雷达遥感罗布泊探秘

第1章 神秘的罗布泊 　　1.1 罗布泊地区地形地貌 　　罗布泊地处干旱的塔里木盆地东缘，作为中国*大的内陆河流塔里木河的尾闾湖，其繁盛和消亡不仅反映了干旱区湖泊变化的一般规律，还记录了这一地区环境变化的丰富信息。近年来，罗布泊地区发现了大量历史时期人类遗址，该地区成为新疆历史、地理、生物、地质、环境演变研究的一个典型区域，越来越受到学术界的重视，也成为科学界探险和考察的热点区域，是我们揭秘自然和文化之谜的理想实验区。 　　1.1.1 地理位置 　　罗布泊位于塔里木盆地东北部，海拔为780~810m，东侧为白龙堆雅丹地貌和北山山脉，并通过阿奇克谷地与河西走廊相接，西临罗布沙漠及大片古湖积平原，北靠库鲁克山，南部为阿尔金山及库木塔格沙漠，面积超过10000km2。罗布泊地区行政上隶属于新疆维吾尔自治区巴音郭愣蒙古自治州若羌县管辖，距离*近的若羌县城150km。罗布泊是古代“丝绸之路”中线和南线的必经之处，是中原与西域*便捷的通道，在历史上具有重要的军事和文化地位。 　　塔里木盆地是一个封闭的内陆盆地。罗布泊位于盆地东北*低处，是盆地各主要河流(塔里木河、孔雀河及车尔臣河）的*下游和地表径流的*后归宿地，对水量的变化比较敏感。罗布泊历史上曾是河网交错、湖泊密布的水乡泽国。罗布泊是罗布洼地*大的一个湖泊。《山海经 西山经》记载在春秋战国时期，罗布泊向东可深入阿奇克谷地西部，几乎充满了整个湖盆（樊自立，1987)。汉代，罗布泊“广袤三百里，其水亭居，冬夏不增减”。《水经注》形容其“其水澄淳，冬夏不减，其中洄湍电转，为隐沦之脉。当其澴流之上，飞禽奋翮于霄中者，无不坠于渊波矣”，这说明魏晋时期罗布泊水面仍然很大。唐宋元明四代对罗布泊虽有记载，但无面积大小范围的说明。清代的阿弥达等于1782年来到了罗布泊地区，据其亲历称罗布泊“为西域巨泽，在西域近东偏北，合受偏西众山水 淖尔东西二百余里，南北百余里，冬夏不盈不缩”（《河源纪略 卷九》）。据此，清初罗布泊面积亦很大，但比起汉代以前就缩小多了。到了清代末年，据资料记载，罗布泊水涨时，仅有“东西长八九十里，南北宽二三里或一二里不等”，比起清初面积又大大缩小了。以上是我国的历史文献对罗布泊范围大小的记载，虽仅文字描述，不是很精确， 　　但亦可以看出罗布泊范围逐步由大到小的变化过程。近代对罗布泊做精确测量的是陈宗器等，他们于1930~1931年实测后认为罗布泊面积约为1900km2(陈宗器，1936)，“略作葫芦形，南北纵长一百七十里，东西宽度：北部较窄约四十里，南部向东澎涨处有九十里”。在1962年根据航测编绘的1=200000地形图上，罗布泊面积约为660km2。罗布泊的真正干涸是在美国1972年的陆地卫星影像上反映出来的（樊自立，1987)(图1.1)。 　　图1.1 1972年美国陆地卫星影像 　　1.1.2 区域地质地貌 　　罗布泊地区北部、东部和西部，分布着大面积的雅丹地貌，面积总共约3000km2，仅次于柴达木盆地西北部的雅丹地貌。目前关于雅丹地貌的成因，可以归纳为以下三种类型：以风的吹蚀作用为主的雅丹地貌类型，主要分布在孔雀河下游以南的楼兰古城一带；以流水的侵蚀作用为主的雅丹地貌类型，主要分布在三垅沙附近；在流水作用的基础上，再经过风的吹蚀作用所形成的雅丹地貌类型，主要分布在白龙堆一带。在罗布泊的东南部，即新疆、甘肃、青海三省（自治区）交界处，有一块面积约20000km2的库姆塔格沙漠。库姆塔格沙漠北部，主要分布羽毛状沙丘。这种羽毛状沙丘在我国是很少见的，在东部西南走向的沙垅间，两旁排列着无数平行的小沙垅，就好像鸟类的羽毛一样。关于羽毛状沙丘的成因目前认为其是在新月形沙垅的基础上发育演变而来（夏训诚，1985)。 　　罗布泊属于塔里木盆地东部洼地，完全发育在塔里木地块之上，其发育演变实际上是塔里木地块大地构造演化的一部分。