呼倫湖地質(zhì)地貌特征及其形成演化

吳桐雯，李江海，宋玨琛

（ 1.中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林 長春 130021；2.北京大學地球與空間科學學院 造山帶與地殼演化教育部重點實驗室，北京 100871）

呼倫湖地區(qū)地處內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部呼倫貝爾市，是中國五大淡水湖之一，也是中國緯度最高的湖泊，面積約2 339 km2。湖盆呈不規(guī)則四邊形，位于蒙古高原最低的區(qū)域，全境屬于額爾古納河流域。呼倫湖自然保護區(qū)在2002年列為全球重要濕地，之后又列為聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）世界生物圈保護區(qū)。

呼倫湖世界遺產(chǎn)潛力區(qū)自然資源豐富，區(qū)域內(nèi)保存了中國呼倫貝爾最為完整的湖泊、草原、濕地生態(tài)系統(tǒng)，在有限的空間范圍內(nèi)，濃縮了山、河、湖、草原等景觀要素和地貌類型，形成大面積少受人為因素影響的自然環(huán)境。隨著2017年2月“呼倫貝爾景觀和中國東北古代少數(shù)民族發(fā)源地”以 (iii)(vii)(ix)(x)條標準正式進入申報世界遺產(chǎn)預備清單，亟須反映呼倫湖地區(qū)地質(zhì)地貌特征、地質(zhì)演化過程的科學研究，以展示呼倫貝爾的草原美景和獨一無二的地質(zhì)學價值。

1 呼倫湖地區(qū)地貌特征

呼倫湖地區(qū)在地貌上位于海拉爾盆地的最低處，是呼倫貝爾高平原的一部分（徐占江，1989）[1]，也是亞洲東部蒙古高原的組成部分，區(qū)內(nèi)主要的地貌類型為波狀起伏的高平原地貌，還有一些地區(qū)是山地和低山丘陵，高平原地貌與低山丘陵之間發(fā)育有開闊盆地，其他部分地區(qū)為湖濱平原及湖盆、切割不深的河谷盆地、沙質(zhì)平原和沙丘等（閆敏華，2012）[2]。呼倫湖地貌按海拔高度可分為3個層次（崔顯義，2015）[3]：第一層次的低山丘陵地貌位于呼倫湖西北方向，呈 NW 走向展布，海拔高度在 600～800 m，最高峰為巴彥烏拉山，海拔為1 011 m：第二層次的呼倫貝爾高平原地貌位于湖盆的東南部地區(qū)，并向東部延伸到大興安嶺的西坡，海拔高度在550～700 m；第三層次是沿湖泊-河流周邊發(fā)育的沖積平原、湖濱平原和河谷盆地等，湖盆外分布帶狀的沙地平原，這一層次的地貌組成類型復雜，海拔高度在545～600 m（圖1）。

圖1 呼倫湖地區(qū)數(shù)字地形高程與水網(wǎng)分布圖（地形數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云地形產(chǎn)品，分辨率30 m，河流-湖泊-濕地水網(wǎng)信息來源http://www.csdn.net）

蒙古高原是亞洲大陸的冷源、世界的分水嶺。區(qū)內(nèi)山脈丘陵的走向和河流的流向基本與地質(zhì)構造線吻合，大體上沿NNE向分布（巴·哈斯，2004）[4]，西高東低。湖盆很淺四周起伏也不大，外營力作用對呼倫湖地區(qū)新生代地貌形成也有重要影響，有海拉爾河、克魯倫河和額爾古納河等水系同時切割侵蝕呼倫貝爾高平原的主體（程道宏，1999）[5]（圖2（a））。呼倫湖處在湖積沖積平原地貌內(nèi)（圖2（b）），廣闊的湖濱相與沖積相平原位于呼倫湖東面和南面的環(huán)湖地帶，由于河流堆積和沖刷作用，在呼倫湖附近形成了諸多河流型沖積平原（圖2（b））。通過地貌分類和前人研究成果，將呼倫湖地區(qū)地質(zhì)遺跡資源分為構造斷層與湖岸侵蝕、巖漿巖、地層剖面、化石、山脈、草原沙地和第四紀冰緣遺跡7個類型（表1）。

