銅陵紅土石英顆粒特征及其環(huán)境意義

趙亞軍，楊立輝，張碩，董有進(jìn)

1.安徽師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，蕪湖 241000

2.資源環(huán)境與地理信息工程安徽省工程技術(shù)研究中心，蕪湖 241000

第四紀(jì)紅土廣泛分布在我國南方地區(qū)，它是記錄南方氣候變遷與環(huán)境演變信息的重要載體[1-2]。其中發(fā)育大量條帶狀白色網(wǎng)紋的紅土為網(wǎng)紋紅土，是南方地區(qū)第四紀(jì)紅土中存在的較為普遍的地質(zhì)體。紅土沉積物記錄著搬運與沉積過程的環(huán)境信息，對其進(jìn)行研究有利于揭示南方地區(qū)第四紀(jì)古氣候變化及環(huán)境演變[2-3]。許多學(xué)者對南方網(wǎng)紋紅土的沉積動力與物源進(jìn)行研究，其中長江中下游紅土剖面一直是重點研究區(qū)域。一些學(xué)者對長江中下游地區(qū)宣城、九江等地紅土剖面進(jìn)行研究，認(rèn)為其具有風(fēng)成特征[3-7]，并認(rèn)為物質(zhì)來源與下蜀黃土相似[8-9]，有的學(xué)者則認(rèn)為同時含有河流相物質(zhì)[10]。魏驥對湖南和湖北等地的第四紀(jì)紅土剖面研究認(rèn)為，紅土粒度呈現(xiàn)上粗下細(xì)的“二元結(jié)構(gòu)”，剖面上部具有風(fēng)成特征，而下部則具有河流沖積相特征[11]。Hu 認(rèn)為分布在29°～31°N 地區(qū)的第四紀(jì)紅土具有風(fēng)成特征，記錄了冰川和間冰期的古氣候信息，而位于25°～28°N 之間的紅土具有明顯沖積特征[12]。近年來有學(xué)者通過對長江中下游下蜀黃土地球化學(xué)特征研究認(rèn)為，其物質(zhì)與北方黃土不一致，物質(zhì)主要來源為長江以北的沖積扇[13]，黃穎等則認(rèn)為廬山北麓的網(wǎng)紋紅土為混合源，剖面中下部的網(wǎng)紋紅土物質(zhì)與長江沉積物相似，而剖面上部黃棕色土物質(zhì)更近似北方黃土[14]。此區(qū)域第四紀(jì)紅土沉積物表現(xiàn)出多樣性和復(fù)雜性的特征。

石英礦物具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)以及較高的硬度，其表面可以較長時間地保存其經(jīng)歷的機械作用、化學(xué)作用所殘留的痕跡[15]。在自然界的沉積物中，石英顆粒的這種特性使得其粒度組成特征以及顆粒表面較好地記錄了沉積物所經(jīng)歷的風(fēng)化、搬運、沉積過程的信息，常被用來提取沉積物的沉積信息[16-18]，應(yīng)用掃描電鏡技術(shù)可以更加直觀地觀察石英顆粒表面形態(tài)[19-21]。本文選取位于29°～31°N之間的長江中下游安徽銅陵地區(qū)紅土剖面（圖1）為研究對象，通過分析剖面石英顆粒的粒度和表面形態(tài)特征，探討長江中下游地區(qū)第四紀(jì)紅土的沉積動力、物質(zhì)來源以及其環(huán)境指示意義。

1 剖面特征

銅陵剖面（30°57′37″N、117°50′13″E）位于安徽省銅陵市郊，剖面厚約8.4 m（圖1），去除頂部現(xiàn)代土壤層（20 cm），以5 cm 為間距采集土樣，共采樣品165 個。根據(jù)剖面沉積物的特征，剖面可劃分為4 個土層：① 8.4～7.4 m，棕黃色網(wǎng)紋紅土層（層I），棕紅—棕黃色，網(wǎng)紋相對稀疏，多為斑狀和細(xì)條狀，并在7.7 m 處含有密集的鐵錳結(jié)核；② 7.4～4.9 m，典型網(wǎng)紋紅土層（層II），赤紅色，含較多白色網(wǎng)紋：7.4～6.3 m 網(wǎng)紋密集，較細(xì)小且多為橫向分布；6.3～4.9 m 網(wǎng)紋密度變小，網(wǎng)紋變粗并成傾斜或垂直分布；③ 4.9～2.5 m，紫紅色網(wǎng)紋紅土層（層III），網(wǎng)紋密集，形狀細(xì)小且排列紊亂；④ 2.5～0.2 m，網(wǎng)紋化下蜀黃土層（層IV），深黃棕色，含有稀疏灰白色網(wǎng)紋，含有膠膜。

