霍 炬, 李啟文

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

武漢東西湖區(qū)ZK02孔沉積物粒度特征及對(duì)沉積環(huán)境的指示

霍 炬, 李啟文

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

通過(guò)對(duì)武漢東西湖區(qū)典型第四紀(jì)鉆孔ZK02孔沉積物的粒度特征分析,重建了武漢東西湖區(qū)第四紀(jì)以來(lái)的沉積環(huán)境演變過(guò)程。結(jié)果顯示,該區(qū)早更新世時(shí)期為河流相的沉積環(huán)境；中更新世—晚更新世晚期,為河湖交替相的沉積環(huán)境；全新世早期—全新世中期,為開闊的河流相沉積環(huán)境；全新世中期以來(lái),整體處于湖泊沼澤相的沉積環(huán)境。區(qū)域上地層對(duì)比還顯示該區(qū)全新世地層沉積厚達(dá)50 m,可能是晚更新世晚期全球氣溫驟降,海平面急劇下降導(dǎo)致漢江水系下切侵蝕后快速堆積形成的,沉積記錄顯示末次冰盛期該區(qū)存在最深海拔達(dá)-22 m的深切河槽現(xiàn)象。

ZK02鉆孔;第四紀(jì);粒度;沉積環(huán)境;武漢

武漢市地處長(zhǎng)江中游,江漢平原東緣,第四紀(jì)松散沉積物覆蓋率達(dá)90%[1]。近年來(lái),隨著城市化進(jìn)程加快,與城市建設(shè)密切相關(guān)的地基穩(wěn)定性、地下水資源及地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題研究在武漢市開展得較為普遍,而有關(guān)第四紀(jì)沉積環(huán)境研究卻相對(duì)較少[1-3]。武漢市沉降區(qū)第四系鉆孔具有沉積連續(xù)、受擾動(dòng)少等特點(diǎn),非常適合長(zhǎng)尺度沉積環(huán)境的研究。本文擬將武漢市東西湖區(qū)典型鉆孔作為研究載體,探討該區(qū)第四紀(jì)環(huán)境演化。

新近紀(jì)時(shí)期,受濱太平洋構(gòu)造活動(dòng)影響,武漢地區(qū)總體抬升,早期白堊—古近紀(jì)盆地急劇萎縮,大部地區(qū)處于風(fēng)化剝蝕狀態(tài),僅在局部低洼地帶,殘存零星小型湖盆,接受新近紀(jì)河湖交替相沉積。進(jìn)入第四紀(jì)沉積演化階段,武漢地區(qū)的古地理格局受先存盆地格局(主要控盆斷裂)影響,武漢市的西北緣一直處于沉降區(qū)范圍,第四紀(jì)沉積厚度最大,也相對(duì)連續(xù),其中以ZK02孔(N30°42′31″,E114°01′46″)為代表(圖1)。本次通過(guò)對(duì)ZK02鉆孔巖芯剖面沉積物的巖性分析、沉積物的粒度特征研究,并與周邊代表性第四系鉆孔進(jìn)行橫向地層綜合對(duì)比,以建立武漢市東西湖區(qū)第四紀(jì)沉積地層格架,討論該區(qū)第四紀(jì)沉積環(huán)境演化。

1 鉆孔剖面巖性描述及地層劃分

1.1 巖性分層描述

研究樣品采自武漢東西湖區(qū)的ZK02第四系鉆孔巖芯(圖1),剖面厚54.00 m,依據(jù)對(duì)巖性特征的觀察,由上至下依次劃分為10個(gè)層位:

第1層 0～0.40 m 褐黃色表土層,含大量植物根莖。

厚0.40 m

第2層 0.40～1.65 m 褐黃色粘土,上部含少量植物根莖,可見(jiàn)少量灰褐色鐵錳質(zhì)結(jié)核,結(jié)核大小3 mm左右。

厚1.25 m

第3層 1.65～13.46 m 灰褐色淤泥質(zhì)粘土,發(fā)育水平紋層,見(jiàn)多層含有碳化植物莖葉碎片的薄層,下部為灰、深灰色粘土質(zhì)粉砂。