圖2 呼倫湖地區(qū)地形地貌

表1 呼倫湖地區(qū)地質(zhì)遺跡分類列表

續(xù)表1

1.1 凍土分布類型

新生代以來，呼倫湖地區(qū)始終屬于島狀多年凍土區(qū)的冰緣地貌環(huán)境，本文基于National Snow &Ice Data提供的環(huán)北極凍土數(shù)據(jù)，通過Global Mapper軟件將環(huán)北極凍土數(shù)據(jù)集的凍土屬性、凍土范圍和含冰量屬性字段按照摩爾威德投影方式進行成圖，得到了呼倫貝爾地區(qū)不同類型凍土分布圖（圖3）。將現(xiàn)今凍土分布成圖結果與《中國冰川凍土沙漠圖》《中國冰雪凍土圖》和中國1 ∶1 000萬凍土區(qū)劃及類型圖資料進行比對，可將呼倫貝爾地區(qū)的凍土劃分為3種主要類型，包括：①大片多年凍土，連續(xù)系數(shù)為70%～90%，在大興安嶺北部一帶呈橢圓狀連續(xù)分布；②不連續(xù)多年凍土，連續(xù)系數(shù)50%～90%，呈同心圓狀包圍在大片多年凍土區(qū)的四周，是大片多年凍土區(qū)與島狀多年凍土區(qū)的過渡位置；③島狀多年凍土，連續(xù)系數(shù)小于50%，凍土地貌呈零散狀分布在呼倫湖地區(qū)北部的多數(shù)區(qū)域，是呼倫貝爾分布面積最廣的凍土類型。冰緣地區(qū)的島狀凍土區(qū)分界線貼近于呼倫湖湖盆的南部，穿過呼倫湖沖積平原的中心，此分界線指示了呼倫湖一帶冰緣地貌發(fā)育位置的最南端，說明古冰川、冰緣地貌分布區(qū)域在湖盆以南不可能存在，對呼倫湖第四紀古氣候研究具有重要意義。

圖3 呼倫貝爾不同類型凍土分布圖（數(shù)據(jù)來自National Snow&Ice Data環(huán)北極凍土數(shù)據(jù)）

1.2 河流-湖泊-濕地水系

呼倫湖是蒙古高原地區(qū)水系發(fā)源地，分別和內(nèi)蒙古貝爾湖、烏蘭泡、海拉爾河、克魯倫河、烏爾遜河、額爾古納河和達蘭鄂羅木河（現(xiàn)新開河）一起構成呼倫湖地區(qū)獨特六河三湖水網(wǎng)格局（聶作平，2007）[6]。區(qū)內(nèi)發(fā)育典型曲流河和雙湖景觀（呼倫湖、貝爾湖），呼倫湖屬于吞吐性湖泊，在整個呼倫湖流域內(nèi)扮演者至關重要的角色。

呼倫湖依靠多種水量的補給來源、消耗途徑和水量落差，來影響其形狀、面積、水位甚至水質(zhì)的周期性變化。呼倫湖作為中國第四大淡水湖，蘊含著豐富的水資源，以呼倫湖為主體的六河三湖相通，周圍還分布有時令湖河，總面積達到約3.72 km2，全流域大小河流80條，總長度2374.9 km（王荔弘，2006）[7]。

近100年來，呼倫湖湖水整體上發(fā)生了兩次擴張和收縮，因為地殼的變化在1750年左右呼倫湖湖水不再外流，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€內(nèi)陸湖泊，直至19世紀初期成為一片沼澤，到1905年，湖長大約為20 km，寬10 km，水體深度約為1 m，湖泊面積達到有史以來的最小值（圖4、圖5），隨著湖水面積縮小，水質(zhì)變?yōu)橄趟?。但?902—1905年內(nèi)水體慢慢變多，1926年時長度達到200 km、寬100 km（李農(nóng)，2010）[8]。1950—1970年之間，呼倫湖的水量逐漸增大而成為淡水湖，湖水的含鹽量在777～1 100 mg/L，特別是1962年時呼倫湖面積擴張到2 315 km2，水體深度達到100年以來最高水平（張志波，1998）[9]。這引起了呼倫湖東岸雙山子地區(qū)湖水決口，發(fā)育出新的小型湖泊——新達賚湖。伴生湖泊達賚湖在20世紀末期達到水體面積最大值，之后20年間湖泊面積緩慢衰退直至干涸。整體來看，1975年之后呼倫湖水量慢慢減少，除了20世紀90年代湖水面積有小范圍增加之外，近50年來呼倫湖一直保持著逐年縮小的趨勢。經(jīng)測得2004年呼倫湖的水位相比1999年時減少2.14 m，直至現(xiàn)今呼倫湖的水質(zhì)特征一直保持在微咸水湖的范圍之內(nèi)（李農(nóng)，2010）[8]。

