漢中盆地階地特征及其對(duì)構(gòu)造活動(dòng)響應(yīng)初步分析

趙超，田輝，韓朝輝，朱一龍，龔文強(qiáng)，王錫魁

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，西安 710100；2.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061

0 引言

漢中盆地位于陜西省南部，西起勉縣武侯鎮(zhèn)，東至洋縣龍亭鎮(zhèn)，空間上為一近東西向延伸的狹長(zhǎng)盆地。漢江由盆地西側(cè)勉縣武侯鎮(zhèn)注入，向東至洋縣龍亭鎮(zhèn)流出盆地，河床開(kāi)闊，南北兩岸發(fā)育有多級(jí)階地。20世紀(jì)70年代以來(lái)，楊秀芬等[1]和黃培華等[2]應(yīng)用地層對(duì)比法對(duì)漢江階地進(jìn)行了系統(tǒng)研究，認(rèn)為漢江兩岸發(fā)育有Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地；近幾十年來(lái)，隨著第四紀(jì)測(cè)年斷代技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了光釋光法(OSL)、電子自旋共振(ESR)、古地磁和14C法等多種測(cè)年手段，前人也陸續(xù)對(duì)漢江上游各級(jí)階地進(jìn)行了斷代研究。閻桂林[3]利用古地磁法對(duì)漢江Ⅳ階地進(jìn)行了斷代研究，認(rèn)為Ⅳ級(jí)階地年齡約1 100 ka BP；Sun et al.[4]、龐獎(jiǎng)勵(lì)等[5--6]、薛祥熙等[7]和王明明等[8]使用光釋光法對(duì)漢江Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，漢江Ⅰ級(jí)階地形成年齡大約為25 ka BP，Ⅱ級(jí)階地的形成年齡大約為(67.5±4.0) ka BP，Ⅲ級(jí)階地的形成年齡大約為(140.5±8.2) ka BP，Ⅳ級(jí)階地的形成年齡大約為(1 344±134) ka BP；陳鐵梅等[9]利用電子自旋共振(ESR)法對(duì)漢江高級(jí)階地進(jìn)行了測(cè)年研究，推斷Ⅳ級(jí)階地的形成不晚于800 ka BP。

構(gòu)造活動(dòng)對(duì)區(qū)域地質(zhì)地貌特征及河流演化有顯著的影響，因此河流階地特征的研究可反映區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的變化特征[10--11]。漢江上游階地形成年齡前人已做了系統(tǒng)研究，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)漢中盆地各階地地貌特征進(jìn)行野外調(diào)查，初步分析了漢中地盆地貌對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的響應(yīng)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景特征

漢中盆地位于揚(yáng)子地臺(tái)北緣，盆地北側(cè)以勉略大斷裂為界與秦嶺造山帶相連接，西側(cè)以龍門(mén)山斷裂帶為界與巴顏喀拉地塊相交，處于穩(wěn)定臺(tái)地北緣鄰接活動(dòng)帶的區(qū)域，長(zhǎng)期受到秦嶺造山帶、龍門(mén)山斷裂帶、勉略斷裂和大巴山褶皺帶強(qiáng)烈活動(dòng)的影響[8]。盆地周緣斷裂主要由三條NE--NEE向近平行的斷裂組成，漢中盆地北緣斷裂和南緣斷裂分別位于漢中盆地南北兩側(cè)，為盆地南北邊界，南緣斷裂和北緣斷裂交匯于漢中盆地東側(cè)，其中盆地北緣斷裂為勉略大斷裂的西支；青川斷裂為漢中盆地的西側(cè)控盆斷裂(圖1)。前人研究表明漢中盆地的形成和演化與勉略斷裂的左旋走滑和青川斷裂的右行走滑活動(dòng)有關(guān)[12--13]。

F1.茶壩--林庵寺斷裂;F2.青川斷裂;F3.梁山南斷裂;F4.漢中盆地南緣斷裂;F5.勉略斷裂;F6.商丹縫合帶。圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖Fig.1 Regional geological structure map