王彩霞[22]通過ESR 測年和古地磁測年，測得銅陵剖面底部7.8 m 處（層I）年代為0.9 Ma 左右，6.7 m（B/M 界、層II）處的年代為0.78 Ma 左右，認(rèn)為剖面形成應(yīng)略早于0.9 Ma，約為中更新世早期。

圖 1 安徽銅陵紅土剖面位置圖Fig.1 Red clay section at Tongling City, Anhui Province

2 實驗方法

間隔選取剖面中56 個樣品（其中在剖面8.4～4.9 m 深 度 段，間 隔10 cm，共選 取36 個 樣 品，在4.9～0.2 m 深度段，間隔20 cm，共選取20 個樣品）進(jìn)行石英礦物的提取，使用焦硫酸鉀熔融法[23]，具體實驗步驟如下：先取2 g 風(fēng)干樣品放入燒杯中，加入10 mL 濃度為30%的H2O2并放置12 h，后加50 mL 6 mol/L 的HCL 在100°C 下煮2 h，離子水離心清洗3 次后烘干；再取烘干后樣品1 g 放于坩堝中，加10 g焦硫酸鉀（K2S2O7），混合均勻后用馬弗爐在650°C高溫下熔融45 min，待樣品冷卻加100 mL 去離子水浸泡直至完全溶解，用離子水離心清洗3 次；之后放入20 mL 純度為30%的氟硅酸（H2SiF6）浸泡3 d，每日攪拌3 次后再用去離子水離心清洗3 次，即可得到石英單礦物。

石英粒度測試：剔除剖面上部受人工干擾的樣品4 個，剩余樣品在浙江師范大學(xué)地理過程實驗室激光粒度儀上測試，型號為Mastersizer 2000，測試范圍為0.02～2 000 μm。

石英顆粒表面特征觀察：在56 個樣品中共選取447 粒受風(fēng)化作用較弱的石英顆粒，在安徽師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院分析測試中心S-4800、S-8100 掃描電子顯微鏡下觀察。

3 結(jié)果

3.1 石英粒度特征

粒度是沉積物受到搬運動力、沉積環(huán)境等影響所反映出的特征，可指示古氣候和環(huán)境的變化，對沉積物粒度的分析可推測出其搬運動力和沉積環(huán)境[24-25]。

3.1.1 石英粒度組成

在黃土研究中，＜5 μm 顆?？梢噪S粉塵攜帶搬運，被視為“挾持粒組”，5～10 μm 顆粒為遠(yuǎn)源組分，而10～50 μm 顆粒則被認(rèn)為是風(fēng)塵沉積的“基本粒組[26]。為了便于與之前的研究做對比，本文采用劉東生[26]所使用的粒徑分組方法，將＜5 μm 顆粒作為黏粒，5～10 μm 顆粒為細(xì)粉砂，10～50 μm 顆粒為粗粉砂，＞50 μm 顆粒為砂（表1）。對粒度組成（圖2）進(jìn)行不同層面分析，各粒級變化特征如下：

（1）從剖面4 個土層看，層I 中，粗粉砂含量最高，均值為47.02%，并隨深度變淺含量逐步增加，而黏粒和細(xì)粉砂含量則逐步減少，粒徑變化顯示有變粗趨勢，表明此層中細(xì)粒物質(zhì)逐漸減少。層II、層III 中各組分含量變化幅度均較小，粗粉砂與砂粒均有增加趨勢，黏粒與細(xì)粉砂則有減少趨勢，約在3.9 m處，黏粒和細(xì)粉砂含量增加。層IV 中粗粉砂和砂粒含量變動較大，黏粒和細(xì)粉砂有緩慢減少趨勢，其 中10 ～50 μm 的“風(fēng) 塵基 本粒 級”和＞50 μm砂粒含量在整個剖面中最高，而細(xì)粉砂和黏粒含量降到了最低。