在喜马拉雅碰撞造山过程中，印度板块向北强大的推动压力通过地块的刚性传递，塔里木克拉通也同样受到强大的南北向挤压应力的作用，其结果是天山和昆仑山向塔里木盆地的冲断推覆，引起昆仑山和天山的断块抬升和造山作用，塔里木克拉通则被强制压陷，成为一个压陷盆地。除此之外，塔里木克拉通四周的边界断裂还具有走滑活动，在东南和西北边界（北东向）*为明显，且表现为左行（左旋），东北和西南边界（北西向）则为右行（右旋）。罗布泊正处于盆地东南和东北两组边界走滑断裂中，即孔雀河断裂和阿尔金断裂的交汇内侧，在上述背景下两组断裂分别产生巨型右行和左行走滑，由此促成了罗布泊洼地的形成，地质上称为罗布泊凹陷（宫华泽，2010)。 　　青藏高原隆升是新生代以来亚洲乃至全球*重要的地质事件，不仅引起了欧亚大陆的海陆分布变迁，而且直接导致了东亚季风系统的形成，甚至被认为是第四纪全球降温的根本原因。罗布泊洼地是青藏高原北侧*大沉积盆地——塔里木盆地的沉积中心，其沉积历史不仅与气候变化有关，也与青藏高原隆升密切相关，这里的沉积与构造变形历史是高原构造变动的*真实反映，是解读青藏高原隆升的一把钥匙（宫华泽，2010)。在大地构造上，罗布泊洼地及南北山地原同属于塔里木地台，在三叠纪末发生构造分野，罗布泊洼地与周边呈反向运动状态，出现对照地形。新近纪末，罗布泊洼地才成为塔里木盆地统一的集水中心与侵蚀基准面。罗布泊洼地被第四纪地层广泛覆盖，北薄南厚，新近系出露于北部和东部（夏训诚，1985)。 　　随着塔里木盆地沉降中心的逐渐东移，罗布泊洼地*终成为盆地的汇水中心。罗布泊湖盆形成以后，早期的东部范围是很大的，可能间歇性地与东部许多洼地连通，由于水源主要由西部补给，东部洼地则成为罗布泊的自然排盐地，中更新世罗北凹地沉积了大量的钙芒硝（白龙堆所在地）。随着隆起区的进一步抬升和洼地西部裂张下陷，湖盆范围西移并进入纹理区湖盆演化阶段（夏训诚，2007)。 　　罗布泊凹陷北临库鲁克塔格断隆，有兴地断裂、孔雀河断裂分隔；罗布泊凹陷南部与阿尔金山断隆相邻，有与阿尔金断裂平行的车尔臣断裂（且末断裂）和若羌断裂由西南深入腹地；洼地东缘和北山山体相接（图1.2)。洼地的构造格局主要受早期形成于北侧的孔雀河右行走滑断裂带以及若羌左行走滑断裂带的控制。上述两组断裂常被认为是隐伏构造，但它们对现代水系（如孔雀河、车尔臣河等）变迁的影响和对全新世沉积的控制说明现今仍在继续活动，而罗布泊是一个仍在继续拉张的伸展断陷盆地。由于若羌断裂和孔雀河断裂的走滑速率和走滑规模并不相同，罗布泊洼地南北两部分的拉张速率和拉张规模也有所差异，如北部地表下1.5m处沉积物的形成年龄为31880±1800年，而南部地表下8.5m处沉积物的形成年龄仅为20780±300年，表明罗布泊洼地南部的扩张速率和扩张规模远大于北部，这也间接说明罗布泊的形成与若羌断裂及孔雀河断裂的活动密切相关（郭召杰和张志诚，1995)。 　　图1.2 塔里木盆地地质构造图（夏训诚，2007) 　　1.1.3 土壤与盐壳 　　罗布泊地区是塔里木盆地的*低洼处，曾是塔里木河等流域地表水和地下水的汇聚中心，加之气候极端干旱，又常年盛行单一的东部风向，这些因素共同决定了罗布泊地区在土壤形成发育方面的独特之处。随着地表水的聚集，由地表水携带的盐分不断在洼地积累，于是在罗布泊湖盆及其外围地区形成了各种类型的盐壳，罗布泊成了塔里木盆地积盐*重的地区。盐壳成分以氯化物为主，其他盐类含量较少，这符合盐分迁移的地球化学规律，因为氯化物的溶解度大，必然向着*低洼处迁移汇聚。同时，罗布泊地区的风蚀沙化十分严重，因为罗布泊地区全年盛行东北风，年平均风速为2.1~2.7m/s，年大于等于8级以上大风日数为12.0-37.8天。罗布泊地区土地的沙漠化十分严重，孔雀河、塔里木河下游广泛分布着河湖相沉积物，颗粒组成以粉、细砂为主，结构疏松，当水分条件发生变化或植被遭受破坏后，在强劲风力的吹扬下，容易起沙形成各种类型的沙丘。