1 “昆仑河砾岩”的发现

昆仑河又称奈齐郭勒河，发源于东昆仑山北麓的黑海，其上游干流段又称野牛沟，自西向东流，在三岔河与发源于玉珠峰南并穿越东西走向的东昆仑山主脊和曲折而北流的小南川汇合后始称昆仑河。昆仑河在沿途汇合了其他支流之后折而向北，与来自东面的舒尔干河(又称雪水河、秀沟)汇合后改称格尔木河。格尔木河切穿了另一条东西走向的高山布尔汗布达山，流经格尔木市区后，注入柴达木盆地中东部的(东)达布逊湖。由于小南川—昆仑河—格尔木河谷地是从北面沟通中国中东部与青藏高原腹地的主要孔道，因而有时人们会误认为发源于东昆仑山南麓、横穿山脉主脊的小南川是昆仑河、甚至是格尔木河的正源。实际上，按照河源唯远的原则，发源于卡巴纽尔多湖(其上游源头段叫刚欠曲)的舒尔干河(而不是昆仑河)才是格尔木河的主流(见图 1)。

宽敞开阔的小南川—昆仑河—格尔木河谷地在地理上不仅是青藏公路和青藏铁路的必经之处，而且在地质上更是联接强烈隆升的昆仑山和青藏高原腹地与相对大幅度下沉的柴达木盆地之间的桥梁，因而前人对其河谷地貌、河流沉积与河谷发育，特别是其近期的切割与充填作用，及其与第四纪气候变化、冰川作用及青藏高原隆升的关系等方面进行了较多的研究^[1~13]。

吴锡浩和钱方^[1]最早在纳赤台附近的昆仑河谷中划分出5级阶地，T₁—T₅分别高出河床3~4 m、8~10 m、18~20 m、30~32 m和40~50 m。其中，组成T₁堆积阶地的壤土层中所夹炭质透镜体的¹⁴C年龄为4 910 ± 100 a BP，属于全新世; T₂—T₄均为基座阶地，以由三岔河组所组成的T₅堆积阶地为基座。

后来，崔之久等^[6]较深入地研究了包含整个小南川—昆仑河—格尔木河谷及东昆仑山与布尔汗布达山的“昆仑山垭口地区”新近纪以来的地层，自老至新为:昆仑砾石层(昆仑砾岩)、红色风化壳、惊仙谷组、羌塘组、平台组、望昆冰期冰碛层、纳赤台沟组和三岔河组等。其中，前6组较老地层均集中于狭义的昆仑山垭口附近，而在昆仑河—格尔木河谷中，主要是后2组年轻地层———纳赤台沟组和三岔河组，以及遍布河谷各地段而以小南川剖面为典型的晚更新世中期以来的坡积物。他们根据上述地层的分布、特征及其年龄测定结果讨论昆仑山和青藏高原腹地的抬升问题，从而提出了距今1.1~0.6 Ma前发生“昆仑—黄河运动”的概念^{[6, 7]}。

崔之久等^[6]将吴锡浩和钱方^[1]的第五级阶地称为第四级阶地，并认为三岔河组在野牛沟口出露最好，厚约63 m的地层被分为6层，自下而上由辫状河沉积、风成砂沉积和湖相沉积组成。热释光法(TL)年龄测定结果表明，其底部为355.26 ± 28.42 ka BP，顶部为31.65 ± 1.89 ka BP，其中两层风成砂的年龄分别为61.67 ± 8.56 ka BP和262.73 ± 8.56 ka BP。另外，他们所测得的纳赤台附近昆仑河第四级阶地顶部的TL年龄为34.48 ± 3.07 ka BP，与野牛沟口剖面可以很好地对比。

