河南溹须河流域更新世地貌演变及机制分析

2014-09-19田奇丁邱士可刘彩玲

地域研究与开发 2014年3期

鲁鹏，田奇丁，邱士可，刘彩玲

(1.河南省科学院地理研究所，郑州 450052;2.河南省地质矿产勘查开发局测绘地理信息院，郑州 450006)

1 区域概况

溹须河系淮河三级支流，属贾鲁河——颍河流域。溹河发源于新密市袁庄乡龙泉寺，流经荥阳市崔庙镇竹园村石岭寨，流经三仙庙、丁店、楚楼、河王等地。须水河发源于荥阳市贾峪镇岵山东麓麻坑，流经楚村、饮马坑、吕庄、谷家寨和郑州市中原区刘沟，至须水镇大榆林村与溹河汇流。两河汇流后称溹须河，东流经师家河、铁炉寨、马寨跨东风渠向东至马庄，从邙山区花园口镇祥云寺东南入贾鲁河，河流全长23 km［1］。

溹须河流域位于嵩山东北麓，北以黄河——广武山为界，东至中牟，南至新密市北部，西为嵩山，大致包括荥阳市、郑州市全境及中牟县、上街区、新密市、新郑市、巩义市部分地区(图1)。溹须河流域总体地势西部高，东部低，气候属大陆性季风气候，年均温14℃，降水量640 mm［2］。

溹须河流域古代文化遗址分布众多，尤其是早期城址在这一区域密集分布。包括西山仰韶城址、大师姑二里头城址、郑州商城、小双桥商城、娘娘寨两周城址、京城故城、常庙故城、荥阳故城、小索城、大索城、祭伯城、东虢制城、汉王故城、霸王故城、虎牢关故城等，这一面积有限的区域竟然分布不同时期城址达20多座。溹须河流域早期聚落，尤其是古代城址分布众多，区域地貌类型及其演化特征复杂多样，历来是研究早期聚落分布与地貌演化相互关系的重点地区［3］。但是，早期研究以宏观时空尺度下的相关研究为主，地貌类型划分以较大的地貌单元为主，总体上不够细致，使得史前聚落分布与区域地貌的关系等后续研究难以进行。本研究以野外调查和相关文献研究为基础，利用GIS空间量算与分析等功能对溹须河流域地貌类型及其分布特征进行较为细致的探索与分析，并对现代地貌形成过程中构造与气候等因素的作用机制进行评述，目标是为区域史前聚落与地貌演化关系研究提供较高时空分辨率的基础资料，为后续研究提供一定的帮助与借鉴。

2 地貌格局与演化

2.1 地貌基本轮廓

我国地貌的一个显著特点，是自西向东呈现为三个巨大的地貌台阶，逐级急剧降低。溹须河流域处于第二级阶梯向第三级阶梯的过渡地带。大致以今京广铁路为界，以西广大的低山丘陵地带为第二级阶梯向第三阶梯过渡的边坡，以东的平原地区则为第三阶梯的组成部分。区域地貌条件甚为复杂，山地、丘陵、平原等均很发育。此外，比较特殊的黄土地貌及风沙地貌也相当典型，而且区域地貌的组合特点也较为明显。

山地主要为嵩山东段，位于区域西南部的新密、荥阳境内。山势普遍较低，海拔高度一般为400～800 m。其中大部分山地相对高度500～600 m，属深低山类型，部分山地相对高度250～450 m，属浅低山类型。

山地外围普遍分布丘陵，主要包括基岩丘陵与黄土丘陵两种类型。区域内流水切割强烈，冲沟普遍发育，形态破碎。绝大部分丘陵的高程在200～400 m，相对高度变化较大，即有相对高度100～300 m的高丘陵，也有相对高度为60～80 m的低丘陵。丘陵顶部大都平坦，土层较为瘠薄。

区域东部及北部部分地区为广阔坦荡的平原，属黄淮海大平原一部分，系黄河、淮河水系河流堆积而成。平原与丘陵的分界线约在120 m等高线上下，地势宽广坦荡。整个平原由洪积倾斜平原、洪积冲积平缓平原、冲积扇形平原、冲积低平缓平原等地貌类型组成。

