（海洋地质专业论文）黄河贯通三门峡的时代.pdf

摘要 摘要 黄河的形成时代问题，在地学界一直倍受关注。黄河演化历史上，曾经历 了河湖相间、河湖并存的阶段，现代意义的黄河是在贯通一系列古湖泊的基础 上形成的。三门峡段基岩山地处于中国第三和第二阶梯地貌的转折部位，曾是 东流入海黄河形成的最后一个屏障。从宏观上看，只有晋豫间的三门峡基岩山 地被贯通，才称得上黄河干流的形成。 分布于晋豫陕间的古三门湖，曾是黄河中上游一系列断陷盆地中最东南缘 的一个，古三门湖的消亡时代，正是黄河贯通三门峡、东流入海的形成时代。 通过对黄河三门峡水库、平陆黄底沟附近的野外地质考察，发现黄底沟入黄河 三门峡水库处发育一级湖滨阶地t 3 和两级河流阶地t 2 、t 1 。野外观测和室内磁 化率、粒度测量结果均表明，t 3 上覆黄土发育两层古土壤，t 2 上覆黄土发育一 层古土壤，t 1 上覆黄土无明显发育古土壤。根据古土壤层的对比推测，t 3 上覆 黄土的两个古土壤层为s 2 和s l ；t 2 上覆黄土的古土壤层为s 1 。t 3 、t 2 和t 1 上覆 黄土的光释光测年结果表明本次工作对黄河阶地上覆黄土地层的对比的推测是 正确的，说明古三门湖消亡、黄河贯通三门峡的时代为s 2 发育时。 t 3 、t 2 和t 1 阶地上覆黄土最底部地层均为古土壤或弱发育古土壤，表明 温暖湿润的间冰期或间冰阶黄河以下切作用为主，使河漫滩出露为阶地：干冷 的冰期黄河以侧蚀作用为主，形成宽阔的河漫滩。t 3 、t 2 和t 1 阶地是气候变 化和构造运动共同作用的结果，代表了黄河切穿三门峡段基岩山地后的发展变 化。 黄河贯通三门峡后，古三门湖消亡，原先的古三门湖侵蚀基准面不复存在， 侵蚀基准面下降4 0 6 0 m ，导致三门峡以西河流强烈下切，侵蚀作用使河水携带 大量泥砂，在三门峡出山口孟津以东沉积，形成巨大的古黄河冲积扇，从而为 其下风方向的邙山塬黄土堆积提供了大量的近源物质。 邙山黄土以其巨厚的晚更新世黄土沉积而引人注目。通过磁性地层、磁化 率和粒度的测量，对邙山黄土赵下峪剖面进行了重新划分。赵下峪剖面厚约 1 7 1 m ，出露s 1 l s o 地层，其中9 7 m 以上地层为s 2 一s 0 ，改变了前人认为的9 7 m 以上地层为s 1 s o 的认识。b m 界限位于l 8 底部( 约1 4 9 3 m 深处) ，b m p c 摘要 是b m 界限倒转之前一段极性漂移事件，在赵下峪剖面中位于l 9 中部。 磁化率、粒度和粘土矿物的测量结果及其与黄土高原其他剖面的对比表明， 赵下峪剖面$ 1 1 一s 3 地层的沉积速率、粒度较小，符合中国黄土自西北向东南沉 积厚度逐渐变薄、粒度逐渐减小的规律；l 3 较高的沉积速率、较粗的粒度及粘 土矿物含量和比值与下部地层的差异性，说明l 3 发育时期，黄河可能部分切穿 了三门峡，为其提供了较小的、新的近源物源：自s 2 发育以来，邙山黄土具有 高沉积速率、低磁化率和粒度变粗的特征，与下部地层及黄土高原不同地区的 同层位地层存在巨大差异，是由于这个时期黄河完全贯通三门峡、东流入海， 大量侵蚀物质在孟滓以东堆积，形成巨大的黄河古冲积扇，为s 2 s o 黄土沉积提 供了大量的近源物质。 邙山黄土赵下峪剖面黄土沉积发生突变的层位，与三门峡黄河水库平陆黄 底沟黄河阶地最早接受黄土沉积的层位时代一致，即s 2 发育时期。根据中国黄 土古土壤序列年龄框架，s 2 发育时代为2 4 5 k a 1 9 0 k a b 。p 。，也就是说，黄河贯 通三门峡、东流入海的时代约为2 0 0 k a 。 关键词：黄河，三门峡，河流阶地，邙山黄土，磁化率，粒度 l l a b s t r a c t a b s t r a c t t h er e v o l u t i o n a r yh i s t o r yo ft h ey e l l o wr i v e ri so fi n t e r e s tt oaw i d ec o m m u n i t y o fg e o m o r p h o l o g y , t e c t o n i c s ，s e d i m e n t o l o g ya n d p a l e o c l i m a t o l o g y a v a i l a b l e i n f o r m a t i o ns e e m st o s u g g e s tt h a tt h ef i v e rh a sb e e nr a t h e r “f r a g m e n t a l ”，m e a n i n g t h a td i f f e r e n ts e c t i o n so ft h ef i v e rh a v et h e i ro w n e v o l u t i o n a r yh i s t o r i e s ，d e p e n d i n go n r e g i o n a ls e t t i n g s r i v e r - c a p t u r i n ga n df a u l t i n ga r et w om o s tc o m m