新生代以来洛阳盆地的形成演变

郭振林 刘朝 刘莎莎 唐谷清

（①华北地质勘查局综合普查大队 燕郊065201 ②河北省地矿局第七地质大队 燕郊 065201）

洛阳盆地位于华北地台的西南边缘，地处新华夏系第二沉降带和第三隆起带与东西向构造带的交汇部位，为夹持于河南西部熊耳山、嵩山、首阳山、邙山、小秦岭等隆起带间的断（拗）陷盆地。区域自中、新生代以来，经过燕山、喜山期的构造旋回改造[1]，已形成了主体受北东向构造带影响，局部受北西向与东西向构造带影响，包含洛阳盆地与周围复式冲断带、褶皱带和一系列断裂带的复杂地质构造体系[1，3-7]。区域地质环境条件复杂，深刻影响了区内的水文地质、工程地质及区域稳定性等变化特征，也影响了人类的工程建设活动等。然而，该区域的地质构造复杂，至今在部分地层的鉴别及现代洛阳盆地的形成演变方面，未有准确定论，依然分歧较大，难以统一认识。其最核心的认识分歧就聚焦在对洛阳现代盆地的形成演化方面。洛阳盆地最晚形成于中生代时期，且所指盆地应为包括洛阳现代盆地在内的更大的前新生代沉积盆地。另有部分地质工作者从地质构造特征方面分析，认为洛阳盆地形成于中、新生代时期[10、22]，并对洛阳盆地外围西南部一带的负反转构造进行了讨论[10]，但也未对洛阳盆地和其周围的复杂地质环境现象作出合理解释。

1 一些重要地质构造现象

洛阳现代盆地及其周围的地质环境信息记录了该区曾经的环境变迁过程，一些重要地质环境现象可为探析新生代以来洛阳盆地的构造变迁提供参考。

1.1 邻区的新构造活动

洛阳盆地东北部邻区的焦作、博爱一带，新构造活动十分显著，其山区及山区与平原交接处的河谷、沟壑地带多见有侵蚀基座阶地，基座阶地上部为第四系中更新统风积黄土或晚、中更新统风积黄土，下部为坚硬基岩，且河谷下切基岩较深，状似第四系松散土层悬挂在高坡或半坡处，部分可与对面山体近似看齐（照片1-4示）。表明第四纪中更新世以来，焦作、博爱一带发生了强烈的构造上升运动，上述地质现象记录下了这一构造变迁过程。再从部分地带上部出露晚更新统风积黄土、黄土状土及与下部中更新统风积黄土呈整合接触以及其中有二～三层的古土壤层来看，这一期的地质构造运动大约发生在中更新世的中晚期，且如此强烈的构造活动一定波及了更广的范围，这其中也包括洛阳盆地在内。

1.2 洛阳盆地一带的地质构造现象

1.2.1 盆地内、外新生代地层成因迥异，部分地层显著错断

照片1-4 邻区焦作、博爱一带的新构造活动现象

洛阳盆地明显凹陷，四周为邙山岭、小秦岭、屁山、龙门山、外方山、嵩山、首阳山等高凸山地，盆内明显凹陷。其盆地北缘分布风积相中、上更新统黄土（Q2eol、Q3eol），下伏为河湖相新近系含卵砾石粘土、砂质粘土、细砂及砂卵石地层等（N1L）；西缘分布河湖相新近系砂质粘土岩、砂岩、砂砾岩、钙质富集层等（N1L）和粘土·结核层等（N2），少量低洼带分布晚更新统风积黄土层（Q3eol）；南缘分布风积相中更新统黄土层（Q2eol），下伏为河湖相新近系砂质粘土岩、砂岩、砂砾岩、钙质富集层等（N1L），少量低洼带则分布晚更新统风积黄土层（Q3eol）；东缘分布冲洪积、坡洪积相上、中更新统黄土状土层（Q3al-pl、Q2dl-pl）；盆内自上而下分布全新统、上更新统、中更新统上段河流冲积、洪积相亚粘土、亚砂土、粉土、轻亚粘土、细砂、砂砾石、砂卵石地层（Q4al、Q3al、Q22al-pl），及中更新统下段、下更新统的洪积相泥质砂卵石层和冲洪积相含卵砾石粘土、砂质粘土、细砂、砂卵石层（Q21pl、Q1pl-al）以及新近系河湖相复陆屑地层（N1L）[1，3,5，6，8,9]。

