豫西黄土丘陵沟壑区黄河地貌特征

豫西黄土丘陵沟壑区黄河地貌特征

洛阳（河南黄河-洛河）地区位于河南省西部，是中国第二个土地台阶向第三个地形台阶过渡的斜坡。位于中国著名的母亲河-黄河中游。北与中条山和太行山接壤，西与陕西秦岭山接壤，东与郑州、徐集山相连，南与伏牛山相连。1区域地质特征地壳运动、构造体系的排列及岩石性质的形成,是地球演化史上最重大的地质事件.河洛地区所在的豫西山地,在构造上属于华北台块.它又在本区分为秦岭地轴与豫西地台两个次一级的构造单元.秦岭地轴自吕梁运动之后,隆起成条带状山体,震旦纪以来主要呈现为垂直上升运动.后期因多次受地壳运动强烈影响,地轴活化现象明显,使北部有花岗岩和玄武岩侵入体并呈大面积不连续分布.前震旦系秦岭系后期花岗岩侵入体成为组成地轴的主要成分.这些花岗岩侵入体由于岩性坚硬,造成凸兀高原(黄土高原东部)面上的陡峻山地,亦成为第二地貌阶梯与东部平原接壤区难得出现的山地地貌景观.另一重要构造单元——豫西地台位于伏牛山、外方山与中条山广阔地域之间,自震旦纪以来该地质单元以下降作用为主,这种构造变动过程一直持续到古生代,从而使本区域在区域构造变动导引下出现这样的区域地质特征:除志留纪、泥盆纪及下石炭纪地层有沉积缺失外,其他华北地区常见地层在本地均有出露.中生代晚期因受燕山运动的强烈影响,三叠纪以前的沉积地层因地壳运动导致的构造变形,从而形成明显的向斜构造和大面积分布的褶皱,褶皱方向由西南向东北伸展.这种变形塑造了崤山、熊耳山和外方山由西南伸向东北的构造格局.在褶皱作用的同时,伴生有较强烈的断裂活动.从外形上看,断裂常常发生在背斜的两翼,背斜主体形成地垒式山地,如熊耳山、崤山、嵩山等为地垒式山地,向斜则构造出地堑式盆地和谷地,洛阳盆地、伊川盆地、宜阳盆地、三门峡盆地及登封盆地等都为向斜构造盆地.灵宝、陕县、洛宁为伊洛河上游的地堑谷地.岩性方面,较高山地(地垒式山地)多由前震旦系变质岩、石英岩,寒武一奥陶系石灰岩组成.以石灰岩、砂岩和页岩等软质岩层构成的石炭、二迭纪和侏罗纪地层大多分布在背斜两翼.而在构造盆地和地堑谷地中通常有第四系红色岩系和第四纪湖相、河湖相沉积地层分布,后期风成黄土沉积常覆于湖相一河湖相沉积之上.本区位于中国古地理—气候环境系统中之著名“季风三角”区内,属暖温带大陆湿润季风气候.高温、暴雨、干旱、寒潮、大风等异常天气气候事件频繁发生,在地貌系统与过程上表现为季风高能地貌特征.本区年平均气温为13.3℃,年平均降雨量为510～920mm,最低气温-21.3℃,最高气温44.6℃,气温年较差和降水的季节变率均很大.2地貌分类及各主要地貌类型为了做到对形态、过程和组成物质地貌三要素的全面探讨,结合前人资料和野外考察,把本区地貌划分为黄土地貌、河流地貌和石质山地地貌三大类型.2.1地形地貌系统石山地貌在本区占了相当大的比重,熊耳山、崤山、外方山和嵩山等断块山地均属于这种地貌类型.本文以嵩山为典型代表.嵩山宛然一条长龙,横亘于豫西,西起洛阳龙门香山,中经偃师、临汝、登封、东延至蜜县的白寨以西,东西长达100km,南北宽约20km.从地质构造上看,“嵩山”是一座由褶曲作用形成的块状山.早在燕山运动时期,区域的地层就发生一定程度的断裂,后经喜马拉雅运动,进一步形成一种挠曲断层构造.由于断层发生在嵩山大复背斜稍偏北,因而造成北坡平缓、南坡陡峻的形态特征.