表1 銅陵剖面石英粒度組成、粒度參數(shù)Table 1 Quartz grain size composition and grain size parameters in Tongling section

圖 2 銅陵剖面石英粒度含量、參數(shù)深度變化圖Fig.2 Vertical variation of the quartz grain size content and parameters in Tongling section

（2）從整個剖面來看，剖面中石英整體粉砂含量最高，砂粒含量低，眾數(shù)組分為10～25 μm，而北方黃土石英粒度眾數(shù)組分為20～32 μm[27]，相比之下銅陵紅土石英粒度偏細(xì)。銅陵剖面中粗粉砂的含量最高，為40.62%～60.37%，平均含量52.30%，為眾數(shù)粒級，表明剖面中風(fēng)塵沉積“基本粒級”比例較高；黏粒含量為19.43%～35.27%，平均含量為25.58%，為次眾數(shù)粒級；細(xì)粉砂含量為12.39%～23.80%，平均含量為16.86%，并與黏粒組分波動情況一致，即自下而上波動下降。＞50 μm 的砂粒組分含量為0.31%～13.23%，平均含量5.26%，含量最低。＜20 μm 顆粒的平均含量為68.32%，是粒度組成的重要組分；而＞100 μm 的粒級組分的平均含量為1.26%，含量非常低。剖面中4 個層面的粒度組成顯示沒有突變的現(xiàn)象，表現(xiàn)出一致性的特征。

3.1.2 石英粒度參數(shù)特征

粒度參數(shù)是常用來研究沉積物粒度特征的方法，運用統(tǒng)計學(xué)的有關(guān)知識，揭示沉積方面的地質(zhì)意義[28-29]。本文采用Folk 和Ward[30]的方法，對粒度參數(shù)（平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰態(tài)）進(jìn)行計算（圖2）。

層I 平均粒徑（Mz）最細(xì)，偏度（Sk）為0.61～0.82，屬于正偏，峰態(tài)（Kg）均值1.29，屬于尖銳峰態(tài)，分選系數(shù)（Sd）為1.51 ～1.75，分選較差；層II 中Mz 值逐漸增加，Kg 值波動與層I 相差不大，但分選變差；層III 中Mz 值則出現(xiàn)波動下降趨勢，粒徑變細(xì)，Sk 仍為正偏，偏向細(xì)粒物質(zhì)，分選持續(xù)變差；層IV中Mz 值最高且波動最大（16.66～24.48 μm），Kg 值波動增加，分選性仍較差?？傮w而言，剖面粒度整體顆粒偏細(xì)，呈正偏、峰態(tài)尖銳，分選性較差。其中剖面下部粒徑較細(xì)，剖面上部則逐漸變粗，波動幅度也逐漸變大。

3.1.3 石英粒度曲線特征

粒度頻率曲線也是一種用來反映沉積信息的方法，它將樣品粒度的分布直觀表現(xiàn)為曲線[31]。剖面中石英粒度的頻率分布曲線（圖3）總體上表現(xiàn)為雙峰，主峰明顯，在15 μm 左右，而次峰在0.5～0.8 μm之間且峰值不明顯，并在粗粒端有一隱峰。相比層I，剖面上部層II、層III、層IV 在細(xì)粒端（3～4 μm）存在一個隱峰，粗粒端隱峰則更加明顯，表明物質(zhì)來源和搬運的復(fù)雜性。

3.2 石英顆粒表面特征

石英顆粒表面特征對于不同成因的石英顆粒并無強烈的專屬性，若只用某一特征進(jìn)行成因類型的鑒定則有失偏頗[15,32]。因此本文采用統(tǒng)計分析的方法對樣品中的顆粒表面特征進(jìn)行頻率統(tǒng)計分析，用定量分析的方法判斷沉積環(huán)境。

3.2.1 表面特征

石英顆粒的磨圓度對搬運動力、搬運距離和沉積環(huán)境均具有一定的指示意義，本文根據(jù)鮑威爾圓度等級劃分原則劃分等級[33]。其中磨圓度高的顆粒一般是經(jīng)歷長距離的搬運或強勁的流水作用，而磨圓較差的顆粒則一般是經(jīng)歷較短距離的搬運或微弱的流水作用[31，34]。

