水系格局作为地貌特征最为直观的表达,其形成演化历史一直是地貌学研究关注的焦点,同时也是理解地貌演化过程的关键。世界各大水系均发源于造山带内部,造山带内强烈的构造活动和气候变化导致水系在演化过程中经历了强烈的内外营力作用,是研究水系演化过程,并探讨其驱动机制的理想材料。祁连山位于青藏高原东北缘,晚新生代以来经历了多期构造隆升,并对周边的环境产生了重要的影响。祁连山北缘孕育了河西走廊三大内流河水系,其中数黑河水系的支流最多、流域面积最大,是探讨构造和气候控制下水系演化过程的理想场所。
酒东盆地作为黑河中游段的重要沉积盆地,第四纪以来持续沉降并沉积了厚层的河湖相沉积物,这些沉积物蕴含着丰富的水系演化信息。本文基于酒东盆地钻孔岩芯,结合黑河主要支流样品,采用重矿物物源分析方法,探讨了黑河中游水系演化过程。同时结合区域内的构造和气候信息,对黑河中游水系演化的驱动机制做了简单分析,初步得到以下认识与结论:
(1)黑河干流沉积物以不稳定矿物含量高,赤褐铁矿含量和稳定系数均较低为主要特征。同时,自上游至下游,沉积物重矿物组合特征相似性明显,表明干流沉积物主要来源于河流上游,且沉积物在搬运过程中,重矿物组合受到物理和化学风化作用的影响较小。各支流沉积物重矿物组合特征存在明显的差异,同各自源区的岩性分布具有较好的一致性。
(2)对采集于酒东盆地的两个钻孔岩芯进行重矿物分析,结果表明DWJ钻孔重矿物组合特征在70 m附近发生明显的转变,据此可将钻孔分为两个沉积阶段。阶段Ⅰ(140-69.7 m)的特征矿物为赤褐铁矿,稳定系数较高。阶段Ⅱ(69.7-0 m)的特征矿物为角闪石和磁铁矿,稳定系数较低。阶段Ⅱ较阶段Ⅰ不稳定矿物明显增加,稳定系数减小。XKJD钻孔沉积物特征矿物为角闪石和磁铁矿,稳定系数较小,重矿物组合特征同DWJ钻孔Ⅱ阶段具有相似性。
(3)基于酒东盆地钻孔和黑河中游主要河流现代样品的重矿物组合特征,结合钻孔的古地磁年代学框架,我们发现: DWJ钻孔Ⅰ阶段(1.7-1.1 Ma)沉积物重矿物组合特征同摆浪河与马营河的相似性较高;DWJ钻孔Ⅱ阶段(1.1-0 Ma)和XKJD钻孔(1.1-0 Ma)的沉积物重矿物组合特征与黑河干流及梨园河和山丹河两个支流比较吻合。上述结果表明1.1 Ma钻孔沉积物源区的变化是由酒东盆地水系变化导致的。
(4)利用酒东盆地内钻孔沉积物和现代黑河沉积物的重矿物组合特征,综合区域内的地貌和地层证据,本文恢复了1.7 Ma以来黑河中游水系的演化历史。1.7-1.1 Ma,黑河出莺落峡之后穿过龙首山向北流。此时酒东盆地南缘出山河流发育冲洪积扇,DWJ和XKJD钻孔位于扇体的边缘,为三角洲相沉积。1.1 Ma之后,黑河进入酒东盆地并穿过合黎山向北流,随后河道逐步向西迁移至金塔南山。在0.2 Ma,黑河在金塔南山所在的位置下切,形成正义峡,现代意义上的黑河中游水系格局形成。结合区域内的构造和气候信息,黑河中游的此次水系重组是构造驱动的结果。