盆地北側(cè)巖性主要為石炭系變質(zhì)巖，以片巖、千枚巖為主；南側(cè)為花崗巖及閃長(zhǎng)巖侵入巖體。第四系以更新統(tǒng)和全新統(tǒng)河流相沖積層和洪積層為主，其中全新統(tǒng)主要由漢江及其各支流一級(jí)階地和河漫灘組成，更新統(tǒng)主要由漢江Ⅱ級(jí)～Ⅳ級(jí)階地組成。

2 各階地特征

河流階地是河流演化的一種地貌形態(tài)，也詳細(xì)記錄河流范圍內(nèi)古氣候、古水文、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及河流侵蝕基準(zhǔn)面變化的特征[14]。Starkel[15]認(rèn)為河流階地形成的主導(dǎo)因素是氣候條件，氣候變化引起河流的水量變化，以及河流兩側(cè)及源區(qū)風(fēng)化類(lèi)型和碎屑特征，從而導(dǎo)致河流的侵蝕、搬運(yùn)和沉積發(fā)生變化形成階地，這種階地被稱(chēng)為氣候變化階地。但在完全缺乏構(gòu)造抬升的條件，僅在氣候因素的影響下河流是無(wú)法下切形成多級(jí)階地。尤其在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍地區(qū)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是河流階地形成的主要原因。目前學(xué)者研究認(rèn)為河流階地特征與構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)[16--18]。

漢中盆地內(nèi)漢江河道寬闊，河流階地發(fā)育較好，通過(guò)本次野外調(diào)查工作識(shí)別出河流兩岸發(fā)育有Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地，其中Ⅰ、Ⅲ級(jí)階地在河流南北兩岸分布較為廣泛；Ⅱ級(jí)階地主要分布在漢江北岸，在漢江南岸主要分布于盆地中部較為平坦開(kāi)闊的區(qū)域；Ⅳ級(jí)與山前洪積扇混雜堆積，大部分被覆蓋而出露較少(圖2)。筆者對(duì)漢中盆地內(nèi)各級(jí)階地進(jìn)行了調(diào)查研究，各階地特征具體為：

圖2 漢中盆地地質(zhì)地貌圖Fig.2 Geological and geomorphological map of Hanzhong Basin

2.1 Ⅰ級(jí)階地

盆地內(nèi)Ⅰ級(jí)階沿漢江南北兩岸呈條帶狀分布，階地高出漢江水面5～10 m，北岸階地寬闊，一般寬2～4 km，盆地開(kāi)闊區(qū)域可達(dá)6～7 km，南岸階地相對(duì)狹窄，一般寬1～3 km，屬于堆積型階地，海拔460～470 m。堆積物下部為礫石層，上部為細(xì)砂層及含礫黏土層，整體呈上細(xì)下粗的河流二元結(jié)構(gòu)(圖3)。

2.2 Ⅱ級(jí)階地

Ⅱ級(jí)階地在盆地內(nèi)沿漢江兩岸分布范圍較為廣泛，高出漢江水面10～20 m，在漢江北岸南北展布明顯寬于南岸，北岸階地寬1～3 km，南岸階地較窄，寬0.5～2 km，局部階地后緣與山前洪積扇相連接，形態(tài)不完整，屬于堆積型階地，海拔470～480 m。堆積物下部為中粗砂，上部為粉細(xì)砂透鏡體及亞黏土為主。與Ⅰ級(jí)階地為陡坎接觸，坎高一般2～5 m，階面連續(xù)平坦，地表為民居和農(nóng)田，農(nóng)作物以種植水稻、油菜為主。

(1)洋縣朱家村附近Ⅱ級(jí)階地

在洋縣東部朱家村磚廠出露有漢江Ⅱ級(jí)階地典型垂向剖面，階面海拔475 m，沉積層厚約4.6 m，該處為磚廠取土坑，下部為含中粗砂粉質(zhì)黏土，未見(jiàn)底，上部為黃褐色粉質(zhì)黏土層和灰綠色黏土透鏡體，頂部為褐黃色亞黏土層，可分為4個(gè)沉積層，具體特征見(jiàn)圖4。

