李福林，王成剛，程 湘，張海坤，王 磊，何 軍，張 傲，趙永波

（中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心（中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），武漢 430205）

武漢市是湖北省省會，地處江漢平原東部，其上江河縱橫，河港溝渠交織，湖泊庫塘星羅棋布，現(xiàn)有水面總面積2117.6 km2，約占全市國土面積的四分之一。由于面積大于0.05 km2的湖泊有166個，水面面積779.56 km2，因而被稱為百湖之市[1]。東湖因位于長江南岸，武漢市城區(qū)的東部，故取此名；當(dāng)其水位處于最高允許水位21 m時，主體水域范圍為30°31’～30°36’N，114°21’～114°28’E，總面積為88.2 km2，水域面積約33 km2，是杭州西湖的6倍。東湖碧波萬頃，青山環(huán)繞，岸線曲折，素有九十九彎之稱。東湖生態(tài)旅游風(fēng)景區(qū)以大型自然湖泊為核心，以湖光山色為特色，集旅游觀光、休閑度假、科普教育為主要功能。東湖原為我國最大的城中湖，由于城市的擴張發(fā)展，被同處于武漢市的湯遜湖取代，現(xiàn)為我國第二大城中湖。東湖是典型的城市淺水淡水湖泊，流域總體上地勢平坦，東南部為殘丘山區(qū)，呈東西向雁行排列，東、西、北三面為平原。

武漢市因水而興、因湖而秀，如果說長江、漢水是武漢的母親河，東湖則是武漢的母親湖[2]。東湖承載著武漢城市發(fā)展的歷史脈絡(luò)與精神內(nèi)涵，在當(dāng)今武漢社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)中占有舉足輕重的地位。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟社會的高速發(fā)展與城市人口的不斷增多，眾多中外科學(xué)家對東湖的生態(tài)系統(tǒng)、污染與治理和水域功能等進行過大量研究，取得了系列成果[3-6]，但對東湖的地質(zhì)成因和發(fā)展演化關(guān)注不夠。東湖曾是“云夢澤”的一部分、與長江相連[7]，其形成和發(fā)展演化自然與長江的形成和演變關(guān)系密切。本文通過綜合分析東湖及鄰區(qū)的區(qū)域地質(zhì)資料，總結(jié)東湖形成的地質(zhì)背景和形成條件，并對東湖與長江的關(guān)系進行了闡述，在此基礎(chǔ)上結(jié)合東湖及鄰區(qū)不同時期的影像數(shù)據(jù)對比，揭示人類活動成為地質(zhì)營力[8-10]后，對東湖地貌的演變影響有增大的趨勢，以期為東湖的國土空間規(guī)劃提供地質(zhì)依據(jù)。

1 東湖的成因及形成時代

東湖自古以來就是游覽勝地[2]，不僅有著秀美的風(fēng)光，同時也承載著厚重的人文歷史。屈原在東湖“澤畔行吟”，楚莊王在東湖擊鼓督戰(zhàn)（清河橋古橋遺址），劉備在東湖磨山設(shè)壇祭天，李白在東湖湖畔放鷹臺題詩，袁說友用“只說西湖在帝都，武昌新又說東湖”等贊美東湖；毛澤東主席一生鐘愛東湖，將其稱為“白云黃鶴的地方”，1953-1974年曾44 次下榻武漢東湖賓館，在這里共接待了來自64個國家的94批貴賓[11]，歷史的一次次留痕，日積月累出東湖的“名湖氣質(zhì)”?！伴L天樓上憑欄處，十里東湖雨色朦；天問閣前參屈子，磨盤碑下拜朱公；遙村近郭云山外，暮靄晨煙碧水瀧；雨后嵐光亭榭綠，風(fēng)搖樹影透花紅”，一首《游東湖》七律描寫了武漢東湖的壯麗美景。然而當(dāng)你漫步在蜿蜒曲折卻寬闊平坦的東湖綠道上，欣賞著秀美的湖光山色，呼吸著濕潤的清新空氣，心曠神怡的同時是否聯(lián)想過被蒼天賦予碧波藍天的東湖是怎樣形成的，她又經(jīng)歷了哪些滄海桑田？

1.1 東湖形成的地質(zhì)背景

東湖大地構(gòu)造上位于揚子陸塊北緣的下?lián)P子陸塊鄂東南褶沖帶之武漢臺地褶沖帶。東湖周緣地表多被第四紀(jì)走馬嶺組、青山組和王家店組松散堆積物覆蓋；基巖出露較少，主要為志留系、泥盆系、石炭系、二疊系和白堊系-古近系[12]，分布上除少量出露于嚴(yán)西湖以西，其余呈北西西-南東東方向展布于東湖南或中南部，對東湖形成隔擋之勢（圖1）。

