太原盆地第四纪地质研究进展

王利康，杨振京，毕志伟，杨庆华，付晓芬,2

(1. 中国地质科学院 水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 050061；2. 成都理工大学，四川 成都 610059)

太原盆地第四纪地质研究进展

王利康1，杨振京1，毕志伟1，杨庆华1，付晓芬1,2

(1. 中国地质科学院 水文地质环境地质研究所，河北 石家庄 050061；2. 成都理工大学，四川 成都 610059)

太原盆地第四纪以来沉积了巨厚的河湖相地层，边缘区中更新世以来在湖相地层上部覆盖了数十米厚的黄土，是研究第四纪地层和气候环境演化的良好载体。通过搜集前人第四纪地质相关资料，对前人成果从湖相地层、古湖泊变迁、新构造运动与地貌演化3个方面加以总结，确定下一步研究方向。

湖相地层；古湖泊变迁；新构造运动；地貌演化

湖相沉积物记录的所在区域环境演化信息是可靠且连续性的[1]，是研究第四纪地层的重点和热点之一。位于黄土高原东缘的太原盆地，沉积了巨厚的河湖相地层。近年来吸引了众多学者的关注。前人运用典型地貌调查、湖相地层剖面追索、古湖泊变迁、新构造运动等研究方法，对研究区第四纪地质进行多方面的研究。本文拟从盆地湖相地层、古湖泊变迁、新构造运动与地貌演化等方面对前人成果进行总结，并在此基础上确定下一步工作方向。

1 区域概况

太原盆地位于山西省中部，旧称"晋中盆地"，为汾渭地堑系盆地之一。其经纬度坐标：东经115(°)35(′)～112(°)59(′)，北纬36(°)50(′)～38(°)15(′)。三面环山，南隔霍山口与临汾盆地相接(见图1)。

图1 太原盆地地理位置

整个盆地为北东—南西向展布，总面积达6 200 km2。地理区划上属黄土高原东部边缘区，生态环境脆弱；在气候上太原盆地属于温带半干旱类型。其范围包括山西省会太原市、晋中市及吕梁市，是环京津冀周边城市群重要组成部分，也是国家“十三五规划”新型城镇化、生态文明建设的重点地区。

2 湖相地层研究

太原盆地的湖相地层沉积始于古近纪上新世时期，在数百万年中沉积了巨厚的湖相地层，沉积物岩性为灰褐色、棕黄色局部棕红色的粘土、亚粘土和粉细砂。其岩石地层特征和包含的环境代用指标是地层划分和气候变化研究的良好载体，也最先受到国内外学者的关注。

最早在研究区进行湖相地层研究的学者是Baarbour G B[2]，通过太谷盘道剖面和红土山剖面进行研究，认为其大同盆地湖相沉积物属于同期，进而将研究区地层划分为泥河湾期、周口店期和黄土期。郭令智[3]等通过实地踏勘盘道、介休义棠剖面对研究区湖相地层进行研究，将第四纪地层划分为四段：下更新统泥河湾期，中更新统周口店期，上更新统马兰黄土，全新统淤积和洪积物。还有学者[4]通过对太谷县盘道剖面进行研究后认为，研究区第四纪划分应为下更新统太古层(河湖相含鱼化石)，中更新统红色土和上更新统马兰黄土。山西省区域地质志[4]，结合前人研究成果，对地层划分提出了修改方案。认为本区下更新统为泥河湾组，中更新统为离石组黄土沉积和匼河组湖相沉积交替，上更新统为马兰组，全新统未分组。黄宝玉[5]等通过太古下土河剖面和盘道剖面的湖相沉积物岩石特征和微体古生物化石组合特征，结合太原盆地内部钻孔资料，综合对比山西省中南部与邻区的第四纪地层，提出的划分方案分为两部分：盆地边缘湖相剖面划分方案为下更新统太谷组，中更新统离石组，上更新统马兰组；盆地内部湖相地层分为下更新统史家社组和义安组，中上更新统为汾河群。

总结前人的研究成果可以看出(见表1)，研究区湖相沉积分为两部分。在山前地区，地层剖面中湖相沉积地层揭示其湖泊沉积至少持续到早更新世结束，甚至部分剖面地层显示持续至中更新世中期，其后由于湖盆抬升，湖相沉积间断，黄土覆盖于湖相地层之上；在盆地中心，钻孔揭示湖相地层自早更新世连续沉积至晚更新世。

