保德-府谷地區(qū)晚第三系礫石層的分布與成因

劉運(yùn)明

（安慶師范大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 安慶 246133）

保德-府谷地區(qū)晚第三系礫石層的分布與成因

劉運(yùn)明

（安慶師范大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 安慶 246133）

通過(guò)對(duì)保德-府谷地區(qū)黃河兩岸晚第三系礫石層的實(shí)地測(cè)量，發(fā)現(xiàn)兩岸礫石層的海拔高度非常接近，總體上自東向西高度變低。相關(guān)研究資料與古地磁年代學(xué)工作表明，區(qū)域內(nèi)礫石層分布規(guī)律性明顯，即從自保德東部向西至府谷，礫石層的年齡越來(lái)越老，從8Ma一直跨越到3.7Ma。根據(jù)區(qū)域礫石層的海拔高度和形成的年代數(shù)據(jù)，區(qū)域內(nèi)的晚第三系礫石層只能是黃河側(cè)向侵蝕的結(jié)果。

晚第三系；黃河；礫石層

1　引言

保德-府谷地區(qū)晚第三紀(jì)礫石層的形成原因一直是困擾地理學(xué)者的問(wèn)題，也是關(guān)系到黃河形成與演化的重大問(wèn)題。目前，學(xué)術(shù)界比較流行的一種觀點(diǎn)認(rèn)為，黃河形成于第四紀(jì)早中期，與青藏高原隆升引起的黃河運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)［1-3］。位于晉陜峽谷北部黃河兩岸的晚第三系礫石層不是古黃河的沉積物，因?yàn)榻M成該礫石層的礫石在磨圓度與巖性方面與黃河現(xiàn)存階地及河漫灘上的礫石差別較大，因而更傾向于將該礫石層的成因歸為發(fā)源于呂梁山的東西流向的古分散水系或山前洪積扇［4］。最新的研究表明，位于保德和府谷地區(qū)的晚第三系礫石層可能為區(qū)域性古湖泊沉積，匯聚來(lái)自盆地周邊的小型水系沉積［5］。然而，我國(guó)著名地貌學(xué)家王乃樑先生早在上世紀(jì)五十年代就指出，位于晉陜峽谷北部黃河兩岸的晚第三系沉積為黃河沉積物［6］，黃河在晚第三紀(jì)已經(jīng)形成，并在保德一帶形成穩(wěn)定的寬谷［7］。

過(guò)去對(duì)晚第三系礫石層的研究，過(guò)分強(qiáng)調(diào)其在沉積特征方面與現(xiàn)今黃河河漫灘與第四紀(jì)河流階地上沉積物的差異［5］，使用的一些指標(biāo)如磨圓度和扁平礫石的傾向等不可避免存在主觀性，而對(duì)于礫石層在不同地區(qū)的分布、年代以及海拔高度等方面的工作由于種種原因做得不夠。筆者根據(jù)多年在該區(qū)的野外考察結(jié)果并結(jié)合前人在該區(qū)的工作，對(duì)該區(qū)礫石層與黃河發(fā)育的關(guān)系進(jìn)行探討。

2　區(qū)域概況

研究區(qū)域位于晉陜峽谷北部山西的保德縣和山西的府谷縣周邊地區(qū)，黃河在該區(qū)自東北流向西南然后轉(zhuǎn)向東南，形成一個(gè)大的拐彎，保德縣位于拐彎的東岸，府谷縣與保德縣隔河相望（圖1）。本區(qū)最大的兩條支流是發(fā)源于呂梁山在保德縣注入黃河的朱家川和發(fā)源于鄂爾多斯高原在府谷縣注入黃河的孤山川。對(duì)該區(qū)進(jìn)行廣泛的野外考察發(fā)現(xiàn)，黃河兩岸至少存在四級(jí)第四紀(jì)時(shí)期形成的黃河階地，而河谷兩岸最高的河流相沉積物是晚第三系紅粘土覆蓋的礫石層。該礫石層的分布范圍很廣泛，在府谷縣城以北的山坡上和保德縣城以東的山坡上都可找到晚第三系礫石層，上覆厚層保德組和靜樂(lè)組紅粘土。關(guān)于該礫石層的磨圓特征與巖性對(duì)比的相關(guān)結(jié)果，已經(jīng)在相關(guān)刊物上發(fā)表，不再贅述。

