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1、 金衢盆地河流阶地发育与环境变化一、选题背景和意义（一）选题背景全球变化研究以人类生存的地球系统的运行机制、变化规律以及人类活动对地球环境的影响为主要研究对象，它作为国际科学界瞩目的前沿课题越来越受到广泛关注。而河流阶地作为记录环境变化的重要信息载体也越来越受到学者们的广泛关注，特别是在流域的气候变化、构造运动和海平面升降等方面，通过河流阶地这个载体来分析研究环境变化往往会取得更好的成效。气候变化对河流水文特征及水动力的大小有较为显著的影响，这些影响结果在河流阶地上有较好的反映。而在构造运动过程中，特别是对于处在板块边缘、区域构造活动较多的地区和构造活动强烈的地区来说，构造运动过程和河流阶地形
2、成存在着很好的对应关系。如第四纪以来我国的青藏高原及周边地区地壳发生强烈的隆起抬升作用，而这种重大的环境变化被长江，黄河等河流流域的阶地序列很好的记录下来，并且可以通过河流阶地的抬升高度状况估算出地壳抬升的速率 1-8。海平面的变化是反映全球气候变化的重要证据，而海平面的升降变化与河流阶地同样也存在着很紧密的联系。当海平面上升时期，河流中下游河谷发生溯源堆积，而在海平面下降期间发生溯源侵蚀，往往形成阶地。所以河流阶地作为流域内气候变化、构造活动和海平面变化等众多环境信息的重要载体，是剖析和反演地区环境演化的关键地貌体。（二）选题意义由于河流阶地记录了河流演变过程中的许多环境变化的信息，所以河流
3、阶地是反演河流地貌环境变化的重要地貌单元。同时阶地上往往又是人类生活及工农业生产活动的主要分布地点。所以在具有很大的研究价值。金衢盆地位于钱塘江上游，衢江、金华江等河流穿过盆地内部，为浙江省面积最大的盆地，同时又是浙中地区人口和城市的主要分布地区。基于此，本论文通过选取金衢盆地的河流阶地为研究对象，在野外考察的基础上阐明了阶地类型及分布，再结合各级阶地的结构对阶地的沉积物特征进行分析，包括粒度、化学元素、磁化率等理化特征的分析，再结合各级阶地上相应深度沉积物的测年结果和周边构造面的变化情况，初步探讨第四纪以来金衢盆地环境的演变信息。通过本论文研究，一方面为金衢盆地环境演变提供区域响应的资料；另
4、一方面，为金衢盆地河流阶地所在地区的工农业生产、国土资源规划等提供理论指导。（三）河流阶地的研究现状河流阶地是河谷地貌中最突出的现象之一，同时它也是流域内气候变化、构造运动和侵蚀基准面升降等环境变化的重要信息载体。河流阶地研究在二十世纪上中叶得到了广泛的关注，并开始进行深入的探讨。Penck 等（1901）将Alps 发育的四级阶地时间与当时普遍认为的四次冰期相结合，认为河流阶地的形成是气候变化的结果，河流在冰期发生堆积作用，在间冰期发生下切作用。随后在多次国际地理学会上设有专业的研究结构来讨论阶地的相关问题 9。而我国对阶地研究较国外晚，并且研究的区域主要集中在长江、黄河、珠江等大江大河的河
5、谷地貌，如：王洪寿1964 年等对广东地区堆积阶地的成因、发展和年代等问题进行过初步探讨 10；1965 年沈玉昌 11对长江上游河谷地貌的形成和发展、基本特征及发育史进行了详细分析等；但由于技术水平的限制，许多研究方向和内容无法深入展开。近一二十年以来，随着科研技术水平和手段的不断进步和发展，特别是各种测年新技术和新方法的出现，使河流阶地的研究特别是年代分析和阶地成因取得很大的发展。胡小飞等 12利用 14C 和 OSL 测年，得到宛川河 T4 形成于为330kaBP,T3 形成于 130 kaBP，T2 形成于 50 kaBP，T1 形成于 10 kaBP。潘保田等 13在研究祁连山东段沙