近年来，Owen等^[10]认识到，充填格尔木河谷的沉积物所组成的冲积扇是联系有高山(昆仑山)冰川作用和极度干旱的山间盆地(柴达木盆地)湖面变化的中间环节，因而用原地生成的宇宙成因核素法(SED)测定了昆仑山主脊(他们将其称为布尔汗布达山)两侧冰川漂砾的暴露年龄，用光释光法(OSL)测定了充填格尔木河谷的冲积扇沉积物的年龄，也测定了扇面之上漂砾的暴露年龄。冲积扇剖面不同位置沉积物的OSL年龄为8.6~28.3 ka BP，而覆于扇面之上的漂砾的SED年龄却为9 957~30 989 a BP。在其前后，王岸等^{[8, 12]}也用OSL法测定了昆仑河第二、三级阶地和组成第五级阶地的三岔河组顶、底部的年龄，其中，昆仑河第二、三级阶地的年龄分别为8.8 ± 1.0 ka BP及12.9 ± 1.3 ka BP与13.27 ± 0.65 ka BP; 三岔河组顶、底部的年龄分别为16.6 ± 2.2 ka BP与23.87 ± 2.28 ka BP及90.1 ± 10.0 ka BP。

纳赤台沟组主要分布在纳赤台附近，据前人研究^[6]与笔者的观察，为高出由三岔河组组成的河流第五级阶地十数米至数十米的倾斜角度较大的台地或垄岗，厚可逾60 m，与局部将其覆盖的三岔河组呈不整合接触关系。以砾石沉积为主的该组地层风化普遍强烈，其底部的不少砾石往往风化成粉末状。它是迄今所报道的昆仑河—格尔木河谷中的最老沉积物。最初，纳赤台沟组混杂堆积曾被认为是冰碛，并被当作末次冰期冰川作用的末端^{[2, 3]}。施雅风等^[4]从地貌学和沉积学多方面观察和采样分析认为，其沉积体呈扇形分布于支沟口，砾石岩性为石英岩、砂岩、灰岩和花岗岩，皆是来自后沟的近源堆积，磨圆较好，排列有序，扁平面明显倾向上游，与冰碛物特征明显不符。崔之久等^[6]还注意到堆积体中有载荷构造，认为它是支沟泥石流扇沉积体，并测得纳赤台沟组底部的TL年龄为642 ± 108.51 ka BP。本文也测得纳赤台沟组上部的ESR年龄为482 ± 48 ka BP。显然，纳赤台沟组的堆积时代应大体相当于倒数第三次冰期，它们可能是冰期的寒冷气候条件下巨量粗粒的物理与寒冻风化产物在支沟中快速堆积的结果。

为了研究昆仑河—格尔木河河谷地貌与水系发育，笔者在2002、2005、2008和2009年曾多次研究和用多种方法测定了昆仑河阶地，特别是野牛沟和纳赤台西北两剖面的三岔河组的沉积特征、成因及其同位素年龄^{[9, 11]}。研究表明，组成昆仑河—格尔木河第五级阶地的三岔河组为河湖相沉积，不少地区其上部为典型的湖相沉积夹薄层风成砂沉积。ESR法和U系法年龄测定结果表明，三岔河组堆积于355~95 a BP间，而被称为昆仑古湖的湖相沉积大致开始于200~160 ka BP间(ESR法)或约150 ka BP (U系法)，结束于约150~120 ka BP间(ESR法)或约95 ka BP (U系法) ^[11]。

由上所述可知，由于采用测年方法的不同，造成了对三岔河组及昆仑河—格尔木河低阶地的形成时代存在两种不同的意见:一种意见以崔之久等和笔者的观点为代表，认为三岔河组主要形成于倒数第二次冰期，顶部可能延伸到末次间冰期以至末次冰期^{[6, 11]}; 另一种意见则认为三岔河组主要形成于末次冰期^{[8, 10, 12]}。然而，不能不指出的是，纳赤台沟组和三岔河组并非充填昆仑河—格尔木河河谷的最老地层。笔者在昆仑河—格尔木河河谷的基岩谷底之上、纳赤台沟组和三岔河组之下，发现了一套胶结良好的河流相磨圆砾石层(见图 2)，其钙质胶结物的ESR法测年结果表明，该砾石层的堆积与胶结时代为早更新世晚期。笔者将这套胶结良好的河流相磨圆砾石层，称为昆仑河砾岩。早更新世昆仑河砾岩的发现，将昆仑河—格尔木河河谷的形成与深切的历史向前推进了一步，从而也为进一步探讨东昆仑山和青藏高原腹地相对于柴达木盆地的隆升问题创造了条件。