圖4 1900年以來，呼倫湖湖水變化情況

圖5 1977—2017年間呼倫湖和新達賚湖遙感影像圖（數(shù)據(jù)來源于Landsat8 OLI-TIRS、Landsat7 ETM SLC、Landsat4-5 TM衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，中心點位置經(jīng)度118.234°E，48.859°N）

2 呼倫湖地區(qū)構造特征與演化

2.1 區(qū)域地質(zhì)背景

呼倫湖是東北亞雙斷式斷裂控制形成的典型構造湖盆，海拉爾盆地構造格局控制了呼倫湖區(qū)域地質(zhì)地貌特征（崔顯義，2015；王乃梁，2006；王蘇民，1995）[3,10]。呼倫湖地區(qū)屬于西伯利亞古板塊蒙古-鄂霍茨克構造帶東側(cè)中段（張德平，1998）[11]，是早白堊世-新生代形成的一個陸相斷陷沉積盆地（陳均亮，2007）[12]（圖6），處在松嫩板塊和額爾古納板塊之間的“佳蒙地塊”（王成文，2008）[13]。

呼倫湖地區(qū)的構造整體上呈現(xiàn)出三坳兩隆的構造格局（陳均亮，2007）[12]，區(qū)內(nèi)的兩條區(qū)域深大斷裂額爾古納斷裂、德爾布干斷裂沿著NE方向發(fā)育，它們的活動對呼倫湖的形成演化以及水系格局具有重要的控制作用。呼倫湖中、新生代時期的構造活動，多與古太平洋板塊俯沖于歐亞大陸之下的弧后伸展環(huán)境有關（Xu，2013）[14]，伸展構造環(huán)境為東北亞新生代湖盆的發(fā)育提供了開始，并導致強烈的構造-巖漿活動。

2.2 呼倫湖古湖盆形成與演變

呼倫湖是東北亞典型的構造湖盆，構造演化受控于周邊古太平洋板塊俯沖、鄂霍茨克洋盆SE向擠壓和深部構造影響。白堊紀是呼倫湖最重要的演化時期，區(qū)內(nèi)主要地層和伸展環(huán)境的發(fā)育階段都集中于早白堊紀。呼倫湖在中、新生代處于環(huán)太平洋構造階段，晚侏羅紀-早白堊紀滿洲里中酸性火山巖大面積噴發(fā)，同時形成海拉爾伸展斷陷盆地（Xu，2013；張旭東，2007）[14-15]。

圖6 呼倫湖地區(qū)中、新生代大地構造圖（海岸線數(shù)據(jù)來自NOAAshorelines；造山帶與構造域位置參考Bouysse，2014；巖漿巖構造單元參考Haghipour,2006；沉積盆地位置參考IHS）

呼倫湖地區(qū)在石炭紀以前都處于海洋環(huán)境，由于受蒙古-鄂霍次克洋閉合演化的影響，在約300 Ma（中-晚石炭世）時呼倫湖地區(qū)隆升成陸。晚侏羅世時發(fā)生強烈持續(xù)的下降，盆地下降沉積了約1 200 m的晚侏羅-下白堊統(tǒng)含煤地層（徐占江，1989）[1]。白堊紀時期呼倫湖繼續(xù)接受煤層沉積，出現(xiàn)了強烈的火山噴發(fā)作用，在晚侏羅世-早白堊世時劇烈的中酸性巖漿巖噴溢而出，形成了約2 km厚度的中生代火山巖（徐占江，1989）（圖7）[1]。呼倫湖位于華北板塊、西伯利亞板塊與太平洋板塊交匯的地區(qū)，中生代以后成為環(huán)太平洋構造域的一部分(Wu，2005）[16]，伊澤納奇板塊與歐亞板塊的俯沖造成海拉爾盆地的發(fā)育（崔顯義，2015；王乃梁，1995；王蘇民，1995）[3,10,19]。

