林 旭 李玲玲 劉海金 陳濟(jì)鑫

1 三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北宜昌 443002 2 三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué))，湖北宜昌 443002 3 東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西南昌 330006

1 概述

河流的出現(xiàn)是其流域內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化綜合作用的結(jié)果(Twidale，2004)。尤其是發(fā)源于高原或大型造山帶、連接邊緣海、大陸尺度的大河發(fā)育與演化，深刻體現(xiàn)了巖石圈、大氣圈等地球各圈層的相互作用，因而是系統(tǒng)地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域(Li，1991；Panetal.，2009；劉靜等，2018；Jianetal.，2020)。造山帶隆升剝蝕產(chǎn)生的碎屑物質(zhì)被河流搬運(yùn)到臨近盆地或入海形成三角洲沉積，這些下游沉積“匯”不僅詳細(xì)保存了“源”區(qū)造山帶的隆升信息，也記錄了這些沉積物的搬運(yùn)媒介(河流)的出現(xiàn)時(shí)間(Cliftetal.，2008；Liu，2020；Huangetal.，2021)。因而，從“匯”到“源”追索這些沉積物的來源，并結(jié)合沉積“匯”的沉積時(shí)代，是國(guó)內(nèi)外研究者開展大河起源時(shí)間研究的有效方法(Armstrong-Altrinetal.，2018；Zhangetal.，2019；林旭等，2021a)。

黃河發(fā)源于青藏高原，流經(jīng)鄂爾多斯高原和華北平原，最終流入渤海，全長(zhǎng) 5464 km，是中國(guó)北方最大河流(圖1)。它的出現(xiàn)與演變過程和青藏高原隆升、東亞季風(fēng)變化過程息息相關(guān)(Lietal.，1997；劉運(yùn)明等，2007；Panetal.，2009；Zhangetal.，2014；Jiaetal.，2017；林旭等，2020)。對(duì)黃河出現(xiàn)時(shí)間的約束，實(shí)際上是對(duì)青藏高原隆升、東亞季風(fēng)的重建過程。因而，吸引眾多研究者對(duì)其形成時(shí)代開展研究。但由于黃河流經(jīng)的構(gòu)造單元多，不同構(gòu)造單元各自的地質(zhì)演化過程復(fù)雜多樣，受其控制黃河河道出現(xiàn)多次彎折，形成中國(guó)漢字“幾”字型(Linetal.，2001)，這是世界上其他同樣尺度的大河(尼羅河、亞馬孫河、密西西比河和長(zhǎng)江)所沒有的地貌特征。此外，前人關(guān)于河流研究的內(nèi)容和方法各具特色，有的學(xué)者關(guān)注河流階地的形成時(shí)代(朱照宇，1989；Lietal.，1997，2020；邱維理等，2008；Panetal.，2009；Huetal.，2017；劉運(yùn)明，2018；Suetal.，2020)，也有研究者注重黃河物源示蹤研究(Kongetal.，2014；Nieetal.，2015；Guoetal.，2018；Baoetal.，2020；李維東等，2020；林旭等，2021b；Zhangetal.，2021a)，還有研究者注重野外地貌觀察和地層對(duì)比研究(Linetal.，2001；劉運(yùn)明等，2007；潘保田等，2012；Liu，2020)。所以有關(guān)黃河何時(shí)出現(xiàn)的研究結(jié)果紛雜多樣。因而，需要繼續(xù)開展相關(guān)工作對(duì)黃河的出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行厘定。

圖1 黃河晉陜峽谷位置Fig.1 Location of Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River