o nf o r m sf o raf i v e r t og r o w t h eb e d r o c ko fs a n m e ng o r g eb e t w e e nh e n a np r o v i n c ea n ds h a n x i p r o v i n c ei st h el a s tb a rt ot h ey e l l o wr i v e rr u n n i n gt h r o u g ha n dr e a c h i n gt h es e a t h e a g eo f t h er u n n i n gt h r o u g ho ft h ef i v e ra tt h i sp o i n ti st h ep r e r e q u i s i t ek e yt os o l v et h e q u e s t i o na st ow h e n u n i f i e dy e l l o wr i v e rf o r m e dc o m p l e t e l y t h ea g eo ft h ed i s a p p e a r a n c eo ft h es a n m e np a l e o - l a k e ，w h i c hw a st h em o s t s o u t h e a s to n eo ft h eg r a b e n sd e v e l o p e dm o n gt h ec o u r s eo ft h ey e l l o wr i v e r , i n d i c a t e st h et i m i n go ft h ef o r m a t i o no ft h eu n i f i e dy e l l o wr i v e r b a s e do nt h ef i e l d r e s e a r c ho fs a n m e ng o r g ea r e a , f o c u s e do nt h eh u a n g d i g o up r o f i l ew h i c hl o c a t e da t t h en o r t ho fs a n m e ng o r g er e s e r v o i ri np i n g l uc o u n t yo fs h a a n x ip r o v i n c e ，w e f o u n dt w of l u v i a lt e r r a c e s ，t 2a n dt1 r e s p e c t i v e l y , a n do n el a c u s t r i n et e r r a c et 3 f i e l do b s e r v a t i o n s ，t o g e t h e rw i t hm e a s u r e m e n t so fm a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t ya n dg r a i n s i z e ，s u g g e s t st h a tt w op a l e o s o ls e q u e n c e st h a ta r es 1a n ds 2r e s p e c t i v e l yc a pt 3 ，a n d o n e p a l e o s o ls e q u e n c et h a ti ss 1c a p st 2 ，a n dn op a l e o s o ls e q u e n c eo b v i o u s l yi nt 1 ， w h i c hi si nc o n s i s t e n c ew i t ht h eo s l d a t i n gr e s u l t so fs e v e ns a m p l e sc o l l e c t e df r o m t h el o e s ss e q u e n c e so nt h et h r e et e r r a c e s b a s e do nt h es t r a t i g r a p h i cc o r r e l a t i o no f l o e s ss e q u e n c e sc a p p e dt h et e r r a c e sa n dt h el a b o r a t o r ya n a l y s i so ft h eo s l g e o c h r o n o l o g y , t h ea g eo f t h ey e l l o wr i v e rr u n n i n gt h r o u g hs a n m e ng o r g eh a sb e e n e s t i m a t e dt ob es l i g h t l yo l d e rt h a ns 2 t h et o po fa l lt h e s et e r r a c e sw