6、沟河阶地的成因时发现：根据阶地测年结果分析，沙沟河阶地的河流下切主要发生在间冰期，而此时沙沟河侵蚀基准面的湖泊正是湖面上升时期，不能形成阶地，故排除了侵蚀基准面升降是沙沟河阶地形成的主要原因。由于河流阶地在研究环境演变中的特殊地位，众多学者都对其进行了较为深入的研究，目前研究的内容主要表现在阶地地貌的形成机制和年代分析等方面 14-19。以下主要从河流阶地的形成原因、年代分析以及与环境变化的关系三方面对其研究现状进行简要论述。1河流阶地成因研究阶地成因分析是研究河流阶地的核心内容之一，因为通过对河流阶地成因的分析可以反演区域古地理环境及其地质构造情况 20。自从对河流阶地展开研究以来，国内外众
7、多研究者对于河流阶地的成因探索一直没有停止过，起初研究者认为河流阶地的形成是某种单一因素造成的结果，主要包括构造运动、气候变化、侵蚀基准面，进而形成了构造阶地，气候阶地，侵蚀基准面阶地。1构造阶地的理论认为:河流阶地的发育主要是受到构造抬升作用的影响，气候在整个过程中只是起到一定的作用，阶地发育的时间并不一定与特定的气候状态相对应。如：徐叔鹰 21对陕中西部黄土区黄河及其支流阶地发育的研究中认为：由于横向的掀斜运动的存在陕中西部黄土区黄河及其支流阶地形成的主导因素是构造运动；程绍平和冉勇康22对滹沱河太行山山峡段河流阶地的研究结果显示：第四纪来的四次间歇性隆升运动使得该河段发育了四级河流阶地。
8、气候阶地 4理论认为，阶地的形成是由于气候的变化作用。具体表现在寒冷期时植被覆盖度减小，河流中泥沙含量增加，河流发生加积作用；温暖期时，植被覆盖度增加，河流中泥沙含量减少，降水量增加，河流的搬运能力增强，河流发生下切作用 23。侵蚀基准面阶地的理论主要是：温暖期时由于海平面升高导致河流下游甚至中游河道发生加积作用，寒冷期时由于海平面的下降，下游至中游河道也可下切形成阶地 24。 以上三种阶地模式对于解释某些特定区域的阶地成因具有一定的说服力，但是随着对阶地研究的深入，把阶地的成因归结为某种单一的成因，往往具有一定的局限性，并且难以解释阶地形成过程中的出现的一些现象。这时侯许多学者经过研究认为河
9、流阶地可能是受多个因素共同影响下形成的。Maddy 25认为河流阶地的形成过程中气候的变化控制阶地形成的时间，而地面的上升则为河流的长期下切提供动力机制，两者共同影响，不可或缺。潘保田等 26对兰州地区的黄河阶地研究中认为阶地的形成更有可能是由于构造和气候相结合作用的结果。更值得一提的是，在中国黄土高原的河流阶地阶地面底部常发育了一层古土壤，这样较好地将构造运动和气候变化这两大因素结合起来，为我国黄土高原地区河流阶地的研究提供了一条新的研究方法。2河流阶地年代研究阶地年代的测定也是河流阶地研究的重要内容，阶地形成年代的确定不仅可以为阶地形成提供较为准确的时间，还能为河流地貌的演变、阶地的对比分
10、析提供时间比照，并且还能将所研究的阶地序列同已经建立的气候变化记录或构造事件进行对比，推测河流阶地的形成原因 27。因此在河流阶地研究中阶地年代的测定属于关键的环节之一。然而弄清阶地的形成时代曾经一度是困扰研究者的难题之一，在过去的研究中，由于受当时科技水平的制约，对阶地研究的方式主要是通过阐述阶地上的沉积物的相关特征这种定性描述的方式来进行，后来随着科学技术的不断发展，一些测年技术和方法的出现，使得测定河流阶地的年代成为可能，并且测年精度和测年范围都有较大提高。这些测年法主要有两大类:相对年龄判断和绝对年龄测定测年方法中可以分为两类：一类属于绝对年龄定年，即能给出具体的年龄值，如树木年轮法，
11、放射性同位素法等;另一类属于相对年龄定年，也就是能测定出年龄新老，或者是年龄区间，但不确定详细的年龄值，如某些岩石地层法、生物法乃至地磁法。但在实际的使用过程中，绝对年代定年和相对年龄定年往往相互结合，相互验证 28。虽然现今测年方法较多，但阶地测年要求测年技术测试范围足够宽，从几百年至整个第四纪期间不等，而且要求测年精度较高，长时间尺度的阶地应能分辨到冰期和间冰期的周期。现阶段阶地测年中最为常用的测年方法主要是 14C、释光（TL、OSL)、ESR 等。 14C 测年精度较高，但是其测量范围通常都小于50000a。热释光和光释光测年精度相对也较高，但其范围仅在 1ka1000ka，上下限均有