黃河中游是銜接其上游和下游的關(guān)鍵河段，這段黃河何時(shí)出現(xiàn)對(duì)理解整個(gè)黃河水系的形成過程至關(guān)重要(潘保田等，2012；Huetal.，2016；Liu，2020)。然而，到目前為止，有關(guān)黃河中游的出現(xiàn)時(shí)間的認(rèn)識(shí)集中在中新世(王小燕等，2013；Liu，2020)、上新世(李容全，1988；袁寶印和王振海，1995)、早更新世(潘保田等，2012；Huetal.，2017)、中更新世(傅建利等，2013)和晚更新世(張抗，1989)。本次研究區(qū)位于晉陜峽谷北段，對(duì)研究上游黃河何時(shí)進(jìn)入晉陜峽谷具有無可替代的地理位置優(yōu)勢(shì)。基于此，本次研究采用國(guó)內(nèi)外研究者在大河物源示蹤研究時(shí)廣泛采用的方法，對(duì)黃河中游晉陜峽谷北段分布在河兩岸的新近紀(jì)地層進(jìn)行碎屑鋯石 U-Pb年齡分析，同時(shí)和潛在源區(qū)進(jìn)行對(duì)比，判斷黃河在這個(gè)時(shí)段是否出現(xiàn)在晉陜峽谷，從而和黃河上游和下游已發(fā)表的研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，提供詳細(xì)的黃河演化過程，為東亞構(gòu)造地貌和自然環(huán)境變遷研究提供基礎(chǔ)資料。

2 區(qū)域概況

華北克拉通(克拉通是形成于早前寒武紀(jì)并保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的古老陸塊)是中國(guó)面積最大、形成歷史最長(zhǎng)、地質(zhì)記錄最完整的早前寒武紀(jì)陸塊(翟明國(guó)，2010)。從3.8 Ga最初地殼物質(zhì)的出現(xiàn)、新太古代2.8～2.5 Ga大規(guī)模巖漿活動(dòng)和陸殼巨量生長(zhǎng)以及部分克拉通化(朱日祥等，2020)，到古元古代的裂谷—俯沖增生—小陸塊碰撞拼合，直到1.8 Ga發(fā)生的呂梁運(yùn)動(dòng)后成為典型的克拉通，進(jìn)入長(zhǎng)期穩(wěn)定階段，接受地臺(tái)型蓋層沉積。華北克拉通北緣晚二疊世至三疊紀(jì)(270～250 Ma)巖漿巖主要為A型花崗巖，指示區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)后伸展造山環(huán)境。進(jìn)入中生代后，華北克拉通經(jīng)歷了顯著的克拉通破壞作用。

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，面積約2.5×105￣￣km2，被渭河、銀川、河套、晉陜峽谷等地塹和峽谷圍限，外圍被秦嶺、六盤山、賀蘭山、陰山及呂梁山所環(huán)繞。鄂爾多斯盆地形成于中三疊世，發(fā)育鼎盛時(shí)期為中晚三疊世延長(zhǎng)期和早中侏羅世延安期(劉池洋等，2006)；早白堊世末盆地消亡；晚白堊世以來為盆地改造時(shí)期。古新世至始新世，鄂爾多斯盆地東南部開始破裂，受近東西和北東向斷裂控制，形成小型斷陷盆地(國(guó)家地震局《鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系》課題組，1988)。進(jìn)入漸新世，盆地的北、西、南三側(cè)受燕山運(yùn)動(dòng)形成的斷裂控制，發(fā)育河套斷陷帶、銀川—吉蘭泰斷陷帶和渭河斷陷帶。到上新世，盆地周緣的破裂加劇，早先形成的斷陷帶強(qiáng)烈沉陷，其中河套斷陷帶的沉陷深度達(dá)到6 km。這些斷裂帶的出現(xiàn)，控制了黃河早期發(fā)育的雛形(Linetal.，2001；李智超，2017；李雪梅，2020)。位于其東部的晉陜峽谷連接了北側(cè)的河套盆地和南部的汾渭盆地，全長(zhǎng)726 km，寬200～400 m，深170～200 m。晉陜峽谷北部周圍主要是早古生代寒武系和奧陶系淺海相地層，巖性以碳酸鹽巖為主，沉積厚度相對(duì)較大，出露范圍最廣(施煒，2008)；晚古生代沉積環(huán)境由海相向內(nèi)陸湖盆轉(zhuǎn)化，主要為石炭系和二疊系碎屑巖；早—中中生代主要以三疊系、侏羅系砂巖、頁(yè)巖及泥巖沉積為主；新近紀(jì)為松散紅黏土地層，覆蓋于基巖之上，主要出露于溝谷內(nèi)；第四系遍布全區(qū)，在鄂爾多斯北部以一套河湖相沉積和風(fēng)沙沉積為主，南部以黃土沉積及河谷沖積為主(圖2)。

