THE DISTRIBUTION AND PERIOD DIVISION OF HOLOCENE PALAEO CHANNELS OF THE YELLOW RIVER IN HETAO AREA
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摘要: 黄河古河道的分布及其年代学框架的建立对于探讨黄河迁移规律、重建古气候演化历史具有重要意义。通过Landsat8遥感影像解译、1：5万野外地质地貌调查、钻孔资料分析，结合剖面实测基本判定了色尔腾山以南至现代黄河以北河套平原区黄河埋藏古河道的分布，，采用OSL与14C测年较精确地确定了黄河古河道的年代。依据年代学研究结果，将全新世黄河古河道划分为三期：Ⅰ期古河道，分南北两支，南支分布在复兴镇西北部，埋深2~6 m，北支分布于呼勒斯太中南部，埋深8.2~9 m，时代为9.93~7.4 kaB.P.；Ⅱ期古河道，河道主体分布在色尔腾山山前，呈北西-南东向，埋藏于现今乌加河古河道下部4~11m处，南北最宽处约1.5km。塔尔湖区存在同一期的古河道，埋深7~9 m，以东西向展布为主，时代为7.4~4.1 kaB.P.；Ⅲ期古河道，呼勒斯太中部、塔尔湖中南部及复兴南部都曾发育，但河道主体为塔尔湖区的古河道，埋深2~9 m，时代为4.1~1.2 kaB.P.。黄河古河道分布及时代确定有助于更深入地研究黄河在河套段演化历史，为河套地区的水利建设和农业生产提供参考和借鉴。Abstract: The distribution of palaeo channels of the Yellow River and the establishment of Chronological framework are of great significance to explore the rule of the Yellow River migration and reconstruct the history of palaeoclimate. Based on the Remote Sensing Image solution translation of Landsat 8 and the analysis of 1:50000 field geological and geomorphical survey and the drill data, combined with the measured profile, it is basically determined that there is the distribution of palaeo channels buried under the Modern Yellow River in Hetao Plain from the south of Seertang mountains to the north of modern Yellow River.In the meantime, using OSL and 14C dating, the age of the palaeo channels of the Yellow River are accurately determined.According to the results of chronology research, the palaeo channels of the Yellow River in Holocene are divided into three phases:Phase I, the palaeo channels were formed by north branch which spread in the northwest of Fuxing Town with the burial depth of 2~6 m and south branch which spread in the south central of Hulesitai with the burial depth of 8.2~9 m, and the age is 9.93~7.4 kaB.P; Phase Ⅱ, the principle parts of the palaeo channels mainly spread in front of the Seertang mountains, with the direction of NW-SE, buried at 4~11 m of the bottom of the palaeo channels of the Ugab River with the widest part of 1.5 km in NS direction. There were palaeo channels of the same phase in Taal Lake Areawith the burial depth of 7~9 m and its age is 7.4~4.1 ka B.P; Phase Ⅲ, the palaeo channels in the central Hulesitai, the south central of Taal Lake and the south of Fuxing once all developed, but the main bodies were the palaeo channels in Taal Lake Area, with the burial depth of 2~9 m, and the age is 4.1~1.2 ka B.P. The identification of distribution and ages of the palaeo channels of the Yellow River helps to study the evolution history of the Yellow River in Hetao Area and provides reference for water conservancy construction and agricultural production in Hetao Area.
