新生代以來洛陽盆地的形成演變

郭振林 劉朝 劉莎莎 唐谷清

（①華北地質勘查局綜合普查大隊 燕郊065201 ②河北省地礦局第七地質大隊 燕郊 065201）

洛陽盆地位于華北地臺的西南邊緣，地處新華夏系第二沉降帶和第三隆起帶與東西向構造帶的交匯部位，為夾持于河南西部熊耳山、嵩山、首陽山、邙山、小秦嶺等隆起帶間的斷（拗）陷盆地。區域自中、新生代以來，經過燕山、喜山期的構造旋回改造[1]，已形成了主體受北東向構造帶影響，局部受北西向與東西向構造帶影響，包含洛陽盆地與周圍復式沖斷帶、褶皺帶和一系列斷裂帶的復雜地質構造體系[1，3-7]。區域地質環境條件復雜，深刻影響了區內的水文地質、工程地質及區域穩定性等變化特征，也影響了人類的工程建設活動等。然而，該區域的地質構造復雜，至今在部分地層的鑒別及現代洛陽盆地的形成演變方面，未有準確定論，依然分歧較大，難以統一認識。其最核心的認識分歧就聚焦在對洛陽現代盆地的形成演化方面。洛陽盆地最晚形成于中生代時期，且所指盆地應為包括洛陽現代盆地在內的更大的前新生代沉積盆地。另有部分地質工作者從地質構造特征方面分析，認為洛陽盆地形成于中、新生代時期[10、22]，并對洛陽盆地外圍西南部一帶的負反轉構造進行了討論[10]，但也未對洛陽盆地和其周圍的復雜地質環境現象作出合理解釋。

1 一些重要地質構造現象

洛陽現代盆地及其周圍的地質環境信息記錄了該區曾經的環境變遷過程，一些重要地質環境現象可為探析新生代以來洛陽盆地的構造變遷提供參考。

1.1 鄰區的新構造活動

洛陽盆地東北部鄰區的焦作、博愛一帶，新構造活動十分顯著，其山區及山區與平原交接處的河谷、溝壑地帶多見有侵蝕基座階地，基座階地上部為第四系中更新統風積黃土或晚、中更新統風積黃土，下部為堅硬基巖，且河谷下切基巖較深，狀似第四系松散土層懸掛在高坡或半坡處，部分可與對面山體近似看齊（照片1-4示）。表明第四紀中更新世以來，焦作、博愛一帶發生了強烈的構造上升運動，上述地質現象記錄下了這一構造變遷過程。再從部分地帶上部出露晚更新統風積黃土、黃土狀土及與下部中更新統風積黃土呈整合接觸以及其中有二～三層的古土壤層來看，這一期的地質構造運動大約發生在中更新世的中晚期，且如此強烈的構造活動一定波及了更廣的范圍，這其中也包括洛陽盆地在內。

1.2 洛陽盆地一帶的地質構造現象

1.2.1 盆地內、外新生代地層成因迥異，部分地層顯著錯斷

照片1-4 鄰區焦作、博愛一帶的新構造活動現象

洛陽盆地明顯凹陷，四周為邙山嶺、小秦嶺、屁山、龍門山、外方山、嵩山、首陽山等高凸山地，盆內明顯凹陷。其盆地北緣分布風積相中、上更新統黃土（Q2eol、Q3eol），下伏為河湖相新近系含卵礫石粘土、砂質粘土、細砂及砂卵石地層等（N1L）；西緣分布河湖相新近系砂質粘土巖、砂巖、砂礫巖、鈣質富集層等（N1L）和粘土·結核層等（N2），少量低洼帶分布晚更新統風積黃土層（Q3eol）；南緣分布風積相中更新統黃土層（Q2eol），下伏為河湖相新近系砂質粘土巖、砂巖、砂礫巖、鈣質富集層等（N1L），少量低洼帶則分布晚更新統風積黃土層（Q3eol）；東緣分布沖洪積、坡洪積相上、中更新統黃土狀土層（Q3al-pl、Q2dl-pl）；盆內自上而下分布全新統、上更新統、中更新統上段河流沖積、洪積相亞粘土、亞砂土、粉土、輕亞粘土、細砂、砂礫石、砂卵石地層（Q4al、Q3al、Q22al-pl），及中更新統下段、下更新統的洪積相泥質砂卵石層和沖洪積相含卵礫石粘土、砂質粘土、細砂、砂卵石層（Q21pl、Q1pl-al）以及新近系河湖相復陸屑地層（N1L）[1，3,5，6，8,9]。