鉆孔資料顯示東湖及鄰區(qū)隱伏基巖以中-新生代陸相地層為主，少量為古生代海相地層[12]。東湖及鄰區(qū)所處的下?lián)P子陸塊在加里東-海西期以垂直升降為主，形成多個沉積間斷（D/S、C/D、C2/C1、P/C、P3/P2）；印支期（晚二疊世-三疊紀(jì)，260～200 Ma）開始受到南北向水平擠壓應(yīng)力作用，使古生代及早三疊世地層發(fā)生大規(guī)模的褶皺變形，形成了一系列北西西-南東東向緊密線狀褶皺，以及與之相配套的壓性、扭性斷裂，特別是在東湖南部形成一系列較大規(guī)模的倒轉(zhuǎn)向斜和背斜；燕山期（侏羅紀(jì)-早白堊世早期，200～135 Ma）以斷裂為主，褶皺不發(fā)育，主要表現(xiàn)為規(guī)模宏大的北北東向脆性斷裂（隱伏斷裂）；四川期（早白堊世中期-古新世，135～56 Ma）開始由擠壓向松弛彈性回落，盆嶺構(gòu)造初步形成；華北期（始新世-漸新世，56～23 Ma）形成沿斷裂展布的斷（凹）陷小盆地及山間凹陷小盆地（圖1）。

圖1 東湖及鄰區(qū)構(gòu)造地質(zhì)簡圖（據(jù)1∶5萬武漢市幅地質(zhì)圖[12]修改）Fig. 1 Tectonic geological sketch map of East Lake and adjacent area(modified by 1:50,000 Geological map[12])

1.2 東湖的形成條件

東湖的形成與其所處的地質(zhì)構(gòu)造及長江的發(fā)展演化關(guān)系密切，是多期構(gòu)造運動作用疊加的結(jié)果，其主體為構(gòu)造斷陷小盆地，北部為寬廣的沖積平原，順長江流向展布。晚二疊世—三疊紀(jì)末期發(fā)生的印支運動，特別是中三疊世末期—晚三疊世末期在近南北向擠壓應(yīng)力作用下發(fā)生的構(gòu)造變形和碰撞事件使華南陸塊與華北陸塊最終碰撞、拼合，于東湖以北形成了大別山[13]和一系列近東西向或北西西向斷裂，如襄樊—廣濟斷裂；侏羅紀(jì)-早白堊世發(fā)生的燕山運動（早燕山運動）在NWW向擠壓應(yīng)力作用下（太平洋板塊向西與歐亞大陸的碰撞）在東湖及鄰區(qū)形成NNE向脆性隱伏斷裂，如長江斷裂(DF2)、武通口斷裂(DF4)等；早白堊紀(jì)中期—古近紀(jì)古新世發(fā)生的四川運動（晚燕山運動）在NNE向擠壓應(yīng)力作用下形成初步的盆嶺構(gòu)造（如江漢平原）以及NWW向脆性隱伏斷裂；華北構(gòu)造運動（古近紀(jì)始新世—漸新世）形成的近東西向擠壓應(yīng)力作用（西太平洋板塊的俯沖）使東湖及鄰區(qū)發(fā)育近南北向斷裂，形成一系列斷（凹）陷盆地；東湖以北形成大別山隆起帶。由于大別山是印支運動形成的碰撞帶，碰撞帶的巖石圈密度相對較小，在南北向張裂作用下受到重力的補償作用大，山脈兩側(cè)巖石圈密度相對較大，導(dǎo)致碰撞帶相對隆起，兩側(cè)山脈相對下降，形成沉降區(qū)，進而阻隔了江、湖水的北流，形成長江雛形。喜馬拉雅構(gòu)造運動（新近紀(jì)中新世—第四紀(jì)早更新世）形成的近南北向擠壓應(yīng)力作用使得原來形成的NNE向斷層均轉(zhuǎn)換為張性正斷層，隆起帶和沉降區(qū)的相對高差加大，此時長江水系的面貌已然形成。第四紀(jì)中更新世—全新世發(fā)生的新構(gòu)造運動在東湖及鄰區(qū)主體表現(xiàn)為差異性和間歇性垂直升降運動，新構(gòu)造運動以前產(chǎn)生的斷裂進一步活化，共同控制著長江的流向和東湖的發(fā)展演化。

