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长江发源于青藏高原唐古拉山格拉丹东雪山，穿越多个不同性质、不同时代、高低起伏的地质单元。其上游的水系变迁一直是学术界关注的问题，相关的研究已经有近百年的历史。以前的研究多从河流地貌、水系结构等方面着手，但是由于缺乏可靠的证据，水系变迁的过程和形式一直存在较大争议。
长江上游水系变迁研究是长江发育演化研究的重要内容，它涉及金沙江的发育演变、四川盆地的构造演化以及三峡贯通等一系列问题，是系统研究河流地貌的一个重要尝试。重建长江上游水系演变历史将有助于探求现代长江上游水系格局形成的原因。正确认识长江上游水系演化规律，对水利工程等的建设也有重要的参考价值。
本研究以长江上游阶地堆积物的物质成分为着眼点，对金沙江下段石鼓—巧家河段和川江宜宾—丰都河段进行了详细的阶地调查，并采集了60个重矿物样品、15个热释光样品和16个电子自旋共振样品，进行了物质成分和阶地堆积年龄的测定。
根据阶地重矿物特征和阶地的分布高度等，将金沙江下段和川江的阶地都分为不同的阶地体系。不同阶地体系对应着不同的物质来源，而这反映了不同时期流域范围曾经发生变化。所以通过论证存在不同的阶地体系就可以证明水系变迁。
金沙江下段7个地点的20个阶地的分析结果表明，金沙江下段阶地可以分为高、低两个体系。该河段拔河高度在156m以下的低阶地体系重矿物特征比较相似，而各地点高阶地体系的重矿物特征差异较大。金沙江下段低阶地体系的重矿物组合可以统一为绿帘石—石榴子石—角闪石—锆石。金沙江下段高阶地体系的重矿物组合有很多种：如绿帘石—锆石—金红石—石榴子石—白钛石、锆石—金红石—白钛石—电气石—绿帘石、锆石—绿帘石—金红石—电气石—白钛石、绿帘石—电气石—锆石—金红石—石榴子石等。
对川江9个地点的30个阶地及河漫滩的分析显示，川江阶地可以分为高、低两个体系。该河段拔河高度在100m以下的低阶地体系重矿物特征比较相似，而各处的高阶地体系重矿物特征有较大差异。川江低阶地体系的重矿物组合可以统一为绿帘石-锆石-角闪石-石榴子石-金红石。而川江高阶地体系的重矿物组合类型很多：如钛铁矿-锆石-电气石-绿帘石-金红石、锆石-金红石-电气石-自钛石、石榴子石-锆石-磷灰石-金红石-电气石、锆石-绿帘石-金红石-电气石-石榴子石等。金沙江下段的高阶地体系、川江的高阶地体系中阶地的重矿物特征有很大差异，所以推测高阶地体系的物质来源不一样，其物源区具有多元性。当时的水系很可能与现代水系不同。
金沙江下段的低阶地体系之间、川江的低阶地体系之间重矿物特征比较相似，所以推测低阶地体系的物质来源比较一致，都是现代长江形成的阶地堆积物。
结合水系结构、古地理演化等资料进一步讨论了金沙江的古流向与川江倒流的可能性。第三系在滇西地区广泛分布而在滇东地区相对缺失，这表明第三纪时金沙江上段与下段尚未贯通，金沙江并未向东流。根据金沙江下段“W”状的总体形态，并结合倒插河与不适称河的存在，认为金沙江下段曾有多条沿着南北向断裂发育的河流存在。通过对地貌形态与堆积物物质成分的分析，认为金沙江以前是沿着“白汉场-剑川古河谷”往南流的。
四川盆地晚三叠统到白垩系是向西退覆的，表明第三纪时四川盆地内的地势是东高西低的。川江水系倒插河的存在说明四川盆地内的水系有可能曾经总体上向西流。后来发生倒流才改为向东流。
构造变动是本区水系变迁的主要驱动力，第四纪以来，由于青减高原、川西高原以及云南高原等相继隆升，以前的水系格局被打破。河流袭夺是水系变迁的主要形式，以前往南流的金沙江被长江袭夺而改向东流：四川盆地内的水系由于地势改变也转为向东流。此后，金沙江上段、下段与川江贯通形成现代长江上游的水系格局。