江漢—洞庭地區(qū)與黃廣—九江地區(qū)更新統(tǒng)劃分與對比

陳立德

(中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，武漢 430205)

0 引言

第四系劃分與對比是江漢—洞庭地區(qū)和黃廣—九江地區(qū)第四紀沉積特征、河湖演化及其地質(zhì)環(huán)境效應研究的重要基礎[1-8]。20世紀60年代以來，以第四紀冰期的等時性和階地分析為區(qū)內(nèi)第四系劃分與對比的基本原則，并將白沙井礫石層等早更新世礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土視為河流相二元結(jié)構[9-11]，主導了長江中游江漢—洞庭地區(qū)和黃廣—九江地區(qū)第四系研究的基礎，湖南、湖北和江西分別建立了洞庭湖地區(qū)、江漢平原周緣和九江地區(qū)等區(qū)域性第四系地層劃分與對比方案[7，10-13]，卻造成了相鄰地區(qū)地層劃分與對比的困難。

近年來的研究表明，江漢—洞庭地區(qū)及九江廬山地區(qū)第四紀冰期沉積特征不明顯，包括長沙一帶的早更新世礫石層是盆地周緣古河流(如古湘江或其支流)的沖積扇或辮狀河流堆積，下游方向則發(fā)育扇三角洲或辮狀河三角洲沉積[14-17]。上覆網(wǎng)紋紅土是在陽邏礫石層、宜昌礫石層和白沙井礫石層等早更新世礫石層沉積并經(jīng)侵蝕之后的堆積物，二者不是連續(xù)沉積的[8,16-19]。陽邏礫石層、宜昌礫石層和白沙井礫石層形成于早更新世(Qp1)，而上覆的網(wǎng)紋紅土則形成于中更新世(Qp2)[1,16-18]。

在上述認識的基礎上，通過對早更新世礫石層及上覆網(wǎng)紋紅土疊覆關系的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，輔以年齡測試等相關技術手段，開展了長江中游江漢—洞庭地區(qū)及黃廣—九江地區(qū)更新世地層的劃分與對比研究,建立了區(qū)內(nèi)第四紀地層格架，為研究區(qū)內(nèi)第四紀地質(zhì)演化、第四紀河湖變遷及長江水系建立等科學問題提供支撐。

1 研究背景及研究區(qū)概況

1.1 研究背景

前人在洞庭湖地區(qū)、江漢平原周緣和九江地區(qū)等，建立了區(qū)域性第四系地層劃分與對比方案(表1)。在洞庭湖周緣地區(qū)將網(wǎng)紋紅土與下伏礫石層視為河流相二元結(jié)構，按照其出露的高程或與湘江水面相對高差為依據(jù)，分別建立了白沙井組、新開鋪組和洞井鋪組，將白沙井組的時代確定為中更新世，將新開鋪組和洞井鋪組的時代確定為早更新世。而江漢平原周緣及黃廣地區(qū)則將第四紀網(wǎng)紋紅土層的時代確定為中更新世，將下伏礫石層的時代確定為早更新世，并分別在宜昌地區(qū)建立了善溪窯組和云池組，在武漢地區(qū)建立了王家店組和陽邏組。江西九江地區(qū)則將網(wǎng)紋紅土分別劃分為中更新世葉家壟紅土、進賢組和早更新世賽陽紅土，以冰川論為基礎建立了大排嶺泥礫、大姑組和鄱陽組等冰期堆積和間冰期的九江組礫石層堆積。

前人的方案不僅造成了長江中游江漢—洞庭地區(qū)和黃廣—九江地區(qū)第四系格架之間的互不相容，而且對第四紀沉積特征、河湖演化及其地質(zhì)環(huán)境效應研究帶來了極大的困擾。第四系劃分與對比是研究區(qū)亟待解決的重大基礎地質(zhì)問題。

表1 區(qū)內(nèi)第四系中、下更新統(tǒng)劃分與對比沿革表[7，10-13]Tab.1 Stratigraphic division and comparison of Quaternary Lower and Middle Pleistocenein Jianghan-Dongting area and Huangguang-Jiujiang area[7，10-13]

1.2 研究區(qū)概況

長江中游自湖北宜昌至江西湖口一帶，東西長約950 km。以兩側(cè)發(fā)育的江漢—洞庭湖群和鄱陽湖為中心，呈現(xiàn)出環(huán)形、層狀地貌特征，地勢有規(guī)律地由湖盆、沖積平原、階地、崗地、低丘、高丘變化，逐步過渡到外圍的低山和中低山地貌，而大別山東段南麓與幕府山北端的黃石一帶成為江漢—洞庭地區(qū)與黃廣—九江地區(qū)“一江兩湖”地貌輪廓的分界線(圖1)。