2 昆仑河砾岩的分布与特征

在2002—2009年间，笔者对纳赤台及其以东的昆仑河谷地区进行了第四纪地质调查和有关剖面的测量。调查研究表明，在纳赤台及其附近的昆仑河沿岸，不仅有前述的全新世昆仑河河床、河漫滩与第一级阶地沉积以及晚更新世昆仑河第二、三、四级阶地河流相沉积与昆仑河支流的低洪积台地沉积物、中更新世晚期组成昆仑河第五级阶地的河流相或河(下部)湖(上部)相沉积及其支流的高洪积台地沉积物(三岔河组)和中更新世早期昆仑河支流的洪积丘陵沉积物(纳赤台沟组)，而且在纳赤台下游5~7 km段北(左)岸多处，常常可以看见一套胶结良好的河流相磨圆砾石层，出现在昆仑河谷的基岩谷底之上，并与上覆的纳赤台沟组和三岔河组呈不整合接触关系，有时还能发现它还构成T₁—T₅阶地的基座(见图 1、图 3)。实际上，这套胶结良好的河流相磨圆砾石层是昆仑河形成的，除因河流的冲刷或侵蚀而局部出露外，它往往被后期的纳赤台沟组、三岔河组及低阶地沉积所埋藏，应属于昆仑河埋藏阶地的范畴。

观察表明，这套钙质胶结的河流相磨圆砾石层或称砾岩，粒径以10~30 cm和2~10 cm两个级别为主，局部有粗砂充填，砾石成分较为复杂。经统计，砾石岩性成分以花岗岩、闪长岩、火山岩、灰岩、大理岩、千枚岩、脉石英与各种砂岩(如石英砂岩、粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、变质砂岩)等为主，与物源区十分广泛的三岔河组及现代昆仑河的河床与河漫滩及低阶地沉积物相似，而要比物源区很近、主要来自昆仑河支沟的纳赤台沟组复杂得多(见表 1)，且其磨圆程度普遍达到2~3级，即中等磨圆到磨圆较好，要比前述其他地层好得多，且其沿河分布的顶板坡度(纵比降)也较现代昆仑河河床、低阶地及三岔河组的纵比降要小，更比昆仑河支流纳赤台沟组的纵比降小得多。这些均说明了搬运与堆积这套砾石层的水流要比三岔河组及现代昆仑河的河床、河漫滩与低阶地沉积时稳定得多，更是纳赤台沟组沉积时所无法比拟的。

这套胶结砾石层的可见厚度普遍可达20 m左右，部分地段尚未完全露出基岩河床。该砾石层有的露头，如观察点CS-6 (94°37′16.2″E，35°54′17.0″N)处，因粒度成分相似、分选程度较高，尽管其厚度约为20 m左右，却未能详细分层。而在其东800 m左右的观察点(94°37′46.7″E，35°54′09.6″N)处，厚度大于27.3 m的地层露头却可自下而上划分为:

Ⅰ.大砾石层:砾石粒径以50~60 cm者为主，5~15 cm者次之，胶结较好，其中花岗岩砾石风化强烈，厚4.0 m;

Ⅱ.小砾石层:砾石粒径以3~5 cm为主，个别可达10 cm，磨圆度较高，砾石层胶结较好，厚1.2 m;

Ⅲ.大砾石层:大砾石粒径为30~50 cm，其次为5~20 cm和3~5 cm，分选较差而磨圆度中等，砾石层胶结程度也较差，其中花岗岩砾石风化强烈，厚1.4 m;

Ⅳ.中、小砾石层:砾石粒径以3~10 cm为主，磨圆度与胶结程度中等，其中花岗岩砾石风化强烈，厚1.6 m;

Ⅴ.中粗砾夹粗砂细砾石层:大砾石粒径以15~40 cm为主，中小砾石以3~10 cm为主，磨圆度中等，分选与胶结程度较差，其中花岗岩砾石风化强烈，厚1.2 m;

