衡陽地區河流階地第四紀紅土與河漫灘沉積物粒度特征對比

熊平生 ，黃臨娟，張楚楚，劉 亮，郝麗婷

(衡陽師范學院 地理與旅游學院，湖南 衡陽 421002)

長江下游及其以南地區廣泛發育第四紀紅土，目前存在多種名稱，如紅色風化殼、第四紀紅粘土、第四紀紅土、網紋紅土和加積型紅土等。其成因則有多種認識。主要有流水沉積物[1～3]、風積物[4～9]、風化殘積物[10]等。最近有人提出，風成沉積紅土集中分布于南嶺以北地區，水成沉積紅土分布于南嶺以南地區[11]。這些成果有力地推動了我國南方更新世以來沉積物的研究進程。湘江衡陽段河流階地上紅土分布廣泛，是研究紅土成因的理想地質材料。有關衡陽紅土沉積古環境記錄方面開展了一些研究工作[12～13]，有關紅土成因方面的研究工作比較薄弱。本文以衡陽河流階地典型紅土剖面與湘江衡陽段河漫灘剖面沉積物粒度對比，結合粒度組分、粒度參數、判別函數值等指標探討衡陽河流階地紅土的成因，一方面豐富衡陽地區紅土研究的內容，也可為南方紅土成因提供科學依據。

1 研究區概況

衡陽市位于湖南省中南部，湘江自西南向東北斜穿城區，蒸水和耒水在城北匯入湘江。屬湘中盆地西部板塊，處新華夏系第二沉降帶南段。沉積一套白堊系至早第三系紅色巖層，第四紀有明顯出露。衡陽珠暉區吉祥商店附近發育一處河漫灘剖面(簡稱吉祥剖面JX)，地理坐標112.64°E，26.91°N，海拔高度26m；衡陽雁峰區高興村附近發育一處紅土剖面(簡稱高興剖面GX)，地理坐標112°36′ E，26°51′ N，屬湘江第三級河流階地，為第四紀紅粘土(圖1)，研究區第三系分布較廣，為陸相碎屑沉積巖，侏羅系、白堊系和二疊系和泥盆系局部地區出露。第四系分布于湘江及其支流蒸水、耒水河流兩岸，為洪積、沖積相沉積物。

圖1 采樣剖面位置及研究區地質圖Fig 1.Geological Map and Sampling Section Distribution of Study Area

2 研究材料和方法

2.1 研究材料

吉祥剖面(JX)在湘江和耒水交匯附近，距離耒水大橋約1km處的南岸河漫灘上，剖面具有明顯的二元結構，厚度約183cm，上半部為河漫灘相粉砂質粘土，底部為礫石層，見圖2。以2cm間隔距離，從上往下依次對剖面進行較高密度采樣，共采集樣品91件。高興剖面(GX)為人工露頭剖面，厚度約3.6m左右，自上而下分別為紅壤層，棕紅色，土質疏松，含少量細根；均質紅土層，土質緊實，含較多礫石；“褐黃土”，褐黃色粘土。高興剖面以4cm為間距由下往上取樣，共獲取樣品86件。

圖2 高興紅土剖面(GX)和吉祥河漫灘剖面(JX)地層結構圖Fig 2.Gaoxing Laterire Section(GX)and Jixiang Valley Flat Section(JX)Column

2.2 分析方法

從預先處理好的樣品中稱取土樣約0.1g，將樣品倒入20ml燒杯中，加入蒸餾水充分攪拌分散，靜止24h，然后加入濃度1%的六偏磷酸鈉溶液，再次靜止24h，使得沉積物顆粒充分分散，利用馬爾文Masterizer-3000型激光粒度儀進行粒度測試，測試范圍0.01μm～3500μm，樣品自動重復測試三次取平均值，測試結果誤差低于1%。?值換算公式：?=-log2D，其他的參數換算根據Fork公式[14]。粒度測試工作由衡陽師范學院第四紀實驗室完成。

