地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (2): 169 -192. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.008

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祁连山水系演化研究进展与展望
武佳坤1,2(), 胡小飞2, 潘保田2, 曹喜林3, 温振玲4, 孙强1, 李梦昊1,2, 赵启明2   
  1. 1.西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安 710054
    2.兰州大学 资源环境学院，甘肃 兰州 730000
    3.南京师范大学 地理科学学院，江苏 南京 210023
    4.兰州财经大学 公共管理学院，甘肃 兰州 730101
  • 收稿日期:2024-12-04 修回日期:2025-01-10 出版日期:2025-02-10
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(41730637)

Research Progress and Prospects on Drainage Evolution in the Qilian Shan

Jiakun WU1,2(), Xiaofei HU2, Baotian PAN2, Xilin CAO3, Zhenling WEN4, Qiang SUN1, Menghao LI1,2, Qiming ZHAO2   

  1. 1.College of Geology and Environment, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, China
    2.College of Resources and Environment, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
    3.School of Geography, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
    4.School of Public Administration, Lanzhou University of Finance and Economics, Lanzhou 730101, China
  • Received:2024-12-04 Revised:2025-01-10 Online:2025-02-10 Published:2025-04-17
  • About author:WU Jiakun, research areas include sedimentary evolution, fluvial geomorphology, and tectonic geomorphology. E-mail: jiakunwu992@gmail.com
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(41730637)
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祁连山是青藏高原向北扩展形成的最年轻的山体，研究其抬升扩展对于理解高原的扩展过程和隆升机制以及造山带演化等科学问题具有重要意义。水系演化能够比较快速地响应山地的抬升扩展，在祁连山地区开展水系的发育演化研究是探讨山体抬升扩展过程的重要手段。基于对剥蚀面、河流阶地、风口和古河道等地貌记录以及新生代沉积地层开展的年代学与物源研究，当前祁连山地区水系演化研究取得如下成果与认识：①祁连山东部黄河上游干流的形成演化是在构造抬升或者气候变化的驱动下，河流向上游发生溯源侵蚀和袭夺的水系重组过程；②祁连山北部石羊河与黑河流域、祁连山东部兰州盆地开展的河流阶地研究显示，气候变化与构造抬升分别控制着河流的下切时间（冰期向间冰期过渡期、间冰期）和下切幅度，全新世以来阶地的形成主要受气候变化的控制（暖湿期河流下切）；③河流阶地可靠地记录了祁连山东部黄河重要支流湟水河（流向反转）与大通河（河流袭夺）的演化过程；④祁连山北部榆木山地区与南部乌兰、查查盆地开展的新生代沉积物年代学、物源与古水文研究，较可靠地重建了区域水系演化历史，显示出沉积地层在重建可靠、详细的水系演化过程中潜力巨大。同时，还有诸多亟需解决的问题，开展深入的地貌面与沉积物定年研究，多物源方法融合的物源分析，持续的地貌特征研究，以及数值模拟与仿真模拟研究，将成为今后研究的重点与趋势。

关键词: 水系演化, 祁连山, 地貌演化, 河流沉积物, 地貌面

Qilian Shan, the youngest mountain range formed by the northward expansion of the Tibetan Plateau, plays a crucial role in understanding the expansion processes, uplift mechanisms, and evolution of orogenic belts. Drainage system evolution responds rapidly to mountain uplift, making the study of drainage development and evolution a critical approach for investigating the uplift and expansion of Qilian Shan. Based on chronological and provenance studies of geomorphic records, including erosion surfaces, river terraces, wind gaps and ancient river channels, and Cenozoic sedimentary strata, the current research on drainage system evolution in the Qilian Shan has yielded the following findings and insights: ① The formation and evolution of the upper reaches of the Yellow River in the eastern Qilian Shan involve a process of drainage reorganization driven by tectonic uplift or climate change, characterized by headward erosion and river capture; ② Research on river terraces in the Shiyang River and Heihe River basins of the northern Qilian Shan, as well as in the Lanzhou Basin of the eastern Qilian Shan, indicates climate change, and the tectonic uplift independently govern the timing (transitions between glacial and interglacial periods, and interglacial periods) and extent of river incision. Since the Holocene, terrace formation has been primarily driven by climate change, with river incision occurred during warm and humid periods; ③ River terraces reliably record the evolution processes of major tributaries of the Yellow River in the eastern Qilian Shan, including the Huangshui River (flow reversal) and the Datong River (river capture); ④ Study of chronology, provenance, and paleohydrology of Cenozoic sedimentary strata in the Yumu Shan of the northern Qilian Shan, as well as the Wulan and Chacha basins of the southern Qilian Shan, has reliably reconstructed the regional drainage evolution history, highlighting the significant potential of sedimentary strata for reconstructing reliable and detailed record of drainage evolution. However, numerous critical issues remain unresolved and require further investigations. Future research should prioritize and emphasize in-depth studies on geomorphic surface and sediment dating, integration of multi-source methods for provenance analysis, continuous exploration of geomorphic features, and advancements in numerical simulations and simulation modeling studies.