圖1 長江中游群山環(huán)繞、“一江兩湖”的地貌輪廓Fig.1 Landforms of river surrounded by mountains and one-riverwith two-lakes in the middle reaches of Yangtze River

區(qū)內(nèi)山地、丘陵主要以古生代或前古生代沉積巖或變質(zhì)巖為主，間以不同時代的侵入巖或噴發(fā)巖。沿江或盆地周緣主要發(fā)育白堊系紅色碎屑巖，古近系和新近系普遍缺失，僅局部發(fā)育弱固結(jié)砂礫巖夾湖相(或鹽湖相)沉積。江漢—洞庭地區(qū)白堊系—新近系中常見基性玄武巖夾層。區(qū)內(nèi)早更新世以河湖相為主，晚期發(fā)育以宜昌礫石層、白沙井礫石層、陽邏礫石層和九江礫石層等為代表的沖洪積扇沉積； 中更新世廣泛發(fā)育以網(wǎng)紋紅土為代表的沉積； 晚更新世發(fā)育下蜀土或局部沙山堆積； 全新世以河湖相沉積為主。

2 技術方法

在江漢—洞庭地區(qū)和黃廣—九江地區(qū)更新統(tǒng)礫石層和網(wǎng)紋紅土發(fā)育區(qū)，開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和露頭區(qū)剖面測量，輔以年代學研究，揭示盆地周緣丘崗露頭區(qū)更新統(tǒng)礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土層之間的接觸關系。

在江漢—洞庭地區(qū)西緣早—中更新世地層淺覆蓋區(qū)，綜合利用剖面測量、物探、鉆探、大規(guī)模工程揭露等方法，建立江漢—洞庭地區(qū)崗地—平原過渡區(qū)早更新世礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土的剖面結(jié)構，進一步揭示早更新世礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土層的接觸關系。

3 主要成果

3.1 區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育的更新統(tǒng)網(wǎng)紋紅土層形成于中更新世，而下伏礫石層則形成于早更新世，二者之間具有顯著的年代學差異

江西九江長虹大道等多個礫石層或泥礫層的測年數(shù)據(jù)表明[20]，大姑組泥礫層年齡為1.00～0.78 Ma、而九江組年齡為1.2～1.0 Ma[21-22]，大姑組和九江組時代為早更新世晚期。利用古地磁法、熱釋光、光釋光(optically stimulated luminescence,OSL)、電子自旋共振(electron spin resonance,ESR)等方法測得江西九江地區(qū)進賢組下部網(wǎng)紋紅土中礫石層年齡為0.73 Ma，賽陽紅土、葉家壟紅土等典型的網(wǎng)紋紅土層的時代小于0.78 Ma[21-25]。年代學研究表明，江西九江地區(qū)進賢組、葉家壟紅土和賽陽紅土的時代屬于中更新世，應屬于同一套地層，只是在不同的地點覆蓋于不同的早更新世礫石層之上，被早期的研究者賦予了不同的時代含義。下伏大姑組泥礫、九江組等礫石層的年代為早更新世晚期。

江漢—洞庭地區(qū)更新統(tǒng)礫石層和上覆網(wǎng)紋紅土的年代學研究表明，宜昌猇亭盧演沖、云池陽邏半邊山、常德黃土山、常德太陽山等地的更新統(tǒng)礫石層年齡為1.2～1.1 Ma[4,13-15,25-27]。環(huán)洞庭盆地周緣湘潭、寧鄉(xiāng)、澧縣王家廠等地以及江漢盆地周緣的當陽、京山、鐘祥一帶也廣泛發(fā)育早更新世礫石層，筆者對此補充開展了環(huán)江漢—洞庭盆地周緣礫石層的年代學研究，結(jié)果表明其時代均為早更新世晚期(表2)，與前人在宜昌、常德等地獲取的年齡數(shù)據(jù)是一致的。

表2 江漢—洞庭盆地周緣更新統(tǒng)礫石層實測年齡數(shù)據(jù)Tab.2 Measured ages of Pleistocene gravellayers in Jianghan-Dongting area

3.2 盆地周緣的中更新世網(wǎng)紋紅土層與下伏早更新世礫石之間是不整合接觸，而不是河流相二元結(jié)構

網(wǎng)紋紅土和下伏更新統(tǒng)礫石層的年代學研究表明，網(wǎng)紋紅土的時代屬于中更新世(Qp2)，而下伏礫石層的時代屬于早更新世晚期(Qp1)，二者之間存在廣泛的沉積間斷，為不整合接觸關系。任美鍔等[19]、楊懷仁等[1]早期研究者認為長沙一帶網(wǎng)紋紅土與下伏白沙井礫石層之間存在不整合接觸關系。這一不整合或假整合接觸關系不僅得到了眾多測年數(shù)據(jù)的支持，而且在江漢—洞庭地區(qū)周緣的崗波狀平原區(qū)(包括湖南長沙和湖北宜昌、武漢陽邏等地)，近年來大規(guī)模工程建設揭露的多個剖面清楚地顯示出礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土之間存在顯著的沉積間斷或侵蝕面(圖2)，進一步揭示了這種不整合接觸關系的廣泛存在。

