太原盆地第四紀地質研究進展

王利康，楊振京，畢志偉，楊慶華，付曉芬,2

(1. 中國地質科學院 水文地質環境地質研究所，河北 石家莊 050061；2. 成都理工大學，四川 成都 610059)

太原盆地第四紀地質研究進展

王利康1，楊振京1，畢志偉1，楊慶華1，付曉芬1,2

(1. 中國地質科學院 水文地質環境地質研究所，河北 石家莊 050061；2. 成都理工大學，四川 成都 610059)

太原盆地第四紀以來沉積了巨厚的河湖相地層，邊緣區中更新世以來在湖相地層上部覆蓋了數十米厚的黃土，是研究第四紀地層和氣候環境演化的良好載體。通過搜集前人第四紀地質相關資料，對前人成果從湖相地層、古湖泊變遷、新構造運動與地貌演化3個方面加以總結，確定下一步研究方向。

湖相地層；古湖泊變遷；新構造運動；地貌演化

湖相沉積物記錄的所在區域環境演化信息是可靠且連續性的[1]，是研究第四紀地層的重點和熱點之一。位于黃土高原東緣的太原盆地，沉積了巨厚的河湖相地層。近年來吸引了眾多學者的關注。前人運用典型地貌調查、湖相地層剖面追索、古湖泊變遷、新構造運動等研究方法，對研究區第四紀地質進行多方面的研究。本文擬從盆地湖相地層、古湖泊變遷、新構造運動與地貌演化等方面對前人成果進行總結，并在此基礎上確定下一步工作方向。

1 區域概況

太原盆地位于山西省中部，舊稱"晉中盆地"，為汾渭地塹系盆地之一。其經緯度坐標：東經115(°)35(′)～112(°)59(′)，北緯36(°)50(′)～38(°)15(′)。三面環山，南隔霍山口與臨汾盆地相接(見圖1)。

圖1 太原盆地地理位置

整個盆地為北東—南西向展布，總面積達6 200 km2。地理區劃上屬黃土高原東部邊緣區，生態環境脆弱；在氣候上太原盆地屬于溫帶半干旱類型。其范圍包括山西省會太原市、晉中市及呂梁市，是環京津冀周邊城市群重要組成部分，也是國家“十三五規劃”新型城鎮化、生態文明建設的重點地區。

2 湖相地層研究

太原盆地的湖相地層沉積始于古近紀上新世時期，在數百萬年中沉積了巨厚的湖相地層，沉積物巖性為灰褐色、棕黃色局部棕紅色的粘土、亞粘土和粉細砂。其巖石地層特征和包含的環境代用指標是地層劃分和氣候變化研究的良好載體，也最先受到國內外學者的關注。

最早在研究區進行湖相地層研究的學者是Baarbour G B[2]，通過太谷盤道剖面和紅土山剖面進行研究，認為其大同盆地湖相沉積物屬于同期，進而將研究區地層劃分為泥河灣期、周口店期和黃土期。郭令智[3]等通過實地踏勘盤道、介休義棠剖面對研究區湖相地層進行研究，將第四紀地層劃分為四段：下更新統泥河灣期，中更新統周口店期，上更新統馬蘭黃土，全新統淤積和洪積物。還有學者[4]通過對太谷縣盤道剖面進行研究后認為，研究區第四紀劃分應為下更新統太古層(河湖相含魚化石)，中更新統紅色土和上更新統馬蘭黃土。山西省區域地質志[4]，結合前人研究成果，對地層劃分提出了修改方案。認為本區下更新統為泥河灣組，中更新統為離石組黃土沉積和匼河組湖相沉積交替，上更新統為馬蘭組，全新統未分組。黃寶玉[5]等通過太古下土河剖面和盤道剖面的湖相沉積物巖石特征和微體古生物化石組合特征，結合太原盆地內部鉆孔資料，綜合對比山西省中南部與鄰區的第四紀地層，提出的劃分方案分為兩部分：盆地邊緣湖相剖面劃分方案為下更新統太谷組，中更新統離石組，上更新統馬蘭組；盆地內部湖相地層分為下更新統史家社組和義安組，中上更新統為汾河群。

總結前人的研究成果可以看出(見表1)，研究區湖相沉積分為兩部分。在山前地區，地層剖面中湖相沉積地層揭示其湖泊沉積至少持續到早更新世結束，甚至部分剖面地層顯示持續至中更新世中期，其后由于湖盆抬升，湖相沉積間斷，黃土覆蓋于湖相地層之上；在盆地中心，鉆孔揭示湖相地層自早更新世連續沉積至晚更新世。

