樊航宇，张树栋，齐波，周长红，吴荣泽，牛文明

(天津市地质调查研究院，天津 300191)

0 引言

末次冰期以来的河道演变及沉积问题，一直是国内外研究的热点。国外关于古河道的研究集中于密西西比河、多塞河、莱茵河、尼罗河、拉克兰河等一些较大的河流[1-8]，研究手段主要包括钻探、物探和测年等。国内对埋藏古河道的研究也比较早。近年来，国内的古河道研究工作也取得了很大的进展，以末次盛冰期至早全新世古河道最为发育，发现地点较多，研究也较深入[9]，华北平原古河道[10-13]、长江三角洲古河道[14-19]、莱州湾南岸平原古河道[20-23]等研究成果最具代表性。

天津滨海新区关于全新世古河道的研究相对较晚，成果也相对较少。王福等[24]在论述影响天津滨海新区建设的地质环境问题时简要分析了埋藏古河道的影响；王强等追索研究了海河中游到临港工业区古河道，总结了天津平原古河道及下切河谷发育特征[25-27]；盖儒生[28]认为天津地区在第二陆相层及第三陆相层中有古河道的存在；周玉明等[29]研究了天津市区古河道的空间分布和成因；雷燕翔等[30]探讨了渤海湾中部晚更新世晚期以来的地层序列演化、古河道发育以及全新世三角洲在渤海湾的展布情况。对比国内外研究现状，关于天津滨海新区全新世时期陆域古河道的研究不够系统、也不够深入，缺乏可供城市工程建设参考的精细研究成果。

天津滨海新区位于海河水系入海口(图1)。在地质历史时期受滦河、海河、黄河等诸多水系的影响，同时也受海侵作用影响，造成该地区古河道广泛分布。古河道作为该地区第四纪地质结构的主要组成部分，是城市建设和城市规划必须考虑的重要地质因素。为此，本文基于天津市滨海新区大量钻孔资料，通过联合剖面分析和砂体厚度统计，依据第四纪测年资料及研究成果，划分了全新世时期古河道的发育期次，并对不同时期古河道的沉积特征、分布情况、演化规律等进行了系统研究。

1 研究方法

图1 滨海新区、典型钻孔及剖面位置图(钻孔BT113、NP3和SDZ09资料引自文献[29-30])Fig.1 Location map of typical geological boreholes and section in Binhai New Area

首先，收集整理滨海新区大量钻孔资料和研究成果，钻孔资料主要包括滨海新区地下空间开发利用评价项目施工的54个标准地质孔资料和收集的860余个工程地质孔数据，研究成果主要包括第四纪地质调查和古河道研究成果。在标准孔分析和研究成果总结基础上，建立滨海新区全新世年代地层框架，分析古河道沉积类型，划分古河道期次，以及确定各期古河道的形成年代。

然后，以标准地质孔地层划分结果为依据，按黄河、海河等古水系影响范围，参考前人年代学研究成果，分大港、塘沽和汉沽三个区域进行典型钻孔联合剖面分析；按就近原则，以标准孔为中心，分片区对收集的大量钻孔进行精细地层划分；对各沉积时期的砂体厚度进行统计分析，考虑到沉积相类型和各期砂体厚度变化范围，陆相地层以≥1 m等值线，海相地层以≥1.5 m等值线圈定的地带作为浅埋古河道带，代表各期或亚期河流沉积作用最长和流路摆荡最频繁地带。综合以上分析，总结全新世古河道的埋藏和沉积特征。

