兰州盆地黄河阶地砾石层砾组结构及其环境意义

发布时间：2020-11-13 16:48

　　 兰州为典型的陆内断陷沉积盆地,形成了多达九级的黄河阶地(Terrace,简写为T),被誉为“兰州式阶地”。其阶地砾石层出露明显且分布广泛,先前兰州黄河阶地的研究主要集中于阶地年代及成因方面,对河流砾石层的研究甚少。以往砾石层的研究以随机采样和网格采样为主,测量的不连续和明显的密度差异,导致数据代表性有所降低。本文运用连续样线法对兰州盆地黄河三级、四级、五级和八级阶地(T3、T4、T5和T8)砾石层的砾径、砾性、砾态和砾向等砾组特征进行了详细的测量和分析,讨论了兰州盆地黄河阶地砾石层形成时期的水动力状况、物质来源、搬运方式、古水流流向及其所反映的环境意义,得到以下几点主要结论:(1)各级阶地砾石层的砾径以中砾(10mm?100mm)为主,砾径分布呈单峰、低峰、峰值靠前的特点。砾径大小是水动力状况直观的反映,T3砾石层最大砾径最大;T4平均砾径最大,水动力最强,古洪水流速可达3.14m/s;T5和T8砾径相对较小,水动力较弱,但各阶地砾石均为流水搬运沉积。垂向上,T3和T4砾石下粗上细,水动力减弱;T5和T8砾石下细上粗,水动力增强。(2)各级阶地砾石层的砾性主要为灰绿色粉砂岩、紫红色砂岩、花岗岩和石英岩,为复成分砾石层。T3和T5砾石层灰绿色粉砂岩含量最多,T4紫红色砂岩最多,T8花岗岩含量最多,其中,砾石层从低阶地(T4)到高阶地(T8)花岗岩含量明显增加。(3)各级阶地砾石层风化程度中等,磨圆度较好,以次棱角状和次圆状为主。T3砾石层扁度、球度和砾态参数比等垂向变化较小,流水作用稳定;T4、T5和T8变化较大,流水作用不稳定。其中,T4砾石层磨圆度最好,形状成熟度较高,以扁球体为主。(4)兰州盆地黄河阶地砾石层呈叠瓦状定向排列,砾石ab面倾向上游,是黄河古流向的直接标志。低阶地(T3)到高阶地(T8)砾石ab面倾向分别约为280°、273°、269°和259°,与现代黄河兰州段自西向东的流向基本一致。(5)各阶地砾石层属于典型的黄河河床相沉积。自1410ka B.P.以来,砾石层反映兰州盆地气候干湿变化明显。其中,T3和T4砾石层分别经历了3次和4次由湿变干过程,其中T3的L3、T4的L3和L4古洪水流速和流量最大,为特大洪水量级,经历了强降水过程,水动力强,气候湿润;T5砾石层的L2和L6、T8砾石层的L2洪水流速和流量明显较小,气候干旱,水动力弱。T3和T4砾石层形成于湿润期,但有变干的趋势;T5和T8砾石层形成时期较干旱,有湿润化的趋势。(6)阶地及阶地砾石层的形成为构造抬升所致。随着青藏高原的不断隆升,兰州黄河北侧山体逐渐抬升,迫使黄河不断下切、河床逐渐南移,最终形成了兰州盆地T3、T4、T5和T8砾石层。(7)综合分析表明,砾石并非来自兰州盆地基岩,即并非第三纪红色疏松砂岩和灰色变质岩。砾石来自于上游近-中距离的民和盆地和临夏盆地砾石的叠加,但以民和盆地为主。
【学位单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P618.13
【部分图文】：

高原的阻塞作用影响，形成“兰州小高压”（罗四维，1963）。黄河是我国第二大河流，跨越不同构造和气候带，也是闻名世界的多泥沙河流。黄河兰州段自西向东穿城而过（图2-1B），全长约42 km，汇水面积约1800km2，流向“一波三折”（李森等，1993），兰州段主河槽宽度为 120 600 m，河床以砂砾石为主，河道纵向稳定。受季风影响，7-9 月为洪水季

图 3-1 砾石磨圆度及形状[据刘宝珺和曾允孚（1985）修改]Fig.3-1 Roundness and shape of gravels3.2.4 砾向分析砾向指砾石的倾斜方向，砾向分析是研究古流向最常用的方法，古流向研究在重塑古地理环境上有很大价值，有助于探索古水流系统、物源区和沉积盆地。通过地质罗盘测量 a 轴大于 60mm 的砾石，该尺度以上的河流扁平砾石更能可靠地指示古水流方向（胡振波，2012），测量内容包括 a 轴走向及 ab 面倾向、倾角，最后绘制 ab 面倾向玫瑰图，本文所测砾石层顶底界面（胶结层）受构造运动较小，未发生明显的倾斜，地层倾角一般小于 5°，故测量的砾石层的产状基本代表了原始产状。在不同沉积环境下砾石排列方向和方式有所不同，根据砾石 ab 面将定向类型分为四种（图 3-2）：（1）迎流叠瓦。砾石 ab 面倾向上游，是水流和紧密排列的颗粒最稳定的位置，如河流的运动方向与 ab 面倾向相反；（2）平行排列。水

图 3-2 砾石排列方式[据刘宝珺和曾允孚（1985）修改]Fig.3-2 Gravel arrangement一般情况下，扁平砾石的 a 轴若垂直于水流方向，为稳定水流的沉积，若平行于水流方向，指示为比降大、流速快及水动力强的湍急水流沉积（陈健强等，2015）；据研究，砾石倾角与水流流速呈正比，0.8~1 m/s 的流速导致倾角为 10°~15°，流速达 2 m/s，倾角随之增大到 30°，流速范围在 3~3.5 m/s 时倾角可达45°。河流环境中迎流叠瓦状排列的砾石倾角一般较陡，集中在 15°~30°，也可低到 8°（邓健如，1987；任明达，1981；胡春生等，2016； Hu et al.，2017）。3.2.5 砾石层分类砾石层可根据砾石的砾度、磨圆度及成分等砾组特征、砾石层在剖面中的位置及地质成因进行分类（赵澄林和朱筱敏，2001；陈建强等，2015），具体分类如表 3-2 所示。表 3-2 砾石层分类[据赵澄林和朱筱敏（2001）、陈建强等（2015）汇总]Table 3-2 Classification of gravel layers
【参考文献】

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本文编号：2882407