构建山体的岩石多为石灰岩、片岩和结晶岩等变质岩类,岩质坚硬,经分化剥离和重力侵蚀过程,造成群峰突兀和群峰连绵的地貌景观,嵩山“72峰”之说便来源于此.地区的萼岭口断层和登封断层呈直角相交,以少林河为界,把“嵩山”分割为两段.东部为太室山,西部为少室山.主峰为太室山的极峰,海拔1440m,亦为这一地区海拔最高山峰,成为“嵩山”和颖水的分水岭.根据野外考察及地形图分析,将嵩山及其外围地貌划分为四部分:中山地貌、低山地貌、丘陵地貌、河谷平原地貌.这些地貌系统在空间层次上表现为垂直地貌分布特征.2.1.1地质特征把绝对高程在海拔700m以上,相对高差大于400m,组成物质由硬软相间的石英岩、片岩、页岩组成,形状呈南陡北缓单面山形态的地貌称为中山地貌.本层地貌带内有构造运动形成的三级古夷平面.第Ⅰ级古夷平面海拔为1400～1500m,相当于嵩山和玉寨山主峰的峰顶面,时代形成于燕山运动后期,可与青藏高原4500m的高原面,熊耳山第Ⅰ级(2200～1600m)和外方山第Ⅰ级(1900～2100m)夷平面相对应.第Ⅱ级夷平面海拔1100～1200m,以嵩山东部的跑马岭(1178m)和五指岭(1215m)为代表,这级夷平面削平了背斜轴部的石英岩和片岩.该夷平面形成于新第三纪N2,属华北地文序列之唐县期侵蚀面,可与熊耳山第Ⅱ级(1500～1600m)及马衔山(2880m)夷平面相对应.第Ⅲ级夷平面海拔700～900m,相当于低山的峰顶面,以“嵩山”东部的青岗坪(940m)、蛤蟆山(968m)和龙山(720m)为代表.它削平了区域的片麻岩、石英岩和石灰岩,是华北地区地文期中汾河期侵蚀期的产物,与熊耳山(800～1200m)、外方山(100～1200m)第Ⅲ级夷平面相对应.中山地貌带内的重力过程和块体运动非常活跃,900m以上因受气候垂直变化和山坡缺乏植被的保护,机械分化和重力崩塌过程非常强烈,山地后退,常形成残断层崖和崩塌壁等垂直地貌现象,散流和暴流的冲刷作用形成深切割的“V”型峡谷,常有暂时性的暴流和跌水相伴生.重力过程及暴流作用又使机械风化的大块砾石流入沟谷,形成多姿多彩的干石河.据笔者实地考察测量,干石河中最大砾石直径可达4m,这种现象在非冰川作用区实属罕见.2.1.2低山地貌带的断裂与断裂低山地貌位于中山地貌带之外围,为一系列海拔600～700m的低山群所组成,并以断裂的方式与中山地貌带分开,并位于中山地貌带的两侧.低山地貌带北部由石灰岩和页岩组成,表现为单斜构造地形一单面山地貌形态.南侧为片岩组成的和缓侵蚀低山.本带的机械分化和重力过程较中山地貌带弱,暴流与片流冲刷作用大大加剧,因而地貌形态总体趋于浑圆.2.1.3丘陵区地貌将位于低山地貌带以外,海拔为500～600m的地貌称为丘陵地貌.丘陵的顶面为第Ⅳ级古夷平面,属中更新世(Q2)早期湟水期侵蚀的产物,可与熊耳山(600～700m)、外方山(700～800m)第Ⅳ级夷平面相对应.由于强烈的暴流冲刷作用,在软硬相间的岩层中形成了千姿百态的丘陵地貌形态.丘陵地貌因组成物质不同,有三种不同的类型:1)山前侵蚀丘陵.位于低山外围,与低山呈断层接触,由片岩和页岩经暴流切割而成,表现为地形破碎、沟谷零乱的地形形态,该类地形以三官庙至石寨山及颖水南岸较为典型.2)花岗岩丘陵.主要分布于片岩、页岩侵蚀丘陵以南,因暴流冲刷剧烈,沟谷密布、地形破碎.3)长岗状侵蚀丘陵.