鄂爾多斯高原河曲段黃河階地構(gòu)造變形研究

閆小兵，李自紅，2，趙晉泉，蘇宗正

（1.山西省地震局，太原 030021；2.太原理工大學(xué)，太原 030024）

0 引言

黃河在不同地段發(fā)育不同級(jí)別的階地，岳樂平等通過研究蘭州地區(qū)黃河的六級(jí)階地、寶雞地區(qū)黃河的五級(jí)階地等，認(rèn)為黃河中游水系階地的形成主要是由于青藏高原的隆起以及地殼不斷震蕩抬升作用造成的［1］。研究新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)方法各不相同［2－3］，程紹平等利用黃河晉陜峽谷21個(gè)階地橫剖面和17個(gè)放射性測年數(shù)據(jù)揭示了鄂爾多斯高原的第四紀(jì)區(qū)域構(gòu)造隆起和局部構(gòu)造變形［4］。本文主要通過鄂爾多斯高原河曲段唐縣期夷平面海拔高度和不同級(jí)別階地海拔高度，研究河曲段的構(gòu)造變形。

1 河曲段黃河階地的地質(zhì)特征

本次河曲野外調(diào)查，黃河階地主要發(fā)育在黃河曲流段的馬連口－曲峪一帶（圖1），共發(fā)育四級(jí)基座階地。選取河灣村、河曲縣城2個(gè)出露較完整的四級(jí)階地剖面進(jìn)行研究（表1、圖2、圖3），為了更清晰地認(rèn)識(shí)黃河一級(jí)、二級(jí)階地的特征，我們著重選取四擔(dān)坪、鐵果門2個(gè)單獨(dú)階地剖面（圖4、圖5）進(jìn)行詳細(xì)研究。

1.1 一級(jí)階地

在馬連口－曲峪一帶普遍發(fā)育，階地面海拔高度為854～865m，從北至南階地面逐漸降低，階地面高出黃河現(xiàn)代河床6～12 m，高出河漫灘5～8m，階地寬70～700 m。階地堆積為第四系全新統(tǒng)，堆積物具二元結(jié)構(gòu)，下部為砂礫石層，厚4.5～6.0m，卵石分選性較差，但磨圓度較好，一般為三級(jí)磨圓，礫徑一般為3～5cm，巖性以石灰?guī)r為主，約占95%，砂巖、變質(zhì)巖占5%。上部為黃褐色粉細(xì)砂土，厚1～3m，頂部粒度較細(xì)，下部粒度較粗。

在四擔(dān)坪村黃河一級(jí)階地剖面（圖4）為陡坎，高出河漫灘6m。階地組成物質(zhì)：下部為砂卵石層，厚4.5m，據(jù)統(tǒng)計(jì)卵石成分石灰?guī)r占92%，石英砂巖占5%，變質(zhì)巖占1%，頁巖、燧石等占2%。卵石的磨圓度較好，三級(jí)磨圓占75%，二級(jí)磨圓占2%。卵石直徑0.5～7.0cm，一般為2～4cm，最大為40cm×20cm。卵石層略有膠結(jié)，膠結(jié)物為粉砂。上部為黃褐色粉細(xì)砂土，厚1.3 m，含0.3～0.5cm 的礫石，底部粒度較粗，上部粒度較細(xì)，中部夾有0.3 m的黑壚土，具水平層理，階地面向河床微傾，傾角1°～2°，階地面寬700m，后緣高出前緣約1m。

1.2 二級(jí)階地

在曲峪一帶較發(fā)育，海拔高度860～875 m，高出一級(jí)階地面6～10m。階地堆積物為晚更新世的砂、礫石層，底部以三級(jí)磨圓的卵石層為主，礫石成分以石灰?guī)r為主，次為砂巖、變質(zhì)巖，厚5～8 m；上部為粉細(xì)沙層，水平層理發(fā)育，厚0.5～3.0 m。階地面寬50～300m。階地后緣局部有Q3黃土覆蓋，高出前緣7～8m。據(jù)鐵果門黃河二級(jí)階地剖面（圖5），前緣高出一級(jí)階地6m，其中下部均為礫石層，上部受剝蝕僅存0.5m 厚的細(xì)砂層。

