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《兰州大学》 2012年
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晋陕黄河晚新生代水系发育与河流阶地研究

胡振波  
【摘要】:晋陕间黄河纵贯晋陕峡谷和汾渭盆地,构成了黄河中游的主体。关于该段黄河的研究,尤其是晋陕峡谷黄河形成时代和水系发育过程一直是地学界十分关注的科学问题,长期存在比较大的意见分歧,至今没有得到比较好的解决。此外,气候变化和地面上升在黄河阶地发育过程中所起的作用也备受河流地貌学界关注,然而对晋陕黄河不同构造背景河段(抬升区的晋陕峡谷段黄河和总体沉降的汾渭盆地段黄河)如何响应气候变化和地面升降发育阶地的研究目前仍比较薄弱。针对这些问题,论文在先前研究的基础之上,首先对占据黄河中游的唐县期夷平面、位于晋陕峡谷北段夷平面上的河湖相地层和风成红黏土覆盖河流砾石层,以及夷平面下各级黄河阶地的年代学进行了补充研究。在这些年代学框架的控制下,根据河湖相地层中所含河流砾石层和风成红黏土覆盖河流砾石层岩性和组构等沉积特征重建了晋陕峡谷晚新生代河流演化过程。其次,论文还对抬升区的晋陕峡谷段黄河和沉降区的汾渭盆地段黄河响应外部因素变化发育阶地的规律进行了研究,探讨了晋陕间黄河不同构造背景河段响应气候变化和构造运动发育阶地的基本特点。 晋陕峡谷北段保德地区在8.3-3.7Ma期间堆积了一套河湖相地层,为唐县期夷平面的相关沉积。根据其所含河流砾石层的岩性和组构统计,汇入的河流为源自周围抬升区的短小河流,构成了一个局地规模的湖泊水系。晋陕峡谷北段唐县期夷平面上分布两期风成红黏土覆盖河流砾石层,形成年代分别在4.9Ma前和3.7Ma前;其砾石的岩性和组构统计揭示,它们所指示的河流流向北,与黄河流向相反,是一个不同于现代黄河的古河流。它将保德古湖水系与河套盆地水系联系起来。3.7Ma前,强烈的地面上升导致唐县期夷平面抬升和河湖相沉积结束,其上堆积风成红黏土,地形起伏增大,河流溯源侵蚀加剧,水系进入重新组织阶段。1.2Ma前,黄土高原南部的河流将原北流水系袭夺,晋陕峡谷现代黄河形成。最近1.2Ma,强烈的地面抬升造成黄河不断下切并沿峡谷发育多级河流阶地,晋陕峡谷逐渐演化成现在壮观的深切河谷地貌。 晋陕间黄河各级阶地河流沉积物顶部都有一层古土壤发育,说明黄河下切形成阶地无论是在抬升区的晋陕峡谷还是沉降区的汾渭盆地都发生在气候由冰期向间冰期的过渡阶段,但是晋陕黄河并非在1.24Ma以来的每次冰期向间冰期过渡阶段都能发育阶地。气候变化仅能引起黄河堆积与下切河流行为的转换进而影响阶地的形成时间,但并不能决定阶梯状阶地是否形成。地面上升对晋陕黄河阶梯状阶地的发育是必须的,它能够驱动黄河长期下切,而且只有在足够快速的地面上升驱动下黄河在每一次气候由冰期向间冰期过渡时才能发动有效的下切量形成阶梯状阶地(如在晋陕峡谷和汾渭盆地最近0.24Ma间);而在地面上升较缓慢时期(如在晋陕峡谷1.24-0.4Ma间),黄河只能在大幅度的冰期向间冰期过渡阶段才能有足够的下切量形成阶梯状阶地;当地面长期处于沉降状态时(如在汾渭盆地1.24-0.24Ma间),即使流域经历了多次大幅度的冰期-间冰期气候旋回,黄河也不会发育阶梯状阶地,而是以少数堆叠阶地面的形式记录堆积和下切的交替。因此,晋陕黄河(晋陕峡谷段黄河和汾渭盆地段黄河)阶地序列的发育是黄河复合响应冰期-间冰期气候旋回和地面升降的结果,二者只有相互耦合促使黄河在阶地形成过程的侵蚀阶段有足够的下切能力,这才最有利于阶梯状阶地的形成和后期保存。
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