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Key words:
- Hetao Area /
- palaeo channel of the Yellow River /
- OSL dating /
- 14C dating /
- Holocene (Qh)
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0. 引言
河套平原为人类居住主要区域, 农业文明发达, 探究黄河古河道分布对农业水渠灌溉、地下水利用及人类的生存与发展有着重大影响。黄河从宁蒙窄谷进入平坦开阔的河套平原, 地貌上的重大转折让河流能量得以突然释放, 使得河套平原成为河流变迁改道最为频繁的场所[1]。河道频繁迁移留下了众多地表古河道痕迹(古河道洼地、古河道高地及泛滥平原与决口扇、牛轭湖等微地貌), 而在广阔的河套平原之下同样存在着交错、重迭、覆盖等复杂形态的众多黄河埋藏古河道[2], 由于古河道是富集和储存地下水的天然空间, 可开发其地下水资源, 使古河道成为天然的"地下水库", 更好地服务本区的农业生产[3]。研究河套地区古河道为水渠修建、农业生产及黄河调汛防洪工程项目提供基础资料[4]。
前人对河套地区地质与地貌情况进行大量研究的同时, 对黄河古河道发育演化历史的探讨也在不断深入, 在现代黄河南部至库布齐沙漠北缘间隐匿的牛轭湖, 则被认为是古黄河向北摆移后在旧河床上形成的断头湖, 被判定是黄河古河道存在的遗迹[5~8]。河套地区以往的古河道研究资料大部分为零散的专题类文章, 如对古黄河迁移改道史料相关记载进行分析探究, 古河道成因机制的简单分析等[7~9]。对于古河道展布范围也存在较大争议, 尤其是全新世以来的黄河古河道分期研究甚为缺乏, 但实际此时在现代黄河南部钻孔资料显示全新世以来一直存在一期古河道砂砾石层沉积[10], 且研究时段仅为2000年以来的后套地区黄河河道演变, 对于全新世黄河河道如何演化研究则为空白。同时, 河套平原古河道多为埋藏古河道, 目前暂无有效的年代约束, 对于平原古河道不同时期埋藏深度、分布范围、期次划分等问题需都需更多地从沉积学及年代学方面着手研究。针对上述研究存在的问题, 本文着重探讨色尔腾山以南至现代黄河以北的河套平原区埋藏古河道分布, 尤其对呼勒斯太苏木—塔尔湖—复兴镇—吉日嘎朗图之间的地面古河道及埋藏古河道进行遥感解译, 并进行沉积学及年代学研究, 从而厘定了黄河古河道期次及其分布范围、特征。
1. 地质地貌背景
河套盆地位于内蒙古自治区中部, 北部为阴山断块, 由大青山、乌拉山、狼山-色尔腾山组成, 海拔高程1 500~2 300 m; 中间为河套断陷盆地, 平原海拔1 000 m左右, 地势由西向东微倾; 南邻鄂尔多斯高原, 海拔1 200~1 600 m, 分界线分别为阴山山前断裂和鄂尔多斯北缘断裂。西南与贺兰山, 桌子山及巴彦浩特盆地毗邻, 东部为土默特平原, 西部为乌兰布和沙漠。东西长600 km, 南北宽30~90 km, 面积4×104 km2, 黄河在此先沿着贺兰山向北流, 再由于阴山阻挡向东, 后沿着吕梁山向南, 形成"几"字马蹄形的大弯曲, 并在断陷盆地冲积形成了广阔的河套平原(见图 1), 东西沿黄河延展, 第四纪沉积层厚达千米以上。山前为洪积平原, 面积占平原总面积的1/4, 其余为黄河冲积平原。地表极平坦, 除山前洪积平原地带坡度较大外, 坡降大多为1/4 000~1/8 000[1], 同时, 色尔腾山山前存在的活动断裂及平原地区分布的隐伏断裂, 这些都为古河道发育提供了有利的地貌位置与构造条件[11]。此外, 本区由北向南跨越了色尔腾山山前台地、中部河套平原及南部库布齐沙漠三大地貌类型, 地貌与构造特殊对研究本区古河道发育规律至关重要。
2. 研究方法
通过野外实地勘察、钻取岩芯手段收集河套地区全新世地层、钻孔资料, 并从岩石地层学、年代学、历史地理学对河套黄河古河道展开深入研究。先以Landsat8遥感影像解译为先导, 对地表古河道进行解译。野外调查过程中, 在路线地质调查方面主要以地表观察及浅钻地表揭露, 并进行剖面分层及描述, 观察沉积物的岩性及岩性组合变化, 采用逐步逼近原则来控制不同期次的河床相界限。本次采用荷兰进口1~5 m以浅槽型钻设备, 共获取了230个钻孔数据, 基本确定了埋藏古河道位置。对于重点观察地段, 加深钻深度, 深部观察岩芯变化。此次采用瑞典生产的15 m以浅冲击钻钻取6孔岩芯, 并着重于观察埋藏较深的古河道砂层的沉积特征(见图 2), 在钻孔中典型层位取河流相沉积物样品进行年代测试(以光释光测年为主), 以期对不同时代的古河道年龄进行精确厘定。
