云台山地区地貌演化过程
1.地貌发育的构造和气候背景
(1)构造背景
如上所述，华北平原在新生代主要经历了两个构造演化阶段。古近系为华北盆地强烈断陷阶段，地壳拉张造成的地表断陷主要集中在华北盆地，形成一系列北北东向的半地堑式或地堑式断陷盆地，宽度20 ~ 30公里，如下辽河坳陷、辽东湾坳陷、冀中坳陷、黄骅坳陷、渤中坳陷、济阳坳陷、临清坳陷、东濮坳陷、汤阴坳陷等。在此期间，南太行山南端的袁绍-济源-沁阳地区也形成了一个近东西向的小型断陷盆地。新近纪时期，华北盆地大部分地区由早期强烈断陷转变为整体坳陷阶段，强烈断陷西移至太行山山前及山西地堑系地区，在太行山山前及山前东部和南部形成了涞源盆地、武安盆地、林州盆地等一系列中小型断陷盆地。焦作-辉县盆地西北山前边界地带也有多条正断层带。在焦作和方庄北侧的山盆边界，一条数公里长的北东走向、倾向东南侧的山前正断层，垂直错动了早更新世和中更新世形成的第四纪地层(图1-58)。钻孔资料和地表露头揭示，盆地内最早的新生代沉积为上新统陆王坟组的砾岩、泥灰岩和泥岩以及静乐组的棕红色粘土层，表明盆地至少在晚第三纪开始出现断陷。据此推断，焦作-辉县盆地应是华北盆地第二幕断陷的产物。新生代期间，盆地断陷伴随着周围山脉的强烈隆升。大型断块山的隆升一般是边界断层垂直活动和地壳平衡的综合反映。在北西向地壳水平伸展的背景下，太行山周围的地堑在新生代持续凹陷，太行山的相对隆升导致了太行山东西两侧强烈的地貌对比。因此，太行山在古近纪和第四纪期间的持续隆升过程构成了该区垂直多层地貌形成所必需的最重要的构造背景。
图1-58云台山山前构造地貌剖面图
(2)气候背景
地层古生物资料表明，与全球气候变化的总趋势一致，华北在新生代也经历了一个逐渐变冷的过程。太行山及其邻近地区主要表现为从以暖湿交替气候为特征的亚热带气候向以暖湿交替气候或冷干气候为特征的暖温带气候逐渐过渡。晚白垩世-新近纪，太行山区一直处于温暖的亚热带气候，山地岩溶剥蚀区有森林植被和亚热带岩溶地貌(钱学普，1984)。始新世-渐新世，以早期干热和晚期湿热为特征。经过中新世早期的降温过程，该地区在中新世中晚期逐渐转变为暖温带气候环境(前期多雨，后期干旱)。区内以针阔混交林发育为特征的森林和草地植被，形成了喀斯特剥蚀区的温带喀斯特地貌。在晚中新世以来的降温过程中，以季风为主的温带气候环境控制了这一地区。第四纪时期，冷暖交替的气候环境构成了影响该地区植被、岩溶和地貌发育的重要因素。
2.地貌演化史
山地地貌的演化是山地内部和外部动力地质作用的反应过程。在隆起山区，地貌发育过程的研究主要与夷平面、阶地面等层状侵蚀面或堆积面的年龄和发育历史有关。
(1)地貌年龄
1)刨龄。关于华北山区夷平面的时期、分布和时代，一直有许多争议(王竹泉，1937；钱学普，1984；程，1991；陈武等，1996)，但目前普遍认为太行山区从早到晚存在三级准平原或夷平面，即北部台地、太行面(或称店子梁面)和唐县面。因为在当前条件下几乎不可能直接确定地貌表面的年代，所以缺乏关于上述夷平面的年代学证据。而在地貌面被后期沉积物覆盖的部分，通过分析夷平面上方覆盖层的年代，可以间接推断夷平面的年代。综合现有资料(钱学普，1984；程，1991；陈武等，1996)，晚中生代最后一次燕山运动后，华北大部分地区进入了一个相当长的剥蚀夷平阶段，导致本区晚白垩世-古新世地层缺失。剥蚀持续到古新世晚期至始新世早期(约55Ma前)，华北地区呈现出地势平缓的准平原地貌，包括现今华北平原的底部。