厚11.81 m

第4層 13.46～28.22 m 深灰、灰褐色細(xì)—中砂層,質(zhì)純,夾灰褐色泥質(zhì)、粉砂質(zhì)薄層。

厚14.76 m

第5層 28.22～32.48 m 青灰色粉細(xì)砂層,質(zhì)純。

厚4.26 m

第6層 32.48～39.00 m 青灰色、灰褐色粉砂質(zhì)粘土與細(xì)中砂層互層,局部夾腐殖炭質(zhì)層。在此層中包含多個(gè)砂層與粘土層韻律旋回,且呈厚度不等,相變較快。

厚6.52 m

第7層 39.00～48.59 m 灰褐、灰黃色含礫中粗砂層、細(xì)礫石層。礫石主要成分為石英巖,以次棱角狀為主,含量約20%～50%,礫徑一般0.2～0.5 cm,含少量3～5 cm礫石,分選性較差,結(jié)構(gòu)松散。該層夾有多層褐灰色粉砂薄層,其中在41.02～41.07 m、42.22～42.34 m處為灰黑色含碳化植物莖葉碎片粉砂層。

厚9.59 m

第8層 48.59～52.16 m 灰、褐灰色泥質(zhì)粉砂層。主要成分為粉砂、粘土,手搓可成長(zhǎng)條狀。

厚3.57 m

第9層 52.16～53.00 m 灰黃、灰色礫石層。礫石成分主要以粉細(xì)砂巖、石英巖,次棱角狀為主,少數(shù)次圓狀,含量約50%～80%,礫徑一般2～4 cm,大者可達(dá)5～8 cm,膠結(jié)物為泥砂質(zhì)。

厚0.84 m

第10層 53.00～54.00 m 灰綠色粉砂質(zhì)泥巖。主要成分為粘土、粉砂,受到地下水風(fēng)化淋濾作用,巖石風(fēng)化強(qiáng)烈。

厚1.00 m

圖1 武漢東西湖區(qū)代表性第四系鉆孔地理位置示意圖Fig.1 Schematic diagram of geographical position of representative quaternary core in Dongxihu district

1.2 巖石地層劃分

2011年湖北省地質(zhì)調(diào)查院進(jìn)行1∶5萬(wàn)武漢六幅區(qū)調(diào)時(shí),在武漢東西湖區(qū)一帶布置了一系列鉆孔,以走馬嶺ZK25孔為代表,結(jié)合上部地層年代學(xué)數(shù)據(jù)以及全區(qū)鉆孔巖性地層對(duì)比,依次劃分了該區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的新近紀(jì)—第四紀(jì)地層[2-3]。本次通過(guò)對(duì)ZK02孔的巖性特征分析,根據(jù)前人對(duì)該區(qū)第四紀(jì)地層的劃分情況,將ZK02孔的第四紀(jì)地層依次劃分如下:第10層(見(jiàn)孔深53.00 m以下,未見(jiàn)底)為新近系廣華寺組,巖性以雜色粉質(zhì)泥巖、粉砂巖組合為主,在巖石地層劃分上,以固結(jié)成巖、雜色河湖相沉積組合為標(biāo)志與上下地層區(qū)分；第9-8層(見(jiàn)孔深48.59～53.00 m,厚4.41 m)為下新統(tǒng)東西湖組,主要為灰色松散礫石層、砂質(zhì)粘土層、粘土質(zhì)砂層,以黃褐色、深褐色松散堆積物出現(xiàn)為結(jié)束標(biāo)志,與下伏廣華寺組為不整合接觸關(guān)系；第7層(見(jiàn)孔深39.00～48.59 m,厚9.59 m)為中更新統(tǒng)辛安渡組,巖性以灰褐、灰黃色含礫中粗砂層、細(xì)礫石層組成；第6層(見(jiàn)孔深32.48～39.00 m,厚6.52 m)為上更新統(tǒng)青山組,為青灰色礫砂層、青灰色中細(xì)砂與灰黃色砂質(zhì)、粉砂質(zhì)粘土互層；第5-1層(見(jiàn)孔深0～32.48 m,厚32.48 m)為全新統(tǒng)走馬嶺組,由灰色或青灰色細(xì)砂、砂質(zhì)粘土和灰褐色淤泥質(zhì)粘土層組成。