a sc a p p e db yp a l e o s o lo rw e a k l yd e v e l o p e d p a l e o s o l ，w h i c hm e a n st h er i v e rc u t sd o w na n df o r m st e r r a c ei nt h ep e r i o do fr e l a t i v e w a l ma n dh u m i d t 1 ，t 2a n dt 3a l o n gt h ey e l l o wr i v e r sn o r t hb a n ki nt h er e g i o n a t t r i b u t et ot h ec l i m a t i cc h a n g e sa n dt e c t o n i cm o v e m e n ta n dr e p r e s e n tt h ed i f f e r e n t i i i a b s t r a c t s t a g e so f t h ey e l l o wr i v e rs i n c ei t sr u n n i n gt h r o u g ht h es a n m e ng o r g e t h ey e l l o wr i v e rp a l e o f a nc o v e r sal a r g ea r e a ，s t r e t c h i n go v e rh u n d r e d so f k i l o m e t e r sf r o mt h ee a s tm o u t ho ft h es a n m e ng o r g e ，a n dw a sf o r m e dw h e nt h ef i v e r c u tt h r o u g ht h eg o r g ee i t h e rb yh e a d w a r de r o s i o no rf a u l t i n g ，d r y i n gt h es a n m e n p a l e o - l a k ea n dd e p o s i t i n ge n o r m o u sa m o u n to fm a t e r i a ld u et og r a d i e n tc h a n g e ，a n d b e c o m ean e wp r o x i m a ln e a rs o u r c ef o rt h el o e s sd e p o s i t so fm a n g s h a n ，a p a r tf r o m t h ed e s e r t st h a ta c ta sac o m m o ns o u r c ef o rm o s to ft h el o e s sd e p o s i t si nc e n t r a l c h i n a m a n g s h a nl o e s si sl o c a t e d2 5 k mt ot h ew e s to fz h e n g z h o u ，o n t h es o u t hb a n ko f t h ey e l l o wr i v e r , w h e r et h er i v e rj u s tc o m e so u to ft h es a n m e ng o r g e ，r e l e a s i n gm o s t o fi t ss u s p e n d e dl o a d sd u et ot h ed e c r e a s ei ng r a d i e n t ，a n di sd i s t i n g u i s h e df o ri t s l a r g et h i c k n e s ss i n c et h el a t ep l e i s t o c e n e o nt h eb a s i so ft h eo b s e r v a t i o no ft h e z h a o x i a y u s e c t i o ni n t h ef i e l d ，t o g e t h e rw i t hm a g n e t o s t r a t i g r a p h i c s t u d y , m e a s u r e m e n t so fm a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t ya n dg r a i ns i z e ，t h es t r a t i g r a p h yo fz h a o x i a y u s e c t i o nh a sb e e nr e e s t a b l i s h e d t h es e c t i o ni so v e r171mi nt h i c k n e s sa n dc o m p o s e d o f1 1l o e s sl a y e r