关于黄河东段发育演化的地质历史与过程

发布网友 发布时间：2022-05-04 20:24

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热心网友 时间：2022-06-25 15:33

11.1.1.1 黄河东段形成于周口店早期或泥河湾晚期，距今大约0.78～1.00Ma

薛铎根据河南平原更新统介形类化石的研究及其与汾渭盆地更新统介形类化石组合面貌的对比分析，对黄河东段即三门峡以东的形成时代进行了探讨。

微体古生物介形类是微体节肢动物，现代种除个别分子外，绝大多数生活在江河、湖泊、池塘、沼泽及海洋等地表水体中，其地理分布的扩大或转移，是靠地表水体的沟通而完成的。因此，两地介形类组合面貌的异同程度往往反映两地之间地表水体的沟通程度。河南平原地层，尤其是周口店期以上段地层，介形虫化石丰富，是第四系中获得微体化石最多的地段，这为开展三门峡以东黄河形成时代的研究提供了充分的佐证资料。

资料表明，泥河湾期早期汾渭盆地的第三介形类组合以Cyprideis（正星介）、Leucocythere（白花介）、Ilyocypris（土星介）、Candoniella（小玻璃介）和Candona（玻璃介）最为常见。此外，下部见有Sanyuania（三原介）、Callistocythere（美花介）、Sinocytheridea（中华美花介）和Tanella（陈氏介）等海相介形类，并与有孔虫共生。反映了微咸水湖泊的环境（表11.1）。该组合的主要分子如Cyprideis，Tanella，Leucocythere和Sinocytheridea也见于三门峡盆地的泥河湾阶中，如Lsh孔281～390m及黄底河剖面2～16层（袁凤钿，1986），从而说明当时三门峡盆地与汾渭盆地是一个连在一起的湖泊，谓之三门古湖。而在三门峡以东的河南平原地区的泥河湾阶中，汾渭盆地常见的Cyprideis，Sanyuania，Leucocythere，Callistocythere，Sinocytheridea及Tanella等均无发现。介形类化石组合是以Ilyocypris，Candona和Candoniella等淡水类型为主，与汾渭-三门峡盆地的介形类组合面貌相差甚大，说明当时两地之间没有大的地表水体沟通，处于相对封闭隔离的状态（薛铎，1996）。

表11.1 汾渭盆地第四纪地层层序及化石组合对照表

（薛铎，引自林和茂等，1996）

到了泥河湾期晚期，汾渭盆地的第二介形组合面貌以Llyocypris，Candoniella最为常见，其次为Leucocythere，Candona和Cyprideis，反映了湖水盐度较前降低，为淡水-微咸水环境。本组合与河南平原地区同期介形类组合虽有许多属种相同，如Ilyocypris，Candoniella，Candona等淡水类型，但差别依然明显，表现在Leucocythere，Cyprideis等属在河南平原的缺失。因而说明两地之间此时仍无大的地表水体沟通。

然而，到了周口店期情况发生了重大变化。河南平原地区的介形类同汾渭盆地的介形类组合面貌具有明显的相似性。汾渭盆地第一介形类组合的5个属全部在河南平原地区见到，且Lishania（骊山介）不仅是汾渭盆地最常见的代表属，也成为河南平原地区常见的代表属（表11.2）。同时，Lishania又是河南新增属及外来分子。所有这些都足以说明，在周口店期初期，汾渭盆地与河南平原地区之间，已有相当规模的地表水体沟通，即三门峡以西的湖水已经大量东泄取道河南平原入海，黄河东段得以逐渐形成（薛铎，1996）。

表11.2 河南平原Qp₂-Qh时期Lishania分布简表

（据薛铎，1996）

上述观点，在汾渭盆地及河南平原地区更新统的岩性特征及沉积学特征中亦能找到佐证。在汾渭盆地，井下秦川群与下伏三门组为不整合接触（陈万川等，1982），此系周口店期早期或泥河湾期晚期湖水大量东泄、湖面大幅缩小所致。地表泄湖组不仅名字形象地表明为湖水东泄后的沉积，而且物质成分为坡积和冲积物，与下伏地层不整合或假整合接触（林和茂等，1982）。在河南平原北部和东部平原地区，泥河湾阶以棕色、棕褐色、灰绿色具混粒结构的亚黏土、亚砂土及砂砾石层为主，物质成分明显来源于附近山区。而周口店阶以淡*、灰*、颗粒较细、分选较好的砂层和亚砂土为主，物质成分明显来自西方的黄土高原，为黄河搬运所致（薛铎，1996）。

