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郑洪波教授团队发表系列成果阐释长江的诞生与演化

2020-08-26

近日，郑洪波教授团队在地质学学科代表性期刊GEOLOGY发表论文，阐述长江第一湾的形成与长江的演化历史，这是该团队继在美国科学院院刊（PNAS）、国家科学评论（NSR）和《中国科学》上发表有关长江演化的系列成果的又一力作。

长江发源于“世界屋脊”——青藏高原的唐古拉山格拉丹东雪山姜根迪如冰川（图1），在上海崇明岛以东注入东海，雄踞亚洲第一，排名世界第三，千回百转，一路浩荡，成为中华民族的“龙脉”。长江的年龄和地质演化，是地球科学领域著名的“世纪谜题”。

图1 长江源—唐古拉山格兰丹东雪山姜根迪如冰川（摄于2020年6月）一、百年谜题大江东去，浪淘尽，千古风流人物……这首脍炙人口的《念奴娇•赤壁怀古》，吟古诵今，气势磅礴，堪称千古绝唱。而这其中的 “大江东去”一句正好为本文点题——长江何时东流去？故事要从被誉为中国地质学之父的丁文江说起。1911年4月，丁文江完成在格拉斯哥大学的学业，启程回国。他在越南登陆，沿滇越铁路北上，抵达昆明。在昆明期间，他偶得《徐霞客游记》，并被其中的名著《溯江纪源》吸引（图2A、B和C），遂对徐霞客研究以及长江和金沙江研究产生强烈兴趣。 1914年，已经成为中国地质学领军人物的丁文江，循徐霞客当年的脚步（昆明-武定-元谋-江边乡）考察金沙江。他在5月12日的考察日记里（发表于《独立论评》，1933年），写下“金沙江的南岸——武定、元谋”一文，在文中他指出，“现在的龙川河的水量很小，不能冲出如苴宁平川这样的宽谷。足见得在地质史上苴宁平川不是龙川河所独有的谷。我的意见是从川边来的鸦砻江，与龙川河、红河本来是从北向南的一条大江。以后鸦砻江的水被自东向西推进的扬子江抢了去了。于是鸦砻、龙川、红河就变成了三条不相通的江”。这段文字，道出了金沙江演化历史的一个关键地貌过程，这就是后来一个世纪广为流传的“金沙江南流和袭夺说”的雏形。之后的一个世纪，众多科学家，包括李四光、任美锷、沈玉昌、李吉均、杨达源等对长江演化历史开展专门研究，出版大量专著和论文。长江演化历史也成为地球科学领域的著名“世界谜题”。二、金沙南流万里长江从青藏高原奔腾而下，与澜沧江、怒江并肩在横断山脉的高山深谷中穿行，形成“三江并流”的地貌奇观。到云南丽江石鼓镇，突然转向北东，形成罕见的V字形大弯。“江流到此成逆转，奔入中原壮大观”，这便是“长江第一湾”（过去称为“第一弯”）（图2A和B）。第一湾是什么时候、又是如何形成的？这是一个关系到长江诞生的重大地球科学问题。围绕这一问题，前人提出了著名的 “金沙江南流与袭夺”假说，该假说的大致含义是：古金沙江曾经南流（前人普遍认为是更新世以前，也就是约1~2百万年前），取道剑川谷地和红河谷地注入南海（图2D）。后来（在更新世时期期，大约1~2百万年前），金沙江下游袭夺了上游，导致金沙江在丽江石鼓处转向东流，形成如今的东流长江，而“袭夺”也造就了现在的地貌奇观——长江第一湾。长江第一湾之所以引起学界的关注，是因为普遍认为，长江第一湾的形成，标志着现代长江——也就是东流长江的诞生。任美锷先生等于1959年发表于《地理学报》上的论文“云南西北部金沙江河谷地貌与河流袭夺问题”，系统阐述了“金沙江南流与袭夺”这一“假说”（图2D），成为长江历史研究的里程碑，在学术界产生了非常持久的、重要的影响。

图2 长江第一湾的地理位置及研究历史回顾三、大江东去进一步的研究表明，所谓的古金沙江“遗谷”，也就是现今的剑川谷地，其实是构造断陷盆地，而非古河谷。金沙江的重大调整改道也不是发生在更新世时期（约1~2百万年）。那么，古金沙江是否存在？是否南流入海？何时改道东流？根据我们的研究发现，金沙江早期的演化历史，不是记录在现今看到的地表（也就是现今的地貌形态），而是记录在剑川盆地（地质意义上的沉积盆地）的地层里，这些盆地沉积（河流沉积），如今已经隆升到2500-3000米海拔的高原面上（图3A），构成云南高原的一部分。剑川盆地位于长江第一湾西南，是青藏高原东南缘一系列新生代盆地中的一个，这些盆地中的沉积物，记录了青藏高原东南缘构造地貌演化的历史，尤其是河流演化的过程（图3A）。剑川盆地发育的新生代沉积，包扩云龙组、宝相寺组、金丝厂组、双河组、九子岩组、剑川组等（图3 A和B）。系统的地层学、沉积学与年代学研究表明，在始新世早期（宝相寺组沉积时期），盆地为近源沉积，河流局限。而在始新世晚期（金丝厂组和双河组沉积时期），大型水系（可称之为“原始金沙江”）流经盆地，其源头位于青藏高原，向东南注入南海（图3C）。在始新世的晚期（约35 百万年），由于青藏高原的隆升，区域构造地貌格局发生重大调整，剑川盆地随之隆升，“原始金沙江”不再南流，而是沿构造线改道东流，第一湾因此形成（图3C）。需要强调的是，长江第一湾，不是传统地貌意义上的“袭夺弯”，而是区域构造-盆地-地貌演化的联合作用。长江第一湾在始新世的晚期（约35 百万年）形成，标志着贯通东流的长江的诞生。

图3 剑川盆地新生代地质及其记录的长江第一湾的形成过程模式。长江的诞生和地质演化，是亚洲新生代构造-地貌-气候演化的综合结果和直观表现，主要受控于青藏高原隆升和中国东部沉降塑造的东倾地形的建立，在一定程度上也受亚洲气候系统的形成与演化的影响。从这个意义上说，东流长江水系的建立是地球圈层相互作用的典型代表，是理解青藏高原隆升和亚洲季风系统演化的最佳切入点之一。该研究得到国家自然科学基金委员会重大项目、重点项目，第二次青藏高原综合科学考察研究项目，中国科学院重大专项（B），云南省科技领军人才项目以及云南大学“双一流”建设项目支持。

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