圖2 黃河晉陜峽谷北段地質(zhì)圖(據(jù)李智佩等，2019；有修改)及研究剖面位置Fig.2 Geological map of northern segment of Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River(modified from Li et al.，2019)and location of studied sections

黃河源頭到內(nèi)蒙古自治區(qū)河口鎮(zhèn)為黃河上游，長(zhǎng)3471.6 km。從河口鎮(zhèn)到河南省桃花峪鎮(zhèn)為中游，長(zhǎng)1206.4 km。桃花峪至入?？跒橄掠?，河道長(zhǎng)785.6 km。目前有關(guān)晉陜峽谷的發(fā)育過程可以歸結(jié)為以下幾種模式：張伯聲(1958)認(rèn)為晉陜峽谷在三趾馬紅土(N1-N2)沉積時(shí)的地勢(shì)東南高西北低，在峽谷東部和東南部積累了殘積和沖積的紅土及底礫，峽谷西部和西北部沉積了湖泊淤積的泥砂及礫石層，當(dāng)時(shí)存在自南向北流入河套盆地的河流(圖3-a)。河套盆地被碎屑物質(zhì)填滿后發(fā)生溢流，幼年黃河穿越先前的河道進(jìn)入晉陜峽谷。張抗(1989)認(rèn)為晚新近紀(jì)鄂爾多斯地塊周圍的裂谷系發(fā)育，每條裂谷內(nèi)沉積厚層湖相地層，是地表徑流的匯聚中心，出現(xiàn)向心狀水系分布格局，尚無貫通全區(qū)的大規(guī)模外泄徑流存在(圖3-b)。晚更新世早期，孟津一帶古河流溯源侵蝕導(dǎo)致古三門峽湖水東泄，河流侵蝕速度加快導(dǎo)致渭河和汾河流域諸地塹湖盆相繼被打開，原有的徑流迅速加深、加長(zhǎng)。其中位于晉陜邊界南段的支流發(fā)育較快，襲奪了位于晉陜峽谷北段的北流河，成為河套地區(qū)諸多湖水外泄的通道。朱照宇(1989；圖3-c)和潘保田(1991；圖3-d)對(duì)上新世晉陜峽谷段黃河演化的認(rèn)識(shí)基本和張伯聲(1958)、張抗(1989)的模式類似，但根據(jù)詳細(xì)的階地測(cè)年數(shù)據(jù)，他們認(rèn)為貫通的黃河出現(xiàn)在1.4～1.3 Ma以后(圖3-e)。Liu(2020)根據(jù)晉陜峽谷內(nèi)保德期(N2)和靜樂期(N1)紅黏土下面出現(xiàn)大套礫石層，推斷成熟的黃河在8 Ma已出現(xiàn)在晉陜峽谷(圖3-f)，這與王乃樑(1956)、王小燕等(2013)的認(rèn)識(shí)一致。

a—中新世到上新世，河套盆地和汾渭盆地成為區(qū)域匯水中心(張伯聲，1958)；b，c—早更新世，完全貫通的黃河未形成，晉陜峽谷北部發(fā)育自南向北流動(dòng)的河流，匯入河套盆地(張抗，1989；朱照宇，1989)；d—上新世晉陜峽谷北部和南部分別發(fā)育匯入河套盆地和汾渭盆地的河流(潘保田，1991)；e—早更新世后期，貫通的黃河開始出現(xiàn)(潘保田，1991)；f—晚中新世，晉陜峽谷出現(xiàn)南北貫通的黃河(Liu，2020)圖3 黃河演化過程模式對(duì)比Fig.3 Comparison of evolution process model of Yellow River