考虑到Lishania等外来分子在河南平原并不是全部出现在周口店阶与泥河湾阶的界线之上，而是在该界线之下附近也有少量出现。因此，黄河东段形成的时间不排除在泥河湾期晚期的可能性。同时，外来分子的少量出现还说明在湖水大规模东泄之前，在一段时间内，黄河曾是一条由不时决溢而形成的间歇性河流。综上薛铎认为，黄河东段的形成时间为周口店期早期或泥河湾期晚期，大约1.00～0.78Ma。

11.1.1.2 黄河东段形成于萨拉乌苏期初期，距今大约0.130Ma前后

蒋复初、吴锡浩、肖国华从邙山黄土的沉积特征及三门古湖的消亡来探讨三门峡的切穿时代，进而对黄河东段的形成进行了研究。

邙山塬位于河南平原西部黄河南岸，它由S₈以上厚度大于170m的风成黄土组成。现存塬面东西长约18km，南北宽约5km，最高海拔262m，是黄土高原与河南平原过渡带上最东南缘的黄土塬。

（1）邙山黄土的沉积特征与物质来源

1）沉积物磁化率测量特征与层位对比。根据岩性和磁化率特征，邙山桃花峪剖面S₂以上地层自上而下划分17层（图11.1）。S₁以上地层，孙知明曾以50cm间距进行了古地磁研究，结果表明全为正向磁化，应为布容正向极性时。

图11.1 邙山桃花峪剖面黄土-古土壤序列与磁化率、粒度曲线图

（据蒋复初等，1998）

1—黄土；2—浅发育古土壤；3—古土壤；4—古地磁正向极性时

依据地层序列，结合TL，¹⁴C测年数据及磁性地层特征，蒋复初等认为桃花峪剖面71.4～81.3m和93.7～94.7m两层深发育古土壤可分别与黄土高原S₁和S₂对比，71.4m以上为马兰黄土和全新世黄土及古土壤。剖面深度0～0.6m为全新世古土壤和黄土；0.6～71.4m为萨拉乌苏期马兰黄土，其中0.6～30.4m为L₁LL₁黄土，30.4～49.9m为L₁SS₁弱发育古土壤，49.9～71.7m为L₁LL₂黄土；71.4～81.3m为S₁古土壤，81.3～93.7m为周口店期L₂黄土、93.7～94.7m为S₂古土壤。

2）沉积物粒度与沉积速率特征。河南邙山桃花峪黄土剖面萨拉乌苏期马兰黄土厚度巨大，可达70.8m，远超黄土高原同时代地层的厚度。蒋复初等对此开展了黄土粒度与沉积速率调查研究。粒度分析结果表明，该萨拉乌苏期黄土的粒度较粗，＞20μm和＜2μm颗粒组分的含量分别变化于45%～85%和4%～16%之间（图11.1），应是一种以粉砂和粉细砂为主要组分的砂黄土。与黄土高原内部洛川、西峰和蓝田刘家坡黄土相比，粒度明显偏大（表11.3、表11.4）。

邙山黄土的平均沉积速率计算结果表明，不同时期有很大的差异。末次冰期晚冰阶的平均沉积速率最大，达到247cm/ka（表11.5）。末次间冰期S₁古土壤的平均沉积速率虽明显较黄土小，但仍可达18cm/ka。

表11.3 洛川、西峰黄土剖面上部黏粒含量（%）表

（据蒋复初等，1998）

表11.4 蓝田刘家坡黄土剖面上部粒度分布含量（%）表

（据蒋复初等，1998）

表11.5 萨拉乌苏期邙山黄土平均沉积速率表

（据蒋复初等，1998）

3）邙山沉积物的来源。蒋复初等认为，在远离沙漠的邙山地区，出现沉积速率高达247cm/ka的砂黄土，应是特定的地方事件和气候条件所致。邙山地区黄土的风尘物质明显较黄土高原粗，因此来源于沙漠经黄土高原到达该地的成分极为有限，大部分为近源物质。他们认为，孟津以东的黄河冲积扇是邙山黄土的主要策源地。黄土高原被侵蚀产生的泥沙，经黄河支、干流搬运，通过三门峡进入河南平原后，由于河床加宽，水流分散，搬运能力剧降，所携带的泥沙迅速沉积，在孟津以东形成巨大的黄河冲积扇。来自高纬地区的偏北冬季季风翻越太行山以后产生地形下坡风，把扇顶部位由黄河搬运来的泥沙吹扬为粉尘，在下风扩散部位因风速骤降而快速堆积，形成具有粒度偏粗、沉积速率高、地层厚度大等特点的邙山近源风成黄土。