应用年代学方法约束古河道时代, 成为近年来古河道研究的重要手段。对于5ka以来年代样品, 14C测年法准确可靠, 但在缺乏14C测年物质的区域, 光释光测年更为适用[12]。本研究中古河道样品年代主要侧重于光释光(OSL)测年, 部分则以14C测年作为补充手段, 从而全面研究全新世古河道, 并对其进行精确地年代控制。因此, 在典型的古河床砂层的顶底共取粉砂光释光样品12个、呼勒斯太古河床砂顶底黑色有机粘土含量较高层位14C样品3个, 为划分古河道期次提供有利的数据支撑。
本研究主要侧重于光释光(OSL)和14C测年手段, 为了更加全面研究全新世古河道, 需要精确的年代控制, 对于5 ka以来年代样品, 14C测年法更准确适用。同时在呼勒斯太钻孔岩芯中钻取中出现了有机碳很高的样品, 采用14C测年效果更佳。近年来光释光(OSL)测年技术无论是在仪器还是在技术方面都取得了长足的进展, 使得该方法越来越广泛地应用在缺乏14C测年物质的第四纪沉积年代学上[12], 光释光(OSL)测年法也成为本次研究主要测年手段。因此, 在典型的古河床砂层的顶底共取粉砂光释光样品12个、呼勒斯太古河床砂顶底的高含量黑色有机粘土层14C样品3个, 为划分古河道期次提供有利的数据支撑。
此外, 通过结合历史地理资料, 针对前人对水系变迁研究编制的河流历史时期水系变迁图, 将其与钻探法揭露确定的古河道分布位置与规模作纵向对比、验证, 从而得到更加准确的古河道分布位置。
3. 结果
3.1 地面古河道解译结果
河套平原之上的黄河古河道纵横交错, 加之不同时期的古河道沉积层层迭累, 构成极复杂的古河道沉积体系[2]。地面古河道即河流改道后遗留下来, 且在地面上仍有遗迹出露的河道。本区地面古河道多为南西—北东向展布, 宽度在0.3~5 km之间, 包括地表残留的古河道遗迹, 如乌加河古河道及其残留的牛轭湖, 其类型为古河床洼地, 而在塔尔湖区古河道存在众多的古河床高地[13], 并在后期风蚀及风积作用下, 成为风成沙丘。
对地面古河道进行解译过程中(见图 3)。采取2013年LandSat8遥感影像, 其中深色和浅色的橙、绿色是陆地, 深、浅蓝色是水体。地面古河道主要以老乌加河为主体, 分布在色尔腾山前8~12 km的冲积平原之上, 受北部冲积扇扇缘挤压影响, 整体流向呈北西─南东展布, 古河道形态曲折, 左右摇摆, 在平原区残留下众多明显的牛轭湖。古河道与人类现代灌溉水渠又相互交叉, 最终形成河套平原纵横交错的水网系统。由于河套平原长期的沉陷和沉积条件, 随着岁月的流逝和陆地沉降, 地表古河道往往转变为埋藏古河道[2]。
3.2 浅埋古河道的年代结果
本次钻孔岩芯的采取运用15 m冲击钻设备, 待岩芯套管取出后, 迅速放置阴暗处观察, 在判断为河床相砂层时, 用取样铲在其顶底部位分别避光取样, 取样岩性主要为粉砂、细砂, 所取样品用黑色遮光袋包裹存放。最终选择钻孔HL-4A、TEH-2A、FX-3A、FX-5A中的样品, 送中国地震局地质研究所光释光实验室进行OSL测年。
根据Stokes定理, 分离出样品中4~11 μm的细颗粒混合矿物, 并提取纯的细颗粒石英样品以供测量使用。由于CJZ-FX-5A-12B号样品在提取了4~11 μm粒组后在90~125 μm粗颗粒石英样品缺少, 因此, 本次对原始编号为"CJZ-FX-5A-12B"提取4~11 μm细颗粒石英, 其他均提取的是90~125 μm粗颗粒石英, 在本次样品中提取了4~11μm细颗粒石英颗粒, 采用简单多片再生法(Simple Multiple Aliquot-Regenerative Dose, 即SMAR)[14~15]进行等效剂量(De)的测试。测年结果详见表 1。
