新近纪红粘土盆地：见证我国东、西部地形倒转

一、新近系地层划分

中国的新近纪地层以陆相沉积为主，海相新近系分布极为局限，发育较好、并有连续剖面的海相新近系仅见于台湾地区的中央山脉地带，但它们已经变质。我国大陆上的新近纪地层几乎全为陆相沉积，仅在塔里木盆地南缘曾发现中新世的海相微体化石。中国新近系有了连续的7个阶，自下而上分别为中新统的谢家阶、山旺阶、通古尔阶、灞河阶、保德阶，以及上新统的高庄阶和麻则沟阶。华北地区的新近系以河流相或湖相沉积和土状堆积为主，尤以三趾马红土分布更为广泛，个别地区有玄武岩出露。 在中国北方的多个地区都有完整而连续的新近系剖面，以甘肃临夏盆地最为典型，其新近系剖面自下而上由中新统上庄组、东乡组、虎家梁组和柳树组，上新统何王家组和积石组构成（邓涛等，2019）。

中新统-上新统红土与第四系黄土时限分界线为2.5Ma左右。而红土底界限时限则有所差异，红土发育时期，红土沉积盆地基底不平所导致。红土沉积底界时限最大相差可达 5 个百万年。六盘山西麓红土发育时限为22Ma，红土沉积时限可上推至中新世。在六盘山东部，红土底部时限为6-8Ma，主要集中于吕梁山东麓坳陷带、渭河盆地-六盘山东部-渭北山北部山前凹陷，说明红土发育时最先沉积于地势较低洼的地区（王守玉，2017）。

 

晚新生代岩石地层划分对比

（魏荣珠等，2022）

一般将红粘土剖面的底界年龄均定为7.0-8.0Ma左右。黄河中游地区新近纪地层除了部分山地等新生代隆起区外，分布极为广泛，但各地发育程度不一致，与下伏地层分别以平行不整合或角度不整合接触。下伏地层主要有新近纪中新世、早白呈纪、侏罗纪、三叠纪地层，部分地区新近纪地层直接不整合于二叠系、石炭系及奥陶系之上。第四纪黄土覆盖于新近纪上新世红粘土之上，其分布最为广泛，构成红粘土主要的盖层物质（弓虎军，2007）。

中新世-上新世“三趾马红土”的成因存在不同认识。传统的认识是红粘土为河湖相或多成因沉积。红粘土可分为两期，主要发育于中新统上部保德阶和上新统上部麻则沟阶。保德阶层型剖面位于保德县腰庄乡冀家沟，红土中富含晚中新世晚期哺乳动物化石，称为“三趾马红土”，该剖面保德阶底界清楚，古地磁年龄为7.25Ma，以首次出现的福氏三趾马 ( Hipparionforstenae) 生物标志；顶界不明确（魏荣珠等，2022）。 

红土中含丰富哺乳动物化石，其代表动物群为三趾马动物群，其反映红土为新近系时期产物。此外，在临夏红土剖面发现鸵鸟的化石指示红土发育时期可上推到中新世（王守玉，2017）。

六盘山以东（灵台、西峰、泾川等剖面）红土堆积底界年龄主要在6～8.2 Ma间，而六盘山以西陇西地区红土底界年龄约为 18.5 Ma、22 Ma，将中国风尘堆积年龄前推至中新世。西北地区中新统-上新统红土堆积底界年龄多数在 8 Ma左右，指示青藏高原在约 8 Ma有一次显著隆升，标志着亚洲内陆干旱化的开始，具有全球性。红土风成成因被大多数学者所认同，因而其将我国北方风成沉积历史向前推至上新世至中新世（王守玉，2017）。

 

鄂尔多斯盆地新近系红土底部时限图

（王守玉，2017）

二、新近纪前的古地形

早侏罗世，受西大平洋板块起始俯冲影响，东部地区开始隆升，造成中生代早期范围广大的鄂尔多斯内陆盆地开始向西逐渐萎缩，至白垩纪末期，湖盆基本消亡，形成了自东向西，依次出露前中生界、三叠系、侏罗系、白垩系和古近系的宏观地层展布格局。渐新世开始，鄂尔多斯块体北、西、南三侧发生断陷，接受河流相沉积。块体本身为东高西低的高原，地势平坦，起伏较小，水系向周边断陷盆地汇聚。除南北两侧， 鄂尔多斯东部缺失晚侏罗世（163.5Ma）-中新世早期沉积，是古生代开始以来第二次大规模的沉积间断，沉积间断时间大于晚奥陶世（445.6Ma）-晚石炭世早期（318.1Ma）的地层缺失时间。在长达145Ma的时间内，总体都是持续抬升、剥蚀和夷平过程。区内从东南向西北抬升幅度、剥蚀强度逐渐减弱，剥蚀和夷平的结果最终形成唐县期夷平面，也就是蓬蒂纪前侵蚀的古地面，该夷平面的形成为后期风成堆积奠定了良好的沉积环境（魏荣珠等，2022）。

 

鄂尔多斯盆地前新近系地质图

（赵红格，2007）

AnPz-前古生界；Pz-古生界；Mz-中生界；T1-2-中下三叠统；T3y-上三叠统延长组；J1-2y 中下侏罗统延安组；J2z-中侏罗统直罗组；J2a 中侏罗统安定组；K1lm 喇嘛湾组；K1j 泾川组；K1lh 罗汉洞组；K1h 环河组；K1hc 华池组；K2l-洛河组；K2y-宜君组

 

