王利康，楊振京，畢志偉，楊慶華，付曉芬,2

(1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 石家莊 050061；2. 成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

太原盆地第四紀(jì)地質(zhì)研究進(jìn)展

王利康1，楊振京1，畢志偉1，楊慶華1，付曉芬1,2

(1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，河北 石家莊 050061；2. 成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

太原盆地第四紀(jì)以來沉積了巨厚的河湖相地層，邊緣區(qū)中更新世以來在湖相地層上部覆蓋了數(shù)十米厚的黃土，是研究第四紀(jì)地層和氣候環(huán)境演化的良好載體。通過搜集前人第四紀(jì)地質(zhì)相關(guān)資料，對(duì)前人成果從湖相地層、古湖泊變遷、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地貌演化3個(gè)方面加以總結(jié)，確定下一步研究方向。

湖相地層；古湖泊變遷；新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)；地貌演化

湖相沉積物記錄的所在區(qū)域環(huán)境演化信息是可靠且連續(xù)性的[1]，是研究第四紀(jì)地層的重點(diǎn)和熱點(diǎn)之一。位于黃土高原東緣的太原盆地，沉積了巨厚的河湖相地層。近年來吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。前人運(yùn)用典型地貌調(diào)查、湖相地層剖面追索、古湖泊變遷、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等研究方法，對(duì)研究區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)進(jìn)行多方面的研究。本文擬從盆地湖相地層、古湖泊變遷、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與地貌演化等方面對(duì)前人成果進(jìn)行總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上確定下一步工作方向。

1 區(qū)域概況

太原盆地位于山西省中部，舊稱"晉中盆地"，為汾渭地塹系盆地之一。其經(jīng)緯度坐標(biāo)：東經(jīng)115(°)35(′)～112(°)59(′)，北緯36(°)50(′)～38(°)15(′)。三面環(huán)山，南隔霍山口與臨汾盆地相接(見圖1)。

圖1 太原盆地地理位置

整個(gè)盆地為北東—南西向展布，總面積達(dá)6 200 km2。地理區(qū)劃上屬黃土高原東部邊緣區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱；在氣候上太原盆地屬于溫帶半干旱類型。其范圍包括山西省會(huì)太原市、晉中市及呂梁市，是環(huán)京津冀周邊城市群重要組成部分，也是國(guó)家“十三五規(guī)劃”新型城鎮(zhèn)化、生態(tài)文明建設(shè)的重點(diǎn)地區(qū)。

2 湖相地層研究

太原盆地的湖相地層沉積始于古近紀(jì)上新世時(shí)期，在數(shù)百萬年中沉積了巨厚的湖相地層，沉積物巖性為灰褐色、棕黃色局部棕紅色的粘土、亞粘土和粉細(xì)砂。其巖石地層特征和包含的環(huán)境代用指標(biāo)是地層劃分和氣候變化研究的良好載體，也最先受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

最早在研究區(qū)進(jìn)行湖相地層研究的學(xué)者是Baarbour G B[2]，通過太谷盤道剖面和紅土山剖面進(jìn)行研究，認(rèn)為其大同盆地湖相沉積物屬于同期，進(jìn)而將研究區(qū)地層劃分為泥河灣期、周口店期和黃土期。郭令智[3]等通過實(shí)地踏勘盤道、介休義棠剖面對(duì)研究區(qū)湖相地層進(jìn)行研究，將第四紀(jì)地層劃分為四段：下更新統(tǒng)泥河灣期，中更新統(tǒng)周口店期，上更新統(tǒng)馬蘭黃土，全新統(tǒng)淤積和洪積物。還有學(xué)者[4]通過對(duì)太谷縣盤道剖面進(jìn)行研究后認(rèn)為，研究區(qū)第四紀(jì)劃分應(yīng)為下更新統(tǒng)太古層(河湖相含魚化石)，中更新統(tǒng)紅色土和上更新統(tǒng)馬蘭黃土。山西省區(qū)域地質(zhì)志[4]，結(jié)合前人研究成果，對(duì)地層劃分提出了修改方案。認(rèn)為本區(qū)下更新統(tǒng)為泥河灣組，中更新統(tǒng)為離石組黃土沉積和匼河組湖相沉積交替，上更新統(tǒng)為馬蘭組，全新統(tǒng)未分組。黃寶玉[5]等通過太古下土河剖面和盤道剖面的湖相沉積物巖石特征和微體古生物化石組合特征，結(jié)合太原盆地內(nèi)部鉆孔資料，綜合對(duì)比山西省中南部與鄰區(qū)的第四紀(jì)地層，提出的劃分方案分為兩部分：盆地邊緣湖相剖面劃分方案為下更新統(tǒng)太谷組，中更新統(tǒng)離石組，上更新統(tǒng)馬蘭組；盆地內(nèi)部湖相地層分為下更新統(tǒng)史家社組和義安組，中上更新統(tǒng)為汾河群。

