黃河河道的主控因素及其衍生地質(zhì)問題

關(guān)鍵詞：河道延伸樣式；控河因素；衍生工程地質(zhì)問題；治理建議；黃河

０ 引言

黃河是中華母親河，我國(guó)第二長(zhǎng)河，我國(guó)重要的生態(tài)屏障。對(duì)黃河的形成與演化研究一直備受學(xué)界關(guān)注。長(zhǎng)久以來(lái)，主流觀點(diǎn)認(rèn)為地貌演化對(duì)黃河的形成有決定性作用［１］，研究者多聚焦于地貌學(xué)尤其是以夷平面為主要研究對(duì)象的河流形成與演化，關(guān)注的重點(diǎn)是限定深切河谷形成的時(shí)間、過程等［２－８］。然而，更值得重視的是，黃河形成與演化的另一個(gè)極為重要的研究對(duì)象即河道的形態(tài)、產(chǎn)出位置及其與河道兩岸地質(zhì)體間的依存關(guān)系。黃河河道總體延伸樣式為何多呈長(zhǎng)線型延伸、短折線拐彎、鋸齒狀擺動(dòng)？河道眾多拐彎為何并非呈現(xiàn)圓滑的弧形而是近直角或鈍角狀？在青藏高原、鄂爾多斯地塊周緣和華北平原三大構(gòu)造－地貌單元，河道為何分別呈現(xiàn)出反Ｚ形、“幾”字形、寬Ｖ形的幾何學(xué)組合樣式？這些獨(dú)特性與區(qū)域性構(gòu)造帶、斷裂帶是否有耦合關(guān)系？

歸納前人有關(guān)黃河的形成與演化研究成果，主要有地貌說［２－５，９－１１］、季風(fēng)說［６，１２－１３］兩種，都強(qiáng)調(diào)外動(dòng)力地質(zhì)作用為主控因素（本文稱其為“外因說”）。長(zhǎng)安大學(xué)黃河地質(zhì)構(gòu)造與演化過程研究團(tuán)隊(duì)新近研究表明，區(qū)域構(gòu)造、斷裂構(gòu)造等內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用是黃河河道形成與演化的主控因素（本文稱其為“內(nèi)因說”），認(rèn)為黃河流經(jīng)的青藏高原、鄂爾多斯地塊周緣和華北平原，是區(qū)域大地構(gòu)造演化所形成的三大獨(dú)特構(gòu)造－地貌單元，分別造就了反Ｚ形、“幾”字形、寬Ｖ形３種風(fēng)格迥異的黃河河道幾何學(xué)組合樣式。本研究系統(tǒng)分析全域河道（包括廢棄河道）的分布特征，總結(jié)區(qū)域構(gòu)造、斷裂構(gòu)造對(duì)河道的控制作用，凝練以斷裂構(gòu)造為主控因素的“內(nèi)因控河”機(jī)制，以期豐富黃河的形成與演化研究，為流域的開發(fā)利用、生態(tài)安全等研究提供新的思路和科學(xué)支撐。

１ 黃河河道形態(tài)、幾何學(xué)樣式

１.１ 黃河河道近直角或鈍角狀拐彎

黃河在漫長(zhǎng)的演化進(jìn)程中，受復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶間的相互作用，形成了復(fù)雜的河段樣式，大大小小的河道拐彎不計(jì)其數(shù)?，F(xiàn)以起點(diǎn)與終點(diǎn)之間的河段總體近直線型、長(zhǎng)度＞２５０ｋｍ為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)黃河干流上的八大拐點(diǎn)，將黃河分為九大河段（見圖１）。各拐點(diǎn)上、下游近直線河段的夾角總體呈近直角或鈍角狀（見表１）。

１.２ 黃河河道的３種延伸樣式

黃河河道的延伸總體呈幾何學(xué)樣式，而非隨意彎曲而曲流，顯著有別于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)在缺少線性構(gòu)造影響尤其是沒有斷裂構(gòu)造影響與改造時(shí)表現(xiàn)出的曲流形態(tài)。

