黄河兰州盆地河流阶地特征与成因分析

黄河兰州盆地河流阶地特征与成因分析

摘要黄河的阶地是黄河生成地区在青藏高原上升隆起后，形成的如台阶状的地貌现象。正是由于这些阶地的出现，黄河才可以从最初地面的片片大湖，得以百川汇流，一泻千里，形成气势磅礴的大河。因此，科学家们称黄河阶地犹如一本活的教科书，是考察黄河生成演变历史的最有力的地质根据。

关键词兰州盆地黄河阶地

引言

黄河兰州盆地中的河流阶地特征典型，保存完整，现已查明的阶地有九级，在阶地的研究中具有重要的价值，吸引着中外众多学者的目光。虽然，曾经有许多学者对黄河兰州阶地的研究取得了重大的成就，得出了许多有力的结论，然而，以往对该地区阶地的研究多偏重于高级阶地的形成时代，对阶地的成因却研究不深，而且在某些方面还存在一定的分歧。这对于黄河各阶地划分的科学完整性不利，本文选择了黄河阶地最为著名，被称为“兰州式阶地”的黄河兰州盆地河流阶地进行全面的分析，利用前人证实的数据和资料分析其特征和成因。

1.黄河兰州盆地河流阶地所处地理位置及相关的地质情况

1.1地理位置

兰州盆地位于黄土高原的西端、青藏高原的东北角，为一中生代盆地，海拔1500米上，区内大部分地区为黄土所覆盖，黄河自西向东在转向北东穿流而过。兰州位于黄河上游较为开阔的谷地中，由于紧邻青藏高原且又处在高原东北缘转弯部位，几个不同形式的构造体系在此交汇。受高原隆起的影响，本区新构造运动表现强烈且形式复杂。

1.2 气候情况

兰州属于中温带大陆性气候，市区平均海拔平均高度1520米。年均气温11.2度，年均降水量327mm，全年日照时数平均为2446小时，无霜期180天。

2.黄河兰州盆地河流阶地的特征【1】

黄河兰州盆地河流阶地发育最为标准,分布最广泛.基座最大拔河高度330 m,为第三系红色砂砾岩、砂岩和白垩系砂泥岩,上覆35 m冲积砾岩,顶部为厚度不等的风成黄土,阶地越老黄土越厚.T1T3连续完整,T4T7受后期流水冲刷切割成为梁卯状.根据14C、热释光和古地磁等方法确定的各级阶地形成时代分别为10 ka,60 ka,140ka,560 ka,1 200 ka,1 500 ka和1 600 ka。

自上而下黄河各级阶地特征如下:

第七级阶地(T7),基座阶地,基座为第三系红层。在墩洼山一带,差分GPS测量阶地砾石层顶面拔河216m,砾石层厚约6m,河漫滩相粉砂厚约12m,其上风成黄土最厚200m。在墩洼山以东骆驼岘附近,阶地砾石层顶面由于受沿大沙沟发育的断层错动(见图1)拔河高度下降到141m。河漫滩粉砂之上风成黄土仅厚100m左右。

第六级阶地(T6),基座阶地,在小沟至大浪沟一带出露较好,基座为第三系红层。在小沟,差分GPS测量阶地砾石层顶面拔河128m,到大浪沟降至72m,砾石层厚3~4m,之上是厚约18m的具有明显水平层理的河漫滩粉砂,其顶部覆盖100~110m的风成黄土。

第五级阶地(T5),基座阶地,仅在小沟至小沙沟一带发育,基座为第三系红层。阶地砾石层顶面在小沟一带拔河108m,在小沙沟一带降至80m。砾石层厚3~4m,河漫滩相粉砂厚约8m,之上是厚约98m的风成黄土。

第四级阶地(T4),基座阶地,基座为第三系红层。该级阶地在整个东盆地出露较广,阶地砾石层顶在小沟一带拔河约100m到大浪沟降至62m,砾石层厚约4~6m,之上是厚6~10m具有明显水平层理的河漫滩相沉积物,再上是厚约70~100m 的风成黄土。

第三级阶地(T3),基座阶地,基座在白塔山一带为片麻岩,在其他地区多为第三系红层。该级阶地是兰州地区分布最广,保存最好,阶地面最为连续的黄河阶地,也是进行阶地对比划分的重要标志性地貌面。阶地砾石层顶面在罗锅沟一带拔河77m,到石沟一带降至45m,向下游又有增加,到石台沟增至71m。砾石层厚约5~7m,河漫滩粉砂厚约10m,风成黄土厚约40~60m。

第二级阶地(T2),基座阶地,基座在白塔山一带为片麻岩,在其他地区多为第三系红层。阶地砾石层顶在罗锅沟一带拔河30m,到大浪沟一带降至22m,在石台沟又升至31m。砾石层厚约5m,河漫滩相粉砂层厚约10m,顶部堆积约20m厚的马兰黄土

