河南溹須河流域更新世地貌演變及機(jī)制分析

魯 鵬，田奇丁，邱士可，劉彩玲

(1.河南省科學(xué)院地理研究所，鄭州 450052;2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局測(cè)繪地理信息院，鄭州 450006)

1 區(qū)域概況

溹須河系淮河三級(jí)支流，屬賈魯河——潁河流域。溹河發(fā)源于新密市袁莊鄉(xiāng)龍泉寺，流經(jīng)滎陽(yáng)市崔廟鎮(zhèn)竹園村石嶺寨，流經(jīng)三仙廟、丁店、楚樓、河王等地。須水河發(fā)源于滎陽(yáng)市賈峪鎮(zhèn)岵山東麓麻坑，流經(jīng)楚村、飲馬坑、呂莊、谷家寨和鄭州市中原區(qū)劉溝，至須水鎮(zhèn)大榆林村與溹河匯流。兩河匯流后稱溹須河，東流經(jīng)師家河、鐵爐寨、馬寨跨東風(fēng)渠向東至馬莊，從邙山區(qū)花園口鎮(zhèn)祥云寺東南入賈魯河，河流全長(zhǎng)23 km［1］。

溹須河流域位于嵩山東北麓，北以黃河——廣武山為界，東至中牟，南至新密市北部，西為嵩山，大致包括滎陽(yáng)市、鄭州市全境及中牟縣、上街區(qū)、新密市、新鄭市、鞏義市部分地區(qū)(圖1)。溹須河流域總體地勢(shì)西部高，東部低，氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，年均溫14℃，降水量640 mm［2］。

溹須河流域古代文化遺址分布眾多，尤其是早期城址在這一區(qū)域密集分布。包括西山仰韶城址、大師姑二里頭城址、鄭州商城、小雙橋商城、娘娘寨兩周城址、京城故城、常廟故城、滎陽(yáng)故城、小索城、大索城、祭伯城、東虢制城、漢王故城、霸王故城、虎牢關(guān)故城等，這一面積有限的區(qū)域竟然分布不同時(shí)期城址達(dá)20多座。溹須河流域早期聚落，尤其是古代城址分布眾多，區(qū)域地貌類型及其演化特征復(fù)雜多樣，歷來是研究早期聚落分布與地貌演化相互關(guān)系的重點(diǎn)地區(qū)［3］。但是，早期研究以宏觀時(shí)空尺度下的相關(guān)研究為主，地貌類型劃分以較大的地貌單元為主，總體上不夠細(xì)致，使得史前聚落分布與區(qū)域地貌的關(guān)系等后續(xù)研究難以進(jìn)行。本研究以野外調(diào)查和相關(guān)文獻(xiàn)研究為基礎(chǔ)，利用GIS空間量算與分析等功能對(duì)溹須河流域地貌類型及其分布特征進(jìn)行較為細(xì)致的探索與分析，并對(duì)現(xiàn)代地貌形成過程中構(gòu)造與氣候等因素的作用機(jī)制進(jìn)行評(píng)述，目標(biāo)是為區(qū)域史前聚落與地貌演化關(guān)系研究提供較高時(shí)空分辨率的基礎(chǔ)資料，為后續(xù)研究提供一定的幫助與借鑒。

2 地貌格局與演化

2.1 地貌基本輪廓

我國(guó)地貌的一個(gè)顯著特點(diǎn)，是自西向東呈現(xiàn)為三個(gè)巨大的地貌臺(tái)階，逐級(jí)急劇降低。溹須河流域處于第二級(jí)階梯向第三級(jí)階梯的過渡地帶。大致以今京廣鐵路為界，以西廣大的低山丘陵地帶為第二級(jí)階梯向第三階梯過渡的邊坡，以東的平原地區(qū)則為第三階梯的組成部分。區(qū)域地貌條件甚為復(fù)雜，山地、丘陵、平原等均很發(fā)育。此外，比較特殊的黃土地貌及風(fēng)沙地貌也相當(dāng)?shù)湫?，而且區(qū)域地貌的組合特點(diǎn)也較為明顯。

