摘 要:黃河寬V 形河道的形成與演化,既取決于華北平原周緣構(gòu)造帶的邊界形態(tài)及其相互作用,又是對青藏高原NE 向擠入作用的遠程響應(yīng)。三門峽至渤海灣入???,受河岸區(qū)域性大斷裂控制,黃河河道以蘭考為拐點,由NEE 轉(zhuǎn)為NE 向,形成了寬V 形河道組合樣式。區(qū)內(nèi)河道的延伸樣式主要表現(xiàn)為長線型延伸,其次為鋸齒狀擺動和短折線拐彎。三門峽—鄭州段的黃河產(chǎn)于太行山南段構(gòu)造帶和秦嶺構(gòu)造帶圍限的斷陷帶中,山前大斷裂均在第四紀以來發(fā)生了強烈的活動,主要河段產(chǎn)于斷裂帶中。華北平原是四大構(gòu)造帶圍限的平面上呈不規(guī)則六邊形的凹陷平原,不規(guī)則六邊形的長邊分別平行于太行山構(gòu)造帶和泰安-濟南構(gòu)造帶。黃河主河道位于南陽–蘭考–平陰–墾利隱伏斷裂帶中,NE 向長線型支流部分平行于、部分重合于區(qū)內(nèi)的NE 向隱伏斷裂帶??煽甲C的歷史時期的黃河改道和已知的廢棄河道均產(chǎn)于隱伏大斷裂帶中。這些隱伏斷裂是河岸兩大構(gòu)造帶的次級斷裂,大多在第四紀以來有顯著的活動。黃河沿岸斷裂及平原區(qū)的隱伏斷裂是造山帶形成與演化的主要產(chǎn)物,更是控制河道形成、演化、延伸、拐彎的主控因素。
關(guān)鍵詞:黃河;寬V 形河道;斷裂控河;華北平原
中圖分類號:TV147+ .1;P542+ .3;TV882.1 文獻標(biāo)志碼:A doi:10.3969/ j.issn.1000-1379.2025.03.008
引用格式:李永軍,彭南赫,段豐浩,等.華北平原黃河寬V 形河道控河機制分析[J].人民黃河,2025,47(3):48-55.
黃河是中華民族的母親河。推動黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展,需要多學(xué)科、多角度的科技支撐。大量的地質(zhì)事實表明,黃河總是與大型造山帶、區(qū)域構(gòu)造帶形影相隨[1] ,在蘭考(黃河第八大拐點)之東長距離在華北平原上流淌時,為何河道非如一般平原河流那樣曲流弧形拐彎,而是由拐點西的鋸齒狀擺動延伸河道與拐點東的長線型河道組合而成寬大的V 形? 同時,華北平原總體呈不規(guī)則六邊形,其邊界與周緣圍限平原的構(gòu)造帶大致平行,平原區(qū)的基底斷裂大多平行于周緣造山帶山前大斷裂,流淌于平原之上的主河道、分支河道的空間位置大多平行于隱伏斷裂或部分重合于隱伏斷裂帶。同時,歷史時期黃河曾經(jīng)發(fā)生過數(shù)次改道,多數(shù)廢棄古河道或平行于或重合于隱伏斷裂。河道與斷裂構(gòu)造之間的依存關(guān)系究竟是巧合還是必然存在耦合? 已有系列文章就青藏高原黃河反Z 形河道、鄂爾多斯地塊周緣黃河“幾”字形河道形成與演化的主控因素[2-4] 進行了討論,本文作為續(xù)篇,針對上述寬V 形幾何學(xué)組合樣式河道,論述其成因機制。
1 區(qū)域地貌特征與“盆-山”耦合關(guān)系
黃河從三門峽一路東下,經(jīng)蘭考拐點后NE 向流入渤海,河道走向為一寬大的V 形(見圖1)。三門峽—鄭州一帶,黃河被南(伏牛山—熊耳山—崤山)、北(中條山—王屋山—太行山南段)山系夾持,前者海拔1 000~1 500 m,后者海拔1 500~1 700 m。在鄭州以東黃河跨越我國第二級(黃土高原)和第三級(華北平原)地貌臺階,地形自SW 向NE 由中山、低山、丘陵到平原三階梯分界明顯,過蘭考后完全進入華北平原。