總結(jié)前人的研究成果可以看出(見表1)，研究區(qū)湖相沉積分為兩部分。在山前地區(qū)，地層剖面中湖相沉積地層揭示其湖泊沉積至少持續(xù)到早更新世結(jié)束，甚至部分剖面地層顯示持續(xù)至中更新世中期，其后由于湖盆抬升，湖相沉積間斷，黃土覆蓋于湖相地層之上；在盆地中心，鉆孔揭示湖相地層自早更新世連續(xù)沉積至晚更新世。

表1 太原盆地第四紀(jì)地層劃分沿革

3 古湖泊變遷研究

研究區(qū)古湖泊在晚更新世末期至全新世時(shí)期仍然存在一定的面積。在周朝該古湖泊被稱為昭余祁，隨著時(shí)間推移，湖泊面積不斷縮小，直至元時(shí)期最終干涸，其后的歷史文獻(xiàn)中再無古湖泊相關(guān)記載。

桑志達(dá)[6]嘗試通過遙感圖像光學(xué)增強(qiáng)、地學(xué)分析和歷史資料論證的方法，提取了不同歷史時(shí)期的太原盆地古湖泊的輪廓界線，同時(shí)還應(yīng)用光電掃描儀量算面積，進(jìn)行初步的定量分析。王尚義[7]對(duì)古湖泊的消亡進(jìn)行了考證，其據(jù)史料記載認(rèn)為在周朝昭余祁總面積可達(dá)1 800 km2，至唐宋時(shí)鄔澤面積約縮小為300 km2，最終在元代徹底消亡，其消亡時(shí)序是由北向南逐步推進(jìn)，北邊干涸早于南邊，分析認(rèn)為汾河流域變遷、氣候變化、人為植被破壞是其主要影響因素。孟萬忠[8]等利用汾河流域近年的氣象、水文資料，對(duì)古湖泊的水量平衡進(jìn)行了估算，認(rèn)為兩千年來古湖泊的消亡與汾河改道導(dǎo)致入湖水量減少有著直接關(guān)系。

關(guān)于研究區(qū)古湖泊最終消亡的原因，有學(xué)者認(rèn)為是氣候變化和水文地質(zhì)因素起主導(dǎo)作用；也有學(xué)者認(rèn)為是汾河的頻繁改道是其消亡的直接原因；還有學(xué)者認(rèn)為在汾河改道、氣候變化和人為植被破壞三大因素共同作用下，古湖泊最終消亡。

4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和盆地地貌演化研究

太原盆地屬典型的新生代構(gòu)造斷陷盆地，特別是第四紀(jì)以來，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)頻繁。通過對(duì)研究區(qū)地貌單元及其反應(yīng)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)研究，有助于提高對(duì)太原盆地形成和發(fā)展歷史的認(rèn)識(shí)程度。

郭令智[3]等通過對(duì)汾河流域階地地貌的勘察與研究后認(rèn)為太原盆地的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有三種主要形式，分別為盆地邊緣山地抬升運(yùn)動(dòng)、盆地內(nèi)部斷裂運(yùn)動(dòng)和褶皺；王乃梁[9]等學(xué)者通過對(duì)盆地內(nèi)部階地、洪積扇地貌的研究，認(rèn)為研究區(qū)地貌格局完全受新構(gòu)造斷層控制，尤其受規(guī)模大分布廣的北東向斷層影響。閆小兵[10]等研究了山西省晚新生代河流階地后，認(rèn)為包括太原盆地在內(nèi)的山西省各大盆地的形成和發(fā)育都受到新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的抬升影響，并且未來盆地的發(fā)育仍主要受抬升作用影響；胡小猛[11-13]等利用地層連續(xù)追蹤法對(duì)研究區(qū)湖積臺(tái)地進(jìn)行研究，結(jié)合鈾系測(cè)年建立的精確年代，確定在中晚更新世時(shí)期的0.75，0.50，0.13 MaB.P.這3個(gè)時(shí)段，湖盆抬升受構(gòu)造因素的影響遠(yuǎn)高于氣候變遷對(duì)其的影響。姜佳奇[14]等對(duì)研究區(qū)不同地貌進(jìn)行野外踏勘，利用光釋光精確年代數(shù)據(jù)，認(rèn)為晚更新世以來地貌演化經(jīng)過5個(gè)階段，現(xiàn)今地貌格局開始于距今3000年前的第5階段。