圖 3 銅陵剖面石英粒度頻率曲線分布圖Fig.3 Quartz grain size frequency curves in Tongling section

石英顆粒表面的機械特征常常是受到諸如風(fēng)力、流水、冰川等后期搬運動力的作用,不同的搬運動力會在顆粒表面形成不同的機械特征[27，35-36]。水下磨光面、V 型坑、三角型坑等特征被認(rèn)為是流水作用形成，是典型的水成特征；而碟型坑、新月型坑和麻坑等被認(rèn)為是典型的風(fēng)成特征[15]。

在掃描電鏡下觀察石英顆粒表面特征，選取主要的18 種表面特征進(jìn)行統(tǒng)計，借助這些指標(biāo)得出銅陵剖面4 個層組的石英顆粒表面特征頻率統(tǒng)計表（表2），來分析不同層面石英顆粒表面特征，以此來判斷物質(zhì)的來源和受到的外動力。

3.2.2 表面特征統(tǒng)計分析

（1）棕黃色網(wǎng)紋紅土層（層I）

由頻率統(tǒng)計圖（圖4）可知，石英顆粒磨圓度較差，多為次棱角狀和次圓狀，未出現(xiàn)圓狀顆粒。水下磨光面（圖5D）和V 型撞擊坑（圖5A）出現(xiàn)明顯，頻率分別為51% 和38%，碟型坑（圖5F）、三角型坑、階梯狀斷口（圖5B）、貝殼狀斷口出現(xiàn)較多，頻率分別為15%、13%、10%、11%，相比之下平行解理（圖5C）、新月型撞擊坑（圖5E）、麻坑等特征則有少量出現(xiàn)，撞擊溝、擦痕等特征出現(xiàn)則少于5%。

（2）典型網(wǎng)紋紅土層（層II）

由頻率統(tǒng)計圖（圖6）可知，層II 中顆粒磨圓變好，次圓狀顆粒占47%，次棱角和棱角狀顆粒比重均降低。水下磨光面、V 型撞擊坑和三角型坑（圖7B）仍出現(xiàn)頻率較高，分別占49%、39% 和24%。具有風(fēng)成特征的顆粒數(shù)量則有所增加，碟型坑占22%，新月型撞擊坑占16%，麻坑（圖7D）占11%。貝殼狀斷口（圖7A）、撞擊溝（圖7F）也均有出現(xiàn)。部分石英顆粒出現(xiàn)疊加作用，在經(jīng)流水作用下的磨光面上疊加風(fēng)力搬運形成的碟型坑或新月型坑（圖7E），這表明沉積物可能先經(jīng)歷流水作用，后又經(jīng)風(fēng)力二次搬運沉積。還有少部分顆粒表面新鮮，棱角、斷塊（圖7C）明顯，反映顆粒距源區(qū)較近。

（3）紫紅色網(wǎng)紋紅土層（層III）

由頻率統(tǒng)計圖（圖8）可知，層III 中顆粒磨圓度（圖9A）與層II 相似，其中圓狀顆粒出現(xiàn)頻率增加。水下特征明顯，水下磨光面（圖9B）占38%，V 型撞擊坑占25%，三角型坑（圖9C）占8%，相比層I 層II 比重有所降低，平行解理（圖9E）出現(xiàn)較多。風(fēng)力作用顆粒明顯增加，碟型坑（圖9D）占比高達(dá)45%，新月型撞擊坑占17%，麻坑（圖9F）占12%。仍有部分顆粒表面出現(xiàn)疊加作用，例如碟型坑或新月型坑疊加在水下磨光面上。

表2 銅陵剖面石英顆粒表面各特征統(tǒng)計Table 2 Surface characteristics of quartz particles, Tongling section

圖 4 棕黃色網(wǎng)紋紅土層石英顆粒表面特征出現(xiàn)頻率Fig.4 Frequency of quartz particles surface characteristics in brown vermicular red clay layer

（4）網(wǎng)紋化的下蜀黃土層（層IV）

由頻率統(tǒng)計圖（圖10）可知，層IV 顆粒磨圓度最高，次圓狀比重高達(dá)52%，棱角狀顆粒（圖11A）只占10%，出現(xiàn)少量圓狀顆粒（圖11B）。水成特征仍較明顯，水下磨光面（圖11E）占36%，V 型撞擊坑（圖11F）占38%，三角型坑占8%。風(fēng)力作用更加顯著，碟型坑（圖11C）占33%，新月型撞擊坑占14%，麻坑（圖11D）占8%。顆粒表面的疊加現(xiàn)象仍有出現(xiàn)，流水作用形成的磨光面上疊加有風(fēng)力搬運形成的碟型坑或新月型坑。

