三門(mén)峽黃河形成演化的關(guān)鍵

三門(mén)峽黃河形成演化的關(guān)鍵

黃河是中國(guó)的第二條河流，發(fā)源于青藏高原，流經(jīng)洛杉磯高原、華北平原和東部大海。黃河的發(fā)育受構(gòu)造、地貌、氣候和水文等自然因素控制,與青藏高原、黃土高原、華北平原和黃海陸架的演變有著緊密的成因聯(lián)系,是綜合反映東亞構(gòu)造地貌和自然環(huán)境變遷的重大地質(zhì)事件,因而受到普遍的關(guān)注與重視[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19]。從宏觀(guān)上看,目前根據(jù)不同河段的黃河沉積學(xué)和地貌學(xué)研究所獲得的認(rèn)識(shí),尚不能圓滿(mǎn)說(shuō)明黃河水系形成的原因和時(shí)代。晉豫間的三門(mén)峽段黃河位于黃土高原與華北平原的轉(zhuǎn)折帶上,其上黃河流經(jīng)一系列山地(構(gòu)造抬升區(qū))和盆地(構(gòu)造沉陷區(qū)),其下則進(jìn)入平坦的平原。三門(mén)峽段基巖山地曾是黃河?xùn)|流入海的最后一道障礙,是研究和探討黃河發(fā)育、演化的關(guān)鍵部位之一。只有三門(mén)峽段基巖山地被貫穿,并使黃河上、中游來(lái)水東流入海,才稱(chēng)得上黃河干流的最終形成。本文主要就三門(mén)峽上、下峽口處古三門(mén)湖消亡與邙山黃土發(fā)育來(lái)探討黃河三門(mén)峽貫通時(shí)代。1黃河內(nèi)流水系的形成黃河演化歷史上,曾經(jīng)歷了河湖相間、河湖并存的階段?，F(xiàn)代意義的黃河是在貫通一系列古湖泊的基礎(chǔ)上形成的。由于不同河段古湖泊消亡的時(shí)間及入湖古河流的階地發(fā)育狀況不同,因而不同研究者對(duì)黃河形成時(shí)代問(wèn)題的認(rèn)識(shí)各有差異,從上新世至全新世,可謂眾說(shuō)紛紜。主要有以下幾種代表性認(rèn)識(shí):王乃通過(guò)山西陜西間黃河峽谷地貌研究,認(rèn)為該段河谷遠(yuǎn)在上新世以前就已存在。德日進(jìn)等根據(jù)河曲、保德附近新生代地層研究,認(rèn)為黃河形成時(shí)代不晚于上新世保德期。李容全認(rèn)為最晚在上新世初期(第一外流期)就已有了黃河,它是串通、連接晚第三紀(jì)初期的一些盆地而形成的。至保德期末、靜樂(lè)期初,由于構(gòu)造活動(dòng)黃河被截成數(shù)段而注入到下游一側(cè)的內(nèi)陸湖泊,無(wú)河水外泄(內(nèi)流時(shí)期)。自中更新世中晚期,即0.3~0.25MaB.P.以來(lái),黃河重新恢復(fù)外流河的面貌,完全繼承了第一外流期的流路而東流入海(第二外流期)。袁寶印等根據(jù)對(duì)黃河階地及地文期的研究,將黃河發(fā)育歷史分為三個(gè)階段:①黃河雛形期,時(shí)代為上新世,黃河至少已達(dá)河套地區(qū);②河湖并存期,早更新世至中更新世,黃河已達(dá)到共和盆地;③大黃河期,晚更新世至今,現(xiàn)今黃河的基本面貌形成。朱照宇通過(guò)水系沉積物特征的研究,認(rèn)為黃河主要形成于1.67~1.43MaB.P.期間。李吉均等則認(rèn)為發(fā)生于1.7MaB.P.的青藏運(yùn)動(dòng)C幕,黃河開(kāi)始出現(xiàn);1.2MaB.P.發(fā)生的黃河運(yùn)動(dòng)使黃河切開(kāi)積石峽流入臨夏—蘭州盆地,同時(shí)切開(kāi)三門(mén)峽東流入海,黃河現(xiàn)代水系格局形成。滕志宏等認(rèn)為黃河形成于早更新世早期,約1.6~1.5MaB.P.。楊守業(yè)等通過(guò)對(duì)黃河三角洲沉積物元素組成的研究認(rèn)為早更新世時(shí)黃河全河貫通成為一條完整的河流。岳樂(lè)平等通過(guò)黃河中游階地發(fā)育時(shí)代的研究認(rèn)為,早更新世后期,大約于1.2MaB.P.前后,現(xiàn)代黃河主干流形成。潘保田等通過(guò)黃河中游夷平面和階地的研究,認(rèn)為發(fā)生于1.1MaB.P.的黃河運(yùn)動(dòng)使得黃河向上游擴(kuò)展和三門(mén)峽被打通,統(tǒng)一黃河形成。