表1 黃河晉陜峽谷樣品采樣位置及采樣信息Table 1 Sampling location and information of Shanxi-Shaanxi Gorges of Yellow River

a—磨扇溝剖面早更新世(Q1)黃土與靜樂組(N2)紅黏土界線；b—磨扇溝剖面底部礫巖以灰?guī)r為主，具明顯定向排列構(gòu)造，古水流方向?yàn)樽詵|向西；c—大煙墩剖面早更新世(Q1)黃土與靜樂組(N2)紅黏土界線；d—大煙墩剖面底部礫巖中灰?guī)r占主體部分，具疊瓦狀構(gòu)造，古水流方向?yàn)樽阅蠔|向北西；e—高家窨子剖面早更新世(Q1)黃土與靜樂組(N2)紅黏土界線；f—高家窨子剖面底部砂礫巖層，灰白色砂巖中斜層理指示古水流方向?yàn)樽阅舷虮眻D4 黃河晉陜峽谷研究剖面野外照片F(xiàn)ig.4 Field photos of studied sections in Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River

3 資料與方法

3.1 研究剖面特征

作者對(duì)山西省保德縣磨扇溝、大煙墩和陜西省府谷縣高家窨子剖面開展樣品采集工作，具體采樣位置見 圖2 和表 1。磨扇溝剖面頂部為塊狀淡黃色粉砂質(zhì)第四紀(jì)黃土層(圖4-a)；中間為厚層紅黏土層，見厚層鈣板和鈣質(zhì)結(jié)核層(圖4-a)；底部為河湖相互層沉積，湖相層由灰綠色粉砂及黏土層組成，河流相砂巖中見交錯(cuò)層理，厚層礫巖層中的礫石分選和磨圓均較好，礫石成分單一，主要以灰?guī)r為主，礫石具定向排列結(jié)構(gòu)，顆粒支撐，傾向 90°～100°，指示古流向自東向西(圖4-b；圖5)。大煙墩剖面上部為淡黃色第四紀(jì)黃土層(圖4-c)，中部為靜樂組紅黏土，剖面中同樣可以看到厚層鈣板和鈣質(zhì)結(jié)核層，底部由厚層砂巖和礫巖組成，礫石磨圓和分選均好，礫石成分單一，主體為灰?guī)r，這些礫石具定向排列結(jié)構(gòu)(圖4-d)，傾向120°～140°，指示古水流為南東向北西流動(dòng)(圖5)。高家窨子剖面頂部是厚層塊狀淡黃色第四紀(jì)黃土，向下過渡到棕黃色黏土和紅色黏土層(圖4-e)；底部為河湖相地層，其中河流相地層中斜層理傾向10°，指示古水流方向大體為自南向北(圖4-f；圖5)。磨扇溝剖面的地層沉積時(shí)代引自 Liu(2020)，大煙墩和高家窨子剖面的地層沉積時(shí)代參考 Pan等(2011)。此外，表 1中還列舉了文中引用的現(xiàn)代黃河(Nieetal.，2015；李雪梅，2020)、毛烏素沙漠(Stevensetal.，2013)、鄂爾多斯地塊北部和南部中生代地層(Baoetal.，2014)以及呂梁山古元古代和新太古代花崗巖鋯石 U-Pb 年齡(Zhaoetal.，2008)。

a—磨扇溝剖面(據(jù)Liu，2020)；b—大煙墩剖面(據(jù)Pan et al.，2011)；c—高家窨子剖面(據(jù)Pan et al.，2011)圖5 黃河晉陜峽谷研究剖面地層柱狀圖Fig.5 Stratigraphic histograms of studied sections in Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River

