武漢“青山層”成因與時(shí)代討論

毛新武，何仁亮，胡萬(wàn)強(qiáng)，田望學(xué)

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北武漢 430034)

武漢“青山層”成因與時(shí)代討論

毛新武，何仁亮，胡萬(wàn)強(qiáng)，田望學(xué)

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北武漢 430034)

以青山剖面研究資料為基礎(chǔ)，探討“青山層”的成因與時(shí)代。結(jié)果表明，“青山層”中砂土層粒度組成與青山組中砂土層相同，粘土層粒度特征與現(xiàn)代長(zhǎng)江邊灘粘土層基本相同，青山組中粉砂土粒度特征與現(xiàn)代長(zhǎng)江邊灘粉砂土基本相同;粒度頻率分布曲線(xiàn)呈多峰形態(tài)，累積曲線(xiàn)呈三段式，應(yīng)是不同水動(dòng)力環(huán)境下的河流邊灘沉積。砂粒電鏡掃描顯示“青山層”與青山組砂粒表面均以水成的微觀特征為主;光釋光測(cè)年表明“青山層”形成于111.9 ka B.P。

青山層;青山組;粒度;電鏡掃描;光釋光測(cè)年

0 引言

自方鴻琪先生將武漢地區(qū)晚更新世分為下蜀期和青山期沉積(本文分別稱(chēng)為青山組和青山層，以下同)以來(lái)［1］，對(duì)青山層的成因一直存在著不同的認(rèn)識(shí)［2］。“風(fēng)成論”者，將其與鄱陽(yáng)湖一帶的“砂山”對(duì)比，認(rèn)為是晚更新世末期(3萬(wàn)～1.3萬(wàn)年)風(fēng)成砂丘;“水成論”者，將其作為晚更新世末期長(zhǎng)江泛濫沉積［3］。而對(duì)以一級(jí)階地產(chǎn)出的“青山組”，均認(rèn)同其為晚更新世早期(下蜀期)河流沉積。筆者近年參加武漢地區(qū)1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)地質(zhì)調(diào)查工作，本文即通過(guò)對(duì)典型剖面樣品粒度測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析、石英砂粒電鏡掃描，結(jié)合光釋光測(cè)年成果，對(duì)青山層時(shí)代和成因進(jìn)行討論。

1 材料與方法

本文研究的剖面主要有：青山層剖面(E，114°25'15″;N，30°39'13″;H，36.8 m)、青山組鉆孔剖面(E，114°25'14″;N，30°39'14″;H，30.3 m)、長(zhǎng)江現(xiàn)代邊灘剖面(E，114°07'45″;N，30°22'06″;H，16.2 m)。

1.1 青山層剖面

青山層主要由粉砂層和粘土層相間組成，剖面處厚度＞34.39 m，未見(jiàn)底，以殘坡積物與青山組分界。剖面東側(cè)，可見(jiàn)粉砂層與中更新世紅土呈侵蝕接觸。剖面由上至下分為6層(圖1)，分別為：

6層：褐色粘土，松散，根系發(fā)育(表層風(fēng)化層)。厚1.33 m

5層：灰黃色粉砂土，發(fā)育垂直節(jié)理。 厚12.77 m

4層：灰褐色粘質(zhì)粉砂，可見(jiàn)礦物碎屑。下部與粘土界線(xiàn)清楚，界面處砂粒較粗、向上變細(xì)，粘質(zhì)含量增多，并漸變過(guò)渡到黃色粘土層。局部有砂姜夾層。厚8.19 m

3層：灰黃色粘土，土體密實(shí)，節(jié)理發(fā)育。厚0.67 m

2層：灰褐色粉砂土，松散，可見(jiàn)礦物碎屑。砂層與下伏粘土分界清楚，下部粒度略粗，成分雜，色深;向上粒度變細(xì)，與上覆粘土呈過(guò)渡變化。 厚1.88 m