1.2.2 盆地外基岩环围，环围带内沉积巨厚新生代地层

洛阳盆地的西北、西南、东南部外围基岩环围似盆状，与洛阳盆地边缘间的环围带沉积了数千米厚古近系红色、灰绿色河流-滨湖、浅-深湖、湖沼相粗陆屑砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩及少量煤层、油页岩地层，下伏为数千米厚侏罗系地层，中间缺失白垩系地层；上覆为数百米厚新近系棕红、紫红色滨湖、河流-滨湖相的粗陆屑岩与粘土岩互层，再上为第四系风积相与坡洪积相地层[1，3,5,6]。这种分布了巨厚且成因稳定的河湖相地层，指示该沉积区域曾经是个较大的湖盆，湖盆形成于中生代白垩纪之后。

1.2.3 盆地外围西北部新生代地层渐次遭遇错断

洛阳盆地外围西北部的黄土丘陵与台塬地带，广泛分布新生代地层，一些地段的地层明显遭遇错断。其中，沿南达宿-瀍阳-西霞院一线及马铃村-常袋一线地带，分布的新近系及下伏二叠系地层遭遇断层错断，垂直断距一个大于288m，一个71.9m[5]；而沿西坡-半坡-牛步河-王家嘴一线地带，分布的新近系地层也遭遇错断，垂直断距178m[5]；另沿赵洼-前海资-叶沟-后营-窑上一线地带，分布的中更新统及新近系地层遭遇错断，垂直断距165.8m[5,8]。这些现象反映区域地层渐次遭受过错断，指示这些地带新生代以来，发生过断裂活动，新构造活动迹象显著。

1.2.4 盆地北、西、南部丘陵地带地势相近，却分布了差异较大的新生代地层

洛阳盆地北、西、南部丘陵地带，地势高程变化大体相近，却分布了时代迥异的新生代地层。其中，在西部小秦岭和南部的屁山、龙门山一带，地势高程151～400m 之间，地表主要分布新近系河湖相地层（N1L），仅在低洼带分布少量风积相第四系上更新统黄土（Q3eol）地层[3,8,9]；而同处在相近高程范围的西北部邙山岭西段（179～420m）和东南部外方山北坡（189～350m）一带，地表主要分布了第四系中更新统风积黄土（Q2eol）地层[3,6,8,9]，之下是新近系河湖相地层（N1L），其间缺失下更新统地层，地层分布时代与西部丘陵差异较大。这种地质现象指明，在洛阳盆地周边曾发生过差异显著的地壳升、降运动，从这些区域缺失下更新统地层以及顶部地带依然存留中更新统风积黄土（Q2eol）地层来看，这个地壳活动应发生在新近纪末期，它直接与洛阳现代盆地的形成演进有关。另从该区的断裂带分布看，有北部的F8、F14及西南部的F20、F21、F22 和偏南部的F11、F16、F24 等断裂带，正好从这些地带地貌体的不同侧边切过或围块切过[3,7-9]，这也佐证这些地貌块体发生过差异性升、降运动（断裂）。

1.2.5 盆地北侧一些新生代地层特殊接触或隆弯、褶断

洛阳盆地及周边的第四系发育较齐全，部分地带（盆地北侧）的一些新、老地层构造、接触较复杂。其中，（1）洛阳盆地北部的第四系中更新统风积黄土地层（Q2eol）与较老的新近系河湖相地层（（N1L））超覆接触；第四系上更新统风积黄土地层（Q3eol）又与中更新统风积黄土地层（Q2eol）内迭接触，而高凸部位则保留了较老的中更新统地层（Q2eol）[3,7,8]。反映新近纪末和第四纪中更新世末分别发生过新构造活动，使已沉积的较老地层作差异性的隆起与剥蚀，后再转入沉降环境，较新地层风积相黄土易沿较老地层的古斜坡及起伏和缓的高凸地带沉积，形成超覆于较老地层之上的新地层构造。之后，再次转入差异性的升、降活动，高凸地带继续上升剥蚀，缺失了新地层；而沟壑等低洼地带存留下新地层。（2）盆地东北部邙山岭一带（三十里铺、宋庄、新庄一带）的新近系卵石、砂卵石层（（N1L）和其下部的粘土、粉细砂层（N1L），一同遭受挤压隆弯，罩盖在下伏粉细砂、粘土层（N1L）之上，而其上覆又被中更新统风积黄土地层（Q2eol）覆盖，且在南侧遭遇了褶断[8]。反映新近纪后期发生过局部新构造活动，使已沉积的新近系卵石、砂卵石层（N1L）和部分粘土、粉细砂层（N1L）一同发生挤压隆弯与褶断。