黃河寬V 形河段長度的約2/3 在華北平原。華北平原平面形態(tài)呈長對角線走向約為60°的不規(guī)則六邊形,北抵燕山南麓,南達大別山北側(cè),西倚太行山—伏牛山,東臨渤海和黃海,地勢低平,西高東低,大部分在海拔50 m 以下,東部沿海平原在海拔10 m 以下,是典型的沖積平原,由黃河、淮河、海河、灤河沖積而成。燕山山脈位于華北平原的北端,呈近E-W 走向,海拔500~1 500 m。太行山位于華北平原的西端,NNE 走向,北段和中段海拔約2 000 m,整個山系平均海拔在1 200 m 以上。平原區(qū)因氣候原因形成的旱災(zāi),尤其以河道決口、改道產(chǎn)生的澇災(zāi),值得高度關(guān)注。
華北平原與周緣山系總體有較好的“盆-山”耦合關(guān)系,主要表現(xiàn)在平原與山脈接觸邊界大多為整齊的近直線。如:平原最北西端的石家莊—北京為燕山山前斷裂帶(F1,又稱順義-三河-昌黎斷裂帶或房山-唐縣斷裂帶或太行山東麓北段斷裂帶)NE 向走滑斷裂帶相接,石家莊—新鄉(xiāng)為邢臺-鶴壁(F2,又稱太行山東麓南段)NNE 向走滑斷裂帶相接,蘭考—東明—濟南—入??谝痪€為泰安-濟南構(gòu)造帶的山前大斷裂帶(F3)及南陽-蘭考-平陰-墾利隱伏斷裂帶[5] 。
2 區(qū)域斷裂帶與黃河展布的關(guān)系
黃河由三門峽經(jīng)第八大拐點(蘭考拐點)后NE 向流入渤海的寬V 形組合樣式河段,涉及太行山構(gòu)造帶、秦嶺-大別構(gòu)造帶、泰安-濟南構(gòu)造帶、華北平原共4 個構(gòu)造單元。
2.1 太行山構(gòu)造帶
太行山構(gòu)造帶以石家莊-忻州大斷裂(F24)為界分為太行山南段和北段兩個次級構(gòu)造帶。南段又稱沁水構(gòu)造帶或晉東南構(gòu)造帶,位于三門峽北—濟源,北段達石家莊南西,總體走向為NNE 向,帶內(nèi)發(fā)育多條平行構(gòu)造帶的斷裂帶,在黃河北岸發(fā)育多條平行于山前大斷裂的活動斷層。該山前斷裂帶與其南的秦嶺-大別構(gòu)造帶遙相對峙,控制著黃河三門峽—鄭州段的產(chǎn)出。
太行山經(jīng)歷了3 期快速隆升:距今74~50 Ma、46~31Ma 和23~10 Ma[6-12] 。新生代以來的隆升演化主要與青藏高原擠壓造山作用和太平洋板塊俯沖的遠程效應(yīng)有關(guān)[13-14] 。
太行山構(gòu)造帶發(fā)育一系列NE 向逆沖推覆構(gòu)造帶。山前大斷裂太行山東麓走滑斷裂帶(F1)是華北平原與其北的燕山山脈的結(jié)合部斷裂,而衡水-天津斷裂(F28)、安陽-德州-滄州斷裂(F29)等平行于太行山東麓斷裂帶,并且與緊鄰斷裂帶的黃河支流河道耦合。
2.2 秦嶺-大別構(gòu)造帶
該構(gòu)造帶近E-W 向橫亙于鄂爾多斯地塊與中條山構(gòu)造帶之南,在陜西小秦嶺—河南鄭州西一帶又稱小秦嶺構(gòu)造帶。該構(gòu)造帶與中條山構(gòu)造帶的平行夾擊,控制黃河從第七大拐點向下到第八大拐點的黃河河道完全平行于山前大斷裂帶延伸。
造山作用形成了伏牛山—熊耳山—崤山山系,山前的NEE 向斷裂與其北的太行山南段山前大斷裂以及活斷層總體控制著河道的NEE 向延伸。澠池-新安(F6)、孟州(F7)、濟源-溫縣(F8)等眾多NWW 向左行走滑兼逆沖大斷裂與NEE 向斷裂的交切,形成了至少7 個斜列式鋸齒狀組合河道。
秦嶺整體在距今32~22 Ma、10~8 Ma 和4 Ma 發(fā)生多期次隆升[15-17] 。黃河豫西段夷平面形成于3.63Ma 前,階地T5 ~ T1 分別形成于距今1.24 Ma、0.86Ma、0.62 Ma、0.13 Ma 和12.7 ka[18-19] 。這一帶的河岸斷層如華山山前斷裂(F9)、盤古寺-新鄉(xiāng)斷裂(F10)、湯東斷裂(F11)等活動斷裂[20] ,為河流切開崤山等提供了重要保障。