3.2 研究方法

a—鋯石陰極發(fā)光圖像；b—鋯石U-Pb年齡和比值散點(diǎn)圖圖6 黃河晉陜峽谷研究剖面巖漿鋯石判定結(jié)果Fig.6 Magmatic zircon determination result of studied sections in Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River

鋯石 U-Pb 年齡頻率分布圖采用 DensityPlotter 軟件完成(Vermeesch，2012)。使用IsoplotR軟件進(jìn)行多維尺度(MDS)判別，實(shí)現(xiàn)樣品相似/相異性分析(Vermeesch，2016)，結(jié)合鋯石U-Pb年齡譜對(duì)比結(jié)果，輔助判別物源區(qū)。

4 鋯石年齡測(cè)試結(jié)果

磨扇溝剖面諧和鋯石U-Pb年齡(圖7-a)出現(xiàn)1個(gè)古元古代(1886 Ma)和1個(gè)新太古代(2425 Ma)峰值年齡(圖7-a′)。大煙墩剖面的諧和鋯石U-Pb年齡(圖7-b)組成單一，只出現(xiàn)1個(gè)古元古代(1805 Ma)峰值年齡(圖7-b′)。高家窨子剖面諧和鋯石U-Pb年齡(圖7-c)出現(xiàn)3個(gè)主要峰值：297 Ma、1839 Ma和2454 Ma(圖7-c′)。

a，b，c—鋯石U-Pb諧和年齡分布圖；a′，b′，c′—鋯石U-Pb年齡頻率柱狀圖圖7 黃河晉陜峽谷剖面鋯石U-Pb年齡圖Fig.7 Zircon U-Pb age diagrams of studied sections in Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River

a—磨扇溝；b—現(xiàn)代黃河上游(Nie et al.，2015)；c—中游黃河(保德段，Nie et al.，2015)；d—鄂爾多斯地塊北(Stevens et al.，2013；Bao et al.，2014)；e—呂梁山(Zhao et al.，2008)；f—大煙墩；g—高家窨子；h—鄂爾多斯地塊南(Bao et al.，2014)；i—托克托河湖地層(李雪梅，2020)圖8 黃河晉陜峽谷北段中新統(tǒng)—上新統(tǒng)碎屑鋯石 U-Pb 峰值年齡與潛在源區(qū)對(duì)比Fig.8 Comparison of U-Pb age distribution of the Miocene-Pliocene deposits from northern Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River with potential areas

5 討論

5.1 晉陜峽谷北段中新統(tǒng)—上新統(tǒng)物源區(qū)判定

距離 1和距離 2代表樣本間距離的無量綱“KS單位圖9 黃河晉陜峽谷北段中新統(tǒng)—上新統(tǒng)碎屑鋯石鋯石年齡 MDS 判定圖Fig.9 MDS plot of new and published zircon U-Pb age data of the Miocene-Pliocene deposits from northern Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River

大煙墩剖面(5.5 Ma)的碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成是本次研究結(jié)果中最單一的(圖8-f)，90顆鋯石只出現(xiàn)1個(gè)古元古代峰值年齡(1805 Ma)，這顯然與現(xiàn)代黃河上游(圖8-b)、黃河中游(圖8-c)、鄂爾多斯地塊北部(圖8-d)和南部(圖8-h)明顯不同。呂梁山北段多個(gè)花崗巖體的鋯石 U-Pb 年齡單一集中在1815±5 Ma、1807±10 Ma、1798±11 Ma和1790±14 Ma(Zhaoetal.，2008)，因而大煙墩剖面底部的河流相砂層的碎屑鋯石主要受呂梁山北段單一巖體控制。大煙墩剖面與磨扇溝剖面一樣，其底部的礫石成分相對(duì)單一，主要為灰?guī)r(李建星等，2009；胡振波，2012；潘保田等，2012)。古流向恢復(fù)結(jié)果顯示其當(dāng)時(shí)的水流自南東向北西流動(dòng)，與現(xiàn)今晉陜峽谷的黃河河道斜交。MDS判定圖顯示大煙墩與呂梁山的分布距離要比其他潛在源區(qū)近(圖9)。因而，大煙墩剖面底部晚中新世時(shí)的碎屑物質(zhì)主要來自近源的呂梁山。