溹须河流域西部及北部内沿黄河南岸的广武山地带，广泛分布黄土地貌。以黄土丘陵与黄土塬为主，黄土厚度从几米至近百米。黄土性状与发育过程与黄土高原类似。但一些区域黄土颗粒较大，沉积较厚。由于这些区域距离黄河较近，据分析与黄河细粒沉积物近源的风成堆积有关。

图1 溹须河流域及古城址分布示意图Fig.1 The location and ancient city distribution of the Suoxu River Basin

2.2 地貌类型及特征

根据野外调查、遥感解译、地形图分析以及相关文献研究，溹须河流域地貌形态按照其具体形态、形成过程与组成物质特征，可划分为构造低山、基岩丘陵、黄土地貌、堆积冲积平原与风成沙丘等地貌类型(图2)。

图2 溹须河流域地貌类型Fig.2 The geomorphic types of the Suoxu River Basin

区域内的构造低山系断块构造低山，位于西南部，为嵩山北部前缘。构造低山北部与侵蚀剥蚀丘陵相连。在新构造运动下，构造低山山体呈整体抬升，山体顶面平坦，山坡相对陡峭。区域内构造低山分布较少，面积仅为71 km2(图3，表1)，海拔高度一般为500～700 m，最高处为荥阳崔庙镇的马头山，峰顶海拔705 m。

图3 溹须河流域地貌类型统计Fig.3 The statistics graph of the geomorphic types in the Suoxu River Basin

基岩丘陵是以流水的侵蚀剥蚀作用为主导成因的一种地貌类型，区内主要分布在南部构造低山北麓山前地带。这种地貌类型相对海拔较低，高低起伏较小，延伸脉络不明显，没有峻峭的山峰。索须河流域基岩丘陵形态以丘状和陵状为主，丘、陵相互连绵，河流谷地在丘、陵之间纵横交错，展布杂乱，地貌单元非常破碎。尽管基岩丘陵的形成与新构造运动作用下的抬升关系密切，但具体形态特征则是区域流水作用侵蚀、剥蚀等的结果。区内这种地貌类型分布不多，面积约为199 km2。

区域黄土地貌可分为黄土塬与黄土丘陵两种类型。黄土塬主要分布在区域西南部。其中心地带地势平坦，边缘则倾斜明显。黄土地貌被区域的河流谷地切割作用明显，边坡非常陡峭。溹须河流域这一地貌类型分布较多，面积约457 km2。区内黄土丘陵主要为郑州以北黄河南岸的广武山，其呈东西向分布，长达18 km，高出黄河水面约100 m。广武山受河流沟谷切割的影响强烈，丘陵外围一般被冲沟破坏，切割强烈的区域形成孤立的丘状地形，深度达100 m多。冲沟呈树枝状分布，冲沟上游呈V字形，向下游逐渐变为U字形。区内这一地貌类型分布较多，面积约471 km2。

表1 溹须河流域地貌类型统计表Tab.1 The statistics table of the geomorphic types in the Suoxu River Basin

溹须河流域堆积冲积平原可分为洪积倾斜平原、洪积冲积缓倾斜平原、冲积河谷带状平原与冲积扇形平原。洪积倾斜平原是以季节性河流洪积作用为主导成因的一种平原地貌类型，这种类型的平原主要沿山前地带分布，地表由山地丘陵边缘向平原内部倾斜，倾斜度一般为2°～5°，组成岩性以洪积的亚粘土和粘土为主。由于地势较高，地面倾斜明显，流水的切割作用较为显著，不少地区呈现岗洼相间的波状起伏形态。区内洪积倾斜平原分布较少，面积仅约11 km2，主要分布于区域中南部。洪积冲积缓倾斜平原系流水的洪积与冲积联合作用形成的一种平原地貌类型。这种类型的平原介于洪积倾斜平原与冲积平原之间，具有二者之间的过渡特征。地面较为宽阔完整，倾斜和缓，流水切割微弱，组成岩性以黄土状亚粘土为主。洪积冲积缓倾斜平原在区内也分布较少，面积仅约74 km2，主要分布于区域东北部。冲积河谷带状平原主要分布于区域西北部伊洛河与黄河交汇区域，是由伊洛河冲积而成，主要为堆积阶地与河漫滩，地面宽阔平坦。区内这一地貌类型分布也较少，面积仅49 km2。溹须河流域东部，广泛分布冲积扇形平原。冲积扇形平原系黄河的冲积扇构成，今京广铁路以东的大部分地区均有这一地貌类型分布。该区自第三纪以来一直处于间歇式的强烈沉降状态，形成了巨厚的新生代堆积物。特别是晚更新世以来，黄河的冲积作用对黄河冲积扇的形成和发育具有决定性作用。由于晚更新世以来地壳的三次剧烈沉降与相对稳定，形成晚更新世、全新世早期及晚期三期冲积扇的掩覆沉积。这三次冲积扇一次比一次向前扩展，规模也一次比一次增大，所以晚期冲积扇构成了现代黄河大冲积扇的基本轮廓。索须河流域冲积扇形平原分布最多，面积达1 626 km2。