從褶皺和斷裂構(gòu)造的角度看東湖是“構(gòu)造湖”。東湖所處的構(gòu)造位置為東湖隱伏背斜（圖1中D②），巖石巖性為志留紀(jì)泥巖和頁巖等；兩側(cè)山頂巖性均為泥盆系石英砂巖所組成的向斜山或隱伏向斜，在花山鎮(zhèn)、南望山、喻家山等地均可見露頭（圖1）；天興洲隱伏向斜（D①）、東湖隱伏背斜（D②）、磨山—鼓架山—葛店向斜（①）在東湖一帶呈相對寬闊的樹枝狀，向東至花山鎮(zhèn)表現(xiàn)為向斜-背斜-向斜緊閉褶皺，對東湖形成構(gòu)造包圍之勢，為水流匯聚東湖提供了構(gòu)造條件，東湖順武通口斷裂（DF4）呈NNE向展布，明顯受其控制。長江從岳陽開始呈NNE向的直線狀（金口-武漢段）展布，與燕山運動形成的岳陽—湘陰—洪湖斷裂（長江斷裂DF2）位置和展布方向一致，至天興洲遇到印支運動形成的襄樊—廣濟斷裂向南東130°呈近直角轉(zhuǎn)折，順斷裂直至武穴，長江在武漢地區(qū)這種呈直角狀轉(zhuǎn)折是由兩組斷裂共同作用的結(jié)果，也進一步影響了東湖的展布。

從地質(zhì)地貌的角度看東湖又是“壅塞湖”。湖北省地質(zhì)局武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊通過對武漢市第四紀(jì)地質(zhì)及地貌研究顯示中更新世初期氣候為冰期（大姑冰期），地殼沉降；至中晚期氣候轉(zhuǎn)暖（大姑-廬山間冰期），地殼抬升，地殼差異升降改變了東湖及鄰區(qū)的古地理格局。中更新世東湖及鄰區(qū)主體為湖盆洪沖積相，屬于近源沉降堆積；晚更新世早期氣候變冷（廬山冰期），地殼呈現(xiàn)一定幅度下降，海平面降低，河床比降較大，河道受斷裂控制侵蝕下切；晚期（大理冰期）海平面持續(xù)下降，地殼相對上升，河道進一步下切，同時北部大別山的掀斜造成北升南降。晚更新世海平面較現(xiàn)今低約150 m，河流侵蝕及構(gòu)造運動的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致東湖北部為河流沖積相沉積區(qū)，南部為風(fēng)化剝蝕區(qū)[14]；地殼抬升和氣候變冷造成海平面下降、長江水位下降加劇，隨后地表徑流在匯入長江時侵蝕階地和山脈，在構(gòu)造斷陷盆地的基礎(chǔ)上形成侵蝕洼地，東湖南岸南望山、喻家山一帶多條沖溝組合及大量發(fā)育的湖汊即是佐證。全新世氣候變暖，海平面上升，大別山延續(xù)向南掀斜的運動特點，北部山體上升，東湖一帶持續(xù)下降，加之長期風(fēng)化剝蝕、夷平及堆積，在東湖及鄰區(qū)形成低丘-崗地-沖積平原多種地貌[14]。海平面升高，降水量增加，長江及漢江的支流增多，流量增大，長江水位隨之上升，河床比降小，河流側(cè)向侵蝕加強、河道由北向南擺動遷徙，向曲流河演化，江水泛濫便在東湖北西面形成自然堤，水位持續(xù)上升，沿岸自然堤持續(xù)發(fā)展壯大，形成自江邊向湖傾斜的地貌，早期形成的侵蝕洼地出口被堆積壅塞，而東湖南部和東南部向斜或倒轉(zhuǎn)向斜又進一步阻隔了水的南流和東流，便在自然堤東南部洼地逐漸積水成湖?？傊畺|湖的形成受上述多期構(gòu)造運動共同影響，是新構(gòu)造期構(gòu)造運動和氣候變化引起湖、江、海相互作用的產(chǎn)物。