1層：灰黃色粘土，較密實(shí)，垂直節(jié)理發(fā)育。厚9.55 m

——未見(jiàn)底——

1.2 青山組鉆孔剖面

青山組鉆孔位于青山層剖面起點(diǎn)西側(cè)約20 m處。主要由粉砂層和粘質(zhì)粉砂層組成，厚度17.09 m。由上至下分為8層，分別為：

8層：深灰色粘質(zhì)粉砂，含人工堆積雜礫。厚0.15 m

7層：淺黃色粉砂質(zhì)粘土，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，含少量粉砂。厚2.25 m

6層：黃褐色粉砂土，手摸砂感明顯，表面可見(jiàn)清晰砂粒。 厚1.22 m

5層：黃褐色粉砂質(zhì)粘土。 厚2.73 m

4層：淺褐色粉砂土，泥質(zhì)較多。 厚2.8 m

3層：褐黃色粘質(zhì)粉砂，含少量泥，局部有不規(guī)則分布的鐵錳結(jié)核、薄膜。 厚3.55 m

2層：土黃色粘質(zhì)粉質(zhì)，以粉砂為主，含粘質(zhì)泥。厚2.2 m

1層：黃褐色含鐵錳膜粉質(zhì)粘土。 厚2.19 m

下伏為中更新世棕紅色粘土，呈侵蝕接觸。

1.3 長(zhǎng)江現(xiàn)代邊灘剖面

剖面位于蔡甸區(qū)軍山長(zhǎng)江北岸的邊灘坍塌斷面上(圖2)，主要由粘質(zhì)粉砂層和粘土層組成。

圖1 武漢市青山公園第四紀(jì)青山組實(shí)測(cè)剖面圖Fig.1 Surveying profile of Qingshan Fm of Quaternary period

圖2 武漢市蔡甸區(qū)軍山第四紀(jì)全新世走馬嶺組實(shí)測(cè)剖面圖Fig.2 Surveying profile of Zoumaling Fm of Quaternary Holocene Epoch

由下至上共分為5層。組成如下：

5層：淺灰色粘質(zhì)粉砂土，下部水平紋層發(fā)育，向上層理不顯。 0.45 m

4層：青灰色含礫中細(xì)砂，砂狀結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，平行層理。下部含少量細(xì)礫，礫徑一般＜1 cm。礫石呈圓、次圓狀，少量棱角狀，成分雜，有粘土、磚、雜砂巖等。 0.1 m

3層：淺灰色含粉砂質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉砂，具泥、粉砂結(jié)構(gòu)，中薄層狀構(gòu)造，下部呈紋層狀，向上，粒度變細(xì)，粉土增多。 0.69 m

2層：青灰色具交錯(cuò)層理粉砂與粘土互層，砂層具平行層理、小型交錯(cuò)層理，向上粒度變細(xì)。 0.1 m

1層：青灰色含粘礫粉砂土，砂狀松散結(jié)構(gòu)，中層狀構(gòu)造。底部含少量(約5%)灰黃色粘礫，扁圓狀，礫徑在0.2～1.5 cm左右。砂粒向上變細(xì)。 0.2 m

——未見(jiàn)底——

本次工作中，在青山層剖面(1、2、3、4、5 層)上，分別采取粉砂和粘土粒度分析樣品7件;在青山組鉆孔剖面(2、6、7、8層)上，采取粒度分析樣品4 件;長(zhǎng)江現(xiàn)代邊灘剖面(1、2層)上采取粒度分析樣品6件。在青山層剖面上(1、4層)采取光釋光測(cè)年樣2件;在青山層剖面不同層位(1、2、4、5)、青山組鉆孔巖芯不同層位(2、6)分別采取砂樣進(jìn)行電鏡掃描分析。

粒度測(cè)試是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。采用的樣品前處理方法如下：取樣品0.2 g左右放入燒杯中，加入濃度10%的H2O2加熱至70℃至反應(yīng)完全，去除有機(jī)質(zhì);然后加入1 mol/L的稀鹽酸加熱至反應(yīng)完全，去除碳酸鹽;加滿(mǎn)去離子水，隔夜靜置除去上層清液;加入六偏磷酸鈉超聲振蕩5 min后用于測(cè)試。測(cè)試儀器為 Beckman Coulter L S230型全自動(dòng)激光粒度儀。