①灰白色砂礫石層，礫徑0.5～10 cm，磨圓較好；②灰白色含礫粗砂；③砂礫石透鏡體；④灰黃色細(xì)砂層；⑤砂礫石層；⑥灰黃色粉質(zhì)黏土層。圖3 勉縣張家河坎附近Ⅰ級(jí)階地剖面Fig.3 Profile of Ⅰ terrace near Zhangjiahekan,Mian County

①棕黃色含中粗砂粉質(zhì)黏土；②黃褐色粉質(zhì)黏土，厚約1.3 m；③淺灰綠色黏土透鏡體；④棕黃色粉質(zhì)黏土，頂層為現(xiàn)代土壤層，植物根系發(fā)育。圖4 朱家村附近Ⅱ級(jí)階地剖面Fig.4 Profile of Ⅱ terrace near Zhujiacun

(2)閆家?guī)X附近Ⅱ級(jí)階地

漢江北岸閆家?guī)X附近出露有漢江Ⅱ級(jí)階地典型沉積物垂向剖面，階面頂部海拔高478 m。沉積層厚約10 m，底部為棕黃色含礫粉細(xì)砂，上部為亞黏土、砂礫石和粉砂質(zhì)透鏡體，頂部為灰黑色現(xiàn)代土壤層，地層完整，界線清晰，可分為4個(gè)沉積層，地層特征具體見(jiàn)圖5。

2.3 Ⅲ級(jí)階地

Ⅲ級(jí)階地在盆地內(nèi)漢江北岸呈條帶狀分布較廣，漢江南岸階地多與洪積扇相連接，階地后緣被洪積扇所覆蓋，高出江面約30～40 m，南北展布寬度1～9 km，屬于堆積階地，海拔485～500 m。沉積物下部為砂礫石層，上部為粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土，具有下粗上細(xì)的河流相二元結(jié)構(gòu)。Ⅱ級(jí)階地為陡坎接觸，坎高一般3～10 m，Ⅲ級(jí)階地海拔相對(duì)較高，地勢(shì)略有起伏，局部被沖溝侵蝕切割，耕地引水灌溉較為不便，故Ⅲ級(jí)階地多種植玉米、小麥等旱地作物。

①棕黃色含礫粉細(xì)砂，風(fēng)化嚴(yán)重，頂部為磚紅色古土壤層(風(fēng)化殘積層)；②棕黃色粉質(zhì)黏土，底部含少量礫石，厚約3 m；③淺灰綠色黏土透鏡體，厚約0.6 m；④棕黃色粉質(zhì)黏土，頂層為現(xiàn)代土壤層，植物根系發(fā)育，層厚3～5 m。圖5 閆家?guī)X附近Ⅱ級(jí)階地剖面Fig.5 Profile of Ⅱ terrace near Yanjialing

(1)張溝附近Ⅲ級(jí)階地

張溝附近出露有漢江Ⅲ級(jí)階地，階面海拔502 m，張溝磚廠取土坑中可見(jiàn)有典型的Ⅲ級(jí)階地沉積物垂向剖面。沉積層厚度約15 m，底部為砂礫石層，底部往上為砂礫石層和粉細(xì)砂，上部為棕黃色粉質(zhì)黏土?？煞譃?個(gè)沉積層，具體特征如圖6所示。

(2)白河村附近Ⅲ級(jí)階地

漢江南岸白河村附近Ⅲ級(jí)階地發(fā)育較完整，出露有典型的沉積物垂向剖面，階面海拔500 m。沉積層厚度約3 m，底部為砂礫石層，上部為粉質(zhì)黏土，地層界線清晰，可分為2個(gè)沉積層(圖7)。

①淺灰白色砂礫石層，未見(jiàn)底；②粉細(xì)砂層，厚約1 m；③棕黃色粉質(zhì)黏土，厚約10 m。圖6 張溝附近Ⅲ級(jí)階地剖面Fig.6 Profile of Ⅲ terrace near Zhanggou