Key words: Drainage evolution, Qilian Shan, Geomorphic evolution, Fluvial sediments, Geomorphic surfaces

中图分类号: 

图1 褶皱山地生长控制下发育的横向河与纵向河（据参考文献［18］修改）
Fig. 1 Transvese and longitudinal rivers developed under the control of thrust-fold growth （modified after reference ［18］）
图2 青藏高原东北缘祁连山地区断裂、沉积盆地与水系分布
DEM数据为90 m SRTM。NQF：祁连山北缘断裂；NTF：托来山北缘断裂；NTNF：托来南山北缘断裂；RYSF：日月山断裂；ELSF：鄂拉山断裂；DHNF：党河南山断裂；NQTB：柴北缘断裂带；ZWLF：宗务隆山断裂
Fig. 2 Distribution of faults， sedimentary basins， and drainage systems in the Qilian Shan region on the northeastern margin of the Tibetan Plateau
The DEM data is 90 m SRTM. NQF：North Qilian Shan Fault； NTF：North Tuolai Shan Fault； NTNF：North Tuolai Nan Shan Fault； RYSF：Riyue Shan Fault； ELSF：Elashan Fault； DHNF：Danghe Nan Shan Fault； NQTB：North Qaidam Thrust Belt； ZWLF：Zongwulong Shan Fault
图3 青藏高原东北缘祁连山地质与水系分布
NQF：祁连山北缘断裂；NTF：托来山北缘断裂；NTNF：托来南山北缘断裂；RYSF：日月山断裂；ELSF：鄂拉山断裂；DHNF：党河南山断裂；NQTB：柴北缘断裂带；ZWLF：宗务隆山断裂
Fig. 3 Geological map and drainage systems of the Qilian Shan region on the northeastern margin of the Tibetan Plateau
NQF： North Qilian Shan Fault； NTF： North Tuolai Shan Fault； NTNF： North Tuolai Nan Shan Fault； RYSF： Riyue Shan Fault； ELSF：Elashan Fault； DHNF： Danghe Nan Shan Fault； NQTB： North Qaidam Thrust Belt； ZWLF： Zongwulong Shan Fault
图4 祁连山东北缘（石羊河流域）晚新生代构造—地貌演化模型（据参考文献［58］修改）
Fig. 4 Model of late Cenozoic tectonic and geomorphologic evolution in the northeastern margin of the Qilian Shan （Shiyang River Basin） （modified after reference ［58］）
图5 黑河流域水系演化模型（据参考文献［19，22，34，39，62，77-78］修改）
MH钻孔沉积物的物源分析认为走廊南山北侧的横向河段在约2.75 Ma时已溯源侵蚀至走廊南山内部的早古生代基岩（据参考文献［77］修改）。榆木山地区梨园河的演化过程据参考文献［19］修改，其中榆木山东端两个风口的位置和形成年代据参考文献［22］修改。走廊南山南侧黄藏寺附近的最高级阶地ESR年代结果指示约1.2 Ma时河流袭夺形成黑河干流（据参考文献［62］修改）。黑河出山口最高级阶地ESR年代结果指示黑河在走廊南山中的横向河段至少在约1.5 Ma时就已存在（据参考文献［62］修改）。龙首山风口的位置和形成年代据参考文献［62］修改。DWJ和XKJD 钻孔的沉积学研究指示黑河于约1.1 Ma在走廊盆地中形成纵向河段、进入酒东盆地（据参考文献［34］修改）。合黎山与金塔南山风口的位置和形成年代分别据参考文献［39，78］修改
Fig. 5 Model of the drainage evolution of the Heihe River Basin （modified after references ［19， 22， 34， 39， 62， 77-78］）
The provenance analysis of sediments from the MH borehole suggests that the transverse river on the north side of the Zoulang Nan Shan may have originated from early Paleozoic bedrock within the southern Zoulang Nan Shan at approximately 2.75 Ma through headward erosion （modified after reference ［77］）. The evolution process of the Liyuan River in the Yumu Shan area has been modified after reference ［19］， and the positions and formation ages of two wind gaps at the eastern end of the Yumu Shan have been modified after reference ［22］. The ESR dating results of the highest terrace near Huangzangsi on the southern side of the Zoulang Nan Shan indicate that river capture occurred， forming the main stream