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青铜峡峡谷位于青藏高原东北缘,是黄河上游由以侵蚀为主转变为以沉积为主重要的构造地貌节点。黄河在经过青铜峡峡谷入口处时,未继续向北选择较为松软的第四纪沉积物穿过,而是形成了一个反“S”型的弯曲切穿了以奥陶纪砂岩和灰岩为主的坚硬山体,其形成与河流侵蚀规律明显不符。本文通过对青铜峡及周缘地区的冲洪积扇、黄河阶地、黄河古河道的识别以及构造变形与应力场特征的研究分析,分析了该地区的构造地貌特征、黄河的演化过程以及晚新生代时期的构造变形历史,并探讨了该地区黄河演化过程及青铜峡峡谷形成的构造机制,这对研究黄河的发育历史以及青藏高原东北缘新生代的构造演化具有重要的意义。取得的主要成果和认识如下:(1)通过青铜峡及周缘地区的主要构造地貌单元的野外调查、阶地研究、古水流特征以及年代学研究发现,牛首山南部发育的最高级黄河阶地为T11,大峡谷南侧的山顶发育有最高级为T9的阶地,青铜峡峡谷的入口处最高级阶地为T6,大峡谷的中部河道周缘以及出口处最高阶地为T3,T3阶地的形成时代为85ka左右。另外在牛首山的周缘以及青铜峡峡谷的北部大面积发育有晚更新世-全新世的冲洪积扇,并覆盖于早期古河道。(2)利用地表特征调查、遥感解译、浅层钻孔、浅层地震、碎屑锆石及其重矿物特征分析等方法验证了青铜峡峡谷周缘的黄河古河道;青铜峡南部的古河道沉积物(干河沟组地层)与现代黄河的重矿物以及碎屑锆石特征相似,重矿物主要以“赤褐铁矿+石榴子石+锆石+绿帘石+石英及蚀变矿物”为主,碎屑锆石年龄峰值主要以200-300Ma、400-500Ma和1700-2000Ma为主,古河道呈南北向条带状分布于牛首山的东麓。青铜峡峡谷北部也存在一南北向的黄河古河道通往银川盆地,约在85ka废弃。(3)通过牛首山周缘主要断裂带的构造变形解析与应力场特征分析,恢复了该地区构造变形序列与应力场演化过程。中新世期间,牛首山地区主要发育NW-SE走向的左行正断层和E-W走向的逆冲断层,构造应力场为NW-SE向挤压;而在上新世时,青铜峡地区的断裂性质主要表现为NW-SE走向和N-S走向的右行逆冲断层和右行正断层,构造应力场为NE-SW向挤压;晚更新世时主要发育N-S走向的正断层和NW-SE走向的右行走滑断层,构造应力场转变为N-S向挤压和E-W向伸展。(4)综合利用地貌特征、新构造年代学、构造变形以及应力场特征等方面的研究,初步建立了青铜峡峡谷形成的构造机制和演化过程。晚更新世之前,黄河主要呈南北向发育于牛首山西麓流入银川盆地。大约在晚更新世85ka左右,柳木高断裂、白马断裂和牛首山山前断裂以NW-SE向右旋走滑正断层活动为主。上述断层的右行走滑错断黄河早期河道,同时由于柳木高断裂与牛首山山前断裂呈现左阶排列样式,从而在青铜峡地区形成了局部挤压应力环境,进一步促成了黄河古河道向南改道,沿早期沟谷体系切穿奥陶系基岩,并形成了现今反“S”型的大峡谷,之后黄河沿青铜峡峡谷流入银川盆地。所以青铜峡峡谷这种特殊的地貌特征的形成与青藏高原东北缘的构造变形与隆升是密切相关的,该构造地貌过程的建立为研究青藏高原东北缘的构造和地貌的演化提供了科学依据。