大連城山頭紅色風(fēng)化殼粒度特征分析

魏東嵐， 王思齊， 秦 浦

(遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116029)

風(fēng)化殼是地表巖石經(jīng)風(fēng)化剝蝕后殘留在原地的風(fēng)化產(chǎn)物，不同類型的風(fēng)化殼與形成時(shí)所處的氣候環(huán)境有關(guān).紅色風(fēng)化殼作為發(fā)育成熟度較高的風(fēng)化產(chǎn)物，其蘊(yùn)藏的環(huán)境信息對(duì)重建古環(huán)境提供了良好的載體，同時(shí)又是聯(lián)系地球各圈層重要的紐帶，對(duì)氣候環(huán)境演變具有重要的研究意義[1].紅色風(fēng)化殼的形成是一個(gè)漫長(zhǎng)的地質(zhì)過程,屬于濕熱氣候背景下的產(chǎn)物.不同區(qū)域環(huán)境背景下形成的紅色風(fēng)化殼類型不同，中國(guó)南方與北方的紅色風(fēng)化殼發(fā)育特征也不盡相同.目前，已有諸多學(xué)者對(duì)我國(guó)南方地區(qū)的紅色風(fēng)化殼進(jìn)行了深入研究，并取得了大量成果[2-6].晚新近紀(jì)時(shí)遼東半島與現(xiàn)代氣溫有較大差別，氣候溫暖濕潤(rùn)，按當(dāng)時(shí)的氣候類型劃分屬于東部濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)[7], 化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈出現(xiàn)了紅土化時(shí)期, 形成了厚度不均的紅色風(fēng)化殼[8].前人通過化學(xué)元素特征[9]對(duì)本區(qū)的紅色風(fēng)化殼進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并揭示了其形成過程中的古氣候演變.沉積物的粒度特征在追溯物源和重建古氣候環(huán)境演化等方面具有重要的意義[10-11]，在各類沉積物的古環(huán)境演變研究中均有運(yùn)用.

1 材料與分析方法

1.1 樣品采集

研究剖面位于大連市金普新區(qū)城山頭自然保護(hù)區(qū)附近，緊鄰黃海岸邊，海拔在7.4 m左右.經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，剖面整體厚約3.5 m，頂層有0.5 m的現(xiàn)代含有礫石的表土層，剖面下部發(fā)育3 m左右的紅色風(fēng)化殼，在風(fēng)化殼的下部有基巖存在.對(duì)紅色風(fēng)化殼部分以25 cm為間隔自下而上進(jìn)行采集，從上到下按順序?qū)悠肪幪?hào)為CST1～CST11.

1.2 分析方法

樣品經(jīng)過前處理后，使用美國(guó)貝克曼激光粒度儀進(jìn)行粒度測(cè)試，測(cè)量范圍為0.04～2 000 μm，重復(fù)誤差小于2%說明測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠.對(duì)剖面的粒級(jí)劃分采用伍登-溫德華粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行粒度分級(jí)，粒度參數(shù)由矩值法計(jì)算.

2 粒度特征

2.1 粒度組成

沉積物的粒度是由不同粒徑的顆粒組成，不同粒級(jí)的相對(duì)含量對(duì)沉積物的物源、搬運(yùn)動(dòng)力以及沉積環(huán)境具有重要的指示意義[12].城山頭紅色風(fēng)化殼的黏粒組分在3.19%～15.49%區(qū)間內(nèi)變化，平均值為6.86%；粉砂組分在48.79%～65.52%區(qū)間內(nèi)變化，平均值為56.26%；砂粒組分在24.72%～50.38%區(qū)間內(nèi)變化，平均值為37.34%.粒度組分三角圖可以更直觀地看出剖面主要的粒度組成，從圖1可以看出，研究剖面的粒度組分主要為砂和粉砂，黏粒含量偏低.風(fēng)化殼的發(fā)育程度與黏粒組分呈正比例的關(guān)系[13-14].城山頭剖面的粒度組成主要集中在粉砂，砂粒次之，表明紅色風(fēng)化殼受沉積環(huán)境影響化學(xué)風(fēng)化作用較弱而致發(fā)育成熟度較低.

圖1 城山頭剖面粒度組成三角圖Fig.1 Triangle diagram of grain size composition of Chengshantou section

城山頭紅色風(fēng)化殼的黏粒、粉砂、砂粒和粉黏比含量的縱向曲線變化如圖2所示.從圖中可以看出剖面中黏粒的曲線變化較緩，與其他粒度組成曲線變化相比無明顯波動(dòng).砂粒和粉黏比的含量曲線變化具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，粉砂含量與砂粒含量的曲線變化表現(xiàn)為相反的趨勢(shì).