华北裂谷各坳陷带底部揭示的始新统地层与中生界和前中生界地层之间的不整合面及这一时期发育的岩溶剥蚀面应代表埋藏古准平原面。太行山区观测到的北部地台期夷平面仅保留在海拔2500 ~ 2800 m以上的地区，夷平了中生代燕山运动时期形成的褶皱和断层。根据盆地内相关不整合的发育时代，夷平面形成于约55Ma前。然后随着喜马拉雅运动第一幕的开始，华北裂谷带强烈断裂，北台时期夷平面解体，太行山开始新一轮的剥蚀夷平。到渐新世晚期，长期剥蚀形成太行夷平面。夷平面主要分布在海拔约1200 ~ 1800 m的山区，对应盆地内渐新统与中新统之间的角度不整合或沉积不连续面。夷平面切割了约38 ~ 24 Ma前形成于山西樊氏的产状平缓的玄武岩层，并被约27 ~ 19 Ma前形成于河北张北-万全的玄武岩层覆盖(程，1991；陈文茜等人，1985)。据此推断太行期夷平面应形成于24Ma左右。然后随着喜马拉雅运动第二幕的开始，太行山东西两侧开始了新一轮的盆地沉降，同时期的山体强烈剥蚀导致太行山夷平解体。这一时期的侵蚀一直持续到中新世晚期至上新世早期，形成了分布在太行山中部海拔300-500 m(山麓地带)和800-1000 m(山脉腹地)的宽阔河谷-山麓面-唐县面。这一时期的夷平面切割了张家口地区中新世形成的汉诺坝玄武岩，对应于盆地中新统与中新统之间的沉积间断。在陕西高原，宝德时期或静乐时期被红色粘土覆盖。在河北井陉和河南鹤壁，夷平面约在4 ~ 8 Ma前被玄武岩层覆盖(程，1991；陈文茜等人，1985)。因此，夷平面应形成于晚中新世-早上新世，距今约4～8ma。需要注意的是，上面的夷平年龄是一个参考，不是绝对的。因为在大多数情况下，夷平面往往是穿时性的，在不同地貌部位和构造中，夷平面的解体时间往往不一致。
2)阶地年龄。隆起区的阶地发育往往是复杂的区域构造和气候演化的结果，还受到流域内河流规模、流量、地质构造和分布的岩层等多种因素的影响。因此，不同流域的河流阶地发育过程有相似之处，也有不同之处。目前云台山地区紫芳河下游发育的河流阶地较多，也具有代表性。本文以此为代表，探讨梯田时代。如上所述，阶地都发育在切割近期夷平面的河谷中。通过对阶地沉积的年代学研究和黄河流域河流阶地发育过程的对比，可以发现该地区阶地地下切割的过程与第四纪时期几个重要的相对暖湿的间冰期气候密切相关。云台山地区河流阶地的研究成果表明(赵荀等，2005)，T6-T1形成于第四纪约1.6MaB，发育于紫坊河下游，拔河高度分别约为80 ~ 90m、60m、36m、27m、10m和3 ~ 4m，其中现代河流阶地在中上游也很常见
(2)地貌演化过程
根据上述云台山地区跨谷地形剖面和时间分析结果，以夷平面的发展演化过程为框架，参照华北地质时期的侵蚀-堆积演化模式和赵对云台山地貌演化阶段划分的意见(赵等，2004)，云台山地区的演化历史可初步划分为以下四个主要演化阶段(图1-59)
图1-59云台山紫坊河中游河谷横断面及河谷发育阶段示意图。