集中分布于登封盆地底部,尤以颖水北岸最为典型,由山前洪积扇平原经单羽状平行水系切割而成,形如长蛇、状如长岗,故有“长岗”之称.2.1.4地形地貌分析河谷平原地貌主要指位于嵩山和箕山之间的颖水河谷平原,亦称登封盆地.盆地的基础为登封大向斜接受了来自山地剥蚀和流水侵蚀的松散堆积物,后经稳定发育的河流改造形成河流地貌.在这里发现了三级河流堆积阶地,其结构高程分别是300～320,370～400,450～500m.通过实地考察,做出了嵩山南坡地貌形态、地貌组成和地貌过程三位一体图式(图1).2.2黄土地类2.2.1黄土塬地形地貌在绝对高程上,本区属黄土高原区域绝对高度之最低部分.以往研究认为西部黄土高原(以陇西为代表)海拔一般为1800m,中部黄土高原(以洛川塬为代表)海拔一般为800～1200m,而我们通过考察和地形图分析看出:豫西黄土台塬面绝对高程为400～700m.在绝对高程自西向东递减的同时,表层黄土的覆盖厚度也发生相应的变化,即自西向东厚度变薄.陇西地区以兰州为代表,厚度为300m,洛川塬厚度为130m.豫西地区黄土层厚度大都为30～70m,最厚者在个别地区为120m.这种高度和厚度自西向东的分布格局,决定于搬运粉沙物质风力作用的大小,而黄土地貌形态的差异则取决于流水之侵蚀和堆积作用的强度,也取决于气候、植被和土壤特性,故而得出黄土地貌又是一种气候地貌的结论正是由于气候上的差异,陕甘两省黄土高原保持相对较好的黄土原始地形,即塬、梁、峁形态,而豫西地区流水侵蚀作用加强,常常形成残塬和残梁地形.该区的年降水量是黄土高原本部的两倍,地表径流非常丰富,散流和暴流侵蚀等季风气候地貌作用成为塑造地貌的主要扮演者.本区黄土地貌的类型和特征主要表现为:低山地貌依附于石质山地的低山地貌带内,海拔高度为400～500m,局部地区可达800m,其相对高度一般为300～500m,黄土层厚通常为3～5m,个别地方达10m以上.因本地貌带已处暴流冲刷最强烈的地带,致使坡面沟壑满布,中上段多产生基岩裸露的劣地地形,沟间地上黄土多呈条带状,并沿山坡向下延伸.丘陵形态分布于黄土低山地形外围,是本区广泛分布的一种类型,以伊洛河中下游地区分布最为集中.海拔为200～400m,局部超过400m,疏松的地层遇到剧烈的暴流冲刷和切割作用,形成支离破碎、沟谷密布的地形景观,冲沟深度在10～60m,最深者可达100m以上,如楚汉相争的鸿沟.本区的残塬地形主要分布于灵宝至渑池、洛宁至宜阳一线,沿黄河、洛河及涧河河谷呈片状分布.塬的前缘和河谷阶地相连,后缘多与黄土丘陵徐缓相接,塬面微有倾斜,坡度1～2°.笔者通过考察,认为它应是一种面积较小的黄土塬,是标准的黄土残塬形态.沈玉昌等把孟津至荥阳间的该类地形确认为黄河之第Ⅳ级阶地,作者认为有商榷的地方.原因是黄河流到这里,已属中游,再往东到郑州已完全属于平原,是典型的堆积区.在荥阳实地考察,未见有代表阶地的侵蚀基座和砾石层,而是邙岭黄土地层与黄河河床直接相连.因此,将该区地形认为是黄河的阶地证据不足.立足我们的考察,可以把范围在郑州以西、汜水镇以东,滎阳县城以北至黄河河岸的大片地区划分为残塬成因的黄土地形.该塬东西宽35km,南北长25km,整个地势自北而南和自西向东呈倾斜下降的趋势.从黄河岸边的海拔230m下降到广武附近的120m.由于黄河主流的侧方侵蚀和掏蚀—掘蚀,塬北形成了与河岸垂直的冲沟系统,这种现象在河岸附近5km范围内表现得最明显,冲沟深度为20～30m,宽度为40～80m,最深者可达120m,是驰名于世的楚汉相争的鸿沟.