Ⅵ.大、中砾石层:砾石粒径以50~60 cm和20~30 cm者为主，磨圆度中等，胶结中等或较差，厚1.8 m;

Ⅶ.大、中、小砾石混杂层:夹粗砂，砾石粒径在50~60 cm和5~10 cm之间，分选、磨圆和胶结程度均较差，其中花岗岩砾石风化强烈，厚3.0 m;

Ⅷ.小砾石层:砾石粒径多在1~10 cm之间，磨圆度与胶结程度中等，厚1.6 m;

Ⅸ.大、中、小砾石混杂层:大砾石粒径可达80~120 cm，中等砾石在15~50 cm之间，小砾石多为3~5 cm，分选、磨圆和胶结程度中等，其中花岗岩砾石风化强烈，厚7.0 m;

Ⅹ.中、小砾石层:上细下粗，粗大砾石粒径为10~40 cm，小砾石为3~5 cm，磨圆度与胶结程度中等，厚1.5 m;

Ⅺ.大、中、小砾石混杂层:大砾石粒径为50~80 cm，小砾石多为3~10 cm，分选差，磨圆和胶结程度中等，其中花岗岩砾石风化强烈，可见厚度3.0 m。

这套胶结砾石层与上覆地层纳赤台沟组呈不整合接触关系。

此外，在昆仑河上游的野牛沟(三岔河西53 km处)北岸，同期的砾岩仅高出河床2~3 m，出露厚度仅1 m; 而在下游水泥厂北4~5 km处的格尔木河西岸，厚层的砾岩之下已露出的下伏基岩可高出河床15 m。在格尔木河东南支流舒尔干河(秀沟)北岸、作路沙耶沟口以东4.5 km处可以见到，上新世末或早更新世早期的河湖相砾石与砂、粘土互层出露处前缘的河湖相沉积之上，不整合以厚约10 m的胶结良好的磨圆砾石层，上覆纳赤台沟组的洪积碎石或磨圆很差的砾石层。这些均表明，这套钙质胶结良好的河流相砾石层或砾岩，并不是仅在纳赤台以东的昆仑河谷中出现的孤立现象，而是在格尔木水系不同流域的不同河段普遍出现的一套沉积物，是具有一定地质意义的地层与地质体。因此，本文建议将此胶结的河流相砾石层，命名为“昆仑河砾岩”。

3 昆仑河砾岩的ESR年龄测定

关于如何测定粗粒沉积物第四纪砾石层或砾岩的形成年龄，始终是一个困惑人们的难题。笔者认为，可以将在砾石层沉积同时或稍晚胶结的钙质胶结物，看作是与砾石层准同时形成的。因此，在纳赤台下游约5 km的CS-6观察点采集了昆仑河砾岩上部与中下部(分别高出河床面20 m和8 m)的2个钙质胶结物样品进行ESR年龄测定，所获得的年龄测定参数与结果见表 2。表 2显示的ESR年龄测定结果分别为1 269 ± 126 ka BP和1 042 ± 104 ka BP，表明昆仑河砾岩上部与中下部的堆积顺序及其与不整合于其上的中更新世早期的纳赤台沟组的形成次序符合沉积学规律，上述测年结果在地质上是可以接受的。因此可以认为，昆仑河砾岩应形成于1.27 Ma BP之前至1.04 Ma BP之后，相当于地质时期的早更新世中晚期。如果考虑砾石层的堆积速率(12 m用了0.23 Ma)，则昆仑河砾岩开始堆积的时间大致为1.42 Ma BP之前。