最后，将古河道沉积相分析与砂体展布分析结合，编绘各期古河道分布图，按蓟运河、海河和古黄河三个系统，总结古河道的分布特征和演化规律。

2 古河道的分期和时代

2.1 滨海新区全新世地层划分

根据钻孔资料和前人研究成果，按是否受海侵影响，滨海新区全新世地层自下而上划分为三个岩性段。一段，底板埋深15～24 m，岩性以冲积—沼泽相粉质黏土沉积为主，上部夹黄色粉土、粉细砂、深灰色黏性土；二段，底板埋深14～22 m，岩性以海洋三角洲相深灰色淤泥质黏土夹粉砂沉积为主，富含海相化石，下伏基底泥炭层可作为该套地层标志层；三段，底板埋深2～5 m，岩性以陆相新近沉积层为主，下部岩性以灰色粉质黏土为主，含光滑兰蛤碎贝壳，土层成分不均，局部粉粒含量较高，顶部多为人工填土。一段、三段陆相地层较薄；二段对应第Ⅰ海侵层，地层厚度较天津平原其它区域厚。

第二岩性段为中全新世温暖期沉积，时隔8375 a，该套地层时间跨度长，沉积厚度相对大，平均地层厚度达14 m。根据前人成果，全新世中期可进一步划分为3个亚期[31]。中早亚期为一大暖期，时间相当于9225 a BP—5875 a BP，滨海新区范围内底界埋深14.6～21.6 m，该亚期内含两个海进期和一个海退期；中中亚期为相对冷期，时间相当于5875 a BP—4370 a BP，底界埋深10.2～14.9 m，该亚期为海退期；中晚亚期为小暖期，时间相当于4370 a BP—850 a BP，底界埋深6.2～9.8 m，该亚期内含两个海进期和一个海退期。

2.2 古河道分期和时代

以滨海新区全新世地层划分为依据，结合取芯钻孔沉积相分析成果，将滨海新区全新世古河道自下而上划分为3期。Ⅰ期古河道为全新世早期形成的陆相曲流河河道带；Ⅱ期古河道为全新世中期海洋三角洲相分支河道及河口砂坝，其又进一步划分为3个亚期，Ⅱ-1亚期对应全新世中早亚期，Ⅱ-2亚期对应全新世中中亚期，Ⅱ-3亚期对应全新世中晚亚期；Ⅲ期古河道为全新世晚期形成的陆相曲流河河道带。各期古河道形成时代与地层时代相对应。该区内的古河道为浅埋古河道。

3 浅埋古河道埋藏和沉积特征

本次研究垂直于天津滨海地区古水系方向编绘了地层联合剖面三条：A—A′、B—B′和C—C′联合剖面，其位置分别位于滨海新区的大港、塘沽和汉沽三个区域(见图1)。

3.1 A—A′剖面(大港地区古河道)

沿太平镇—海滨街—临港展布的A—A′剖面显示，大港地区全新世时期古河道主要发育在大港东南部太平镇一带，独流减河附近仅在全新世晚期有古河道发育(图2)。

(1)全新世早期(Qh1)：渤海湾西岸具有南高北低的地貌特征[31]，大港地区古地形坡度自南西向北东降低，高程落差最大达5 m，古河道主要发育在东南部太平镇—海滨街一带，底界埋深19.0～20.2 m，厚度2.5～2.8 m，岩性以灰黄色、黄灰色粉砂为主，粒度向上变细，多为1个沉积旋回，属曲流河沉积，太平镇西南部BD30孔和BD29孔附近古河道砂体连续性相对较好。

(2)全新世中早亚期(Qh2-1)：古地形与全新世早期基本一致，剖面显示古河道基本不发育，沉积物以潮坪—潟湖相粉质黏土和粉土为主，与剖面上BD22孔相邻的BT113孔16.7 m处贝壳碎片14C年龄为7990～7760 cal BP[32]。

(3)全新世中中亚期(Qh2-2)：古地形坡度与中早亚期基本一致，古河道主要发育在太平镇西南部一带，底界埋深8.8～10.7 m，厚度1.6～2.5 m，岩性以灰色细砂、粉砂为主，粒度向上变细，含贝壳碎片，属海洋三角洲水下分支河道沉积，连续性好，与剖面上BD22孔相邻的BT113孔13.2 m处贝壳碎片14C年龄为5410～5150 cal BP[32]。

