黄河东段的地质历史及发展演化过程
通过对河南平原更新世介形类的研究和与魏奋盆地更新世介形类的对比分析，薛铎讨论了三门峡以东黄河东段的形成时代。
微型古生物介形类是微型节肢动物。除少数分子外，现代物种大多生活在河流、湖泊、池塘、沼泽和海洋中，其地理分布是通过地表水体的沟通而扩大或转移的。因此，两地介形类组合的异同往往反映了两地地表水的沟通程度。河南平原地层，特别是周口店期上部地层，富含介形类，是第四纪微体化石最多的地区，为三门峡以东黄河的形成时代研究提供了充分的证据。
资料表明，泥河湾早期魏奋盆地最常见的第三纪介形类组合有鲤科、白鱼科、伊柳科、坎多尼拉和坎多纳。此外，下部还有三原虫(sanyunia)、callistocychere(callistocychere)、Sinocytheridea(在五彩花中)、Tanella(陈石)等海相介形虫，与有孔虫共存。反映了微咸水湖泊的环境(表11.1)。在三门峡盆地泥河湾期，如Lsh孔281~390m ~ 390m和黄帝河剖面2 ~ 16(袁凤典，1986)，也发现了该组合的主要分子，如鲤科、Tanella、Leucocythere和Sinocytheridea，表明当时三门峡盆地和魏奋盆地是一体的。然而，在三门峡以东的河南平原泥河湾阶地，却没有发现魏奋盆地常见的鲤科、三元鱼科、白鱼科、Callistocythere、Sinocytheridea和Tanella。介形类化石组合以Ilyocypris、Candona、Candoniella等淡水类型为主，与魏奋-三门峡盆地介形类化石组合有较大差异，说明当时两地之间没有大的地表水交流，处于相对封闭孤立的状态(薛多，1996)。
表11.1魏奋盆地第四纪地层层序及化石组合对照表
(雪朵，林鹤茂等人引用，1996)
泥河湾晚期，魏奋盆地第二介形类组合最常见的特征是郡王类和康多尼拉类，其次是白细胞介素类、康多纳类和鲤科，这反映了该湖的盐度比以前低，是一个淡水-半咸水环境。虽然该组合的许多属种与河南平原的介形类组合相同，如Ilyocypris、Candoniella、Candona等淡水类型，但差异仍然明显，表现为河南平原没有白细胞介素、鲤科等属。所以此时两地仍无大的地表水交流。
但是，到了周口店的时候，发生了很大的变化。河南平原的介形类与魏奋盆地的介形类有明显的相似性。魏奋盆地第一个介形类组合的5个属在河南平原均有发现，李沙年不仅是魏奋盆地最常见的代表属，也是河南平原最常见的代表属(表11.2)。同时，李沙年是河南的一个新属和外来种。这些都足以说明，在周口店早期，魏奋盆地与河南平原之间有相当大的地表水交流，即三门峡以西的大量湖水已通过河南平原向东排海，黄河东部逐渐形成(薛多，1996)。
表11.2梨山尼亚在河南平原Qp2-Qh期简要分布表
(据雪朵1996)
上述观点也可以在魏奋盆地和河南平原更新统的岩性和沉积学特征中得到证明。在魏奋盆地，地下的秦川群与下伏的三门群呈不整合接触(陈万川等，1982)，这是周口店早期或泥河湾晚期湖水大量东排造成的，湖面大大缩小。地表泄湖组的名称不仅形象地表明它是湖水向东排出后沉积的，而且由斜坡沉积和冲积沉积组成，与下伏地层呈不整合或假整合接触(林和茂等，1982)。在河南省北部和东部平原地区，泥河湾阶主要由褐色、棕褐色和灰绿色壤土、粘质粉土和混合颗粒结构的砾石层组成，其物质成分明显来自附近山区。周口店期以浅黄色、灰黄色、细粒、分选良好的砂层和粘质粉土为主，物质成分明显来自西部黄土高原，为黄河搬运所致(薛多，1996)。