2.3 泰安-濟南構(gòu)造帶
泰安-濟南構(gòu)造帶又稱魯中構(gòu)造帶,位于郯-廬大斷裂之西。其北為華北拗陷帶(平原),帶內(nèi)發(fā)育NE向和NW(部分NWW)向兩組密集斷裂。黃河自第八大拐點后,嚴格受NE 向的平陽-長清山前大斷裂(F12)控制,呈長線型延伸。
2.4 華北平原區(qū)的基底構(gòu)造
據(jù)陳石等[21] 研究,華北平原區(qū)的基底發(fā)育NE、NW 兩組隱伏斷裂(見圖2)。
NE 向隱伏斷裂與太行山東麓走滑斷裂(F1) 平行,代表性的大斷裂有大港-滄州-德州隱伏斷裂(F13)、海興-聊城-蘭考隱伏斷裂帶(F14)、南陽-蘭考-平陰-墾利隱伏斷裂(F4,又稱黃河斷裂),以及與之平行的多條斷裂帶,這些斷裂與現(xiàn)今黃河主河道平行展布,并且華北平原上的黃河支流均與這些隱伏斷裂平行或位置上完全重合。
確認這些隱伏斷裂是否與河道存在空間上相吻合,活動時間是否與黃河河道在華北平原區(qū)內(nèi)的形成與演化呼應(yīng),是回答區(qū)內(nèi)斷裂是否控河的關(guān)鍵所在。
吳忱[22] 研究認為華北山地的水系變遷嚴格受新構(gòu)造運動控制,且以斷塊差異活動為主;許立青[23] 研究認為華北平原黃河的流向受構(gòu)造活動的制約;李峰等[20] 研究證實,西漢至宋元時期黃河自鄭州滎陽桃花峪經(jīng)新鄉(xiāng)、濮陽市進入河北,基本沿太行山東麓斷裂帶展布;1128—1855 年,黃河奪淮,從東壩頭經(jīng)商丘、夏邑、碭山、蕭縣進入徐州地區(qū),基本沿新鄉(xiāng)-商丘斷裂帶展布,1855 年開始改行現(xiàn)行河道,沿聊城-蘭考斷裂帶(F15)展布[24] 。據(jù)此推測歷史上的黃河下游改道可能與斷裂活動及周邊斷塊差異性升降有關(guān)。
由圖2 可以看出,歷史上黃河下游河道的變遷與新構(gòu)造時期不同活動斷層控制的沉降凹陷有直接關(guān)系。最早有記載的早于公元前602 年的禹河故道,是沿太行山東南緣的湯陰地塹—臨清凹陷—冀中凹陷發(fā)育,基本與濟源-邢臺-唐山新生斷裂(F16)重合,沿線次級斷裂還有盤古寺-新鄉(xiāng)斷裂(F10)、湯東斷裂(F11)、海河斷裂(F17)以及新近在雄安新區(qū)發(fā)現(xiàn)的牛東斷裂(F18)等晚更新世活動斷裂。黃河沿岸斷裂中已確認新鄉(xiāng)-商丘斷裂(F19)為晚更新世活動,另外,開封斷裂(F20)、東明-成武斷裂(F21)、無棣-益都斷裂(F22)、埕南斷裂(F23)等屬于活動斷裂[20] 。這些均佐證了斷裂活動與黃河的形成演變有必然關(guān)聯(lián)性。
宿遷—臨沂是已廢棄的黃河路徑之一,原河道是廢黃河斷裂控制的經(jīng)典實例(見圖3)。
宿遷—臨沂廢黃河斷裂由南北兩條主干斷裂組成,南支斷裂傾向NE,北支斷裂傾向SW,總體為地塹形式,斷裂帶寬度為12 km[25] 。在地震剖面上,廢黃河斷裂的各個斷點都以斷錯基巖面為特征,并未斷錯第四系內(nèi)部層位。鉆孔聯(lián)合剖面探測結(jié)果顯示,廢黃河斷裂斷錯了中更新統(tǒng)層位,但未斷錯其頂面。在鳳山一帶發(fā)現(xiàn)一條廢黃河斷裂的次級斷層出露,該斷層早期為左旋活動,第四紀以來表現(xiàn)為張性活動。結(jié)合斷層泥膠結(jié)程度、測年結(jié)果和地貌特征等判斷,該斷層最新活動時代為中更新世中期[26] 。廢黃河斷裂產(chǎn)出位置與廢黃河吻合,原河道嚴格受廢黃河斷裂控制。