圖7 呼倫湖地區(qū)中、新生代演化階段模式圖（修改自張旭東，2007[15]；梁琛岳，2018[17]；張曉東，1994[18]）

我國東北新生代斷陷盆地群的形成受到太平洋板塊俯沖作用有關的溝—弧—盆伸展體系（Ren J，2002；Xu，2013）[14,20]。古近紀時呼倫湖地區(qū)廣泛抬升，因此缺失古新世-始新世時期沉積物，到漸新世時區(qū)內(nèi)由于普遍下降，形成坳陷型湖盆（張德平，1998）[11]。漸新世時期呼倫湖形成了新的斷裂和褶皺構造，沉積中心因此變?yōu)闉鯛栠d河東面和輝河地區(qū)（王蘇民，1995）[10]。上新世末期，呼倫湖地區(qū)的再次抬升導致湖盆面積開始萎縮，期間發(fā)育有冰磧、冰水沉積物等有一定厚度的冰緣地貌形態(tài)，末次冰盛期之后，區(qū)內(nèi)開始變得潮濕溫暖，發(fā)育有密集的河網(wǎng)水系，古人類開始在此處生活（張德平，1998）[11]。

2.3 呼倫湖湖岸侵蝕作用

呼倫湖湖岸侵蝕及沉積地貌主要由古湖蝕臺地、湖蝕柱、現(xiàn)代湖蝕臺地、湖盆和湖堤組成，呼倫湖西側(cè)斷層陡崖是呼倫湖湖岸侵蝕作用下典型的巖壁形態(tài)特征（圖8）。由于斷層形成的巖石破碎帶受到長時間湖水的侵蝕和沖刷作用，導致陡崖逐漸崩塌后退，形成現(xiàn)今直立陡峭的斷崖形態(tài)（徐占江，1989）[1]。

在呼倫湖西岸成吉思汗拴馬樁處、老虎嘴的陡崖處附近，可見到多處湖蝕洞，湖蝕洞穴口為圓形，洞口直徑在1～2 m之間，湖蝕洞普遍高出呼倫湖水位線4 m，且發(fā)育在同一個水平線上，這表明現(xiàn)今湖蝕洞發(fā)育位置為古湖水所達到的高度，并推測湖蝕洞發(fā)育時期為全新世中期世界性濕潤期（徐占江，1989）[1]。

從呼倫湖地形橫切圖中可以看出，呼倫湖西岸侵蝕顯現(xiàn)更為明顯，古湖蝕臺地高度約為600 m，臺地和湖盆之間偶爾發(fā)育湖蝕柱，地勢均嶙峋陡峭，湖蝕柱高度與陡崖臺地高度一致。

2.4 斷層與歷史地震活動

呼倫湖是受到區(qū)內(nèi)德爾布干斷裂、額爾古納斷裂兩條雙斷式斷裂控制形成的典型構造湖盆，控盆斷裂是巖石圈強烈伸展變形的產(chǎn)物，影響著新生代以來呼倫湖的沉積演化和三坳兩隆的地貌格局。區(qū)內(nèi)構造斷裂和河流基本沿著NE向發(fā)育，整體上反映為拉張背景（陳均亮，2007）[12]。新近紀時期呼倫湖新構造運動頻繁，斷層的復活運動為呼倫湖湖盆的發(fā)育奠定了基礎，湖盆的整體形狀受到兩條斷裂夾持的影響，導致呼倫湖湖盆的最終形狀呈不規(guī)則的四邊形。區(qū)內(nèi)烏爾遜斷陷與紅旗斷陷的最西界限是斷層，烏爾遜河順著次斷層的方向流淌，達蘭鄂羅木河（新開河）的起源發(fā)育也是呼倫湖地區(qū)構造與侵蝕活動互相影響的結果。

圖8 呼倫湖湖岸侵蝕地貌地形剖面圖（地形數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云，分辨率30 m）

呼倫湖一帶歷史地震監(jiān)測和記錄并不全面，本文統(tǒng)計了ISC地震網(wǎng)站上提供的地震數(shù)據(jù)（圖9），再結合文獻資料（朱智勇，2008；徐建德，1993；孫加林，1990）[21-23]，匯總了1960—2018年呼倫湖歷史地震分布表。其中，4.5級以上地震共18次，4級以上地震共42次，區(qū)內(nèi)其他地震都聚集在約（20±5）km的深度上（徐建德，1993）[22]。從呼倫湖地區(qū)地震分布圖可以看出，呼倫湖強地震類型并不常見，小型地震活動頻繁，呈現(xiàn)出帶狀零散分布的格局。呼倫湖地區(qū)的兩條活動斷裂帶呈NNE方向延伸，近100年來地震都發(fā)生在斷裂帶周圍。