黃河河道的延伸樣式可分為長(zhǎng)線型延伸、短折線拐彎和鋸齒狀擺動(dòng)３種（見表１）。長(zhǎng)線型延伸是３種樣式中占比最大的河道樣式，主要位于造山帶山前大斷裂帶、區(qū)域大地構(gòu)造單元結(jié)合部；短折線拐彎河道方向大多為ＮＥ向，是后期ＮＥ向大斷裂切割早期ＮＮＷ向斷裂帶而產(chǎn)生的近直角狀拐彎；鋸齒狀擺動(dòng)河道大多是早期形成的長(zhǎng)線型延伸河道后期經(jīng)多組ＮＥ或ＮＷ向斷裂改造所致（見圖２、表２）。

１.３ 黃河河道的３種幾何學(xué)組合樣式

黃河源頭—蘭州段產(chǎn)于青藏高原北緣，河道經(jīng)過第一至第三大拐點(diǎn)，終于第四大拐點(diǎn)。在青藏高原地區(qū)持續(xù)向ＮＥ方向推擠、推覆隆升地質(zhì)過程，以及阿拉善和鄂爾多斯兩地塊的正向聯(lián)合阻擋下，構(gòu)造上表現(xiàn)為ＮＷＷ復(fù)合與疊加造山帶，地貌上表現(xiàn)為隆起與凹陷相間，河流主流向與主構(gòu)造帶展布方向平行。當(dāng)受到四川地塊、秦嶺、鄂爾多斯地塊聯(lián)合構(gòu)成的斜向（ＮＮＥ向）基底阻擋后，加劇了ＮＥ向張性走滑斷裂活動(dòng)，導(dǎo)致河流由原ＳＥＥ向大角度向ＮＥ方向拐彎。ＮＷＷ－ＳＥＥ向區(qū)域性大斷裂的左行走滑，驅(qū)使ＮＥ向張性走滑斷裂之ＮＷ盤大幅度沉降，形成東低西高的斜掀式地塹，河流向ＮＥ方向前行，遇到下一個(gè)ＮＷＷＳＥＥ向山脈或斷裂帶阻擋后，被迫向ＮＷ－ＮＷＷ方向回流，形成了黃河獨(dú)有的斜Ｕ形大回流。ＮＥ向張性走滑斷裂帶是引導(dǎo)河道由ＳＥＥ向大角度向ＮＥ方向拐彎的主控因素。受ＮＥ方向剪切與走滑斷裂的改造，河道發(fā)生了ＮＥ向拐彎，構(gòu)成了反Ｚ形河道組合樣式。

蘭州—三門峽段黃河繞鄂爾多斯地塊周緣分布，始于第四大拐點(diǎn)，經(jīng)過第五大拐點(diǎn)至第七大拐點(diǎn)。鄂爾多斯地塊之西、東兩側(cè)的近Ｓ－Ｎ向構(gòu)造帶和北、南緣的近Ｅ－Ｗ向斷裂帶構(gòu)成了近垂直交切格架，陰山、秦嶺兩大構(gòu)造帶對(duì)鄂爾多斯地塊的南北夾持與阻擋，造就了圍限鄂爾多斯地塊的銀川地塹、河套地塹、晉陜峽谷、渭河地塹等深大斷陷帶。黃河被約束流淌在這些深大地塹或斷陷帶中，構(gòu)成了具有典型幾何形態(tài)的“幾”字形河道組合樣式。

三門峽—東營(yíng)段黃河流經(jīng)峽谷和華北平原兩大地貌單元。前者位于南、北兩大ＮＥＥ向造山帶控制的山前凹陷帶，后者是被四大構(gòu)造帶圍限的凹陷平原?，F(xiàn)今的黃河主河道位于泰安－濟(jì)南構(gòu)造帶的山前大斷裂及南陽(yáng)－蘭考－平陰－墾利隱伏斷裂帶（也稱黃河斷裂帶）中，以第八大拐點(diǎn)為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，形成了寬Ｖ形河道組合樣式。