①灰黃色砂礫石層，由下往上粒度逐漸變細(xì)，層厚約2 m(未見(jiàn)底)；②棕黃色粉質(zhì)黏土層，頂部為現(xiàn)代土壤，植物根系發(fā)育，層厚1～2 m。圖7 白河村附近Ⅲ級(jí)階地剖面Fig.7 Profile of Ⅲ terrace near Baihecun

2.4 Ⅳ級(jí)階地

漢江Ⅳ級(jí)階地主要分布在漢江北岸盆地邊緣的基巖山區(qū)附近，階地寬約1～3 km，漢江南岸零星分布，階地基本都與山前洪積扇相接，后緣多被洪積扇覆蓋，海拔510～530 m，為基座階地。沉積物底部為砂礫石層，覆蓋于基巖之上，上部為粉細(xì)砂，頂部為粉質(zhì)黏土土層。Ⅳ級(jí)階地階面較為起伏，受沖溝切割侵蝕嚴(yán)重。

(1)吳家山村附近 Ⅳ 級(jí)階地

在洋縣吳家山村附近出露有漢江Ⅳ級(jí)階地，該點(diǎn)位于漢江北岸，漢中盆地東緣邊界附近，為基座階地，周邊地勢(shì)起伏，沖溝切割侵蝕嚴(yán)重，沉積物覆蓋于閃長(zhǎng)巖體之上。具有明顯的河流相堆積二元結(jié)構(gòu)，巖性從底部到頂部由粗到細(xì)依次為砂礫石層、中粗砂、粉細(xì)砂和粉質(zhì)黏土，具體特征為：①層為灰白色砂礫石層，局部礫石較為集中，礫徑1～5 cm，分選較好，次圓--圓狀磨圓，層厚約4 m，下伏為灰白色花崗巖；②層為灰黃--灰綠色粉砂，具有水平層理，厚約0.6～1 m；③層為棕黃色粉質(zhì)黏土層,厚約1.5～2 m，頂部為現(xiàn)代土壤層，厚約45 cm(圖8)。

①灰白色砂礫石層；②灰黃--灰綠色粉砂；③棕黃色粉質(zhì)黏土層。圖8 吳家山村附近Ⅳ級(jí)階地剖面Fig.8 Profile of Ⅳ terrace near Wujiashan

(2)何家村附近 Ⅳ 級(jí)階地

何家村附近發(fā)育漢江Ⅳ級(jí)階地，位于漢江北岸，洋縣縣城東側(cè)，階地中發(fā)育有巨厚層河流相沉積物，層厚可達(dá)12 m。沉積物底部為礫石層，中部為粉細(xì)砂層，上部為黏土、粉質(zhì)黏土層，地層完整界線清晰，可分為5個(gè)沉積層，具體特征為：①層為灰白色礫石層，礫石成分復(fù)雜，以灰白色石英片巖和灰白色二長(zhǎng)花崗巖為主，礫石風(fēng)化強(qiáng)烈，礫徑0.5～25 cm，分選較好，形態(tài)為次圓形，少量圓形，有定向排列，層厚約5 m；②層為褐黃色粉質(zhì)黏土層，具有垂直節(jié)理，層厚約1.5 m；③層為灰褐色砂礫石層，具有灰綠色條帶和團(tuán)塊，層厚約0.6 m；④層為土黃色粉細(xì)砂，層厚約1 m；⑤層為灰黃色粉質(zhì)黏土層，層厚約2 m，頂部為現(xiàn)代土壤層，有機(jī)質(zhì)含量略高，植物根系發(fā)育，厚15～30 cm(圖9)。局部可見(jiàn)有洪積層覆蓋于階面之上，如圖10所示，①層為漢江Ⅳ級(jí)階地頂部棕黃色粉質(zhì)黏土層，未見(jiàn)底；②層為洪積層，覆蓋于Ⅳ級(jí)階階面之上，主要為灰白色礫石，以石英片巖、花崗巖為主，礫徑0.5～35 cm，分選差，棱角--次棱角磨圓，層厚1～1.5 m。