1.3 東湖的形成時代

東湖的形成時代也與長江演化關(guān)系密切。然而長江的形成和貫通還存在不少爭議，如Zhang等[15]通過碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)研究認(rèn)為長江可能在12 Ma之前形成；Guo等[16]對臺灣盆地、黃海盆地、東海盆地和江漢盆地的碎屑鋯石研究顯示，在中新世之前，長江中下游與長江上游并不連通；Zhang等[17]運用碎屑鉀長石Pb同位素和鋯石U-Pb測年對江漢盆地西部早白堊世-第四紀(jì)沉積物和長江中下游兩側(cè)晚漸新世-新近紀(jì)砂礫石的源區(qū)進行了研究，認(rèn)為長江在上新世晚期就已經(jīng)具備了現(xiàn)代水系特征。湖北省地質(zhì)局武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊[14]和湖北省地質(zhì)調(diào)查院[12]研究認(rèn)為中更新世時武漢地區(qū)水系仍為內(nèi)陸河湖組合，不具區(qū)域性大河的成分及結(jié)構(gòu)特點，也無貫穿性外流水系通過，此時長江武漢河段仍未貫通，區(qū)內(nèi)的漢水河道也未形成，河流主要順巖層走向展布；中更新世中晚期（大姑-廬山間冰期）氣候的突然變暖，進一步推動了長江三峽的貫通[18]；晚更新世襄樊—廣濟斷裂、長江斷裂、武通口斷裂等相繼活動，河流的下切侵蝕，推動了長江在武漢的貫通[19]。通過區(qū)域構(gòu)造的分析，筆者認(rèn)為長江貫通是新構(gòu)造運動和氣候變化共同作用的結(jié)果，與湖北省地質(zhì)局武漢水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊和湖北省地質(zhì)調(diào)查院觀點一致。晚更新世至全新世初期漢水和府河也先后注入長江，受大別山由北向南掀斜以及氣候變化、長江壅塞的影響，于全新世中期形成東湖[12,20]。大約2000年前至今，武漢地區(qū)河湖的發(fā)展主要受人類活動影響。史料記載100多年前東湖和周邊其它湖泊相通并與長江相連，1899年至1902年，為緩解武昌城區(qū)水患頻發(fā)的問題，湖廣總督張之洞下令在長江與東湖之間修建了“武金堤”和“武青堤”，并在堤防上修建了“武泰閘”和“武豐閘”。在人工干預(yù)下，東湖及其周邊的湖泊自此與長江分離，1927年出版的地形圖上的東湖與現(xiàn)代輪廓近似。

2 東湖的發(fā)展與演化

武漢地區(qū)處于大別隆起與江漢斷陷盆地的過渡地段，襄樊—廣濟斷裂南北應(yīng)力作用方式不同。1950-1970年沿沙市-漢水、武漢-鄭州兩測線的重復(fù)水準(zhǔn)測量結(jié)果表明，大別山的掀斜隆升作用仍在持續(xù)[20]；中國地震局地震研究所1992年完成的湖北省現(xiàn)代地殼垂直形變圖，搜集了自1972-1986年施測的10000多km的水準(zhǔn)測量資料，所得結(jié)果也準(zhǔn)確反映出大別山現(xiàn)在仍以2～3 mm/a的速率抬升，武漢地區(qū)則以0.5 ～ 1 mm/a的速率下降[20]。大別山掀斜隆升對武漢地區(qū)河湖地貌影響顯著[21]，如長江在武漢河段貫通后演變?yōu)榍骱?，曲流河道中的水動力結(jié)構(gòu)是一種螺旋形前進的橫向環(huán)流體系，當(dāng)河流順河道向下游流動時，表流向一側(cè)偏斜，對河岸形成一個側(cè)向的水力分量沖擊河岸，在長江斷裂和襄樊—廣濟斷裂共同作用下，長江在天興洲河段呈直角偏轉(zhuǎn)形成弧曲河道。從曲流河的演化來講，天興洲段河水對外側(cè)迎水面的側(cè)蝕作用應(yīng)造成長江河道向北遷移，東湖面積加大，但由于全新世以來大別山延續(xù)由北向南掀斜，武漢一帶整體進入下降周期，造成天興洲河道南深北淺，向南侵蝕作用強烈，使得長江河道折而向南遷移，到達今日位置，同時造成東湖向南遷移，湖水面積減小。據(jù)記載，長江武漢段歷史最枯水位發(fā)生在同治四年（1865年），當(dāng)時天興洲北汊仍為深水港；如今原作為主航道的天興洲北汊變狹變淺，枯水期斷流，有并入北岸的趨勢[12]。前人的研究認(rèn)為長江武漢段河道和東湖的南移主要是大別山的掀斜隆升所引起[21]，自西向東流的河流在地轉(zhuǎn)偏向力（北半球右偏）的情況下，也會導(dǎo)致南岸侵蝕，北岸堆積。如果長江向南的遷移趨勢持續(xù)發(fā)展，河床下切，南岸遭受侵蝕坍岸，將會進一步造成湖泊由北向南收縮和遷移，由于南部被沙湖-東湖一帶的倒轉(zhuǎn)向斜、背斜遮擋，最終導(dǎo)致將長江沿吳家山-花山隱伏斷裂（DF1）從沙湖—東湖—嚴(yán)西湖一帶截彎取直（圖2），天興洲河道廢棄形成牛軛湖，東湖演變?yōu)殚L江的干流。從人類有意識地制造工具開始，東湖的發(fā)展演化由單純的自然地質(zhì)營力控制轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰匀坏刭|(zhì)營力為主、人類活動參與控制為輔。據(jù)歷代地形圖資料，從三國時期以來長江、漢江河道位置和形態(tài)在武漢曾有多次變動，至1915年后才接近現(xiàn)在的面貌。近現(xiàn)代以來，人類活動對地貌的改造日益增強（圖2），特別是武漢城市建設(shè)、長江兩岸堤防和沿湖工程建設(shè)等減弱了河道和湖泊由北向南的遷移趨勢。從圖2可以看出受人類工程建設(shè)的影響，長江堤岸30多年幾乎沒有發(fā)生向南遷移。而1983年至2002年東湖及其東南部還是群山環(huán)抱、綠樹成蔭的自然生態(tài)，其后城市化進程中東湖一些湖叉被開發(fā)利用，直至2017年東湖綠道2期工程完工，可以看出人類工程活動已成為巨大的不容忽視的地質(zhì)營力，對東湖的影響無論是強度還是速度都遠超自然地質(zhì)營力。人類工程活動對東湖的影響主要表現(xiàn)為干擾和改變原有的特征和規(guī)律，改變演化方式和軌跡，最終目的是把東湖打造成世界級旅游理想地。

