024). Orographic rainfall drives the Himalaya drainage divide to move north. Geomorphology, 108952. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2023.108952