NW 向隱伏斷裂與石家莊-忻州大斷裂(F24)、萊蕪北-沂南斷裂帶(F25)平行,代表性斷裂有石家莊-衡水-德州隱伏斷裂帶[F26,太行山南北段分界(走滑)斷裂]、孟州-蘭考-商丘隱伏斷裂(F27)。該方向隱伏斷裂在平原北西、南東的造山帶均有延長線對應(yīng)的斷裂出露[如石家莊-衡水-德州隱伏斷裂帶(F26)之西為石家莊-忻州大斷裂(F24),向東則為萊蕪北-沂南斷裂(F25,孫祖-銅冶店)][5] 。孟州-蘭考-商丘隱伏斷裂帶與NE 向的南陽-蘭考-平陰-墾利隱伏斷裂(F4)的交點正好是黃河第八大拐點,佐證了華北平原基底斷裂是現(xiàn)今黃河河道的主控因素。
黃河入海口沖積扇之下發(fā)育3 組隱伏斷裂,近EW向和NE 向斷裂為拉張或走滑-拉張斷裂,NNE 向斷裂為走滑性斷裂,交織的斷裂顯示出“階梯狀”“負花狀” “雁列式” 和“復(fù)合花狀” 等4 種斷裂組合樣式[27](見圖4),形成了斷陷與坳陷疊置結(jié)構(gòu),E2 為早期裂陷階段,E2 -E3為裂陷伸展階段,N1 -Qp 為裂后拗陷階段[28] 。近E-W 向(NWW 向)與唐山-張家口斷裂(F30)平行,NNE 向(近S-N 向)平行太平洋構(gòu)造帶,而NE 向斷裂即黃河河道斷裂,表明隱伏斷裂與盆緣山前區(qū)域性大斷裂具有成生聯(lián)系,也佐證了這3 組斷裂的活動斷裂特性。在過去的2 600 多a 里,黃河下游600 km 長的河段發(fā)生的26 次大改道[29] 也幾乎完全平行于這些斷裂帶。
3 區(qū)域主要斷裂與黃河河道延伸樣式及成因機制
3.1 斷裂構(gòu)造與黃河河道延伸樣式
黃河寬V 形河段河道的延伸樣式主要為長線型延伸,其次為鋸齒狀擺動和短折線拐彎。
1)區(qū)域性斷裂主控長線型河道的延伸。寬V 形河段流域及周緣構(gòu)造帶內(nèi),斷裂構(gòu)造極為發(fā)育,三門峽—鄭州段主要為NEE 向,鄭州之東主要為NE 向(見圖1、圖2)。其中過第八大拐點后的黃河河道幾乎為一直線狀延伸,長達728 km,河道與南陽-蘭考-平陰-墾利隱伏斷裂帶重合(平陰-濟南段為山前大斷裂),是整個黃河流域單線段長線型最長的河段(L31)。華北平原的海河支流也有多段河道成長線型NE 向延伸,如衡水—天津支流(249.61 km)、鶴壁—德州—滄州支流(474.69 km)、聊城西—平原—慶云支流(246.22 km)、聊城—禹城—沾化支流(260.37 km),這四大支流均為NE 向延伸,與南陽-蘭考-平陰-墾利隱伏斷裂(F4)、大港-滄州-德州隱伏斷裂(F13)、海興-聊城-蘭考隱伏斷裂(F14)的走向高度重合(見圖2)。
2)兩組密集平行斷裂交切形成鋸齒狀擺動延伸河道。寬V 形河段的鋸齒狀擺動延伸河道見于第八大拐點之西的澠池—新安、孟州、濟源—溫縣一帶,是多條NWW 向左行走滑+逆沖大斷裂交切NE 向斷裂,形成了至少3 個鋸齒狀組合河道(見圖5)。黃河小浪底庫區(qū)NWW 斷層的ESR 年齡為0.37~0.53 Ma,峽谷邊緣連地、王良兩條NE 向斷層的活動時間為0.154~0.183 Ma[30] 。
3.2 黃河寬V 形河道的成因機制
三門峽至蘭考拐點,黃河河道呈鋸齒狀擺動和短折線拐彎樣式延伸,蘭考拐點至渤海灣入海口河道呈長線型延伸(見圖1),拐點兩側(cè)河道構(gòu)成的寬V 形樣式是由其周緣構(gòu)造帶的邊界形態(tài)和構(gòu)造相互作用而決定的。三門峽—蘭考河段產(chǎn)于太行山南段構(gòu)造帶和秦嶺構(gòu)造帶圍限的斷陷帶中,山前大斷裂均在第四紀以來發(fā)生了強烈的活動。穿黃、臨黃斷層[(新鄉(xiāng)-商丘斷裂(F19)、黃河斷裂(F32)、聊城-蘭考斷裂(F15)、曹縣斷裂(F33)、巨野斷裂(F34) 及鄭州-開封斷裂(F35)]具有活動性,區(qū)內(nèi)的河道形態(tài)變化均與隱伏斷層活動性密切相關(guān)[31] ,并且沿主河道與次級河道均有多次強烈的地震發(fā)生[32-39] ??煽甲C的歷史時期黃河改道和已知的廢棄河道均產(chǎn)于隱伏大斷裂帶中。這些隱伏斷裂是河岸兩大構(gòu)造帶的次級斷裂,大多在第四紀以來有顯著的活動。