1.2.2 盆地外基巖環圍，環圍帶內沉積巨厚新生代地層

洛陽盆地的西北、西南、東南部外圍基巖環圍似盆狀，與洛陽盆地邊緣間的環圍帶沉積了數千米厚古近系紅色、灰綠色河流-濱湖、淺-深湖、湖沼相粗陸屑礫巖、砂巖、粉砂巖、粘土巖及少量煤層、油頁巖地層，下伏為數千米厚侏羅系地層，中間缺失白堊系地層；上覆為數百米厚新近系棕紅、紫紅色濱湖、河流-濱湖相的粗陸屑巖與粘土巖互層，再上為第四系風積相與坡洪積相地層[1，3,5,6]。這種分布了巨厚且成因穩定的河湖相地層，指示該沉積區域曾經是個較大的湖盆，湖盆形成于中生代白堊紀之后。

1.2.3 盆地外圍西北部新生代地層漸次遭遇錯斷

洛陽盆地外圍西北部的黃土丘陵與臺塬地帶，廣泛分布新生代地層，一些地段的地層明顯遭遇錯斷。其中，沿南達宿-瀍陽-西霞院一線及馬鈴村-常袋一線地帶，分布的新近系及下伏二疊系地層遭遇斷層錯斷，垂直斷距一個大于288m，一個71.9m[5]；而沿西坡-半坡-牛步河-王家嘴一線地帶，分布的新近系地層也遭遇錯斷，垂直斷距178m[5]；另沿趙洼-前海資-葉溝-后營-窯上一線地帶，分布的中更新統及新近系地層遭遇錯斷，垂直斷距165.8m[5,8]。這些現象反映區域地層漸次遭受過錯斷，指示這些地帶新生代以來，發生過斷裂活動，新構造活動跡象顯著。

1.2.4 盆地北、西、南部丘陵地帶地勢相近，卻分布了差異較大的新生代地層

洛陽盆地北、西、南部丘陵地帶，地勢高程變化大體相近，卻分布了時代迥異的新生代地層。其中，在西部小秦嶺和南部的屁山、龍門山一帶，地勢高程151～400m 之間，地表主要分布新近系河湖相地層（N1L），僅在低洼帶分布少量風積相第四系上更新統黃土（Q3eol）地層[3,8,9]；而同處在相近高程范圍的西北部邙山嶺西段（179～420m）和東南部外方山北坡（189～350m）一帶，地表主要分布了第四系中更新統風積黃土（Q2eol）地層[3,6,8,9]，之下是新近系河湖相地層（N1L），其間缺失下更新統地層，地層分布時代與西部丘陵差異較大。這種地質現象指明，在洛陽盆地周邊曾發生過差異顯著的地殼升、降運動，從這些區域缺失下更新統地層以及頂部地帶依然存留中更新統風積黃土（Q2eol）地層來看，這個地殼活動應發生在新近紀末期，它直接與洛陽現代盆地的形成演進有關。另從該區的斷裂帶分布看，有北部的F8、F14及西南部的F20、F21、F22 和偏南部的F11、F16、F24 等斷裂帶，正好從這些地帶地貌體的不同側邊切過或圍塊切過[3,7-9]，這也佐證這些地貌塊體發生過差異性升、降運動（斷裂）。

1.2.5 盆地北側一些新生代地層特殊接觸或隆彎、褶斷

洛陽盆地及周邊的第四系發育較齊全，部分地帶（盆地北側）的一些新、老地層構造、接觸較復雜。其中，（1）洛陽盆地北部的第四系中更新統風積黃土地層（Q2eol）與較老的新近系河湖相地層（（N1L））超覆接觸；第四系上更新統風積黃土地層（Q3eol）又與中更新統風積黃土地層（Q2eol）內迭接觸，而高凸部位則保留了較老的中更新統地層（Q2eol）[3,7,8]。反映新近紀末和第四紀中更新世末分別發生過新構造活動，使已沉積的較老地層作差異性的隆起與剝蝕，后再轉入沉降環境，較新地層風積相黃土易沿較老地層的古斜坡及起伏和緩的高凸地帶沉積，形成超覆于較老地層之上的新地層構造。之后，再次轉入差異性的升、降活動，高凸地帶繼續上升剝蝕，缺失了新地層；而溝壑等低洼地帶存留下新地層。（2）盆地東北部邙山嶺一帶（三十里鋪、宋莊、新莊一帶）的新近系卵石、砂卵石層（（N1L）和其下部的粘土、粉細砂層（N1L），一同遭受擠壓隆彎，罩蓋在下伏粉細砂、粘土層（N1L）之上，而其上覆又被中更新統風積黃土地層（Q2eol）覆蓋，且在南側遭遇了褶斷[8]。反映新近紀后期發生過局部新構造活動，使已沉積的新近系卵石、砂卵石層（N1L）和部分粘土、粉細砂層（N1L）一同發生擠壓隆彎與褶斷。