si n t e r b e d d e dw i t h12p a l a e o s o l s t h eu p p e r9 7 mo ft h es e c t i o n c o n t a i n ss 2 ，l 2 ，s 1 ，l 1a n ds o ，w h i c hh a sb e e nc o n s i d e r e da ss 1 ，l 1a n ds ob y p r e v i o u sr e s e a r c h e r s t h eb r u h n e s m a t u y a m ab o u n d a r yw a sf o u n dt ob el o c a t e di n t h el o w e rp a r to fl 8 ( a b o u t1 4 9 3 md e e p n e s s ) ，s l i g h t l yd i f f e r e n tf r o mm a n yo t h e r l o e s ss e c t i o n ，b u tc o n f i r m i n gt h ef i e l ds t r a t i g r a p h i cc l a s s i f i c a t i o n i na d d i t i o n ，b m p c ， m e a n i n gap r e c u r s o rb e f o r et h eb mr e v e r s a l ，h a s b e e nf o u n di nt h em i d d l eo fl 9 c o m p a r e dw i t ho t h e rp r o f i l e si nt h el o e s sp l a t e a u ，t h es 11 一s 3o ft h ez h a o x i a y u p r o f i l ec h a r a c t e r e dw i t hl o w e rs e d i m e n tr a t ea n d s m a l lg r a i ns i z ec o r r e s p o n d sw i t ht h e p r i n c i p l eo fl o e s sd e p o s i t so v e rt h el o e s sp l a t e a ui nt h a tt h es e d i m e n tr a t e so fl o e s s d e p o s i t sa n dt h eg r a i ns i z eb o t hd e c r e a s ef r o mt h en o r t h w e s tt ot h es o u t h e a s t l 3 ， f e a t u r e dh i g h e rr a t eo fs e d i m e n t ，c o a r s e rg r a i ns i z ea n do b v i o u sd i f f e r e n c ei nt h e c o n t e n ta n dt h er a t i oo fd i f f e r e n tc l a ym i n e r a l ，i n d i c a t e st h a tt h ey e l l o wr i v e rh a dc u t t h r o u g ht h es a n m e ng o r g ep 叭l y f r o ms 2 一s o ，u p w a r d sm a n g s h a nl o e s sp r e s e n t sa g r e a td i f f e r e n c ec o m p a r e dw i t h i t sl o w e rp a r ta n da l lo t h e rc o r r e s p o n d i n gl o e s s s e c t i o n si nt h el o e s sp l a t e a ua n df e a t u r e st h eh i g h e s ts e d i m e n tr a t e ，l o w e rm a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t ya n dm u c hc o a r s e rg r a i n s i z ed i s t r i b u t i o ng i v e ni t ss o u t h e r l yl o c a t i o n i v a b s t r a c t t h i sc h a n g ei nl i t h o l o g i c a lc h a r a c t e r si m p l i e st h a tt h e r em u s th a v eb e e nam a j o r a d d i t i o no fs e d i m e n ts o u r c ee v e rs i n c et h ed