1)太行期侵蚀夷平阶段。华北山区最古老的北部台地夷平在云台山及其邻近地区已被后期侵蚀完全破坏，所以该地区现今地貌的演变主要始于太行夷平的出现。始新世早期，大约55Ma前，太行山东侧开始强烈断裂，开始出现由许多NE-NE走向的中小型断陷盆地组成的华北裂谷带。太行山与华北盆地的高差因山盆起伏而增大，温暖湿润的亚热带气候造成流出水系对山体的强烈侵蚀和切割，导致北台早期形成的夷平面切割解体，开始了所谓的太行期夷平面。早期由于山麓发育了许多新的河流，所以强烈的侵蚀相应地局限在山麓，而山的腹地仍以缓慢的侵蚀为主。随着溯源侵蚀的逐渐扩大和河流规模的逐渐扩大，强侵蚀或剥蚀的范围也随之扩大。经过始新世早期至渐新世晚期约30Ma的长期剥蚀，约28 ~ 25ma前的渐新世末期，在山区形成了一个地势相对平缓的准平原面或夷平面，即海拔约1，200 ~ 1，400 m的峰面，其峰面几乎等高，略向山麓倾斜，在景区及邻近地区均有观测。在长期的侵蚀过程中，一些水资源丰富、流域面积较大的河流经过长期的侧蚀整平，逐渐形成曲流河，如南太行山的沁河、丹河、东大河、雨荷河等，都可能是在这个侵蚀整平阶段形成的。
2)"云台段"切割过程。中新世早期，约25Ma前，华北裂谷带进入整体坳陷阶段。但太行山东麓的焦作-辉县、林州、鹤壁、武安以及太行山西侧的山西地堑系开始了新一轮的盆地沉降过程，并伴有太行山周边强烈的火山活动。在这次构造活动中，在太行山南麓的山麓或丘陵地带发育了一条由若干条走向为NE-NE、倾向东南、近平行分布的正断层组成的断裂带。断裂带的垂直活动不仅导致了北东走向的焦作-辉县断陷盆地的发育，而且直接导致了山脉的隆升。随着山脉的隆升，河流的侵蚀和切割再次加剧，使得太行时期许多河流切入夷平面，从而造成夷平面的解体。在云台山红石峡南侧，断裂的垂直运动使断裂两侧太行期夷平面的高度差约为300 ~ 500 m，与几百米的断裂垂直活动幅度相对应，在断裂上升盘的紫坊河上游发育高度为260 ~ 360m的高河流裂隙，紫坊河河谷地貌发育以裂隙为界开始垂直分段。
云台山及其邻近地区中小河谷中上部夷平面以下“盘状”和“U型”宽谷的形成主要是河流切割过程的结果，但由于地貌部位不同，侵蚀方式和强度不同，形成了不同形状的谷形。在以小冲沟切割为主的山梁、山脊，由于弱下切形成“盘状”宽谷，而在河流强烈下切的河谷区，形成深U型峡谷或冲沟，导致在河谷横断面上叠加分布当代地貌的现象。据该时期河谷切割深度估算，丹河、东大河、紫坊河中上游下切达200 ~ 300 m，紫坊河中下游达500 ~ 800 m，形成高耸的悬崖地貌。其中，在云台山紫坊河中游，红石峡和紫坊水库周围河谷两侧主要发育寒武系厚层灰岩，夹中薄层页岩地层，近水平产状，500-600 m高的峡谷谷壁由数十米至100米的多层绝壁和间隔数米至数十米的缓坡组成(图1-60)。紫坊河中上游分界处高度为200-300米的河流裂点及裂点处发育的高度为314米的“云台瀑布”，可归因于山前断裂垂直活动引起的侵蚀切割及后续河谷溯源侵蚀。鉴于这个山沟在云台山最为明显，为“云台瀑布”的形成奠定了基础。因此，这个采伐阶段称为“云台期”采伐(赵等，2004)。
3)唐县境内的夷平阶段。云台期的下切可能持续了近10万年。到了中新世中期，随着气候向相对干燥寒冷的方向转变，以及山脉隆升强度的减弱，河流开始由早期的下切阶段向侧向侵蚀夷平阶段转变，即唐县时期的夷平阶段(图65，438+0-59)。