1.2.6 一些深大斷裂錯斷新近系地層，控制了洛陽盆地及巨厚新生代沉積地層的邊界

本區斷裂構造較發育，發育有北西、北東向、北東東向、東西向等十數條斷裂帶[1,3-8,10]，有一些深大斷裂帶錯斷新生代地層，控制了洛陽現代盆地邊界和巨厚的新生代沉積地層邊界

2 新生代以來洛陽盆地的形成演變

新生代以來洛陽盆地的形成較復雜，它是區域內、外地質動力綜合作用的結果。經歷幾千萬年的演化，洛陽現代盆地一帶已滄桑巨變，但依然存留有許多地質痕跡[1,3-8,10,13,20-22]，可作為探析洛陽新生代盆地形成演化的重要依據。根據前述洛陽盆地一帶及周邊的地質構造現象指示，可重塑新生代以來洛陽盆地的形成機制過程。

2.1 前新生代的區域地質環境變遷

早侏羅世時，區域地殼上隆及升降運動（燕山運動Ⅰ、Ⅱ幕），洛陽中生代早期盆地更加縮小，呈近于東西向的長橢圓形分布。晚侏羅世時盆地東部翹起，傾向西南，洛陽一帶上升剝蝕，但仍保持了中生代早期盆地的拗陷形狀。晚侏羅世末褶斷運動和巖漿活動激烈（燕山運動Ⅲ幕），區域發生近東西向強烈褶皺，斷塊差異運動突出，豫西形成一些斷（坳）陷盆地，洛陽一帶為臨近洛寧-宜陽斷（坳）盆地東北端的平緩開闊褶皺帶[1]，略向西南傾斜。

早白堊世末，斷塊差異運動更加強烈，巖漿大規模侵入活動（燕山運動Ⅳ幕），華北西部和南部急劇隆起，東部大幅陷落，華北斷（拗）陷開始形成。洛陽一帶仍為臨近洛寧-宜陽斷（坳）盆地東北端的剝蝕開闊褶皺帶。晚白堊世末-始新世，區域斷塊運動加劇,地層斷錯傾斜（燕山運動Ⅴ幕）,同時伴有拗褶運動，中朝準地臺發生大規模的解體，深斷裂發育，東西分異更加顯著，其西部、南部隆升，東部急劇大幅度下沉與擴大，形成了華北斷拗盆地[12-16]。受華北斷拗盆地大幅下沉[17-19]及地殼深部應力調整影響，洛陽一帶沿其西霞-鞏義斷裂帶（F26）、太行山隆起帶南端及系列斷裂帶、新安隆起帶、熊耳山隆起帶東北端、宜陽-關林斷裂帶（F20）、嵩山隆起帶等一線環圍的區域，產生沉陷，形成洛陽中生代末期斷（坳）陷盆地，盆地通過一些小河網與東部的華北斷拗及西部、西南部的宜陽-洛寧凹陷溝通，廣泛沉積了巨厚的古近系河湖相地層。并初步形成了早期的伊洛河。

2.2 新生代以來洛陽盆地的構造演變

進入新近紀，區域繼承燕山運動基本特征，斷塊差異運動加劇，同時伴有拗褶運動，東西分異更趨明朗化（喜馬拉雅旋回早期）。河南西部斷塊上升，東部全面陷落。伴隨新構造運動，洛陽中生代末期斷拗盆地遭抬升縮小，使盆地邊緣部分地帶因抬升剝蝕出露古近系地層，其余地帶繼續廣泛沉積新近系棕紅、紫紅色河湖相陸源碎屑地層（N）。