山地主要為嵩山東段，位于區(qū)域西南部的新密、滎陽(yáng)境內(nèi)。山勢(shì)普遍較低，海拔高度一般為400～800 m。其中大部分山地相對(duì)高度500～600 m，屬深低山類型，部分山地相對(duì)高度250～450 m，屬淺低山類型。

山地外圍普遍分布丘陵，主要包括基巖丘陵與黃土丘陵兩種類型。區(qū)域內(nèi)流水切割強(qiáng)烈，沖溝普遍發(fā)育，形態(tài)破碎。絕大部分丘陵的高程在200～400 m，相對(duì)高度變化較大，即有相對(duì)高度100～300 m的高丘陵，也有相對(duì)高度為60～80 m的低丘陵。丘陵頂部大都平坦，土層較為瘠薄。

區(qū)域東部及北部部分地區(qū)為廣闊坦蕩的平原，屬黃淮海大平原一部分，系黃河、淮河水系河流堆積而成。平原與丘陵的分界線約在120 m等高線上下，地勢(shì)寬廣坦蕩。整個(gè)平原由洪積傾斜平原、洪積沖積平緩平原、沖積扇形平原、沖積低平緩平原等地貌類型組成。

溹須河流域西部及北部?jī)?nèi)沿黃河南岸的廣武山地帶，廣泛分布黃土地貌。以黃土丘陵與黃土塬為主，黃土厚度從幾米至近百米。黃土性狀與發(fā)育過程與黃土高原類似。但一些區(qū)域黃土顆粒較大，沉積較厚。由于這些區(qū)域距離黃河較近，據(jù)分析與黃河細(xì)粒沉積物近源的風(fēng)成堆積有關(guān)。

圖1 溹須河流域及古城址分布示意圖Fig.1 The location and ancient city distribution of the Suoxu River Basin

2.2 地貌類型及特征

根據(jù)野外調(diào)查、遙感解譯、地形圖分析以及相關(guān)文獻(xiàn)研究，溹須河流域地貌形態(tài)按照其具體形態(tài)、形成過程與組成物質(zhì)特征，可劃分為構(gòu)造低山、基巖丘陵、黃土地貌、堆積沖積平原與風(fēng)成沙丘等地貌類型(圖2)。

圖2 溹須河流域地貌類型Fig.2 The geomorphic types of the Suoxu River Basin

區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造低山系斷塊構(gòu)造低山，位于西南部，為嵩山北部前緣。構(gòu)造低山北部與侵蝕剝蝕丘陵相連。在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)下，構(gòu)造低山山體呈整體抬升，山體頂面平坦，山坡相對(duì)陡峭。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造低山分布較少，面積僅為71 km2(圖3，表1)，海拔高度一般為500～700 m，最高處為滎陽(yáng)崔廟鎮(zhèn)的馬頭山，峰頂海拔705 m。

圖3 溹須河流域地貌類型統(tǒng)計(jì)Fig.3 The statistics graph of the geomorphic types in the Suoxu River Basin

基巖丘陵是以流水的侵蝕剝蝕作用為主導(dǎo)成因的一種地貌類型，區(qū)內(nèi)主要分布在南部構(gòu)造低山北麓山前地帶。這種地貌類型相對(duì)海拔較低，高低起伏較小，延伸脈絡(luò)不明顯，沒有峻峭的山峰。索須河流域基巖丘陵形態(tài)以丘狀和陵?duì)顬橹鳎稹⒘晗嗷ミB綿，河流谷地在丘、陵之間縱橫交錯(cuò)，展布雜亂，地貌單元非常破碎。盡管基巖丘陵的形成與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下的抬升關(guān)系密切，但具體形態(tài)特征則是區(qū)域流水作用侵蝕、剝蝕等的結(jié)果。區(qū)內(nèi)這種地貌類型分布不多，面積約為199 km2。

