塔里木盆地的环境格局与绿洲演化

第25卷 第5期2005年9月
第 四 纪 研 究QUATERNARY SC I ENCES
V o.l 25,N o .5Septe m be r ,2005
第一作者简介:刘嘉麒 男 63岁 研究员、中国科学院院士 第四纪地质学专业 E -ma i :l li u j q@m ai.l i ggcas .ac .cn *国家重点基础研究发展规划项目(批准号:G1999043502)资助 2005-02-31收稿,2005-07-11收修改稿
文章编号 1001-7410(2005)05-533-07
塔里木盆地的环境格局与绿洲演化
*
刘嘉麒 秦小光
(中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029)
摘要 塔里木盆地是中国最大的内陆盆地,它经过长期海陆变迁和盆山耦合作用形成。

从元古代到晚二叠纪,一直处于海洋环境,几经海侵海退,有大量海相沉积。

从二叠纪末开始,全区抬升,海水退出,盆地进入陆地发展阶段,以湖相和河流相沉积为主,仅在西部边缘有泻湖相沉积;至渐新世,印度板块与欧亚板块在帕米尔地区碰撞拼合,盆地彻底与古特提斯海分离,形成统一的内陆盆地。

盆地的气候环境从晚白垩世就已向干热发展,形成了广泛的红色沉积和膏盐;上新世以来,青藏高原及其他山地快速隆升,对盆地的环境格局产生重大影响,盆地腹地出现荒漠化,风成沙堆积面积扩大;第四纪时,干旱化气候进一步加剧,塔克拉玛干沙漠逐渐形成;一些天然绿洲在盆地周围和河流流域相伴而生,从而奠定了今天塔里木盆地的环境格局。

古时绿洲大部分是丝绸之路的连接点和集结地,在距今约2000年前的汉朝还比较繁荣,后来变成了废墟和荒漠,塔克拉玛干沙漠的南缘向南推进约100~150k m,而注入盆地(沙漠)的河流向上游收缩几百公里。

主题词 塔里木盆地 绿洲 环境演变 荒漠化
中图分类号 P534,P941.7,X141 文献标识码 A
1 盆地概况
塔里木盆地呈蛋圆型横卧于天山山脉与昆仑山脉之间(图1),东西长1400km ,南北宽520km,面积约56@104
k m 2
,是中国最大的内陆盆地。

盆地周围高山耸立,一些山峰海拔7000m 以上,而盆地内向下强烈凹陷(根据沉积厚度)达10000m,是地壳升降幅度最大地区;高山地带冰川发育,是盆地的主要水源,雪线在天山南坡为3500~4000m,昆仑山为4700~6000m 。

盆地表面相对平缓,周边山前地带翘起,海拔高度西南缘为1400~1600m,北缘为1000~1200m;中间低洼,塔里木河中下游海拔高度为900~1000m,至东北角罗布泊一带为780m [1]。

全球第二大沙漠)))塔克拉玛干沙漠与盆地成相似形分布在盆地中央,面积为33.7@104
km 2,覆盖盆地60%以上;一些绿洲镶嵌在盆地的周边地带(见图1)。

塔里木盆地夏季酷热,冬季寒冷,温差大,昼夜温差>15e ;无霜期长,一年有200~230天;降水量少,年均50~70mm,最低32~16mm;蒸发量高,平均1500mm /a ,最高(塔中)3700mm /a ;风沙多,每年有50~100多风沙日,是
我国最干旱的地区,属于典型的大陆性气候。

2 盆地的演化与环境格局
塔里木盆地是经过长期海陆变迁和盆山耦合作用形成的
[2]。

总的来看,盆地所处地质背景属于地
台,是亚洲古大陆的一个陆核。

前震旦纪(塔里木运动)青白口群变质碳酸岩是盆地的基底;震旦-奥陶纪(加里东运动),全区下沉,经历了海侵-海退的全过程,以碳酸岩、泥页岩沉积为主,处于海洋环境;志留纪-泥盆纪(早海西运动),处于海退时期,全区抬升,以陆源碎屑沉积为主,盆地呈现准平原化,形成三角洲-浅海陆架环境;石炭纪-二叠纪(晚海西运动),除东部仍为陆地外,全区再度下沉,广泛海侵,形成浅海相碳酸盐、碎屑岩沉积
[3,4]。

