長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段第四紀(jì)沉積物重礦物特征及其指示意義

駱　丁， 宗開紅， 苗巧銀

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210049)

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長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段第四紀(jì)沉積物重礦物特征及其指示意義

駱丁， 宗開紅， 苗巧銀

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇南京210049)

摘要：選取長(zhǎng)江下游世業(yè)洲的第四紀(jì)鉆孔資料，研究了重礦物的垂向分布特征，以此探討長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段第四紀(jì)以來的沉積類型以及物源演變。結(jié)果顯示，該區(qū)自中更新世開始接受沉積，依次形成河床相、邊灘相、漫灘相、河口三角洲相。重礦物自下而上分為2個(gè)組合段，分別對(duì)應(yīng)更新世和全新世。更新世地層以角閃石、藍(lán)晶石、石榴石等作為特征礦物，且不穩(wěn)定礦物含量高于穩(wěn)定礦物，表明沉積物以近源居多；全新世特征礦物為輝石和鈦鐵礦，穩(wěn)定礦物含量高于不穩(wěn)定礦物，重礦物種類與現(xiàn)代長(zhǎng)江中上游類似，表明此階段沉積物以遠(yuǎn)源物質(zhì)為主。

關(guān)鍵詞：重礦物；物源；長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段；江蘇

0引言

長(zhǎng)江作為橫貫我國(guó)中部的第一長(zhǎng)河，其演化和變遷一直是我國(guó)地學(xué)研究的焦點(diǎn)問題，因其流域面積大且各段沉積類型大不一樣，研究通常分段進(jìn)行(范代讀等，2012)。鎮(zhèn)江段位于長(zhǎng)江下游的江蘇省，構(gòu)造上南北分別是寧鎮(zhèn)隆起和江都隆起(陳希祥，2001)，受沿江斷裂控制，流向近東西，長(zhǎng)江水動(dòng)力在此由強(qiáng)轉(zhuǎn)弱；該段位于現(xiàn)代長(zhǎng)江三角洲頂部，受第四紀(jì)海侵影響，沉積環(huán)境和物源類型均較復(fù)雜(吳標(biāo)云等，1987)。

重礦物密度>2.86g/cm3，具有耐磨蝕、穩(wěn)定性強(qiáng)、能夠較多地保留母巖的性質(zhì)，是物源區(qū)的重要標(biāo)志，因而在流域沉積物研究中具有重要意義(岳艷，2010；操應(yīng)長(zhǎng)等，2011)。沉積物會(huì)因?yàn)闀r(shí)間的推移使其保存的原巖信息不斷減少，沉積物時(shí)代越新，利用重礦物判斷物源的準(zhǔn)確性會(huì)越高，所以第四紀(jì)沉積物亦是重礦物研究的合適物料。

前人對(duì)長(zhǎng)江沉積物的重礦物做了大量的研究，孫白云(1990)研究認(rèn)為榍石是長(zhǎng)江沉積物的特征礦物，不穩(wěn)定礦物與穩(wěn)定礦物含量基本相當(dāng)；王中波等(2006)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江沉積物的主要重礦物組合為磁鐵礦-普通角閃石-普通輝石-石榴子石-綠簾石-褐鐵礦-鈦鐵礦；康春國(guó)等(2009)通過江漢平原鉆孔巖芯的重礦物特征，推測(cè)出長(zhǎng)江三峽東西貫通時(shí)間約為1.1Ma。近年來，呂全榮等(1981)、陳靜等(2007)、張鳳艷等(2011)對(duì)長(zhǎng)江口的重礦物及物源做了比較深入的調(diào)查研究，但研究對(duì)象以表層沉積物居多，而對(duì)于全新世長(zhǎng)江三角洲頂部的鎮(zhèn)江地區(qū)只有李萍等(1983)做過相關(guān)研究。

在前人研究的基礎(chǔ)上，利用最新取得的鉆孔沉積物重礦物資料，對(duì)長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段第四紀(jì)的沉積特征及物源變化進(jìn)行分析。