表1 太原盆地第四纪地层划分沿革

3 古湖泊变迁研究

研究区古湖泊在晚更新世末期至全新世时期仍然存在一定的面积。在周朝该古湖泊被称为昭余祁，随着时间推移，湖泊面积不断缩小，直至元时期最终干涸，其后的历史文献中再无古湖泊相关记载。

桑志达[6]尝试通过遥感图像光学增强、地学分析和历史资料论证的方法，提取了不同历史时期的太原盆地古湖泊的轮廓界线，同时还应用光电扫描仪量算面积，进行初步的定量分析。王尚义[7]对古湖泊的消亡进行了考证，其据史料记载认为在周朝昭余祁总面积可达1 800 km2，至唐宋时邬泽面积约缩小为300 km2，最终在元代彻底消亡，其消亡时序是由北向南逐步推进，北边干涸早于南边，分析认为汾河流域变迁、气候变化、人为植被破坏是其主要影响因素。孟万忠[8]等利用汾河流域近年的气象、水文资料，对古湖泊的水量平衡进行了估算，认为两千年来古湖泊的消亡与汾河改道导致入湖水量减少有着直接关系。

关于研究区古湖泊最终消亡的原因，有学者认为是气候变化和水文地质因素起主导作用；也有学者认为是汾河的频繁改道是其消亡的直接原因；还有学者认为在汾河改道、气候变化和人为植被破坏三大因素共同作用下，古湖泊最终消亡。

4 新构造运动和盆地地貌演化研究

太原盆地属典型的新生代构造断陷盆地，特别是第四纪以来，新构造运动频繁。通过对研究区地貌单元及其反应的新构造运动相关研究，有助于提高对太原盆地形成和发展历史的认识程度。

郭令智[3]等通过对汾河流域阶地地貌的勘察与研究后认为太原盆地的新构造运动有三种主要形式，分别为盆地边缘山地抬升运动、盆地内部断裂运动和褶皱；王乃梁[9]等学者通过对盆地内部阶地、洪积扇地貌的研究，认为研究区地貌格局完全受新构造断层控制，尤其受规模大分布广的北东向断层影响。闫小兵[10]等研究了山西省晚新生代河流阶地后，认为包括太原盆地在内的山西省各大盆地的形成和发育都受到新构造运动的抬升影响，并且未来盆地的发育仍主要受抬升作用影响；胡小猛[11-13]等利用地层连续追踪法对研究区湖积台地进行研究，结合铀系测年建立的精确年代，确定在中晚更新世时期的0.75，0.50，0.13 MaB.P.这3个时段，湖盆抬升受构造因素的影响远高于气候变迁对其的影响。姜佳奇[14]等对研究区不同地貌进行野外踏勘，利用光释光精确年代数据，认为晚更新世以来地貌演化经过5个阶段，现今地貌格局开始于距今3000年前的第5阶段。

通过以上的分析，我们可以看出很多学者经过实地典型地貌踏勘和调查，对研究区汾河阶地、湖积台地等典型地貌的研究，取得较一致的认识，即太原盆地新构造运动3种形式中的构造抬升是控制地貌演化的控制因素，气候的干湿变化影响较小。

5 结 论

1) 湖相地层方面

太原盆地沉积的巨厚湖相地层研究，不同学者有着各自的划分方案。但在不同的划分方案中普遍认为研究区湖相沉积物和泥河湾湖相沉积物是同期发生的，因此在地层划分中将其划分为泥河湾期，且都认为湖相地层沉积在早更新世结束。中晚更新世大部分学者依据剖面地层划分为风成离石黄土和马兰黄土，少数学者认为中更新世时期在太原盆地中心和东部山前存在湖相地层，并划分为汾河群和匼河组。

2) 古湖泊变迁

太原盆地古湖泊自上新世开始形成，第四纪早更新世时期水域面积巨大，中晚更新世湖泊逐渐缩小，全新世末期彻底消亡。历史文献记录以来的古湖泊变迁为周朝昭余祁总面积为1 800 km2，南北朝时期祁薮、邬泽的面积已经缩小为700 km2，隋唐时期邬泽、祁薮的面积进一步减小为500 km2，唐宋时邬泽面积约300 km2，最终到元代昭余池面积仅剩约50 km2，进而消亡。古昭余祁消亡时序是自北向南逐步推进，北边干涸时间早于南边。其成因与汾河变迁、气候变化密切相关。