(4)全新世中晚亚期(Qh2-3)：古地形坡度趋于平缓，北东部略低，古河道主要发育在东南部太平镇—海滨街一带，底界埋深6.8～8.5 m，厚度2.1～4.1 m，岩性以灰色粉砂为主，粒度变化不明显，属海洋三角洲水下砂坝沉积，连续性好，与剖面上BD22孔相邻的BT113孔7.5 m处贝壳碎片14C年龄为2590～2240 cal BP[32]。

(5)全新世晚期(Qh3)：地势趋于平缓，古河道主要发育在太平镇东南部一带和独流减河附近，底界埋深3.9～4.9 m，厚度1.2～2.5 m，岩性以灰黄色细砂为主，粒度向上变细，属曲流河沉积，太平镇东南部一带古河道砂体连续性好，独流减河附近连续性较差，呈透镜状。

3.2 B—B′剖面(塘沽地区古河道)

位于塘沽区西部，由葛沽镇向北东，垂直海河—永定新河的B—B′剖面显示，塘沽地区在全新世时期的古河道主要发育在永定新河附近，海河南部在全新世中晚亚期发育古河道，连续性均较差，呈透镜状分布(图3)。

图2 A—A′剖面古河道分布图Fig.2 Distribution of paleo channels at section A-A′

图3 B—B′剖面古河道分布图Fig.3 Distribution of paleo channels at section B-B′

(1)全新世早期(Qh1)：古地形坡度起伏较小，海河与永定新河之间区域相对凸起，高程差最大约2 m，古河道主要发育在永定新河南岸北塘街东部，底界埋深18.8 m，厚度1.5 m，岩性以黄灰色、青灰色粉砂为主，夹黏土，垂向上呈透镜状，属曲流河决口沉积。

(2)全新世中早亚期(Qh2-1)：在永定新河南岸继承全新世早期发育古河道，古地形与早期一致，底界埋深15.9 m，厚度1.9 m，岩性以灰色粉砂为主，含贝壳碎片及碳质，属海洋三角洲水下分支河道沉积，与BD18孔相邻的SDZ09孔15.3 m处贝壳碎片14C年龄为8610±35 cal BP[33]。

图4 C—C′剖面古河道分布图Fig.4 Distribution of paleo channels at section C-C′

(3)全新世中中亚期(Qh2-2)：古地形整体呈南低北高，永定新河附近较为低洼，剖面上未显示发育有古河道，沉积物岩性大部分为粉质黏土。

(4)全新世中晚亚期(Qh2-3)：古地形趋于平缓，军粮城东部略为凸起，古河道主要发育在永定新河沿岸和葛沽南部，底界埋深7.1～9.6 m，厚度1.9～2.0 m，岩性以灰色粉砂为主，含大量云母，属海洋三角洲水下分支河道沉积。

(5)全新世晚期(Qh3)：地势平缓，古河道主要发育在永定新河南岸，底界埋深4.2 m，厚度1.8 m，岩性以黄灰色粉砂为主，粒度向上变细，垂向上呈透镜状，属曲流河沉积。

3.3 C—C′剖面(汉沽地区古河道)

沿北塘北西—汉沽街南东—汉沽盐场一线穿越的C—C′剖面显示，汉沽地区全新世时期古河道主要发育在蓟运河沿岸，垂向上连续性均较差，呈透镜状(图4)。

(1)全新世早期(Qh1)：由永定新河到汉沽盐场，古地形坡度自南西向北东逐渐降低，高程落差最大1.5 m，汉沽盐场向北逐渐升高。古河道主要发育在汉沽盐场附近，规模较小，底界埋深23.9 m，厚度0.75 m，岩性为黄褐色粉砂，含黏土质，属曲流河决口沉积；

(2)全新世中早亚期(Qh2-1)：古地形与全新世早期基本一致，古河道主要发育在蓟运河沿岸和汉沽盐场北部，连续性较差，底界埋深16.8～20.6 m，厚度1.8～1.9 m，岩性以灰色粉砂为主，粒度向上变细，含贝壳碎片，属海洋三角洲水下分支河道沉积。与剖面上BZ03孔相邻的NP3孔17.8 m处木炭14C年龄为7823～7711 cal BP[32]；