第一级阶地(T1),目前为兰州市区所占据,在东盆地内多为堆积阶地,在盆地东端变为侵蚀阶地或基座阶地。砾石层顶面拔河在罗锅沟一带较高约为15m,在大浪沟一带降为9m。砾石层之上河漫滩厚约0·4m,再上为黑垆土型古土壤S0,顶部堆积约2m的全新世黄土。

3.黄河兰州盆地河流阶地的形成原因

3.1气候因素

气候变化对河流阶地的影响主要是降水以及与之相关的植被等通过影响河流的水量和含沙量来影响河流过程和河流地貌。

3.1.1 兰州盆地的气候历史情况

兰州盆地已经发现的腹足类、哺乳类和孢粉三大类古生物的化石，来推断更新世的气候环境。早更新世早期，兰州地区为低山丘陵地貌，黄河开始孕育，气候干冷；早更新世中期，风成黄土开始沉积，黄河形成，气候从干冷到暖湿反复变化；早更新世晚期，黄河的六、五两级阶地形成，四级阶地开始发育。中更新世时，干旱寒冷和温暖湿润气候交替变换，有过异常干燥、风力极盛的情况。气候干冷时呈现干草原或者荒漠草原环境；气候暖湿时显示出兰州至少位于北亚热带的边缘，为一种森林草原环境。中更新世末期，黄河的四三两级阶地已经形成。晚更新世时，兰州地区的气候从早期的暖湿气候逐渐演变成晚期时候的及干燥的气候环境，先后经历了针叶林草原、干草原、针叶林草原、干草原至荒漠草原的演变过程。晚更新世末期，兰州河谷盆地周围高山渐成规模，黄河定型，二级阶地形成。

3.1.2兰州盆地的气候历史对本地区阶地形成的影响

气候变冷,流域内物理风化的加强,或者气候变干，流域内植被覆盖度减小，坡面侵蚀强度加大，都使流域补给河流的水量减少，沙量增加，造成河床加积。相反，气候变湿热，河流中泥沙量减少而径流量增加，导致河床下切侵蚀，形成阶地。可见，长期的气候干湿变化引起堆积和侵蚀作用的交替，便会形成一系列阶地。这种阶地称为气候阶地，如第四纪以来与间冰期气候交替出现所形成的阶地。

气候的暖湿和冷旱交替对河流阶地的形成起到不同的作用。暖湿气候的是候黄河兰州附近的雨量明显较多，河流径流量大，同时具有很大的动能，对河岸的冲刷作用很大，在水平方向表现为河道较宽，在兰州盆地河流阶地中表现为阶地跨度较宽；在垂直方向上，对于河流比降较大到的区域河流切割作用很大，带走大量的泥沙所以会使得河道较深，河岸发展为阶地后显得阶地比较高。反之在气候寒旱的年代形成的河流阶地往往较为窄低，或者不形成阶地。

3.2地质构造作用

兰州地区位于青藏高原东北缘陇西盆地西缘,其形成和构造演化与青藏高原的阶段性隆起息息相关.根据青藏高原-戈壁沙漠-黄土高原的相关耦合关系和中国黄土沉积研究,青藏高原在2.6 Ma达到临界高度2 000 m,堆积了大面积的黄土;1.7 Ma使黄河长江贯通.昆黄运动使高原达到平均3000 m的高度,1.2 Ma之前本区主要水系黄河发源于祁连山,湟水和大通河即为上游,1.2 Ma的构造运动使黄河切开积石峡流入兰州盆地.自上新世以来在青藏高原整体隆起和局部快速抬升相结合的机制下,发生了多阶段、非均匀和不等速抬升运动.

兰州地区由于所处的构造位置具有独特的动力学环境和构造运动特征,可作为一个相对独立的构造单元,计算1 600 ka以来不同时期河流阶地抬升幅度和下切速率.阶地的形成除与构造抬升有关外还受气候变化等因素影响,但在气候大体相同的地区不同时期河流下切速率的差异可能就是构造运动的结果.阶构造抬升和下切具有同步,等速率的分布特点.黄河及其支流最早下切均始于1 600 ka,期间经历了不同的发展阶段;大约在150 ka左右发生同步下切,形成本区广泛发育的第三级阶地,这一时期构造活动稳定,气候变化不大.兰州地区刘家峡至黑山峡段不同时期抬升幅度相差很大.05 ka抬升幅度不超过5m,10150 ka抬升幅度为20 m,150220 ka抬升幅度为40 m,220700 ka抬升幅度为200 m,700 1 100 ka抬升幅度为150 m.这种大规模的构造抬升与黄河上游公伯峡附近拉脊山隆起一样是区域构造活动的综合体现,使得河床纵剖面的比降加大，水流侵蚀作用加强，使河流下切形成阶地。

3.3其他因素

侵蚀基准面下降:导致河道比降的增大从而增强河流的下切侵蚀能力；河流袭夺袭夺后的河流侵蚀加强,被袭夺的河流的侵蚀减弱;河曲摆动和岩性差异:河流摆动和岩性差异引起差异性水流侵蚀现象，

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