高家窨子剖面底部的沉積時(shí)代早于3.7 Ma，其砂層碎屑鋯石U-Pb峰值年齡組成(圖8-g)與現(xiàn)代黃河上游(圖8-b)和鄂爾多斯地塊南部(圖8-h)相比，不具有新元古代峰值年齡。盡管黃河中游的碎屑鋯石U-Pb年齡組成(圖8-c)與鄂爾多斯地塊北部中—新生代地層物質(zhì)(圖8-d)極為相似，這主要因?yàn)辄S河上游物質(zhì)進(jìn)入晉陜峽谷后受近源鄂爾多斯地塊北部沙漠和黃土物質(zhì)的“混染”所致(Zhangetal.，2021b)，但依然存在新元古代年齡(969～756 Ma；Nieetal.，2015)。正如上文所說，新元古代鋯石U-Pb年齡是黃河上游物質(zhì)的特征年齡，但在高家窨子剖面并不存在這一年齡，因而可以排除二者之間的物源聯(lián)系。高家窨子剖面碎屑鋯石U-Pb年齡與呂梁山相比(圖8-e)，其又具有明顯的晚古生代峰值年齡。另外，無論從鋯石U-Pb峰值年齡組成和頻率分布形態(tài)來看，高家窨子剖面都與鄂爾多斯北部地塊一致(圖8-d)，都缺乏新元古代鋯石U-Pb年齡。結(jié)合MDS判定結(jié)果(圖9)，進(jìn)一步說明二者之間具有明顯的物源聯(lián)系。另外，最為重要的是高家窨子剖面上新統(tǒng)砂層中的斜層理傾向北東方向，與現(xiàn)今晉陜峽谷北段的黃河流向完全相反(胡振波，2012)。因而，高家窨子剖面的砂層物質(zhì)主要來自鄂爾多斯地塊北部中生界沉積巖?？傮w來看，晉陜峽谷北段保德縣和府谷縣附近的這些晚中新世和上新世地層的物質(zhì)以呂梁山和鄂爾多斯地塊北部中生代地層物質(zhì)近源侵蝕堆積為主。