e p o s i t i o no fs 2 ，a p a r tf r o mt h ed e s e r t s t h i ss e d i m e n ts o u r c ei sb e l i e v e dt ob et h en e a r b yy e l l o wr i v e rf l o o dp l a i n ，a n dt h e p a l e o - f a nl y i n ga tt h ee a s tm o u t ho ft h es a n m e ng o r g ea sw e l l t h i se s t i m a t i o n c o i n c i d e sw i t ht h ea g eo ft h et 3t e r r a c ef o r m a t i o nd e d u c e df r o mt h eb o t t o mp a l e o s o l c a pt h et 3t e r r a c e k e yw o r d s ：y e l l o wr i v e r s a n m e ng o r g e ，t e r r a c e ，m a n g s h a nl o e s s ，m a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t y , g r a i ns i z e v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 年月日 第一章引言 第一章引言弟一旱ji 西 黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓海拔4 5 0 0 米的约古宗列盆地。经青藏 高原的青海、四川、甘肃，黄土高原和鄂尔多斯高原的宁夏、内蒙古、陕西、 山西，华北平原的河南、山东，注入渤海，全长5 4 6 4 公里，流域面积7 5 万平 方公里。 河流演化历史是进行海陆对比和海陆相互作用研究的一个关键环节。在沉 积物由源到汇的过程中，河流起着非常重要的纽带作用。黄河的地质演化史， 与中国新生代地形倒转和青藏高原的形成演化密切相关，弄清黄河的形成时代， 对中国地貌格局的形成演化、东亚环境变迁和全球变化的区域响应等都有重要 意义。 1 1 黄河形成时代的研究概况 黄河形成的时代问题，在地学界一直倍受关注。黄河演化历史上，曾经历 了河湖相间、河湖并存的阶段( 图1 ) ，现代意义的黄河是在贯通一系列古湖泊 的基础上形成的( 张抗等，1 9 9 2 ；成国栋等，1 9 9 7 ：朱照宇，1 9 8 9 ；袁宝印， 1 9 8 9 ) 。古湖泊消亡的时间先后不同，因而不同研究者对黄河形成时代问题的认 识也是众说纷纭。李容全( 1 9 9 3 ) 认为黄河形成于中新世或上新世；杨守业等 ( 2 0 0 1 ) 认为黄河形成于早更新世；于洪军( 1 9 9 9 ) 认为黄河形成于中、晚更 新世以后。 自从杨钟健等( 1 9 3 6 ) 先生提出黄河由上游一河套、山陕及垣曲以下三段形 成的理论以来，许多学者对黄河不同河段的形成进行了研究。朱照宇( 1 9 8 9 ) 通过研究河流阶地和水系沉积物、古土壤特征，用“古土壤断代法 ，认为黄河 中游及其主要支流形成于1 6 7 1 4 5 m ab p ；潘保田等( 1 9 9 6 ) 通过黄河中游夷平 面和阶地研究认为发生于1 1 m ab p 的黄河运动使黄河上扩下通，统一黄河形成。 李吉均等( 1 9 9 6 ) 认为发生于1 2 m ab p 的黄河运动使黄河切穿- - i 3 峡东流入海。 岳乐平等( 1 9 9 7 ) 通过中游阶地研究认为大约1 2 m ab p 前后，古三门湖消失， 黄河东流而去。薛铎( 1 9 9 6 ) 通过汾渭盆地与河南平原区更新统介形类化石组 合对比，认为- - w q 峡以东黄河形成于早更新世末或中更新世初( 距今七八十万 年至一百万年) 。滕志宏等( 1 9 9 8 ) 通过对邙岭黄土剖面的研究认为早更新世早 1 第一章引言 期( 约1 6 1 5 m ab p ) 黄河切穿古三门湖。杨守业( 2 0 0 1 ) 通过对黄河三角洲沉 积物元素组成的研究认为早更新世时黄河全河贯通成为一条完整的河流。 a i m i n gl i n 等( 2 0 0 1 ) 根据地质学证据认为黄河在始新世东流入海。吴锡浩等 ( 1 9 9 8 ；1 9 9 9 ) 、蒋复初等( 1 9 9 8 ) 跟据孟津以东邙山地区发育较厚的s 1 古土 壤和巨厚的马兰黄土以及黄土的粒度组成特征等认为在晚更新世初期 ( o 1 3 0 1 5 m ab p ) 黄河贯通三门峡东流。 i 冬l 纠：趱 盆地 ：， - ，i l i 系 图1 1 黄河流域盆地分布图 综合上述研究成果，尽管研究出发角度各异，应用方法、手段众多，但对 黄河贯通三门峡直接的地貌学和年代学证据仍有待深入发现和研究。 1 2 选题依据 东流入海的黄河发育，与青藏高原、黄土高原、华北平原和黄海陆架的演 变有着紧密的成因联系，是综合反映东亚构造地貌和自然环境变迁的重大地质 事件。