Geomorphology:晚新近纪以来构造和气候变化控制下的黄河演化

黄河环绕鄂尔多斯地块直角弯形成和演化一直吸引着地貌学家和地质学家的关注(图1晋陕峡谷连接河套地堑和渭河地堑(图2。然而,由于有限的数据和不同的解释,两个地堑之间黄河整合的时间和过程以及深切晋陕峡谷的形成年龄仍存在3个主要观点:晚新近纪、早更新世和晚更新世。关于黄河上游的整合,也存在许多争议(图1)。过去认为早更新世或者晚更新世期间上游黄河最终形成,然而最近的研究表明上新世黄河已经存在。

湖泊和河流的共存并不矛盾现今,湖泊渭河地堑、运城地堑和河套地堑以及黄河源头与河流共存(图1而且在晚更新世,河套地堑中存在一个大湖。最高河流阶地通常被视为初始河流形成年龄的证据。然而,一些河流的分散冲积沉积物比其更新世阶地更高,可能更老。因此,更全面地调查河谷形态,包括阶地序列,以及河流沉积物的分布、沉积学特征、年龄和来源,对于限制河流的整合历史非常重要。详细的构造变形和气候演化历史调查,对于理解地貌格局的奠定、河流发育和整合同样不可或缺。

在本研究中,我们选择黄河上游作为主要研究区域(图2、图3。在调查了晋陕峡谷沿线的河流沉积物分布后,我们对峡谷北部河曲地区的第四纪阶地、宽阔的唐县谷和支流沉积物进行了地貌和沉积学调查建立了两个新发现的早更新世阶地的高分辨率磁性地层学,并对河流沉积物进行了碎屑锆石U-Pb定年(图4、图5);调查并整合了青藏高原东北部的盆地和鄂尔多斯地块周围地堑的沉积记录,以及基于多个研究点阶地序列的黄河下切变化。

基于这些观测,我们重建了黄河的演化历史,提出了新第三纪以来黄河的三阶段演化模型(图6)。晚中新世以前,中国北方继承了晚中生代以来东高西低的地形格局,太行山-吕梁山仍然很高,青藏高原东北部海拔很低,陇中盆地发育内流水系。从晚中新世到早上新世,受同期构造运动的控制,青藏高原东北部和鄂尔多斯地块及其周缘向现代地貌格局转变,黄河整合了从陇中盆地到下游的现有水系;晋陕峡谷沿线宽阔的唐县谷中保存的晚新近纪冲积物是吕梁山和鄂尔多斯地块的混合物质它们与第四纪黄河沉积物具有几乎相同的物源和锆石年龄谱(图4、图5)。自晚上新世以来,黄河经历了快速下切,中游受到持续隆升的青藏高原东北部和气候恶化的控制整合。唐县谷在中新世末至上新世之间发育,~8-3Ma,但由于上新世显著的气候变化被废弃。晚更新世之前黄河的下切和盆地的堆积稳定和缓慢晚更新世以来,受到强烈气候振荡和鄂尔多斯周缘地堑快速的构造下沉的影响,黄河加速下切。

我们的研究强调晚新生代青藏高原东北部和鄂尔多斯地块周缘的构造活动导致自中生代以来中国北方东高西低的地貌格局开始向现代地貌格局构建,从而驱动黄河向现今流域样式的整合,也强调晚新生代气候变化在黄河下切的重要控制作用(图1、图6

本项工作由诸多单位组成的团队合作完成,包括中国地震局地质研究所、中山大学、安庆师范大学、中科院地质与地球物理研究所、瑞士苏黎世联邦理工大学和北京大学。本项目受到第二次青藏科考项目(编号2019QZKK0704)和国家科学基金(编号41888101 41971002)的联合资助。

谨以此文缅怀地貌学家杨景春教授(1933926-2021325日)。

 

上述成果已在线发表于国际地貌学期刊GeomorphologyJianguo Xiong(熊建国), Yunming Liu(刘运明), Peizhen Zhang(张培震), Chenglong Deng(邓成龙), Vincenzo Picotti, Weitao Wang(王伟涛), Ke Zhang(张珂), Hao Liang(梁浩), Xudong Zhao(赵旭东), Yuezhi Zhong(钟岳志), Qingri Liu(刘晴日), Jinghao Lei(雷惊昊), Huan Kang(康欢), Zhikun Ren(任治坤), Huiping Zhang(张会平), Youli Li(李有利). Entrenchment of the Yellow River since the late Miocene under changing tectonics and climate. Geomorphology, 2022, 108428. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2022.108428.

论文更多信息,请查看链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169555X2200321X

 

1 黄河流域地貌和构造分布图

 

2 黄河中游地貌和晚新生代晋陕峡谷河流沉积分布

 

3 晋陕峡谷北部河曲地区黄河阶地横剖面图

 

4 河曲地区晚新生代河流沉积物碎屑锆石年龄、砾石岩性和古水流方向

 

5 晚新近纪以来的黄河沉积物为吕梁山和鄂尔多斯地块沉积物的混合

 

6 黄河三阶段演化模型