①灰白色砂礫石層；②褐黃色粉質(zhì)黏土層；③灰褐色砂礫石層；④土黃色粉細(xì)砂層；⑤灰黃色粉質(zhì)黏土層。圖9 何家村附近Ⅳ級(jí)階地剖面Fig.9 Profile of Ⅳ terrace near Hejiacun

①棕黃色粉質(zhì)黏土；②洪積層，主要為灰白色礫石。圖10 何家村附近洪積層和Ⅳ級(jí)階地剖面Fig.10 Profile of Ⅳ terrace and diluvium near Hejiacun

3 階地形成時(shí)代

前人曾對(duì)漢江上游河流階地進(jìn)行過(guò)年代學(xué)研究，但由于測(cè)試方法手段的不同，對(duì)于漢江上游河流階地的形成時(shí)代仍存在分歧。黃培華等[2]和楊秀芬等[1]根據(jù)地層標(biāo)志和漢江階地發(fā)育特征和規(guī)律，推斷漢江Ⅰ級(jí)階地形成于全新世，Ⅱ級(jí)階地形成于全新世—晚更新世，Ⅲ級(jí)階地形成于晚更新世，Ⅳ級(jí)階地形成于中更新世—早更新世。陳鐵梅等[9]對(duì)鄖縣人遺址處的動(dòng)物化石進(jìn)行了電子自旋共振(ESR)法測(cè)年，推斷Ⅳ級(jí)階地的形成不晚于800 ka BP。閻桂林等[3]利用古地磁法對(duì)鄖縣彌陀寺Ⅳ級(jí)階地的堆積物進(jìn)行了測(cè)年研究，認(rèn)為Ⅳ級(jí)階地年齡約1 100 ka BP。Sun et al.[4]對(duì)漢中盆地Ⅰ級(jí)階地和Ⅱ級(jí)階地上覆黃土進(jìn)行了熱轉(zhuǎn)移光釋光法(TT--OSL)測(cè)年，研究認(rèn)為Ⅰ級(jí)階地的形成不晚于150 ka BP，Ⅱ級(jí)階地的形成不晚于170 ka BP。王明明等[8]對(duì)漢中盆地中發(fā)育的漢江階地進(jìn)行了光釋光測(cè)年研究，結(jié)果表明，Ⅱ級(jí)階地的形成年齡大約為(67.5±4.0) ka BP，Ⅲ級(jí)階地的形成年齡大約為(140.5±8.2) ka BP，Ⅳ級(jí)階地的形成年齡大約為(1 344±134) ka BP。龐獎(jiǎng)勵(lì)等[5--6]和胡慶等[19]用光釋光法(OSL)對(duì)鄖縣發(fā)育的漢江階地進(jìn)行了測(cè)年研究，推斷漢江Ⅰ級(jí)階地形成年齡大約為25 ka BP，漢江Ⅲ級(jí)階地形成年齡大約為110 ka BP(表1)。

表1 漢江各階地形成年代(ka BP)Table 1 Formation age of each terrace in Hanjiang River(ka BP)

綜上，前人對(duì)漢江階地的形成年齡分歧較大，但分析以上各類(lèi)地質(zhì)地貌和年代學(xué)研究資料，可達(dá)成基本共識(shí)：漢江Ⅰ級(jí)階地形成于全新世—晚更新世后期(年代約25 ka BP)，Ⅱ級(jí)階地形成于晚更新世(年代約67 ka BP)，Ⅲ級(jí)階地形成于晚更新世早期—中更新世(年代約125 ka BP)，Ⅳ級(jí)階地形成于中更新世—早更新世(年代約1 222 ka BP)(表2)。

表2 漢江各階地特征簡(jiǎn)表Table 2 Characteristics of each terrace in Hanjiang River

4 漢中盆地地貌對(duì)構(gòu)造活動(dòng)響應(yīng)初步分析

漢江河流階地的形成與秦嶺造山帶的隆升有關(guān)[7,20]，研究區(qū)漢江形成了4級(jí)階地，說(shuō)明秦嶺在更新世以來(lái)至少經(jīng)歷了4次抬升活動(dòng)，各時(shí)期山體隆升幅度不同。Ⅳ級(jí)階地和Ⅲ級(jí)階地階面分布較窄，受沖溝切割侵蝕較為嚴(yán)重，且階地間高差相對(duì)較大，表明中--晚更新世秦嶺隆升幅度較大。Ⅰ級(jí)階地和Ⅱ級(jí)階地階面相對(duì)較為寬闊平整，二者階面高差較小，野外地貌調(diào)查并無(wú)特別明顯的界線陡坎，表明晚更新世以來(lái)秦嶺的山體隆升幅度較小。