黄河的形成时代问题一直受到许多学者的关注。根据黄河河流阶地地貌、 砾石层分布、青藏高原隆升演化规律、干流流域岩相古地理及地层组成特征研 究，对于黄河的形成时间有众多观点。从宏观上看，只有晋豫间的三门峡基岩 山地被贯通，才称得上黄河干流的形成( 吴锡浩等，1 9 9 8 ) 。古三门湖沉积广布 2 第一章引言 于晋豫陕间黄河及渭河谷地，东起三门峡、西至宝鸡一带，南缘为秦岭北麓， 北迄禹门口龙门山一带，是黄土高原南缘最具代表性的晚新生代湖相沉积，其 发育、演变与黄河的形成密切相关。平陆黄底沟发育典型的古三门湖沉积地层， 其入黄河口附近的黄河阶地和湖滨阶地是黄河贯通三门峡和古三门湖消亡的地 质历史记录。根据黄河阶地和湖滨阶地的地貌、地质特征，结合释光年代学测 定，可以确定黄河贯通三门峡、古三门湖消亡时代，为黄河最终形成提供新的 年代数据。 中国黄土古土壤序列，以其连续性、完整性及高分辨率记录了最近2 5 m a 区域气候及全球气候的变迁，是过去全球变化研究不可多得的陆相沉积记录之 一。中国黄土的物源主要来自西北的沙漠、戈壁地区( 刘东生等，1 9 8 5 ) ，在冬 季偏北风吹扬下，黄土沉积的厚度与粒度自西北向东南减小、变细。郑州附近 黄河南岸的邙山黄土，是黄土高原与华北平原过渡带上最东南缘的黄土塬，地 处西部黄土高原隆升区向东部华北平原沉降区转折的特定构造地貌部位。邙山 黄土9 0 m 以上地层是迄今发现的厚度最大的晚更新世黄土，沉积速率高、粒度 粗，不符合中国黄土沉积的分布规律。前人研究认为黄河贯通三门峡后形成的 古冲积扇为邙山黄土沉积提供了新的近源物源是导致这一差异的原因，但对邙 山黄土上部地层的划分存在分歧。不同学者用不同方法已经建立了中国黄土一古 土壤序列的年代，正确划分邙山黄土地层，是根据中国黄土古土壤序列确定邙 山黄土古土壤序列及其沉积发生突变层位的年代的基础，进而探讨其突变层位 发生的原因及其与黄河贯通三门峡时代的关系。通过邙山黄土赵下峪剖面粒度、 磁化率和古地磁的研究，确定邙山黄土地层序列，并根据黄土一古土壤序列定年， 佐证黄河贯通三门峡的时代。 在前人工作的基础上，作者选取与黄河形成联系极为密切的古- - f - j 湖湖滨 阶地、黄河阶地和邙山黄土两个主要地区的剖面，进行粒度、磁化率、古地磁、 粘土矿物和释光测年，结合地层、地貌学，对黄河贯通三门峡的时代问题做进 一步研究，探讨黄河在研究区的演化历史。 1 3 论文研究内容和目的 ( 1 ) 平陆黄底沟黄河阶地 通过野外地质调查，选取理想阶地剖面，进行阶地地层、地貌学研究，采 3 第一章引言 集样品，作粒度、磁化率和释光年龄测定，确定阶地形成时代。 ( 2 ) 邙山塬 通过野外地质调查，确定邙山赵下峪剖面黄土一古土壤序列，采集样品， 进行粒度、磁化率、古地磁测试，建立邙山塬黄土一古土壤年代序列。对沉积 速率突变层位进行粘土矿物测试，验证邙山黄土物源的突变层位。 ( 3 ) 结合平陆黄底沟黄河阶地和邙山赵下峪剖面的研究结果，确定黄河贯 通三门峡的时代。 1 4 论文完成工作量 在硕士生学习期间，完成的主要工作量如下： ( 1 ) 野外工作 2 0 0 3 年4 月2 3 日一5 月8 日，在郑州邙山塬进行野外考察，选取剖面，采集 粒度、磁化率样品8 0 0 个； 2 0 0 3 年1 0 月2 7 日1 1 月1 8 日，在郑州邙山塬采集古地磁样品1 0 4 块，在 山西平陆县黄底沟进行野外考察，划分黄河阶地，选取剖面，进行野外岩性描 述，采集粒度、磁化率样品4 0 0 个，热释光样品1 0 个； 2 0 0 4 年3 月，山西平陆县黄底沟补充采样，共采集粒度、磁化率样品4 0 0 个。 ( 2 ) 室内工作 室内工作主要是磁化率和粒度的测量。磁化率在中科院地球环境研究所( 西 安) 古地磁实验室测试，所用仪器为b a r t i n g t o nm s 2 型磁化率仪；粒度测试在同 济大学海洋地质教育部重点实验室激光粒度室完成，所用仪器为b e c k m a n c o u l t e rl s 2 3 0 型激光粒度仪，仪器测试范围o o 扯2 0 0 0 胛。 2 0 0 3 年6 月8 日一6 月18 日，8 0 0 个邙山塬粒度样品的测试： 2 0 0 3 年1 1 月1 8 1 1 月2 5 日，测试磁化率样品1 2 0 0 个； 2 0 0 3 年1 2 月，测试粒度样品4 0 0 个； 2 0 0 4 年1 月，导师郑洪波教授在英国利物浦大学完成1 0 4 个古地磁样品的 测试； 2 0 0 4 年4 月，补采4 0 0 个样品的粒度、磁化率测试： 2 0 0 5 年1 月1 0 3 月1 0 日，香港大学地球科学系释光年龄的测定。 4 第二章研究区域自然地理、地质概况 第二章研究区域自然地理、地质概况 2 1 自然地理 2 。1 1 三门峡地区 本区属暖温带季风型大陆性气候，年均温度1 2 4 0 c ，最冷的一月均温 2 。c 左右，极端最低温一1 8 。c ，最热的七月均温2 4 2 7 0 c ，极端最高温4 l 。c 。年 降雨量5 0 0 - - - 7 0 0 m m ，但季节分配不均，多集中在七九月份。年均蒸发量1 5 0 0 - - - 2 0 0 0 m m ，为半湿润到半干旱的过渡地区。 