2 沉積物粒度數(shù)據(jù)分析

2.1 采樣及測(cè)試結(jié)果

將ZK02鉆孔巖芯深度0.5～52.16 m段以5 cm等間距采樣(礫石層沒(méi)有采樣),共獲得粒度樣品736個(gè)。粒度樣品分析在南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院完成,粒度分析儀器為英國(guó)產(chǎn)Malvern Mastersizer 2000 型激光粒度儀。

根據(jù)Udden-Wentworth標(biāo)準(zhǔn),ZK02剖面沉積物按粒級(jí)劃分為粘土(>8Φ)、粉砂(4～8Φ)和砂(<4Φ)三個(gè)級(jí)別。如圖2所示,該剖面沉積物粘土含量為0.15%～63.45%,平均含量為15.11%；粉砂含量為4.08%～88.18%,平均含量為58.77%；砂含量為0～95.64%,平均含量為26.04%。按國(guó)際制三角圖圖解法命名[4],整體屬砂質(zhì)粉砂。其中值粒徑Md變化范圍為1.41～10.72Φ,平均為5.40Φ。分選系數(shù)δ1在0.62～3.35之間,屬分選中等—分選差；偏態(tài)SK1在-0.31～0.69之間,包含負(fù)偏—極正偏；峰態(tài)KG在0.61～2.27之間,從寬峰態(tài)至窄峰態(tài)均有分布。

2.2 沉積物粒度參數(shù)組合特征對(duì)沉積環(huán)境的指示

早在20世紀(jì)初,烏登就應(yīng)用粒度分析方法來(lái)解釋沉積環(huán)境,研究認(rèn)為沉積物粒度與碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)動(dòng)力、搬運(yùn)距離有關(guān),碎屑沉積物的粒度組成受沉積時(shí)的水動(dòng)力條件所控制。后來(lái)Folk[5]和Passega[6]在粒度曲線解釋沉積環(huán)境方面做了深入的研究,得出了沉積物搬運(yùn)方式與粒度分布之間的關(guān)系；近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者將粒度指標(biāo)運(yùn)用到環(huán)境演變當(dāng)中,也取得一系列成果[7-11]。這說(shuō)明沉積物粒度參數(shù)能反映沉積環(huán)境信息,利用現(xiàn)代沉積的粒度資料來(lái)識(shí)別沉積環(huán)境,解釋搬運(yùn)、沉積作用的動(dòng)力狀況,已成為沉積學(xué)研究的重要方法之一。本文擬通過(guò)對(duì)鉆孔沉積物巖芯的系統(tǒng)采樣和測(cè)試,根據(jù)粒度參數(shù)特征,并結(jié)合巖性描述來(lái)進(jìn)行沉積環(huán)境的恢復(fù)。

圖2 ZK02孔沉積物粒度各參數(shù)隨深度變化圖Fig.2 Change map of each paramerters of grain size of ZK02 core sediments with depth

本研究選用Folk和Ward制定的概括圖解標(biāo)準(zhǔn)偏差(δ1)表示沉積物粒度的分選程度,并參照其對(duì)沉積物粒度分選等級(jí)、偏度等級(jí)和峰態(tài)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)前面的巖性描述,結(jié)合粒度組成和粒度參數(shù)特征分析,大致可把ZK02鉆孔剖面自下而上劃分為以下四個(gè)沉積層段:

2.2.1 第Ⅰ層段(深度:48.59～52.16 m)為河漫灘相沉積環(huán)境

該層段對(duì)應(yīng)于下更新統(tǒng)東西湖組上部,沉積物巖性為褐灰色泥質(zhì)粉砂。由沉積物粒度參數(shù)δ1-Md散點(diǎn)圖(圖3)可知,該段沉積物粒度的分選系數(shù)(δ1)主要分布在1.4 ～2.0,分選差；中值粒徑(Md)主要集中分布在6～8Φ,分布范圍窄,以細(xì)粉砂級(jí)為主。頻率曲線多表現(xiàn)為單峰態(tài)的特征,主峰在6～8Φ之間(圖4),眾組數(shù)粒級(jí)以中細(xì)粉砂為主。概率累積頻率圖上滾動(dòng)及躍移組分較低,而懸移質(zhì)的細(xì)顆粒沉積物含量占主導(dǎo)(圖5),反映水動(dòng)力條件比較弱且穩(wěn)定。綜合ZK02孔深度52.16～53.00 m 的第10層沉積物為灰黃、灰色礫石層,與該層段沉積物構(gòu)成典型的河流二元結(jié)構(gòu),其粒度參數(shù)和曲線特征指示為河漫灘相的沉積環(huán)境。