區(qū)域內(nèi)的基巖主要是三疊紀(jì)的砂巖、泥巖和石灰?guī)r，石灰?guī)r主要分布于保德縣和府谷縣天橋水庫(kù)以北至河曲巡鎮(zhèn)之間，河谷深切，兩岸崖壁陡峭。天橋水庫(kù)以南，出露砂巖和泥巖，階地保存完整。研究區(qū)內(nèi)砂巖和泥巖巖層主要呈水平產(chǎn)狀，但在府谷縣西北的溝谷中，可發(fā)現(xiàn)傾斜的三疊系砂巖、泥巖，為區(qū)域內(nèi)小型斷層作用的所致。本區(qū)位于黃土高原北部，地貌類型主要是黃土梁和黃土峁，受黃河及其支流的切割，地表溝壑縱橫，紅粘土、礫石層和基巖廣泛出露，為野外地貌考察提供很大的便利。

圖1　研究區(qū)域位置與研究剖面分布

3　數(shù)據(jù)來(lái)源

保德地區(qū)因其保存完整的晚第三系紅粘土成為地質(zhì)學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)，相關(guān)研究成果不斷涌現(xiàn)。保德周邊的紅粘土富含三趾馬等古生物化石，野外即可根據(jù)其顏色分為兩組，即上層深紅色的相對(duì)較年輕的靜樂(lè)組紅土和下層淺紅色的相對(duì)較老的保德組紅土。磁性古地磁的研究表明，靜樂(lè)組紅土和保德組紅土的界線為5.34Ma左右［8］，不同地區(qū)可能因沉積間斷等原因會(huì)稍有不同，成為紅粘土的一條重要界線。

前人的工作側(cè)重于紅粘土磁性地層方面的研究，對(duì)紅粘土之下的礫石層的成因少有提及。筆者在保德和府谷地區(qū)對(duì)紅粘土之下的礫石層進(jìn)行了大量野外考察和年代學(xué)工作，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外在本區(qū)的相關(guān)成果，對(duì)保德和府谷地區(qū)晚第三系礫石層的海拔高度和年代數(shù)據(jù)加以整理，列為表1。文中涉及的全部9個(gè)剖面在圖1中用黑色五角星表示。

表1　保德府谷地區(qū)不同剖面年代和地層數(shù)據(jù)

4　數(shù)據(jù)分析與討論

4.1年代數(shù)據(jù)分析

保德冀家溝剖面的礫石層之上存在靜樂(lè)組紅土和保德組紅土，保德組紅土中存在多層薄層礫石層，古地磁的年代數(shù)據(jù)顯示，該剖面最底部的礫石層的形成年代接近8Ma［9］。廟溝剖面沒(méi)有進(jìn)行古地磁的年代測(cè)量工作，但該剖面中也存在巨厚的保德組紅粘土，其形成年代也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5.34Ma，根據(jù)保德組紅粘土的厚度判斷，該區(qū)礫石層的形成時(shí)代可能與冀家溝剖面的形成時(shí)代類似，即8Ma左右。蘆子溝剖面位于冀家溝剖面西北，剖面中存在保德組紅土和厚層湖相地層，Pan等人的工作顯示，該剖面的古地磁年齡為8.35Ma［5］。然而，對(duì)于該剖面的形成時(shí)代，筆者保持懷疑態(tài)度，主要原因在于，剖面底部與標(biāo)準(zhǔn)極性柱對(duì)應(yīng)的多處正極性亞時(shí)，地層厚度極薄。兩處與標(biāo)準(zhǔn)極性柱對(duì)應(yīng)的年代跨距較大的正極性亞時(shí)，在蘆子溝剖面都只有兩塊代表性樣品，大大降低了數(shù)據(jù)的可信性。根據(jù)Zhu等人［8］和筆者在該處的古地磁工作，礫石層之上的湖相層和保德組紅土，沉積速度很快，無(wú)論正極性時(shí)還是反極性時(shí)，對(duì)應(yīng)的地層厚度都很大。筆者根據(jù)該區(qū)保德紅土和靜樂(lè)紅土的界線，結(jié)合該剖面與其周邊磨扇溝剖面和楊家溝剖面的關(guān)系，認(rèn)為蘆子溝剖面的形成年代可能不超過(guò)7Ma，厚度巨大的反極性時(shí)可能是當(dāng)時(shí)快速沉積的河流沉積所致。

