尝试回答一下,更多具体资料还在看,之后可能更新。这是一个非常有研究价值的地理问题。
(1)可能的成因
是自然形成的,这种河流几乎垂直穿过山脉的情况有两种主要成因:先成河和袭夺河。分别可以大致对应“先有长江”和“先有山脉”两种情况。
先成河就是指,在山脉隆起之前,河流已经是这样的走向,因为山脉隆起速度较为缓慢,所以河流可以同时下切山体,保持不被阻断。只要河流下切速度可以平衡山脉隆起速度,河流可以保持原有的流路。嘉陵江更上游一些,昭化到合川的河谷就是这么形成的,其中昭化以南的一段可以算峡谷了。原有的河流在平坦的地形上形成了曲流,之后随着这一带岩层的缓慢抬升,河流逐步下切,把曲流刻在了隆起的山地中。
袭夺河是指,河流形成于山脉隆起之后,山脉两侧分别是两个水系,山脉构成分水岭。两侧的水系都有发源于山脉的支流。其中一条支流切穿了分水岭,会把另一侧的水系抢过来,变成自己的上游。河流袭夺的例子可以看一下我的另一个回答里最后举的例子:
另外也可以参考下面的示意图(来源网络):
具体到嘉陵江和长江穿过华蓥山(更准确地说是川东平行岭谷区域)时,成因属于袭夺河还是先成河,我目前还不能确定。但是总之,河流拦腰穿过山脉最大的可能性就是上述两种。
(2)与长江三峡类比
事实上,川东平行岭谷的这些山脉,与长江三峡中瞿塘峡和巫峡穿过的山脉是同样的成因,它们都是背斜,也就是岩层拱起的地方,而它们之间的谷地(比如重庆主城、又如长江丰都-奉节段,又如巫山、巴东县城所在的宽谷),都是向斜,也就是岩层凹下的地方。你有看卫星图的话,这一系列地质构造的一致性应该是非常明显的。
同时,瞿塘峡和巫峡也是拦腰穿过背斜形成的峡谷,与你截图的的成因应该也具有一致性。下图是一张川东岭谷地区长江、嘉陵江峡谷的大合影,可以清晰地看到河流穿过背斜形成峡谷的模式。
换句话说,摸清瞿塘峡和巫峡的成因或许也有助于我们理解重庆主城附近几处峡谷的成因。但很可惜的是,这个依然还没有学术上的共识。有人认为是长江形成这个走向之后,随着巫山的抬升而下切,最终形成今天的长江三峡。也有人认为三峡以西的长江本来是向西流入四川盆地的,后来被东侧的古长江不断溯源侵蚀,最终袭夺了整个长江上游水系东流入海。总体上,可能更倾向于袭夺一说。
(3)我个人的猜想
我认为袭夺成因更有可能。主要有以下几方面的考虑:
第一,嘉陵江合川以上的曲流:
合川以上的嘉陵江、渠江、涪江都是典型的曲流河道,并且完整地从盆地北缘延伸到合川,说明它们在形成时就处于平原的环境下,之后的地层也一直是整块抬升,保持了大体上的水平,没有出现川东岭谷的褶皱活动。然而在合川以下,嘉陵江几乎没有了曲流,而是近乎直线通过了三条背斜,并且在背斜两侧有少数平行于背斜的河段,形成了几个直角弯。这说明嘉陵江河道形成时,这一段的地质构造已经与合川以上不同。反之,假设是河流形成后这几条背斜再隆起的,河流应该可以在穿过背斜的同时仍然保留比较典型的曲流形态(如昭化一带的嘉陵江)。
第二:平行岭谷向斜段的河道:
在平行岭谷的向斜部分,长江和嘉陵江都形成了许多段与向斜平行的纵向河谷,在河谷中,或为平行于向斜的直线河道,或为总体延伸方向与向斜平行的曲流河道。直线河道如长寿以南段、丰都至奉节段、巫山大宁河宽谷段。曲流河道如长江重庆主城段、忠县附近段。此外还有华蓥山以西的渠江,几乎全程与华蓥山背斜平行。上述河谷的走向说明它们一定形成于川东平行岭谷形成之后。
第三:峡谷两端的直角拐弯:
在平行岭谷区每个峡谷的两侧,几乎都是直角拐弯,这个拐弯发生在或长或短的平行于向斜的纵向河道与垂直于向斜的峡谷之间。这样的拐弯形态也很难理解为先成河就已经具备。同时隐含的另一个特点是,所有峡谷都是垂直于背斜切过,如果峡谷位置的走向在背斜形成前就已经确定的话,也不可能所有的都这么凑巧。这只能解释为背斜隆起后,落在山脊的雨水顺着最陡坡向流下,逐渐形成一系列相互平行,又全部垂直于背斜的小河。其中切割最快的小河切穿了分水岭,袭夺了背斜另一侧的向斜山谷里的水系。