3) 新构造运动研究和地貌演化

太原盆地地貌类型多样，其中河流阶地、湖积台地、山前冲积扇等地貌的形成发育是受第四纪时期的新构造运动控制的，气候变化影响因素较小。且构造抬升运动现在仍在继续，并将持续至未来很长一段时期。

4) 下一步研究计划

虽然前人对太原盆地的研究取得成果丰富，但研究区目前尚无高分辨率第四纪河湖相地层综合研究，盆地中心湖相地层涉及早—中更新统研究缺乏可靠的绝对年代数据和古地磁极性柱支撑，仅有孢粉组合数据和微体古生物组合反映气候变化，无法进一步对研究区区域第四纪地层划分和环境变化进行详细研究。笔者正在进行太原盆地第四纪河湖相地层划分和气候变化研究工作。通过对第四纪标准钻孔沉积物以岩石地层学为基础，以AMSC-14、光释光、古地磁为主的年代地层学为核心，建立研究区第四纪地层沉积序列；同时，分析高分辨率的粒度、磁化率、地球化学元素环境代用指标，结合建立的年代框架，重建研究区第四纪以来气候环境变化历史。

[1] 沈吉，薛滨，吴敬禄, 等. 湖泊沉积与环境演化[M]. 北京: 科学出版社, 2010.

[2] Baarbour G B. The Taiku deposits and problem of the Pleistocene climate[J]. Bulletin of Geological Society of China, 1931(10): 23-26.

[3] 郭令智，夏树芳. 汾河流域之地质和地貌[J]. 南京大学学报(自然科学版)，1956(5): 32-37.

[4] 山西地质矿产局. 山西省区域地质志[M]. 北京：地质出版社，1989.

[5] 黄宝玉，郭书元. 山西中南部晚新生代地层和古生物群[M]. 北京：科学出版社，1991.

[6] 桑志达，赵余录. 试论太原断陷盆地古湖泊的演变[J]. 环境遥感，1988，3(4)：273-281.

[7] 王尚义. 太原盆地昭余古湖的变迁及湮塞[J]. 地理学报，1997，52(3)：262-267.

[8] 孟万忠，刘晓峰，王尚义. 两千年来太原盆地古湖泊的水量平衡研究[J]. 干旱区资源与环境，2011, 25(8)：167-171.

[9] 王乃梁，杨景春，夏正楷, 等. 山西地堑系新生代沉积与构造地貌[M]. 北京：科学出版社, 1996.

[10] 闫小兵，李自红，郭瑾, 等. 山西晚新生代古地理环境变迁与新构造运动响应[J]. 地震工程学报，2014, 36(2)：338-352.

[11] 胡小猛，傅建利，马志正, 等. 太原盆地洪山第四纪剖面的发现[J]. 地层学杂志，2002，26(3)：226-229.

[12] 胡小猛，傅建利，李有利. 汾河地貌发育对新构造运动和气候变化的响应[J]. 地理学报，2002, 57(3)：317-324.

[13] 胡小猛，卢海龙，吴冰, 等. 山西地堑湖盆湖退—湖侵的地貌沉积响应及其构造指示意义[J]. 第四纪研究，2011, 31(6)：1067-1076.

[14] 姜佳奇，莫多闻，吕建晴, 等. 山西太原盆地全新世地貌演化及其对古人类聚落分布的影响[J]. 古地理学报，2016, 18(5)：895-904.

Research Progress of Quaternary Geology in Taiyuan Basin

WANG Likang1, YANG Zhenjing1, BI Zhiwei1, YANG Qinghua1, FU Xiaofen1,2

(1.InstituteofHydrogeologyandEneironmentalGeology,CAGS,Shijiazhuang,Hebei050061,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

In the middle of Taiyaun basin deposited, there is a huge lacustrine strata in Quaternary. In the upper part of the basic, we find that it is covered with tens of meters loess deposits. It’s worth to studying the evolution of Quaternary strata and paleoclimate. The author tries to analyze and summarize the previous research in three aspects of lacustrine strata, namely, Palaeo-Lake changes, neotectonic movement and Geomorphic evolution. The result will determine the direction of the next step.

Lacustrine strata; Palaeo-Lake changes; Neotectonic movement; Geomorphic evolution

2017-04-06

中国地质科学院水文地质环境地质研究所基本业务费(SK201609)

王利康(1986-)，男，河北石家庄人，研究实习员，研究方向：第四纪地质研究，手机：15075164580，E-mail：kkdeziji@126.com.

P534.63

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.016