新生代构造抬升在塑造东南藏高原贡旺山地表景观中的作用

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Role of Cenozoic tectonic uplift in shaping the surface landscape of the Gongwang Shan, southeastern Tibetan Plateau

青藏高原东南部古地貌面形成与演化机制研究，通过apatite fission track thermochronology和bedrock channel inversion揭示两期抬升阶段（35-30Ma和9-3Ma），证实构造活动主导地表形态变化，非构造因素影响有限。

　　

张东月|董有普|谢志鹏|余华宇

昆明理工大学国土资源工程学院，中国昆明650093

摘要

东南藏高原（SETP）在新生代印度板块与欧亚板块碰撞过程中，对青藏高原与华南地块之间的复杂地壳变形起到了关键作用。现今的SETP因其广阔的高海拔、低起伏地表而受到广泛关注，这种地表通常被称为“古老夷平面”。它也成为研究地球深部动力学、高原抬升、地表演化、河流侵蚀和气候变化之间耦合关系的关键区域。已经提出了多种机制来解释这种古老夷平面的形成，包括冰川侵蚀、由于河流改道导致的流域面积突然变化以及继承自先前存在的夷平面。然而，关于这些地表随后如何受到构造活动影响的研究相对较少。本研究聚焦于SETP的贡王山地区，通过五块变质砂岩样品的磷灰石裂变径迹热年代学分析，并结合基岩河道反演，证明了SETP经历了两次主要的抬升阶段，分别发生在约35–30百万年前和9–3百万年前。对贡王山分水岭迁移方向和相对构造活动的分析表明，非构造因素（如降水、岩性、沉积物通量和植被覆盖）并非地表景观变化的主要控制因素。相反，走滑断层带上的滑动速率空间差异导致了基岩的差异性抬升，这对地表景观演化和分水岭迁移起到了主导作用。在新生代早期，青藏高原的大规模东南向挤压作用使得小江断层（XjF）附近的地区快速抬升，使得分水岭在早期地表形成时更靠近XjF。随后在约12百万年和约5百万年前，XjF与普渡河断层（PdhF）之间的走滑速率和构造活动的变化进一步调节了分水岭的迁移方向和位置。在北部区域，XjF和PdhF的相对构造活动指数（IAT）均被归类为2级，表明构造活动相对强烈，加速了分水岭向稳态的恢复。在中部区域，XjF主要以1级为特征，而PdhF则以2级为主，表明XjF沿线的构造活动更为强烈，从而导致分水岭向西迁移。在南部区域，两条断层的IAT值均为3级，反映了构造活动相对较弱，形成了稳定的分水岭。总体而言，本研究为理解构造变形如何影响高海拔、低起伏古老夷平面的形成和演化提供了理论框架。

引言

现今的东南藏高原（SETP）以广阔的高海拔、低起伏地形为特征，同时伴随着大型河流和深切峡谷的网络（图1）（Clark等人，2004；Clark等人，2005；Clark和Royden，2000；Zhao等人，2021；Yan等人，2024）。这些缓波起伏的地表通常被解释为古老夷平面（Yuan等人，2020；Zhao等人，2021；Zhao等人，2023），其形成机制引发了诸多争议。提出的解释包括：（1）河流对已有地表的侵蚀（Clark等人，2005；Whipple等人，2017）；（2）由构造抬升驱动的排水系统重组（Yang等人，2015）；（3）冰川作用（Zhang等人，2016）。尽管夷平面形成的时间和机制已得到广泛研究，但其形成后的改造过程仍知之甚少。构造活动（Yan等人，2024；Luisa和Laura，2017）和气候强迫（Nie等人，2018）被广泛认为是地貌演化的主要驱动力（Ou和Replumaz，2024；Lifton和Chase，1992）。分水岭的迁移主要受分水岭两侧侵蚀速率差异的控制（Beeson等人，2017；Whipple等人，2017）。一般来说，分水岭会向抬升速率较高的一侧、基底岩性更抗侵蚀的一侧或降水量较少的一侧迁移（Willett等人，2014；He等人，2021；Zhou等人，2022b；Bian等人，2024；He等人，2024）。走滑断层作用可能通过河流改道和分水岭位移等过程进一步改变排水系统的空间配置（Zeng和Tan，2023）。许多野外和实验研究记录了走滑断层在重塑河流地貌中的作用（Allen等人，1984；Goren等人，2014）。此外，由于构造沉降或河流改道导致的流域基准面下降也可能引起流域扩张（Ye等人，2022；Ye等人，2024a）。与地下物质迁移相关的水平对流、差异性抬升和外部强迫下的差异性侵蚀也会促进分水岭迁移（He等人，2021；He等人，2024；Ye等人，2022；Yao和Tian，2024；Willett等人，2014；Willett等人，2018）。目前，SETP的抬升和变形可以用两种竞争性的地球动力学模型来解释：构造挤压模型和下地壳流动模型（Tapponnier等人，1982；Tapponnier等人，2001）。挤压模型认为强烈的压缩变形和抬升主要发生在主要块边界断层上，导致地表显著差异性抬升（Tapponnier等人，1982；Tapponnier等人，2001）。相比之下，下地壳流动模型认为地表抬升是由中下地壳内的塑性物质间歇性流动驱动的（Royden等人，1997；Clark等人，2004；Clark等人，2005；Clark和Royden，2000）。与构造挤压相关的差异性抬升强烈促进了分水岭的形成和迁移（Mo等人，2025；Ye等人，2022；He等人，2024）。例如，现代龙门山地区分水岭的不稳定性直接与龙门山逆冲断层系统引起的地表倾斜有关（Zeng和Tan，2023；Yao和Tian，2024；Zhou等人，2022；Mo等人，2025）。相反，由下地壳流动驱动的区域性地表抬升更有利于古老夷平面的形成和保存（Zhang等人，2016）。例如，四川西部高原广阔的高海拔、低起伏地表就被归因于与下地壳流动相关的区域抬升（Clark等人，2004；Yuan等人，2020）。冰川侵蚀还可以通过降低峰值海拔和用碎屑填充低洼地区来影响地貌演化，从而稳定甚至消除分水岭（Zhang等人，2016）。然而，造山过程在促进分水岭迁移或形成高海拔低起伏地表方面的作用本质上是复杂的，需要综合考虑区域构造、气候、岩性和断层运动的空间变化。