江西九江地區(qū)，進賢組、葉家壟紅土、賽陽紅土等網(wǎng)紋紅土層上覆大姑組泥礫層、九江礫石層，下伏晚更新世(Qp3)沙山砂層或新港黏土層。年代學研究和地層疊覆關系的綜合分析表明，江西九江地區(qū)進賢組、賽陽紅土、葉家壟紅土等網(wǎng)紋紅土層的時代應屬中更新世(Qp2), 大姑組泥礫層、九江礫石層的形成時代為早更新世晚期(Qp1)，二者之間具有顯著的沉積間斷，為不整合接觸，和江漢—洞庭地區(qū)網(wǎng)紋紅土與下伏礫石層的接觸關系十分相似[1，18]。

圖2 常德黃土山一帶網(wǎng)紋紅土層與下伏礫石層之間的不整合接觸(標尺長30 cm，鏡向NE)Fig.2 Unconformity contact between reticulate red layerand underlying gravel layer in Huangtushan areaof Changde County(Scale:30 cm, NE)

綜合江漢—洞庭地區(qū)與黃廣—九江地區(qū)早更新世礫石層及上覆網(wǎng)紋紅土層年代學和地質(zhì)體疊覆關系研究成果，將網(wǎng)紋紅土層與下伏礫石層之間存在的接觸關系確定為不整合是恰當?shù)?。網(wǎng)紋紅土是在白沙井礫石層等沉積并經(jīng)侵蝕之后的堆積物，二者不是連續(xù)沉積的，白沙井礫石層形成于早更新世(Qp1)，而上覆的網(wǎng)紋紅土則形成于中更新世(Qp2)。

3.3 長江中游地區(qū)第四系地層格架的建立

區(qū)域調(diào)查表明，在九江礫石層之下，尚發(fā)育一套砂礫石或含礫砂層沉積，筆者稱之為黃梅砂礫石層。黃梅砂礫石層在黃梅縣南部的濯港一帶較為發(fā)育(圖3)，代表了花崗巖深風化作用形成的長石石英砂屑或以脈石英為主形成的細礫石的快速近緣堆積。鉆探資料顯示，這一堆積物向SE發(fā)育至九江—瑞昌之間的長江右岸一帶，深埋于全新統(tǒng)(Qh)現(xiàn)代河流堆積之下60～100 m，與九江礫石層、大姑泥礫層的層位相比，黃梅砂礫石層的發(fā)育層位要低，可能代表早更新世中期的沉積。黃梅砂礫石層可能與梅家洲礫石層相當，后者僅見于江西湖口梅家洲一帶的鉆孔中，并伏于九江礫石層、大姑組泥礫層之下，代表了早更新世中晚期河流相作用的產(chǎn)物。

結(jié)合對長江中游江漢—洞庭地區(qū)和九江地區(qū)晚更新世地層的已有研究，提出江漢—洞庭地區(qū)與黃廣—九江地區(qū)更新世地層劃分和對比的建議方案(表3)。

方案將湖南洞庭盆地周緣已建立的白沙井組、新開鋪組及洞井鋪組的下部礫石層段稱白沙井礫石層，并與任美鍔等[19]、楊懷仁等[1]所稱的白沙井礫石層相當。將白沙井組、新開鋪組及洞井鋪組的上部網(wǎng)紋紅土段與馬王堆組對比，稱馬王堆組，相當于任美鍔等[19]所稱網(wǎng)紋紅土和楊懷仁等[1]所稱網(wǎng)紋紅土及底部泥礫層。將黃廣—九江地區(qū)的進賢組、葉家壟紅土、賽陽紅土視為同一套地層，并將分布于長江中游江漢—洞庭地區(qū)與黃廣—九江地區(qū)的中更新世網(wǎng)紋紅土層進行對比，其與下伏礫石層之間為不整合接觸。