2.2.2 第Ⅱ?qū)佣?深度:32.48～48.59 m)為河湖交替相沉積環(huán)境

宏觀上ZK02孔剖面第Ⅱ?qū)佣慰煞譃閮蓚€(gè)亞段:第一亞段為深度39.00～48.59 m對(duì)應(yīng)于中更新統(tǒng)辛安渡組,為灰褐、灰黃色含礫中粗砂層、細(xì)礫石層。礫石主要成分為石英巖,以次棱角狀為主,含量約20%～50%,礫徑一般0.2～0.5 cm,含少量3～5 cm礫石,分選性較差,結(jié)構(gòu)松散。第二亞段為深度32.48～39.00 m對(duì)應(yīng)于上更新統(tǒng)青山組,為青灰色、灰黑色粉砂質(zhì)粘土與細(xì)中砂層互層。在此層中砂與粘土呈不均勻成層分布,相變較快。由沉積物粒度參數(shù)δ1-Md散點(diǎn)圖(圖6)可見(jiàn),第Ⅱ?qū)佣纬练e物的兩個(gè)亞段其粒度參數(shù)及曲線分布特征基本一致,指示為同一種沉積環(huán)境。該段沉積物粒度的分選系數(shù)(δ1)主要分布在1.2～2.8,分選總體差；中值粒徑(Md)主要集中分布在2～8Φ,分布范圍寬,為中砂—極細(xì)粉砂級(jí)。頻率曲線多表現(xiàn)為不對(duì)稱的雙峰態(tài)特征(圖7),主峰在1～3Φ之間與6～8Φ之間交替,眾組數(shù)粒級(jí)以中砂或細(xì)粉砂為主。概率累積頻率圖上<4Φ粒徑的滾躍移質(zhì)粗顆粒含量在0～80%之間,變化幅度大,而>4Φ的細(xì)顆粒沉積物含量也相應(yīng)變化(圖8),反映水動(dòng)力條件十分復(fù)雜,其粒度參數(shù)和曲線特征指示為河湖交替相的沉積環(huán)境。該層中夾有多層褐灰色粉砂薄層,其中在41.02～41.07 m、42.22～42.34 m處為灰黑色含碳化植物莖葉碎片粉砂層,指示存在短暫的沼澤相沉積環(huán)境。

圖3 48.59～52.16 m層段沉積物粒度參數(shù)δ1-Md圖Fig.3 δ1-Md parameter figure of sediments grain size in 48.59～52.16 m interval

圖4 48.59～52.16 m層段 沉積物粒度頻率曲線Fig.4 Frequency curve of sediments grain size in 48.59～52.16 m interval

圖5 48.59～52.16 m層段沉積物 粒度概率累積曲線Fig.5 Probability curve of sediments grain size in 48.59～52.18 m interval

圖6 32.48～48.59 m層段沉積物粒度參數(shù)δ1-Md圖Fig.6 δ1-Md parameter figure of sediments grain size in 32.48～18.59 m interval

圖7 32.48～48.59 m層段沉積物粒度頻率曲線Fig.7 Frequency curve of sediments grain size in 32.48～48.59 m interval

圖8 32.48～48.59 m層段沉積物粒度概率累積曲線Fig.8 Probability curve of sediments grain size in 32.48～48.59 m interval