5.2 晉陜峽谷北段中新世—上新世河流演化重建

根據(jù)物源示蹤結(jié)果，結(jié)合潘保田等(2012)在晉陜峽谷北段多個(gè)晚中新世和上新世沉積剖面開展的古流向測(cè)試結(jié)果，說明在 3.7 Ma 以前存在自南向北流以及自東向西流的河流(圖10)。河套盆地在 3.6 Ma 沉積和沉降速率較之前期明顯增快，其沉積范圍向東、南隆起區(qū)擴(kuò)展(劉池洋等，2006；Shietal.，2020)，這暗示了晉陜峽谷北段河流此時(shí)成為河套盆地重要的物質(zhì)供給河流。地貌觀察、碎屑鋯石 U-Pb 年齡物源示蹤(趙希濤等，2018；李維東等，2020)和宇成核素埋藏年齡(Lietal.，2020)約束黃河上游物質(zhì)在 5.1～2.8 Ma 出現(xiàn)在河套盆地。河套盆地東南緣托克托縣位于黃河上游和中游銜接的關(guān)鍵部位，沉積的晚新生代河湖相地層記錄了黃河流出河套盆地的時(shí)間，但碎屑鋯石 U-Pb 年齡物源示蹤結(jié)果表明(圖8-i)，黃河上游物質(zhì)在 1.5 Ma 前沒有出現(xiàn)在河套盆地東南緣，盆地依然接受近源沉積(李雪梅，2020)。這說明黃河上游和中游在此時(shí)尚未連通。此外，李智超(2017)綜合輕、重礦物、主微量及稀土元素分析結(jié)果，確定渭河盆地晚中新世到上新世的碎屑物質(zhì)來自北側(cè)的渭北隆起及南側(cè)的秦嶺和東部的中條山，碎屑物質(zhì)以近距離搬運(yùn)為主。碎屑鋯石 U-Pb 年齡物源示蹤結(jié)果表明，渭河盆地在 7 Ma 時(shí)物源主要來自秦嶺北麓(張瀚之，2017)。全巖地球化學(xué)物源示蹤結(jié)果揭示渭河盆地 5～2.8 Ma 時(shí)出現(xiàn)渭北隆起的物質(zhì)信號(hào)，黃河此時(shí)向北短距離深入鄂爾多斯地塊南部(Liuetal.，2019)。河流階地年齡結(jié)合碎屑鋯石 U-Pb 年齡物源示蹤結(jié)果表明古汾河在早上新世進(jìn)入汾渭盆地(王乃樑等，1996；閆紀(jì)元，2021)。結(jié)合晉陜峽谷南段(鄂爾多斯地塊南部)物質(zhì)在 3.7 Ma 以前不是高家窨子剖面的物源區(qū)，說明晉陜峽谷晚中新世和上新世存在古分水嶺(圖9)，分別發(fā)育向北和向南流入河套地塹和渭河地塹的古水系(胡振波，2012；潘保田等，2012)，這與早期張伯聲(1958)和張抗(1989)的研究結(jié)果一致。三門峽和黃河下游物源示蹤結(jié)果表明黃河上游、中游和下游完全貫通的時(shí)間出現(xiàn)在早更新世(Panetal.，2011；Kongetal.，2014；Huetal.，2017；Yaoetal.，2017；Liuetal.，2019；Zhangetal.，2019；Xiaoetal.，2020；Huangetal.，2021)，這進(jìn)一步證明南北貫通的晉陜峽谷的出現(xiàn)時(shí)間晚于 3.7 Ma。

圖10 晚中新世—上新世黃河晉陜峽谷北段河流演化重建圖Fig.10 Reconstruction map of river evolution in northern part of Shanxi-Shaanxi Gorge of Yellow River during the Late Miocene and Pliocene

