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前古生界主要出露在兰州市东南部、南部、西南部边界一带,组成祁连山东延余脉的马衔山、兴隆山、甘青交界的界山、奖俊埠岭以及七道梁的潜山等,其岩性为一套变质岩系。前长城系地层主要分布在榆中县与临洮县交界的马衔山区,在红古区享堂峡也有零星出露,在七道梁以潜山存在,其岩性为一套遭受混合岩化作用而形成的各种混合岩、混合质花岗岩、片麻岩和片岩夹扁豆状白云岩及大理岩。它又可以分为杲兰群和兴隆山群。蓟县系地层零星分布于大通河下游和榆中县小康营以南、高崖西南,另外在马衔山西北麓的高家湾、孙家湾、羊寨一带也有分布。震旦系仅在永登县西北铁成沟、杏儿沟一带有少量出露。[49]
古生界地层仅分布在永登县和皋兰县北部边界一带,呈北西—南东方向的条带状展布,组成了祁连山东延余脉的宝泉山、和尚沟岘、大土梁等北部界山。寒武系仅分布在永登县葛家堡、甘露池、沙梁墩以东,皋兰县大横路至大土梁以北的边境一带。奥陶系主要分布在永登县境内。志留系分布在永登县富强堡、骟马坪、四泉、宋家窑及皋兰县石青洞至白坡子的北部边界一带。泥盆系零星分布在永登县北部边界的宋家堡、白涝池—韭菜沟、泉儿沟掌、大荒草沟等地。石炭系出露在永登县北部边界。二叠系出露在永登县北部边界一带。[49]
中生界在红古区和永登县境内更为广泛。三叠系出露在永登县北部边界。侏罗系主要分布于红古区、七里河区和榆中县。白垩系主要分布在永登县奖俊埠岭周围、庄浪河与咸水河两岸,西固区区河口,七里河区七道梁,城关区青白石一带。[49]
新生界地层是兰州市出露最广地层,其中上新统临夏组分布较广。下第三系的固原群,零星分布于榆中县南部边界的刘家嘴—骡子滩一带。西宁群主要分布在大通河与庄浪河之间。兰州市第四系极为发育,遍布全市。
兰州市位于华北板块与华南板块碰撞而形成的祁连山—秦岭地缝合线上,晚近时期由于印度板块向欧亚板块的碰撞,受到来自南西—北东方向的压力而处于活动状态。其地质构造类型主要有褶皱构造、断裂构造。[49]
兰州市的褶皱构造可分为前加里东期和加里东期。比较清楚的前加里东期褶皱有:马衔山倒转复背斜、兴隆山复式向斜、园子—梁坪向斜、黄崖口—石润子倒转背斜、笔架山向斜、黑石川复式背斜、龚家窑复式背斜、十里店复式向斜、高崖向斜、奖俊埠岭单斜构造。兰州市北部边界一带加里东期褶皱表现最清楚,所形成的褶皱规模巨大,呈北西西向,具紧闭的线状对称复式背、向斜构造形态,因受到侵入岩体、断裂构造的破坏和新地层的覆盖,以至形态已不完整。兰州市的断裂构造可分为前加里东期、加里东期、印支期、燕山和喜马拉雅期。其延伸方向,分为北西西组、北西—南北组、北东组;有逆断层、正断层和平移断层。
兰州市地处陇西黄土高原的西部与青藏高原的过渡地带,地貌可划分为构造—剥蚀、山麓斜坡堆积及河流侵蚀堆积三类,形成山地、丘陵、山间盆地及河谷四种地貌单元,[36]境内地势西部和南部高,东北低,黄河自西南流向东北,横穿全境,切穿山岭,形成峡谷与盆地相间的串珠形河谷。[50]兰州市境内地形可分为三带:北部为阿尔金山-祁连山侵蚀构造山地区之祁连山东段中山山地亚区,中部为峡谷与盆地相间的串珠状河谷盆地,南部为马衔山、兴隆山、雾宿山等山地。境内大部分地区为海拔1500-2000米的黄土覆盖的丘陵和盆地,主要有秦王川和榆中两大断陷盆地,其中秦王川盆地位于永登县与皋兰县之间,盆地形状为倒三角形,南北长约42千米,东西最宽处约16千米,总面积470平方千米,海拔在1850-2300米,是兰州市地势平坦、面积最大的盆地。
兰州市境内河道属黄河流域,河流总长度1179.7千米,河网密度0.04千米平方千米,径流总量338亿立方米。境内主要河道有一级支流湟水河、庄浪河、宛川河、苦水沟、雷坛河、麋鹿沟、中铺沟、王蚬沟等,总长792.9千米;二级支流大通河,总长60千米。其中,最大的支流是湟水,从红古区享堂峡入境至西固区达川乡流经海石湾、红古、花庄、平安4个乡镇,长57千米,流域面积3.4万平方千米,年均流量44.2亿立方米秒。[36]
兰州境内的河是季节性河流,有相当多的河甚至常年无水,只有在暴雨天才有流水。截至2020年,兰州市除了黄河、湟水、大通河水量丰富,庄浪河水量较丰富外,只有榆中县境内的龛谷河、徐家峡河、兴隆峡河、曳木岔河、官滩沟河,七里河境内的阿干河,永登县境内的吐鲁沟河还有少量流水外,其他的河流,包括过去有较大流量的如宛川河、沙河、大河、水岔沟河、柳沟河、西果园河、七里河、笋箩沟河、龙滩河、咸水河、蔡家河、水阜河等均已断流。
截至2020年9月,兰州市有水库15座,永登县9个水库为:大东湾水库、中坝水库、李尧沟水库、鱼儿坝水库、下河西水库、五里墩水库、护儿湾水库、黑石头水库、东泉子水库;皋兰县4个水库为:黑石水库、三和水库、曹家沟水库、太平山水库;榆中县2个水库为:高崖水库、龛谷水库。[191]
高崖水库是由1958年截堵马衔山流出的两条河水汇集而成的人工湖,径流面积131平方公里,库址海拔1511米。水库以蓄宛川河上游山洪为主,兼蓄长流水。水库为土坝,坝高27米,长150米,坝顶海拔2060米。因为这里是由谢家营的贾家庄、罗景的苟家河滩、寨子的黎家庄三个自然村形成的沿川子,故又名沿川湖。
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