第四系 第四紀沉積物

2021-04-22 07:36:36 字數 6066 閱讀 1934

1樓:中地數媒

嵩山地區第四系分布在嵩山南北兩側的山麓地帶,尤以南麓分布廣泛。由鬆散的碎屑沉積物組成,區域性呈半膠結狀態。以沖積、洪積、冰磧為主,次為風積、殘積、坡積、沼澤及牛軛湖相沉積等,多為復合成因型別。

第四系總厚度為27~102m。

根據古生物組合、成因型別、岩性、巖相、地貌特徵、層位關係和考古資料等,將嵩山第四系自下而上劃分為:

嵩山地質博覽

現由下而上逐層介紹如下。

1.下更新統冰磧層(

)下更新統冰磧層是2023年河南區調隊在1∶5萬登封幅區域地質調查報告中提出來的,由於工作範圍所限,只在登封(東經113°)以東做了調查,登封以西及嵩山其他地區尚無人研究。故敘述以嵩山東南部為重點。在登封大龍尾溝、茶庵溝、申半坡、十里鋪、北新莊、楊崗村等地的崗壟頂部都可看到冰川堆積物。

而冰蝕地貌多在嵩山南坡的溝谷山嶺間。冰磧層以唐莊桑樹坡及韓村小牙溝兩地儲存較好。

登封韓村小牙溝下更新統冰磧層剖面(圖10-7):

圖10-7 登封市小牙溝下更新統冰磧層剖面圖(引自河南區調隊,1989)

(未見頂)

下更新統冰磧層(

) 厚17.0m

3.下部為褐紅色含礫亞粘土層,上部為紅、褐紅色粘土層 4.0m

2.灰綠色泥礫岩,夾綠色透鏡狀粘土層。礫石以石英岩、石英砂巖、脈石英為主,次為片岩、片麻岩等,礫徑5~3cm,大者50cm,表面有擦痕,礫石大小混雜,無分選,次稜角狀,膠結物為砂、泥質 9.

0m1.灰綠色緻密塊狀粘土,夾亞粘土,濕時具滑感,乾時堅硬易裂,具水平層理 4.0m

不整合下伏地層 新第三系洛陽組(n1l)粉砂岩

下更新統為一套灰綠、紅、棕紅色冰磧泥礫層,是由冰川搬運來並沉積下來的,為粘土、礫石、碎屑物質的混雜堆積。礫石成分以石英岩、石英砂巖、脈石英為主,次有絹雲石英片岩、片麻岩、花崗岩等。礫徑5~30cm,巨大的漂礫直徑可達1~5m。

礫石分選性,滾圓度較差,呈次稜角狀和半滾圓狀,礫石大小混雜,形態各異排列無序,有不少礫石長軸直立。礫石含量不均,約20%~70%。從剖面和區域情況看,冰磧層下部為粘土層與礫石層交替出現的冰磧泥礫層;上部為粘土層夾泥礫層的冰水沉積,反映氣候後期逐漸變暖的趨勢。

泥礫結構是冰磧的典型特徵。

泥礫層中的礫石成分比較單調,多來自嵩山、玉寨山地區的岩層,以嵩山群石英岩為主。礫石具壓坑、猴面石、扭曲、釘頭鼠尾狀擦痕、刻槽、弧形殼狀刻蝕痕(圖10-8)及平行排列的壓裂裂隙。礫石表面附有泥膜(泥包礫)或鐵錳質薄膜,以上均反映了典型的冰磧特徵。

在冰川堆積區,到處可見直徑達1~5m左右的冰川漂礫,只有冰川作用,才能將這些巨大的礫塊搬運到距山麓較遠地帶,一般的洪積作用是無能為力的。

圖10-8 登封市下趙家溝石英岩冰川漂礫素描圖(引自河南區調隊,1989)

在嵩山地區發現的冰磧地貌包括終磧、側磧和冰磧壟崗。終磧在嵩山南麓山岳冰川發育較好,在冰川前緣呈向南突出的弧形展布,堆積於大龍尾溝、上溝、趙家莊、東十里鋪、黨家溝、吳崗等地,形成壟崗地貌(圖10-9)。前緣呈陡坎地貌。