圖1 唐縣期夷平面、河流階地調(diào)查及剖面位置圖

表1 河曲一帶黃河階地參數(shù)表

圖2 河曲縣城黃河階地剖面圖

圖3 河灣村黃河階地剖面圖

圖4 河曲縣四擔(dān)坪黃河一級(jí)階地詳細(xì)剖面

圖5 河曲縣鐵果門黃河二級(jí)階地詳細(xì)剖面圖

1.3 三級(jí)階地

在河灣、鐵果門、河會(huì)一帶分布，階地面的海拔高度900～920m，階地面寬80～1 000m，高出河漫灘60m，高出二級(jí)階地40～46 m。階地堆積中更新統(tǒng)上部，堆積物具二元結(jié)構(gòu)。下部為卵石層，厚10～20m，以三級(jí)磨圓的石灰?guī)r為主，次為變質(zhì)巖、砂巖；上部為細(xì)砂層夾粉質(zhì)粘土。據(jù)河灣村三級(jí)階地剖面（圖1），階地面海拔標(biāo)高920m，高出二級(jí)階地面48m，階地寬80余米。其下部為卵石層；上部為細(xì)砂，具斜層理、水平層理；頂部為粉砂層，上被黃土覆蓋。

1.4 四級(jí)階地

在羅圈堡、沙畔、鐵果門一帶分布，階地面較平整，海拔標(biāo)高944～960m，寬500～2 000m，高出河漫灘94～100m，高出三級(jí)階地面34～36m。階地為中更新統(tǒng)下部堆積，是區(qū)內(nèi)黃河的最高一級(jí)階地。該階地的基座地層為石炭系、二迭系。階地堆積物具二元結(jié)構(gòu)，據(jù)現(xiàn)場鉆孔ZK1（圖3）顯示：下部為卵石層，厚24～27m。上部沉積，0～1m 晚更新統(tǒng)沙黃土；1～2m 上部為褐黃色粉砂，具水平層理，下部為細(xì)砂。2.0～3.4 m 為棕紅色粉質(zhì)粘土；3.4～3.8m為灰白色含礫鈣質(zhì)土。

2 河曲段黃河階地形成時(shí)代

河曲段黃河四級(jí)階地后緣覆蓋有中更新統(tǒng)上部離石黃土（圖2、圖3），說明四級(jí)階地的堆積時(shí)代早于離石黃土的形成時(shí)代。在南梁附近的黃河四級(jí)階地（圖6），可見第四系午城組（Q1）被侵蝕的現(xiàn)象。因此，黃河四級(jí)階地的時(shí)代應(yīng)晚于早更新世，早于離石黃土的堆積時(shí)代，為中更新世早期堆積。

黃河三級(jí)階地之上覆蓋有中更新統(tǒng)離石組的古土壤層（圖2、圖3），因此，三級(jí)階地的堆積時(shí)代為中更新世晚期或晚更新世早期。二級(jí)階地上覆有晚更新世風(fēng)成黃土（圖2、圖3），其形成時(shí)代與丁村組（Q31）相當(dāng)。一級(jí)階地中由黑壚土（圖4）和文化層構(gòu)成，其形成時(shí)代為全新世。

圖6 韓家川東350m 黃河Ⅳ級(jí)階地剖面圖

3 鄂爾多斯高原河曲段新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)指晚新生代以來的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、主要指喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)中的垂直升降運(yùn)動(dòng)。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)處于地質(zhì)發(fā)展史的最后階段，與現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。

3.1 唐縣期夷平面反映的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

唐縣面是中新世時(shí)期因地殼抬升而遭受侵蝕形成的夷平面。唐縣面未達(dá)到準(zhǔn)平原化的程度，而是表現(xiàn)有一定起伏的寬谷丘陵面。本研究區(qū)范圍內(nèi)的唐縣面未直接出露地表，而是表現(xiàn)為上新統(tǒng)下部保德組的堆積底面，

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)本區(qū)保德組堆積底面即唐縣期夷平面海拔高度由東、西、北向中南部逐漸降低（表2、表3），夷平面的海拔高度中部黃河附近在965～980m之間，由北向南逐漸降低；東部為980～1 100m，西部為980～1 005 m。本區(qū)唐縣期夷平面海拔標(biāo)高的最高點(diǎn)位于東部前川村附近為1 100 m，最低點(diǎn)位于黃河?xùn)|岸的火山村為965m，兩者高差為135m。唐縣面與現(xiàn)今近場侵蝕基準(zhǔn)面的高差能基本反映本區(qū)上新世以來的抬升幅度。即本區(qū)上新世500萬年的抬升幅度為155～290 m。由抬升幅度計(jì)算出上新世至今的年平均上升速率為0.031～0.059 mm／a。可見，上新世以來，本區(qū)處于緩慢抬升狀態(tài)，抬升速率最大僅0.059mm／a，不同地區(qū)抬升幅度的差異不大，基本處于均勻的抬升狀態(tài)。