圖2 長江武漢段及東湖不同時期的遙感影像圖Fig. 2 Different periods remote sensing images of Wuhan section of Yangtze River and East Lake

人與自然是生命共同體。生態(tài)環(huán)境沒有替代品，用之不覺，失之難存。黨的十八大以來，以習(xí)近平為核心的黨中央從生態(tài)文明建設(shè)的整體視野提出“山水林田湖草是生命共同體”系統(tǒng)思想，強調(diào)“統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理” “全方位、全地域、全過程開展生態(tài)文明建設(shè)”，要樹立生態(tài)治理的大局觀、全局觀，面對自然資源和生態(tài)系統(tǒng)，不能從一時一地來看問題，一定要算大賬、長遠賬、整體賬、綜合賬，如此才能形成系統(tǒng)性的治理，實現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)的和諧統(tǒng)一[22]。東湖本就是由山川、林草、湖沼等組成的自然生態(tài)系統(tǒng)，今天，我們推進東湖的生態(tài)文明建設(shè)，也必須按照“山水林田湖草生命共同體”的系統(tǒng)思想進行，堅持系統(tǒng)思維、協(xié)同推進；同時，下大力氣推動?xùn)|湖的生態(tài)環(huán)境整體性保護和系統(tǒng)性修復(fù)，讓東湖呈現(xiàn)湖畔垂柳、碧水青山、水天一色、鳥語花香……的生態(tài)之美。

3 結(jié)語

東湖從一種原生態(tài)的自然湖泊逐步演變?yōu)榕c人們生產(chǎn)生活緊密相關(guān)的漁業(yè)湖區(qū)，進而發(fā)展成具有旅游觀光價值的人文景區(qū)，深刻影響著武漢的發(fā)展和建設(shè)。武漢城市不斷發(fā)展演變進一步影響、帶動著東湖及其周邊物質(zhì)文化與精神文化的演變，兩者相輔相成。東湖經(jīng)歷多個朝代的發(fā)展演變，新中國成立迄今5次大規(guī)模的規(guī)劃建設(shè)，特別是最近1次東湖綠道的完工，使得東湖各景區(qū)互通互聯(lián)，拓展了游客的旅游空間，節(jié)約了旅行時間，打破了各風(fēng)景區(qū)相對封閉的格局，進一步提升了武漢的國際地位，使武漢更具國際大都市范兒。現(xiàn)如今，東湖正按照山水林田湖草生命共同體的科學(xué)理念打造成世界級旅游勝地，東湖的發(fā)展一步步印證了朱德的詩句：“東湖暫讓西湖好，今后將比西湖強?！?/p>