第四:广泛分布的棋盘状水系:
不仅仅嘉陵江和长江有这样的现象,在川东平行岭谷地区的许多河流都由平行于向斜的纵向河段和垂直切穿背斜的横向河段交替组成,形成了一种棋盘状的水系。达州附近的州河、渝北和邻水的御临河、巴南的五布河、忠县的黄金河、云阳的彭溪、巫山的大宁河等等,全部都是这样。除了主河道以外,还有大量垂直于或平行于构造线的支流。这样的棋盘状水系明显是大批的袭夺作用的成果,而嘉陵江和长江放在这样的大背景下也并不显得特殊了。
综上所述,我的猜想是,本来在各个向斜山谷里,有平行于向斜的河流,它们两侧则是发源于背斜山地的小支流。河流在较窄的向斜中为直线河道,在较宽的向斜中仍然可以发育一定的曲流。而平行岭谷西北侧的嘉陵江、涪江、渠江水系,会合后很可能继续平行于华蓥山向西南流去。即继续渠江的流向。之后由于支流对背斜山地的侵蚀作用,向斜谷地的水系通过袭夺作用互相串连起来,形成了今天的格局。而长江和嘉陵江只是利用了这个棋盘状水系的一部分将来源于青藏高原的巨大水量输送出去。
以上我的全部推理,主要还是根据卫星地图,以及朴素的一致性原则,即同一区域、同一地质构造背景、同一气候下,类似的自然现象应该有类似的成因。但是在实际的地理研究中,这只是非常初步的一个阶段。接下来,为了验证提出的猜想,还需要进行实地考察,从河流沉积物、河流阶地等实物证据中寻找地貌演化的痕迹。比如可以通过沉积物的特性和特定的矿物成分确定沉积物形成时河流的大小和源头的方向。可以通过河流阶地的倾斜方向和高度确定当时河流的流向和至今为止下切的深度。
我没有能力进行这些实地的考察,只能抛砖引玉,提供思考的方向,希望对你有帮助。
川东平行岭谷的最终形成至晚应该是晚白垩纪,也就是6500万年前就已经形成了。而且此后四川盆地东部的地貌格局变化很小。背斜成山、向斜成谷,岩层与地表平行,这都保留着非常早期的的地形起伏特点(除了背斜山的顶部被侵蚀掉了,现在山顶是岩溶夷平面),没有出现过背斜向斜全部夷平的阶段。而河流的形成是非常短时间尺度的过程,比如长江的最终贯通,最早的估计也是数百万年以内发生的事情。而普通的河流袭夺过程只需要几万年到几十万年的时间就可以发生。所以结合上文提到的地貌特征,可以判断应该还是先有华蓥山,后有长江。即现在的水系格局是在顺地质构造发育的水系上通过河流的袭夺、重组重新形成的。
本文的结论只适用于四川盆地,因为这是一个极为稳定的块体,自中生代以来盆地内部只有和缓的褶皱,没有被断层解体,也没有大规模的褶皱生成。相比之下,青藏高原在第四纪以来两百多万年的时间里可以抬升数千米。而华北的太行山也是第四纪以来重新抬升形成,与华北平原之间的断层同样错开了上千米的高差。同一个第三纪的夷平面,在太行山被抬升到一千多米的海拔,而在华北平原被埋在地下。这样的活动在四川盆地内部是见不到的。所以如果分析华北或青藏高原的水系变迁,山和河谁先形成真的就不一定了。
比如燕山、太行山的很多穿过山脉的大河流都是先成河。它们在穿过太行山的时候有深切曲流的形态,这些曲流形成时这里还是河谷平原,后来河谷被抬升到一千多米的高度,同时河流不断下切,就形成了具有曲流形状的深切峡谷。比如漳河、滹沱河、唐河、拒马河、永定河、潮白河、滦河,都是这样的先成河。它们的形成比太行山和燕山的隆起更早。但是像青藏高原这样抬升实在太快太大、还发生了大量的断裂和褶皱活动的,原来的水系也破坏殆尽了,现在的河流都是非常年轻的新生河,它们大多顺着地质构造的走向发育。
参考文献:
[1]王平.2010.中国地质大学(北京).博士论文.川东—雪峰褶皱逆冲带的弧形构造及长江中游袭夺—反向过程
[2]吴忱.2001.华北地震科学.华北山地的水系变迁与新构造运动