區(qū)域黃土地貌可分為黃土塬與黃土丘陵兩種類型。黃土塬主要分布在區(qū)域西南部。其中心地帶地勢(shì)平坦，邊緣則傾斜明顯。黃土地貌被區(qū)域的河流谷地切割作用明顯，邊坡非常陡峭。溹須河流域這一地貌類型分布較多，面積約457 km2。區(qū)內(nèi)黃土丘陵主要為鄭州以北黃河南岸的廣武山，其呈東西向分布，長(zhǎng)達(dá)18 km，高出黃河水面約100 m。廣武山受河流溝谷切割的影響強(qiáng)烈，丘陵外圍一般被沖溝破壞，切割強(qiáng)烈的區(qū)域形成孤立的丘狀地形，深度達(dá)100 m多。沖溝呈樹枝狀分布，沖溝上游呈V字形，向下游逐漸變?yōu)閁字形。區(qū)內(nèi)這一地貌類型分布較多，面積約471 km2。

表1 溹須河流域地貌類型統(tǒng)計(jì)表Tab.1 The statistics table of the geomorphic types in the Suoxu River Basin

溹須河流域堆積沖積平原可分為洪積傾斜平原、洪積沖積緩傾斜平原、沖積河谷帶狀平原與沖積扇形平原。洪積傾斜平原是以季節(jié)性河流洪積作用為主導(dǎo)成因的一種平原地貌類型，這種類型的平原主要沿山前地帶分布，地表由山地丘陵邊緣向平原內(nèi)部?jī)A斜，傾斜度一般為2°～5°，組成巖性以洪積的亞粘土和粘土為主。由于地勢(shì)較高，地面傾斜明顯，流水的切割作用較為顯著，不少地區(qū)呈現(xiàn)崗?fù)菹嚅g的波狀起伏形態(tài)。區(qū)內(nèi)洪積傾斜平原分布較少，面積僅約11 km2，主要分布于區(qū)域中南部。洪積沖積緩傾斜平原系流水的洪積與沖積聯(lián)合作用形成的一種平原地貌類型。這種類型的平原介于洪積傾斜平原與沖積平原之間，具有二者之間的過渡特征。地面較為寬闊完整，傾斜和緩，流水切割微弱，組成巖性以黃土狀亞粘土為主。洪積沖積緩傾斜平原在區(qū)內(nèi)也分布較少，面積僅約74 km2，主要分布于區(qū)域東北部。沖積河谷帶狀平原主要分布于區(qū)域西北部伊洛河與黃河交匯區(qū)域，是由伊洛河沖積而成，主要為堆積階地與河漫灘，地面寬闊平坦。區(qū)內(nèi)這一地貌類型分布也較少，面積僅49 km2。溹須河流域東部，廣泛分布沖積扇形平原。沖積扇形平原系黃河的沖積扇構(gòu)成，今京廣鐵路以東的大部分地區(qū)均有這一地貌類型分布。該區(qū)自第三紀(jì)以來一直處于間歇式的強(qiáng)烈沉降狀態(tài)，形成了巨厚的新生代堆積物。特別是晚更新世以來，黃河的沖積作用對(duì)黃河沖積扇的形成和發(fā)育具有決定性作用。由于晚更新世以來地殼的三次劇烈沉降與相對(duì)穩(wěn)定，形成晚更新世、全新世早期及晚期三期沖積扇的掩覆沉積。這三次沖積扇一次比一次向前擴(kuò)展，規(guī)模也一次比一次增大，所以晚期沖積扇構(gòu)成了現(xiàn)代黃河大沖積扇的基本輪廓。索須河流域沖積扇形平原分布最多，面積達(dá)1 626 km2。

溹須河流域還分布有一種特殊的地貌類型，風(fēng)成沙丘沙地，系黃河決口和改道所遺留的沙質(zhì)物在風(fēng)力作用下形成。東部鄭州森林公園—中牟一帶分布較多，以波狀起伏的沙地為主，并有各種形態(tài)的沙丘。區(qū)內(nèi)這一地貌類型分布較多，面積約為276 km2。

2.3 地貌演化過程

溹須河流域總體地貌框架在“燕山運(yùn)動(dòng)”時(shí)期形成，地形地勢(shì)的高低起伏、山脈的脈絡(luò)走向、水系格局的空間特征以及宏觀地貌輪廓等深受燕山運(yùn)動(dòng)影響。其后的老第三紀(jì)，地殼運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，山體不斷被侵蝕削低，地勢(shì)較低的區(qū)域則被逐漸堆積填高，地貌呈準(zhǔn)平原形態(tài)，僅局部地形有所起伏。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)第一幕后，區(qū)域山地普遍抬升，東部平原則相對(duì)下降，加之在流水作用下，區(qū)域的地貌特征與當(dāng)前較為類似，地勢(shì)高低差別較?。?］。