東西長約20km,由於後期河流下切可看到天然的冰磧層剖面。終磧壟厚12~25m,由褐紅、灰黃色泥礫堆積而成。側磧分布於寺裡溝兩側,在孫窯、高莊兩地儲存較好,是寺裡溝冰川所遺留的側磧物。

呈南東向延伸,長約700~1000m。側磧分布於海拔370~420m的高度,高出現代河水面50~65m,內側坡度31°~34°,頂部縱向坡度30~5°,在泥礫層之上留有巨大的冰川漂礫。區內冰磧壟崗較多,主要分布於大龍尾溝、茶庵、十里鋪、楊樹村等地。

冰磧層呈帽狀不整合覆蓋於基岩之上。呈近南北向和南東向放射狀展布,高出現代河床70~106m,由冰磧和冰水堆積而成。

在嵩山地區發現儲存較完整的冰蝕地形有:冰斗、「u」形槽谷、懸谷、冰坎、魚脊(刃脊)、角峰等地貌形態。這些冰蝕地貌與上述冰磧地貌相配套,共同組成典型的冰川地貌。

「u」形谷在嵩山南麓分布有幾條,其形跡完整,大多呈「u」字形。因嵩山長期處於上公升階段,遭受侵蝕後在「u」谷底部形成「v」字形的谷中谷。會善寺「u」谷長約2.

5km,寬約250m,老君殿溝「u」谷長約1.8km,寬約200~300m,寺裡溝「u」谷長約2.3km,寬約150~220m。

「u」谷之上游多有冰斗分布,「u」谷一般谷寬底平,谷壁陡峻,谷坡上殘留有冰磧物。懸谷分布範圍與「u」谷相同。懸谷多平直伸展,橫斷面呈「u」型,與主谷交匯處陡然而下,呈懸谷景觀。

如盧崖瀑布由石英岩組成陡坎,高差達250m,寺裡溝陡坎高差可達110m。冰斗在嵩山地區平行分布於海拔850~890m高度的山地上。如青崗坪後溝冰斗,形態保留完整,易辨認。

其分布標高在海拔850m以上,冰斗呈簸箕狀,南、西、北三面石壁陡直(冰蝕崖),谷坡70°~75°。鬥壁由羅漢洞組石英岩組成,谷底為五指嶺組絹雲石英片岩。斗底平坦開闊並有冰磧物殘存,鬥徑約450m,向南東開口,在冰斗前緣有盧崖瀑布——冰坎。

典型的魚脊嶺跑馬嶺,由羅漢洞組堅硬的石英岩組成,山脊呈鋸齒狀,近南北走向,長約3.2km。兩坡陡直,是由冰川相夾刨蝕或兩側冰斗溯源刨蝕而成的。

區內還有燈盞鍋、羊旦山及龍山等魚脊嶺,山脊呈近南東走向。角峰系由數條「u」形谷溯源掘蝕形成金字塔狀尖峰。燈盞鍋角峰海拔高1334.

7m,白石尖角峰海拔高1068m,均由羅漢洞組石英岩組成。呈尖稜狀角峰,峰頂高聳,峻秀挺拔,景觀壯麗,突出山脊線150~240m,周圍為冰斗所包圍。早更新世嵩山為冰層覆蓋,因重力作用,冰川自高處向下滑動。

在嵩山南麓由於冰川的刨蝕,還形成了冰蝕斜坡,坡度30~50,涉及範圍半徑達8~13km。斜坡基底為太古宇—新生界第三系及石秤花崗岩體等。在斜坡上現保留有鼓丘、羊背石等冰蝕遺跡。

因後期地殼不斷上公升,伴隨著斷裂活動和河流下切,把斜坡割成許多塊段,破壞了冰川斜坡的完整性。

圖10-9 嵩山第四紀冰川遺跡分布圖

從層位關係來看,嵩山冰磧層不整合覆蓋於第三系之上,其上與中更新統呈斜坡式不整合接觸(圖10-10)。該套冰磧層分布於海拔380~410m的壟崗丘陵地帶,高出現代河面80~110m。冰磧物之頂面未見新的沉積物,只有一些棕紅色粘土和冰川漂礫散落其上。

圖10-10 登封市韓村東溝下更新統與中更新統接觸關係素描圖(引自河南區調隊,1989)