圖 5 棕黃色網(wǎng)紋紅土層石英顆粒表面特征A.V 型撞擊坑、三角型坑，B.階梯狀斷口，C.平行解理，D.水下磨光面，E.新月型坑，F(xiàn).碟型坑。Fig.5 Surface characteristics of quartz particles in brown vermicular red clay layerA.V-shaped pits, triangular impact crater,B.Step-like fracture, C.Parallel cleavage surface,D.Underwater polished surfaces, E.Crescent-shaped pits; F.Dish-shaped pits.

圖 6 典型網(wǎng)紋紅土層石英顆粒表面特征出現(xiàn)頻率Fig.6 Frequency of quartz particles surface characteristics in typical vermicular red clay layer

4 討論

4.1 石英粒度特征分析

銅陵剖面石英粒度特征表現(xiàn)出粒徑偏細(xì)、粉砂含量高以及粒度頻率分布曲線的雙峰特征，與北方風(fēng)成黃土粒度特征相似[17]，其中風(fēng)塵沉積的“基本粒組”含量平均值為52.30%。研究表明＜20 μm 的粉塵是組成遠(yuǎn)源風(fēng)塵物的主要部分，可以在空氣中以懸浮的方式被風(fēng)力進(jìn)行長距離搬運，而＞100 μm的組分不能被風(fēng)力進(jìn)行遠(yuǎn)距離搬運[26,37]。銅陵剖面中＜20 μm 的顆粒平均值高達(dá)68.32%，而＞100 μm的顆粒的平均含量僅為1.26%，含量非常低，同時剖面不同層面的粒度數(shù)據(jù)具有一致性特征，這些特征都表明了銅陵剖面可能具有風(fēng)成沉積的特征。風(fēng)成沉積需要滿足物源、搬運風(fēng)力和地形的條件[38-39]。銅陵剖面堆積年代應(yīng)早于0.9 Ma[22]，深海沉積記錄[40]和陸相沉積記錄[41]反映了在約0.9 Ma發(fā)生了“中更新世氣候革命”，冬季風(fēng)突然增強[42]，為風(fēng)塵沉積提供了搬運動力。同時由于季風(fēng)加強和干旱程度的加劇使得河流水量減少，大面積的河谷出露，也為風(fēng)塵堆積提供了物源[38]。銅陵地區(qū)北部地勢平坦開闊，南部有低山丘陵阻擋，利于物質(zhì)的搬運沉積。由以上推斷可以判定銅陵剖面具有風(fēng)塵沉積特征的可能性。

圖 7 典型網(wǎng)紋紅土層石英顆粒表面特征A.貝殼狀斷口，B.三角型撞擊坑，C.斷塊，D.麻坑，E.碟型坑和麻坑疊加在水下磨光面之上，F(xiàn).撞擊溝。Fig.7 Surface characteristics of quartz particles in typical vermicular red clay layerA.Conchoidal fractures, B.Triangular impact crater, C.Broken surface, D.Pockmark, E.Dish-shaped pits and pockmark are superimposed on the underwater polished surface; F.Deep trough.

圖 8 紫紅色網(wǎng)紋紅土層石英顆粒表面特征出現(xiàn)頻率Fig.8 Frequency of quartz particles surface characteristics in fuchsia vermicular red clay layer

由銅陵紅土石英顆粒粒度組成（圖2）可知，剖面石英顆粒粒度自下而上逐漸增粗，剖面最下部棕黃色網(wǎng)紋紅土層（層I）石英顆粒平均粒徑最細(xì)，而剖面上部層面石英顆粒粒徑逐漸增粗，推測層I 堆積時風(fēng)力搬運最弱，但是隨著季風(fēng)作用的加強，表現(xiàn)出隨著深度減小而石英粒度逐漸增加的特征。銅陵紅土的粒度頻率分布曲線（圖3）顯示，剖面各層具有可比性，表示各層的物源具有相似性，但相比剖面最下部棕黃色網(wǎng)紋紅土層，剖面上部層II、層III、層IV 在細(xì)粒端（3～4 μm）和粗粒端（＞100 μm）存在隱峰，顯示剖面物質(zhì)來源具有差異性。

