保德-府谷地区晚第三系砾石层的分布与成因

刘运明

（安庆师范大学 资源与环境学院，安徽 安庆 246133）

保德-府谷地区晚第三系砾石层的分布与成因

刘运明

（安庆师范大学 资源与环境学院，安徽 安庆 246133）

通过对保德-府谷地区黄河两岸晚第三系砾石层的实地测量，发现两岸砾石层的海拔高度非常接近，总体上自东向西高度变低。相关研究资料与古地磁年代学工作表明，区域内砾石层分布规律性明显，即从自保德东部向西至府谷，砾石层的年龄越来越老，从8Ma一直跨越到3.7Ma。根据区域砾石层的海拔高度和形成的年代数据，区域内的晚第三系砾石层只能是黄河侧向侵蚀的结果。

晚第三系；黄河；砾石层

1　引言

保德-府谷地区晚第三纪砾石层的形成原因一直是困扰地理学者的问题，也是关系到黄河形成与演化的重大问题。目前，学术界比较流行的一种观点认为，黄河形成于第四纪早中期，与青藏高原隆升引起的黄河运动密切相关［1-3］。位于晋陕峡谷北部黄河两岸的晚第三系砾石层不是古黄河的沉积物，因为组成该砾石层的砾石在磨圆度与岩性方面与黄河现存阶地及河漫滩上的砾石差别较大，因而更倾向于将该砾石层的成因归为发源于吕梁山的东西流向的古分散水系或山前洪积扇［4］。最新的研究表明，位于保德和府谷地区的晚第三系砾石层可能为区域性古湖泊沉积，汇聚来自盆地周边的小型水系沉积［5］。然而，我国著名地貌学家王乃樑先生早在上世纪五十年代就指出，位于晋陕峡谷北部黄河两岸的晚第三系沉积为黄河沉积物［6］，黄河在晚第三纪已经形成，并在保德一带形成稳定的宽谷［7］。

过去对晚第三系砾石层的研究，过分强调其在沉积特征方面与现今黄河河漫滩与第四纪河流阶地上沉积物的差异［5］，使用的一些指标如磨圆度和扁平砾石的倾向等不可避免存在主观性，而对于砾石层在不同地区的分布、年代以及海拔高度等方面的工作由于种种原因做得不够。笔者根据多年在该区的野外考察结果并结合前人在该区的工作，对该区砾石层与黄河发育的关系进行探讨。

2　区域概况

研究区域位于晋陕峡谷北部山西的保德县和山西的府谷县周边地区，黄河在该区自东北流向西南然后转向东南，形成一个大的拐弯，保德县位于拐弯的东岸，府谷县与保德县隔河相望（图1）。本区最大的两条支流是发源于吕梁山在保德县注入黄河的朱家川和发源于鄂尔多斯高原在府谷县注入黄河的孤山川。对该区进行广泛的野外考察发现，黄河两岸至少存在四级第四纪时期形成的黄河阶地，而河谷两岸最高的河流相沉积物是晚第三系红粘土覆盖的砾石层。该砾石层的分布范围很广泛，在府谷县城以北的山坡上和保德县城以东的山坡上都可找到晚第三系砾石层，上覆厚层保德组和静乐组红粘土。关于该砾石层的磨圆特征与岩性对比的相关结果，已经在相关刊物上发表，不再赘述。

区域内的基岩主要是三叠纪的砂岩、泥岩和石灰岩，石灰岩主要分布于保德县和府谷县天桥水库以北至河曲巡镇之间，河谷深切，两岸崖壁陡峭。天桥水库以南，出露砂岩和泥岩，阶地保存完整。研究区内砂岩和泥岩岩层主要呈水平产状，但在府谷县西北的沟谷中，可发现倾斜的三叠系砂岩、泥岩，为区域内小型断层作用的所致。本区位于黄土高原北部，地貌类型主要是黄土梁和黄土峁，受黄河及其支流的切割，地表沟壑纵横，红粘土、砾石层和基岩广泛出露，为野外地貌考察提供很大的便利。