1.2.6 一些深大断裂错断新近系地层，控制了洛阳盆地及巨厚新生代沉积地层的边界

本区断裂构造较发育，发育有北西、北东向、北东东向、东西向等十数条断裂带[1,3-8,10]，有一些深大断裂带错断新生代地层，控制了洛阳现代盆地边界和巨厚的新生代沉积地层边界

2 新生代以来洛阳盆地的形成演变

新生代以来洛阳盆地的形成较复杂，它是区域内、外地质动力综合作用的结果。经历几千万年的演化，洛阳现代盆地一带已沧桑巨变，但依然存留有许多地质痕迹[1,3-8,10,13,20-22]，可作为探析洛阳新生代盆地形成演化的重要依据。根据前述洛阳盆地一带及周边的地质构造现象指示，可重塑新生代以来洛阳盆地的形成机制过程。

2.1 前新生代的区域地质环境变迁

早侏罗世时，区域地壳上隆及升降运动（燕山运动Ⅰ、Ⅱ幕），洛阳中生代早期盆地更加缩小，呈近于东西向的长椭圆形分布。晚侏罗世时盆地东部翘起，倾向西南，洛阳一带上升剥蚀，但仍保持了中生代早期盆地的拗陷形状。晚侏罗世末褶断运动和岩浆活动激烈（燕山运动Ⅲ幕），区域发生近东西向强烈褶皱，断块差异运动突出，豫西形成一些断（坳）陷盆地，洛阳一带为临近洛宁-宜阳断（坳）盆地东北端的平缓开阔褶皱带[1]，略向西南倾斜。

早白垩世末，断块差异运动更加强烈，岩浆大规模侵入活动（燕山运动Ⅳ幕），华北西部和南部急剧隆起，东部大幅陷落，华北断（拗）陷开始形成。洛阳一带仍为临近洛宁-宜阳断（坳）盆地东北端的剥蚀开阔褶皱带。晚白垩世末-始新世，区域断块运动加剧,地层断错倾斜（燕山运动Ⅴ幕）,同时伴有拗褶运动，中朝准地台发生大规模的解体，深断裂发育，东西分异更加显著，其西部、南部隆升，东部急剧大幅度下沉与扩大，形成了华北断拗盆地[12-16]。受华北断拗盆地大幅下沉[17-19]及地壳深部应力调整影响，洛阳一带沿其西霞-巩义断裂带（F26）、太行山隆起带南端及系列断裂带、新安隆起带、熊耳山隆起带东北端、宜阳-关林断裂带（F20）、嵩山隆起带等一线环围的区域，产生沉陷，形成洛阳中生代末期断（坳）陷盆地，盆地通过一些小河网与东部的华北断拗及西部、西南部的宜阳-洛宁凹陷沟通，广泛沉积了巨厚的古近系河湖相地层。并初步形成了早期的伊洛河。

2.2 新生代以来洛阳盆地的构造演变

进入新近纪，区域继承燕山运动基本特征，断块差异运动加剧，同时伴有拗褶运动，东西分异更趋明朗化（喜马拉雅旋回早期）。河南西部断块上升，东部全面陷落。伴随新构造运动，洛阳中生代末期断拗盆地遭抬升缩小，使盆地边缘部分地带因抬升剥蚀出露古近系地层，其余地带继续广泛沉积新近系棕红、紫红色河湖相陆源碎屑地层（N）。