上新世末，斷塊差異運動迅速減弱，而拗褶運動有所加強（喜馬拉雅旋回晚期）。區域強烈的拗褶運動，新發育了一組北東向石陵-孟津斷裂（F4）、武家溝-花園-楊灣斷裂（F15）等新斷裂構造，它們與原有的老斷裂合圍形成了新的塊斷構造。同時伴隨區域東部、南部的繼續大幅沉陷，再次擠壓底部高溫軟塑帶向側翼上浮，觸及到地殼的更淺部位，使大盆地邊緣一帶的次一級斷塊構造沉陷。初步形成了由沿半坡-前海資-后營-平樂-天皇嶺一線（F6）、東沙坡-小所-五女冢-洛陽站-西呂廟-劉坡一線（F8）、楊莊-龍門一線（F24）、花園-位屯一線（F14）、李村-寺溝一線（F11）、武家溝-花園-楊灣一線（F15）、宜陽-豐李-關林一線（F20）等合圍的洛陽新生代晚期斷陷盆地，盆地呈近東西向展布，底部凹凸不平，斷裂發育。之后，再沿南部龍門街-韓村-上莊-李村-西龐村一線（F11），發生斷裂活動，進一步錯斷了中、早更新世和上第三系地層，加之，沿北部半坡-前海資-后營-平樂-天皇嶺一線（F6）、中部東沙坡-小所-五女冢-洛陽站-西呂廟-劉坡一線（F8）和十里鋪-孫村-白馬寺一線（F8）斷裂繼續活動，使這些南、北斷裂帶間的斷塊進一步陷落，最終形成大幅下降且范圍向南擴大的洛陽新生代晚期斷陷盆地，即洛陽現代盆地。由此奠定了此后洛陽盆地與四周區域的差異化構造運動格局以及地質建造特征。

其中，在斷陷盆地內，早更新世紅崖冰期后，氣候轉暖，盆地四周的山洪、坡洪裹挾著大量冰期凍脹碎石塊及砂、泥質，一同搬運匯入了盆地內的低洼淺凹陷地帶，形成早更新世泥質砂、卵石層（Q12al-pl），后因四周洪水的不斷匯入形成封閉湖盆，沉積了砂卵石、粉土、粉砂、粘土、砂質粘土等河湖相地層（Q12l-al）。至中更新世早期的潘陽冰期，湖泊消退，之后間冰期，氣候再次轉暖，初期形成中更新世泥質砂、卵石層（Q21al-pl），后期形成封閉湖相砂、卵石層（Q21l-al），再沉積泥砂、粘土覆蓋其上。后由于遭受進一步下切侵蝕，沿盆底的早期（燕山期）斷裂帶下切貫通了該封閉湖盆，形成匯入華北斷拗的區域性支流。且由于盆底存在多條北東、北東東向斷裂帶活動，沿斷裂帶易形成了多條河床帶，將新沉積的泥砂、粘土層沖走露出下部湖沖積相砂、卵石層（Q21l-al），并在其上沉積沖洪積相砂、卵石層（Q21al-pl），在非河道地帶則淤積形成粉土、粘土、砂質粘土等細粒沉積層（Q21al-pl）。中更新世末期，地殼又有差異性升降活動（清水期侵蝕），洛陽盆地繼續下降沉積，但受四周山地上升及氣候干燥影響，原盆地內靠近南、北兩側的河流因地勢抬高而消失，僅存留下地勢較低的盆地中央河道，連續沉積砂卵石層，而原兩側河道則間斷淤積了粉土、粘土、砂質粘土等細粒沉積層，且盆底地形日漸平坦。晚更新世廬山冰期之后，氣候再次轉暖，降雨量增大，洪水肆虐，加之下切侵蝕作用增強，受老斷裂控制的原盆地南、北兩側的河道復活并與中央河道交匯、合并，形成更寬闊的河道，沉積了連續分布的較厚中更新世早期砂卵石層。晚更新世晚期，進入大理冰期，盆地沉積間斷。進入全新世冰后期，由于氣溫轉暖降水量增加,伊河、洛河來水量增加[23,24]，加之區域下切侵蝕作用再次增強（板橋期侵蝕），早期洛陽盆地內的南、北兩側河道因受斷裂帶控制地勢逐漸變低，中央相對凸起，原中央河道逐步消失，最終只剩下南、北兩側河道，即現代的洛河、伊河，沉積了連續分布的全新世早期砂卵石層，并因河流下切,形成了平原區的Ⅱ級階地，階地上分布次生黃土層、古土壤層、馬蘭黃土層[23]。全新世晚期由于氣候轉干,伊河、洛河來水量減少，河道寬度縮小，加之因黃河水位降低,引起伊洛河侵蝕基準下降,洛河、伊河下切形成了平原上的Ⅰ級階地，主要沉積了沖積亞砂土、細粉砂、粗砂、粉砂質亞黏土層、砂礫石層等，且兩河間的Ⅰ級階地范圍逐漸擴大。