表1 太原盆地第四紀地層劃分沿革

3 古湖泊變遷研究

研究區古湖泊在晚更新世末期至全新世時期仍然存在一定的面積。在周朝該古湖泊被稱為昭余祁，隨著時間推移，湖泊面積不斷縮小，直至元時期最終干涸，其后的歷史文獻中再無古湖泊相關記載。

桑志達[6]嘗試通過遙感圖像光學增強、地學分析和歷史資料論證的方法，提取了不同歷史時期的太原盆地古湖泊的輪廓界線，同時還應用光電掃描儀量算面積，進行初步的定量分析。王尚義[7]對古湖泊的消亡進行了考證，其據史料記載認為在周朝昭余祁總面積可達1 800 km2，至唐宋時鄔澤面積約縮小為300 km2，最終在元代徹底消亡，其消亡時序是由北向南逐步推進，北邊干涸早于南邊，分析認為汾河流域變遷、氣候變化、人為植被破壞是其主要影響因素。孟萬忠[8]等利用汾河流域近年的氣象、水文資料，對古湖泊的水量平衡進行了估算，認為兩千年來古湖泊的消亡與汾河改道導致入湖水量減少有著直接關系。

關于研究區古湖泊最終消亡的原因，有學者認為是氣候變化和水文地質因素起主導作用；也有學者認為是汾河的頻繁改道是其消亡的直接原因；還有學者認為在汾河改道、氣候變化和人為植被破壞三大因素共同作用下，古湖泊最終消亡。

4 新構造運動和盆地地貌演化研究

太原盆地屬典型的新生代構造斷陷盆地，特別是第四紀以來，新構造運動頻繁。通過對研究區地貌單元及其反應的新構造運動相關研究，有助于提高對太原盆地形成和發展歷史的認識程度。

郭令智[3]等通過對汾河流域階地地貌的勘察與研究后認為太原盆地的新構造運動有三種主要形式，分別為盆地邊緣山地抬升運動、盆地內部斷裂運動和褶皺；王乃梁[9]等學者通過對盆地內部階地、洪積扇地貌的研究，認為研究區地貌格局完全受新構造斷層控制，尤其受規模大分布廣的北東向斷層影響。閆小兵[10]等研究了山西省晚新生代河流階地后，認為包括太原盆地在內的山西省各大盆地的形成和發育都受到新構造運動的抬升影響，并且未來盆地的發育仍主要受抬升作用影響；胡小猛[11-13]等利用地層連續追蹤法對研究區湖積臺地進行研究，結合鈾系測年建立的精確年代，確定在中晚更新世時期的0.75，0.50，0.13 MaB.P.這3個時段，湖盆抬升受構造因素的影響遠高于氣候變遷對其的影響。姜佳奇[14]等對研究區不同地貌進行野外踏勘，利用光釋光精確年代數據，認為晚更新世以來地貌演化經過5個階段，現今地貌格局開始于距今3000年前的第5階段。

通過以上的分析，我們可以看出很多學者經過實地典型地貌踏勘和調查，對研究區汾河階地、湖積臺地等典型地貌的研究，取得較一致的認識，即太原盆地新構造運動3種形式中的構造抬升是控制地貌演化的控制因素，氣候的干濕變化影響較小。

5 結 論

1) 湖相地層方面

太原盆地沉積的巨厚湖相地層研究，不同學者有著各自的劃分方案。但在不同的劃分方案中普遍認為研究區湖相沉積物和泥河灣湖相沉積物是同期發生的，因此在地層劃分中將其劃分為泥河灣期，且都認為湖相地層沉積在早更新世結束。中晚更新世大部分學者依據剖面地層劃分為風成離石黃土和馬蘭黃土，少數學者認為中更新世時期在太原盆地中心和東部山前存在湖相地層，并劃分為汾河群和匼河組。

2) 古湖泊變遷

太原盆地古湖泊自上新世開始形成，第四紀早更新世時期水域面積巨大，中晚更新世湖泊逐漸縮小，全新世末期徹底消亡。歷史文獻記錄以來的古湖泊變遷為周朝昭余祁總面積為1 800 km2，南北朝時期祁藪、鄔澤的面積已經縮小為700 km2，隋唐時期鄔澤、祁藪的面積進一步減小為500 km2，唐宋時鄔澤面積約300 km2，最終到元代昭余池面積僅剩約50 km2，進而消亡。古昭余祁消亡時序是自北向南逐步推進，北邊干涸時間早于南邊。其成因與汾河變遷、氣候變化密切相關。