區(qū)域普遍缺失早更新世地層。根據(jù)周邊地區(qū)相關(guān)研究推斷［5］，早更新世區(qū)域地形高低起伏與山體海拔均較小。大約在第三紀(jì)末期與第四紀(jì)初期，喜馬拉雅第二幕運(yùn)動(dòng)發(fā)生，溹須河流域西部山地明顯抬升，地形的高低起伏逐漸變大［6］。但是，這些山地特征和現(xiàn)代山地地貌有所不同［7］。

至中更新世，初期在構(gòu)造活動(dòng)的影響下，溹須河流域西部山地地區(qū)再次劇烈抬升，而且抬升的幅度很大，從而導(dǎo)致地勢(shì)較高的區(qū)域侵蝕、剝蝕作用增強(qiáng)，區(qū)域早更新世地層受此影響缺失。與此相反，山地之間的盆地、谷地以及山麓地帶則以堆積沉積為主，大量碎屑堆積物在此堆積。東部平原地區(qū)仍以沉降作用為主，但沉降幅度普遍較小。至中更新世末期，山地在構(gòu)造活動(dòng)的影響下又一次明顯抬升，地形起伏再一次增大。溹須河流域西部廣武山區(qū)域廣泛發(fā)育中更新世風(fēng)成離石黃土，由多層土壤——古土壤序列構(gòu)成(圖4)，指示著中更新世時(shí)期氣候冷暖干濕的多次變化和中更新世氣候的明顯波動(dòng)［8］。

圖4 索須河流域西部地貌發(fā)育過程示意圖Fig.4 The schematic diagram of geomorphic evolution process in the western Suoxu River Basin

至晚更新世早期，溹須河流域西部山地地帶又有明顯抬升，山地范圍變大，高差起伏增加，使得這些區(qū)域的侵蝕作用增強(qiáng)，大量碎屑礫石堆積物被侵蝕沖積到山間谷地堆積。中更新世形成的山前傾斜平原在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和流水作用下被抬升、切割，逐漸成為壟崗、丘陵地貌。區(qū)域東部的平原區(qū)在這一時(shí)期仍緩慢下沉，并廣泛接受河流沉積［9］。與前期相比，溹須河流域在晚更新世構(gòu)造運(yùn)動(dòng)已不再劇烈，但強(qiáng)度不一的振蕩運(yùn)動(dòng)時(shí)常發(fā)生，導(dǎo)致多級(jí)階地在河流谷地內(nèi)形成［10］。區(qū)域西部馬蘭黃土發(fā)育，廣武山馬蘭黃土厚達(dá)數(shù)十米［11］，很多區(qū)域第一層埋藏土出露。

至全新世時(shí)，盡管構(gòu)造運(yùn)動(dòng)仍時(shí)常發(fā)生，但總體上沒有前期劇烈，溹須河流域西部山地、丘陵有所抬升，并達(dá)到當(dāng)前高度，而且范圍較晚更新世有明顯的擴(kuò)大。區(qū)域東部平原地帶仍緩慢下沉，但幅度較小。全新世早中期，滎陽(yáng)北部廣泛發(fā)育湖沼相地層，厚度一般在2 m左右［12］。區(qū)域西南部廣泛分布全新世風(fēng)成黃土，周昆叔先生根據(jù)發(fā)育模式將其分為5層，并將其命名為周原黃土［13］。東部地區(qū)沉積物以沖積、淤積、洪積物為主［14］?，F(xiàn)代地貌特征逐漸形成。

3 驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

3.1 構(gòu)造活動(dòng)