受风沙活动的影响，罗布泊地区很多类型的土壤表面常覆盖着一层细沙，形成盖沙的盐土、盖沙的草甸土及盖沙的胡杨林土等，使得土壤发育经常处于复幼状态，不利于有机物的积累。总体来说，罗布泊地区土壤的潜在肥力很低，有机质含量也不高，各种类型的土壤在风力的蚀积作用下，大部分*终都演变成了风蚀雅丹和沙丘（夏训诚，2007)。 　　罗布泊盐壳的总面积约20000km2，是国内罕见的积盐区之一，盐壳的种类多，形态各异，成因与化学成分亦不相同。罗布泊盐壳的广泛分布是与它特定的地质、地貌、水文及气候条件有关的。按照成因和形态的不同，罗布泊洼地的盐壳可以分为5种类型：埋藏盐壳、厚层龟裂状盐壳、薄层龟裂状盐壳、棱角状盐壳和垡块状盐壳。埋藏盐壳分布在湖盆北部的台阶地形上，这种盐壳的特点是盐壳上覆盖着20~40cm厚的干燥砂砾层，盐壳层出现在20~60cm深处，厚度为30~40cm，坚硬紧实，多为盐与沙的胶结体。厚层龟裂状盐壳在罗布泊地区分布广泛，但主要集中在湖盆中心。这种盐壳的特点是形态呈龟裂状，单个龟裂片直径可达0.5~1.0m，龟裂缝宽5~15cm，深10~20cm。厚层龟裂状盐壳受热发生膨胀挤压，抬高后可形成盐壳尖角，盐壳尖角一般可高出地面30~60cm，*高可达1m。薄层龟裂状盐壳主要分布在罗布泊*后消亡退出的湖盆中及某些环状条纹的暗色调部分。其特点也是呈龟裂状，但厚度较薄。棱角状盐壳主要分布在罗布泊东部阿奇克谷地、湖盆南部与山麓洪积扇扇缘过渡地段以及喀拉库顺和台特玛湖湖盆的外围地区。这类盐壳的特点是棱角明显，有尖角突起，地面坑洼不平。垡块状盐壳主要分布在罗布泊湖盆北部西部的湖成阶地上。一般高出湖盆2~4m，盐壳层的厚度为30~40cm，*厚可达60cm(图1.3)。在前述5种盐壳中，除棱角状盐壳不是发育在湖泊相沉积物上外，其余都是在湖泊沉积物上发育来的。因此，罗布泊盐壳的形成和湖泊的演变有着极为密切的关系（樊自立等，1987)。 　　图1.3 罗布泊洼地盐壳类型图（夏训诚，2007) 　　全新世以来，罗布泊的范围大致和卫星影像上（图1.1)*外面一圈“环束线”相吻合。在显示出浅色“环束线”的各条带上，主要分布着厚度不等的龟裂状盐壳。龟裂状盐壳的形成与湖水的涨落、进退关系十分密切。当湖水上涨时，湖滨地带受到湖水的浸润，沉积的盐泥遇水会发生膨胀。当湖水退却时，水分减少，沉积的盐泥干裂，便产生裂缝，并形成大小不等的龟裂片。在罗布泊的演变过程中，有时湖水在一个地方滞留的时间长一些，由于湖滨地下水位高，高矿化的地下水在强烈的蒸发作用下，便形成厚度较大、坚硬的龟裂状盐壳。厚层龟裂盐壳的盐分组成以氯化钠为主，光谱反射能力强，色调较浅。在湖水退却较快的地方，由于湖滨积盐时间较短，形成薄层龟裂盐壳。这种盐壳中硫酸盐的成分会增加，比较疏松，地表呈现为青灰色，光谱反射性能较低，色调比较深（夏训诚，2007)。 　　1.2 罗布泊地区气候特征 　　塔里木盆地的干旱气候，可以追溯到新近纪和第四纪初期。古近纪我国气候受行星风系的支配。新近纪发生了强烈的地壳运动，古地中海消失，欧亚大陆连成一片。由于大陆与海洋间热力作用的差异，而逐步建立起东亚季风环流。青藏高原在上新世初期海拔很低，还未能严重影响行星风系环流系统。此时塔里木盆地的气候还是比较湿润的。在上新世末期、更新世初期，再次发生了强烈的地壳运动，青藏高原大幅度上升。它的隆起对塔里木盆地的气候产生了极为深远的影响。在夏季，来自印度洋的西南季风很难越过青藏高原进入塔里木盆地，加上盆地的东西两侧和北面大山的阻隔，太平洋、大西洋等暧湿气流无法深入。而冬季在西伯利亚-蒙古高压的控制下，气候也异常干燥。有研究认为早在第四纪冰期之前，西南季风就已经很难到达亚洲中部了（夏训诚和樊自立，1987)。 　　罗布泊是塔里木盆地的汇水中心，历史上曾经汇聚了包括塔里木河、孔雀河、车尔臣河等众多河流的来水，除古疏勒河由东部阿奇克谷地注入罗布泊以外，其余的河流均由西侧汇入（图1.4)。