根據(jù)各階地的形成年代和各級(jí)階地面之間的高度差可以估算出河流的抬升速率。Ⅳ、Ⅲ級(jí)階地階面高差約30 m，推算Ⅳ、Ⅲ級(jí)階地之間抬升速率約0.027 mm/a；Ⅲ、Ⅱ級(jí)階地階面高差約15 m，推算Ⅲ、Ⅱ級(jí)階地之間抬升速率約0.259 mm/a；Ⅱ、Ⅰ級(jí)階地階面高差約5 m，推算Ⅱ、Ⅰ級(jí)階地之間抬升速率約0.119 mm/a；Ⅰ級(jí)階地高出河床約10 m，可以推算晚更新世后期以來(lái)的抬升速率約0.400 mm/a。圖11為漢中盆地更新世以來(lái)的抬升速率折線圖，由圖可見(jiàn)，更新世以來(lái)漢中盆地的抬升是波動(dòng)式的，抬升速率的總趨勢(shì)是越來(lái)越大。這與秦嶺在更新世以來(lái)抬升速率的趨勢(shì)幾乎一致[7]，但秦嶺的抬升速率明顯高于研究區(qū)。說(shuō)明漢中盆地的抬升與秦嶺的隆升關(guān)系密切，但可能由于漢中盆地位于秦嶺南部，并非隆升的核心區(qū)域，同時(shí)盆地南側(cè)的大巴山對(duì)抬升的束縛作用導(dǎo)致抬升速率較小。

圖11 漢中盆地更新世以來(lái)抬升速率Fig.11 Uplift rates of Hanzhong Basin since Pleistocene

漢中盆地北部山區(qū)海拔為900～1 300 m，V字形溝谷普遍發(fā)育，洪積扇主要分布在盆地北緣區(qū)域，洪積扇和河流Ⅲ、Ⅳ級(jí)階地被沖溝侵蝕破壞，盆地南部丘陵區(qū)海拔650～800 m，地勢(shì)緩和，山頂圓滑，沖溝發(fā)育較少。漢江階地南北兩岸差異較大，北岸階地發(fā)育寬闊完整，南岸階地分布狹窄且殘缺不全。以上特征顯示漢中盆地內(nèi)地貌面具有向南傾斜的特征，從而造成漢江不斷向南遷移，隨著河流的演化最終展現(xiàn)出現(xiàn)今的地貌特征。

5 結(jié)論

(1)漢中盆地漢江發(fā)育Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地為堆積階地，Ⅳ級(jí)階地為基座階地。階地在漢江南北兩岸發(fā)育不對(duì)稱(chēng)，北岸普遍較為寬闊，南岸相對(duì)狹窄，Ⅳ級(jí)階地在南岸零星出現(xiàn)。

(2)結(jié)合前人地質(zhì)地貌及年代學(xué)資料推斷，漢江Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地形成時(shí)代分別為全新世—晚更新世后期、晚更新世、晚更新世早期—中更新世、中更新世—早更新世。

(3)更新世以來(lái)秦嶺至少有過(guò)4次的隆升活動(dòng)，中--晚更新世為秦嶺隆升幅度較大，晚更新世以來(lái)秦嶺的隆升幅度相對(duì)較小。更新世以來(lái)漢中盆地的抬升速率波動(dòng)式上升，但抬升速率均較秦嶺弱，可能是由于漢中盆并非秦嶺隆升的核心區(qū)域。

(4)漢中盆地內(nèi)地貌面具有向南傾斜的特征，致使?jié)h江不斷向南遷移，隨著河流的演化最終展現(xiàn)出現(xiàn)今的地貌特征。