3) 新構造運動研究和地貌演化

太原盆地地貌類型多樣，其中河流階地、湖積臺地、山前沖積扇等地貌的形成發育是受第四紀時期的新構造運動控制的，氣候變化影響因素較小。且構造抬升運動現在仍在繼續，并將持續至未來很長一段時期。

4) 下一步研究計劃

雖然前人對太原盆地的研究取得成果豐富，但研究區目前尚無高分辨率第四紀河湖相地層綜合研究，盆地中心湖相地層涉及早—中更新統研究缺乏可靠的絕對年代數據和古地磁極性柱支撐，僅有孢粉組合數據和微體古生物組合反映氣候變化，無法進一步對研究區區域第四紀地層劃分和環境變化進行詳細研究。筆者正在進行太原盆地第四紀河湖相地層劃分和氣候變化研究工作。通過對第四紀標準鉆孔沉積物以巖石地層學為基礎，以AMSC-14、光釋光、古地磁為主的年代地層學為核心，建立研究區第四紀地層沉積序列；同時，分析高分辨率的粒度、磁化率、地球化學元素環境代用指標，結合建立的年代框架，重建研究區第四紀以來氣候環境變化歷史。

[1] 沈吉，薛濱，吳敬祿, 等. 湖泊沉積與環境演化[M]. 北京: 科學出版社, 2010.

[2] Baarbour G B. The Taiku deposits and problem of the Pleistocene climate[J]. Bulletin of Geological Society of China, 1931(10): 23-26.

[3] 郭令智，夏樹芳. 汾河流域之地質和地貌[J]. 南京大學學報(自然科學版)，1956(5): 32-37.

[4] 山西地質礦產局. 山西省區域地質志[M]. 北京：地質出版社，1989.

[5] 黃寶玉，郭書元. 山西中南部晚新生代地層和古生物群[M]. 北京：科學出版社，1991.

[6] 桑志達，趙余錄. 試論太原斷陷盆地古湖泊的演變[J]. 環境遙感，1988，3(4)：273-281.

[7] 王尚義. 太原盆地昭余古湖的變遷及湮塞[J]. 地理學報，1997，52(3)：262-267.

[8] 孟萬忠，劉曉峰，王尚義. 兩千年來太原盆地古湖泊的水量平衡研究[J]. 干旱區資源與環境，2011, 25(8)：167-171.

[9] 王乃梁，楊景春，夏正楷, 等. 山西地塹系新生代沉積與構造地貌[M]. 北京：科學出版社, 1996.

[10] 閆小兵，李自紅，郭瑾, 等. 山西晚新生代古地理環境變遷與新構造運動響應[J]. 地震工程學報，2014, 36(2)：338-352.

[11] 胡小猛，傅建利，馬志正, 等. 太原盆地洪山第四紀剖面的發現[J]. 地層學雜志，2002，26(3)：226-229.

[12] 胡小猛，傅建利，李有利. 汾河地貌發育對新構造運動和氣候變化的響應[J]. 地理學報，2002, 57(3)：317-324.

[13] 胡小猛，盧海龍，吳冰, 等. 山西地塹湖盆湖退—湖侵的地貌沉積響應及其構造指示意義[J]. 第四紀研究，2011, 31(6)：1067-1076.

[14] 姜佳奇，莫多聞，呂建晴, 等. 山西太原盆地全新世地貌演化及其對古人類聚落分布的影響[J]. 古地理學報，2016, 18(5)：895-904.

Research Progress of Quaternary Geology in Taiyuan Basin

WANG Likang1, YANG Zhenjing1, BI Zhiwei1, YANG Qinghua1, FU Xiaofen1,2

(1.InstituteofHydrogeologyandEneironmentalGeology,CAGS,Shijiazhuang,Hebei050061,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China)

In the middle of Taiyaun basin deposited, there is a huge lacustrine strata in Quaternary. In the upper part of the basic, we find that it is covered with tens of meters loess deposits. It’s worth to studying the evolution of Quaternary strata and paleoclimate. The author tries to analyze and summarize the previous research in three aspects of lacustrine strata, namely, Palaeo-Lake changes, neotectonic movement and Geomorphic evolution. The result will determine the direction of the next step.

Lacustrine strata; Palaeo-Lake changes; Neotectonic movement; Geomorphic evolution

2017-04-06

中國地質科學院水文地質環境地質研究所基本業務費(SK201609)

王利康(1986-)，男，河北石家莊人，研究實習員，研究方向：第四紀地質研究，手機：15075164580，E-mail：kkdeziji@126.com.

P534.63

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.016