2 1 2 邙山区域地理概况 邙山所在郑州地区属暖温带大陆性气候，四季分明，年平均气温1 4 4 0 c 。7 月最热，平均2 7 3 。c ；1 月最冷，平均0 2 。c ；年平均降雨量6 4 0 9 毫米，无霜 期2 2 0 天，全年b 照时间约2 4 0 0 小时。境内大小河流3 5 条，分属于黄河和淮 河两大水系，其中流经郑州段的黄河长1 5 0 4 公里。 2 2 区域地质概况 2 2 1 三门峡地区 三门峡地处黄土高原的东南边缘，是我国东亚季风的影响区，同时又位于黄 土高原与华北平原的转折带上，居于我国大陆构造地貌边界带低边界带上，并因 发育“三门组 而闻名。 本区以中低山地和盆地为特征，北为呈北东一南琶向延伸的中条山，中为 三门峡盆地，南部为属秦岭山系的崤山。 本区的河流属黄河水系，除黄河本身外，北有源于中条山的支流枝涧河， 南有源于崤山的青龙涧河和涧河等。 2 2 2 邙山地区 邙山位于中原腹地河南省郑州市n w 方向黄河南岸，东亚地貌阶梯低 5 第二章研究区域自然地理、地质概况 边界带上，地处以风尘沉积为主的黄土区向以风尘沉积与流水沉积共同作 用的平原区的过渡地带。 本区风成黄土沉积分布较广泛，地层出露也较全，主要见于黄河南岸的邙 岭一带，地表多以晚更新世黄土为主。基岩山地仅见于巩县和荥阳县南的嵩山 山地和黄河北岸西北方向的太行山西南隅，表面覆以第四系残积物和坡积物。区 内冲、洪积沉积比较发育，主要见于嵩山北麓和孟县西部丘陵地区的晚更新世沉 积、黄河及其支流伊洛河流域的河漫滩相全新世冲积物及巩县以东山前的中更 新世洪一坡积物。 6 第三章邙山黄十地层再研究 第三章邙山黄土地层的重新划分 自从郭见阳( 1 9 8 5 ) 首次发现并报道了邙山地区孤柏嘴黄土剖面以来，该 地区就因巨厚的晚更新世黄土沉积而受到众多学者的关注。对该地区黄土的研 究包括了土壤地层学、磁性地层学、年代学、古生物学等方面( 滕志宏等，1 9 9 7 ： 吴锡浩等，1 9 9 5 ，1 9 9 9 = 蒋复初等，1 9 9 7 ，1 9 9 8 a ，b ) 其中主要研究内容集中 在两个方面：一是通过邙山黄土沉积，探讨晚更新世以来东亚古季风的演化历 史；二是黄河贯通- - i 峡时代问题及黄土高原与华北平原的构造环境变迁历史。 圈31 中原邙山黄土地理位置图( 据蒋复初等，1 9 9 8 修改) 但是，由于邙山地区晚更新世巨厚的黄土沉积，以及黄土中的古土壤发育 比较弱，在当时的研究背景下，前人对邙山黄土的认识和地层划分存在一些争 议。1 9 8 0 年出版的l ：2 0 万区域地质调查报告中，首次将郑州邙山地区的黄土状 第三章邙山黄土地层再研究 沉积划分为晚更新世马兰黄土( 9 5 m ) 和中更新世离石黄土( 8 0 m ) 。吴锡浩、蒋 复初等( 吴锡浩等，1 9 9 5 ，1 9 9 9 ：蒋复初等，1 9 9 7 ，1 9 9 8 a ，b ) 对邙山黄土进 行了较系统的研究，其中以赵下峪剖面研究最多，并认为该剖面出露地层为古 土壤层s 0 到s i o ，黄土层l 1 到l i o 。但是，本人通过野外细致的观察，发现赵 下峪剖面发育有1 l 层黄土和1 2 层古土壤，最底部出露地层为s 1 1 ，而不是s i o 。 邙山黄土特殊的地理位置，对研究东亚古季风演化、构造一气候的耦合关 系及黄河贯通- - f 3 峡的时代等问题至关重要，而通过黄土地层的划分，确定黄 土一古土壤层的年代，是研究这些问题的基础。作者在野外观察基础上，结合 室内工作，对赵下峪剖面进行了重新划分。 3 1 剖面位置与地层序列 i | j _ 一 ：i 一| | 嚣鋈 第三章邙山黄土地层再研究 4 2 3 8 - 4 5 6 2 m 和5 0 3 6 - 5 5 1 2 m ) 组成的复合古土壤。古土壤具明显的团粒结构。 1 9 7 8 m l 2 ，厚层典型黄土。浅灰黄色，黏j ：质粉砂，质地均匀。疏松。2 6 4 0 m s 2 ，n h - - - 层紫红色粉砂质黏土和两层灰黄色黏上质粉砂组成的复合古土壤。古土壤发育良好。 具土壤团粒结构，含较多次生碳酸盐白色菌丝体和钙质结核。分别于9 1 3 5 9 1 5 5 m 和 9 3 6 5 9 3 7 5 m 处各夹一层厚约2 0 c m 和1 0 c m 钙质结核层。1 0 0 m l 3 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂。9 8 m s 3 ，古土壤。红褐色，粉砂质黏。块状，含有较多次生碳酸盐白色菌丝体和钙质结核。2 8 m l 4 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂，质地均匀、疏松。4 1 m s 4 ，古土壤。紫红色粉砂质黏土，土壤团粒结构较明显，发育白色菌丝体，具棱柱状构造。2 6 m l 5 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂，质地均匀。断面较平。 6 5 m s 5 ，由两层古土壤和一层黄土组成的复合古土壤。紫红、棕红色粉砂质黏土，土壤团粒结构明 显，白色碳酸盐菌丝发育，多钙结核。