第四纪加积型红土与下蜀黄土理化特征对比及环境意义

【摘要】： 中亚热带第四纪加积型红土和北亚热带下蜀黄土是在我国长江中下游地区常见的第四纪沉积物,以两类地质体为载体的环境记录研究已有大量成果,但两者的比较研究不足。本文选择中国南、北方交接地带长江中下游气候变化敏感区为研究区域,选择皖南宣城(XC)、赣北九江(JL)、浙江安吉(AJ)、汤溪(TX)4处加积型红土及南京新港(XG)1处典型的下蜀黄土作为研究对象,利用沉积学、地球化学等研究方法,测试了两类沉积物的粒度、石英砂表面形态、常量元素、微量元素、有机碳等理化指标,并进行了理化特征对比研究。鉴于许多中亚热带第四纪红土剖面上上覆下蜀组棕黄色土,本文一方面选择典型剖面探讨网纹红土到棕黄色土沉积序列上理化特征的变化规律及环境演变信息,另一方面就上覆棕黄色土与北亚热带典型下蜀黄土理化特征展开空间比较,探讨第四纪加积型红土和下蜀黄土所揭示的环境差异。主要结论如下： (1)各地加积型红土沉积特征相似,显示风成特性。各剖面红土粒度组成及粒度参数均表现出较好的一致性：均以5～50μm的粉砂粒级为优势粒级,4处红土均值变化于55.74%～65.23%；富含10～50μm“风尘基本粒组”,均值介于34.27%～46.22%；粘粒(5μm)含量次之,均值介于33.86%～42.62%；砂(50μm)含量最低,均值介于0.9%～2.84%。加积型红土粒度频率曲线多为单峰正偏细尾型,仅部分样品出现粗尾。石英颗粒粒度分布具有典型的风成沉积特征,颗粒形状及表面结构指示了风动力搬运过程和较强风化成土作用的影响。加积型红土与下蜀黄土沉积特征相似,下蜀黄土粒度组成以粉砂为主,平均含量为68.61%,粘粒平均含量24.42%,砂为6.97%,富含风尘基本粒组,均值为53.39%。但整体上加积型红土较下蜀黄土粒度平均粒径偏细,分选程度偏差,石英颗粒表面化学溶蚀更为显著,体现了其所经历的后期风化改造更强,或沉积沉积作用相对较弱。 (2)各地加积型红土与下蜀黄土化学元素组成具有较好的一致性,但加积型红土较下蜀黄土化学风化程度更强。4处红土SiO2、Al2O3、Fe2O3合计占85.19～91.71%,XG下蜀黄土为84.68%, K2O、Na2O、CaO、MgO大量淋失,与上陆壳(UCC)平均组分相比,相对富Ti、Mn、Fe、Al,贫K、Na、Ca、Mg、P；两类沉积物微量元素化学组成接近,与UCC平均化学成分相比,明显亏损Sr等活动性较强的元素,富集Cr、Co等化学性质比较稳定的元素；有机碳及总碳含量均较低。各项化学指标显示,加积型红土的CIA值变化于77.86%～90.63%,平均值为86.31%,明显高于XG下蜀黄土的CIA值(变化范围为70.32%～82.36%,均值为73.7%)；红土的ba值平均为0.17,小于XG下蜀黄土的0.36；红土的Rb/Sr比值介于1.42～3.34之间,明显高于XG下蜀黄土(介于1.09～1.65),充分体现了红土较下蜀黄土更为强烈的化学风化淋溶作用。 (3)典型加积型红土剖面来看,均匀土体的土层自下而上可依次划分为网纹红土层、均质红土层和棕黄色土层,沉积序列下老上新。理化特征对比显示,加积型红土各土层理化特征整体一致,但由中下部网纹红土层至均质红土层、棕黄色土层,沉积颗粒由细变粗,沉积物分选程度变好,化学风化程度渐弱：平均粒径Mφ网纹红土层均值介于7.11～7.52φ,均质红土均值为7.47φ,棕黄色土层均值介于6.85～7.04φ；网纹红土层CIA均值介于86.1%～88.07%,均质红土CIA均值为83.3%,棕黄色土层介于81.54%～83.83%,表明网纹红土发育时期,沉积作用较弱、红土母质经历了强烈的风化成壤作用和网纹化作用；而棕黄色土层所对应的地质时期内,沉积作用明显增强,风化作用减弱,网纹化作用大大减弱或消失。同一加积型红土剖面自下而上由网纹红土至棕黄色下蜀土的沉积序列,可能记录了第四纪期间古气候由湿热趋向干冷的整体变化趋势,这也是该类剖面自中更新世至晚更新世东亚冬季风不断增强的记录。 (4)JL剖面上部棕黄色土的ESR年代为365ka B.P.,通过典型剖面地层对比,XG下蜀黄土与JL红土剖面上部的下蜀组棕黄色土沉积年代相当,同属中更新世晚期产物。从地理位置上看,九江JL棕黄色土较XG下蜀黄土位置更偏南,沿东亚冬季风向南推进的方向堆积厚度变薄,但整体上两者理化特征相似,均显示风成特性,故可能两者属于同一时期不同纬度地带上理化特征相似的风成堆积物。JL剖面上部的棕黄色土与XG下蜀黄土相比,平均粒径偏细(前者6.85φ,后者6.46φ),分选程度偏差,化学风化程度也偏高(前者CIA值81.54%,ba值0.23；后者CIA值73.7%,ba值0.36),体现了自北亚热带至中亚热带,风化成壤程度逐渐增强,可能指示古气候条件、季风环流的纬度效应和水平地带性。 综上所述,加积型红土与下蜀黄土为理化特征相似的风尘堆积,但两者仍属不同类型的地质体。当下蜀土沉积与红土沉积出现在同一剖面上时,两者组成新老地层关系,且红土沉积较上覆下蜀土粒径偏细,化学风化程度偏高,揭示了中更新世以来古气候由湿热趋向干冷的整体变化趋势；当加积型红土上覆下蜀土与典型下蜀黄土沉积年代相当时,两者出现在长江中下游地区不同的纬度带上,前者较后者粒径偏细,化学风化程度偏高,反映了古环境变化的纬度效应。