图1　研究区域位置与研究剖面分布

3　数据来源

保德地区因其保存完整的晚第三系红粘土成为地质学者关注的重点，相关研究成果不断涌现。保德周边的红粘土富含三趾马等古生物化石，野外即可根据其颜色分为两组，即上层深红色的相对较年轻的静乐组红土和下层浅红色的相对较老的保德组红土。磁性古地磁的研究表明，静乐组红土和保德组红土的界线为5.34Ma左右［8］，不同地区可能因沉积间断等原因会稍有不同，成为红粘土的一条重要界线。

前人的工作侧重于红粘土磁性地层方面的研究，对红粘土之下的砾石层的成因少有提及。笔者在保德和府谷地区对红粘土之下的砾石层进行了大量野外考察和年代学工作，结合目前国内外在本区的相关成果，对保德和府谷地区晚第三系砾石层的海拔高度和年代数据加以整理，列为表1。文中涉及的全部9个剖面在图1中用黑色五角星表示。

表1　保德府谷地区不同剖面年代和地层数据

4　数据分析与讨论

4.1年代数据分析

保德冀家沟剖面的砾石层之上存在静乐组红土和保德组红土，保德组红土中存在多层薄层砾石层，古地磁的年代数据显示，该剖面最底部的砾石层的形成年代接近8Ma［9］。庙沟剖面没有进行古地磁的年代测量工作，但该剖面中也存在巨厚的保德组红粘土，其形成年代也远远大于5.34Ma，根据保德组红粘土的厚度判断，该区砾石层的形成时代可能与冀家沟剖面的形成时代类似，即8Ma左右。芦子沟剖面位于冀家沟剖面西北，剖面中存在保德组红土和厚层湖相地层，Pan等人的工作显示，该剖面的古地磁年龄为8.35Ma［5］。然而，对于该剖面的形成时代，笔者保持怀疑态度，主要原因在于，剖面底部与标准极性柱对应的多处正极性亚时，地层厚度极薄。两处与标准极性柱对应的年代跨距较大的正极性亚时，在芦子沟剖面都只有两块代表性样品，大大降低了数据的可信性。根据Zhu等人［8］和笔者在该处的古地磁工作，砾石层之上的湖相层和保德组红土，沉积速度很快，无论正极性时还是反极性时，对应的地层厚度都很大。笔者根据该区保德红土和静乐红土的界线，结合该剖面与其周边磨扇沟剖面和杨家沟剖面的关系，认为芦子沟剖面的形成年代可能不超过7Ma，厚度巨大的反极性时可能是当时快速沉积的河流沉积所致。

杨家沟剖面和炭峪沟剖面都是为研究红粘土而进行的磁性地层研究，对这两个剖面进行采样时，Zhu等人［8］没有采样至底部砾石层，但已经接近砾石层之上的河湖相地层，考虑到河湖相地层的沉积速度极快，两个剖面底部的年龄已接近砾石层的形成时代，因此杨家沟与炭峪沟剖面的形成时代分别为7.23Ma和接近7Ma。磨扇沟剖面笔者曾做过磁性地层研究，给出的年代数据为6.5Ma［10］。

根据Pan等人［5］的古地磁结果，大烟墩剖面和高家窨则剖面砾石层剖面的形成时代分别为5Ma 和3.7Ma，这些结果是比较可靠的，因为大烟墩剖面与高家窨则剖面的红粘土都为静乐组红粘土，不存在保德组红粘土，年龄肯定是小于5.34Ma的。笔者考察的另一剖面为山头村剖面，虽未进行古地磁年代学研究，但该剖面与大烟墩和高家窨则剖面一致，都仅保存静乐组红粘土，年龄也是小于5.34Ma的。考虑到红粘土的厚度不是很大，山头村的形成时代可能与高家窨则剖面的形成时代类似。