石英砂粒電鏡掃描由國(guó)土資源部武漢資源環(huán)境監(jiān)督檢測(cè)中心(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)分析測(cè)試中心)完成。

光釋光測(cè)年由北京中震地殼巖土工程勘察院新年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。

2 分析與討論

2.1 粒度特征

本次工作中，不同地層單位的粒度組成特征見(jiàn)表1。其中，青山層粉砂層的粒度組成為：粘粒(＜5 μm)含量占23.78%，細(xì)粉砂(5～10 μm)占12.96%，粗粉砂(10 ～50 μm)占 62.96%，細(xì)砂(50 ～100 μm)占0.3%;粘土層則全部由粘粒組成。

青山組由粉砂層和粉砂(粘)土組成。粉砂層粒度組成為：粘粒(＜5 μm)含量占24.06%，細(xì)粉砂(5～10 μm)占 11.91%，粗粉砂(10 ～50 μm)占 56.92%，細(xì)砂(50～100 μm)占 6.96%，中砂占 0.16%;粉質(zhì)(粘)土的粒度組成為：粘粒(＜5 μm)含量占31.52%，細(xì)粉砂(5 ～10 μm)占16.43%，粗粉砂(10 ～50 μm)占 52.04%。

長(zhǎng)江現(xiàn)代邊灘沉積物主要由粉砂土和粘土組成，粉砂土粒度組成為：粘粒(＜5 μm)含量占40.58%，細(xì)粉砂(5～10 μm)占 20.25%，粗粉砂(10 ～50 μm)占39.05%，細(xì)砂(50～100 μm)占0.12%。粘土則全部由粘粒組成。

表1 青山剖面粒度測(cè)試結(jié)果表Table 1 Testing result table of Qingshan grain size

結(jié)果表明，青山層中砂土層的粒度組成及參數(shù)與青山組中砂土基本相同，而粘土層則與現(xiàn)代邊灘粘土層相同;青山組中粉質(zhì)粘土粒度組成及參數(shù)大體與現(xiàn)代邊灘粉砂土相同。青山層和青山組中砂土層均以粗粉砂為最主要的眾數(shù)粒組(53.6% ～75.6%)，這與長(zhǎng)江下游地區(qū)下蜀土相近［4］，但在粒度頻率分布曲線(xiàn)上，均呈復(fù)雜的多峰形態(tài)(圖3)，從而明顯區(qū)別于風(fēng)成下蜀土，也不同于北方黃土的雙峰分布［5］。青山組中粉質(zhì)粘土和現(xiàn)代邊灘沉積的粉砂土也是以粗粉砂為主眾數(shù)，含量在33.2% ～58.2%，呈多峰分布(圖4)，僅粘粒含量較高(31.5% ～40.6%)。砂土、粘質(zhì)砂土的概率累積曲線(xiàn)均呈三段式(圖5、6)，砂土層推移質(zhì)組分在25%～40%左右，躍移質(zhì)組分占40% ～55%左右，截點(diǎn)位置分別在4～5和6～7;粉土層推移質(zhì)組分約占15% ～35%，躍移質(zhì)組分占40% ～65%，截點(diǎn)位置分別在4～6和8～10。解釋為河流邊灘沉積，粒度組分差異應(yīng)是水動(dòng)力環(huán)境變化所致。

圖3 粉砂層粒度頻率分布曲線(xiàn)Fig.3 Distribution curve of grain size frequency in silty sand layer

圖4 粘質(zhì)砂土層粒度頻率分布曲線(xiàn)Fig.4 Distribution curve of grain size frequency in clayey silt

圖5 粉砂層粒度概率累積曲線(xiàn)Fig.5 Cumulative curve of grain size probability in silty sand layer