从地质上解释是流水对黄土塬长期侵蚀的结果.李永乐等认为邙山应被视为黄土塬,但切割深度巨大,他将区域内黄土地层划分为:全新统黄土、上更新统黄土、中更新统黄土和下更新统黄土,并对发育特征进行了探讨.蒋复初等探讨了邙山晚更新世的黄土环境记录,指出黄土沉积物来源于150kaBP.黄土坡地地貌主要分布于黄土浅山和黄土丘陵沟壑区的坡面上,坡度2～8°,海拔150～500m,坡形以凸形坡居多,凹形坡次之,直形坡较少.黄土台地地貌主要分布于嵩山、箕山的山前地带,系由山前、山间黄土组成的河流阶地,后经纵向河流分段切割侵蚀而残留下来的台状地形,海拔为150～400m.2.2.2地貌过程特点在第四纪干燥寒冷的气候下,本区的地貌过程主要表现为黄土的风积过程,同时也伴随着流水的再搬运、再堆积作用.历史时期以来,以坡积、洪积和人为作用占主导地位,而风成作用较第四纪冰期弱得多.人为地貌过程主要是采石、修筑梯田、饮水工程和城镇建设等间接地貌作用.总之,本区的现代地貌过程有如下特点:低山、丘陵、坡地地区主要表现为片流、暴流的剥蚀、掏蚀侵蚀作用;而在微倾平地和台塬地区则是以大规模堆积过程为主导的地貌发育演化过程,同时穿插了负地形发育的冲沟化过程.2.2.3特殊侵权构造及古土壤条件黄土地层堆积以前,河洛地区广布有著名的三门组地层.它是在本区断陷盆地和地堑谷地广泛分布的上新世晚期和更新世早期的河湖相沉积物.三门峡至灵宝之间是三门组地层的集中分布区,厚度达到目前的50～200m,时代与泥河湾组相当;洛阳盆地中三门组地层的分布厚度为35～110m.三门组地层之上为洪积或洪坡积红色黄土(亦称离石黄土)所建造,为中更新世(Q2)陕县组,岩性主要表现为红黄色黄土类亚粘土,底部常有砂砾石层,平均厚度大于50m,最厚者可达200m.该类地层在三门峡盆地和洛阳盆地中大量堆积,形成广阔的原始塬面.以伊洛河下游巩县黑石关剖面示之(图2).本剖面的特点是:整体呈橙红色,与黄色、灰黄色的中西部黄土剖面表现差异极大.古土壤条带宽而密集,在29m高的范围内有10层古土壤,宽度多约为1m,在古土壤条带的上下有特别发育的砂姜层与之共生,说明这里的第四纪古气候较中西部黄土高原的为好.土壤形成过程中淋溶和沉淀作用及流水的侵蚀都比中西部黄土高原的强烈.古土壤倾斜程度大,代表黄土沉积时的古地面特征,说明原始地面为丘陵地形.冲沟下切到古土壤S5和S6之间,表明这个阶段是一次大切割时期,这与刘东生认为的S5是一个暖湿(温暖+湿润)的气候期和袁宝印等提出的距今56万年时洛川塬开始第一次明显的侵蚀相吻合.2.3相关城市河流、河流阶地和河谷通道建设的研究意义新.城市水系规划建设期理论的实践是一个跨对河流阶地的研究具有非常重大的理论、古文化及工程实践意义.地文期理论的建立是通过对华北地区河流阶地的研究提出的,现代城市建设、交通安全选线和水库的修建均与河流、河流阶地和河谷通道密切相关.2.3.1相关期地研究黄河上游阶地发育问题的研究,以兰州为代表,自20世纪20年代起有许多学者进行研究,如杨钟健等首创“湟水期侵蚀”和“皋兰期堆积”两个河流阶地地文期名称.陈梦熊指出兰州存在五级阶地,最高一级阶地被称为甘肃期准平原.黄汲清除指出兰州黄河有五级阶地外还创造命名了“兰州式台地”,代表地盘稳定上升条件下阶地有规律地出现在不同高度上.