溹须河流域还分布有一种特殊的地貌类型，风成沙丘沙地，系黄河决口和改道所遗留的沙质物在风力作用下形成。东部郑州森林公园—中牟一带分布较多，以波状起伏的沙地为主，并有各种形态的沙丘。区内这一地貌类型分布较多，面积约为276 km2。

2.3 地貌演化过程

溹须河流域总体地貌框架在“燕山运动”时期形成，地形地势的高低起伏、山脉的脉络走向、水系格局的空间特征以及宏观地貌轮廓等深受燕山运动影响。其后的老第三纪，地壳运动相对稳定，山体不断被侵蚀削低，地势较低的区域则被逐渐堆积填高，地貌呈准平原形态，仅局部地形有所起伏。喜马拉雅运动第一幕后，区域山地普遍抬升，东部平原则相对下降，加之在流水作用下，区域的地貌特征与当前较为类似，地势高低差别较小［4］。

区域普遍缺失早更新世地层。根据周边地区相关研究推断［5］，早更新世区域地形高低起伏与山体海拔均较小。大约在第三纪末期与第四纪初期，喜马拉雅第二幕运动发生，溹须河流域西部山地明显抬升，地形的高低起伏逐渐变大［6］。但是，这些山地特征和现代山地地貌有所不同［7］。

至中更新世，初期在构造活动的影响下，溹须河流域西部山地地区再次剧烈抬升，而且抬升的幅度很大，从而导致地势较高的区域侵蚀、剥蚀作用增强，区域早更新世地层受此影响缺失。与此相反，山地之间的盆地、谷地以及山麓地带则以堆积沉积为主，大量碎屑堆积物在此堆积。东部平原地区仍以沉降作用为主，但沉降幅度普遍较小。至中更新世末期，山地在构造活动的影响下又一次明显抬升，地形起伏再一次增大。溹须河流域西部广武山区域广泛发育中更新世风成离石黄土，由多层土壤——古土壤序列构成(图4)，指示着中更新世时期气候冷暖干湿的多次变化和中更新世气候的明显波动［8］。

图4 索须河流域西部地貌发育过程示意图Fig.4 The schematic diagram of geomorphic evolution process in the western Suoxu River Basin

至晚更新世早期，溹须河流域西部山地地带又有明显抬升，山地范围变大，高差起伏增加，使得这些区域的侵蚀作用增强，大量碎屑砾石堆积物被侵蚀冲积到山间谷地堆积。中更新世形成的山前倾斜平原在构造运动和流水作用下被抬升、切割，逐渐成为垄岗、丘陵地貌。区域东部的平原区在这一时期仍缓慢下沉，并广泛接受河流沉积［9］。与前期相比，溹须河流域在晚更新世构造运动已不再剧烈，但强度不一的振荡运动时常发生，导致多级阶地在河流谷地内形成［10］。区域西部马兰黄土发育，广武山马兰黄土厚达数十米［11］，很多区域第一层埋藏土出露。