认为梨山尼亚等外来分子并不都出现在河南平原周口店阶与泥河湾阶的分界之上，也有少部分出现在分界附近。因此，黄河东段的形成时间不排除泥河湾晚期的可能。同时，少量外来分子的出现也说明，在湖泊大规模东泄之前，黄河曾经是一条偶尔漫溢形成的间歇性河流。综上所述，薛铎认为黄河东部的形成时间约为1.00 ~ 0.78 Ma周口店早期或泥河湾晚期。
11.1.1.2黄河东部形成于萨拉乌苏期早期，约0.130Ma前。
姜富初、吴希豪和肖国华从邙山黄土的沉积特征和三门峡古湖泊的消失探讨了三门峡的切割时代，进而研究了黄河东段的形成。
邙山高原位于河南平原西部的黄河南岸，由S8以上厚170m的风成黄土组成。现有台地东西长约18km，南北宽约5km，最高海拔262m，为黄土高原与河南平原过渡带的东南边缘。
(1)莽山黄土的沉积特征及物质来源
1)沉积物磁化率测量特征及层位对比。根据岩性和磁化率特征，邙山桃花峪剖面S2以上地层自上而下分为17层(图11.1)。对于S1以上的地层，孙志明研究过50cm处的古地磁，结果显示都是正磁化，应该是布在正极性的时候。
图11.1莽山桃花峪剖面黄土-古土壤序列、磁化率、粒度曲线。
(据符江小学，1998)
1—黄土；2-浅层古土壤；3-古土壤；4—古地磁正极性时间
根据地层层序，结合TL、14C测年资料和磁性地层特征，姜福初等人认为桃花峪剖面两层深发育古土壤可分别与黄土高原S1和S2对比，71.4m以上为马兰黄土和全新世黄土。剖面深度0 ~ 0.6m为全新统古土壤和黄土；0.6 ~ 71.4m为萨拉乌苏期马兰黄土，其中0.6~30.4m为L1LL1黄土，30.4~49.9m为L1SS1弱发育古土壤，49.9 ~ 71.7m为L66。71.4 ~ 81.3~93.7m为S1古土壤，81.3~93.7m为周口店L2黄土，93.7~94.7m为S2古土壤。
2)沉积物粒度和沉积速率特征。河南邙山桃花峪黄土剖面萨拉乌苏期马兰黄土厚度巨大，达70.8米，远远超过黄土高原同时代地层的厚度。姜富初等人对黄土的粒度和沉积速率进行了调查。粒度分析结果表明，萨拉乌苏期黄土的粒度较粗，> 20μ m和< 2μ m的颗粒组分含量分别在45% ~ 85%和4% ~ 16%之间变化(图11.1)，应为以粉砂和细砂为主的砂质黄土。与黄土高原的洛川、息烽、蓝田刘家坡黄土相比，粒度明显偏大(表11.3，表11.4)。
邙山黄土平均沉降速率的计算结果表明，不同时期差异很大。末次冰期的平均沉积速率最高，达到247cm/ka(表11.5)。末次间冰期古土壤S1的平均沉积速率明显低于黄土，但仍达到18cm/ka。
表11.3洛川和西峰黄土剖面上部粘粒含量(%)
(据符江小学，1998)
表11.4蓝田刘家坡黄土剖面上部粒度分布含量(%)表
(据符江小学，1998)
表11.5萨拉乌苏期莽山黄土平均沉积速率表
(据符江小学，1998)
3)莽山沉积物的来源。姜福初等人认为，在远离沙漠的莽山地区，出现沉积速率高达247cm/ka的砂质黄土，应该是由特定的局部事件和气候条件造成的。莽山地区的风成粉尘明显比黄土高原粗，因此来自沙漠穿越黄土高原的成分极其有限，且多为近源物质。他们认为金梦以东的黄河冲积扇是邙山黄土的主要来源。黄土高原侵蚀产生的泥沙由黄河支流和干流输送，经三门峡进入河南平原。由于河床变宽，水流分散，输沙能力急剧下降，携带的泥沙迅速淤积，在金梦以东形成了一个巨大的黄河冲积扇。来自高纬度的偏北冬季风穿过太行山后，产生地形下坡风，将黄河在扇面顶部输送的泥沙吹涨成粉尘，在顺风扩散处因风速骤降而迅速堆积，形成粒度粗、沉积速率高、地层厚度大的莽山近源风成黄土。