綜上所述,嵩山地區的這期冰川為山岳冰川,冰磧層發育,規模較大,且有一套完整的冰蝕和冰磧地貌相配套。上述地貌特徵,決非由季節性河流和洪積、泥石流所能塑造而成的。我們稱此次冰期為「嵩山冰期」,將其歸屬於早更新世,該冰期大體與我國北方的朝陽冰期和南方的鄱陽冰期相當。

嵩山冰蝕地貌和冰磧物的發現,對研究中原地區早更新世的古氣候變化和古地理變遷有著十分重要的意義。

2.中更新統衝-洪積層(

)該統主要分布於潁河河谷之ⅲ級階地,及嵩山山麓地帶。與下伏下更新統呈斜坡式不整合接觸,與上覆上更新統為假整合接觸。

登封市方家溝中更新統剖面(圖10-11):

上覆地層 上更新統(

)黃土狀亞砂土

假整合中更新統(

) 厚9.6m

3.褐紅色亞粘土,夾粗砂層透鏡體,具水平層理,垂直解理發育,含鈣質層及鈣質結核 6.1m

2.褐紅、紫紅色砂礫層,礫石以石英砂石、石英岩、片岩、花崗岩等為主,礫徑3~5cm,分選及磨圓度良好,礫石定向排列,未膠結 1.0m

1.褐紅色粘土層夾灰褐色亞粘土層,底部為30~40cm厚的洪積碎石層,粘土中採得palaeoloxodon namadicus(納瑪古菱齒象) 2.5m

不整合下伏地層 三疊系劉家溝組(t2l)石英砂巖

中更新統底部為紅、棕紅色含碎石粘土層,下部為青灰、褐灰色砂、礫石層,夾亞砂土層;上部為褐黃、棕紅、紅色粘土、亞粘土層,夾砂層透鏡體,富含鈣質。具水平層理,河谷ⅲ級階地具二元結構。砂層中斜層理發育。

底部碎石呈次稜角狀,成分各地不一。該層厚度變化與地貌部位相關,一般厚6~24m。中更新統形成於濕熱與乾燥氣候週期性變化的條件下,屬沖-洪積物。

其中夾古土壤5~7層,且厚度大,結構完整。其特徵與黃河中下游地區的中更新世次生黃土和離石黃土相同。近年來,在登封縣方家溝、庫莊、安窯、西十里鋪及密縣牛店等地發現豐富的脊椎動物化石,為地層時代確定提供了依據。

登封方家溝棕紅色粘土中採獲古菱齒象,安窯紅色亞粘土中產安氏駝鳥等化石(以上化石據登封縣文物管理所資料)。在鄰區滎陽等地產安氏駝鳥、水鹿、中華縞鬣狗等。以上化石經中國科學院古脊椎和古人類研究所鑑定,時代屬中更新世。

綜上所述,脊椎動物為中更新世常見的化石,其時代應屬中更新世。

圖10-11 登封市方家溝中更新統剖面圖(引自河南區調隊,1989)

圖10-12 登封市雙廟溝上更新統剖面圖(引自河南區調隊,1989)

3.上更新統沖積層

主要分布於潁河兩側,組成河谷ⅱ級階地,呈帶狀展布。另外在山前丘陵地帶也有少量分布。與下伏中更新統和上覆全新統均為不整合接觸。

登封告城雙廟溝上更新統剖面(圖10-12):

上更新統(

) 厚>3.4m

3.表土層為腐殖土及耕作層,含介形蟲、腹足類化石 0.2m

2.灰黃、淺灰色黃土狀粉砂質重亞砂土夾不規則的鈣質結核(4~5層),夾層厚0.15~0.9m不等,含介形蟲、輪藻、腹足類、雙殼類化石 3.0m

1.灰、淺灰黃色黃土狀粉土質重亞砂土,疏鬆狀,含有石英及少量暗色礦物 >0.2m

(未見底)

剖面中上部黃土狀粉砂質重亞砂土夾鈣質結核層中採得的介形蟲組合中有布氏土星介、雙摺土星介相似種、爬蟲介未定種、胖真星介、新奇玻璃介相似種、球星介未定種等;腹足類有中國蝸牛、直立中國鍋牛、下蜀鑽子螺、幼鼠蛹形螺等,均屬晚更新世常見分子。