上新世末，断块差异运动迅速减弱，而拗褶运动有所加强（喜马拉雅旋回晚期）。区域强烈的拗褶运动，新发育了一组北东向石陵-孟津断裂（F4）、武家沟-花园-杨湾断裂（F15）等新断裂构造，它们与原有的老断裂合围形成了新的块断构造。同时伴随区域东部、南部的继续大幅沉陷，再次挤压底部高温软塑带向侧翼上浮，触及到地壳的更浅部位，使大盆地边缘一带的次一级断块构造沉陷。初步形成了由沿半坡-前海资-后营-平乐-天皇岭一线（F6）、东沙坡-小所-五女冢-洛阳站-西吕庙-刘坡一线（F8）、杨庄-龙门一线（F24）、花园-位屯一线（F14）、李村-寺沟一线（F11）、武家沟-花园-杨湾一线（F15）、宜阳-丰李-关林一线（F20）等合围的洛阳新生代晚期断陷盆地，盆地呈近东西向展布，底部凹凸不平，断裂发育。之后，再沿南部龙门街-韩村-上庄-李村-西庞村一线（F11），发生断裂活动，进一步错断了中、早更新世和上第三系地层，加之，沿北部半坡-前海资-后营-平乐-天皇岭一线（F6）、中部东沙坡-小所-五女冢-洛阳站-西吕庙-刘坡一线（F8）和十里铺-孙村-白马寺一线（F8）断裂继续活动，使这些南、北断裂带间的断块进一步陷落，最终形成大幅下降且范围向南扩大的洛阳新生代晚期断陷盆地，即洛阳现代盆地。由此奠定了此后洛阳盆地与四周区域的差异化构造运动格局以及地质建造特征。

其中，在断陷盆地内，早更新世红崖冰期后，气候转暖，盆地四周的山洪、坡洪裹挟着大量冰期冻胀碎石块及砂、泥质，一同搬运汇入了盆地内的低洼浅凹陷地带，形成早更新世泥质砂、卵石层（Q12al-pl），后因四周洪水的不断汇入形成封闭湖盆，沉积了砂卵石、粉土、粉砂、粘土、砂质粘土等河湖相地层（Q12l-al）。至中更新世早期的潘阳冰期，湖泊消退，之后间冰期，气候再次转暖，初期形成中更新世泥质砂、卵石层（Q21al-pl），后期形成封闭湖相砂、卵石层（Q21l-al），再沉积泥砂、粘土覆盖其上。后由于遭受进一步下切侵蚀，沿盆底的早期（燕山期）断裂带下切贯通了该封闭湖盆，形成汇入华北断拗的区域性支流。且由于盆底存在多条北东、北东东向断裂带活动，沿断裂带易形成了多条河床带，将新沉积的泥砂、粘土层冲走露出下部湖冲积相砂、卵石层（Q21l-al），并在其上沉积冲洪积相砂、卵石层（Q21al-pl），在非河道地带则淤积形成粉土、粘土、砂质粘土等细粒沉积层（Q21al-pl）。中更新世末期，地壳又有差异性升降活动（清水期侵蚀），洛阳盆地继续下降沉积，但受四周山地上升及气候干燥影响，原盆地内靠近南、北两侧的河流因地势抬高而消失，仅存留下地势较低的盆地中央河道，连续沉积砂卵石层，而原两侧河道则间断淤积了粉土、粘土、砂质粘土等细粒沉积层，且盆底地形日渐平坦。晚更新世庐山冰期之后，气候再次转暖，降雨量增大，洪水肆虐，加之下切侵蚀作用增强，受老断裂控制的原盆地南、北两侧的河道复活并与中央河道交汇、合并，形成更宽阔的河道，沉积了连续分布的较厚中更新世早期砂卵石层。晚更新世晚期，进入大理冰期，盆地沉积间断。进入全新世冰后期，由于气温转暖降水量增加,伊河、洛河来水量增加[23,24]，加之区域下切侵蚀作用再次增强（板桥期侵蚀），早期洛阳盆地内的南、北两侧河道因受断裂带控制地势逐渐变低，中央相对凸起，原中央河道逐步消失，最终只剩下南、北两侧河道，即现代的洛河、伊河，沉积了连续分布的全新世早期砂卵石层，并因河流下切,形成了平原区的Ⅱ级阶地，阶地上分布次生黄土层、古土壤层、马兰黄土层[23]。全新世晚期由于气候转干,伊河、洛河来水量减少，河道宽度缩小，加之因黄河水位降低,引起伊洛河侵蚀基准下降,洛河、伊河下切形成了平原上的Ⅰ级阶地，主要沉积了冲积亚砂土、细粉砂、粗砂、粉砂质亚黏土层、砂砾石层等，且两河间的Ⅰ级阶地范围逐渐扩大。