黃萬(wàn)波等通過(guò)對(duì)三門(mén)峽地區(qū)哺乳動(dòng)物化石的研究,認(rèn)為黃河形成的時(shí)間在早更新世末或中更新世初。薛鐸通過(guò)汾渭盆地與河南平原地區(qū)更新統(tǒng)介形類(lèi)化石組合對(duì)比,認(rèn)為三門(mén)峽以東黃河形成的時(shí)代為中更新世初期或早更新世末期,距今約七八十萬(wàn)年至一百萬(wàn)年左右。劉書(shū)丹等通過(guò)河南東部平原第四紀(jì)沉積物特征,認(rèn)為黃河形成于中更新世早期,距今約0.73MaB.P.。張伯聲、丁夢(mèng)林和張抗則認(rèn)為黃河在晚更新世后期相繼打通禹門(mén)口和三門(mén)峽,使一系列內(nèi)陸湖盆貫通相連,黃河最終形成。吳錫浩等、王蘇民等將三門(mén)古湖沉積記錄的環(huán)境變遷與黃河貫通東流進(jìn)行聯(lián)系,大致發(fā)生在150kaB.P.的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和河流襲奪導(dǎo)致外流黃河形成。夏東興等則認(rèn)為全新世早期黃河中上游貫通,并沖出三門(mén)峽,黃河形成。2黃土地層及沉積特征邙山黃土主要分布于黃河出三門(mén)峽后的黃河南岸,以河南省鄭州市西北的邙山塬發(fā)育最佳,其特色是晚更新世黃土厚度巨大。它不僅是過(guò)去全球變化的良好記錄,而且也是構(gòu)造地貌過(guò)程的環(huán)境響應(yīng)。邙山黃土以位于邙山塬中部的趙下峪剖面發(fā)育最好,出露S10以上黃土地層(圖1),總厚度大于172.1m,其中末次間冰期S1古土壤厚15.7m,末次冰期L1黃土厚77.3m,是由晚冰階L1LL1黃土、間冰階L1SS1古土壤和早冰階L1LL2黃土組成的復(fù)合黃土,厚度分別為41.6m、13.2m和22.5m。邙山塬東北緣的桃花峪剖面出露S5以上黃土—古土壤序列,地層厚度約130m。其中S0古土壤厚0.6m,L1黃土厚70.8m,S1古土壤厚9.9m,L2黃土厚12.4m。L1復(fù)合黃土由分別厚29.8m、19.5m和21.5m的L1LL1黃土、L1SS1古土壤和L1LL2黃土組成。邙山塬西北角孤柏嘴剖面出露S8以上黃土—古土壤序列,地層厚度約116m。上部晚更新世以來(lái)黃土—古土壤序列厚度亦可達(dá)83.5m,其中S0古土壤厚0.6m,L1復(fù)合黃土總厚78.1m,S1復(fù)合古土壤厚11.2m,L2黃土厚4.8m。邙山黃土地層與黃土高原同期黃土地層[5,25,26,27,28,29]相比較(表1),S1及以上地層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于黃土高原地區(qū)黃土和古土壤的厚度,L2黃土略厚些,而S2以下則大致相近,顯示出明顯的區(qū)域性特征。邙山黃土的平均沉積速率以末次冰期L1黃土的平均沉積速率最大,趙下峪剖面L1黃土的平均沉積速率為1.25mm/a(表2),其中L1LL1黃土的平均沉積速率高達(dá)3.45mm/a,末次間冰期S1古土壤的平均沉積速率雖然相對(duì)較L1黃土小得多,但仍可達(dá)0.28mm/a,高于L2黃土的0.18mm/a。對(duì)比黃土高原內(nèi)部(表3),沉積速率相對(duì)較高的渭南剖面,黃土的沉積速率約為0.11~0.13mm/a,古土壤僅為0.06~0.08mm/a。對(duì)于遠(yuǎn)離沙漠的邙山地區(qū),出現(xiàn)L2以上風(fēng)塵沉積速率顯著加快,形成末次間冰期以來(lái)巨厚的黃土—古土壤序列的現(xiàn)象,其原因應(yīng)是沉積環(huán)境突變和特定的地方性氣候條件所致。從圖1可知,邙山黃土地層的粒度組成比中粗顆粒組分占較大比例,L2黃土以上地層>45μm的中、粗粒組分含量一般變化于10%~40%之間,局部層段可達(dá)50%左右,較黃土高原腹部地區(qū)粒度明顯偏粗,說(shuō)明來(lái)自西北沙漠經(jīng)黃土高原到達(dá)該地的成分極為有限,大部分為近源物質(zhì),是一種近源粉塵堆積。高沉積速率需要豐富的物源供應(yīng),孟津以東的黃河沖積扇是邙山黃土的主要源地。