2.2.3 第Ⅲ層段(深度:13.46～32.46 m)為河流相沉積環(huán)境

ZK02孔剖面第Ⅲ層段對(duì)應(yīng)于全新統(tǒng)下段,沉積物巖性為青灰、灰褐色細(xì)—中砂層,質(zhì)純。沉積物粒度參數(shù)δ1-Md散點(diǎn)圖(圖9)顯示該段沉積物粒度的分選系數(shù)(δ1)主要分布在1.6 ～2.6,分選差；中值粒徑(Md)主要集中分布在2～7Φ,分布范圍寬,為中砂—細(xì)粉砂級(jí)。頻率曲線多表現(xiàn)為不對(duì)稱的雙峰態(tài)的特征,主峰在2～3Φ之間(圖10),次峰在6～8Φ之間,主要粒級(jí)以躍移的中砂為主,以懸移質(zhì)細(xì)粉砂為次,眾組數(shù)粒徑向粗粒端減小的速率比向細(xì)粒端快。概率累積頻率圖上<4Φ粒徑的粗顆粒含量占40%～80%,而>4Φ的細(xì)顆粒沉積物含量相對(duì)較少(圖11),反映水動(dòng)力條件較強(qiáng),其粒度參數(shù)和曲線特征指示為平原區(qū)河流相沉積環(huán)境。此段沉積物為巖性較為均一的細(xì)中砂,夾有一些粉砂質(zhì)的薄層,整體的沉積特征指示以漫灘為主,偶有洪泛相的古沉積環(huán)境。

圖9 13.46～32.46 m層段沉積物粒度參數(shù)δ1-Md圖Fig.9 δ1-Md parameter figure of sediments grain size in 13.46～32.46 m interval

圖10 13.46～32.46 m層段沉積物粒度頻率曲線Fig.10 Frequency curve of sediments grain size in 13.46～32.46 m interval

圖11 13.46～32.46 m層段沉積物粒度概率累積曲線Fig.11 Probability curve of sediments grain size in 13.46～32.46 m interval

2.2.4 第Ⅳ層段(深度:0.40～13.46 m)為湖泊沼澤相沉積環(huán)境

ZK02孔剖面第Ⅳ層段對(duì)應(yīng)于全新統(tǒng)上段,沉積物巖性主要為褐色淤泥質(zhì)粘土,發(fā)育水平紋層,含有較多碳化植物莖葉的碎片,上部0.40～1.65 m為褐黃色粘土,其中發(fā)育少量灰褐色鐵錳質(zhì)結(jié)核。由沉積物粒度參數(shù)δ1-Md散點(diǎn)圖(圖12)可見(jiàn),該層段沉積物粒度的分選系數(shù)(δ1)主要分布在1.3～1.8,分選較好；中值粒徑(Md)主要集中分布在5.2～7Φ,分布范圍窄,為中細(xì)粉砂級(jí),其參數(shù)特征與第Ⅲ層段沉積物存在較大差別。多數(shù)頻率曲線的眾數(shù)和主峰在5～7Φ之間(圖13)。概率累積頻率圖上<4Φ粒徑的粗顆粒含量非常少(圖14),而>4Φ的細(xì)顆粒沉積物含量占主導(dǎo),反映水動(dòng)力條件十分弱且穩(wěn)定,其粒度參數(shù)特征和曲線的波動(dòng)趨勢(shì)指示為一種淺湖相沉積環(huán)境。此層段整體顏色發(fā)黑,有機(jī)質(zhì)含量比較高,多見(jiàn)碳化植物莖葉的殘片,綜合分析該層段為湖泊沼澤相沉積環(huán)境。

圖12 0.40～13.46 m層段沉積物粒度參數(shù)δ1-Md圖Fig.12 δ1-Md parameter figure of sediments grain size in 0.40～13.46 m interval

圖13 0.40～13.46 m層段沉積物粒度頻率曲線Fig.13 Frequency curve of sediments grain size in 0.40～13.46 m interval

圖14 0.40～13.46 m層段沉積物 粒度概率累積曲線Fig.14 Probability curve of sediments grain size in 0.40～13.46 m interval