3.4 江漢—洞庭地區(qū)沉積環(huán)境的重大調(diào)整暗示了長江上游“川峽二江”續(xù)接貫通的時限為早—中更新世之交

環(huán)江漢—洞庭地區(qū)，與宜昌礫石層、陽邏礫石層相當，在當陽、孝感、咸寧、岳陽、汨羅、寧鄉(xiāng)、津市、松滋等地，還發(fā)育有鐘祥礫石層、常德礫石層、白沙井礫石層等，且具有與宜昌礫石層、陽邏礫石層相似的河流相沉積特征(圖4)，呈環(huán)帶狀分布于江漢—洞庭盆地周緣低山、丘陵向平原、崗地過渡區(qū)(圖5)。在坡麓一帶，往往發(fā)育黏性泥石流堆積，如洞庭盆地西緣的津市黃姑山黏土礫石層或廬山坡麓的大姑組黏土礫石層。

圖4 武漢陽邏河流相礫石層Fig.4 Fluvial gravel layer in Yangluo of Wuhan

圖5 長江中游地區(qū)更新世礫石層典型剖面位置Fig.5 Typical profile location of the Pleistocene gravel layer in the middle reaches of Yangtze River

上述環(huán)江漢—洞庭地區(qū)礫石層，具有河流相沖洪積扇的特點。從礫石的物源看，其與環(huán)江漢—洞庭地區(qū)短程河流密切相關[16-18]，如陽邏礫石層的發(fā)育與府河有關[28]，常德礫石層則與沅江的發(fā)育有關，寧鄉(xiāng)一帶的礫石層則與溈水發(fā)育有關。礫石層的結(jié)構特征及其標志性礫石成分與支流的相關性表明，宜昌礫石層、陽邏礫石層，以及同期發(fā)育在當陽、孝感、咸寧、汨羅、寧鄉(xiāng)、津市、松滋、鐘祥、常德等地的早更新世礫石層，是江漢—洞庭盆地周緣呈輻射狀發(fā)育的短程河流的沖洪積扇堆積。

與代表了強勁的水動力、以沖洪積相為主的早更新世礫石層不同，區(qū)內(nèi)的中更新世網(wǎng)紋紅土層則是以細粒沉積物為主的河湖相沉積[14，16]，并輔以風揚沉積。這些沉積物同期或進一步接受后期濕熱化改造，不同程度地廣泛發(fā)育網(wǎng)紋化。在九江地區(qū)廣泛發(fā)育進賢組、葉家壟組或賽陽紅土，江漢—洞庭地區(qū)同期則發(fā)育馬王堆組、善溪窯組或王家店組網(wǎng)紋紅土，底部發(fā)育透鏡狀網(wǎng)紋礫石層。

江漢—洞庭地區(qū)周緣早更新世礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土的廣泛分布與發(fā)育特征表明，經(jīng)歷了早更新世各入湖支流發(fā)育沖積扇沉積后，江漢—洞庭地區(qū)發(fā)育最為廣泛、橫向可對比性最強的中更新世河湖相堆積，代表了區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境在早—中更新世之交發(fā)生了重大調(diào)整，這一調(diào)整除卻氣候變化引起的降雨量重大變化之外，應為長江上游“川峽二江”續(xù)接貫通產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)效應。長江上游“川峽二江”續(xù)接貫通引來了巨量水源，使江漢—洞庭地區(qū)迅速演變?yōu)橐粋€統(tǒng)一的大湖泊[16,18]，并掘開黃石東去，而使長江貫通。

長江中游地區(qū)早—中更新世地質(zhì)環(huán)境的重大調(diào)整是“中更新世革命”在長江中游乃至中國東部地區(qū)的反映，造成了區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境的重大調(diào)整，此外氣候、降雨量在短時間內(nèi)也驟然變化。

4 結(jié)論

(1)長江中游江漢—洞庭地區(qū)和江西九江地區(qū)第四系劃分與對比需要揚棄冰川論和階地分析的理論基礎。

(2)白沙井礫石層、陽邏礫石層、宜昌礫石層、九江礫石層、大姑組泥礫層等江漢—洞庭地區(qū)與黃廣—九江地區(qū)的礫石層沉積是湘江等長江支流河口的早更新世晚期(Qp1)沖洪積扇堆積。

(3)早更新世礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土之間為不整合接觸。網(wǎng)紋紅土是以細粒沉積物為主的河湖相沉積，形成于中更新世(Qp2)。

(4)建議將白沙井礫石層限定為白沙井組、新開鋪組、洞井鋪組的下部礫石層段，將白沙井組、 新開鋪組、洞井鋪組上部的網(wǎng)紋紅土段統(tǒng)稱為馬王堆組，并將馬王堆組與善溪窯組、進賢組、葉家壟紅土、賽陽紅土進行對比。

(5)云池組、白沙井礫石層等早更新世礫石層與上覆網(wǎng)紋紅土所代表的水動力條件和沉積環(huán)境的重大調(diào)整是長江三峽續(xù)接貫通的環(huán)境效應，暗示了長江三峽續(xù)接貫通發(fā)生在早—中更新世之交。