圖6 粘質(zhì)砂土層粒度概率累積曲線(xiàn)Fig.6 Cumulative curve of grain size probability in clayey silt

青山層中粘土層與現(xiàn)代邊灘粘土層具相同的雙峰分布曲線(xiàn)，概率累積曲線(xiàn)均呈三段式(圖7、8)，一部分形成聚粒構(gòu)成躍移質(zhì)組分(約占30%左右)，其余構(gòu)成懸移組分。解釋為邊灘上部的洪泛加積。在青山層中，出現(xiàn)主要由粘粒組成的粘土層，砂層中也普遍含云母礦物碎片，不支持其為“風(fēng)成砂丘”的觀點(diǎn)。在主要粒度參數(shù)方面，上述三類(lèi)不同沉積體具相近的特征，標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.6～2.1左右，分選差，偏度(SK)在1左右，為極正偏，接近于沖積泛濫平原環(huán)境。

圖7 粘土層粒度頻率分布曲線(xiàn)Fig.7 Distribution curve of grain size frequency in clayey silt

圖8 粘土層粒度概率累積曲線(xiàn)Fig.8 Cumulative curve of grain size probability in clayey silt

2.2 石英砂粒表面特征與成因討論

在青山層剖面不同層位(1、2、4、5)分別采取砂樣進(jìn)行電鏡掃描分析，石英顆粒特征基本相同：石英顆粒以次棱角狀為主，約占88% ～97%，次圓狀約占3% ～12%。大部分石英顆粒表面發(fā)育有貝殼狀斷口和溶蝕現(xiàn)象，部分石英顆粒表面有SiO2沉淀，少部分石英顆粒表面有刻痕和擦痕，個(gè)別石英顆粒表面有V型坑和裂開(kāi)(見(jiàn)圖版)。根據(jù)上述現(xiàn)象推斷其為河流相沉積成因——洪積成因。

在青山組鉆孔巖芯不同層位(2、6)采取砂樣進(jìn)行電鏡掃描分析，石英顆粒以次棱角狀為主，占90% ～100%，次圓狀約占0～10%。顆粒表面特征與青山層中砂粒完全相同。應(yīng)為相同的成因。

圖版：典型砂粒表面特征Fig.9 Surface characteristics of typical sand grain

2.3 年代討論

長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)青山層的時(shí)代，無(wú)論是“水成論”者還是“風(fēng)成論”者，均將其視為晚更新世晚期的產(chǎn)物，但一直缺乏測(cè)年資料佐證。本次在青山層剖面下部和中下部，通過(guò)光釋光測(cè)年，分別獲得(111.9±13.6)ka B.P和(88.62±1.79)ka B.P的年齡數(shù)據(jù)，表明青山層形成于晚更新世初期。

2.4 問(wèn)題討論

青山層因其以高地勢(shì)分布于長(zhǎng)江南岸而倍受關(guān)注。持“風(fēng)成”觀點(diǎn)者，將其與鄱陽(yáng)湖一帶的砂山對(duì)比，認(rèn)為是末次冰期惡劣環(huán)境下形成的“風(fēng)成砂丘”，系長(zhǎng)江河流沉積物被來(lái)自西部的風(fēng)力吹揚(yáng)、搬運(yùn)，在下風(fēng)向的長(zhǎng)江南岸低山、丘陵沉積而成［6］，這一認(rèn)識(shí)可較好地解釋青山層的高地勢(shì)分布及砂粒表面水成特征;持“水成”觀點(diǎn)者，主要依據(jù)青山層內(nèi)產(chǎn)淡水生物化石、剖面上粒度的規(guī)律性變化以及在青山組內(nèi)發(fā)現(xiàn)的斷層等現(xiàn)象，認(rèn)為其是河流沉積物，受后期斷裂改造抬升至現(xiàn)在的位置。