邙山萨拉乌苏期马兰黄土地层的高沉积速率需要丰富的物源供给做保障，邙山黄土L₂及以下黄土-古土壤序列的厚度大致与黄土高原的同时代地层相当，从S₁复合古土壤开始厚度明显较黄土高原的S₁古土壤厚，S₁之上才是巨厚的风成马兰黄土。据黄土高原黄土-古土壤序列研究，S₁成壤期为距今128～75ka。他们认为，这一事实表明黄土高原的侵蚀产物——泥沙约自130ka开始才大量被黄河经由三门峡带至河南平原，继而开始堆积形成巨厚的近源风成黄土。同时也表明约74ka以来，尤其是24ka以来这段时期是黄土高原侵蚀作用最强盛的时期。

（2）三门古湖的结束时代

三门古湖分布范围东起三门峡、西达宝鸡，发育一套以河湖相沉积为主的地层。1959年，裴文中将三门峡东坡沟河湖相沉积剖面（出露厚度273m），自下而上分为3个岩段：第1岩段，下部为棕红、棕黄、灰白色砂砾石层，上部为棕红色含砾亚砂、亚黏土层，厚108.1m。第2岩段，下部棕红、棕黄、灰*砂、砂砾石和砂质黏土层，厚43m，与下伏第1岩段为不整合接触；上部浅*亚砂土（黄土）夹5层浅棕红色古土壤，垂直节理发育，厚80.5m，上、下部间为平行不整合接触。第3 岩段，下部棕红、棕黄、杏*亚砂土、亚黏土，厚6.7m。上部黄土状亚砂土夹薄层棕红色亚黏土与砂砾透镜体，厚34.7m。上、下部间存在侵蚀面。磁性地层研究结果表明，从第2岩段上部的黄土层开始至第3岩段均为正向极性，属于布容正向极性时。

1997年5月，蒋复初等与中科院南京地理与湖泊所王苏民等—起对“三门系”湖相-河湖相地层进行了野外地质调查。发现东坡沟剖面是不完整的，由于断层等原因中间有大段的地层缺失，从东坡沟剖面所处的地貌部位看，第2岩段上部黄土层与第3岩段可能存在重复。第2岩段与第3岩段之间为侵蚀不整合关系，高处堆积第2岩段上部的黄土时，低处同时可能沉积第3岩段下部的河湖相层，它们为同时异相沉积。1957年贾福海等测制的山西平陆黄底河“三门系”出露最完整的剖面，其上覆的黄土也有早有晚，“三门系”顶部白沙层沉积标志着三门古湖的结束，此后发育的*黄土覆盖阶地系由黄河形成。在三门峡盆地低处发育湖相、河湖相沉积之时，高处堆积红黏土-黄土-古土壤地层序列，两者属于同时异相关系，亦即经典的“三门系”包括了底砾层、下三门组和上三门组，其上为黄土所覆盖。蒋复初等重新测制了平陆黄底河剖面，采集了有关样品。古地磁测试分析结果，三门系堆积始于吉尔伯特反向极件时，经历了河-湖环境的多次演替，大致结束于布容正向极性时晚期。

（3）黄河贯通三门峡的时代

综上所述，蒋复初等认为从邙山黄土的厚层S₁古土壤与之后的巨厚马兰黄土发育状况看，挟带黄土性泥沙的黄河在萨拉乌苏期初期，大约于距今0.130Ma前后才开始通过三门峡而东流。三门古湖的消亡也大致同时。由于三门峡的贯通，湖水大量外流而被急速泄干，结束了上三门组“白砂层”沉积，其上为马兰黄土所覆盖。三门峡是在萨拉乌苏期初期贯通，形成现在的黄河三门峡段干流，至此时黄河才真正得以通过三门峡而东流，并带着从黄土高原侵蚀下来的大量泥沙来到河南平原，出峡口后沉积形成巨大的黄河古冲积扇和广阔的华北大平原。并且，强劲的偏北季风把黄河冲积扇扇顶部位的细粉物质吹扬为粉尘，在下风扩散部位快速堆积，形成巨厚的邙山萨拉乌苏期马兰黄土。