圖9 呼倫湖地區(qū)地震分布圖（數(shù)據(jù)來源于ISC歷史地震數(shù)據(jù)）

3 呼倫湖申報世界自然遺產(chǎn)建議

2017年3月，呼倫貝爾申遺項目已列入申報世界遺產(chǎn)的預備清單，呼倫貝爾地區(qū)符合世界自然遺產(chǎn)標準(vii)、(ix)、(x)，具有極高的美學價值和生態(tài)價值，呼倫湖作為我國第五大湖，代表了呼倫貝爾地區(qū)典型的湖泊地貌類型，是申報過程中的重點。

（1）呼倫貝爾大草原是目前所剩不多的未污染草原之一，也是大江大河的發(fā)源地，有很高的自然美景代表性。然而草原生態(tài)系統(tǒng)脆弱，生態(tài)承載能力有限，如果保護措施不到位草原就會變成沙地，草原的沙化將是未來提名地保護的重點。今后應加強當?shù)乇Ｗo與管理措施，自然生態(tài)景觀不能受到當?shù)毓I(yè)化的干擾。

（2）呼倫湖水體面積多年來持續(xù)變化，給園區(qū)保護帶來一定困難，1999年水位達到最高，2002年以來呼倫湖逐漸冷干化，2004年以來得以回升。未來應加強監(jiān)測湖水面積變化，包括呼倫湖水系的相關河流的流量變化以及克魯倫河和烏爾遜河的洪災及斷流現(xiàn)象等。

（3）扎賚諾爾地區(qū)煤礦工業(yè)十分發(fā)達，露天采礦點很多，對草原植被和扎賚諾爾古墓群有一定的破壞作用；呼倫貝爾地下水表層過高，容易被礦區(qū)污染，造成生態(tài)災害，應該重點保護和管理。

（4）應積極開展全球?qū)Ρ妊芯俊?017年俄羅斯與蒙古合作申報的達斡爾跨國世界遺產(chǎn)已成功列入世界遺產(chǎn)名錄，其自然景觀、生態(tài)條件與呼倫貝爾提名地十分相似（表2），在借鑒過程中應加強對比研究，突出呼倫貝爾地區(qū)申遺特色。

表2 呼倫湖與全球同類遺產(chǎn)地對比

續(xù)表2

續(xù)表2

4 結束語

本文從地質(zhì)地貌角度出發(fā)，收集區(qū)域地質(zhì)資料和高精度觀測手段獲得的地球物理數(shù)據(jù)，并通過地理信息平臺表達呼倫湖地區(qū)地質(zhì)地貌的最新成果和進展，為“呼倫貝爾景觀和中國東北古代少數(shù)民族發(fā)源地”申報世界遺產(chǎn)提供依據(jù)。

（1）呼倫湖是東北亞典型的新生代構造湖盆，在湖盆形成過程中依次受到蒙古-鄂霍次克洋閉合時的造山擠壓作用和古太平洋板塊向歐亞板塊的俯沖作用。白堊紀是呼倫湖最重要的演化時期，呼倫湖在中、新生代處于環(huán)太平洋構造階段。

（2）呼倫湖是受到區(qū)內(nèi)德爾布干斷裂、額爾古納斷裂兩條雙斷式斷裂控制形成的典型構造湖盆，控盆斷裂是巖石圈強烈伸展變形的產(chǎn)物，影響著新生代以來呼倫湖的沉積演化和三坳兩隆的地貌格局。

（3）近100年來呼倫湖湖水整體上發(fā)生了兩次擴張和收縮，1905年時呼倫湖湖泊面積達到有史以來的最小值，1950—1970年之間，呼倫湖的水量逐漸增大而變?yōu)榈?962年時呼倫湖面積達到100年以來最高水平，形成新的小型湖泊——新達賚湖，1975年之后，呼倫湖水量一直保持著逐年縮小的趨勢。

（致謝：感謝中國城市規(guī)劃設計研究院于涵專家、北京大學聞丞專家和北京大學宋玨琛、馬雨軒兩位同學在野外工作中的幫助。）