在云台山紫坊河流域，高大河流裂隙点的存在和河谷不同地段出露岩性的差异，导致了唐时期不同地段水准测量的不同表现。在上游，唐县期的夷平发生在厚层奥陶系灰岩和白云岩地层中，呈近水平产状。由于河流流量相对较小，主要表现在弱河谷侧向侵蚀加宽过程中，形成了比现代河床高出约150m、宽数百米的全盛时期宽谷面。在中游，唐县时期的夷平主要表现为河流的上游侵蚀和河谷的横向扩张。但由于该区上覆厚层碳酸盐岩，下伏泥岩页岩、灰岩互层的特点，河谷的源蚀和侧向扩张基本上是由河流侧向开挖软弱岩石造成的河谷陡坡上巨大岩石的重力崩塌实现的。因此，随着山谷的不断更新，这一段山谷总是呈现出青年或婴儿期的特征，而不是呈现出老壮年时期所谓的宽谷地貌。在下游河段，由于河流流量大，水系密度高，河流的侧向侵蚀和夷平特别发育。经过中新世中晚期的长期夷平过程，形成了山麓侵蚀面和老素里的宽谷面，高出河床约1.50 ~ 200m，常表现为海拔300 ~ 500 m的山麓峰面或脊面和河谷里的“盘状”宽谷面，在河流出口附近形成了小规模的蜿蜒河段。
图1-60“卧虎崖”景观，云台山紫坊河切割阶段形成的一个深几百米高的U型山谷。
4)唐县期以后河谷的阶段性下切堆积过程。唐县期宽谷面形成后，中新世晚期-上新世早期，山前正断层活动开始逐渐向盆侧迁移，盆地沉降范围进一步扩大。伴随着这种构造活动和相对暖湿的气候条件，引发了新的河流切割作用，河流在唐县地表以下约1.50m处切割，导致唐县夷平面解体，形成了V型峡谷或窄谷地貌嵌入U型谷或“圆盘状”谷(图1-59)。这种下切大致相当于华北的“X”期侵蚀或汾河期侵蚀。
此后，在山脉相对缓慢隆升的背景下，受周期性气候变化的影响，该区主要河谷经历了至少7个以周期性侵蚀-堆积旋回为特征的相对较短的河谷发育阶段，形成了一个六级河流阶地、一套河漫滩沉积和相关的喀斯特洞穴沉积，可在区域内大致对比。根据华北地质时期模式，紫坊河流域近期河流切积过程可分为以下几个阶段:
下泥河湾层堆积期——红石峡侵蚀(也可能相当于黄水切割):上新世中晚期至早更新世，气候整体干燥寒冷，河流主要以侧向侵蚀方式加宽堆积，形成切割唐县期夷平面的河谷，唐县地表内或上堆积一套4-6m厚、2.5-65438年的地层。紫坊河中游河谷两岸为陡峭的石灰岩峭壁，下部为坚硬的厚层应时砂岩，因此河谷的拓宽极为有限，仅形成一条宽约100 ~ 300 m的浅V型河谷及其砾石层。在河流下游，河流的侧向侵蚀形成了一条宽1 ~ 2 km的宽U型河谷，谷内充填有钙质胶结砾石层。
在1.6 mAb.p .左右，随着暖湿气候的到来，河流侵蚀作用加强。紫坊河红石峡-黑石岭段观测到的80 ~ 100 m拔河T6阶地，是该阶段河流侵蚀切割的产物。因为在紫坊河红石峡段切割效果最为明显，所以这里称之为“红石峡切割”。地表观测表明，在紫坊河红石峡段，该阶段河流切割于“坚硬”的中元古界中厚层-巨厚紫色应时砂岩中；而在红石峡以下河段，河流下切于中奥陶统相对“软”的中厚层灰岩地层中。由于岩性对河流侵蚀的不同抵抗能力，在河流切割过程中，以红石峡地区坚硬厚层的应时砂岩为界，形成了紫坊河中下游之间另一个重要的河流断点。在断裂点北侧的红石峡段，由于断裂点造成的河床比降较大，加上厚层应时砂岩岩性坚硬，该段河谷在第四纪中晚期一直处于持续强烈的下切和溯源侵蚀过程中，从而在近水平砂岩地层中形成了宽几米至几十米、深80 ~ 100米的冲沟地貌，类似“一景”。同时，峡谷底部有岩性差异形成的一级岩脊和相关的瀑布、池塘、水滴。在紫坊河下游的宽谷，U型宽谷最高的约80m拔河阶地，是红石峡时期开凿的。
图1-61红石峡是云台山紫坊河红石峡中期切割过程中形成的深达数百米的河谷地貌。