研究区前新近系地质略图

（魏荣珠等，2022）

1-古近系； 2-白垩系； 3-侏罗系； 4-三叠系； 5-前三叠系

三、地层区域分布特点

 

研究区晚新生代地质简图

（魏荣珠等，2022）

1—全新统; 2—第四系; 3—上新统; 4—中新统; 5—前新近系;6—化学沉积( 盐湖) ; 7—风成沉积(沙漠); 8—风成沉积(黄土); 9—山麓-冲洪积沉积; 10—河湖相沉积; 11—火山口; 12—钻孔位置及编号

 

黄土高原红粘土剖面位置

（路珂珂等，2023）

 

黄河中游地区新近纪红粘土的分布图

（刘池洋等，2006）

红粘土堆积在地势较低的部位堆积厚度较大，具有明显的沉积中心。比如渭北北山以北、六盘山前、白于山以南以及吕梁山前通常为红粘土的沉积中心。鄂尔多斯地区没有形成连续的红土高原，仅在当时的洼地保留有红粘土沉积，表现为大小不等的沉积中心（徐永，2010）。

 

鄂尔多斯盆地新近纪红粘土厚度等值线图

（弓虎军，2007）

红粘土厚度和粒度以六盘山为中心，呈扇形向黄土高原东部地区辐射减小，位于六盘山山麓前缘的朝那一带为红粘土沉积最厚的地区。鄂尔多斯盆地新近纪红粘土的几个大的沉积中心，分别位于鄂尔多斯盆地内的渭北北山前、六盘山前、白于山前、吕梁山前，沉积厚度均大于80m，而盆地中央区，新近纪红粘土的沉积厚度较薄，一般小于40m

 

鄂尔多斯高原红粘土厚度等值线图

（徐永，2010）

图中颜色由深到浅代表厚度由大到小，间隔为20m

 

鄂尔多斯盆地新近系红土厚度展布图

（王守玉，2017）

 

鄂尔多斯盆地新近系红土底部砾石厚度图

（王守玉，2017）

四、新近纪红粘土的成因

一般认为受红粘土的主要物质是风力从源区搬运而来，部分层段由于沉积环境或者气候变化导致出现水流沉积夹层，或者在后期经受过流水作用改造或者二次搬运（徐永，2010）。

许多学者认为，新近纪红粘土与第四纪黄土-古土壤有相同的成因方式，为风动力搬运而来的远源物质。不同的是，新近纪红粘土的部分层段为风积就地成因，部分层段却经历了后期流水的改造，使得风动力搬运而来的远源物质重新沉积（弓虎军，2007）。

黄河中游地区新近纪红粘土沉积的区域分布具有明显的沉积中心，较大的沉积中心均位于鄂尔多斯盆地周缘的山前地带。红粘土的沉积受到基底地貌的控制在地势较低的部位，红粘土的堆积厚度较大，具有传统水成沉积物的特点（弓虎军，2007）。

红粘土原始物质来源于风动力的搬运，得到沉积物粒度组成、扫描电镜镜下颗粒的微结构特点的支持。而红粘土沉积物的粒度沉积学、化石埋藏学及磁化率各向异性特征的分析表明，新近纪红粘土沉积经历了早期风动力的搬运、沉积，后期由于其基底地貌、气候等因素的影响，部分层段经历了后期流水的改造，在低洼地带重新聚集。其成因过程与第四纪黄土-古土壤的风积原地堆积不同。新近纪红粘土的成因模式可以分别用缓坡沟谷型、高地型、山前型表示其沉积成因过程（弓虎军，2007）。

红粘土主要组成物质为细粉砂和粘土；整体而言，在黄土高原各个地区红粘土的粒度相近；同时，红粘土沉积层理不明显，为加积型古土壤，各区域红粘土地层结构类似。这些特点都表明了红粘土的风成成因。黄土高原红粘土的风成成因已得到一致的认可，目前发现最早的红粘土出现在渐新世末中新世初，表明古近纪末中国西北内陆地区干旱化环境就已形成。但与黄土相比，红粘土的粒度组成要细很多，反映当时风力强度比第四纪弱（路珂珂等，2023）。

对西北地区中新统-上新统红土的成因研究包括“残积说”、“水成说”与“风成说”三种观点。“残积说”强调红土为岩石就地剥蚀、风化堆积残余物形成的红色风化壳；“水成说”强调红土为岩石剥蚀后的产物，在季节性流水搬运至低洼处或河湖两岸堆积的河湖相或冲积相沉积物； “风成说”则认为红土与其上覆第四纪黄土一样都是风尘堆积产物。我国西南部也发育一套红土，但其多为碳酸盐在湿热条件下的风化产物，与西北红土成因上有所差异（王守玉，2017）。

多数学者认为其同上覆黄土都为风尘沉积产物；而支持水成说的学者认为局部地区不同层位红土剖面仍见流水成因的改造。 西北地区中新统-上新统红土物源来自我国西北戈壁及荒漠，但也有学者认为古风化壳也有可能是红土重要来源之一，有人提出红土来源在 3.8Ma 前后发生由亚洲内陆向邻近沙漠戈壁的转变。而其搬运应力研究，发现红土南北方向没有分异，指出其搬运应力为高空西风环流；而有学者则认为东亚季风为红土主要的搬运应力。近年来，有研究指出红土细颗粒主要由西风环流搬运，较粗颗粒由东亚季风搬运，在3.8Ma以后（2.6～3.8Ma）东亚季风逐渐取代西风环流占主导（王守玉，2017）。