本次通過(guò)對(duì)青山層、青山組及長(zhǎng)江現(xiàn)代邊灘的粒度對(duì)比分析，三者的物質(zhì)組成、剖面結(jié)構(gòu)和粒度特征總體相似，青山層與青山組內(nèi)砂粒表面特征相同，可能具相同的成因，均為河流沉積;在青山層粘土層中，4個(gè)樣品全由粘粒組成，明顯不同于風(fēng)成物;在青山層南東側(cè)，有分布較廣的黃褐色粘土層產(chǎn)出，分布高程在40 m左右，略低于青山層，初步認(rèn)為其是晚更新世洪泛沉積，由西至東，由邊灘相到(堤外)洪泛相沉積，也符合河流沉積的一般規(guī)律。在青山層中，首次取得晚更新世早期的年齡數(shù)據(jù)，結(jié)合區(qū)域填圖資料分析，認(rèn)為青山層可能是晚更新世早期長(zhǎng)江的邊灘沉積，南東側(cè)的黃褐土為同期的洪泛沉積。(約在晚更新世中后期)在斷塊掀斜抬升作用下，形成高階地;其后在階地西側(cè)接受晚更新世晚期青山組河流邊灘沉積。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)青山層、青山組和長(zhǎng)江現(xiàn)代邊灘的粒度對(duì)比分析，三者在總體特征相似的背景下略有差異，具有相同的成因，均是長(zhǎng)江的邊灘沉積;對(duì)青山層、青山組砂粒進(jìn)行電鏡掃描分析，也表明二者具相同成因;光釋光測(cè)年表明青山層形成于晚更新世早期，在斷塊掀斜抬升作用下形成高階地。

［1］方鴻淇.長(zhǎng)江中下游地區(qū)的第四紀(jì)沉積［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，1961，41(3－4)：354－366.

［2］楊超，等.長(zhǎng)江中游砂山形成的年代及成因研究［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2003，9(2)：176 －180.

［3］伍維周，等.武漢地區(qū)晚更新世古環(huán)境的若干問(wèn)題［J］.湖北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1995，17(1)：105 －110.

［4］李徐生，等.鎮(zhèn)江下蜀黃土粒度特征及其成因初探［J］.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，2001，21(1)：25 －31.

［5］孫東懷，等.中國(guó)黃土粒度的雙峰分布及其古氣候意義［J］.沉積學(xué)報(bào)，2000，18(3)：327 －334.

［6］楊勇，等.武漢青山“砂山”粒度特征及其成因指示［J］.沉積學(xué)報(bào)，2008，26(3)：487 －491.

Discussion on Genesis and Age of Qingshan Fm in Wuhan

MAO Xinwu，HE Renliang，HU Wanqiang，TIAN Wangxue
(Hubei Institute of Geological Survey，Wuhan，Hubei430034)

On the basis of Qingshan profile research data，origin and era of Qingshan Fm are discussed in this paper.The results show grain size composition is the same as sand soil layer，grain size characteristics of clayey silt(silty sand)is the same as clayey silt(silty sand)of modern Changjiang estuary in Qingshan Fm.Size frequency distribution curves of multi－ peak form，the cumulative curve of three stages，should be river beach deposition under different hydrodynamic environment.Sand electron microscope scanning shows that Qingshan Fm and surface of sand grain are the main microscopic characteristics of water.Optical stimulated luminescence dating shows that Qingshan Fm formed in the 111.9ka BP.

Qingshan Fm;grain size;electron microscope scanning;optical stimulated luminescence dating

P535;P534.63+1

A

1671－1211(2011)03－0177－05

2011－04－11;改回日期：2011－04－22

毛新武(1964－)，男，高級(jí)工程師，放射性物探專(zhuān)業(yè)，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作。E－mail：724430378@qq.com

致謝：工作中得到中國(guó)地質(zhì)大學(xué)李長(zhǎng)安教授、湖北省地質(zhì)調(diào)查院李金平、鄧乾忠、周世卿教授級(jí)高級(jí)工程師的多次指導(dǎo)，受益匪淺，謹(jǐn)此致謝。

于繼紅)