2.3 沉積物粒度象特征對(duì)沉積環(huán)境的指示

粒度象反映了沉積物粒度分布總體特征(Passega,1964),間接指示了沉積環(huán)境,通過(guò)對(duì)粒度象的分析可了解未知環(huán)境沉積物的成因[2,12]。一些與沉積搬運(yùn)有密切關(guān)系的粒度參數(shù),如C(代表百分之一含量的粒度)、A(<4 μm組分的重量百分?jǐn)?shù))、L(<31 μm組分的重量百分?jǐn)?shù))、M(中位數(shù)、中值粒徑,即50%的粒度)。以C對(duì)M、A對(duì)M以及L對(duì)M分別作成C-M圖、A-M圖和L-M圖,這個(gè)由所有樣品的粒度參數(shù)所構(gòu)成的圖象即稱之為沉積物的粒度象。C-M圖中C值和M值分別反映了水動(dòng)力條件的最大狀況和平均狀況,從而能夠指示沉積環(huán)境的差異。而當(dāng)沉積物懸浮物混有的滾動(dòng)顆粒含量較多時(shí),A-M圖和L-M圖相比于C-M圖的投點(diǎn)更分散,更能表征沉積物的特點(diǎn)。因此本文運(yùn)用這三種粒度象圖進(jìn)行綜合分析,通過(guò)與經(jīng)典的已知沉積環(huán)境沉積物粒度象研究結(jié)果對(duì)比,判斷ZK02孔的沉積環(huán)境變化特點(diǎn)。

由粒度象圖可見(jiàn)(圖15-圖17),ZK02孔剖面第Ⅰ層段與第Ⅳ層段沉積物粒度象特征比較相近,在C-M圖上的點(diǎn)均集中分布于C(40～200 μm)與M(4～20 μm)的交錯(cuò)區(qū)域,A-M圖上的點(diǎn)均集中分布于A(5%～40%)與M(4～20 μm)的交錯(cuò)區(qū)域,L-M圖上的點(diǎn)均集中分布于L(60%～100%)與M(4～20 μm)的交錯(cuò)區(qū)域。C-M圖中RS段代表均勻懸浮質(zhì)區(qū)間,由圖15可知,第Ⅰ層段與第Ⅳ層段沉積物樣品多數(shù)分布于RS段前端(圖中圓形區(qū)域內(nèi)),代表了一種相對(duì)低能的沉積環(huán)境,結(jié)合該層段下伏河流相粗碎屑沉積物,判斷第Ⅰ層段可能指示了漫灘相或洪泛相的沉積環(huán)境。

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圖16 ZK02孔沉積物A-M圖Fig.16 A-M map of ZK02 core sediments

圖17 ZK02孔沉積物L(fēng)-M圖Fig.17 L-M map of ZK02 core sediments

第Ⅲ層段沉積物的各粒度象分布特征與第Ⅰ層段和第Ⅳ層段明顯不同,在C-M圖上的點(diǎn)集中分布于C(300～600 μm)與M(10～200 μm)的交錯(cuò)區(qū)域,A-M圖上的點(diǎn)集中分布于A(0～10%)與M(10～200 μm)的交錯(cuò)區(qū)域,L-M圖上的點(diǎn)集中分布于L(0～65%)與M(10～200 μm)的交錯(cuò)區(qū)域。C-M圖上沉積物樣品分布于QR段和RS段的偏上方,位于均勻懸浮和遞變懸浮區(qū)間之上。QR段遞變懸浮的概念來(lái)自于現(xiàn)代密西西比河的資料,即C和M值成比例增加；河底摩擦引起的紊流控制這種懸浮物的顆粒粗細(xì),紊流越強(qiáng)顆粒越粗。第Ⅲ層段沉積物樣品的C-M特征顯示比典型河流沉積物的C值高,整體分選較好,顯示具有紊流比較強(qiáng)的河流沖積成因特征。

第Ⅱ?qū)佣纬练e物的粒度象分布特征比較寬,基本上與第Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ層段的沉積物粒度象分布特征重合,指示第Ⅱ?qū)佣纬练e環(huán)境比較復(fù)雜多變,顯示既具有河道相沉積、水下沙壩沉積,也有泛濫平原及河漫湖和后沼澤沉積。上述分析與粒度參數(shù)和曲線特征分析結(jié)果一致。

