王令占,楊 博,涂 兵

（中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心（中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心）, 武漢 430205）

第四系劃分與對比是覆蓋區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查和工程地質(zhì)調(diào)查的基本內(nèi)容，也是江漢-洞庭盆地第四紀河湖演化、盆地充填過程及地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)研究的重要基礎(chǔ)[1-4]。近年來的研究表明，江漢-洞庭盆地周緣廣泛發(fā)育的早更新世礫石層是古河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[5-12]。

咸寧地區(qū)位于江漢盆地東緣，地處幕阜山西北緣低山丘陵與江漢平原過渡部位，第四系發(fā)育且分布廣泛。目前對江漢盆地東緣第四系的研究主要集中在武漢市及周邊[13-26]，咸寧地區(qū)第四系研究較少。湖北省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊[27]將咸寧地區(qū)第四系劃分為中上更新統(tǒng)及全新統(tǒng)，并將區(qū)內(nèi)“紅色粘土礫石層-磚紅色含礫網(wǎng)紋亞粘土-磚紅色、棕黃色砂質(zhì)亞粘土-紅土（砂質(zhì)粘土）”序列劃為中上更新統(tǒng)；陳立德等[10]認為咸寧開發(fā)區(qū)一帶礫石層為泥石流堆積體，并認為其形成時代為早更新世。這種分歧制約了對江漢-洞庭盆地充填演化過程的認識。

筆者等近年來在咸寧地區(qū)開展1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)咸寧北部地區(qū)分布著大面積的沖洪積物。通過野外路線地質(zhì)調(diào)查和鉆孔揭露，查明了沖洪積物的分布范圍及發(fā)育特征，ESR年代學(xué)測試結(jié)果顯示，沖洪積物的形成時代為早更新世晚期至中更新世中期，為江漢-洞庭盆地充填演化過程研究提供了新的基礎(chǔ)資料。

1 研究區(qū)地質(zhì)地貌概況

咸寧地區(qū)位于長江中游南岸，幕阜山北麓。區(qū)內(nèi)地勢東南高、西北低，大致可分為構(gòu)造中山區(qū)、低山丘陵區(qū)和沖積平原區(qū)三個地貌區(qū)（圖1）。研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚子陸塊褶皺帶與江漢-洞庭盆地過渡帶附近，本區(qū)出露中元古代-第四紀地層，第四紀地層跨鄂東地層分區(qū)、江漢盆地東緣小區(qū)和江漢盆地覆蓋小區(qū)[28]。構(gòu)造形跡主要為近東西向和北東向，控制了區(qū)內(nèi)不同時代的地層發(fā)育、構(gòu)造變形、巖漿活動和成礦作用，對近代地貌特征也有明顯影響。

圖1 研究區(qū)地貌及沖洪積物分布范圍Fig. 1 The geomorphology and distribution of alluvial-diluvia deposits in the study area

本次工作區(qū)范圍包括1∶5萬渡普口幅、山坡鄉(xiāng)幅、神山鎮(zhèn)幅和咸寧市幅（圖1），區(qū)內(nèi)地層自志留系至第四系均有出露（圖2）。志留系為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾砂巖；石炭系為微晶白云巖、灰質(zhì)白云巖、生物屑微晶灰?guī)r；二疊系為含燧石生物屑灰?guī)r夾硅質(zhì)巖；下三疊統(tǒng)為泥晶灰?guī)r夾泥巖，中上三疊統(tǒng)-侏羅系為粉砂巖、泥巖夾石英砂巖、礫巖；白堊系-古近系為泥質(zhì)粉砂巖、火山巖、礫巖、含礫砂巖。地貌以崗狀平原為主，低平原與低山丘陵次之，整體地勢較為平坦，湖泊星羅棋布。南部咸寧市區(qū)一帶為低山丘陵，中北部以丘陵和平原相間的波狀起伏地形為主，西北部長江兩岸為沖積平原。區(qū)內(nèi)屬長江水系，河流有淦河、汀泗河、高橋河、金水河、余碼河、橫溝河，湖泊有西涼湖、斧頭湖和梁子湖等。