二叠纪末全区抬升,并发生强烈褶皱、断裂和火山喷发,周围山地快速崛起,海水从西南方退出盆地,塔里木盆地成为陆内盆地,接收河湖相和洪流相沉积。

三叠纪(印支运动)构造格局较古生代发生很大转变,拉张作用强烈,揭开了中生代前陆盆地发展的序幕,形成山前凹陷和断陷盆地,以盆地北缘较为
534第四纪研究2005
年
图1塔里木盆地及其盆地周围的绿洲1)
紫色代表绿洲
F i g.1I N S AR picture illustrati ng t he T ar i m Basi n and t he surrounding oas i s
发育,如喀什凹陷、库车凹陷等。

以库车凹陷为例,凹陷呈北陡南缓的簸箕状,靠近北部山前发育大套冲积扇和扇三角洲沉积,向坳陷中心有辫状三角洲、曲流河和湖泊沉积;凹陷内湖泊经历了深陷-充填-变浅加宽的过程。

三叠纪为深陷期,沉积区范围小,早、中侏罗世为充填期,晚侏罗世至早白垩纪湖泊变浅加宽,其内沉积了一套厚度巨大的冲积相)))湖泊相碎屑物,沉降中心持续南迁,沉积体北厚南薄。

在这一时期气候变化总体趋势为:干旱v 潮湿v干旱。

早、中三叠世气候干旱,多为碎屑沉积;晚三叠世至中侏罗世气候潮湿,炭质泥岩和煤系地层广泛发育,成为重要的烃源,在孔雀河-罗布泊一带出现湖相含煤沉积;晚侏罗世至白垩纪气候转为干燥,库车等凹陷接收大量红色粗碎屑沉积[5,6],阿尔金地区也发生了裂陷沉积[7]。

晚白垩世至早第三纪(喜山运动),盆地下沉,西南部再度发生海侵,出现滨海-泻湖相膏盐、泥岩类沉积和棕红色河湖相含石膏砂岩、泥岩沉积,显示炎热的亚热带气候[8];至渐新世,印度板块与欧亚板块在西部帕米尔地区碰撞拼合,使西部海湾消失,盆地彻底与古特提斯海分离,形成统一的内陆盆地[9,10]。

晚第三纪,天山、昆仑山快速隆升,盆地快速下沉,接收大量陆相碎屑岩和磨拉石堆积,其厚度达2500~6500m,从东南向西北逐渐增加;中新世尚有大面积湖泊分布,形成一套红色夹蓝灰色湖相膏盐和泥沙沉积,但在盆地腹地已出现大面积风成沙堆积;上新世气候向干旱化发展,盆地内以河湖相棕黄色沙质泥质沉积为主,盆地腹地风成沙堆积面积扩大;第四纪气候干旱化加剧,盆地周围山脉继续隆升,山前有西域砾岩堆积,盆地内部不同地区仍接受河湖相沉积,但沉积的时间和厚度各不相同,例如,塔中地区第四纪下限为2148M a B1P.,第四系底界位于孔深63413m,罗布泊第四纪下限为1170 M aB1P.,第四系底界位于孔深9715m,阿其克谷地第四系底界下限为3105M aB1P.,第四系底界位于
1)张小雷提供(个人交流).2005
1)资料来源于新华网新疆频道(www.x.j )
5期
刘嘉麒等:塔里木盆地的环境格局与绿洲演化535
孔深41619m [11]
,表明盆地不同部位的起伏和发育程度存在明显差异。

与此同时,盆地地表的荒漠化加剧,塔克拉玛干沙漠逐渐形成,在昆仑山和阿尔金山北坡(迎风坡)的山腰地带(大致从1800m 到3000m,最高达4900m )接受了大量粉尘堆积,形成新的/黄土高原0,在普鲁可见黄土剖面厚度达
30m 余[12]
,在出山口河流最高阶地可达80m 多厚,经古地磁测量和古气候记录研究,确定此黄土形成
于约880kaB 1P .前[13]。

图2 塔里木盆地水文网图1)
F ig .2 N et work structure o f wa ter syste m i n the T ari m Basi n
综上所述,塔里木盆地经历了几个发展阶段:晚二叠纪之前,几经海侵海退,一直处于海洋环境,有大量海相沉积。