4.2 石英表面特征分析

圖 9 紫紅色網(wǎng)紋紅土層石英顆粒表面特征出現(xiàn)頻率A.石英顆粒形態(tài)，B.水下磨光面與撞擊坑，C.三角型撞擊坑，D.碟型坑，E.平行解理，F(xiàn).麻坑。Fig.9 Surface characteristics of quartz particles in fuchsia vermicular red clay layerA.Surface textural of quartz grains, B.Underwater polished surfaces, deep trough, C.Triangular impact crater,D.Dish-shaped pits, E.Parallel cleavage surface,F.Pockmark.

圖 10 網(wǎng)紋化的下蜀黃土層石英顆粒表面特征出現(xiàn)頻率Fig.10 Frequency of quartz particles surface characteristics, the Xiashu Loess layer

石英顆粒的磨圓度對搬運動力、搬運距離和沉積環(huán)境均具有一定的指示意義[42]。磨圓度好的顆?？赡苁墙?jīng)歷遠(yuǎn)距離搬運或者不穩(wěn)定的水動力環(huán)境；磨圓度較差則相反。銅陵剖面的石英顆粒中次棱角和次圓狀居多，棱角狀顆粒次之，顆粒形態(tài)的磨圓度特征和第四紀(jì)黃土、新近紀(jì)風(fēng)塵沉積的石英顆粒特征相似[18]，指示了風(fēng)動力的搬運過程。部分顆粒表面具有明顯的水成特征（如水下磨光面、V 型坑等）且顆粒磨圓度較差，表明顆粒受過流水作用，可能來自附近河漫灘沉積；部分石英顆粒表面出現(xiàn)明顯風(fēng)成特征（如碟型坑、新月型坑、麻坑等），且沒有表現(xiàn)出水成的特征，表明其并不是來自于河漫灘，而是受到風(fēng)力的長距離搬運，源區(qū)相對較遠(yuǎn)；少量顆粒還出現(xiàn)兩種特征疊加現(xiàn)象，表明石英顆?？赡苁艿竭^流水和風(fēng)力共同作用，或者存在先流水后風(fēng)力的搬運改造過程。

前人通過對比研究，認(rèn)為海岸沙丘的石英顆粒受到流水、風(fēng)力和海洋動力的共同作用，而后期的風(fēng)力作用會在顆粒表面形成碟型坑等機械特征[43-44]。范慶斌也發(fā)現(xiàn)我國南方第四紀(jì)風(fēng)塵沉積物的石英顆粒表面出現(xiàn)風(fēng)成特征和水成特征同時存在的現(xiàn)象[45]。由此可推測銅陵剖面的部分石英顆粒來源于附近河漫灘沉積物，先由流水作用使顆粒磨圓，形成磨光面，出露地表后受風(fēng)力作用二次搬運再沉積。李越等通過對我國新疆伊犁尼勒克黃土石英顆粒的研究，證實其在風(fēng)力短距離搬運之前受到過流水和冰川的作用，顆粒磨圓度差，表面具有明顯的冰川和流水作用，同時高能的流水作用也會造成顆粒的粉碎和粒級的變細(xì)[46]。由此可知，銅陵剖面沉積物可能部分為遠(yuǎn)源物質(zhì)，部分來自附近河漫灘沉積物，其中附近河漫灘的部分因風(fēng)力短途搬運保留了水成的特征。

圖 11 網(wǎng)紋化的下蜀黃土層石英顆粒表面特征A.平行解理和尖角，B.圓狀顆粒，C.碟型坑，D.麻坑，E.水下磨光面，F(xiàn).V 型坑。Fig.11 Surface characteristics of quartz particles in the Xiashu Loess layerA.Parallel cleavage surface, sharp corner, B.Rounded,C.Dish-shaped pits,D.Pockmark,E.Underwater polished surfaces; F.V-shaped pits.