第四紀以來,受青藏高原NE 向擠壓的遠程效應(yīng)影響[13] ,華北平原的主應(yīng)力場表現(xiàn)為NNW-SSE 向伸展?fàn)顟B(tài),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)造帶圍限的華北平原在平面上呈不規(guī)則六邊形,最長的兩個長邊分別平行于太行山構(gòu)造帶和泰安-濟南構(gòu)造帶。黃河主河道沿南陽-蘭考-平陰-墾利隱伏斷裂(F4)分布,NE 向長線型支流部分平行于、部分重合于區(qū)內(nèi)NE 向隱伏斷裂。這些NE 向斷裂即青藏高原NE 向擠壓遠程效應(yīng)產(chǎn)生的張裂走滑構(gòu)造(見圖6,其中(b)(d)參考文獻[13]改編)。
周緣構(gòu)造帶對華北平原基底的構(gòu)造作用是控制黃河寬V 形河道形成與演化的主要因素。挽近時期青藏高原NE 向的擠入作用在本研究區(qū)產(chǎn)生了顯著的遠程效應(yīng)[13] ,最主要的表現(xiàn):一是太行山構(gòu)造帶、泰安-濟南構(gòu)造帶斷裂產(chǎn)生了強烈的近NE 向的走滑,在造山帶山前與平原邊緣形成了斷層帶、碎裂巖帶等弱構(gòu)造應(yīng)力帶,奠定了開谷成河的構(gòu)造基礎(chǔ)[40] ;二是在平原基底形成了一系列NE-NNE 向的隱伏斷裂,從而嚴格約束了黃河河道的產(chǎn)出位置與走向。
4 結(jié)論
黃河從三門峽至渤海灣入海口,流經(jīng)峽谷地貌和華北平原兩大地貌單元,前者位于三門峽—鄭州一帶,是南、北兩大NEE 向造山帶控制的山前拗陷帶;后者是鄭州—渤海灣河段所在的華北平原。黃河以第八大拐點蘭考為界,上、下段河道由NEE 向轉(zhuǎn)為NE 向,形成了寬V 形河道組合樣式。
三門峽—鄭州段黃河之北為太行山南段構(gòu)造帶,之南為秦嶺構(gòu)造帶,兩大NEE 向構(gòu)造帶的山前大斷裂均在第四紀以來發(fā)生了強烈的活動,河道嚴格受山前大斷裂控制,主要河段產(chǎn)于斷裂帶中。
華北平原是四大構(gòu)造帶圍限的平面上呈不規(guī)則六邊形的凹陷平原,六邊形的2 個最長邊分別平行于太行山構(gòu)造帶和泰安-濟南構(gòu)造帶?,F(xiàn)今的黃河主河道位于泰安-濟南構(gòu)造帶的山前大斷裂、南陽-蘭考-平陰-墾利隱伏斷裂(又稱黃河斷裂)中。衡水—天津四大NE 向長線型支流部分平行于、部分重合于區(qū)內(nèi)的NE 向隱伏斷裂帶中??煽甲C的歷史時期黃河改道和已知的廢棄河道均產(chǎn)于隱伏大斷裂帶中。這些隱伏斷裂是圍限華北平原的兩大構(gòu)造帶的次級斷裂,大多在第四紀以來有顯著的活動。
三門峽至渤海灣入海口黃河河道的延伸樣式主要表現(xiàn)為長線型延伸,其次為鋸齒狀擺動和短折線拐彎。黃河沿岸斷裂及華北平原區(qū)的隱伏斷裂,是造山帶形成與演化的主要產(chǎn)物,更是控制河道形成、演化、延伸、拐彎的主要因素。
黃河寬V 形河道的組合樣式,是斷裂構(gòu)造作用的結(jié)果,其形成與演化,既取決于華北平原周緣構(gòu)造帶的邊界形態(tài)及其相互作用,又是對青藏高原NE 向擠入作用的遠程響應(yīng)。
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【責(zé)任編輯 許立新】