而在该盆地四周，因地势高凸难以聚水，沉积物易被搬运至地势更低的洛阳新生代晚期断陷盆地内，因而缺失早更新统地层。只在易聚水的洛宁、宜阳一带，沉积了早更新统地层（Q1eol-pl）。同时，缘于青藏高原的崛起，印度洋暖湿气团被阻挡在了喜马拉雅山脉南侧，使北侧的中国西北部地区变得越来越高寒而干旱，且昼夜温差极大，冻胀风化作用强烈，伴随盛行的西北季风，沙丘、戈壁大面积分布，为黄土的形成提供了丰富的风尘物源。中更新世潘阳冰期，气候冷干，季风盛行，尘土飞扬，西北部的大量风尘，籍借高空气流的裹挟向东南搬运，大量降落于该地区的高地、丘陵、封闭洼地堆积，形成较厚的中更新世风积黄土层（Q21eol），覆盖在新近系河流相地层（N1L）之上；而在断陷盆地内，由于河流冲刷作用强烈，未能保留下该沉积黄土层。中更新世末期，洛阳盆地四周再次差异性构造活动（清水期侵蚀），邙山岭及其北部地带缓慢上升剥蚀，形成黄土台塬，部分地带再经流水侵蚀作用形成黄土丘陵；盆地西部小秦岭一带亦缓慢上升剥蚀，仍为丘陵，但直接出露上第三系地层；盆地南部山地多数为较强烈上升地带，只在盆地边缘一带，为缓慢上升地带，部分保留了中更新世早期风积黄土层（Q21eol）。进入晚更新世，庐山冰期后，沧州海进，全区以下降沉积为主，在区域高地、丘陵、封闭洼地等地带，发育晚更新世晚期风积黄土（Q32eol）。之后，区域地壳再次差异性活动（板桥期侵蚀），区域台塬、丘陵等上升剥蚀，大多缺失晚更新世晚期风积黄土层，仅在局部封闭洼地、台地及沟谷两侧保留下晚更新世晚期风积黄土层。

据此，形成了洛阳新生代断陷盆地及相应的沉积建造特征。

3 结语

洛阳现代盆地的形成演变始于中元古代初，并主要经历中生代以来的演进，基本定形于新生代初。前新生代早期，洛阳一带因中条山构造旋回改造，形成包含洛阳盆地在内的巨大喇叭状断陷槽盆环境，后期围绕该槽盆反复发生地壳升降运动及海进、海退演绎，由海滩-潮坪相、地台浅海-陆棚相环境→滨海-浅海、滨岸-海滩环境→台地边缘浅海-开阔台地、局限台地环境→陆地隆升剥蚀环境→近海内陆盆地环境等逐步演进，形成了地槽沉积、地台沉积、海相陆源碎屑沉积、碳酸盐岩沉积以及海、陆交互相碳酸盐岩沉积、含煤碎屑岩组合等盖层建造。二叠纪-古近纪，区域环境从近海内陆盆地，经构造抬升及褶断演化，形成洛阳新生代早期断陷盆地，沉积了以陆相含煤碎屑岩和红色碎屑岩组合地层。

进入新生代，先广泛沉积了新近系棕红、紫红色河湖相陆源碎屑地层（N），上新世末-第四纪早更新世初，在西部隆升、东部沉陷的大构造变动下，该区新、老断裂相继发育、活动，且受华北断陷的牵引产生断块沉陷，最终形成了洛阳新生代晚期断陷盆地。该盆地主体近东西向展布，盆底略有起伏，后整体接受下降沉积，发育了伊、洛河冲洪积平原及冲、洪积相地层建造。盆地四周则以差异化的升、降运动为主。其中，在较强烈上升的中低山一带，剥蚀存留前新生代各类坚硬岩层；在缓慢上升的红土丘陵及黄土丘陵、台塬一带，剥蚀存留或沉降形成了古近系、新近系湖冲积地层以及中、晚更新统风积黄土地层和其下部的古近系、新近系湖冲积地层等。