大型河流的發(fā)育主要受流域內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)和氣候變化的共同影響(Twidale，2004)。構(gòu)造活動(dòng)往往控制河流的流向(Linetal.，2001)，而氣候作用對(duì)河流的可持續(xù)發(fā)育起關(guān)鍵作用(Jianetal.，2020)。進(jìn)入晚中新世(8～6 Ma)和上新世(3.6 Ma)，青藏高原東北緣的祁連山(Lietal.，2014；Huetal.，2019；Linetal.，2019)受印度和歐亞大陸碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)的影響發(fā)生強(qiáng)烈隆升，青藏高原向北東方向增生擴(kuò)展。受此影響，六盤山(Zhengetal.，2006；Linetal.，2010)、賀蘭山(Zhaoetal.，2007；Liuetal.，2010)、陰山(Fengetal.，2017)、呂梁山(李建星等，2013)、秦嶺(Liuetal.，2013)和鄂爾多斯地塊發(fā)生整體抬升(Zhangetal.，1998；Yuetal.，2021)，與此同時(shí)銜接上述造山帶和鄂爾多斯地塊西部的銀川地塹、北部的河套地塹和東南部的汾渭地塹進(jìn)入新一期拉張斷陷階段(國(guó)家地震局《鄂爾多斯周緣活動(dòng)斷裂系》課題組，1988；劉池洋等，2006；王斌等，2013；Shietal.，2020)。因而鄂爾多斯地塊與河套和渭河等地塹的地勢(shì)差異加大(李智超，2017；Liuetal.，2019；Shietal.，2020)，這為晉陜峽谷北部和南部發(fā)育區(qū)域性大河奠定了地貌基礎(chǔ)和河流形態(tài)框架(圖10)。另外，無論黃土高原的紅黏土沉積記錄，還是深海鉆孔的數(shù)據(jù)都表明，東亞夏季風(fēng)在 8 Ma(Anetal.，2001；Aoetal.，2021)和 3.6 Ma(Wehausenetal.，2002)處于顯著增強(qiáng)階段，這為環(huán)繞鄂爾多斯地塊周緣的河流發(fā)育提供氣候條件支撐。因而，呂梁山在 8～6 Ma 快速隆升產(chǎn)生的碎屑物質(zhì)，在東亞季風(fēng)作用下，被河流搬運(yùn)到其西麓的鄂爾多斯盆地廣泛堆積(李建星等，2009；Panetal.，2011；胡振波，2012)。河套地塹和渭河地塹成為晉陜峽谷北部和南部的大型沉積中心(Shietal.，2020)。另外，碎屑鋯石 U-Pb 年齡和重礦物物源示蹤結(jié)果表明，上游黃河物質(zhì)晚中新世和上新世已進(jìn)入蘭州盆地(Nieetal.，2015；Guoetal.，2018)、銀川盆地(Wangetal.，2019；Baoetal.，2020)。最近林旭等(2021b)對(duì)渤海灣盆地中新統(tǒng)館陶組進(jìn)行了系統(tǒng)的碎屑鋯石 U-Pb 年齡物源示蹤研究，結(jié)果表明黃河物質(zhì)在中新世未出現(xiàn)在渤海灣盆地；來自黃海沉積鉆孔的研究結(jié)果表明，黃河物質(zhì)在1.5～0.8 Ma出現(xiàn)(Zhangetal.，2019；Huangetal.，2021)，所以晚中新世和上新世貫通上游、中游和下游的黃河還未出現(xiàn)。因而，在構(gòu)造和氣候因素的共同作用下，晚中新世和上新世鄂爾多斯地塊周緣的地塹以近源河流輸送的物質(zhì)為主，是對(duì)青藏高原東北緣構(gòu)造擴(kuò)展和東亞夏季風(fēng)增強(qiáng)的響應(yīng)。

6 結(jié)論

通過對(duì)晉陜峽谷北段晚中新統(tǒng)和上新統(tǒng)進(jìn)行碎屑鋯石 U-Pb 年齡分析和野外觀察，結(jié)合區(qū)域內(nèi)已報(bào)道的研究結(jié)果，得到如下結(jié)論：

1)磨扇溝、大煙墩剖面底部(6.2～5.5 Ma)的砂層碎屑鋯石 U-Pb 年齡組成主要以古元古代和新太古代峰值年為主，古流向自東向西交叉于現(xiàn)今黃河河道，其物源區(qū)來自近源呂梁山北段。

2)高家窨子剖面底部砂層碎屑鋯石 U-Pb 峰值年齡組成與鄂爾多斯地塊北部中生代沉積地層同時(shí)出現(xiàn)中生代、古元古代和新太古代峰值年齡，古流向自南向北與現(xiàn)今黃河流向相反，說明它與鄂爾多斯地塊北部中生代沉積地層存在物源聯(lián)系。

3)黃河上游物質(zhì)在晚中新世到上新世未出現(xiàn)在晉陜峽谷北段，連通上游、中游和下游的黃河在新近紀(jì)還未出現(xiàn)。

致謝衷心感謝廈門大學(xué)簡(jiǎn)星教授和安慶師范大學(xué)劉運(yùn)明教授對(duì)文章提出的建設(shè)性修改建議。