楊家溝剖面和炭峪溝剖面都是為研究紅粘土而進(jìn)行的磁性地層研究，對(duì)這兩個(gè)剖面進(jìn)行采樣時(shí)，Zhu等人［8］沒(méi)有采樣至底部礫石層，但已經(jīng)接近礫石層之上的河湖相地層，考慮到河湖相地層的沉積速度極快，兩個(gè)剖面底部的年齡已接近礫石層的形成時(shí)代，因此楊家溝與炭峪溝剖面的形成時(shí)代分別為7.23Ma和接近7Ma。磨扇溝剖面筆者曾做過(guò)磁性地層研究，給出的年代數(shù)據(jù)為6.5Ma［10］。

根據(jù)Pan等人［5］的古地磁結(jié)果，大煙墩剖面和高家窨則剖面礫石層剖面的形成時(shí)代分別為5Ma 和3.7Ma，這些結(jié)果是比較可靠的，因?yàn)榇鬅煻掌拭媾c高家窨則剖面的紅粘土都為靜樂(lè)組紅粘土，不存在保德組紅粘土，年齡肯定是小于5.34Ma的。筆者考察的另一剖面為山頭村剖面，雖未進(jìn)行古地磁年代學(xué)研究，但該剖面與大煙墩和高家窨則剖面一致，都僅保存靜樂(lè)組紅粘土，年齡也是小于5.34Ma的?？紤]到紅粘土的厚度不是很大，山頭村的形成時(shí)代可能與高家窨則剖面的形成時(shí)代類似。

把獲得的年代數(shù)據(jù)與這些剖面在該區(qū)的位置結(jié)合起來(lái)，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，保德和府谷地區(qū)存在的晚第三系礫石層，其形成時(shí)代具有從研究區(qū)東部向西部地區(qū)逐漸變年輕的趨勢(shì)。

4.2海拔高度數(shù)據(jù)分析

由于筆者在考察時(shí)，一些剖面的高度數(shù)據(jù)沒(méi)有測(cè)量，表1僅給出了幾個(gè)已知剖面的數(shù)據(jù)。根據(jù)Pan等人［5］的測(cè)量，蘆子溝剖面的高度數(shù)據(jù)為990m左右，大煙墩剖面的海拔高度約為1050m左右，而高家窨則剖面的海拔高度數(shù)據(jù)約為1100m，從而以蘆子溝為中心，形成一個(gè)盆地地形。然而，筆者在保德地區(qū)曾用氣壓高度計(jì)測(cè)量過(guò)磨扇溝剖面和高家窨則剖面的海拔高度，兩者分別為980m和975m左右。保德和府谷兩岸的紅粘土，雖然形成年代存在巨大差別，但礫石層的海拔高度卻是相近的。為了驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果的正確性，筆者參考了該區(qū)高精度地形圖，發(fā)現(xiàn)高家窨則剖面所在的位置在地形圖上位于1000m等高線以下，說(shuō)明Pan等人的測(cè)量結(jié)果可能有誤。此外，磨扇溝與大煙墩剖面相距很近，高差60m也過(guò)大，在保德縣東南的溝谷中，可以發(fā)現(xiàn)兩處礫石層都呈水平產(chǎn)狀分布并連續(xù)分布，高差也是非常接近。因此，筆者認(rèn)為，整個(gè)保德和府谷地區(qū)的晚第三系礫石的海拔高度都在980m左右，不同地區(qū)相差不是很大，盆地地形并不成立。

4.3礫石層成因解釋

通過(guò)以上分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，保德和府谷地區(qū)存在的晚第三系礫石層，雖然形成的年代差別巨大，但基本都位于相似的海拔高度之上。這是用區(qū)域內(nèi)陸湖泊沉積和東西流向的古分散水系所無(wú)法解釋的。否則，無(wú)論在府谷還是保德，都應(yīng)該能夠找到最老的晚第三系礫石層。