而在該盆地四周，因地勢高凸難以聚水，沉積物易被搬運至地勢更低的洛陽新生代晚期斷陷盆地內，因而缺失早更新統地層。只在易聚水的洛寧、宜陽一帶，沉積了早更新統地層（Q1eol-pl）。同時，緣于青藏高原的崛起，印度洋暖濕氣團被阻擋在了喜馬拉雅山脈南側，使北側的中國西北部地區變得越來越高寒而干旱，且晝夜溫差極大，凍脹風化作用強烈，伴隨盛行的西北季風，沙丘、戈壁大面積分布，為黃土的形成提供了豐富的風塵物源。中更新世潘陽冰期，氣候冷干，季風盛行，塵土飛揚，西北部的大量風塵，籍借高空氣流的裹挾向東南搬運，大量降落于該地區的高地、丘陵、封閉洼地堆積，形成較厚的中更新世風積黃土層（Q21eol），覆蓋在新近系河流相地層（N1L）之上；而在斷陷盆地內，由于河流沖刷作用強烈，未能保留下該沉積黃土層。中更新世末期，洛陽盆地四周再次差異性構造活動（清水期侵蝕），邙山嶺及其北部地帶緩慢上升剝蝕，形成黃土臺塬，部分地帶再經流水侵蝕作用形成黃土丘陵；盆地西部小秦嶺一帶亦緩慢上升剝蝕，仍為丘陵，但直接出露上第三系地層；盆地南部山地多數為較強烈上升地帶，只在盆地邊緣一帶，為緩慢上升地帶，部分保留了中更新世早期風積黃土層（Q21eol）。進入晚更新世，廬山冰期后，滄州海進，全區以下降沉積為主，在區域高地、丘陵、封閉洼地等地帶，發育晚更新世晚期風積黃土（Q32eol）。之后，區域地殼再次差異性活動（板橋期侵蝕），區域臺塬、丘陵等上升剝蝕，大多缺失晚更新世晚期風積黃土層，僅在局部封閉洼地、臺地及溝谷兩側保留下晚更新世晚期風積黃土層。

據此，形成了洛陽新生代斷陷盆地及相應的沉積建造特征。

3 結語

洛陽現代盆地的形成演變始于中元古代初，并主要經歷中生代以來的演進，基本定形于新生代初。前新生代早期，洛陽一帶因中條山構造旋回改造，形成包含洛陽盆地在內的巨大喇叭狀斷陷槽盆環境，后期圍繞該槽盆反復發生地殼升降運動及海進、海退演繹，由海灘-潮坪相、地臺淺海-陸棚相環境→濱海-淺海、濱岸-海灘環境→臺地邊緣淺海-開闊臺地、局限臺地環境→陸地隆升剝蝕環境→近海內陸盆地環境等逐步演進，形成了地槽沉積、地臺沉積、海相陸源碎屑沉積、碳酸鹽巖沉積以及海、陸交互相碳酸鹽巖沉積、含煤碎屑巖組合等蓋層建造。二疊紀-古近紀，區域環境從近海內陸盆地，經構造抬升及褶斷演化，形成洛陽新生代早期斷陷盆地，沉積了以陸相含煤碎屑巖和紅色碎屑巖組合地層。

進入新生代，先廣泛沉積了新近系棕紅、紫紅色河湖相陸源碎屑地層（N），上新世末-第四紀早更新世初，在西部隆升、東部沉陷的大構造變動下，該區新、老斷裂相繼發育、活動，且受華北斷陷的牽引產生斷塊沉陷，最終形成了洛陽新生代晚期斷陷盆地。該盆地主體近東西向展布，盆底略有起伏，后整體接受下降沉積，發育了伊、洛河沖洪積平原及沖、洪積相地層建造。盆地四周則以差異化的升、降運動為主。其中，在較強烈上升的中低山一帶，剝蝕存留前新生代各類堅硬巖層；在緩慢上升的紅土丘陵及黃土丘陵、臺塬一帶，剝蝕存留或沉降形成了古近系、新近系湖沖積地層以及中、晚更新統風積黃土地層和其下部的古近系、新近系湖沖積地層等。