李吉均等采用年代学和孢粉学的手段,对兰州各阶地的年代、组成物质以及阶地形成时的环境背景做了详细而系统的探讨,形成了兰州地区河流阶地与地文期的一般理论,从而把中国河流阶地与地文期的研究推向新的高峰.李吉均等提出兰州段黄河有六级阶地,最高一级阶地形成于距今150万年的金城期下切时期,同时其上覆盖了自Q1-Q4的完整的黄土沉积系列,厚度达318m.20世纪20年代,黄河晋陕段峡谷成因问题就已引起中外地学家的密切关注,有人认为这一段黄河峡谷N2以前就存在了,今日之黄河大致沿唐县期剥蚀面上发育的古河谷下切而成.后来又有学者对东段黄河的阶地进行了探讨,提出间歇性上升与下切的地貌运动产生了五级非常明显的基座阶地.从兰州段与晋陕段黄河阶地的数量、最高阶地形成年代和最高一级阶地的河拔来看,晋陕段黄河的发育早于兰州段的,而兰州段黄河下切的规模和构造相对抬升的强度均较晋陕段的大,因为兰州地区更接近新构造上升运动最剧烈的青藏高原.晋陕段黄河通过接纳汾水和渭水后,于潼关附近掉头东进,从而塑造了故县至郑州间的阶地地貌和郑州以东的扇形地平原地貌.张光业和马程远初步探讨了豫西段黄河的发育和阶地问题.笔者通过野外测量并结合地形图综合分析,认为本区有较完整的阶地四级.第Ⅰ级阶地面河拔20m,砾石层高程10m,厚度2m,上覆黄土厚10m,其中冲积层厚5m.第Ⅱ级阶地面河拔60m,砾石层河拔40m,上覆8m厚的冲积黄土和12m厚的马兰黄土.第Ⅲ级阶地面河拔140m,砾石层河拔100m,厚5m,上覆盖20m厚的冲积黄土和25m厚的马兰黄土.第Ⅳ级阶地面河拔为290m.第Ⅳ级阶地通过黄土台源、黄土丘陵与石质山地相连.第Ⅲ级阶地为现三门峡市主体城建部分的所在,Ⅰ—Ⅳ级阶地的基座均为Q1三门组和Q2陕县组地层.2.3.2宜阳县城洛河阶地特征洛河在历史上被赋予神河之称,是黄河中下游最著名的支流,它的文化价值和历史地位可以和渭河和汾河等相嫓美.张本昀等在对洛阳盆地平原区典型剖面的物质组成、测年数据和考古遗址空间分布特点的综合分析显示,该地区全新世地貌环境经历了伊、洛河一、二级阶地形成、阶地面接受洪积冲积物质和风成物质不断加积、伊洛河央河滩地不断扩大的演变过程.二级阶地形成于全新世初期,一级阶地形成于约3.1kaBP,阶地形成的原因以气候变化为主,因此两级阶地为气候阶地.并认为:约在更新世末全新世初期,由于气候转暖降水量增加,伊洛河来水量增加引起河流下切,形成了平原区的二级阶地,全新世晚期由于气候转干,黄河水位降低,引起伊洛河侵蚀基准下降,再加上郑州以西地区地壳整体上升,河流下切形成平原上的一级阶地,由于历史时期人类活动不断加大,引起伊洛河汇流点不断东移,两河之间夹河滩地不断扩大.笔者详细考察、测量了宜阳县城洛河阶地(图3),结果是:第Ⅰ级阶地距河面5～25m,砾石层上有8～10m厚的冲洪积、坡积红色松散物.第Ⅱ级阶地面距河面50～65m,砾石层上有15～20m的洪积物覆盖,阶地面河拔95～115m,砾石层厚约20m,其上覆盖5m厚的洪积、坡积5m厚的马兰黄土.马兰黄土覆盖如此薄,说明本区流水剥蚀作用非常强烈,而不象兰州和洛川塬地区河流阶地砾石层之上建造了非常完整的风成黄土系列.洛河自宜阳进入洛阳,河流地貌过程也伴随着由侵蚀向堆积的转变,洛阳盆地在接纳Q1三门组地层和Q2陕县组沉积的基础上,形成与上中游基座阶地相对应的堆积阶地.伊河的河流作用、蚀积强度及阶地的形态和结构位相特征与洛河相似.