11.1.1.3 黄河东段形成于周口店期早期或泥河湾期末期，大约距今0.78Ma前后

本次河南平原第四纪地质演化研究结果认为，黄河东段形成于周口店期早期即大约距今0.78Ma前后。其主要地质依据如下：

1）沉积物来源与岩相古地理环境不同。黄河形成前后，河南平原第四纪沉积圈物质来源与岩相古地理环境明显的不同。从河南平原第四纪大量钻探资料及第四纪各时段岩相古地理环境变迁来看，黄河东段形成之前的泥河湾期堆积物主要来源于伊洛河和周边山区；而黄河东段形成之后的周口店期及以后时期的堆积物主要来自于远方，与黄土高原物质特征相当，上、下两套地层岩性特征明显不同。上部系由黄河携带而来，冲积物主要来源于西部黄土高原，为淡*、灰*、黄灰色厚层砂土和亚砂土（只在古河道带的边缘带和下游地区才有亚黏土堆积，多呈透镜状）颗粒较粗，具粉土质、松散、多含分散钙质和钙核。这套冲积物的下限正是周口店阶的底界。而它的下伏泥河湾阶地层主要为棕色、灰绿色、棕褐色或红棕色，具混粒结构的亚黏土、黏土夹亚砂土及砂层或砂砾石层，系冰水、冰湖相沉积。关于这点，从郑州-新乡黄河横切剖面（图11.2）亦可看出，下部泥河湾期的物质来源于南、北和西部的山区，为颗粒较粗的砂砾石、砂分布，分选较差；而上部周口店期等的砂层颗粒较细，分选较好，其物质特征与南北山区明显不同，无疑是黄河远距离搬运而来的产物。上、下两套地层沉积物来源、岩性特征和古地理环境明显不同，其分界年龄大约为0.78Ma的周口店期早期或泥河湾期末期。

图11.2 河南平原郑州-新乡黄河冲积扇横切剖面图

2）上部地层砂层发育与冲积扇特征显著。上部黄河冲积物砂层发育，砂层的空间分布具典型的河流冲积相特征，多呈厚层条带状，单层厚度一般10～20m。古河道带主流相多为中砂、细中砂、中细砂，边缘相则为粉细砂、粉砂。河道带地层含砂比一般达40%以上，最高达80%，砂层水平展布，多呈扇状。砂土主要来源于西部黄土高原，温县至孟州构成扇把，进入平原则向东北、东和东南方向散开成扇面，其早期边缘已达长垣、开封、扶沟一带（图11.3）。这样大的典型冲积扇，只有黄河能够形成，其他河流在较短时期内是无法完成的。冲积扇沉积物颗粒，平面上具有自扇顶至扇前缘、自扇轴至扇侧缘由粗变细的特征；垂向上多具河流相下粗上细的“二元结构”特征及水平层理，沉积物砂层发育与冲积扇特征极其显著。这与黄河发育形成前的下部冰水、冲洪积扇形地和河湖相堆积明显不同。之前，砂层不甚发育，多为少量的黏性土及砂性土，且扇形特征与规模亦不突出。

图11.3 河南平原黄河冲积扇分布及沉积厚度等值线图

3）堆积物重矿物特征明显不同。以角闪石为例，河南平原上部黄河冲积物中多以高值连续出现为特征，最大可达40%以上。且由西向东，相对含量呈由多到少的变化，见第7章第4节部分。但在下部泥河湾阶地层堆积物中含量则骤然变小，且自西向东无规律可循。上、下堆积物重矿物特征明显不同的界线恰恰是磁性地层中布容正向时与松山反向时的分界，即黄河冲积物的底界，时间亦为周口店期早期或泥河湾期末期。

4）介形虫化石种属明显不同。通过河南平原与汾渭盆地的三门古湖第四系地层中介形类化石组合的对比分析发现，周口店期早期或泥河湾期末期以前，两地区介形虫化石种属及组合明显不同。之后，河南平原地区的介形类种属同汾渭盆地的三门古湖介形类组合面貌具有极强的相似性，详见第7章第3节。正如薛铎研究结果那样，汾渭盆地的三门古湖介形类组合的多个属在河南平原地区均可见到，其中Lishania（骊山介）成为河南新增属及外来分子，并为汾渭盆地和河南平原地区共同常见的代表属。这些说明，在周口店期初期，汾渭盆地与河南平原地区之间已有地表水体的沟通，亦即三门古湖的湖水已经开始东泄进入河南平原，黄河东段已逐渐形成。

综合以上事实，笔者认为黄河东段开始形成于周口店期早期或泥河湾期末期，即大约0.78Ma前后，其依据是充分的。这时在东部黄河的溯源侵蚀作用下，三门峡基岩地垒被切割贯通，第四纪早期巨大的三门古湖湖水开始东流外泄，三门古湖随之发生消亡。现今矗立在三门峡水库大坝下的岩岛即中流砥柱，就是该时期河流溯源侵蚀切割地垒留下的基岩残丘。