中下部和底部各夹一层厚约0 5 m 的钙质结核层。6 0 m l 6 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂，质地均匀，坚实，断面较平整，零星分布钙质小结核。6 3 m s 6 ，由两层古土壤和一层黄土组成的复合古土壤。土壤团粒结构明显，块状，含大钙质结核， 白色次生碳酸盐菌丝体发育。6 7 m l 7 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂，致密坚硬，断面平整。 2 4 m s 7 ，古土壤。紫红色粉砂质黏土，土壤团粒结构明显，质密块状，有黑色f e - m n 质膜与白色次 生碳酸盐菌丝体发育，下部钙质结核层厚约0 6 m 。 2 5 m l 8 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂，断面较平整，有零星钙质结核。 2 3 m s 8 ，古土壤。紫红色粉砂质黏土，团粒结构明显，白色次生碳酸盐菌丝体发育，底部钙质结核 层厚约0 5 m 。2 3 m l 9 。黄土。灰黄色黏土质粉砂，质地均匀，断面平整，零星分布钙质结核，底部为厚约0 6 m 的 钙质结核层。 7 1 m s 9 ，古土壤。紫红、棕红色粉砂质黏土，团粒结构明显，白色次生碳酸盐菌丝体发育，含较多 黑色f e m n 质膜，植物根系发育，底部为厚约3 0 c m 的钙质结核层。 2 7 m l 1 0 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂，胶结较好，含较多钙质结核。 3 7 m s 1 0 ，古上壤。紫红色粉砂质黏土，：t ：壤团粒结构i ! i 显，白色次生碳酸盐菌丝体发育。中间夹两 层厚约40cm的钙质结核层。42m l 1 1 ，黄土。灰黄色黏土质粉砂，质地均匀，含较多钙质结核。 1 6 m s 1 1 ，棕红色粉砂质黏土。古土壤。团粒结构明显，白色次生碳酸盐菌丝体发育，未见底。 1 1 m 3 2 磁性地层 前人曾对邙山地区的黄土沉积进行过磁性地层研究( 吴锡浩等，1 9 9 5 ，1 9 9 9 ； 9 第三章邙山黄土地层再研究 蒋复初等，1 9 9 7 ，1 9 9 8 a ，b ) 。过去被研究的两个剖面( 赵下峪剖面和桃花峪剖 面) 地层出露情况存在差异，在地层划分上也存在分歧，导致以前的古地磁工 作并没有很好的解决邙山黄土的地层序列。例如下文要讨论的s 1 的层位问题， 是邙山黄土剖面年代地层的关键。蒋复初等对赵下峪剖面的磁性地层研究认为， b m 界限位于1 5 9 8 m ，出现于他们认为的古土壤层( s 8 ) 顶面。本次工作又对 赵下峪剖面进行了磁性地层学研究，目的是进一步确定b m 界限的位置，进而 确定剖面底界的层位和s 1 层位。 3 2 1 样品的采集 野外采样是在剖面上采取定向的手标本，在室内修成平行的两组体积为 2 c m x 2 c m x 2 c m 的样品。采样间距根据需要采用了三种方案：对剖面上部地层( 即 9 7 m 以上地层) 进行了连续的古地磁采样，目的是寻找短期的极性事件( 例如 3 4 万年前后的拉尚事件或者是1 0 万年前后的布莱克事件) 。对l 8 及以下地层 以2 0 c m 为间隔系统采样，目的是确定b m 界限的位置。对于剖面中部的地层， 每一黄土层和古土壤层各采两块样品，以控制地层的位置。 3 2 2 结果 剖面上部：对剖面上部( 即9 7 m 以上) 地层进行的加密古地磁测量，没有 发现典型的极性倒转事件。例如对于4 0 m 一6 1 m 之间的s 1 段，曾进行了连续的采 样，共获得样品3 6 5 个。加密连续采样的原因是因为s 1 跨越布莱克极性事件的 发生时间，这一事件曾经在全球许多地区、不同的记录中被发现( d e n h a mcr e t a 1 ，1 9 7 6 ；z h ur x e ta 1 ，1 9 9 4 ) 。古地磁研究表明，这一段地层没有记录典型的 极性倒转或极性漂移事件，只是古地磁强度有一些强弱变化。这一特点与甘肃 环县的研究结果类似( z h c n gh e ta 1 ，1 9 9 2 ) 。 剖面中部：对剖面中部的地层进行了控制性磁性地层研究显示，所有样品 都是正极性，表明这一段地层属于布容正极性世。 剖面下部：剖面下部包括了l 8 到s 1 1 ( 剖面底部) 的地层。图3 3 是l 8 到 s 1 1 的古地磁测量结果。 b m 界限：b m 界限位于l 8 底部( 1 4 9 3 m ) ，即s 8 与l 8 过渡的部位。b m 界限在洛川剖面和蓝田段家坡剖面位于l 8 的中下部，相比之下在邙山赵下峪剖 1 0 第三章邙山黄土地层再研究 面出现的位置要偏低，但与- _ - - i - j 峡地区b m 极性转换带的位置一致( 赵志忠等， 2 0 0 2 ) 。从样品的磁偏角和磁倾角的表现看，b m 界限上下这一段表现出比较典 型地磁场极性转换时期的特征，也就是磁偏角和磁倾角都出现大幅度的波动。 岩性 磁化牢f s l )磁偏们磁倾，f j极性枉 c j 一一譬 一l 卢 差 一，一