保德和府谷地區(qū)的晚第三系礫石層，雖然形成時(shí)代不同，測(cè)年的結(jié)果卻也頗不相似，但這些年代數(shù)據(jù)在地圖上的分布卻是有規(guī)律的，即自東向西，年代越來(lái)越新，這可能暗示了一個(gè)河流側(cè)向侵蝕的過(guò)程。即該河流最早在保德以東的冀家溝和廟溝等地區(qū)出現(xiàn)，隨著時(shí)間的推移，緩慢向西或西北方向遷移并逐漸廢棄原先的河道，于3.7Ma左右遷移到達(dá)高家窨則和山前村等地。原先形成的礫石層，逐漸被晚第三紀(jì)開(kāi)始沉積的紅粘土所覆蓋。該河流的流向不是自東向西或自西向東，因而不是發(fā)源于呂梁山的古分散水系，而是南北流向的，與現(xiàn)今黃河一致。因此，現(xiàn)今黃河在晉陜峽谷出現(xiàn)的年代可以推至8Ma，與黃土高原最老的紅粘土出現(xiàn)的時(shí)代相似。

5　結(jié)論

存在于保德和府谷地區(qū)的晚第三系礫石層，形成年代介于8Ma至3.7Ma，海拔高度非常接近，為晚第三紀(jì)黃河自東向西側(cè)向遷移的結(jié)果。晉陜峽谷地區(qū)的黃河河道最早形成于8Ma之前。

［1］潘保田，王均平，高紅山，等.河南扣馬黃河最高級(jí)階地古地磁年代及其對(duì)黃河貫通時(shí)代的指示［J］.科學(xué)通報(bào)，2005，50（3）：255-261.

［2］程紹平，鄧起東，閔偉，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.

［3］李吉均，方小敏，馬海洲，等.晚新生代黃河上游地貌演化與青藏高原隆起［J］.中國(guó)科學(xué)：D輯，1996，26（4）：316-322.

［4］朱照宇．黃河中游河流階地的形成與水系演化［J］．地理學(xué)報(bào)，1989，44（4）：429-439.

［5］Pan，B.T.，Hu，Z.B.，Wang，J.P.，etc.A magnetostratigraphic record of landscape development in the eastern Ordos Plateau，China：Transition from Late Miocene and Early Pliocene stacked sedimentation to Late Pliocene and Quaternary uplift and incision by the Yellow River ［J］.Geomorphology，2011，125：225-238.

［6］王乃樑.對(duì)于張伯聲先生“從黃土線說(shuō)明黃河河道的發(fā)育”一文的意見(jiàn)［J］.科學(xué)通報(bào)，1956（7）：67-72.

［7］袁寶印，王振海.青藏高原隆起與黃河地文期［J］.第四紀(jì)研究，1995（4）：353-359.

［8］Zhu，Y.M.，Zhou，L.P.，Mo，D.W.，etc.A new magnetostratigraphic framework for Late Neogene Hipparion red clay in the eastern Loess Plateau of China［J］.Palaeogeography，2008，268：47-57.

［9］岳樂(lè)平，鄧濤，張?jiān)葡瑁?保德階層型剖面磁性地層學(xué)研究［J］.地層學(xué)雜志，2004，28（1）：48-51.

［10］劉運(yùn)明，李有利.山西保德黃河最高階地形成的時(shí)代［J］.地理與地理信息科學(xué)，2007，23（1）：101-108.

［責(zé)任編輯：余義兵］

DistributionandItsFactorsofLateTertiaryConglomeratesinBaode-FuguCounty

Liu Yunming
（School of Resources and Environmental Sciences，Anqing Normal University，Anqing Anhui 246133）

Based on the field investigation and measurements，the conglomerates on the banks of the modern Yel?low River in Baode County and Fugu County have similar altitudes which decline from east to west on the whole. Magnetostratigraphy study shows that the distribution of the conglomerates has evident regularity，the age of the conglomerates goes older and older from east of Baode to west of Zhifu，ranging from 8Ma to 3.7Ma.The dated ag?es and altitudes data indicate erosion by the ancient Yellow River in this area.

Late Tertiary；Yellow River；Conglomerates

P56

A

1674-1102（2016）03-0070-03

10.13420/j.cnki.jczu.2016.03.0017

2016-01-01

國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（40901006）。

劉運(yùn)明（1977-），男，山東膠南人，安慶師范大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院講師，博士，主要從事河流地貌方面的研究。