1鉆孔巖性及地層劃分

選取長(zhǎng)江三角洲重點(diǎn)地區(qū)三維地質(zhì)填圖工作2012年在鎮(zhèn)江施工的第四紀(jì)地質(zhì)孔ZKJ01作為研究對(duì)象(圖1)。ZKJ01孔位于長(zhǎng)江河道中央的沙洲性沖積島嶼——世業(yè)洲，孔深80.5m，揭穿第四系，全孔取芯并且取芯率良好。鉆孔55m以上有連續(xù)的古地磁數(shù)據(jù)，從磁傾角曲線上看，0～55m巖芯均處于布容正極性時(shí)，即為中更新世以來的沉積物。其中26～32m出現(xiàn)了極性倒轉(zhuǎn)，推測(cè)為哥德堡事件，該事件距今約11ka，為更新統(tǒng)和全新統(tǒng)的分界(王潤(rùn)華等，2005)，根據(jù)地層巖性將全新統(tǒng)底界定為27.9m，這與前人通過世業(yè)洲下游鉆孔14C測(cè)年結(jié)果得出的“長(zhǎng)江鎮(zhèn)揚(yáng)段30m以淺的沉積基本上屬于全新統(tǒng)”的結(jié)論基本一致(曹光杰，2008)。此外，根據(jù)區(qū)域巖性對(duì)比，ZKJ01鉆孔上更新統(tǒng)和中更新統(tǒng)的底界分別為60、70m。

巖芯上部全新統(tǒng)主要為灰色、灰褐色黏土與粉砂，水平層理發(fā)育，見兩者互層；夾淤泥，局部見貝殼、螺殼殘?bào)w。32.7m往下粒度變粗，上更新統(tǒng)主要為一套灰黃色、灰綠色粉細(xì)砂、礫質(zhì)砂和砂礫石，具二元結(jié)構(gòu)；中更新統(tǒng)為砂礫層，礫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過40%，成分主要為石英和燧石，次圓狀-次棱角狀；下更新統(tǒng)地層缺失，70m以下為白堊系上黨組磚紅色砂礫巖。

圖1　ZKJ01鉆孔位置圖Fig.1　Location of the drill hole ZKJ01

2樣品采集與分析

在ZKJ01鉆孔巖芯的關(guān)鍵層位中選取了12個(gè)重礦物樣品送分析，具體過程如下。

(1) 先用清水沖洗，粗淘，去掉尾樣，留下灰砂；然后用0.25～0.04mm的篩子進(jìn)行篩分，低溫烘干后稱重，樣重者酌情縮分。

(2) 用體積質(zhì)量為2.89g/cm3的三溴乙烷進(jìn)行重液分離，分別取出其中的輕礦物和重礦物，烘干后稱重。

(3) 將重礦物依次進(jìn)行磁選和電磁選，將磁性部分和電磁性部分分別稱重，用普通雙目顯微鏡和PM6000偏光顯微鏡進(jìn)行鑒定和統(tǒng)計(jì)。

12個(gè)樣品共鑒定出17種重礦物，包括鋯石、綠簾石、透閃石、石榴石、鈦鐵礦、角閃石、榍石、褐鐵礦、藍(lán)晶石、金紅石、輝石、磷灰石、電氣石、白鈦石、鋯石、銳鈦礦及少量黃鐵礦。根據(jù)礦物的穩(wěn)定性分成穩(wěn)定礦物和不穩(wěn)定礦物2類，其中穩(wěn)定礦物包括鋯石、磷灰石、金紅石、白鈦石、藍(lán)晶石、電氣石、石榴石、銳鈦礦、褐鐵礦、榍石、鈦鐵礦、磁鐵礦，不穩(wěn)定礦物包括綠簾石、透閃石、角閃石、輝石、黃鐵礦。穩(wěn)定重礦物抗風(fēng)化能力強(qiáng)，分布廣，遠(yuǎn)離母巖區(qū)含量相對(duì)升高；不穩(wěn)定重礦物抗風(fēng)化能力弱，分布不廣，遠(yuǎn)離母巖區(qū)含量相對(duì)減少(王秋良等，2009)。

