黄河整体发展演变的地质历史与过程
闵和迟振清从第四纪环境变化的研究中探讨了黄河中游即前陆段的形成时代。在此基础上,我们判断了黄河的整体发展演变历史。
陶谦平原或呼和浩特平原位于河套平原东部。从地质学上讲,它属于胡和凹陷。第四纪以来,陶谦平原经历了巨大的古地理变化——古湖泊的消失和陶谦黄河段的形成。
第四纪早期,陶谦平原基本沿袭了第三纪的构造形态,呈现南浅北深的半埋藏断陷盆地。泥河湾阶—上新世河套组的暗色条纹和数层芒硝沉积特征反映了断陷盆地第四纪早期的湖泊相沉积环境。当时的湖很宽,面积有450km2(闵龙瑞等,1998)。受气候条件影响,湖深时沉积黑灰色粉质粘土层,湖浅时形成芒硝沉积。孢粉分析结果反映的是稀树草原型的干冷气候,或者有时是暖凉气候。周口店阶-泥河湾阶德胜台组以青灰色粉砂与黄色粉质粘土互层为特征,自下而上颗粒变厚,反映泥河湾阶至周口店阶由浅湖向湖滨过渡。孢粉分析结果反映了干燥寒冷的气候,趋向于荒漠植被环境。萨拉乌苏阶-周口店阶的达拉特齐组主要由灰色粉细砂和中细砂组成,组下部地层中仍有芒硝析出,表明早期仍为封闭的水系,属于湖滨沉积环境。周口店中晚期以后,湖泊渗漏出来,被河流砂代替。而萨拉乌苏晚期的河流沉积环境夹有小湖。全新统包头组由粉质粘土和粉砂组成,属河流相,有时为湖泊相。孢粉与现代一致,反映了大陆性干旱气候。
以上情况说明,第四纪早中期,陶谦平原是一个大湖,有稀树草原植被,北缘达大青山南鹿,南缘达达拉特旗以南,所以当时陶谦平原以北、包头以南的黄河段并不存在。周口店中晚期至萨拉乌苏期,南部的沂蒙隆起受新构造运动影响而抬升。同时气候干冷,湖泊北移萎缩,大湖变成东西向的条状。同时,湖泊开始渗漏,古湖泊消失,黄河在包头以南的河套段形成。
这个湖的渗漏,古湖的消失,黄河段的形成,也意味着原来的三门古湖上行至河套湖段。基于此,可以认为统一的黄河已经形成。当时是周口店中晚期到萨拉乌苏期早期。
11.1.2.2黄河形成于鄱阳湖冰期后,约0.90Ma前。
黄河和其他河流一样,是附着在地表的自由流体,是一个开放的空间,其基本属性是由高向低流动。在内外动力的相互作用下,地球表面必然发生高度和位置的变化,即印度板块和欧亚板块碰撞隆升引起的新构造运动,导致我国西部地区新生代以来大规模、大范围的隆升运动,使分散的、自成体系的内流盆地——胚胎性河流和外水系, 这些河流最初产生于上新世-泥河湾时期,然后在鄱阳湖冰河期受到冷处理,它们相互攻击和连接,从而形成了统一的黄河干流河段。
赵成认为,黄河三门峡是黄河流域的最后一关,上游汇水盆地经过突袭连接,汇聚了足够的水后,最终跳出三门峡,在西域隆起下直接入海。因此,他认为三门峡的开通将成为黄河是否连通的主要标志。根据河流阶地、冰期、河流演变等资料,推断黄河的起源如下:
1)河源一期.阶地是河流演变的产物。黄河流域最古老的河流阶地为T6,约为1.67Ma前,因此黄河相应断面的起源约为1.67Ma前,为泥河湾期早中期。后来发源于这个时期的河流都被冰河时期否定了。
2)河源二期。李四光认为,中国的鄱阳湖冰川可以和欧洲的滚子冰川、北美的内布拉斯加冰川相提并论,说明鄱阳湖冰川在北半球有着广泛的意义。基于此,提出早期黄河的起源应止于鄱阳湖冰期。因为冰河时期限制了河流的发展,从今天格陵兰岛和南极大陆的河流发展不足就可以看出,发源于一期的黄河有自己的阶地,但是到了鄱阳湖冰河时期就完全否定了。如果从孙殿卿确定的鄱阳冰期开始于1.15Ma前,结束于0.90Ma前,则黄河在此期间失河0.25Ma。直到鄱阳湖冰河期后才复兴,演变成今天的河流。至于大姑及随后的冰期,对河流有一定的约束,但由于范围有限,年代短,温度低,很难作为河流起源的约束时限。
所以基于这样的认识,赵成指出,一般河流意义的“黄河”似乎是在鄱阳湖冰期之后形成的,大约在0.90Ma之前。
11.1.2.3统一黄河形成于萨拉乌苏期早期或周口店期末期,约0.128Ma前。
作者认为统一意义上的黄河形成于萨拉乌苏期早期或周口店期末期,约0.128Ma前。演化历史和地质过程如下:
新生代时期,由于构造运动,在今天的黄河流域散布着许多构造盆地。其中,银川裂谷盆地、呼和浩特裂谷盆地、魏奋裂谷盆地、华北裂谷盆地等。(图11.4)。后来这些盆地逐渐演化为内陆湖泊,形成了黄河史前湖泊群落。