3 第四系鉆孔剖面橫向?qū)Ρ葘?duì)沉積環(huán)境的指示

第四紀(jì)時(shí)期,研究區(qū)處于江漢平原的東緣,受先存構(gòu)造格局的影響,第四紀(jì)時(shí)期一直處于沉降階段,第四紀(jì)沉積序列較為完整。為了更準(zhǔn)確地建立該區(qū)第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)和沉積環(huán)境演化序列,本文試圖選擇該區(qū)4個(gè)代表性第四紀(jì)鉆孔,以巖性特征為基礎(chǔ)進(jìn)行地層橫向?qū)Ρ确治?運(yùn)用沉積學(xué)理論在空間上討論該區(qū)第四紀(jì)時(shí)期沉積環(huán)境演化過(guò)程。

由圖18可知,鉆孔揭示的東西湖區(qū)廣華寺組巖性主要以半固結(jié)雜色粉質(zhì)泥巖、粉砂巖為主,指示新近紀(jì)末武漢東西湖區(qū)為湖盆沉積環(huán)境。下更新統(tǒng)東西湖組巖性由一個(gè)典型的二元結(jié)構(gòu)旋回組成,下部以灰黃、灰色礫石層組成,上部為典型的河漫灘相沉積物,代表河流相的沉積環(huán)境。中更新統(tǒng)辛安渡組及上更新統(tǒng)青山組總體以粗碎屑為主,巖性上為灰褐、灰黃色含礫中粗砂層、細(xì)礫石層,夾灰、褐灰色泥質(zhì)粉砂層或粉砂質(zhì)泥層。垂向上,相變十分復(fù)雜,既有二元結(jié)構(gòu)十分明顯的河流沖積相,也夾有有機(jī)質(zhì)含量較高的湖相沉積,表現(xiàn)為河湖頻繁交替的沉積環(huán)境。晚更新世晚期—全新世中期,東西湖區(qū)沉積物為比較均一的青灰、深灰色細(xì)—中砂層,其粒度參數(shù)特征顯示為典型的河流相沉積；全新世中期以來(lái),該區(qū)主要沉積物巖性為灰褐色淤泥質(zhì)粘土,含較多植物莖葉碎片,具水平層理,夾有灰黃色粘土質(zhì)粉砂,表現(xiàn)為湖沼相沉積環(huán)境特征。

第四系沉積物厚度受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或區(qū)域性氣候環(huán)境變化的共同控制。由圖18可知,武漢東西湖區(qū)第四紀(jì)堆積物厚度約50～60 m,與下伏新近系基巖呈不整合接觸關(guān)系,該區(qū)早更新世—晚更新世晚期沉積地層厚度約為12～20 m,但是全新世沉積地層厚度相對(duì)大得多,最厚可達(dá)50 m,且底板界線均在海拔-10 m以下,最深至海拔-22 m以下。本文針對(duì)這一現(xiàn)象討論如下:

圖18 武漢東西湖區(qū)第四系鉆孔柱狀對(duì)比圖(ZK25孔年齡數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[2]中數(shù)據(jù)并重新校正獲得)Fig.18 Columnar contrast diagram of quaternary core in DongXihu district1.粘土;2.淤泥質(zhì)粘土;3.粉砂質(zhì)粘土;4.粘土質(zhì)粉砂;5.粉砂;6.細(xì)砂或中細(xì)砂;7.含礫砂;8.砂礫石層;9.灰?guī)r;10.與下伏基巖不整合界線;11.全新統(tǒng)走馬嶺組上段;12.全新統(tǒng)走馬嶺組下段;13.上更新統(tǒng)青山組;14.中更新統(tǒng)辛安渡組;15.下更新統(tǒng)東西湖組;16.上石炭統(tǒng)黃龍組;17.河道充填相;18.河流邊灘相;19.洪泛(漫灘)相;20.湖相或湖沼相。

