造山带地貌是气候、构造及其相互作用等复杂过程的产物。其中，河流是造山带中发育最为广泛的地貌之一。河流侵蚀过程的控制因素随时间发生改变，但是它们是如何变化仍然不清楚。横跨青藏高原东南部、南部和喜马拉雅山的长江、湄公河、萨尔温河和雅鲁藏布江等大河水系呈现不寻常的几何形态和地貌特征，被认为是构造变形、水系重组以及气候变化的结果。因此，青藏高原和喜马拉雅山的河流是研究构造、气候、地表过程和水系重组之间复杂关联的天然实验室。从西向东流的雅鲁藏布江位于印度-亚洲碰撞带。该河流中段显著的地貌特征是陡峭峡谷和宽缓辫状河谷交替出现（图1）。该河流中、上段发育了4个主要裂点带（地貌表现为峡谷段），均位于雅鲁藏布江与南北向正断层的交汇处。这些地貌是何时如何形成的？其主要控制因素又是什么？
针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院、“大陆汇聚与青藏高原隆升”求真研究群体的戴紧根和王成善教授等，选择了雅鲁藏布江中段及其支流河谷为研究对象。河流侵蚀改变河谷的地形起伏，进而导致近地表地壳温度发生变化，因此低温热年代学是获取河流剥露历史的有效研究手段。在研究区的河谷采集了深成侵入岩样品，开展了磷灰石(U-Th)/He (AHe)、⁴He/³He 和裂变径迹 (AFT) 的分析，构建了基于上述低温热年代学数据约束的正演和反演热-运动学模拟（图2），揭示了雅鲁藏布江不同河谷段的剥露历史，取得了以下主要认识：
1、结合研究区已发表的数据，本文新获得的低温热年代学年龄可以分为两组：第一组是雅鲁藏布江辫状河谷和支流的样品，AHe年龄主要分布在9.1-14.3 Ma之间；第二组是雅鲁藏布江峡谷的样品，AHe年龄主要分布在1.8-5.5 Ma之间。
2、第一组样品热历史模拟结果表明它们在15-9 Ma期间经历了一期快速冷却，之后冷却缓慢。假设古地温梯度为25-30°C/km，则可以计算它们在此阶段从2.8-2.0公里地壳深度被剥露至近地表，之后经历了缓慢的剥露过程。结合区域构造与气候事件，上述中-中新世快速剥露可能是由亚洲季风增强导致降水增加和青藏高原南部伸展断层的协同作用所控制（图3）。
3、第二组样品热历史模拟结果表明大竹卡峡谷段在5-3 Ma、加查峡谷在大约2 Ma发生了快速冷却过程。该期的加速剥露仅局限在峡谷段，宽谷和其它支流并没有发生同期剥露，但是该期剥露与南北向正断层活动几乎同时。热-运动学3D Pecube 模拟结果表明，只有峡谷段处于正断层下盘才能解释峡谷与宽谷段所获得的AHe年龄数据（图2）。因此，局部构造是这一快速剥露事件的主要控制因素。
该项研究基于低温热年代学及其热历史模拟结果，揭示了中新世中期以来的两期快速冷却事件。结合区域地质背景，提出中-中新世的快速剥露是区域性的，与亚洲季风和东西向伸展构造吻合；上新世-更新世的加速剥露仅限于雅鲁藏布江陡峭的狭谷段，与南北向正断层同期。上述成果揭示了同一条河流不同河段在不同地质时间，其地貌演化受控于不同的驱动机制，因而对于认识构造与气候如何控制地貌演化过程具有重要的参考意义。该成果得到了青藏高原第二次科学考察项目（2019QZKK0204）、国家自然基金委面上项目（41872105）、中央高校基本科研业务费项目（292019062）和高等学校学科创新引智计划（B18048）的支持。

图1 青藏高原南部雅鲁藏布江中游DEM地貌图、地质图以及河谷纵剖面图、年龄-高程关系图

图2 Pecube 3D热-运动学正演和反演模拟图

图3 青藏高原低温热年代学年龄、气候指标与区域构造事件对比图
上述研究成果发表在地质学国际权威刊物《Tectonics》上：Dai, J.-G*., Fox, M., Han, X., Tremblay, M.M., Xu, S.-Y., Shuster, D.L., Liu, B.-R., Zhang, J., Wang, C.-S., 2021. Two Stages of Accelerated Exhumation in the Middle Reach of the Yarlung River, Southern Tibet Since the Mid-Miocene. Tectonics 40, e2020TC006618. https://doi.org/10.1029/2020TC006618 [IF2020=4.851]
全文链接：https://doi.org/10.1029/2020TC006618