莽山萨拉乌苏期马兰黄土地层沉积速率高，需要丰富的物源供应。邙山黄土L2及其以下地区的黄土-古土壤序列厚度与黄土高原当代地层厚度大致相当。S1的复合古土壤厚度明显厚于黄土高原的S1古土壤，S1以上的风成马兰黄土厚度极大。根据黄土高原黄土-古土壤序列研究，S1的成土期为128～75ka。他们认为，这一事实说明，黄土高原的侵蚀产物——沉积物，从大约130ka开始，被黄河经三门峡带到河南平原，然后开始堆积，形成了厚厚的近源区风成黄土。同时也表明，约74ka以来，尤其是24ka以来，是黄土高原侵蚀最强烈的时期。
(2)三门古湖的尽头。
三门古湖泊分布于东起三门峡，西至宝鸡，发育一套以河流、湖泊沉积为主的地层。1959年，裴文中将三门峡东坡沟河湖沉积剖面(揭露厚度273米)自下而上划分为三个岩石剖面:1岩石剖面，下部为棕红色、棕黄色和灰白色砾石层，上部为棕红色砾石亚砂和亚粘土层，厚度为108.1m。第二岩段，下层棕红色、棕黄色、灰黄色砂、砾石和砂质粘土，厚43m，与下伏1岩段呈不整合接触；上部浅黄色粘质粉土(黄土)夹5层浅棕红色古土壤，垂直节理发育，厚80.5米，上下呈平行不整合接触。第三岩石段，其下部为棕红色、棕黄色和杏黄色粘质粉土和亚粘土，厚6.7m。上部黄土粘质粉土夹有一薄层棕红色亚粘土和砾石透镜体，厚度为34.7米..上下部分之间有一个侵蚀面。磁性地层研究结果表明，从第二岩段以上的黄土层到第三岩段为正极性，属于分布的正极性。
5月65438日至5月0997日，中国科学院南京地理与湖泊研究所姜福初、王素敏开始了三门系湖-河相地层的野外地质调查。发现东坡沟剖面不完整，由于断层等原因，中间缺失了一大段地层。从东坡沟地段所处的地形来看，第二岩段上方的黄土层可能与第三岩段重叠。第二岩段和第三岩段之间为侵蚀不整合关系。当第二个岩段上部的黄土堆积在高处时，第三个岩段下部的河流相和湖泊相层可能同时沉积在低处，并且它们是同时不同阶段沉积的。65438-0957年，贾福海等人在山西平陆黄帝河测得最完整的三门系剖面，其上覆盖的黄土有早有晚。三门体系顶部白沙层的沉积标志着三门古湖泊的终结，其后发育的三级黄土覆盖阶地体系由黄河形成。三门峡盆地下部发育湖泊相和河湖相沉积时，上部堆积了红粘土-黄土-古土壤地层序列，两者均属于同时非均质对比体系，即经典的“三门体系”包括底部砾石层、下三门组和上三门组，均被黄土覆盖。姜富初等人对平陆黄帝河剖面进行了重新调查，并采集了相关样品。古地磁测试分析结果表明，三门系成藏始于吉尔伯特反转极性部位，经历了多次江湖环境的演替，一般结束于布戎正极性晚期。
(3)黄河贯穿三门峡的时代。
综上所述，姜富初等人从邙山黄土的厚古土壤和其后巨大的马兰黄土的发育，认为约0.130Ma前的萨拉乌苏期，黄河带着黄土沉积物开始向东流经三门峡。三门古湖的消亡也大致在同一时间。由于三门峡的渗透，湖水大量流出，迅速排干，结束了上三门组“白沙层”的沉积，上覆马兰黄土。三门峡在萨拉乌苏期早期相连，形成黄河三门峡段干流。这时候黄河才真正能够向东流过三门峡，带着黄土高原侵蚀下来的大量泥沙来到河南平原。出峡后沉积形成了巨大的黄河古冲积扇和广阔的华北平原。而且强劲的偏北季风将黄河冲积扇顶部的细粉吹成粉尘，迅速堆积在顺风扩散部分，形成了非常厚的莽山萨拉乌苏期马兰黄土。
11.1.1.3东黄河形成于周口店早期或泥河湾末期，约0.78Ma前。
河南平原第四纪地质演化研究结果表明，黄河东段形成于周口店早期，即距今约0.78Ma。其主要地质依据如下:
1)沉积物来源不同于岩相古地理环境。黄河形成前后，河南平原第四纪沉积圈的物质来源与岩相古地理环境明显不同。根据第四纪河南平原大量钻孔资料和第四纪各时期岩相古地理环境的变化，黄河东段形成前的泥河湾期沉积物主要来自罗易河及周边山区；而黄河东段形成后的周口店期及后期沉积物主要来自远方，与黄土高原物质特征相似，上下两套地层岩性特征明显不同。上部由黄河携带，冲积物主要来自西部黄土高原，为浅黄色、灰黄色、黄灰色厚砂土和粘质粉土(仅在古河道带边缘地带和下游地区有粘质堆积，多为透镜状)。颗粒粗、粉质、松散，含有分散的钙和钙核。这套冲积层的下限是周口店阶的底限。但其下伏泥河湾阶地地层以褐色、灰绿色、褐色或红褐色为主，夹亚粘土、粘土夹粘质粉砂及砂层或混粒结构砾石层，沉积于冰水、冰湖相。对此，从郑州-新乡黄河横断面剖面图(图11.2)也可以看出，泥河湾下段的物质来自南部、北部和西部的山区，分布着粗砾和砂，分选较差；而周口店上部砂层颗粒较细，分选较好，物质特征明显不同于南北山区，无疑是黄河长途运输的产物。上、下地层的物源、岩性特征和古地理环境明显不同，其界线年龄约为0.78Ma，为周口店早期或泥河湾末期。
图11.2河南平原郑州-新乡黄河冲积扇横断面图
2)上层砂层发育，冲积扇特征显著。黄河上游冲积砂层发育，砂层空间分布具有典型的河流冲积相特征，多呈厚层状、条带状，单层厚度一般为10~20m ~ 20m。古河道带的主流相多为中砂、细中砂和中细砂，边缘相为细砂和粉砂。河带地层的含砂率一般在40%以上，最高可达80%，砂层呈水平分布，多呈扇形。沙土主要来自西部的黄土高原，从温县到孟州形成一个扇柄。进入平原后向东北、东、东南扩散，早期边缘已至长垣、开封、扶沟一带(图11.3)。只有黄河能形成这么大的典型冲积扇，其他河流短时间内完成不了。冲积扇沉积颗粒具有从扇顶向扇前、从扇轴向扇侧变粗的特征。在垂直方向上，具有“二元结构”和水平层理的多种特征，沉积砂层和冲积扇特征的发育极为显著。这明显不同于黄河发育形成前的下层冰水、冲积扇状土地和河湖相堆积。之前砂层不是很发育，多为少量粘性土和砂土，扇形特征和规模不突出。
图11.3河南平原黄河冲积扇分布及沉积厚度等值线图
3)沉积物中重矿物的特征明显不同。以角闪石为例，河南平原上部黄河冲积沉积的特点是连续出现高值，可达40%以上。从西到东，相对含量从多到少变化，见第7章第4节。而泥河湾阶地下部沉积物中含量突然降低，自西向东无规律可循。上下沉积重矿物特征的分界，恰恰是磁性地层正负分布的分界，即黄河冲积沉积的底界，时间也是周口店期早期或泥河湾期末期。
4)介形类化石的种属明显不同。通过对河南平原三门古湖和魏奋盆地第四纪地层介形类化石组合的对比分析，发现两地区介形类化石的种类和组合在周口店早期或泥河湾末期之前有明显的差异。此后，河南平原的介形类与魏奋盆地三门古湖的介形类组合十分相似。详见第7章第3节。正如薛铎的研究成果，在河南平原可以看到魏奋盆地三门古湖介形类组合的多个属，其中利杉尼亚(Lishania)已成为河南的一个新属和外来分子，是魏奋盆地和河南平原共同的代表属。这些表明，在周口店早期，魏奋盆地与河南平原就有了沟通，即三门古湖水已开始向东流入河南平原，黄河东段已逐渐形成。
综合以上事实，笔者认为黄河东段开始形成于周口店早期或泥河湾末期，即0.78Ma左右，其依据是充分的。此时，在东部黄河的示踪侵蚀下，三门峡基岩地垒被切穿，庞大的三门古湖在第四纪早期开始向东流动，三门古湖消亡。现今矗立在三门峡水库坝下的岩岛为主，是这一时期河流追踪侵蚀切割地垒留下的基岩残丘。