从二叠纪末开始,全区抬升,海水退出,盆地进入陆地发展阶段,以湖相和河流相沉积为主,仅在西部边缘后期再度遭受海侵,有泻湖相沉积;至渐新世,印度板块与欧亚板块在帕米尔地区碰撞拼合,盆地彻底与古特提斯海分离,形成统一的内陆盆地。

盆地的气候环境从晚白垩世就已向干热发展,广泛分布的红色沉积和膏盐沉积指示了这一点;上新世以来,青藏高原快速隆升,气候环境进一步干旱化,盆地腹地出现荒漠化,风成沙堆积面积扩大;第四纪时,塔克拉玛干沙漠逐渐形成,一些天然绿洲也相伴出现,从而奠定了现今塔里木盆地的环境格局。

3 绿洲的形成与变迁
绿洲相对荒漠而言,是在特定的地质、地理、气候环境下形成的。

当塔里木盆地完全处于内陆环境,气候向着干旱化发展,盆地内逐渐荒漠化以至形成塔克拉玛干大沙漠的时候,绿洲也就在荒漠的边缘或内部生态条件相对好的地域应运而生。

来源于盆地周围高山上的冰雪水,形成了数以百计的常年河和季节河注入盆地,滋养着在山谷出口处形成的水土条件比较好的山前平原或冲积扇,这便是盆地周围的绿洲,它像一条绿色的环带镶嵌在盆地(沙漠)的边缘(见图1),另外,在一些河流两侧或湖泊周围也有绿洲形成。

这些绿洲是经过长期演变而成的。

中新世以前,塔里木盆地植被表现为古地中海似的干旱区亚热带针、阔叶林景观。

中新世晚期至上新世末,稀树森林草原向以草本、灌木等干旱植被为主的荒漠草原过渡,针叶林、森林草原向山地、河谷移动,此时盆地内出现了从外围山地向沙漠腹地流向的水文网雏形。

上新世末至早更新世,青藏高原继续强烈抬升,盆地内呈现干温)干冷交替的气候环境,昆仑山、天山等山地积聚较多雨雪,发育了大规模冰川,丰富的
1)韩 翔,王炳华,张临华主编.尼雅考古资料(内部刊物).1998.1~268
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降水与冰雪融水形成了盆地内稠密的水文网(图2),这时东部的罗布泊地区,还以森林草原生态环境为主[14]
;在低山丘陵、山间盆地、河流谷地及山前地带开始出现点状分布的原始绿洲,例如:盆地南缘的和田、于田、且末,盆地北缘的阿克苏、库车等绿洲(见图1)。

中、晚第四纪,盆地周围山地继续抬升,气候日趋干冷,沙漠扩展,雪线上升,冰川退化,水文网收缩,河流萎缩,
绿洲面积缩小。

图3 塔里木盆地绿洲与古城分布图[17]
1.楼兰
2.米兰古城
3.瓦什峡古城
4.古且末
5.铁英古城
6.达乌孜勒克古城
7.安迪尔古城
8.尼雅
9.喀拉墩 10.马坚里克11.丹丹乌里克 12.黑哈斯古城13.旧达玛沟 14.鲁曾塔提 15.卡纳沁古城 16.买力克阿瓦提 17.约特干 18.阿克斯比尔
19.热
瓦克 20.麻扎塔格古城 21.藏桂古城 22.古皮山 23.拉一晋 24.达漫城 25.托乎沙赖 26.喀拉玉尔滚 27.大望库木
28.通古孜
巴什 29.穷沁 30.黑太沁 31.于什甲提 32.皮加克 33.黑太克尔 34.着果特 35.野云沟 36.营盆
带编号的全为古代绿洲
F i g .3 D i str i bu tions of oases and anc i ent c iti es i n T ari m Basi n
目前,塔里木盆地有天然绿洲面积达5@104km 2,人工绿洲为316km 2[15]。