根據(jù)ZK25孔沉積物AMS14C年齡插值計(jì)算,該區(qū)全新世上部12.70 m以來(lái)的地層是距今3 974 cal a BP以來(lái)沉積的,平均沉積速率約3.19 mm/a。然而,江漢平原強(qiáng)沉降區(qū)全新世的沉積速率僅為1.18 mm/a[13]。研究區(qū)位于江漢平原東緣的崗狀平原區(qū),新構(gòu)造沉降速率應(yīng)低于江漢平原腹地的低平原區(qū),而全新世時(shí)期沉積速率卻高于后者,顯然是受到氣候變化的控制。末次間冰期—末次冰盛期以來(lái),全球氣候變化較為劇烈[14],至距今約2萬(wàn)年左右的末次冰盛期時(shí),海平面最低達(dá)到了現(xiàn)今海平面以下130 m左右[15]。此時(shí)受河流侵蝕基準(zhǔn)面下降影響,長(zhǎng)江流域開始急劇下切侵蝕。如今的長(zhǎng)江河流縱剖面,從武漢段下游多位于黃海海平面以下為之證據(jù)[16-17]。至全新世,氣候轉(zhuǎn)暖,海平面又呈現(xiàn)一個(gè)急劇上升的趨勢(shì),受長(zhǎng)江侵蝕基準(zhǔn)面上升影響,河流下切作用減弱,所攜泥沙在河道兩側(cè)快速卸載,構(gòu)成了晚更新世晚期以來(lái)的地層。李長(zhǎng)安[18]通過(guò)一系列考古資料、江漢平原地質(zhì)地貌證據(jù)和現(xiàn)代地殼變形特征認(rèn)為長(zhǎng)江中游主河道及江漢平原水系一直在不斷南移,并且在全新世以來(lái)遷移速度加快。本次對(duì)比的4孔均位于漢江河道以北,處于漢江Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)階地之上,由鉆孔的沉積記錄可推斷該區(qū)晚更新世以前的地層遭受不同程度的剝蝕,使得末次冰盛期漢江的深切河槽最深海拔達(dá)-22 m以下。

4 結(jié)論

綜上所述,可以得出以下初步結(jié)論:

(1) 從武漢東西湖區(qū)ZK02孔剖面粒度記錄的沉積環(huán)境信息來(lái)看,該剖面具有典型性,并結(jié)合該區(qū)4個(gè)代表性第四紀(jì)鉆孔地層橫向?qū)Ρ冉Y(jié)果,大致將該區(qū)沉積環(huán)境演化劃分為四個(gè)大的階段:早更新世時(shí)期,該區(qū)為河流相的沉積環(huán)境；中更新世—晚更新世晚期,為河湖交替相的沉積環(huán)境；全新世早期—全新世中期,為開闊的河流相沉積環(huán)境；全新世中期以來(lái),整體處于湖泊沼澤相的沉積環(huán)境。

(2) 區(qū)域上地層對(duì)比還顯示該區(qū)更新世地層厚度相對(duì)偏小,而全新世地層沉積厚度大且沉積連續(xù),可能是末次冰盛期全球氣溫驟降影響下海平面急劇下降,導(dǎo)致漢江下切侵蝕形成的,深切河槽最深海拔達(dá)-22 m以下。

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(責(zé)任編輯：于繼紅)

Grain Size Characteristics and Its Environmental Significance ofZK02 Core Sediment Recorded in Dongxihu District, Wuhan

HUO Ju, LI Qiwen

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

Through analyzing grain size characteristics of the typical quaternary core sediments in Dongxihu District, Wuhan, the paper rebuilt the sedimentary environment evolution process since the Quaternary.The results showed that Dongxihu District was a river phase sedimentary environment in the early Pleistocene,a river-lake facies sedimentary environment in Middle Pleistocene to late Pleistocene.Early Holocene to Middle Holocene was a open river facies sedimentary environment,overall in the lacustrine swamp facies sedimentary environment since Middle Holocene.Regional stratigraphic correlation also showed the Holocene sedimentary thickness was not less than 50 meters,which was probably affected by global drop in temperatures during late stage of late Pleistocene,and sea level sharply dropped caused the Han River down-cutting and sediments accumulated rapidly.Sedimentary records showed that the river depth reached an altitude of -22 meters belowthe in last glacial maximum period.

ZK02 core; Quaternary; grain size; sedimentary environment; Wuhan

2015-05-13;改回日期:2015-05-19

霍炬(1980-),男,工程師,第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)專業(yè),從事第四紀(jì)地質(zhì)相關(guān)研究。E-mail:38179506@qq.com

P534.63

A

1671-1211(2015)03-0259-08

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.201503004

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20150601.0940.002.html 數(shù)字出版日期:2015-06-01 09:40