由銅陵剖面石英表面特征的不同可知物源區(qū)存在差異。剖面最下部層I 石英顆粒磨圓度最差，水成特征表現(xiàn)明顯，碟型坑等風(fēng)成特征雖有出現(xiàn)但出現(xiàn)頻率低，表明該層石英顆粒受到過流水作用，物源區(qū)可能較近；層II、層III 顆粒磨圓度有變好趨勢，風(fēng)成特征出現(xiàn)頻率明顯增加，同時部分顆粒開始出現(xiàn)兩種特征疊加的現(xiàn)象，表明風(fēng)力作用的加強；層IV 石英顆粒磨圓度最好，兩種特征疊加顆粒出現(xiàn)頻率上升，水成特征仍較明顯，相比其他層，此層顆粒風(fēng)成特征明顯增多，表明受到風(fēng)力長距離搬運的遠(yuǎn)源物質(zhì)增多。

4.3 成因分析與物源探討

剖面最下部的棕黃色網(wǎng)紋紅土層（層I）石英顆粒平均粒徑為14.26 μm，相比剖面上部層面粒徑更細(xì)，表明早期網(wǎng)紋紅土的沉積動力相對較弱。石英顆粒特征顯示該層顆粒磨圓度最差，表面具有明顯的水下環(huán)境特征，兼有少量磨圓度好、風(fēng)成特征顯著的顆粒，表明主要物質(zhì)距源區(qū)較近，且經(jīng)歷過流水作用，推測多為近源河漫灘沉積。劉東生等認(rèn)為0.85 MaBP 之前，冰期和間冰期氣候反差相對較弱，冬、夏季風(fēng)不如現(xiàn)在強盛[47]。由測年數(shù)據(jù)可知銅陵剖面形成略早于0.9 MaBP[22]，結(jié)合石英粒度表現(xiàn)出的風(fēng)塵特征和表面形態(tài)，推測銅陵紅土物質(zhì)來源集中于附近河漫灘沉積，在早期沉積中受到較弱風(fēng)力的搬運作用，主要搬運細(xì)粒顆粒，因風(fēng)力較弱且搬運距離較短，顆粒仍明顯表現(xiàn)出流水作用的特征。

研究表明中等風(fēng)暴條件下＞20 μm 的顆粒只能在距源區(qū)30 km 以內(nèi)地區(qū)遷移[26]，即便是極端猛烈的風(fēng)暴條件，＞30 μm 也只能在幾百千米內(nèi)遷移[48]，銅陵剖面中沉積物石英顆粒＞20 μm 的顆粒平均含量達(dá)到31.68%，＞30 μm 顆粒平均含量達(dá)到15.09%，結(jié)合石英表面形態(tài)可知，剖面中應(yīng)存在搬運距離較短的物質(zhì)。Liu[49]通過對泰山新村和幕府山剖面下蜀黃土的研究發(fā)現(xiàn)，＞40 μm 顆粒中的鋯石U-Pb 年齡譜與長江河漫灘沉積物較為一致。對于同樣距離長江較近的銅陵第四紀(jì)紅土，長江河漫灘物質(zhì)完全有能力對其進(jìn)行物質(zhì)輸送。

剖面中部的典型網(wǎng)紋紅土層（層II）和紫紅色網(wǎng)紋紅土層（層III）石英顆粒粒徑自下而上逐漸增粗，風(fēng)塵沉積“基本粒級”含量也逐漸增加，同時顆粒磨圓度相較層I 變好，表面具有明顯風(fēng)成特征顆粒增多，并開始出現(xiàn)兩種特征疊加的現(xiàn)象，表明此時風(fēng)力對物質(zhì)搬運能力的增強。研究認(rèn)為0.85 MaBP 后東亞冬季風(fēng)強度增強[49]，0.7 MaBP 后全球冰量顯著增加，冬季風(fēng)得到進(jìn)一步強化[50]，為粉塵遠(yuǎn)距離搬運和沉積提供動力，同時陳駿等認(rèn)為青藏高原的抬升也為遠(yuǎn)距離的風(fēng)塵沉積提供了充足的粉砂物質(zhì)[51]。由此推測伴隨東亞冬季風(fēng)的增強，遠(yuǎn)源物質(zhì)對銅陵紅土的貢獻(xiàn)程度增加。而剖面最上部的網(wǎng)紋化下蜀黃土層（層IV），石英顆粒平均粒徑最粗（16.66～24.48 μm），相比其他層偏度值更高（0.84），分選性也較差，顆粒磨圓度最好，且出現(xiàn)較多表面具有明顯風(fēng)成特征的顆粒，這些顆粒表面并未出現(xiàn)水成特征，證明這些物質(zhì)并非來自附近河漫灘，而是經(jīng)過遠(yuǎn)距離搬運沉積。