人工绿洲除少数由人工开垦耕作形成,大多数是在天然绿洲的基础上发展起来的,成为天然与人工相结合的绿洲。

在有人类活动影响之前,绿洲的演化完全受自然因素控制,而人类介入后,绿洲就受到自然与人类双重因素的影响。

古时绿洲大部分是丝绸之路的连接点和集结地,如和田河下游的于阗、克里雅河下游的扦弥、尼雅河下游的精绝、安迪尔河下游的(古)安迪尔、
车尔臣河下游的古且末、孔雀河下游的楼兰等古国
都是当年丝绸之路上的重镇[16,17]
(图3),有过繁荣和昌盛,但随着环境与社会的变迁,绿洲的空间分布、规模大小和负载能力都在变化,有的扩大,有的迁移,有的销声匿迹。

例如,于田绿洲基本上沿克里雅河中、下游流域分布,早在末次冰消期,即1315kaB 1P .就已经形成,从12kaB 1P .以来,那里是该地区人类栖息、繁衍、活动的主要聚集地之一
[18]
;
直到公元2000年前西汉时期,克里雅河仍贯穿塔克拉玛干沙漠,与塔里木河相通,处于克里雅河下游的喀拉墩古城在当时可能是连接塔克拉玛干大沙漠南
北两端的交通枢纽[19]
,而现在已淹没在沙漠中,距于田县城约180km;民丰县北约100k m 的尼雅遗址,曾是汉代时期的精绝国,当时有3360多人口生活在那里,但是,到了公元700年前后,唐僧取经路过此地时,已/国久空旷,城皆荒芜0(《大唐西域记》,P303~305)1)。

上述情况表明,在距今大约
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2000年以来的时间里,原来的城池和桑田早已变成了废墟和荒漠,塔克拉玛干沙漠的南缘向南推进约100~150km;而注入盆地(沙漠)的河流向上游收缩,克里雅河收缩了近400km。

当初位于河谷一级阶地的绿洲,后因河流改道或河床抬升,绿洲也随之迁移。

考察发现,沿河谷和三角洲分布的现代绿洲多在一级阶地上,而古绿洲多位于二级阶地上,这暗示着随着地壳上升,河谷下切,出现新的阶地,绿洲和人类生活也向新的阶地转移。

看来,新构造运动对盆地的环境格局同样有重要影响。

4影响盆地环境演变的主要因素塔里木盆地处于亚欧大陆腹地(37b~41b N, 75b~91b E),四周远离海洋,又为高山环绕,来自海洋的季风和水汽很难达到盆地内部;青藏高原、帕米尔高原和天山山脉的隆升对盆地环境的形成产生巨大影响,它改变了大气环流,导致西伯利亚高压脊出现和西风带形成,使那里多风、干燥;中纬度效应也促使盆地内部干热少雨[20]。

这样的气候环境导致盆地内部荒漠化加剧,沙漠扩展,尘暴和降尘作用加强,促使绿洲收缩,甚至荒芜;伴随青藏高原隆升,雪线上升,河谷下切,注入盆地的水量减少,河流流域面积缩小,也是绿洲萎缩的一个重要原因。

考古发现[21],无论是位于塔里木河末端的楼兰古国,还是位于尼雅河和克里雅河下游的精绝和喀拉墩古城,它们的兴衰具有同步性,由此暗示,绿洲衰退的主要原因是自然环境恶化的结果。

策勒绿洲沉积地层及地球化学元素的研究表明,虽然近4000年来本地区干旱气候环境基本未变,但也有若干次气候波动,约2000年以前气候以相对湿润为主;之后则以持续干旱为主,有4次突变性的气候转干时期。

气候的转干事件与塔里木盆地古城废弃事件之间具有良好的相关性,表明气候环境的自然演化是影响人地关系的重要原因之一[22]。

克里雅绿洲1315kaB1P.以来由于受到总体抬升过程中差异性升降的这种新构造活动形式之影响,在东西方向上一直处于萎退的状态,受气温波动之影响,绿洲主要表现为南北向游移,受新构造活动发展、方向之影响,暖朔时期新的绿洲呈叠瓦式向北迁进,造成绿洲以东和以西方向上沙漠化面积亦相应向北推移,从而使塔里木河以南、克里雅绿洲以北范围内河流摆动的空间越来越小[23,24]。