(3)全新世中中亚期(Qh2-2)：古地形坡度趋于平缓，汉沽盐场向北升高。古河道主要发育在蓟运河沿岸，底界埋深12.4 m，厚度2.8 m，岩性以灰色粉砂为主，含贝壳碎片，粒度变化不明显，呈透镜状，属海洋三角洲水下砂坝沉积，与BZ03孔相邻的NP3孔9.3 m处壳体14C年龄为5060～4850 cal BP[32]；

图5 滨海新区全新世古河道分布图Fig.5 Map showing distribution of paleo channels in Binhai New Area

(4)全新世中晚亚期(Qh2-3)：古地形坡度变化不大，整体南低北高。古河道主要发育在蓟运河东岸和永定新河南岸，底界埋深8.2～10.0 m，厚度0.9～2.8 m。蓟运河东岸岩性以灰色粉砂为主，粒度变化不明显，属海洋三角洲水下砂坝沉积，永定新河南岸岩性以灰色粉砂为主，粒度向上变细，属海洋三角洲水下分支河道沉积。与BZ03孔相邻的NP3孔9.3 m处壳体14C年龄4543～4228 cal BP[32]；

(5)全新世晚期(Qh3)：汉沽地区古地形坡度自南西向北东逐渐升高，古河道不发育，沉积物岩性以粉质黏土和黏土为主，属泛滥平原及湖相沉积。

4 浅埋古河道分布和演化规律

根据垂向上浅埋古河道埋藏和沉积特征分析结果，结合平面上砂体厚度统计，编绘了各期古河道分布图(图5)。研究结果表明，天津滨海地区浅埋古河道的空间展布与古水系的影响范围相一致，分为古黄河、海河、蓟运河三个系统。其中，黄河古河道带指滨海新区南部古黄河入海影响区域；海河古河道带指古海河干流及古潮白河入海支流影响范围；蓟运河古河道带主要为汉沽地区全新世时期入海支流。不同时期的古河道又展现出不一样的分布形态，全新世早期和晚期陆相沉积时期的古河道形态多为垂直古海岸线条带状和分枝状，全新世中期海侵时期的古河道形态多为指状、放射状及平行古海岸线条带状。

4.1 黄河古河道带

晚更新世晚期至全新世早期，古黄河均流经渤海湾，在渤海湾地层中留存有广泛分布且相对较厚的河道相沉积[27]。本次工作根据全新世各期古河道分布特征，将独流减河沿岸及以南区域划为黄河古河道影响区。

Ⅰ期黄河古河道主要发育两支。一支在中塘—海滨街—古林街一线摆动，在大港开发区和独流减河入海处发育分支，整体呈树枝状，古河道底板埋深由北西向南东逐渐变深，河道带宽度1.0～6.5 km，砂体累积厚度1～3 m，最厚处位于中塘镇东，古林街及入海口附近较厚；另一支在太平镇南部由西向东条带状展布，古河道底板埋深由西向东逐渐变深，河道带宽度1.5～4.3 km，砂体累积厚度1～3 m。该期古河道为曲流河河床、河漫滩及决口扇沉积。

Ⅱ-1亚期黄河古河道主要发育一支，与现代独流减河位置相当，垂直古海岸线呈条带状展布，上游发育小的分支，古河道底板埋深自西向东变深，河道带宽度0.4～3.1 km，砂体累积厚度1～3 m，下游入海段砂体厚度相对大。该期古河道上游为海洋三角洲水下分支河道沉积，下游为分支河口砂坝沉积。

Ⅱ-2亚期黄河古河道受海退作用影响，向南东迁移，自小王庄向太平镇东南入海，古河道形态为弯曲条带状，上游呈扇状，古河道底板埋深变化不大，河道带宽度0.9～4.5 km，砂体累积厚度1～3 m。该期古河道为海洋三角洲分支河道沉积。