3 結果與分析

3.1 紅土粒度特征與河漫灘沉積物的對比

3.1.1 粒度組分特征

湘江衡陽段河漫灘沉積物粒度測試結果(表1)。砂礫(>63μm)含量居首位，平均值53.05%；粉砂礫(4μm～63μm)為其次，平均含量43.69%，；粘粒(<4μm)含量較少，平均值3.26%。粗粉砂(10μm～50μm)0～96.31%，平均含量27.11%。砂礫-粉砂層，砂礫和粉砂平均含量分別為54.11%，45.75%；砂礫層砂礫平均含量97.48%；剖面頂部粉砂-砂礫層，粉砂和沙礫平均含量分別為49.44%、47.38%；剖面中部粉砂-砂礫層，粉砂和沙礫平均含量分別為61.13%、30.56%。

表1 吉祥河漫灘剖面(JX)部分樣品粒度特征值Tab 1.Grain Size Characteristics of Part of Jixiang Valley Flat Section(GX)Sample

衡陽市區高興紅土剖面(GX)粒度測試結果(表2)。粉砂礫(4μm～63μm)組分含量最高，平均值為60.48%，分布范圍介于36.60%～84.38%之間；砂礫組分居第二位，平均含量26.52%，分布范圍53.03%～5.64%；粘粒含量平均值12.99%，分布范圍介于0～25.62%。粗粉砂(10μm～50μm)21.43%～47.23%，平均含量32.74%。紅壤層砂礫平均含量28.01%，粘粒平均含量13.87%；均質紅土層砂礫平均含量25.92%，粘粒平均含量13.03%；“褐黃土層”砂礫平均含量24.56%，粘粒平均含量10.48%。

表2 高興紅土剖面(GX)部分樣品粒度特征值Tab 2.Grain Size Characteristics of Part of Gaoxing Laterite Section(GX)Sample

衡陽高興剖面(GX)紅土以粉砂組分為主，其次砂礫組分，粘粒組分含量較高。河漫灘沉積物以砂礫組分為主，其次粉砂組分，粘粒組分含量很少。紅土和河漫灘沉積物中粗粉砂組分含量相近。

3.1.2 粒度參數特征

由(表1)可知，吉祥河漫灘剖面(JX)91個樣品平均粒徑(Mz)值3.74Φ，分布范圍-0.94Φ～8.58Φ；分選系數(σ)平均值-1.55，分布范圍介于-2.74～-0.16；偏度(SK)均值-0.10，分布范圍-0.82～0.88；峰態(Kg)平均值0.88，分布范圍介于0.32～2.13之間。由表2可知，高興紅土剖面(GX)86個樣品平均粒徑(Mz)值5.55Φ，分布范圍4.32Φ～6.57Φ；分選系數(σ)平均值-2.02，分布范圍介于-2.63～-1.42；偏度(SK)均值-0.02，分布范圍-0.34～0.28；峰態(Kg)平均值1.06，分布范圍介于0.27～1.71之間。

衡陽高興剖面(GX)紅土平均粒徑(Mz)值5.55Φ，湘江吉祥河漫灘沉積物平均粒徑(Mz)值3.74Φ，河漫灘沉積物比紅土沉積物略偏粗；紅土與河漫灘沉積物樣品皆分選性極好。河漫灘沉積物正偏、負偏、近對稱分別占比9.9%、41.7%、48.4%，紅土沉積物正偏、負偏、近對稱分別占比34.2%、40.5%、25.3%。從峰態上看，紅土沉積物的峰態值稍高、峰態更窄。

3.2 紅土粒度三角圖與河漫灘沉積物對比

由粒度三角圖(圖3)發現，紅土沉積物樣點分布范圍相對集中，河漫灘沉積物樣點比較分散，在三角圖分布位置上較為一致，有部分樣點區域存在重合現象。

圖3 衡陽紅土與河漫灘灘粒度三角圖Fig 3.Hengyang Laterite and Valley Flat Grain Size Triangle Diagram

