黄河是如何贯通入海的?

一、关于黄河贯通的争论

对黄河的贯通存在三种不同认识:

1)河湖共存(袁宝应等,2012;赵希涛等,2018),认为第四纪时期早期,黄河曾长期河湖并存,中更新世末黄河溯源侵蚀使湖泊消失,并呈现目前的黄河地貌景观。对河套地区的阶地研究表明:最早阶地T9形成于早更新世早期。自新近纪以来,黄河就是一条上、下游贯通的古老大河,黄河一直存在于强烈下沉的河套盆地。

2)渭河曾为黄河中游的主河道,后迁移到河套,形成几字型大拐弯。

3)古湖分段贯通、溯源侵蚀;大量研究表明,黄河具有分段贯通特点,中游和下游之间最先贯通(更新世),以湖泊贯通,中游、上游内部及其之间大湖,贯通时间较晚(更新世),上游贯通较晚(全新世),以溯源侵蚀为特征,河源尚在发育演化中。这些古湖包括:三门古湖-华北古湖(洛阳古湖)、三门古湖-河套古湖、银川古湖-河套古湖、诺尔盖古湖、黄河源古湖等。

晚更新世后期经过长期的剥蚀和溯流侵蚀,三门古湖水向东下溃泄,15万年前后,由于相关的地震活动,古黄河切穿以闪长纷岩为主的三门峡地垒及其以东的基岩(吴锡浩等,1988),三门峡盆地和洛阳盆地串通,使河水改向东流,形成现代统一的黄河,并在下游沉积黄河古冲积扇下部地层(张光业,1985)。

河套古湖为晚更新世内陆闭塞型古湖,面积约40000km²,晚更新世末—早全新世由于河流袭夺和河套盆地超强地震,造成黄河贯通(聂宗笙,2019)。河套盆地北侧山前断裂的强烈活动和超强地震活动,对河套古湖消亡和黄河的贯通具有重要作用。内蒙古的乌梁素海为黄河改道而残留的牛轭湖。

黄河地理位置图(据互联网资料)

二、黄河贯通的原因

鄂尔多斯周边新生代地堑系的出现,控制了黄河中、上游的发育(袁宝应等,2012)。

早更新世黄河流域以互不联通的湖盆为特征,它们各自形成独立的内陆水系。随着青藏高原抬升、河流侵蚀、夺袭,中更新世各湖盆间逐渐连通,形成黄河水系的雏形。晚更新世黄河逐步演变成贯通的大河。黄河中下游贯通,涉及了华北地区黄河内流时期多个古湖的贯通(杨勤业,1991),如诺尔盖、银川古湖、河套古湖、晋陕古湖、三门古湖、华北古湖。

有的学者认为(袁宝印等,2012),上新世末至中更新世末,黄河流域曾长期处于河湖并存阶段。中更新世末,黄河溯源侵蚀使三门峡以下河道畅通,湖水泄干,现今黄河的基本面貌开始形成。

黄河贯通的时间和方式:1)末次冰期结束,造成降水和湖泊水量增大;2)黄土高原形成,进入三门湖的泥沙量增大;3)构造活动,造成地震活动或泥石流堰塞湖发生溃坝,发生溯源侵蚀,造成湖泊连通;4)地堑盆地沉降减速,进入拗陷阶段,使湖泊变迁,水体外溢。

黄河全线贯通,涉及了上、中、下游之间的联系,以及溯源侵蚀,和三角洲-古河道入海的完整过程。由于不同河段在贯通时间和方式上有差异,目前对黄河贯通的时间上尚有不同认识,归为中新世(赵希涛等,2019)或更新世-全新世。一般认为在更新世已经完成了最终贯通。

黄河贯通时间、地点的判断应包括:沉积标志、不整合界面、河流阶地地质时代等。黄河贯通的关键节点和事件的识别包括:古湖溢出、最高河流阶地、入海三角洲形成、冲积扇形成等,它们均是判断黄河形成时间的地质制约。

黄河中、上游地貌略图(据郭炼勇,2004)

