遼南城山頭濱海紅色風(fēng)化殼地球化學(xué)元素特征

呂安成，魏東嵐，秦 浦

(遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

1 引言

紅色風(fēng)化殼適合在長期濕熱的氣候條件下發(fā)育，中國南方擁有優(yōu)越的水熱氣候條件，大量不同類型的紅色風(fēng)化殼在此發(fā)育[1]。馮志剛、靳建輝、崔之久等學(xué)者通過地球化學(xué)元素、粒度、磁化率等氣候代表性指標(biāo)，開展大量的關(guān)于西南部貴州巖溶臺(tái)地區(qū)、閩中沿海地區(qū)、青藏高原主夷平面的研究工作，成果豐碩[2～4]。北方紅色風(fēng)化殼分布相對較少，前人對河北北戴河地區(qū)、山東廟島群島及遼東半島南部部分地區(qū)[5～7]做了大量研究，但對濱海風(fēng)化殼研究相對較少。

從晚第三紀(jì)時(shí)期開始，遼南地區(qū)邁入了紅土化時(shí)代，發(fā)育形成了數(shù)量較大的厚度不等的紅色風(fēng)化殼[8,9]。遼南地區(qū)的風(fēng)化殼研究對于中國北方濱海風(fēng)化殼研究的缺失具有重要意義。本文選取遼東半島南部大連市金州區(qū)城山頭濱海剖面，通過綜合分析剖面地球化學(xué)元素特征，探討其發(fā)育程度及古環(huán)境信息。

2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)方法

研究區(qū)位于大連市金州區(qū)城山頭海濱地貌國家級自然保護(hù)區(qū)(39°8′18″N、122°6′4″E)，剖面海拔高度為7.4 m，剖面上層分布有0.5 m礫土層，剖面下層分布有3 m的紅色風(fēng)化殼，紅色風(fēng)化殼底部有下伏基巖露出，其基巖類型為灰?guī)r，沿著垂直剖面溝槽，從下到上等距間隔(25 cm)取11個(gè)紅色風(fēng)化殼樣品與一個(gè)基巖樣品，風(fēng)化殼樣品自上到下順序編號(hào)CST1～CST11。

化學(xué)元素實(shí)驗(yàn)在遼寧師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心光譜色譜實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，使用日本理學(xué)公司生產(chǎn)的ZSX PrinmusⅡ型X射線熒光光譜儀進(jìn)行測量，測試量程范圍在0～100%之間。

3 地球化學(xué)元素特征

3.1 常量元素分析

常量元素分析結(jié)果表明(表1)，SiO2、Al2O3和Fe2O3是城山頭紅色風(fēng)化殼氧化物的主要存在形式，占全部元素含量的80.39%，其余各元素含量總和則不足20%。剖面整體元素含量平均值變化表現(xiàn)為：SiO2(47.01%)>Al2O3(21.00%)>Fe2O3(12.91%)>K2O(4.14%)>Na2O(2.33%)>MgO(1.22%)>TiO2(0.94%)>CaO2(0.28%)。從化學(xué)元素分布可知，其為較典型的紅色風(fēng)化殼。

標(biāo)準(zhǔn)差指含量平均值數(shù)據(jù)的離散程度。標(biāo)準(zhǔn)差和元素含量的穩(wěn)定程度呈正相關(guān)[11]。城山頭常量元素標(biāo)準(zhǔn)差變化依次為：SiO2(4.83)>Al2O3(1.99)>Fe2O3(1.47)>Na2O(1.18)>MgO(0.98)>K2O(0.80)>CaO(0.09)=TiO2(0.09)。Ti元素是穩(wěn)定元素，標(biāo)準(zhǔn)方差小。K、Na、Mg三種堿金屬元素是易淋失元素，分布在剖面上的含量極低，其標(biāo)準(zhǔn)差波動(dòng)浮動(dòng)較小[12]。

與基巖對比，基巖樣品主要含量為CaO，其含量超過總含量1/2，含量為68.24%，但在城山頭剖面中CaO的含量最低，且標(biāo)準(zhǔn)差與穩(wěn)定元素TiO2相同，說明城山頭剖面中CaO大部分被淋失。常量元素分異明顯，尤其是Si、Al、Fe三種主量元素出現(xiàn)明顯富集。