至全新世时，尽管构造运动仍时常发生，但总体上没有前期剧烈，溹须河流域西部山地、丘陵有所抬升，并达到当前高度，而且范围较晚更新世有明显的扩大。区域东部平原地带仍缓慢下沉，但幅度较小。全新世早中期，荥阳北部广泛发育湖沼相地层，厚度一般在2 m左右［12］。区域西南部广泛分布全新世风成黄土，周昆叔先生根据发育模式将其分为5层，并将其命名为周原黄土［13］。东部地区沉积物以冲积、淤积、洪积物为主［14］。现代地貌特征逐渐形成。

3 驱动机制分析

3.1 构造活动

溹须河流域第三纪以来的新构造运动对区域现代地貌的形成作用明显。在太行山隆起带的掀斜抬升和华北裂谷带的坳陷活动作用下，区域西部向东部海拔高度逐渐降低，并形成了山地、丘陵、平原的地貌反差。断裂构造在现代地貌特征形成中起着决定性的主导控制作用。区域大量不同方向的断裂在太行山断块式掀斜隆升的背景下形成，主要包括郑州—兰考断裂［15］，呈东西向展布，正断层，倾向南;乔楼—白沙断裂，为一条继承性断裂，呈东西向展布，正断层，倾向北;郑州—武陟断裂呈西北东南向，沿京广铁路线展布，正断层，倾向东北［16］。这些断裂一起控制着区域现代地貌特征的形成［17］。持续的差异升降运动使得区域地形的高低起伏差异性不断扩大，其为以流水为主的外营力朔造地貌提供了条件，差异性强烈的地形起伏进一步加强地表水的向下切蚀能力，西部山地、丘陵地带一系列深切河谷地貌、冲沟地貌在强烈的流水作用下逐步形成。

3.2 气候演变

更新世冰期与间冰期频繁交替，气候波动非常大［18］。根据相关研究，溹须河流域气候在更新世经历数次旋回［19］，区域气温升降变化明显，降水幅度变化很大。多变的气候特征有利于区域地表的快速侵蚀和堆积。溹须河流域现代气候特征具有降水的季节性和突发性，河流均具有明显的洪水期，洪水不仅对以山地、丘陵等为主的上游地区具有极强的冲蚀及破坏，从而形成陡峭深切的沟谷［6］，而且将大量粗粒碎屑物携带至下游堆积，对下游地貌特征的形成也产生重要影响。

3.3 驱动分析

尽管燕山运动塑造了溹须河流域的宏观地貌轮廓，但在构造运动、气候波动等内营力和外营力的共同作用下，区域地貌特征后期变化很大。新构造运动控制着区域西部的抬升与东部的沉降，对区域西高东低的宏观地势与地貌类型的分布特征起到重要的影响。更新世气候多次气温与降水的交替波动，对不同区域的地貌特征的形成通过侵蚀、剥蚀、堆积、淤积等形式产生影响。在构造运动、气候波动等因素的共同作用下，逐渐形成了溹须河流域现代地貌特征。

4 结论

溹须河流域地貌类型可在原有基础上进一步划分为构造低山、基岩丘陵、黄土塬、黄土丘陵、洪积倾斜平原、洪积冲积缓倾斜平原、冲积河谷带状平原、冲积扇形平原、风成沙丘沙地等类型。其中冲积扇平原为区域面积最大的地貌类型，所占比例超过区域总面积的一半以上。构造低山、洪积倾斜平原、冲积河谷带状平原面积较小，比例均不超过总面积的3%。

区域现代宏观地貌特征、地貌类型分布等与新构造运动和更新世强烈的气候波动关系密切。其中新构造运动决定了区域地貌的宏观框架，对于西高东低的地形特点以及由西向东山地、丘陵、平原的展布特征具有重要的控制作用。更新世气候波动决定着流水作用的强度与频率，对以河流地貌为主的溹须河流域现代地貌的形成具有重要的修塑作用，其通过侵蚀、剥蚀、堆积、淤积等各种形式影响着山地、丘陵地貌的和缓陡峭和平原地区的堆积类型。

尽管溹须河流域的宏观地貌框架形成于燕山运动时期，但在构造运动、气候波动等内营力、外营力共同作用下，区域当前的地貌特质逐渐构成，而且依然处于持续的演变当中。

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