3.3 紅土粒度參數散點分布與河漫灘沉積物對比

已有研究表明，利用分選系數、平均粒徑、峰態和偏度等參數作散點圖，可以較好地區別成因不同類型的沉積物[15]。由粒度參數散點圖(圖4)可知，無論偏度對分選系數、峰態和平均粒徑值的散點圖，還是平均粒徑值對峰態、分選系數和偏態的參數散點圖中，紅土沉積物樣點散落范圍較為集中，河漫灘沉積物樣點相對分散。但紅土與河漫灘沉積物樣點有一定重合的區域，說明衡陽地區紅土與河漫灘沉積物的成因有部分相似。

圖4 衡陽紅土與河漫灘粒度參數散點圖Fig 4.Hengyang Laterite and Valley Flat Grain Size Parameter Diagram

4 討論

衡陽河流階地紅土風塵“基本粒組”10～50μm分布范圍介于21.43%～47.23%之間，平均含量32.74%，遠低于北方哈爾濱黃土73%～82%[16]、洛川黃土50.3%～53%[17]及贛北下蜀土66.9%～87.2%[18]等典型風成沉積物。因此，衡陽第四紀河流階地上紅土不屬于風積成因。與福建永安巴溪河西岸三級階地上的網紋紅土[19]、廣東東江一級階地與福建永安巴溪河西岸三級階地上的網紋紅土[19]、廣東東江一級階地[20]紅土的粒度特征相似。先前對衡陽高興剖面紅土中礫石研究發現[21]，紅土礫石表面有V形坑、次圓形、次棱角和撞擊坑，各自占比相差不大，還有少量的蝶形坑，其表面留下不同形態類型的坑，表明其經歷了流水沖擊作用。紅土經歷了流水沉積后，還遭受過強烈的化學風化作用。在化學風化過程中，紅土剖面由下往上砂礫組分含量逐漸變少，粘粒組分含量逐漸增多。這一過程直接反映先沉積的沉積物經歷的風化時間長，砂級組分含量減少；后沉積的沉積物經歷的風化時間短，砂級組分含量相對增多，這與高興剖面(GX)從底部往上反映出的粒度特征是一致的。衡陽河流階地紅土以粉砂組分為主，粘粒組分含量較高；河漫灘沉積物以砂礫組分為主，粘粒組分含量極少。紅土、河漫灘沉積物樣品平均粒徑(Mz)分別為5.55Φ、3.74Φ；紅土、河漫灘沉積物樣品分選系數均值分別為-2.02、-1.55。綜上粒度特征表明，在沉積動力作用方面紅土弱于河漫灘沉積物。此外，在粒度三角圖上、粒度參數散點圖上，河漫灘沉積物樣品分布范圍相對分散，而紅土樣品相對集中，但有彼此重疊的區域。揭示了紅土與河漫灘沉積環境條件既有相似的地方，也有較大的區別。

5 結論

根據衡陽地區高興剖面(GX)紅土86個樣品與吉祥河漫灘剖面(JX)91個樣品粒度特征和對比分析，得到以下3點認識：

(1)衡陽河流階地紅土以粉砂組分為主，其次砂礫組分，粘粒組分含量較高。河漫灘沉積物以砂礫組分為主，其次粉砂組分，粘粒組分含量很少。紅土和河漫灘沉積物中粗粉砂組分含量相近。紅土與河漫灘沉積物分選性極好，河漫灘沉積物負偏和近對稱占比較大，紅土沉積物正偏、負偏占比較大。峰態上，紅土沉積物峰態值稍高、峰態更窄。

(2)衡陽河流階地紅土風塵“基本粒組”遠低于北方哈爾濱黃土、洛川黃土及贛北下蜀土等典型風成沉積物；在粒度三角圖上、粒度參數散點圖上，紅土樣點散落范圍較為集中，河漫灘沉積物樣點相對分散，但紅土與河漫灘沉積物樣點有一定重合區域。表明衡陽河流階地紅土不是風塵沉積物，也不完全屬于流水沉積作用的產物。

(3)衡陽地區紅土是在搬運動力相對于河漫灘沉積物搬運動力變幅較小的流水作用下沉積，沉積之后經歷強烈風化作用改造而成。