Ⅱ-3亚期黄河古河道呈扇面状、放射状发育，主要分布在北大港水库东南，范围较广，古河道底板埋深自西向东变深，河道带宽度1.3～8.9 km，砂体累积厚度1.5～5 m。上游为海洋三角洲水下分支河道，砂体厚度多在1.5～4 m；下游沉积物粒度变细，厚度增大，砂体厚度2～5 m，太平街东南部和古林街北部古河道呈放射状展布，属分支河口砂坝沉积，砂坝宽度0.8～4.5 km，滨海街附近发育侧砂嘴。

Ⅲ期黄河古河道为滨海新区全新世晚期主要古河道，规模相对较大，河道带摆动范围呈树枝状、指状。古河道底板埋深整体自西向东和东南变深，河道带宽度2.2～8.9 km，砂体累积厚度1～2 m。该期古河道为曲流河河床、河漫滩及决口扇沉积。

4.2 海河古河道带

滨海新区全新世浅埋古河道的分布受古地形控制明显。底界埋深等值线分布显示，在全新世时期，永定新河与海河之间、军粮城到北塘一带的古地貌为一凸起的丘陵，且这一地貌特征在全新世时期具有良好的继承性。全新世时期的海河古河道受该地形地貌影响，主要发育南北两个分支。

Ⅰ期海河古河道发育2支。一支位于现代海河南部，流向与海河基本一致，整体呈弯曲带状，在新城镇和大沽南部发育决口扇，分两支流入海。古河道底板埋深自西向东逐渐变深，河道带宽度0.5～2.4 km，砂体累积厚度1～3 m，上游和决口处相对较厚；另一支在现代永定新河南岸条带状展布，发育决口扇，古河道底板埋深由西向东变深，河道带宽度在0.6～3.3 km，决口处宽度达8 km，砂体累积厚度1～3 m。该期古河道为曲流河河床、河漫滩及决口扇沉积。

Ⅱ-1亚期海河古河道继承Ⅰ期发育，南支向北迁移，与现代海河一致，规模变小，向陆一侧退缩，入海处发育分支河口砂坝，古河道底板埋深自西向东南变深，河道带宽度0.8～3.7 km，砂体累积厚度1～4 m；北支古河道规模与展布与Ⅰ期基本一致，沉积体向陆退积，砂体累积厚度1～4 m，入海段砂体厚度相对大。该期古河道上游为海洋三角洲水下分支河道沉积，下游为分支河口砂坝沉积。

Ⅱ-2亚期海河古河道继承Ⅱ-1亚期发育，北支古河道规模有所减小。古河道底板埋深自西向东和东南逐渐变深，河道带宽度1.1～2.8 km，砂体累积厚度1～3 m。该期古河道为海洋三角洲分支河道沉积。

Ⅱ-3亚期海河古河道规模明显变小，北支退缩到北塘水库一带，南支向南迁移到中塘东部，形态均呈指状，两支流末端均发育平行古海岸线的沿岸砂坝。古河道底板埋深自西向东和东南变深，河道带宽度0.6～4.5 km，砂体累积厚度1～4 m，支流上游和沿岸砂坝砂体厚度相对大。该期古河道上游为海洋三角洲水下分支河道沉积，下游为沿岸砂坝沉积。

Ⅲ期海河古河道仅在永定新河南部发育，规模明显变小，河道带摆动范围呈条带状，流向自北向南、向西。古河道底板埋深变化不大，河道带宽度1.5～3.9 km，砂体累积厚度在1 m左右。该期古河道为曲流河河床及决口沉积。

4.3 蓟运河古河道带

蓟运河为海河水系北部支流，全新世时期对滨海新区影响规模相对较小。

Ⅰ期蓟运河古河道发育两支。一支位于现代蓟运河西岸，流向与蓟运河基本一致，弯曲带状分布，古河道底板埋深自北西向南东变深，河道带宽度0.6～3.3 km，砂体累积厚度小于1 m；另一支自杨家泊向南分两支流入海，古河道底板埋深由北向南变深，河道带宽度0.4～2.3 km，砂体累积厚度小于1 m。该期古河道为曲流河河床、河漫滩沉积。