中期泥河湾层堆积期(或下李石黄土堆积期)-铜川侵蚀:早更新世晚期(约1.6Ma或1.1 ~ 0.8 Ma前)，华北地区气候进入干冷阶段，山谷加积重新开始占主导地位。几乎在离石黄土下部和泥河湾层中部发育的同时，云台山紫坊河、青田河、丹河下游都经历了一个河谷侧向侵蚀和充填阶段，河谷曲率进一步增大，河谷内充填了一套相当于“泥河湾中期”厚度几米至几十米的钙质胶结砾石层和红土层。随后，中更新世早中期(约0.8 ~ 0.4 Ma前)，气候开始向相对温暖湿润转变，太行山区河流侵蚀恢复，进入铜川侵蚀阶段。这一时期河流切割形成紫坊河约60m拔河T5阶地和青田河约100m拔河T4。在河流侵蚀的同时，溶洞或岩溶泉附近由于岩溶水的加强而处于堆积期，形成层状钙华沉积。如云台山王耀洞、青龙峡洞及山谷中发育这一时期的钙华沉积。
上泥河湾层堆积期(或上李石黄土堆积期)-清水侵蚀:中更新世晚期(约0.4 ~ 0.15 Ma前)，华北地区气候再次转变为干冷阶段，山谷加积重新开始占主导地位。在云台山紫坊河下游的河谷中，由于河流的侧向侵蚀和充填阶段，河谷的曲率进一步增大，河流在出山口附近逐渐形成曲流河，在河谷中充填了一套厚度为几米至十几米的局部钙质胶结砾石层，与上泥河湾层或上李石黄土层大致相同。随后，晚更新世早中期(约0.1.5 ~ 0.08 Ma前)，气候转为相对温暖湿润，河流侵蚀恢复，华北山区进入清水期切割阶段。这一时期，河道被切割形成了紫坊河27m左右拔河的T4阶地和青田河50m左右拔河的T3。同期青龙峡景区也发育层状岩溶钙华堆积。
下马兰黄土堆积期——“吴家台侵蚀”:晚更新世中期(约80 ~ 50 ka前)，华北气候进入干冷末次冰期和冰期早期，河谷内的加积占主导地位。云台山紫坊河、雨荷河、仙神河、东大河、丹河下游经过第一阶段的侧蚀充填，河谷曲率进一步增大，河谷内充填了一套厚度十几至二十米的砾石层和黄壤层，与“马兰黄土下层”基本相同。随后，在晚更新世中晚期(约50 ~ 30 ka前)，随着气候向相对温暖湿润的转变，河流侵蚀恢复。河流的下切形成了紫坊河和青田河约27m拔河的T3阶地。青龙峡、青天河峡、枫林峡等景区溶洞中发育的石帘、石帘、石钟、石笋、钟乳石等钟乳石，多是从这一阶段形成的。鉴于此侵蚀阶段河流在紫坊河下游出口附近的吴家台地区形成了约27m的拉锯战河阶地，此阶段的侵蚀在此称为“吴家台侵蚀”。
上马兰黄土堆积期——板桥侵蚀:晚更新世晚期(约30 ~ 12ka前)，华北气候进入相当于末次冰期最盛期的干冷气候阶段，以河谷加积为主。云台山的紫坊河、丹河、雨荷河、青田河、丹河等河流的下游，充填着一套相当于“马兰黄土上层”的厚达数米至近十米的黄土砾石层。随后，在大致相当于全新世大暖期的晚更新世末(约12 ~ 8 ka前)，气候转为相对温暖湿润，河流侵蚀恢复，山谷进入板桥期。河流的下切在紫坊河、雨荷河、丹河、青天河的河谷形成了约10m的拔河T2。
高栏期堆积——现代切割堆积:经过板桥期侵蚀，全新世早中期(约8-4ka前)，华北山区进入高栏期堆积阶段，在云台山及其邻近地区的紫坊河、雨荷河、大恩河、东大河、仙神河、青田河、大恩河下游充填了一套厚度为2-4m的松散砾石层。随后，在全新世中晚期(约4 ~ 3 ka前)，大致在新冰期之后，华北山区河流经历了一个较为普遍的侵蚀和下切阶段，在紫坊河、丹河、青田河、仙沈河、雨荷河河谷形成了约2 ~ 5 m的T1拉锯战。随后，在太行山多条河谷的下游地段，堆积了厚达数十厘米至近一米的冲积砾石层，即河谷内的河漫滩堆积，大部分河漫滩发生了短时间、小范围的切割。而在河流比降比较大的河谷中上游，河流多处于持续侵蚀阶段，由于岩性和抗侵蚀能力的不同，在河床内垂直形成不同高度的一级岩脊和落水地貌。