三、黄河中游与上游之间的贯通

大约在1.6Ma前后,兰州一带向心水系消失,黄河上游水系贯通。黄河中游临夏盆地至河套盆地段,于1.8 Ma贯通(刘志杰等,2007)。岩相古地理恢复表明(吴利杰等,2019):早更新世-中更新世早期,河套盆地为局限性河湖环境,中更新世早期黄河已流入河套盆地;中更新世晚期-晚更新世早期,全盆地成为内陆封闭性咸水-半咸水湖盆,黄河为内流河;自晚更新世中晚期以后,随黄河逐渐外流,河套地区开始准平原化。此外,河套地区共识别出三期黄河古河道(周青硕等,2017),它们的时代分别为9.93~7.4kaB.P.,7.4~4.1 ka B.P.,4.1 ~ 1.2 ka B.P.。

黄土高原地质略图(据中国地质科学院)

四、黄河中游与下游之间的贯通

黄河中游的形成及其与下游的贯通,与黄土高原形成密切相伴,与古湖泊群之间的贯通密切相关。早期认为,1.6Ma晋陕峡谷贯通(刘志杰等,2007),而古地磁定年表明,晋陕峡谷段在晚更新世(1.2Ma)发生河流袭夺事件,晋陕大峡谷开始贯通(潘保田等,2012)。

1.2Ma三门峡古湖与洛阳盆地贯通(李吉均等,1996),黄河向东越过三门峡进入华北盆地,开始形成黄河冲积扇。而新的研究表明(季良军等,2006),山西平陆黄河的T3,T2和T1阶地分别于245kaB.P.,149kaB.P.和 50kaB.P.前形成。但是这些数据,明显晚于黄河三角扇的形成年龄,难以制约黄河最初贯通的时间。

也有研究认为,晚更新世末次冰期以来(0.15Ma),三门古湖才被黄河完全切穿(吴锡浩等,1998;王苏民等,2001),黄河冲积扇开始发育(贾杰华等,2002)。三门古湖的消失与河流侵蚀基准面降低,导致黄土高原地区河流侵蚀作用加强,河网密度加大,平坦的黄土高原被塑造成千沟万壑的侵蚀地貌景观。地质研究表明(郭炼勇,2007、胡正波,2012),近东西向走滑断裂带或正断裂带的构造活动,控制了三门峡湖泊与下游的贯通。

三门峡地质略图(贾福海,1957)

五、黄河下游冲积扇的形成

黄河冲积扇为华北平原山前地带最大的冲积扇,它西起孟津宁嘴,北沿太行山麓与漳河冲积扇交错,西南沿嵩山山麓与淮河上游冲洪积扇相接,东临南四湖,东西长约355km,南北宽约410km,总面积72144km2(贾杰华等,2002)。巨大冲积扇平原的沉积厚度可达20-70米,其岩性主要为中粗砂、中细砂和细砂,单层厚度10米-3米,最厚可达70米以上(职太平等,2015)。不同扇体相互叠置,冲积扇是黄河历代河道溃决改道集中的地,顶点随着构造运动和河流决口位置的下移而移动,促使冲积扇不断向前扩展(叶青超等,1982)。

黄河自孟津进入下游河段后,在太行山和嵩山山麓之间摆动,由于地面开阔、地势突然变缓,河流泛滥堆积严重,在面积约25万平方公里的范围内,形成晚更新世-全新世黄河下游冲积扇,大致可以划分为晚更新世的古冲积扇、早全新世至中全新世的老冲积扇和全新世晚期以来现代复合冲积扇(冯大奎等,1988;叶青超等,1982;马玉凤等,2015)。老冲积扇形成于早全新世至中全新世。现代复合冲积扇形成于距今约3000年以来,包括彼此叠置的滑县冲积扇、郑州冲积扇、兰考冲积扇和花园口冲积扇等(刘国纬,2011)。

黄河古冲积扇主要形成于晚更新世末期(叶青超等,1982;1988;闫震鹏等,2010),全新世早期至中期,冲积扇的顶点下移至现沁河口附近,北泛入渤海,多于南泛汇淮,形成的老冲积扇扩展比古冲积扇大(马玉凤等,2015)。