銅陵紅土石英顆粒特征的剖面差異顯示，不同層的物質(zhì)來源存在差異，推測剖面下部物質(zhì)來源主要為附近河漫灘沉積，由剖面向上，遠(yuǎn)源物質(zhì)貢獻(xiàn)程度增加，應(yīng)為近源和遠(yuǎn)源物質(zhì)相混合。有學(xué)者研究認(rèn)為在第四紀(jì)氣候變化期間，遠(yuǎn)源與近源物質(zhì)的含量也會隨著冬季風(fēng)的強弱變化而轉(zhuǎn)變，冬季風(fēng)強盛時期遠(yuǎn)源物質(zhì)含量增加，冬季風(fēng)減弱則近源物質(zhì)含量增加[52]。黃穎等對廬山北麓JL 紅土剖面的粉砂組分（4～63 μm）進(jìn)行地球化學(xué)特征分析，認(rèn)為剖面中下部的網(wǎng)紋紅土物源更接近長江沉積物，而上部黃棕色土物源更接近北方黃土，受東亞冬季風(fēng)增強影響，遠(yuǎn)源物質(zhì)的含量趨于增加，自下而上近源物質(zhì)的貢獻(xiàn)略有減少，遠(yuǎn)源物質(zhì)的貢獻(xiàn)則趨于增加[15]。Han 同樣認(rèn)為長江下游風(fēng)塵沉積是對中更新世氣候變遷的一個區(qū)域環(huán)境響應(yīng)[13]。這也證實了東亞季風(fēng)的變化會使得遠(yuǎn)源和近源物質(zhì)都成為銅陵剖面的可能物源區(qū)，并隨著冬季風(fēng)強度變化不同源區(qū)物質(zhì)含量也發(fā)生改變。石英粒度表現(xiàn)出分選性較差、峰態(tài)尖銳的參數(shù)特征，也指示了銅陵紅土可能是由遠(yuǎn)源和近源物質(zhì)共同堆積而形成[55]。

5 結(jié)論

（1）石英粒度風(fēng)塵“基本粒級”（10～50 μm）為眾數(shù)粒級，＜20 μm 顆粒含量較多，粒度頻率分布曲線總體呈現(xiàn)出雙峰特征且主峰明顯，以及剖面粒度表現(xiàn)出較好一致性，都表明銅陵剖面具有風(fēng)塵沉積特征。而石英粒度在不同層面表現(xiàn)出的變化，以及分選性差、正偏態(tài)、峰型尖銳的參數(shù)特征，也表明銅陵紅土物源的復(fù)雜性。

（2）石英顆粒表面形態(tài)主要為次棱角狀和次圓狀，部分顆粒表面有明顯水成特征（水下磨光面、V 型坑等），部分顆粒則有明顯風(fēng)成特征（碟型坑、新月型坑等），同時有些顆粒出現(xiàn)兩種特征疊加現(xiàn)象，表明沉積物可能部分為遠(yuǎn)源物質(zhì)，部分來自附近河漫灘沉積物，其中附近河漫灘的部分因風(fēng)力短途搬運保留了水成的特征。層I 顆粒表面具有明顯水成特征，自剖面向上顆粒風(fēng)成特征出現(xiàn)明顯增多，石英表面特征的剖面差異顯示了物源區(qū)的差異。

（3）剖面最下部棕黃色網(wǎng)紋紅土層平均粒徑最細(xì)，顆粒表面形態(tài)中流水作用明顯，推測在氣候轉(zhuǎn)型前風(fēng)力較弱的情況下風(fēng)力對附近河漫灘物質(zhì)的搬運作用；剖面上部層面粒徑變粗，顆粒磨圓度變好，表面形態(tài)顯示風(fēng)成特征增多，并出現(xiàn)疊加現(xiàn)象，可能為東亞季風(fēng)加強后遠(yuǎn)源物質(zhì)的增多，使得近源物質(zhì)與遠(yuǎn)源物質(zhì)共同沉積。季風(fēng)的變化也使得不同物源區(qū)物質(zhì)貢獻(xiàn)程度產(chǎn)生變化。