邙山晚更新世黃土地層表明大約于150kaB.P.前后的邙山地區(qū)的沉積環(huán)境有一重大突變,可以認(rèn)為,這一環(huán)境突變事件可能與三門(mén)峽的貫通密切相關(guān)。3古門(mén)峽古湖即三門(mén)峽水庫(kù)古三門(mén)湖的發(fā)育、演變與黃河的形成密切相關(guān)。三門(mén)古湖分布范圍東起三門(mén)峽,西達(dá)寶雞,發(fā)育一套河湖相沉積地層(圖2),以三門(mén)峽上峽口附近的山西省平陸縣黃底溝(圖3)和河南陜縣東坡溝兩剖面出露較好,研究亦為詳細(xì)。黃底溝剖面,較完整地記錄了三門(mén)組的層序。三門(mén)組下部為底礫石層,中部以粘土為主,上部以砂層為主。從黃底溝剖面磁性地層和年代學(xué)初步研究結(jié)果可知(圖4),三門(mén)組沉積開(kāi)始于5MaB.P.左右,結(jié)束于150kaB.P.左右。三門(mén)組的最高層位為厚約36m的“白砂層”(圖3,E剖面和B剖面上部)。白砂層交錯(cuò)層理發(fā)育,夾礫石透鏡體,頂部為薄層礫石,其上為黃土所覆蓋。地貌上構(gòu)成海拔460~480m的臺(tái)地,相當(dāng)于IV級(jí)階地。頂部白砂層的意義在于它指示了中更新世末期一次古湖水位快速升高的突發(fā)事件,反映上游有更大的來(lái)水進(jìn)入三門(mén)古湖,堆積了高水位沉積的厚層砂及礫石層。礫石層中含大量成分屬三門(mén)組粘土的泥球,指示了三門(mén)古湖行將被河流所取代。根據(jù)熱釋光測(cè)年結(jié)果,在411高地后緣的E剖面,上覆黃土中距“白砂層”頂面1.1m處的熱釋光年齡為100.5±7kaB.P.、距砂層頂面之下5.4m處灰白色粉砂的熱釋光年齡為251.8±23kaB.P.。另外,黃河III階地粉砂的熱釋光年齡為148.3±10.5kaB.P.。據(jù)此推算,白砂層頂面年齡約為150kaB.P.,即古三門(mén)湖大約于150kaB.P.前后結(jié)束沉積。三門(mén)組沉積結(jié)束后,形成了以三門(mén)組為基座的海拔高程分別為400~410m、370~380m和340~350m的三級(jí)黃土覆蓋階地。若以當(dāng)?shù)卦S河水面高程290m計(jì)(現(xiàn)三門(mén)峽水庫(kù)水位310m左右),T1、T2和T3的拔河高度分別為50~60m、80~90m和110~120m。這三級(jí)黃河階地上覆的黃土狀堆積古土壤發(fā)育不明顯。4古湖其北的黃河水系古地理巨厚的邙山晚更新世黃土堆積與三門(mén)古湖消亡是發(fā)生于150kaB.P.前后相互聯(lián)系的環(huán)境突變事件,兩者的聯(lián)系紐帶就是開(kāi)始貫通三門(mén)峽的黃河。150kaB.P.前后,黃河上、中游從各自獨(dú)立的內(nèi)流水系逐步相互連通,因而干流水量增加,匯集于古三門(mén)湖,并堆積了三門(mén)組頂部“白砂層”。上游來(lái)水的大量進(jìn)入,使古湖水位升高,湖水開(kāi)始從東部三門(mén)峽地壘山地低緩的分水埡口向東溢流,并不斷下切,最終切穿三門(mén)峽,三門(mén)湖水外泄,古湖消亡。黃河干流進(jìn)入華北平原,最終形成東流入海的黃河水系。貫通三門(mén)峽后的黃河因侵蝕基準(zhǔn)面下降而加劇溯源侵蝕,并攜帶著從黃土高原侵蝕下來(lái)的大量泥沙來(lái)到華北平原,出峽口后在孟津以東沉積形成巨大的古沖積扇和廣闊的華北大平原。偏北冬季風(fēng)又把黃河沖積扇扇頂部位的細(xì)粒物質(zhì)吹揚(yáng)為粉塵,在下風(fēng)擴(kuò)散部位快速堆積,形成巨厚的邙山晚更新世黃土。邙山晚更新世黃土地層的高沉積速率需要豐富的物源供應(yīng)來(lái)支持,結(jié)合三門(mén)古湖的消亡,表明三門(mén)峽地區(qū)的沉積環(huán)境有一重大突變。這一變化與黃河開(kāi)始貫通三門(mén)峽和外流黃河水系形成有關(guān)。據(jù)三門(mén)峽地區(qū)的黃河階地分析,只有T1、T2和T3三級(jí)低階地才與外流的黃河水系相關(guān)。三門(mén)峽峽谷入口河段,黃河發(fā)育六級(jí)黃土覆蓋階地,三級(jí)低階地可與三門(mén)峽