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黄河中游响应气候变化和地表相对抬升发育阶地研究.docx
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黄河中游响应气候变化和地表相对抬升发育阶地研究.docx
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河流阶地作为一类重要的层状地貌面被普遍视为地貌演化的直接证据
[ 1]
,
另外气候变化也能够很好地记录在其沉积物中
[ 2-4]
,因此它被广泛地应用于探
讨河流系统如何响应地表抬升和气候变化的机制研究中,受到国内外地貌学家
的广泛重视
[ 5-10]
。它的形成本质是河流堆积/侧蚀与下切行为转换的结果
[ 11]
,
其中的驱动因素可分为河流系统外部和内部因素两类。其中,控制河流堆积/
侧蚀与下切行为转换的外部因素主要有气候变化、地面升降和侵蚀基准面变化
[ 12]
,而内部因素主要涉及河流系统复杂响应、河道比降以及粗糙度变化等
[ 13-
14]
。近年来数值模拟进一步揭示河流系统响应这些因素变化的结果很可能会最
终打破河道泥沙与搬运动力之间的竞争平衡关系
[ 15]
,导致河流堆积/侧蚀与下
切行为的转换
[ 3, 16]
。有关河流阶地形成机制的研究虽然取得一定进展,但仍
然比较薄弱
[ 17]
。先前的工作把阶地序列与气候记录对比,主要探讨河流堆积/
侧蚀与下切分别发生在冰期还是间冰期气候
[ 17]
。相比之下,近年来的研究却
普遍认为河流下切可能主要发生在气候转冷或转暖的短暂过渡阶段
[ 2, 18-21]
。
尽管气候变化控制河流堆积/侧蚀与下切行为转换的观点似乎越来越趋于共识
[ 2]
,但其本身可能还不足以决定阶地的形成与否
[ 22-23]
。已有研究指示,地表
抬升控制的河流下蚀量对阶地形成和后期保存有重要影响
[ 18,24]
。诸多来自构
造活跃的山区地貌证据也揭示,河流阶地的形成和保存受气候变化和地面抬升
的共同控制
[ 22, 25-26]
。然而要通过阶地发育揭示河流系统响应气候变化和地表
抬升的差异就要明确它们在阶地形成中的具体作用
[ 16]
。解决这一问题的关键
是构建阶地序列相对精确的年代框架。
黄河作为世界巨型河流之一,穿过我国北方诸多盆地、山脉和断裂系统,
其流域范围还跨越不同气候区,是探索地表抬升和气候变化驱动河流阶地发育
机制的理想区域
[ 22]
。更重要的是,沿黄河分布的大多数阶地面都直接被黄土
覆盖,为准确限定其形成年代创造了极佳条件
[ 25, 27-28]
。这些优势为最终区分
地表抬升和气候变化在黄河阶地发育过程中的作用奠定了基础。相关研究对理
解河流阶地发育机制有重要意义,其核心工作是要从多河段对比的角度分析黄
河响应地表抬升和气候变化发育阶地的过程。然而综合目前已有的研究进展,
这方面的工作依然薄弱,仍需加强。
黄河中游深切鄂尔多斯地块和太行山南麓的崤山,沟通了河套盆地、汾渭
盆地和华北平原,形成了峡谷与盆地相间的地貌格局。其中沿晋陕峡谷和汾渭
盆地,黄河发育了比较连续且保存较完整的河流阶地序列,其上还普遍堆积厚
层黄土,为研究阶地形成机制创造了条件。因此本文的主要工作将从上游峡谷
与下游盆地对比的角度探讨黄河响应地表抬升和气候变化发育阶地的过程。著
名地理学家、地貌学家李吉均院士在长江、黄河等水系形成演化与河流阶地发
育方面开展了大量研究工作,例如长江三峡贯通时代
[ 29]
、黄河上游形成时代
和演化过程
[ 30]
、黄河阶地发育与地文期
[ 31]
等等,提出了一系列创新性的认
识,极大地推动了学科的发展。2021 年 7 月 21 日是先生仙逝一周年祭日,谨
以此文缅怀先生高尚的人格风范和卓越的学术贡献。
1 区域概况
黄河作为世界上巨型河流之一,起源于青藏高原东北部,向东流经鄂尔多
斯与黄土高原后经华北平原注入渤海,河道总长达到 5 464 km(图 1)。它的
中游自内蒙古托克托径直向南沿吕梁山西麓切开鄂尔多斯地块,形成了长达
700 km、深度超过 200 m 的晋陕峡谷(图 2)。进一步向南,黄河在禹门口出
峡谷后进入汾渭盆地,经潼关转向东流并切开太行山南麓的崤山,形成三门峡
峡谷后进入地势相对平坦的华北平原。由于贯通了不同构造背景的地貌单元,整
个黄河中游河谷形态也因此表现为深切峡谷与宽阔谷地相间的特征。
图 1
图 1 鄂尔多斯地块及周缘盆地区域概况图
注:黄河中游深切鄂尔多斯地块,在托克托与禹门口之间形成了晋陕峡谷,然后它进一步
向南切开峨眉台地后在潼关附近转向东流,最后贯通三门峡进入华北平原。在晋陕峡谷中
部吴堡,黄河发育了 7 级阶梯状阶地序列,而在峨眉台地南赵村附近形成了 6 级堆积阶地
序列。二者的横断面图参见图 3(a)和 3(b)。右上角插入图指示鄂尔多斯地块及周缘盆地相
对青藏高原位置以及宏观构造格局
Fig.1 Regional setting across the Ordos Block and surrounding basins
Note:The middle reaches of Yellow River excavates the Ordos Block,creating the
Jinshaan Gorge between Tuoketuo and Yumenkou,and then it further flows toward
south to cut through the uplifted Emei Platform relative to the Fenwei Basin. Finally,the
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