地理形态

壶口一带，黄河西岸下陡上缓，狭谷谷底宽约400米，由谷底上坡到龙王坡坡高约150米，崖岸很陡，龙王坡以上谷形展宽，谷坡平缓，黄河的横剖面成谷中谷的形态，在龙王辿以北，河幅宽度和狭谷宽度一致，河水充满狭谷，常水位流量在每秒1000—3000立方米，水面宽400余米，龙王辿以下，水流到壶口，在平整的谷底冲成一道深槽（在大河槽中套了一个小河槽）。小河槽宽30—50米，深约30米。壶口以上，水在宽槽中流行，到了深槽上端，400米宽的水面一下子全部倾注到30—50米宽的深槽中，形成瀑布。此处河床形如一把巨大的茶壶，收尽奔腾不息的黄河之水，壶口因此得名。明代人惠世扬的诗句“源出昆仑衍大流，玉关九转一壶收。”正是对壶口这一景象的真实写照。壶口瀑布极为壮观，滔滔黄水倾泻而下，激流澎湃，浊浪翻滚，水沫飞溅，烟雾迷濛，狂涛怒吼，声震数里，瀑布高度在枯水期可达15—20米，夏、秋之际可达45米。在洪水时，洪流滚滚，涌出深槽，瀑布就变成一股激流而下，瀑布形消失。河水沿深槽下行5千米便是孟门，出孟门之后，水面展宽，水势变缓，又恢复到龙王辿以上的景象。

地质构造

壶口一带出露的基岩主要是三叠系纸房组。上部为紫红色、紫灰色和灰绿色细砂岩与泥质岩类互层，下部为深层砂岩，砂岩以长石砂岩为主，比较坚硬；泥质岩类以页岩为主，松软破碎，易遭流水浸蚀。在险峻的峡谷中，奔腾的急流在垂直下切时遇到软硬岩石交替的地质条件，其坚硬岩石形成岩槛或造瀑层，软性岩石被侵蚀成陡峭的阶坎，急流飞越阶坎，当具有一定落差时，便形成瀑布。当然软硬相间的岩石层只是瀑布有形成的有利地层条件。

有利的构造条件对壶口瀑布的形成和发展同样是相当重要的。壶口到孟门一带，基岩的产状近于水平、约以3—5度的倾角，微向西北缓倾。另外，秦晋峡谷本身就是断层，节理比较发育的软弱地带，易遭受流水侵蚀切割。因而，黄河流过这里，往往形成河床陡坎，也可以发展成瀑布。

现代构造运动对壶口瀑布的形成和发展也有重要影响。喜马拉雅运动之后，这里地壳运动一直以缓慢的抬升为主，因而水流的下切作用活跃，有助于瀑布的形成和发展。

地层特点

壶口一带属华北地层区的陕甘宁盆地地层分区。在黄河谷地出露的基岩为三叠系中统下部纸坊组（TZ）；而在黄河西岸的一些支流河沟中，三叠系中统上部铜川组（Tt）时有出露，基岩之上覆盖着中更新世和晚更新世黄土（Q+3）。按照由老到新的顺序，壶口一带出露的地层如下：

三叠系中统下部——纸坊组（TZ）：

该组取名于铜川市纸坊镇。岩性以紫红、紫灰色为主的砂泥岩互层。下粗上细、含脊椎动物、植物、介形、瓣鳃、叶肢介等化石。厚度约数百米，属内陆河湖相沉积。

三叠系中统上部——铜川组（Tt）：

底部从块状中，粗砂粒岩开始，至顶部为黑、深灰绿色页岩。自下而上由粗变细，自成一旋回。剖面以铜川最完整。化石最丰富而命名。厚400多米，仍属内陆河湖相沉积。铜川组和纸坊组之间呈整合接触。

第四系中更新统离石黄土与上更新统马兰黄土（Q+3）：

中更新统离石黄土为浅灰黄、淡红灰色黄土，夹不等厚的红褐色古土壤层，底部为亚砂土或砂层，含丰富的脊椎动物化石。

上更新统马兰黄土为浅灰黄色黄土的风尘堆积物。

黄土与下伏基岩呈明显的不整合接触。

大地构造及其演化

壶口瀑布位于鄂尔多斯盆地中部的陕北黄土高原的东南部。大地构造上属中朝准地台的二级构造单元——鄂尔多斯台拗。其基底由太古代和早元古代的变质岩系组成。其盖层由晚元古代以来广泛发育的沉积岩系所组成、盖层和基底之间呈明显的角度不整合接触。地台基底的形成经历了一个复杂而漫长的演化过程。在鄂尔多斯台拗内，由于基底之上覆盖着巨厚的古生界、中生界和新生界，因而基底很少出露。

晚元古代，该地台虽然已进入地台发育期，但仍有一定的活动性。当时地台内部的升降差异比较明显，并伴有断裂活动。地台中部广大地区以隆起为主，而边沿地区则出现狭长带状的拗陷和隆起。拗陷带内所接受的沉积便成为地台的第一盖层。震旦纪，地台的绝大部分已上升为陆，不断遭受风化剥蚀。

中生代是鄂尔多斯盆地的大发展时期，内陆河湖相沉积极为发育，岩相、厚度相当稳定。地壳运动以整体升降为主，仅在侏罗纪末与早白垩世末的燕山运动中，地台盖层才发生轻微褶皱，形成宽缓的向斜，早白垩世晚期，盆地开始差异上升，东南部较高，遭受剥蚀；而西北部相对下降，成为沉积中心。当时地表由东南向西北倾斜，正好与如今相反。自白垩纪世末，全区缓慢上升，至中新世地表被剥蚀夷平，成为准平原，正因如此，盆地内普遍缺失古新统和始新统。在中新世末，或上新世初，由于构造运动的影响，这一准平原北隆南降，全区地势已转为西北高而东南低，地面总的倾斜方向与现代一致。