随着河源侵蚀和侵蚀的逐渐加强,独立的汇水湖盆相继相连,湖泊逐渐消失,最终形成统一的黄河水系。这里湖泊的消失是判断两湖之间河流是否相通的主要标志之一。上述研究结果表明,位于魏奋断陷盆地的三门湖死于第四纪周口店早期或泥河湾末期(李满洲,2000)。银湖盆地(河套)湖泊自周口店中晚期至萨拉乌苏期早期开始萎缩,至萨拉乌苏期消亡(闵等);华北湖泊受到黄河来沙和海水进退的影响。其西部在萨拉乌苏末期干涸,东部在晚全新世干涸(戴应生,1986)。
图11.4黄河发展演变史前主要流域湖泊分布示意图
由此可见,银湖盆地以上、魏奋断陷盆地(龙门)以下至华北盆地(桃花峪)的剖面,在周口店早期或泥河湾末期就已连接,在周口店中期应具有相当规模的发展和形成。这一时期,从河套湖流域到晋陕峡谷三门湖流域(龙门)的黄河尚未形成,两地仍处于持续溯源侵蚀和攻击阶段。根据闵的研究成果,周口店时期的河套地区仍是一个有稀树草原植被的大湖,湖区面积仍为450km2,北达大青山的南鹿,南达达拉特旗,所以当时并不存在平原以北、包头以南的黄河段。湖中沉积物下部主要为黑色和灰色的粉质粘土,上部主要为浅湖芒硝沉积。这说明它还是一个封闭的湖泊环境,在银湖盆地上方还是一个流入的集水湖泊,湖水没有向下游渗漏。
因此,这一时期下游的豫南平原只接受了来自下魏奋断陷盆地(龙门)至华北盆地(桃花峪)的河流冲积沉积,它们形成于周口店早期或泥河湾末期的黄河东部,并覆盖了来自周围山地的冲积沉积,黄河冲积扇开始发育。但根据河南平原钻孔资料统计结果,周口店期黄河冲积扇发育规模较小(详见第五章),沉积速率不大,全区平均只有92.6mm/ka左右。
直到萨拉乌苏早期或者周口店末期,黄河的最后一段——河套湖到三门湖才最终贯通。此时河套湖急剧萎缩,浅湖相的芒硝沉积逐渐被河流相的萨拉乌苏阶细砂和中细砂沉积覆盖,湖水开始向下游漫溢,河套古湖开始消亡。在此之前,银湖盆地之上的黄河西段(河套湖)和魏奋断陷盆地之下的黄河东段(三门湖)是由黄河中段——河套湖到三门湖的最终连接处,即晋陕峡谷段连接起来的。至此形成了统一的黄河,约0.128Ma前(李满洲,2001)。
从河套湖到三门湖(魏奋断陷盆地)的剖面贯穿约0.128Ma,这在晋南芮城沭河的地质剖面中也得到很好的证明。
剖面位于三门湖盆地东北部,下部为三门组泥灰岩和束河组砾石层。中部为周口店期脱落的黄土,构成黄土台地地貌,高出黄河水面约80m;上部有一层高水位沉积的萨拉乌苏砂石,砂石层上方覆盖一层马兰黄土(图11.5)。同样的地质现象,在三门峡盆地东南侧的山西平陆东闫村和河南三门峡回兴镇也有发现。该剖面最大的意义在于揭示了周口店末期曾发生过一次水面迅速扩大、水位迅速上升的突发事件,反映了这一时期有更多的来水进入原三门古湖盆,从而淹没了古湖盆一侧的周口店脱落黄土,并在其上堆积了萨拉乌苏期的沙砾层。笔者认为这应该是三门古湖盆地与上游河套古湖盆地最终连接后水量增加的结果,水量突然增加来不及向下游(黄河东部)排出。
图11.5山西省芮城县蜀河地质剖面图
(根据山西省地矿局数据,略有删减)
①三门组泥灰岩;②沙河街组砾石层;③离石黄土;④萨拉乌苏阶砂砾层;⑤马兰黄土
随着晋陕峡谷-河套湖流域到三门湖流域的最终连接,一个重要的“转折点”时期已经悄然来临。上游黄河西段大量清水迅速排泄,东段黄河大量水逆流而上,导致黄河晋陕峡谷南北段两侧大量黄土泥沙被冲刷流失,进入下游河南平原即华北湖盆的泥沙骤然增多,一条真正的“黄河”诞生了(李满洲,2001)。
河南平原第四纪钻孔资料充分表明,萨拉乌苏期及以后形成的黄河冲积扇非常大(表4.1,图11.3),冲积扇发展到繁盛期,平均扇沉积速率约为312.6mm/ka。特别是萨拉乌苏晚期和全新世以来,由于河套湖至三门湖晋陕峡谷的强烈侵蚀和搬运,两岸侵蚀沟迅速发育,侵蚀面迅速扩大。由此进入下游河南平原即华北湖盆的泥沙急剧增加,冲积扇达到顶峰,平均沉积速率约为1,696,5438+0.6 mm/ka。善于淤、决、运的黄河从此更加桀骜不驯,犹如一把达摩克利斯之剑,成为中华民族的一大忧患。
也正因为如此,作者在上述黄河发展演变研究成果的基础上,通过考察中外历代先进的思想和策略,结合当今中国水资源优化配置、黄土高原和三北治沙林生态地质环境改善、多沙河流本身固有的特点,慎重提出了《21世纪:黄河治理战略构想》(2001)本文以黄河的发展演变历史为轴心,以客观严谨的地质论证为基础,分析论证了黄河治理与重建战略的理论依据和可行性。详见本文第13章。