１.４ 黃河流域控河構(gòu)造動(dòng)力學(xué)機(jī)制

黃河發(fā)源于松潘－甘孜構(gòu)造帶，并流經(jīng)東昆侖、秦嶺－大別、苦海－賽什塘、祁連、阿拉善、賀蘭山、陰山、呂梁、中條山、泰安－濟(jì)南、安陽(yáng)－秦皇島等巨型構(gòu)造帶。這些構(gòu)造帶歷經(jīng)多階段、多期次和復(fù)雜的構(gòu)造演化，對(duì)黃河河道形成了重要的控制作用。

青藏高原ＮＥ向推擠、推覆隆升過程中，阿拉善和鄂爾多斯兩地塊正向聯(lián)合阻擋，形成了ＮＷＷ向復(fù)合與疊加造山帶，地貌上表現(xiàn)為隆起與凹陷相間，河流主流向總體與主構(gòu)造帶展布方向平行。受到華南地塊、秦嶺構(gòu)造帶、鄂爾多斯地塊聯(lián)合構(gòu)成的斜向（ＮＮＥ向）基底阻擋后，產(chǎn)生了ＮＥ向張性走滑斷裂，導(dǎo)致河流短折線ＮＥ向拐彎，這些共同作用形成了反Ｚ形河道形態(tài)。

青藏高原的持續(xù)擠入作用，分離、調(diào)整了賀蘭山地塊與鄂爾多斯地塊，形成了近Ｓ－Ｎ向構(gòu)造帶和銀川凹陷帶。這些構(gòu)造帶與鄂爾多斯地塊間的碰撞等作用加速了鄂爾多斯地塊整體的抬升與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并加速了地塊與周緣構(gòu)造帶間斷裂活動(dòng)。更新世以來(lái)太平洋板塊對(duì)華北板塊的斜向擠入，促進(jìn)了鄂爾多斯地塊與東鄰構(gòu)造帶的碰撞、擠壓、旋扭等構(gòu)造作用，加速了地塊的抬升，復(fù)合呂梁山西緣等近Ｓ－Ｎ向大斷裂的新活動(dòng)，新生了次級(jí)斷裂、小斷層、裂縫帶、密集節(jié)理帶等，綜合約束形成了“幾”字形河道形態(tài)（見圖３，據(jù)文獻(xiàn)［１４］，有改動(dòng)）。

華北平原ＮＮＷ－ＳＳＥ向的主應(yīng)力場(chǎng)是青藏高原ＮＥ向擠壓的遠(yuǎn)程效應(yīng)［１４］，各構(gòu)造帶鄰近平原一側(cè)均表現(xiàn)為向盆內(nèi)陡傾的正斷層。四大構(gòu)造帶圍限而成的華北平原，平面上呈不規(guī)則六邊形，兩個(gè)長(zhǎng)邊分別平行于太行山構(gòu)造帶和泰安－濟(jì)南構(gòu)造帶，控制約束了黃河第八大拐點(diǎn)以下的河道，形成寬Ｖ形河道形態(tài)。

１.５ 黃河河道的主控因素分析

巨型構(gòu)造帶主控全流域河道幾何學(xué)組合樣式。如青藏高原北緣的松潘－甘孜構(gòu)造帶、東昆侖、秦嶺－大別、祁連等巨型構(gòu)造帶主體為ＮＷＷ－ＳＥＥ向，因此黃河河道總體為ＮＷＷ－ＳＥＥ向分布于這些巨型構(gòu)造帶的山前斷裂帶或兩個(gè)構(gòu)造帶夾持的山間凹陷帶中，青藏高原地區(qū)的兩個(gè)近于平行的河段為ＮＷＷ－ＳＥＥ向，構(gòu)成了反Ｚ形河道的兩個(gè)平行邊。又如，鄂爾多斯地塊與周緣構(gòu)造帶的相互作用，造就了“幾”字形河道組合樣式。