表2 站塔－陽漫坡唐縣期夷平面與地區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面高差表

表3 黃河沿線唐縣期夷平面與地區(qū)侵蝕基準(zhǔn)面高差表

3.2 黃河階地反映的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

黃河階地的形成是本區(qū)地殼間歇性抬升的結(jié)果。野外工作期間，通過對(duì)河曲縣城階地的調(diào)查測量，推算出本區(qū)中更新世以來的上升速率為0.16 mm／a，其中中更新世上升速率為0.14mm／a，晚更新世上升速率為0.18 mm／a，全新世上升速率為0.7mm／a。根據(jù)研究區(qū)黃河階地位相圖（圖7）和河曲縣城黃河階地剖面圖（圖3）反映，本區(qū)三、四級(jí)階地面高度變化較小，階地面較寬，并向南微傾，說明中更新世時(shí)黃河呈寬谷河流。一、二級(jí)階地較窄，由北向南逐漸降低，說明晚更新以來，河流下蝕作用增強(qiáng)，抬升速率增大。

由上述河流階地的特征反映出本地區(qū)中更新世以來以整體抬升為主，抬升的幅度約為100m，隆起的速率以全新世最大，中更新世最小。

圖7 黃河河曲段階地位相圖

4 討論及結(jié)論

河流階地主要受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和氣候變化兩個(gè)因素影響［5－7］，通過野外調(diào)查和對(duì)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境分析認(rèn)為：上新世河曲–保德拗陷盆地主要是由于鄂爾多斯隆起區(qū)在隆起過程中內(nèi)部隆起幅度不均勻形成的，如黃河?xùn)|部基巖地層向西傾斜，黃河西部清水背斜東翼地層向東傾斜，在上新世早期形成淺拗陷盆地沉積了保德組。上新世中期湖水退去，湖盆結(jié)束沉積，沉積物逐漸出露地表，遭受剝蝕。中更新世時(shí)黃河河面開闊，水流較緩，形成三、四級(jí)階地；晚更新世早期形成二級(jí)階地，并在二、三、四級(jí)階地地面上堆積了風(fēng)成黃土；全新世以來本區(qū)抬升速度加快，河流下蝕加強(qiáng)，沿岸形成一級(jí)階地。

邱維理等曾對(duì)河曲段黃河階地進(jìn)行釋光測年［8］，其T1、T2測年結(jié)果與本文由地質(zhì)方法確定的年齡基本相當(dāng)，其T3、T4結(jié)果與本文地質(zhì)方法確定的時(shí)代略有差異，其原因有待進(jìn)一步考證。

根據(jù)唐縣期夷平面與侵蝕基準(zhǔn)面的比值，及各時(shí)代黃河河流階地絕對(duì)高度，推算出本區(qū)上新世以來的平均抬升速率為0.04 mm／a，其中，中更新世的抬升速率為0.14 mm／a，晚更新世抬升速率為0.18mm／a，全新世抬升速率為0.7 mm／a。本區(qū)三、四級(jí)階地面高度變化較小，階地面較寬，并向南微傾，說明中更新世時(shí)黃河呈寬谷河流。一、二級(jí)階地較窄，由北向南逐漸降低，說明晚更新世以來，河流下蝕作用增強(qiáng)，抬升速率增大。

已有的研究［4，9］顯示：黃河中游三門湖約在0.15 MPa前貫通，黃河自此開始東流入海。本地區(qū)中更新世抬升速率為0.14mm／a，晚更新世抬升速率開始加大（0.18mm／a），至全新世抬升速率突然加大（0.7mm／a）。其抬升速率的突然加大可能與黃河中下游三門湖貫通、區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面突然下降、河流侵蝕加大有關(guān)，其具體關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

［1］ 程紹平，鄧起東，等.黃河晉陜峽谷河流階地和鄂爾多斯高原第四紀(jì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)［J］.第四紀(jì)研究，1998（3）：238－248.

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