重要礦物的形態(tài)特征如下。石榴石：淺粉色，不規(guī)則粒狀，尖棱角狀，油脂光澤。榍石：褐黃色，扁圓粒狀。磁鐵礦：鐵黑色，次滾圓粒狀、厚板狀，金屬光澤，具強(qiáng)磁性。鈦鐵礦：鐵黑色，次滾圓粒狀、細(xì)小八面體狀及粒狀，強(qiáng)金屬光澤，條痕黑色，具弱磁性。藍(lán)晶石：無色，次棱角狀及板柱狀。綠簾石：黃綠色，不規(guī)則粒狀，玻璃光澤。角閃石：墨綠色，次棱角柱狀、厚板狀。輝石：綠色，不規(guī)則粒狀，玻璃-油脂光澤。

3重礦物特征

根據(jù)ZKJ01孔主要重礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)繪出其隨深度變化的曲線(圖2)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)重礦物的分布在由上至下第4—第6個(gè)樣品處發(fā)生了明顯變化，因此根據(jù)重礦物的種類和含量將鉆孔分成上下2段：1—4號(hào)樣品為上段，5—12號(hào)樣品為下段。因?yàn)槿陆y(tǒng)底界為27.9m，所以上、下段分別對(duì)應(yīng)全新世和更新世。

圖2　ZKJ01主要重礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化曲線Fig.2　Content variation curves of the main heavy minerals in drill hole ZKJ01

下段的重礦物組合以石榴石-藍(lán)晶石-綠簾石-角閃石為主，其中角閃石質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，在41.5m處達(dá)到最高值35%，整段平均28.6%；綠簾石質(zhì)量分?jǐn)?shù)也高，且分布連續(xù)，32.9m處達(dá)到26%，平均20.9%；石榴石分布同樣較為連續(xù)，雖然平均值在3.7%左右，但在32.9m處高達(dá)12%；鈦鐵礦平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.1%，在60m上下質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高；輝石平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.2%，峰值12%出現(xiàn)在56.6m處，另外榍石在32.2m處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)23%。還有一些礦物分布較連續(xù)，如鋯石、銳鈦礦、白鈦石、藍(lán)晶石、磁鐵礦，但質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高，平均在4%以內(nèi)；黃鐵礦、金紅石和透閃石在某些層位零星出現(xiàn)。下段以不穩(wěn)定礦物為主，穩(wěn)定礦物與不穩(wěn)定礦物的比值大多不超過0.5，均值0.32，說明此階段沉積物主要以近源物質(zhì)為主。上段的重礦物組合主要為鈦鐵礦-綠簾石-輝石，鈦鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加，平均值為46%，輝石質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有增加，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.5%；另外綠簾石依然連續(xù)分布。角閃石質(zhì)量分?jǐn)?shù)大幅減少，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為3%，鋯石、磷灰石、銳鈦礦、白鈦礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不高；此外重礦物種類有所亦減少，榍石和藍(lán)晶石未見。與下段相比，上段的穩(wěn)定礦物比不穩(wěn)定礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，兩者比值均超過1，均值為1.54，可見此階段遠(yuǎn)源物質(zhì)為沉積物的主要來源。