通過以上的分析，我們可以看出很多學(xué)者經(jīng)過實(shí)地典型地貌踏勘和調(diào)查，對(duì)研究區(qū)汾河階地、湖積臺(tái)地等典型地貌的研究，取得較一致的認(rèn)識(shí)，即太原盆地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)3種形式中的構(gòu)造抬升是控制地貌演化的控制因素，氣候的干濕變化影響較小。

5 結(jié) 論

1) 湖相地層方面

太原盆地沉積的巨厚湖相地層研究，不同學(xué)者有著各自的劃分方案。但在不同的劃分方案中普遍認(rèn)為研究區(qū)湖相沉積物和泥河灣湖相沉積物是同期發(fā)生的，因此在地層劃分中將其劃分為泥河灣期，且都認(rèn)為湖相地層沉積在早更新世結(jié)束。中晚更新世大部分學(xué)者依據(jù)剖面地層劃分為風(fēng)成離石黃土和馬蘭黃土，少數(shù)學(xué)者認(rèn)為中更新世時(shí)期在太原盆地中心和東部山前存在湖相地層，并劃分為汾河群和匼河組。

2) 古湖泊變遷

太原盆地古湖泊自上新世開始形成，第四紀(jì)早更新世時(shí)期水域面積巨大，中晚更新世湖泊逐漸縮小，全新世末期徹底消亡。歷史文獻(xiàn)記錄以來的古湖泊變遷為周朝昭余祁總面積為1 800 km2，南北朝時(shí)期祁藪、鄔澤的面積已經(jīng)縮小為700 km2，隋唐時(shí)期鄔澤、祁藪的面積進(jìn)一步減小為500 km2，唐宋時(shí)鄔澤面積約300 km2，最終到元代昭余池面積僅剩約50 km2，進(jìn)而消亡。古昭余祁消亡時(shí)序是自北向南逐步推進(jìn)，北邊干涸時(shí)間早于南邊。其成因與汾河變遷、氣候變化密切相關(guān)。

3) 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究和地貌演化

太原盆地地貌類型多樣，其中河流階地、湖積臺(tái)地、山前沖積扇等地貌的形成發(fā)育是受第四紀(jì)時(shí)期的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制的，氣候變化影響因素較小。且構(gòu)造抬升運(yùn)動(dòng)現(xiàn)在仍在繼續(xù)，并將持續(xù)至未來很長(zhǎng)一段時(shí)期。

4) 下一步研究計(jì)劃

雖然前人對(duì)太原盆地的研究取得成果豐富，但研究區(qū)目前尚無高分辨率第四紀(jì)河湖相地層綜合研究，盆地中心湖相地層涉及早—中更新統(tǒng)研究缺乏可靠的絕對(duì)年代數(shù)據(jù)和古地磁極性柱支撐，僅有孢粉組合數(shù)據(jù)和微體古生物組合反映氣候變化，無法進(jìn)一步對(duì)研究區(qū)區(qū)域第四紀(jì)地層劃分和環(huán)境變化進(jìn)行詳細(xì)研究。筆者正在進(jìn)行太原盆地第四紀(jì)河湖相地層劃分和氣候變化研究工作。通過對(duì)第四紀(jì)標(biāo)準(zhǔn)鉆孔沉積物以巖石地層學(xué)為基礎(chǔ)，以AMSC-14、光釋光、古地磁為主的年代地層學(xué)為核心，建立研究區(qū)第四紀(jì)地層沉積序列；同時(shí)，分析高分辨率的粒度、磁化率、地球化學(xué)元素環(huán)境代用指標(biāo)，結(jié)合建立的年代框架，重建研究區(qū)第四紀(jì)以來氣候環(huán)境變化歷史。

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Research Progress of Quaternary Geology in Taiyuan Basin

WANG Likang1, YANG Zhenjing1, BI Zhiwei1, YANG Qinghua1, FU Xiaofen1,2

(1.InstituteofHydrogeologyandEneironmentalGeology,CAGS,Shijiazhuang,Hebei050061,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

In the middle of Taiyaun basin deposited, there is a huge lacustrine strata in Quaternary. In the upper part of the basic, we find that it is covered with tens of meters loess deposits. It’s worth to studying the evolution of Quaternary strata and paleoclimate. The author tries to analyze and summarize the previous research in three aspects of lacustrine strata, namely, Palaeo-Lake changes, neotectonic movement and Geomorphic evolution. The result will determine the direction of the next step.

Lacustrine strata; Palaeo-Lake changes; Neotectonic movement; Geomorphic evolution

2017-04-06

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所基本業(yè)務(wù)費(fèi)(SK201609)

王利康(1986-)，男，河北石家莊人，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：第四紀(jì)地質(zhì)研究，手機(jī)：15075164580，E-mail：kkdeziji@126.com.

P534.63

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.016