把获得的年代数据与这些剖面在该区的位置结合起来，可以发现一个规律，保德和府谷地区存在的晚第三系砾石层，其形成时代具有从研究区东部向西部地区逐渐变年轻的趋势。

4.2海拔高度数据分析

由于笔者在考察时，一些剖面的高度数据没有测量，表1仅给出了几个已知剖面的数据。根据Pan等人［5］的测量，芦子沟剖面的高度数据为990m左右，大烟墩剖面的海拔高度约为1050m左右，而高家窨则剖面的海拔高度数据约为1100m，从而以芦子沟为中心，形成一个盆地地形。然而，笔者在保德地区曾用气压高度计测量过磨扇沟剖面和高家窨则剖面的海拔高度，两者分别为980m和975m左右。保德和府谷两岸的红粘土，虽然形成年代存在巨大差别，但砾石层的海拔高度却是相近的。为了验证测量结果的正确性，笔者参考了该区高精度地形图，发现高家窨则剖面所在的位置在地形图上位于1000m等高线以下，说明Pan等人的测量结果可能有误。此外，磨扇沟与大烟墩剖面相距很近，高差60m也过大，在保德县东南的沟谷中，可以发现两处砾石层都呈水平产状分布并连续分布，高差也是非常接近。因此，笔者认为，整个保德和府谷地区的晚第三系砾石的海拔高度都在980m左右，不同地区相差不是很大，盆地地形并不成立。

4.3砾石层成因解释

通过以上分析，我们可以发现，保德和府谷地区存在的晚第三系砾石层，虽然形成的年代差别巨大，但基本都位于相似的海拔高度之上。这是用区域内陆湖泊沉积和东西流向的古分散水系所无法解释的。否则，无论在府谷还是保德，都应该能够找到最老的晚第三系砾石层。

保德和府谷地区的晚第三系砾石层，虽然形成时代不同，测年的结果却也颇不相似，但这些年代数据在地图上的分布却是有规律的，即自东向西，年代越来越新，这可能暗示了一个河流侧向侵蚀的过程。即该河流最早在保德以东的冀家沟和庙沟等地区出现，随着时间的推移，缓慢向西或西北方向迁移并逐渐废弃原先的河道，于3.7Ma左右迁移到达高家窨则和山前村等地。原先形成的砾石层，逐渐被晚第三纪开始沉积的红粘土所覆盖。该河流的流向不是自东向西或自西向东，因而不是发源于吕梁山的古分散水系，而是南北流向的，与现今黄河一致。因此，现今黄河在晋陕峡谷出现的年代可以推至8Ma，与黄土高原最老的红粘土出现的时代相似。

5　结论

存在于保德和府谷地区的晚第三系砾石层，形成年代介于8Ma至3.7Ma，海拔高度非常接近，为晚第三纪黄河自东向西侧向迁移的结果。晋陕峡谷地区的黄河河道最早形成于8Ma之前。

［1］潘保田，王均平，高红山，等.河南扣马黄河最高级阶地古地磁年代及其对黄河贯通时代的指示［J］.科学通报，2005，50（3）：255-261.

［2］程绍平，邓起东，闵伟，等.黄河晋陕峡谷河流阶地和鄂尔多斯高原第四纪构造运动［J］.第四纪研究，1998（3）：238-248.

［3］李吉均，方小敏，马海洲，等.晚新生代黄河上游地貌演化与青藏高原隆起［J］.中国科学：D辑，1996，26（4）：316-322.

［4］朱照宇．黄河中游河流阶地的形成与水系演化［J］．地理学报，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.对于张伯声先生“从黄土线说明黄河河道的发育”一文的意见［J］.科学通报，1956（7）：67-72.

［7］袁宝印，王振海.青藏高原隆起与黄河地文期［J］.第四纪研究，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］岳乐平，邓涛，张云翔，等.保德阶层型剖面磁性地层学研究［J］.地层学杂志，2004，28（1）：48-51.

［10］刘运明，李有利.山西保德黄河最高阶地形成的时代［J］.地理与地理信息科学，2007，23（1）：101-108.

［责任编辑：余义兵］

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

国家自然科学基金青年项目（40901006）。

刘运明（1977-），男，山东胶南人，安庆师范大学资源与环境学院讲师，博士，主要从事河流地貌方面的研究。