Ⅱ-1亚期蓟运河古河道分两支发育。一支与现代蓟运河基本一致，向海一侧延伸，弯曲状分布，古河道底板埋深自北向南及南东变深，在蛏头沽附近入海，河道带宽度0.7～3.3 km，砂体累积厚度1～3 m；北支古河道退缩到杨家泊东北部，规模小，河道带宽度3.5 km左右，砂体累积厚度1～3 m。该期古河道为海洋三角洲水下分支河道沉积。

Ⅱ-2亚期蓟运河古河道继承Ⅱ-1亚期发育，北支向东迁移到新立村一带，规模小，指状分布，河道带宽度2.1～2.8 km，砂体累积厚度1～4 m；南支分支河道向陆一侧退缩，指状分布，分支河道带宽度0.8～2.6 km，砂体累积厚度1 m左右，向海一侧堆积规模相对大的沿岸砂坝，宽度3～8 km，砂体累积厚度近5 m。该期古河道为海洋三角洲水下分支河道及分支河口砂坝沉积。

Ⅱ-3亚期蓟运河古河道规模明显变小，分支河道仅发育在蓟运河东岸汉沽东北部，分支河道宽度2.8 km左右，砂体累积厚度1～3 m。在汉沽盐场、中心渔港、中新生态城等地发育平行古海岸线的沿岸砂坝，砂坝宽度1.8～3.7 km，砂体累积厚度1～5 m，汉沽盐场附近砂坝砂体厚度相对大。该期古河道上游为海洋三角洲水下分支河道沉积，下游为沿岸砂坝沉积。

Ⅲ期蓟运河古河道在滨海新区不发育。

5 结论与讨论

(1)滨海新区全新世古河道自下而上划分为3期，Ⅱ期古河道进一步划分为3个亚期。各期古河道形成时代与地层时代相对应，Ⅰ期古河道为全新世早期陆相曲流河河道带；Ⅱ期古河道为全新世中期海洋三角洲分支河道及河口砂坝，其3个亚期分别与全新世中早亚期、中中亚期、中晚亚期相对应，受多条陆相水系和多次海进海退影响；Ⅲ期古河道为全新世早期陆相曲流河河道带。

(2)滨海新区Ⅰ期古河道底界埋深18～24 m，河道带宽度0.5～6.5 km，厚度0.5～3 m，南部厚，北部及西部相对薄；Ⅱ-1亚期古河道底界埋深16～21 m，河道带宽度0.4～3.7 km，厚度1～2 m；Ⅱ-2亚期古河道底界埋深8～13 m，河道带宽度0.9～8.0 km，厚度1.5～3 m；Ⅱ-3亚期古河道底界埋深6～10 m，河道带宽度0.6～8.9 km，厚度变化大，为0.5～5 m，厚度相对大的区域主要为河口砂坝沉积区；Ⅲ期古河道底界埋深3～5 m，河道带宽度1.5～8.9 km，厚度1～2 m。各期古河道底界埋深受古地形控制，整体呈南北高而中部低、西部高而东部低的特征。

(3)滨海新区埋深25 m内的浅埋古河道自南向北分为古黄河、海河和蓟运河三个系统，古河道的形成明显受海平面变化和气候变化的影响。全新世早期，3条古水系均影响到本区；全新世中期中早亚期主要受海河水系和蓟运河水系影响，经历了两次海进和一次海退，海滨街—大沽—北塘一线以西的古河道类型为海洋三角洲水下分支河道，以东为分支河口砂坝；中中亚期主要受海河水系和古黄河水系影响，经历了一次海退，古河道类型主要为海洋三角洲分支河道；中晚亚期主要受古黄河水系影响，经历了两次海进和一次海退，太平镇—海滨街—北塘—汉沽一线以西的古河道类型为海洋三角洲水下分支河道，以东南部为分支河口砂坝和砂嘴，北部为沿岸砂坝；全新世晚期，主要受古黄河水系影响。