圖2 城山頭剖面粒度組成及粉黏比隨深度變化圖Fig.2 Grain size composition and powder viscosity ratio change with depth in Chengshantou section

風(fēng)化殼的發(fā)育程度與粉黏比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即粉黏比越大風(fēng)化殼高發(fā)育程度越低，反之則越高.經(jīng)計(jì)算粉黏比值在3.79～16.06范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為9.58，粉黏比較高，說明在形成過程中氣候較為干冷導(dǎo)致城山頭紅色風(fēng)化殼的風(fēng)化程度較低，發(fā)育過程出現(xiàn)滯緩的現(xiàn)象.在一定深度范圍內(nèi)粉黏比存在一定變化，剖面頂層至175 cm處粉黏比的變化范圍從8.37下降到3.79，說明剖面上部風(fēng)化殼發(fā)育程度高.在剖面175～250 cm粉黏比處于8.37～16.06之間，粉黏比呈不斷增加的趨勢(shì).250 cm至剖面底部粉黏比數(shù)值從16.06下降到8.13.因此，城山頭剖面的粉黏比含量表現(xiàn)為由上至下減少—增加—減少的3個(gè)階段的變化.

2.2 粒度參數(shù)特征

從圖3可以看出剖面的粒度參數(shù)特征隨深度的變化情況.風(fēng)化殼平均粒徑的大小與其搬運(yùn)介質(zhì)的平均動(dòng)能有關(guān)，淋濾遷移作用越強(qiáng)，風(fēng)化殼的平均粒徑就越小，兩者具有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系[15].城山頭剖面的平均粒徑介于4.02Φ～5.84Φ之間，平均值為 4.82Φ.由上至下風(fēng)化殼中搬運(yùn)介質(zhì)的平均動(dòng)能逐漸增大.城山頭剖面的標(biāo)準(zhǔn)差介于 2.18～2.95 之間，平均值為2.54，變化幅度較小.較大的標(biāo)準(zhǔn)差值說明風(fēng)化殼在發(fā)育過程中受當(dāng)時(shí)的氣候環(huán)境影響，搬運(yùn)動(dòng)力較強(qiáng).從圖中可以看出風(fēng)化殼頂部標(biāo)準(zhǔn)差值和平均粒徑略大，這可能與大氣降水和地表水的淋濾沖刷作用有關(guān)，在兩者的共同作用下將表層細(xì)顆粒物質(zhì)向下沖刷或?qū)⒋箢w粒粒徑沉積物遷移至此，因此造成表層標(biāo)準(zhǔn)差值和平均粒徑較大.根據(jù)峰度的尖窄性等級(jí)分類能夠反映沉積物物質(zhì)來源的單一或復(fù)雜.剖面峰度在0.81～0.98之間，平均值是0.92，屬于中等峰態(tài)，說明剖面峰態(tài)較寬，接受其他物質(zhì)成分較多，來源較復(fù)雜.偏度是對(duì)粒度不對(duì)稱程度的反映，能夠指示粒度粗細(xì)和搬運(yùn)動(dòng)能的強(qiáng)弱.城山頭剖面的偏度介于-0.13～0.30 之間，平均值是 0.07呈近對(duì)稱分布.剖面中部多成正偏分布，下部為負(fù)偏分布.表明中部風(fēng)化殼粒徑較粗，下部較細(xì).

圖3 城山頭剖面粒度參數(shù)圖Fig.3 Grain size parameter diagram of Chengshantou section

3 結(jié) 論

(1)從粒度組成上看,城山頭紅色風(fēng)化殼以粉砂為主，其次是砂組分，黏粒的平均含量是三者最低.

(2)風(fēng)化殼的發(fā)育程度與粉黏比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.城山頭紅色風(fēng)化殼粉黏比含量隨深度由上至下表現(xiàn)為減小—增加—減小3個(gè)階段的變化，表明其發(fā)育程度經(jīng)歷了高—低—高的變化.

(3)根據(jù)矩值法的計(jì)算公式計(jì)算了樣品的粒度參數(shù)特征：平均粒徑在4.02Φ～5.84Φ范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為4.82Φ，粒徑較粗；標(biāo)準(zhǔn)差處于 2.18～2.95 范圍內(nèi)，平均值為2.54，分選很差；峰度處于0.81～0.98范圍內(nèi)，平均值為0.92,屬中等峰態(tài)；偏度在-0.13～0.30范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值為0.07,呈近對(duì)稱分布.