溹須河流域第三紀(jì)以來的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)區(qū)域現(xiàn)代地貌的形成作用明顯。在太行山隆起帶的掀斜抬升和華北裂谷帶的坳陷活動(dòng)作用下，區(qū)域西部向東部海拔高度逐漸降低，并形成了山地、丘陵、平原的地貌反差。斷裂構(gòu)造在現(xiàn)代地貌特征形成中起著決定性的主導(dǎo)控制作用。區(qū)域大量不同方向的斷裂在太行山斷塊式掀斜隆升的背景下形成，主要包括鄭州—蘭考斷裂［15］，呈東西向展布，正斷層，傾向南;喬樓—白沙斷裂，為一條繼承性斷裂，呈東西向展布，正斷層，傾向北;鄭州—武陟斷裂呈西北東南向，沿京廣鐵路線展布，正斷層，傾向東北［16］。這些斷裂一起控制著區(qū)域現(xiàn)代地貌特征的形成［17］。持續(xù)的差異升降運(yùn)動(dòng)使得區(qū)域地形的高低起伏差異性不斷擴(kuò)大，其為以流水為主的外營(yíng)力朔造地貌提供了條件，差異性強(qiáng)烈的地形起伏進(jìn)一步加強(qiáng)地表水的向下切蝕能力，西部山地、丘陵地帶一系列深切河谷地貌、沖溝地貌在強(qiáng)烈的流水作用下逐步形成。

3.2 氣候演變

更新世冰期與間冰期頻繁交替，氣候波動(dòng)非常大［18］。根據(jù)相關(guān)研究，溹須河流域氣候在更新世經(jīng)歷數(shù)次旋回［19］，區(qū)域氣溫升降變化明顯，降水幅度變化很大。多變的氣候特征有利于區(qū)域地表的快速侵蝕和堆積。溹須河流域現(xiàn)代氣候特征具有降水的季節(jié)性和突發(fā)性，河流均具有明顯的洪水期，洪水不僅對(duì)以山地、丘陵等為主的上游地區(qū)具有極強(qiáng)的沖蝕及破壞，從而形成陡峭深切的溝谷［6］，而且將大量粗粒碎屑物攜帶至下游堆積，對(duì)下游地貌特征的形成也產(chǎn)生重要影響。

3.3 驅(qū)動(dòng)分析

盡管燕山運(yùn)動(dòng)塑造了溹須河流域的宏觀地貌輪廓，但在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候波動(dòng)等內(nèi)營(yíng)力和外營(yíng)力的共同作用下，區(qū)域地貌特征后期變化很大。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制著區(qū)域西部的抬升與東部的沉降，對(duì)區(qū)域西高東低的宏觀地勢(shì)與地貌類型的分布特征起到重要的影響。更新世氣候多次氣溫與降水的交替波動(dòng)，對(duì)不同區(qū)域的地貌特征的形成通過侵蝕、剝蝕、堆積、淤積等形式產(chǎn)生影響。在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候波動(dòng)等因素的共同作用下，逐漸形成了溹須河流域現(xiàn)代地貌特征。

4 結(jié)論

溹須河流域地貌類型可在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步劃分為構(gòu)造低山、基巖丘陵、黃土塬、黃土丘陵、洪積傾斜平原、洪積沖積緩傾斜平原、沖積河谷帶狀平原、沖積扇形平原、風(fēng)成沙丘沙地等類型。其中沖積扇平原為區(qū)域面積最大的地貌類型，所占比例超過區(qū)域總面積的一半以上。構(gòu)造低山、洪積傾斜平原、沖積河谷帶狀平原面積較小，比例均不超過總面積的3%。

區(qū)域現(xiàn)代宏觀地貌特征、地貌類型分布等與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和更新世強(qiáng)烈的氣候波動(dòng)關(guān)系密切。其中新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)決定了區(qū)域地貌的宏觀框架，對(duì)于西高東低的地形特點(diǎn)以及由西向東山地、丘陵、平原的展布特征具有重要的控制作用。更新世氣候波動(dòng)決定著流水作用的強(qiáng)度與頻率，對(duì)以河流地貌為主的溹須河流域現(xiàn)代地貌的形成具有重要的修塑作用，其通過侵蝕、剝蝕、堆積、淤積等各種形式影響著山地、丘陵地貌的和緩陡峭和平原地區(qū)的堆積類型。

盡管溹須河流域的宏觀地貌框架形成于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，但在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候波動(dòng)等內(nèi)營(yíng)力、外營(yíng)力共同作用下，區(qū)域當(dāng)前的地貌特質(zhì)逐漸構(gòu)成，而且依然處于持續(xù)的演變當(dāng)中。

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