表 1 光释光年龄结果表Table 1. The age of light release原始编号 埋藏深度(cm) 含水率(%) U(ppm) Th(ppm) K(%) 剂量率(Gy/ka) 等效剂量(Gy) 年龄(ka) CJZ-HL-4A-12A 480~490 23±5 2.35±0.02 10.36±0.10 1.58±0.04 2.48±0.08 7.34±0.91 2.96±0.38 CJZ-HL-4A 877~900 21±5 1.08±0.01 5.54±0.03 1.56±0.02 1.94±0.07 15.62±1.12 8.05±0.65 CJZ-TEH-2A-9A 435~440 24±5 1.64±0.02 8.09±0.04 1.50±0.01 2.13±0.07 3.65±0.08 1.71±0.07 CJZ-TEH-2A 860~880 19±5 1.13±0.02 5.37±0.03 1.45±0.05 1.88±0.07 4.89±0.14 2.59±0.12 CJZ-FX-5A-12B 400~410 21±5 1.55±0.03 7.85±0.05 1.65±0.01 2.67±0.14 26.38±1.28 9.89±0.70 CJZ-FX-5A 560~568 20±5 1.16±0.01 5.94±0.05 1.54±0.01 2.00±0.08 19.88±1.46 9.93±0.82 此外, 14C年代测定是利用同位素14C的放射性衰变原理来确定年代, 本次分别在呼勒斯太钻孔CJZ-HL-2B的第一段旋回顶底各取灰黑色粘土样品两个, 经美国BETA实验室测定, 所测年龄中传统的放射性碳年龄已经过同位素分馏效应修正, 并结合了校准日历年。最终年代数据结果见表 2:
表 2 14C年龄结果表Table 2. 14C ages原始编号 埋藏深度(cm) 年龄(ka) 备注 CJZ-HL-2B-21 770~775 4.260±30 CJZ-HL-2B-25 988~1000 4.640±30 4. 讨论
4.1 浅埋古河道分布特征
4.2 古河道的期次划分
4.2.1 Ⅰ期古河道(9.93~7.4 ka B.P.)
4.2.2 Ⅱ期古河道(7.4~4.1 ka B.P.)
4.2.3 Ⅲ期古河道(4.1 ka~1.2 kaB.P.)
5. 总结
致谢: -
图 4 全新世浅埋古河道联合剖面图
Figure 4. Joint profile of the shallow buried palaeochannel in the Holocene
表 1 光释光年龄结果表
Table 1. The age of light release
原始编号 埋藏深度(cm) 含水率(%) U(ppm) Th(ppm) K(%) 剂量率(Gy/ka) 等效剂量(Gy) 年龄(ka) CJZ-HL-4A-12A 480~490 23±5 2.35±0.02 10.36±0.10 1.58±0.04 2.48±0.08 7.34±0.91 2.96±0.38 CJZ-HL-4A 877~900 21±5 1.08±0.01 5.54±0.03 1.56±0.02 1.94±0.07 15.62±1.12 8.05±0.65 CJZ-TEH-2A-9A 435~440 24±5 1.64±0.02 8.09±0.04 1.50±0.01 2.13±0.07 3.65±0.08 1.71±0.07 CJZ-TEH-2A 860~880 19±5 1.13±0.02 5.37±0.03 1.45±0.05 1.88±0.07 4.89±0.14 2.59±0.12 CJZ-FX-5A-12B 400~410 21±5 1.55±0.03 7.85±0.05 1.65±0.01 2.67±0.14 26.38±1.28 9.89±0.70 CJZ-FX-5A 560~568 20±5 1.16±0.01 5.94±0.05 1.54±0.01 2.00±0.08 19.88±1.46 9.93±0.82 
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表 2 14C年龄结果表
Table 2. 14C ages
原始编号 埋藏深度(cm) 年龄(ka) 备注 CJZ-HL-2B-21 770~775 4.260±30 CJZ-HL-2B-25 988~1000 4.640±30
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