圖2 工作區(qū)地質(zhì)簡圖Fig. 2 Simplified geological map of the study area

2 沖洪積物特征、沉積相及形成時代

2.1 沖洪積物空間分布及發(fā)育特征

通過詳細的野外路線地質(zhì)調(diào)查和第四紀鉆孔揭露，圈定出兩個沖洪積物堆積體，分別分布于咸寧市北部淦河下游和汀泗橋鎮(zhèn)北部汀泗河下游（圖1）。其中淦河下游沖洪積物堆積體（下文中稱之為東部堆積體）規(guī)模較大，地表露頭較好，由南向北發(fā)育，南部始于咸寧市區(qū)-高橋鎮(zhèn)一線低山丘陵區(qū)，北部地表邊界大致沿咸寧北站-橫溝橋鎮(zhèn)-雙溪橋鎮(zhèn)一線，第四紀鉆孔及地表零星露頭指示該堆積體實際北部邊界已延伸至斧頭湖畔。汀泗河下游沖洪積物堆積體（下文中稱之為西部堆積體）規(guī)模相對較小，地表露頭相對較差，堆積體整體呈南北向，南部起始于汀泗橋鎮(zhèn)一帶低山丘陵區(qū)，根據(jù)地表露頭及第四紀鉆孔揭露，堆積體邊界大致沿祝家垴-章樹咀-鐘鳴橋一線。需要說明的是，東部與西部兩個堆積體是基于野外路線調(diào)查和鉆孔資料共同圈定，由于堆積體受后期沉積物覆蓋、風(fēng)化剝蝕及地表水系等作用改造，被分割成若干部分，地表出露已不連續(xù)，僅咸寧市區(qū)-橫溝橋鎮(zhèn)一帶堆積體出露相對連續(xù)（圖2）。

野外調(diào)查表明，由南往北，東部堆積體巖性呈現(xiàn)出由洪積物（觀察點：D6068、D6077）向沖積物（觀察點：D1011）逐漸過渡的變化趨勢，沖積物之上被中更新世紅棕色網(wǎng)紋狀粘土（觀察點：D1012）覆蓋。典型觀察點巖性為：

（1）D6068點：紫紅色、紅棕色含礫粘土（圖3a），成分以粘土為主，粘土含量大于60%，礫石成分主要為砂巖、石英、燧石，礫徑以2-15 cm為主，偶見長軸大于20 cm的轉(zhuǎn)石，磨圓為次棱角狀－次圓狀，分選較差，礫石與粘土混雜堆積，發(fā)育弱網(wǎng)紋構(gòu)造，地表常見被流水沖刷改造形成的粗化層（圖3b）。

（2）D6077點：褐紅色、紅棕色網(wǎng)紋狀粘土砂礫石層（圖3c），礫石含量35%、粉細砂含量15%-30%、粘土含量35%-50%，礫石成分為石英、燧石、砂巖、粉砂巖，磨圓為次圓狀，分選差，礫石礫徑以1-3 cm和5-7 cm兩個范圍為主，粒度較南側(cè)整體變細，粘土、砂、礫呈無序雜亂堆積，局部見發(fā)育鐵錳質(zhì)薄膜，網(wǎng)紋構(gòu)造發(fā)育，網(wǎng)紋為灰白色粘土或粉質(zhì)粘土，呈條帶狀、樹枝狀或不規(guī)則狀，常見灰白色網(wǎng)紋中包裹大小不一的礫石。