4 昆仑河发育与东昆仑山隆升

如前所述，广义的“昆仑山垭口地区”新近纪以来的地层(昆仑砾石层(昆仑砾岩)、红色风化壳、惊仙谷组、羌塘组、平台组、望昆冰期冰碛层、纳赤台沟组和三岔河组)中的前6组较老地层均集中于狭义的昆仑山垭口附近，而在昆仑河—格尔木河谷中，只有后2组年轻地层，崔之久等根据它们的分布、特征及其年龄测定结果，提出了距今1.1~0.6 Ma前所发生的“昆仑—黄河运动”概念^{[6, 7]}。他们认为，在此之前，“昆仑山垭口地区”尚为海拔1 500 m左右的“低高原”环境，经过1.1~0.7 Ma BP的昆—黄运动序幕的间隙性整体抬升，至出现“望昆冰期”时，山地顶部可能有4 000 m，高原面应在3 000 m，抬升幅度可达1 500 m。在0.7~0.65 Ma BP的昆—黄运动主幕，山体加速抬升并叠加断块抬升与断陷，使羌塘组及邻近山地抬升为高山(布尔汗布达山)，出现了望昆冰期和断陷谷地(昆仑河谷地)，羌塘组顶部的河流相沉积被望昆冰期冰碛层所覆盖，纳赤台沟组冲积地层形成。在0.65~0.6 Ma BP的昆—黄运动续幕，布尔汗布达山顶断陷成西大滩谷地、望昆冰期冰碛层被抬升至山顶，西大滩拉分谷地形成，三岔河组冲积地层形成。在0.7~0.6 Ma BP的昆—黄运动后2幕，高原抬升幅度可达1 000 m。这一概念得到了较多地质工作者的认同。

然而，昆仑河砾岩在昆仑河谷底的发现及其年龄测定结果所得出的结论，却与上述观点有所不同:

① 早在1.27~1.42 Ma BP之前的早更新世中晚期，昆仑河—格尔木河河谷不但已经形成，而且已深切到了现今的谷底，格尔木河水系已经具有现今的面貌。

② 既然早更新世中晚期昆仑河—格尔木河河谷已经切割到其现今谷底的位置，那么在昆仑河砾岩堆积之后昆仑河—格尔木河河谷的切割(早更新世末期)、纳赤台沟组的加积(中更新世早期的倒数第三次冰期)与切割(中更新世中期的倒数第二次间冰期)、三岔河组的堆积(中更新世晚期的倒数第二次冰期与末次间冰期)以及昆仑河—格尔木河河谷的近期切割与堆积即4级低阶地的形成(晚更新世中晚期与全新世的末次冰期与冰后期)，主要不应是昆仑山隆升与柴达木盆地断陷的结果，而可能是冰期与间冰期的气候冷暖与干湿交替变化所引起的侵蚀与搬运能力变化的结果。

③ 既然早更新世中晚期昆仑河—格尔木河河谷已经切割到其现今谷底的位置，那么早在1.27~1.42 Ma BP之前，昆仑山、布尔汗布达山与柴达木盆地的相对关系，就已经具有现今的面貌。也就是说，昆仑山、布尔汗布达山和青藏高原腹地的隆升在此之前已基本完成，甚至早在第四纪之前已经基本完成。同样，昆仑河谷地不应是在0.7~0.65 Ma BP的昆—黄运动主幕断陷而成的，西大滩谷地也不是在0.65~0.6 Ma BP的昆—黄运动续幕由布尔汗布达山顶断陷成的(笔者在西大滩谷地南半部的东昆仑山主脊北麓的3条现代冰川外围，均发现了倒数第三次冰期冰碛与冰水堆积小丘的遗迹)。

④ 在1.27~1.42 Ma BP之前的早更新世中晚期，昆仑河—格尔木河谷已下切到现今的谷底，其海拔高度在横穿布尔汗布达山处为3 300 m，低于该处的布尔汗布达山主脊(普遍在5 000~5 700 m之间) 2 000 m左右或更多。因此可以说，昆仑山和青藏高原腹地相对于柴达木盆地的大幅度隆升至少应发生于1.27~1.42 Ma BP的早更新世中晚期之前甚至更早，而不是发生在1.1~0.6 Ma BP的昆—黄运动。这也为从地貌学与第四纪地质学角度讨论青藏高原到底是第四纪时期，还是更早的新近纪时期已上升到相当甚至接近现今高度的争论^[14~17]，从另一个侧面提供了有意义的线索。