鉴于这些复杂性，深部地球动力学过程在控制地表地貌演化中起着基础性作用。为了研究这些过程，本研究聚焦于SETP内的贡王山地区，这里是构造和气候影响的交汇点。贡王山东侧和西侧分别被小江断层（XjF）和普渡河断层（PdhF）所环绕，这两条断层都是容纳了新生代SETP东南向构造挤压的主要块边界断层（Tapponnier等人，1982；Tapponnier等人，2001）。地震速度场研究进一步表明，XjF和PdhF在新生代晚期是下地壳物质流动的关键通道（Bao等人，2015）。目前，贡王山呈现出明显的南北向地貌过渡，北部地形陡峭、峡谷深切，而南部则是低起伏的古老夷平面（图1c）。这种空间格局反映了古老夷平面的逐渐退化，使贡王山成为评估不同地球动力学机制如何控制地貌演化的理想自然实验室。

在这项研究中，我们整合了地貌分析、磷灰石裂变径迹（AFT）热年代学和金沙河两条支流（普渡河和小江河）的基岩河道反演方法。我们的目标是：（1）利用热年代学建模和基岩河道反演来确定贡王山抬升的时间；（2）阐明构造变形和气候强迫在塑造现今地貌中的相对作用。

部分内容摘录

整体地貌格局

贡王山呈现出独特的气候地貌格局。在北部区域，地形急剧下降，山脉被金沙河、普渡河和小江河环绕和深切，形成了云南中部的最高峰角子山，海拔达到4227米。相比之下，中部和南部区域则以广阔的高海拔、低起伏地表为特征，尽管这些地表边缘也有深切的峡谷

方法

热历史建模可以确定区域构造变形的时间和阶段，并且关键的是重建时间-温度（T–t）路径。基于河弯点的时间和上游迁移距离的基岩河道反演，可以识别与岩石抬升相关的河流侵蚀加速事件和速率。通过结合这两种方法，可以共同解决与抬升和侵蚀相关的幅度和时空模式

AF、BS、HI、SLK和VF分类的空间变化

这五个地貌指数以及IAT和河岸形态在贡王山表现出明显的空间异质性。|AF-50|值的范围从0.098到36.823（表S1）。沿N方向，1级流域主要集中于贡王山的中部区域。在东西方向上，分水岭东侧1级流域的比例高于西侧（图4a；5a）。BS值在0.972到2.79之间变化（表S1

SETP的两次新生代抬升阶段

对贡王山五块样品的热历史模拟表明，CYB经历了两次快速冷却事件，分别发生在约40–26百万年前和约9–3百万年前，对应于两次快速的构造抬升阶段。这些结果与先前SETP热年代学研究确定的抬升阶段一致（图1b）（Wang等人，2012；Zhang等人，2022；Zhang等人，2023）。普渡河的纵向剖面分析揭示了两个明显的河弯点阶段（

结论

通过整合AFT热年代学、基岩河道反演和构造活动指数，本研究重建了该地区的构造演化，并阐明了贡王山分水岭迁移的机制。主要结论如下：

1.

SETP经历了两次构造抬升阶段，分别发生在约40–26百万年前和约9–3百万年前。

2.

普渡河和小江河的演化持续时间分别为约35百万年和约27百万年。

3.

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CRediT作者贡献声明

张东月：撰写——初稿、可视化、软件、方法论、调查。董有普：撰写——审稿与编辑、资源获取、项目管理、资金申请、概念化。谢志鹏：软件、项目管理、调查、正式分析、数据管理、概念化。余华宇：可视化、软件、方法论、调查。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了云南省重大科技项目（202202AG050006）和云南省人才支持项目（编号KKRD202221051）以及云南省自然科学基金（202301AT070447）的支持。