伊河在龙门切穿以石灰岩为盆地基础的香山和伊阙山后,于洛阳盆地东侧的偃师汇入洛河.晚更新世以来两河共同构建了洛阳盆地的堆积地貌.当会流后的伊洛河东出洛阳盆地后,在巩县黑石关掉头北进,它以强劲的能量切穿邙山黄土塬后于神堤汇入黄河,从而完成洛阳盆地河流阶地地貌的塑造过程.2.3.3规划设计结果梁亮等认为全新世至3kaBP,全球气候为全新世的适宜期,华北地区的气温较现在高2～3℃,洛阳盆地及伊洛河流域为北亚热带气候,植被为森林或者森林草原景观.董光辉等认为华北地区气温在约3.1kaBP发生了明显下降,位于盆地北侧邙山上的寺河南湖泊在3.7～3.05kaBP萎缩干凅,反映洛阳盆地的气候由温暖湿润转向温冷干.笔者经野外考察,在洛阳盆地一级阶地上发现了一层厚约50～100cm的红色条带(古土壤),经过采样分析,14C分析的测年数据为6.5～2.6kaBP,孢粉分析确立的植被类型是:禾本科(Cramineas)、菊科(Compositae)、榆属(Ulmus)、水龙骨科(Polypodiaceae)、卷柏属(Selaginella)、侧柏(Platycladusorientalis)、槐属(Sophora).孢粉组合以禾本科,菊科及榆属等北方温带黄土类物质上发育的植物种属为主,说明6.5～2.6kaBP区域是季风半干旱森林草原环境.洛阳立交桥处古土壤样品(距地表1.3m)分析测定,14C年龄为3.535±1.6kaBP,孢粉分析后测得各植物所占的比重为:禾本科占14%,榆属、卷柏属、菊科、侧柏各占11%,松属(Pinus)、水龙骨科(Polypodiaceae)及槐属(Sophora)各占9%,桦属(Betula)占6%,藜科(Chenopodiacea)和石松属(Lycopodium)各占3%,蕨属占1%.孢粉分析的植被种类和构成结果显示本区3.535kaBP时的环境是夏天温暖湿润,冬季干燥寒冷的季风型森林(兼有草原)环境.2.3.4曲流两岸阶地特征黄河中游地区由于地形坡降作用及河流自身动力的作用,曲流非常发育.对曲流的考察研究,在河流地貌发育和全新世古环境研究及河流动力地形塑造的现代过程研究上有重大意义.现以洛阳王湾涧河曲流阶地(图4)的塑造为例探讨.涧河在王湾附近曲流非常发育,两岸的阶地状台地呈不完全对称,且往往造成高河漫滩.本区曲流阶地在河面以上发育有两级,T1级阶地距离河面4m左右,下有3m厚的砾石层堆积,上有薄层黄土覆盖,为堆积阶地性质.较本级阶地(T1)高6m的台地,在曲流两岸都有分布,我们将其定为T2,即涧河第二级阶地.本阶地在河流两岸呈对称分布,与河面相对高差10m以上,其结构特征分为三层:底部为红色的古土壤层,厚度2m以上;上部分布有4m的老黄土,在老黄土中分布有两层规律排列的古土壤条带并与两层清晰可见的钙结核层共生发育;再上部有风成性质的马兰黄土堆积,厚度在3m,表层为现代耕作层.河流在古土壤条带上下切,说明古土壤的形成早于河流形成并下切的时间.该阶地与全新世文化层相共生,文化层就位于T1级阶地的表层,该处表层土壤的化学性质与遗址外围区域土壤有明显不同.董广辉等分析了文化层土壤性质变异,并比较了王湾与“二里头”遗址,认为王湾和二里头是河南黄河与洛河之间重要的古文化遗迹,古人类的活动对该区地貌层中土壤质量产生了影响,而文明程度越高,对土壤产生的作用越强.得出王湾三期(4.3～4.0kaBP)和二