of the Heihe River at approximately 1.2 Ma （modified after reference ［62］）. The ESR dating results of the highest terrace at the outlet of the Heihe River suggest that the transverse section of the Heihe River in the Zoulang Nan Shan existed as early as approximately 1.5 Ma （modified after reference ［62］）. The positions and formation ages of wind gap in the Longshou Shan has been modified after reference ［62］. The sedimentological studies of the DWJ and XKJD boreholes indicate that the Heihe River formed a longitudinal river section in the Hexi Corridor and entered the Jiudong Basin at approximately 1.1 Ma （modified after reference ［34］）. The positions and formation ages of wind gaps in the Heli Shan and Jinta Nan Shan have been modified after references ［39，78］， respectively
图6 疏勒河演化模型（据参考文献［106］修改）
Fig. 6 Model of the drainage evolution of the Shule River （modified after reference ［106］）
图7 祁连山南部构造—地貌演化模型（据参考文献［113］修改）
Fig. 7 Model of tectonic and geomorphologic evolution in the southern Qilian Shan （modified after reference ［113］）
图8 黄河上游不同河段初始下切时代（据参考文献［125］修改）
黄河在兰州盆地初始下切的时代（>1.7 Ma）引自参考文献［121-122， 131］；黄河在临夏盆地初始下切的时代（约1.7 Ma）引自参考文献［134-135］；黄河在循化盆地初始下切的时代（>1.1 Ma）引自参考文献［137］；黄河在贵德盆地初始下切的时代分别引自参考文献［20］（>0.14 Ma）和参考文献［143-145］（<1.8 Ma）；黄河在共和盆地初始下切的时代（约0.5 Ma）引自参考文献［125］
Fig. 8 Timing of initial incision along the upper reaches of the Yellow River （modified after reference ［125］）
The initial incision timing of the Yellow River in different basins was constrained as follows： Lanzhou Basin： >1.7 Ma （references ［121-122， 131］）； Linxia Basin： approximately 1.7 Ma （references ［134-135］）； Xunhua Basin： >1.1 Ma （reference ［137］）； Guide Basin： >0.14 Ma （reference ［20］） and <1.8 Ma （references ［143-145］）； Gonghe Basin： approximately 0.5 Ma （reference ［125］）
表1 祁连山不同区域水系演化概况
Table 1 Overview of drainage evolution in various regions of the Qilian Shan
区域水系（河段）水系演化形式水系演化事件发生时代区域构造抬升时代研究载体
祁连山北部石羊河溯源侵蚀［32，57］约1.4 Ma以来［32，57］约8 Ma［58］剥蚀面和河流阶地
黑河上游（祁连山出水口以上）溯源侵蚀与河流袭夺［34］约2.75 Ma［77］；1.2~1.1 Ma［34，62］15~8 Ma［21，89］河流阶地、新生代沉积物和地貌特征
黑河中游（祁连山出水口以下）河流偏转与改道［39，62，78］约1.2 Ma以来［39，62，78］5~0.23 Ma［81，83，162］风口和新生代沉积物
梨园河河流偏转与改道［19，22，94］约3 Ma以来［19，22，94］约3 Ma［19］新生代沉积物、风口和河流阶地
北大河（祁连山出水口以下）河流偏转与改道［62，84-85］约45 ka以来［62，84-85］约5 Ma［163］河流阶地和古河道
疏勒河上游溯源侵蚀与河流袭夺［106］—中新世［45］地貌特征
祁连山南部发源自祁连山南部的水系——约50 Ma［113］新生代沉积地层
祁连山东部黄河干流溯源侵蚀与河流袭夺［42，125］约1.8 Ma以来［20，121-122，125，131，134-135，137，143-145］10~7 Ma［146］河流阶地和新生代沉积物
湟水河河流流向倒转［148-150］约1.2 Ma［148-150］10~7 Ma［146］河流阶地
大通河溯源侵蚀与河流袭夺［153］约1.1 Ma以来［153］10~7 Ma［146］河流阶地
图9 挤压活动造山带水系演化概念模型（据参考文献［19］修改）
Fig. 9 Conceptual model of drainage evolution in a compressional orogenic belt （modified after reference ［19］）
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