4沉積相及重礦物意義

研究區(qū)在早更新世及以前以抬升-剝蝕為主，中更新世因?yàn)楹Ｃ嫦陆邓菰辞治g導(dǎo)致河谷下切，沉積物為以砂礫為主的河床相，其中礫石磨圓度和分選度均較差，礫徑大者可達(dá)5cm以上，這說明除了反映帶狀水流環(huán)境之外，還楔入了近源沉積的山前洪積物(魏乃頤等，2010；楊獻(xiàn)忠等，2010)。晚更新世早期堆積了一套河床相-邊灘相沉積物，晚期則以漫灘相沉積為主體，見平行層理和單斜層理，具長(zhǎng)江古河道沉積特征(勞金秀，2009)。晚更新世沉積物中見一定含量的榍石和石榴石，其中前者為長(zhǎng)江的特征礦物，后者為接觸變質(zhì)作用形成，來源可能為南部寧鎮(zhèn)山脈地區(qū)中生代的矽卡巖風(fēng)化后就近搬運(yùn)。鉆孔晚更新世末期沉積物中未見區(qū)域上一套灰綠色硬黏土，可能為后期沖刷缺失。

冰后期海面上升，該區(qū)受到海侵影響，沉積物粒度較細(xì)，夾淤泥和泥礫，為漫灘相和河口三角洲相，但是沉積物中的重礦物組合及比例發(fā)生改變，與長(zhǎng)江中游相似(邵磊等，2010)，其中鈦鐵礦、輝石和磷灰石主要產(chǎn)于超基性、基性侵入巖，而在三峽以西的長(zhǎng)江上游金沙江流域分布有大量的超基性—基性巖漿巖，說明全新世長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段的沉積物物源主要還是來自長(zhǎng)江干流。

5結(jié)論

以上研究成果表明，長(zhǎng)江鎮(zhèn)江段自中更新世開始沉積，依次形成河床相、邊灘相、漫灘相以及河口三角洲相。更新世和全新世形成的沉積物重礦物類型差別明顯，前者以不穩(wěn)定礦物為主，重礦物組合為石榴石-藍(lán)晶石-綠簾石-角閃石；后者的重礦物組合為鈦鐵礦-綠簾石-輝石，穩(wěn)定礦物含量高于不穩(wěn)定礦物。

更新世的沉積物以近源為主，物源主要來自附近的寧鎮(zhèn)山脈，受長(zhǎng)江影響較少；全新世受到海陸交互作用，沉積物為遠(yuǎn)源的砂泥，以現(xiàn)代長(zhǎng)江流域物源為主。

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Characteristics of heavy minerals in the Quaternary sediments of Zhenjiang section, Yangtze River and their indicative significance

LUO Ding, ZONG Kaihong, MIAO Qiaoyin

(GeologicalSurveyofJiangsuProvince,Nanjing210049,Jiangsu,China)

Abstract：Based on the drilling core data in Shiyezhou of the lower Yangtze River, the vertical distribution of the heavy minerals has been studied in order to discuss the provenance evolution and sedimentary type in Zhenjiang section of the Yangtze River since the Quaternary. The result reveals that this area began to deposit since the mid-Pleistocene, forming river bed, point bar, flood plain and estuarine delta facies successively. Two zones of heavy minerals were identified, with the upper zone related to Holocene and the lower zone related to Pleistocene. The Pleistocene strata mainly contain heavy minerals of hornblende, kyanite and garnet, and have more unstable minerals than stable minerals, suggesting that proximal materials are in domination. In contrast, the Holocene strata contain dominant heavy minerals of arepyroxene and ilmenite, and the content of stable minerals is greater than unstable minerals; the types of heavy minerals are similar to those of the upper and middle Yangtze River, indicative of their dominant distal source materials.

Keywords：heavy minerals; provenance; Zhenjiang section of the Yangtze River; Jiangsu Province

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.243

收稿日期：2015-04-30；修回日期：2015-06-17；編輯：蔣艷

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局三維地質(zhì)調(diào)查試點(diǎn)項(xiàng)目“長(zhǎng)江三角洲重點(diǎn)地區(qū)三維地質(zhì)調(diào)查(江蘇)”(1212011220252)

作者簡(jiǎn)介：駱丁(1985—)，男，工程師，碩士，主要從事第四紀(jì)地質(zhì)環(huán)境方面的研究工作，E-mail: bahamut@sina.com

中圖分類號(hào)：P534.63； P588.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-3636(2016)02-0243-04