在强调自然因素的同时,也必须考虑人类活动的影响。

近半个多世纪来,边疆人口的增加和大量垦荒耕作,植树造林,修筑水利工程,扩大了人工绿洲,对戍边屯田发展边疆经济起了重要作用,但也破坏了许多自然的生态环境,消耗了大量水资源,使一些水利工程下游的河道干涸,加之人们过份地拾草砍柴放牧,使本来就脆弱的植被遭受破坏,加剧了荒漠化,影响绿洲的发展。

近百年来,特别是近50年,克里雅河下游牧业绿洲的严重退化是中游地区集中发展农业绿洲而增加引水量和下游地区过度砍伐所造成的[25]。

张宏和樊自立[26]认为,人类活动对绿洲演化的影响是局部的、阶段性的,而气候变化对绿洲演化的影响则是宏观的、连续性的。

5绿洲发展的关键
荒漠地区发展的重点是绿洲,绿洲发展的命脉是水资源,从北非到中东,从西澳到北美,盖不如此。

塔里木盆地受水面积1102@106km2,有大小140余条河流注入盆地(见图2),年均总径流3192@ 1010m3/a,地下水补给量41455@109m3,合计水资源总量为41376@1010m3;而区内用水主要用于绿洲给养和农业灌溉,总量为地表水2186@1010m3/a,地下水3@109m3/a,合计3116@1010m3/a[27]。

按人均占有量计算的水应该够用,可是,实际上塔里木盆地区的确非常干旱,水资源严重溃乏。

其原因是不仅人类生存需要水,自然生态也需要水,那里区域广大,蒸发量大,耗水量也大;而水资源主要靠高山的冰雪融水,融水期又集中在春末夏初,在时空分布上非常不均匀,以至在干旱区也出现闹洪灾(山洪)的怪现象。

面对这种情况,合理利用水资源就成为绿洲发展的关键[28]。

即在锋水期时设法把水储起来(如修水库),留到枯水期用;用时也要合理分配,不能把水都用到农业灌溉上,应控制耕地和放牧,保护自然生态的发展。

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EVOLUT I ON OF THE ENVI RON M ENTAL FRA M E WORK
AND OASIS I N THE TARI M BASI N
L i u Ji a qi Q i n X iaoguang
(In stit u te of G e ology and G e ophysics,Chinese A c ade my of Sciences,B eiji ng100029)
Abstract
The Tari m B asin is the lar gest i n land basin in Ch i n a,and itw as for m ed by coupled basin-orogen deve l o pm en.t Fro m the Proter o zo ic era to the Late Per m ian,the Tar i m Basin w as do m i n ated by m ari n e env ironm en,t hav i n g experienced several cycles o f regressions and transgressionsw ith abundantm arine deposits.Fro m the Late Per m ian, reg i o nal uplift occurred in t h e Tari m B asin w ith sea w ater regressed,and conti n enta l deposits do m i n ated.In th is period o f ti m e a fe w lagoons developed in t h e w ester n m arg i n o f the basin.To the O ligocene,the I nd ian P late co lli d ed and i n tegrated w it h the Eurasian Plate in the Pa m irs,the Tari m B asi n w as co m p l e tely separated fro m t h e Tethys,and beca m e a conti n enta lbasin.The cli m ate of the Tari m Basi n changed to beco m e ho t and dry i n the Late C retaceous,and w idespread red beds and sa lts deposits developed.W it h qu ick up lift o f t h e Q i n gha-i X izang Plateau and o ther m ountains i n the P li o cene,the c li m ate over the Tari m Basi n changed;desert ca m e i n to hi n terland,and t h e aeo lian deposits ex tended.I n t h e Quaternary,dr ough t tended to be m ore andm o re serious,and t h e Takli m akan Desert fo r m ed.So m e oasis occurred in t h e m ar g ins of the deser,t and the no w adays env ironm ent fra m e w or k of t h e Tar i m Basin deve l o ped.The f o r m er oases w ere the key locati o ns along the S ilk Road,w hich thr i v ed i n the H an Dynasty at2000years ter the sou t h er n boundary of the Tak li m akan D esert expanded about100~150k m south,and the fo r m er oases d i m inished.The i n w ard fl o w ing rivers have been shortened for several hundred kil o m eters.
K ey w ords Tari m Basi n,oasi s,env ir onm ent evo l u ti o n,desertifica ti o n。