鄂尔多斯盆地第四纪的构造运动，表现为差异性和节奏性上升。从更新世到全新世，地壳经历了由节奏性上升到较强烈上升的发展过程，所以在前第四纪古地貌基础上，不同程度地发生着侵蚀和堆积作用，同一地段在不同时期以及不同地段在同一时期形成的黄土堆积与河湖相沉积，构成了本区第四系的主要内容。特别是中更新世黄土，分布广，厚度大，构成塬、梁、峁的物质主体，该区的黄土地貌正是这样的基础上演化而来的。

黄河的形成经历了漫长的地质年代。第四纪以前，流域地貌与现代基本接近，但尚未形成统一的黄河。至第四纪早、中更新世，流域内主要湖盆有共和、银川、河套、汾渭（三门湖）、华北等。这些湖盆除华北湖曾与海洋相连外，均为内陆型，各自形成独立的集水系统。由于各湖之间河流溯源侵蚀延伸的结果，致使湖盆相互串通，其先后顺序不尽相同，终于在晚更新世末至全新世初期形成了统一的黄河。所以秦晋千里长峡和壶口瀑布是在黄河的形成过程中，逐步形成的。

地形地貌

在黄河尚未形成统一的水系之前，秦晋峡谷地带当时大部分是注入三门湖的一条内陆河流。

汾渭地堑在形成过程中，由于在不同地段和不同时段的差异性下降，因而形成一系列大小不等、深浅不一且彼此分隔的湖泊，象临汾、运城以及关中地区等自第三纪以来到第四纪初期，主要为湖泊、沼泽环境。特别是到上新世末，随着汾渭地堑张裂系的形成，湖泊规模越来越大，早更新世时，在现今的陕、晋、豫3省交界处，包括陕西关中地区。山西西南部和河南西部毗连的一块地方，形成一个面积约2.3万平方千米的湖泊一山门湖这个古潮就是关中、临汾—运城、灵宝—三门峡诸盆的前身，三门峡湖区的沉降和周围地区的抬升，加速了秦晋古河道的加深和延长。秦晋峪谷和壶口瀑布就是在这样的古地貌基础上逐步形成。

壶口瀑布的形成和发展，是河床上裂点发展和移动的结果，裂点就是河流中突然形成的急坡地段。最典型的裂点就是瀑布，因为瀑布是河水垂直跌下的地方。因此，瀑布必须有一层坚硬岩石所成的“造瀑层”才不易被河水所侵蚀而使瀑布变为急流。瀑布的下面即有由瀑布冲下所成的深潭。如果造瀑层被蚀后退，那么瀑布前方就会形成一个不长的峡谷，表示瀑布不断后退的结果。壶口瀑布的地形正是这样。孟门曾经是壶口瀑布过去的位置。由于溯源侵蚀，裂点不断沿河向上游推移，瀑布下的深潭延伸成原河槽中的小河槽——即“十里龙槽”。如今这段黄河的裂点已到达龙王辿，即今之壶口瀑布；而孟门就是较近地质时期裂点后退与河流下切时遗留在河床的两个石岛。

壶口瀑布、十里龙槽乃至孟门石岛，都是黄河水流冲刷出来，而水流的侵蚀作用，受区域地质构造、地貌、气候、水文等自然地理因素的控制，不同时期由于受各种自然条件的综合影响，壶口瀑布朔源迁移的速度与“龙槽”上延的速度不同，多年来瀑布跌水以每年3—4厘米的速度不断向上游退移，龙槽也以同样的速度向上游延伸。

地貌特点

陕西宜川县和山西吉县，均在黄土高原地区，其地貌类型以碎黄土塬为主，仅在黄河谷地两则狭窄的地带形成薄层黄土覆盖的石质丘陵。

宜川的破碎塬主要分布在云岩河两侧和仕望河流域，塬面海拔1000—1400米，由西向东微倾，完整的塬面已遭破坏，被沟谷分割成一些小块塬地，其中牛家佃塬、阁楼塬、高柏塬等面积较大，隔黄河与山西的吉县破碎黄土塬遥相对应。破碎塬的下伏基岩古地貌系黄河干流后来穿过的一个山间盆地，上新世红土和早更新世黄土多被剥蚀，中更新世的厚层黄土奠定了黄土塬的基础，后期又有晚更新世马兰黄土堆积，在继承性河沟和现代冲沟作用下，逐渐成为破碎黄土塬。塬面不仅破碎，而且由谷缘向塬的中心部分，相对高差可达100—120米。如牛家佃塬东西宽数千米，南北长几十千米，由缓倾的阶状向主沟过渡，坡度由塬中心1—3度，向塬边增至10—15度，由于塬区河流皆汇于基准面很低的黄河，因而各种侵蚀作用都比较活跃。

黄河两岸狭长的带状地区，为薄层黄土覆盖的石质丘陵，壶口一带出露的基岩主要是三叠纪的砂岩和页岩，其上覆着薄层的不连续的黄土，黄土厚度为0—40米。各处不一，丘陵顶部分呈梁、峁状，顶面高程一般为海拔1200米左右，与外围的破碎塬面的高程相近，高出黄河谷底400—500米。由于这里紧靠黄河峡谷，黄河的强烈下切，使其沿岸交流也随之强烈下切，因而将沿岸地表分割得支离破碎，形成覆盖着薄层黄土的石质丘陵。梁、峁起伏，沟谷深切。除梁、峁下部基岩裸露外，有些地段上覆黄土已遭剥蚀，基岩直接外露，呈现出一种基岩残丘景象。