黄河古冲积扇及其古河道分布图(马玉凤等,2015)

六、黄河上游溯源侵蚀及其与河源区的贯通

对比黄河上游不同发育地段阶地表明(李吉均等,1996;张智勇等,2003),伴随高原阶段隆升,黄河向上游阶段性溯源侵蚀发展,不断侵蚀山前盆地和山间盆地,使黄河向青藏高原上延伸。黄河干流自龙羊峡以上曾经历短暂快速溯源下切,下切时间起始于1.8 Ma BP,平均溯源下切速率为350 km/Ma(Harkins et al., 2007; Craddock et al.,2010)。

贵德和临夏盆地1.8Ma以前贯通,黄河下切侵蚀的起始时间与北半球冰川期的起始时间一致。冰期可能促进了湖泊扩张,并在约1.8Ma湖泊扩张达到鼎盛期,此时湖泊溢出到下游盆地,引发河流侵蚀,形成现代黄河河道(Harkins et al., 2007;Craddock et al.,2010)。

1.7MaB.P.青藏高原的隆升促使高原现代水系格局和黄河的河谷发育,河流溯源下切并形成侵蚀阶地(郑度等,1999)。黄河向上游溯源发展,1.6Ma黄河稳定出现在民和-兰州-临夏。1.1Ma黄河切开积石峡到达化隆-贵德。0.60Ma黄河上游切穿李家峡。0.15Ma黄河干流溯源切穿龙羊峡进入共和盆地玛曲—兴海深切河段,约0.03Ma最终切开贵南南山及西秦岭,并沟通若尔盖盆地抵达黄河源区(李吉均等,1996;张智勇等,2003)。

钻孔的C14年代学研究表明:黄河切穿若尔盖断陷古湖的时代为37630±1070aB.P.(王云飞等,1995),35kaBP到达若尔盖盆地,11~10ka,黄河切开玛多县多石峡进入源区,从此现代黄河始现(刘志杰等,2007;李志威等,2016)。若尔盖盆地受区域构造活动影响缓慢隆起,加剧了黄河的溯源侵蚀作用,导致若尔盖古湖被黄河切穿而逐步消失。

七、黄河入海及其三角洲

南黄海在新生代时经受了大规模的断陷,接受了巨厚的沉积。海域内的主体构造走向为北北东,由大致平行相间排列的隆起带与拗陷带(盆地)组成。

全新世黄河三角洲发育的地质过程(夏非等,2015)

在南黄海西部滨浅海区老黄河三角洲之下发现末次盛冰期形成的两大树枝状河道网,北部河道网的弯曲主干河道呈东北走向,与等深线斜交,南部河道网的主干河道大致呈东西走向。河道断面向海逐渐变宽,整体上河道较浅,横向迁移和摆动幅度较大(孔祥淮等,2016),考虑到当时海平面较低,黄河可能流向了韩国济州岛。

北黄海陆架区也发现了黄河古河道(孔祥淮等,2016)。末次冰期以来黄河期曾在苏北注入黄海盆地,苏北岸外黄河埋藏古河道以曲流河为主,河道发育规模较小,河床下切较浅,很少见到多期连续发育的继承型河道,反映出古黄河水系(晚更新世末期??)在横向上易变动的运动特点(宋召军等,2015)。

在黄海-渤海出现更新世河流三角洲沉积,表明黄河最终贯通较晚。南黄海的苏北全新世早-中期黄河三角洲超级叶瓣的确切形成时间和沉积范围尚不明确(夏非等,2015)。

三角洲为冲积扇的延伸,构成河流沉积体系的有机组成部分。冲积扇-三角洲的形成,使黄土高原侵蚀物质得以搬运到华北平原、渤海湾与黄海(刘国纬,2011),侵蚀基准面降低,加剧了黄土高原的溯源侵蚀。

本文据(李江海,2020,《亚洲大地构造》<讲义>)修改补充

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