大型構(gòu)造帶主控全流域河道的長(zhǎng)線型延伸。如陰山、秦嶺－大別、中條山等構(gòu)造帶總體近Ｅ－Ｗ向展布，黃河在這些構(gòu)造帶中長(zhǎng)度占比７０％的河道平行于這些巨型－大型構(gòu)造帶展布；又如華北平原西北緣的安陽(yáng)－秦皇島構(gòu)造帶、東南緣的泰安－濟(jì)南構(gòu)造帶總體為ＮＥ向，華北平原的隱伏大斷裂主體為ＮＥ向，這些ＮＥ向構(gòu)造帶、斷裂帶決定了蘭考—東營(yíng)河段為ＮＥ向長(zhǎng)線型河道。

中小型構(gòu)造帶－斷裂帶主控河道的短折線拐彎和鋸齒狀擺動(dòng)。最具代表性的實(shí)例，一是青藏高原北緣的ＮＥ－ＮＥＥ向斷裂具有劈山開谷導(dǎo)河的重要作用，造就了蘭州羅泉灣、景泰五佛鄉(xiāng)兩地的河道突然ＮＥ向近直角短折線拐彎，橫穿或斜穿地貌上遠(yuǎn)高于原河道的山系；二是全流域河道凡呈現(xiàn)“鋸齒狀擺動(dòng)河道”樣式的河段均是兩向斷裂組交切控制的結(jié)果，如烏拉特前旗南東的公廟子至包頭市南東的達(dá)拉特旗北一帶，河道以ＮＷ向與ＮＥＥ向兩向交替擺動(dòng)延伸，ＮＥＥ向河道普遍略長(zhǎng)于ＮＷ向河道，前者平行于烏拉特前旗－固陽(yáng)右行走滑大斷裂，而后者平行于陰山構(gòu)造帶中的ＮＷ向斷裂組，這兩向斷裂導(dǎo)致河道在此區(qū)域至少形成了８次鋸齒狀擺動(dòng)。

２ 黃河３個(gè)組合樣式河段的衍生地質(zhì)問題與開發(fā)治理建議

２.１ 反Ｚ形河段的水資源開發(fā)

黃河反Ｚ形河段是我國(guó)重要的水資源富集區(qū)，已建成及正在建設(shè)的水電站包括龍羊峽水電站、拉西瓦水電站、李家峽水電站、劉家峽水電站、青銅峽水電站、公伯峽水電站和瑪爾擋水電站等。該區(qū)域地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)條件多變，新構(gòu)造活躍，水電站建設(shè)可能會(huì)誘發(fā)一系列地質(zhì)災(zāi)害問題。水庫(kù)蓄水一方面改變了高山峽谷段地下水位和地表水系的分布，導(dǎo)致地下水位上升、地表水系變化，另一方面加劇了庫(kù)岸邊坡巖土體的水巖相互作用，從而可能誘發(fā)山體崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。同時(shí)，水電站和水庫(kù)的建設(shè)對(duì)河道進(jìn)行了人工改造，破壞了原有的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、河道形態(tài)和生態(tài)環(huán)境，加劇了河流侵蝕和河岸崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。此外，水庫(kù)蓄水增加了庫(kù)區(qū)范圍地殼荷載，改變了周圍巖土體的應(yīng)力狀態(tài)，加之反Ｚ形河段新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，極易誘發(fā)地震災(zāi)害。

針對(duì)這些由水資源開發(fā)誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，并且在水庫(kù)建設(shè)過程中，應(yīng)充分考慮生態(tài)保護(hù)需求，采用生態(tài)友好型建設(shè)理念和技術(shù)手段，通過植被恢復(fù)、水土保持等措施，減少工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，確保水資源開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。