表1 城山頭剖面常量元素及其CIA值測試結(jié)果 %

與同處遼南地區(qū)的石槽剖面對比，城山頭剖面中Na2O的含量較高，每一個(gè)樣品的Na2O含量都超過1%，造成這種現(xiàn)象的原因是：城山頭紅色風(fēng)化殼是典型的海濱風(fēng)化殼，其形成后長期處于濱海環(huán)境下，在海浪作用下，海水中大量的Na離子被攜帶在次微米級的海洋飛沫中，以海洋飛沫為載體，伴隨空氣運(yùn)動(dòng)， Na離子進(jìn)入風(fēng)化殼內(nèi)，剖面中Na2O的含量增加。

圖1 城山頭剖面常量元素含量(%)隨深度變化

從圖1可知， SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化波動(dòng)幅度最大，其次是Fe2O3和Al2O3，三者變化趨勢相關(guān)性明顯。Fe2O3和Al2O3有相似的變化趨勢，MgO和Na2O變化趨勢相近，Na2O的波動(dòng)幅度略大 ，K2O和CaO有相似的變化趨勢，K2O波動(dòng)幅度較為明顯。Ti作為穩(wěn)定元素，隨深度變化較穩(wěn)定，波動(dòng)幅度小。隨著風(fēng)化殼的不斷發(fā)育，自上而下城山頭剖面各元素遷移和富集差異較大，Si的含量減少，Al、Fe兩種元素含量增加，這與同處遼南地區(qū)的石槽剖面各元素變化的趨勢正相反。

3.2 地球化學(xué)指標(biāo)分析

化學(xué)蝕變指數(shù)是常量元素重要的地球化學(xué)指標(biāo)，其變化趨勢能反映出紅色風(fēng)化殼的風(fēng)化強(qiáng)度[13,14]。CIA值對氣候環(huán)境具有重要的指示意義，CIA值增大指示風(fēng)化程度增強(qiáng)。城山頭剖面的CIA值范圍在61.73～75. 85之間，平均值為70.74，表明城山頭風(fēng)化殼屬于中等化學(xué)風(fēng)化階段，總體處于溫暖濕潤的氣候環(huán)境下[15]，但是與南方地區(qū)紅色風(fēng)化殼的發(fā)育程度相比，城山頭紅色風(fēng)化殼的發(fā)育程度明顯不足。城山頭剖面自上而下化學(xué)蝕變指數(shù)CIA變化趨勢都呈現(xiàn)出波動(dòng)減小的趨勢，表明風(fēng)化殼的風(fēng)化程度從強(qiáng)變?nèi)酰l(fā)育的成熟度在逐漸增高。

4 結(jié)論

(1)城山頭紅色風(fēng)化殼化學(xué)元素分布符合典型紅色風(fēng)化殼的基本規(guī)律，SiO2、Al2O3和Fe2O3是城山頭紅色風(fēng)化殼氧化物的主要存在形式，占全部元素含量的80.39%，其余各元素含量總和則不足20%。剖面各元素遷移和富集差異較大，Ca元素含量虧損嚴(yán)重， Si、Al、Fe三種主量元素出現(xiàn)明顯富集，且 Si、Al、Fe含量變化趨勢與同處遼南地區(qū)的石槽剖面存在差異。

(2)城山頭剖面樣品Na2O含量都超過1%，城山頭紅色風(fēng)化殼是典型的海濱風(fēng)化殼，其形成后長期處于濱海環(huán)境中，在海浪作用下，海水中大量的Na離子被攜帶在次微米級的海洋飛沫中，以海洋飛沫為載體，伴隨空氣運(yùn)動(dòng)， Na離子進(jìn)入風(fēng)化殼內(nèi)，剖面中Na2O的含量增加。

(3)城山頭剖面的化學(xué)蝕變指數(shù)CIA平均值為70.74，屬于中等風(fēng)化水平，與南方地區(qū)紅色風(fēng)化殼的發(fā)育程度相比，城山頭紅色風(fēng)化殼的發(fā)育程度明顯不足。化學(xué)蝕變指數(shù)變化趨勢反映出紅色風(fēng)化殼的發(fā)育程度較差，自剖面頂部到底部風(fēng)化殼的風(fēng)化程度從強(qiáng)變?nèi)酰l(fā)育的成熟度在逐漸增高。