12、较大限制。ESR 测年方法可以满足第四纪绝大部分时间段的阶地沉积物的测年，但是其相对误差往往在 1050%，无法满足冰期一间冰期时间尺度的测年要求 29。所以，测年中具体在使用中采用何种测年手段，需要根据测年物质和测年要求的不同，做出相应的选择。高红山等 30利用 ESR、TL 以及 14C 等测年方法对第四纪期间祁连山东段发育的河流阶地进行年代测定，结果表明，南营村附近金塔河五级河流阶地的形成时代大致为 1.24MaB.P.、0.78MaB.P.、0.14MaB.P.、0.06MaB.P. 和0.01MaB.P.，进而得出祁连山东段的河流阶地可以与该区沙沟河、黄河兰州段以及长江三峡段的阶地序
13、列相对比。潘保田等 31利用 OSL、 14C 等方法测得渭河上游陇西段河流阶地的形成时代分别为 870 ka B.P., 790 ka B.P.,620ka B.P., 420ka B.P., 130ka B.P., 60 ka B.P., 10 ka B.P.。同时结合阶地的沉积特征得出该地区河流阶地的形成是由于气候变化和构造运动共同作用下形成的。姜勇彪等 32采用 TL 测年方法对龙虎山丹霞地貌区泸溪河的阶地进行了年代学研究，获得了低阶地沉积物及其阶地面的形成时代，T1 阶地堆积于 34006000 a B. P.，其地貌面形成于 34004000 a，T2 阶地堆积于 76001120
14、0 a B. P.，地貌面形成于 76008000 a B. P.。进而推算出龙虎山丹霞地貌区地壳隆升速率为0.330.63 m /ka。说明利用河流阶地年代不但可以用来推断阶地的成因，进而可以大体计算山地的抬升速率。另外，我国黄土高原是世界上黄土分布最广的地区，黄土测年在黄土高原地区河流阶地测年中应用较广，黄土高原上的河流阶地基本都覆盖有不同厚度的黄土古土壤序列，根据已经建立的黄土一古土壤序列的磁性年代可以确定阶地的形成年代，其测年范围可以覆盖于整个第四纪阶段。并且黄土磁性地层的研究成果也己得到国际的广泛认同，地层中记录的冰期间冰期旋回与深海氧同位素可以一一对应，从而更好的揭示气候的变化过程
15、。23.河流阶地与环境演化3.1 河流阶地与构造演化对于处在区域构造活动较多和构造活动强烈的地区，河流阶地对地表构造演化有一定程度的响应 33-34。平亚敏等35通过对索溪中下游河流阶地与黄龙洞的研究，发现区内四级河流阶地及四层溶洞的发育与四级砂岩峰林有很好的对应关系，进而推断出张家界四层砂岩峰林地貌发育的年代，同时还为区域构造演化提供了佐证。潘保田等 26在研究兰州东盆地的黄河阶地时发现 1.2Ma 以来该地区经历了三次地面抬升的过程，并且抬升速率经历了快- 慢-快的变化规律。姜勇彪等 31通过对龙虎山丹霞地貌区泸溪河阶地研究,推算出龙虎山丹霞地貌区地壳隆升速率，进而推算出区内两级夷平面的形
16、成年代。吕学斌 36通过研究认为浙江金华双龙洞断块山由于构造抬升发育的三层溶洞大致与盆底早期的三级阶地的形成时代相当。这些都说明在许多地区河流阶地与构造运动有较好的响应关系，并且可以大体计算出地貌的抬升速率。但由于河流阶地抬升速率不同，河流下切的形式也存在很大差异。在垂直构造运动比较活跃的区域，形成的河谷较窄，阶地多为宽谷型阶地，且级数较多，不同级阶地的高差较大 37-38。另外由于抬升发生部位的不同，阶地的特征的也存在很大的差异，一般在抬升发生河段，所在地区阶地之间的高差比较大，并逐渐向其它河段所在地区尖灭 39。如莱茵河上游地区保留了形态十分完整的河流阶地，而中游地区没有形成阶地，下游地区则形成盆地地形，整个河流呈现由上游向中游地区尖灭的形态分布 40-41。另外，众多学者研究表明：河流阶地的形成演变常会受到地壳形变的影响 42-45。杨景春等 46对祁连山地区河流阶