２.２ “幾”字形河段的水土流失治理

黃河“幾”字形河段因其密集的節(jié)理組加劇了巖石的碎裂化，各構(gòu)造帶的相互作用抬升河岸地貌，加速了河谷下切，并且在干旱、強(qiáng)風(fēng)等多因素作用下加速了風(fēng)化、剝蝕與搬運(yùn)作用，形成了水土流失的重災(zāi)區(qū)，其中黃土高原地區(qū)的水土流失面積占整個(gè)黃河流域的８９.２％，凸顯了水土保持工作的重要性。

黃河“幾”字形河段嚴(yán)重的水土流失衍生了系列地質(zhì)災(zāi)害問題。黃河年均輸沙量巨大，河水含沙量高達(dá)３１ｋｇ／ｍ３，中游潼關(guān)站年均輸往下游的泥沙量約為１１億ｔ。如此巨大的沙量加劇了河床的淤積，阻塞河道，抬高河床，加劇了洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。黃河流經(jīng)晉陜大峽谷段，因河流不斷深切割，河道狹窄，加之兩側(cè)活動(dòng)斷裂所誘發(fā)的地震，極易出現(xiàn)黃土松散層滑坡堵塞河道事件，形成堰塞湖潰決鏈?zhǔn)綖?zāi)害。

據(jù)此，應(yīng)加強(qiáng)水土保持工程建設(shè)，尤其在控河斷裂帶及側(cè)鄰區(qū)大力推廣植被恢復(fù)措施，實(shí)施科學(xué)合理的土地利用規(guī)劃，以降低地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

２.３ 寬Ｖ形河段的河道改道與治理

在黃河寬Ｖ形河段，受流域內(nèi)氣候、地形地貌、區(qū)域性斷裂帶等多種因素的影響，歷史上黃河多次改道，也衍生出了一系列地質(zhì)災(zāi)害問題，主要包括：１）地面沉降與地裂縫。黃河改道后，原有的河道被廢棄，地下水位下降，導(dǎo)致地面沉降及地裂縫出現(xiàn)。２）滑坡和泥石流。黃河改道過程中，河岸兩側(cè)的山體受到?jīng)_刷和侵蝕，容易形成滑坡和泥石流。３）河道淤積。黃河改道后，新的河道往往比原河道更加平緩，水流速度減緩，導(dǎo)致泥沙大量沉積。４）洪水災(zāi)害。黃河改道后，新的河道可能沒有足夠的防洪能力，加之流域內(nèi)的降雨分布不均，容易形成洪水災(zāi)害。

建議加強(qiáng)隱伏大斷裂以及斷裂交匯點(diǎn)的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警設(shè)施布設(shè)，繼續(xù)實(shí)施河道治理和防洪工程建設(shè)、水土保持工作以及推廣生態(tài)修復(fù)技術(shù)等措施。此外，歷史上的黃河改道多是沿著區(qū)域性斷裂面及斷裂交匯地帶產(chǎn)生，因此應(yīng)加強(qiáng)未來(lái)黃河再次發(fā)生改道的預(yù)測(cè)性探索研究。

３ 結(jié)論

黃河河道總體呈現(xiàn)長(zhǎng)線型延伸、短折線拐彎、鋸齒狀擺動(dòng)３種延伸樣式，河道的形態(tài)、產(chǎn)出位置等受河岸地質(zhì)構(gòu)造帶的控制。

區(qū)域大地構(gòu)造演化、斷裂構(gòu)造作用等內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用是黃河河道形成與演化的主控因素，青藏高原、鄂爾多斯地塊周緣和華北平原，是區(qū)域大地構(gòu)造演化所形成的３個(gè)獨(dú)特構(gòu)造－地貌單元，流域構(gòu)造分別造就了反Ｚ形、“幾”字形和寬Ｖ形３種幾何學(xué)形態(tài)迥異的河道組合樣式。

３種組合樣式河段在其形成與演化中，衍生出各自特有的地質(zhì)、工程、開發(fā)與保護(hù)等方面的問題，應(yīng)進(jìn)一步開展相關(guān)研究，為今后黃河流域開發(fā)、保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等研究提供科學(xué)支撐。