本統上部為灰黃、灰褐色黃土狀亞砂土,夾灰黑色淤泥層及透鏡狀砂礫;下部為青灰色砂層、礫石層。黃土狀亞砂土顆粒均勻,疏鬆質輕,垂直節理發育,多孔隙,溼陷性強,含鈣質結核及白色鈣質網紋。鈣質結核在黃土中呈星散狀分布。

結核直徑一般為5~10cm,呈姜疙瘩狀,表面光滑,固結較差,易碎。黃土中還夾有1~3層棕色古土壤層。下部礫石成分各地不一,分選性及磨圓度良好,礫石扁平面多傾向河流上游。

砂層中水平層理和斜層理發育。河谷ⅱ級階地具二元結構。黃土是在比較乾冷草原環境中形成的,褐土型古土壤層是在比較溫濕的森林草原環境中形成的。

本統岩性特點與黃河中下游晚更新世的馬蘭黃土和次生黃土相同,層位相當,可以進行對比。

據上述岩性、巖相和生物群特徵分析,晚更新世時嵩山地區為濕熱—乾冷氣候週期性波動條件下的河流-牛軛湖泊沉積環境。沉積厚度受地貌部位嚴格控制,在河谷ⅱ級階地沉積厚度為5~20m,山前丘陵地帶厚達10~40m。

4.全新統沖積層(qh)

廣泛分布於嵩山南北各大河流兩側及河漫灘中,組成河流ⅰ級階地及河床,按其岩性地貌特徵,可將全新統劃分為下部沖積層及上部沖積層。茲分述如下。

全新統下部沖積層呈帶狀、串珠狀分布於潁河、雙洎河兩側,組成河谷平台ⅰ級階地。不整合於上更新統及更老地層之上。全新統下部沖積層二元結構十分明顯。

下部是在橫向環流作用下形成的一套粗砂砂礫層,自下而上粒度變細,斜層理發育,屬河床相沉積;上部是在洪水期間由河水漫出河槽而形成的一套薄層亞砂土和亞粘土互層,往往具微細的水平層理,屬河漫灘相沉積環境。粗粒河床相與細粒河漫灘相有規律的組合,構成了沖積層特有的二元結構。礫石扁平面傾向上游,呈疊瓦狀排列,中間為砂所充填,是河流相沖積物的典型特徵。

登封蘆店河西全新統下部剖面(圖10-13)。

圖10-13 登封市蘆店河西全新統下部沖積層剖面圖(引自河南區調隊,1989)

(未見頂)

全新統下部沖積層(

) 厚5.1m

3.灰黃、褐灰色亞砂土層夾砂、礫石層透鏡體,具水平層理 3.1m

2.青灰色粉—細砂層,水平層理及斜層理發育 0.8m

1.青灰色礫石層,礫石成分以石英岩、石英砂巖、片岩、脈石英為主,礫徑5~10cm,磨圓度及分選性較好,礫石扁平面向北傾,傾角20°~30° 1.2m

不整合下伏地層 三疊系和尚溝組(t1h)紫紅色泥岩

全新統上部沖積層主要分布於潁河及其各大支流的河床及河漫灘,與下伏全新統下部沖積層呈疊瓦狀或斜坡式不整合接觸。河漫灘岩性多為淺灰黃色砂層、粉砂及亞砂土,區域性夾淤泥層。河床為砂礫、卵石層。

本統厚度各地不一,一般厚1~5m。

第四系全新世晚期以來,地殼仍處於緩慢的公升降運動中,特別是在河面寬廣、曲流發育的地段,如潁河的東金店、告城段,富集大量砂層。這些河沙是良好的建築用砂。砂礫層中,還含有豐富的有益重礦物,如石站山金異常,黃家嶺—張光溝、缸瓷窯的辰砂異常,中岳廟後溝的鉛異常等,均富集於全新統上部沖積、坡積殘積層中。

研究全新統沖積層對尋找原生礦床具有重要意義。

綜上所述,潁河河谷第四系發育完全,地質工作者在登封馬寺莊,橫切河谷畫了一張剖面圖,可以形象地表現從早更新世到全新世各期沉積物的相互關係(圖10-14)。

圖10-14 登封市馬寺莊—上溝潁河河床第四系剖面圖(引自河南區調隊,1989)

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