（3）D1011點：紅棕色弱網(wǎng)紋（或均質(zhì)）粘土夾礫石層（圖3d），主體為紅棕色弱網(wǎng)紋狀粘土或均質(zhì)粘土，網(wǎng)紋為灰白色粘土或粉質(zhì)粘土，呈斑點狀、團塊狀或樹枝狀，網(wǎng)紋寬度為0.5-2.0 cm，偶見含礫石，所夾礫石層以礫石為主，粉細砂次之，礫石礫徑以1.0-4.0 cm為主，成分主要為石英、砂巖、燧石，磨圓為次棱角狀-次圓狀，礫石層延伸多不穩(wěn)定，呈透鏡狀。

圖3 咸寧地區(qū)沖洪積物野外特征Fig. 3 Field outcrops of alluvial-diluvia deposits in the Xianning area

（4）D1012點：網(wǎng)紋狀粘土-均質(zhì)粘土，具雙層結(jié)構(gòu)，下部為紅棕色網(wǎng)紋狀粘土，網(wǎng)紋為灰白色、灰黃色粘土，多呈樹枝狀或條帶狀，寬約1-2 cm，長約3-8 cm，見較多鐵錳質(zhì)薄膜，上部為紅棕色均質(zhì)粘土，偶見含少量灰黃色粘土團塊。

區(qū)內(nèi)施工的多個鉆孔均見及該套沖洪積物，典型鉆孔為ZK04、ZK08、ZK36、ZK71、ZK83。其中鉆孔ZK36位于咸寧市區(qū)東部，地處淦河支流源頭，為丘陵-崗狀平原過渡區(qū)，孔口海拔80.0 m。該鉆孔揭露第四系覆蓋層厚度為17.05 m，地層自上而下初步劃分為全新世走馬嶺組（Qhz）、中更新世王家店組（Qp2w）、早更新世陽邏組（Qp1y）和晚白堊世-古新世公安寨組（K2E1g）（圖4）。其中0-1.0 m為回填土；全新世走馬嶺組（1.0-3.5 m），上部為灰黃色粉砂質(zhì)粘土，粘土含量75%，粉砂含量20%，鐵錳質(zhì)結(jié)核含量約5%，結(jié)核呈黃褐色，分布不均勻，大小為0.2-0.5 cm；下部為灰-淺灰色礫石層，礫石含量約50%，大小懸殊，礫徑多為1.5-3 cm，最大可達7 cm，為棱角狀-次圓狀，充填物為砂、粘土。中更新世王家店組（3.5-12.95 m）為紅棕色含礫粘土夾粘土層，上部為紅棕色含礫粘土（下混雜層A相），粘土含量70%，礫石分布不均勻，總體占比30%，二者混雜堆積，礫石成分為砂巖、石英、燧石，大小懸殊，礫徑為0.4-11 cm，多數(shù)為1-2.5 cm；礫石磨圓為次圓狀-次棱角狀，見網(wǎng)紋構(gòu)造發(fā)育，網(wǎng)紋為灰白色粘土，呈不規(guī)則團塊狀、樹枝狀；中部為紅棕色粘土（表泥層B相），粘土含量90%，含少量粉砂，局部見少量礫石，礫石成分為石英、粉砂巖，磨圓為次棱角狀，礫徑為0.3-0.8 cm；下部為紅棕色含礫粘土（上混雜層A1相），粘土含量75%-80%，礫石含量20%-25%，礫石成分為粉砂巖、石英及燧石，礫徑為0.5-2.5 cm，磨圓為次圓狀，分布不均勻，分選差，礫石與粘土混雜堆積。早更新世陽邏組（12.95-17.05 m），上部為紅棕色粘土（表泥層B相），粘土含量約90%，粉砂含量小于10%，含少量礫石，礫徑為0.3-0.6 cm，成分以石英為主，少量粉砂巖，磨圓為次棱角狀；下部為紅棕色含礫粘土（上混雜層A1相），粘土含量60%-65%，礫石含量25%，粉砂含量約10%，礫石成分以粉砂巖為主，次為硅質(zhì)巖，礫徑為0.5-1.5 cm，最大可達4 cm，磨圓為次棱角狀-次圓狀。下伏基巖為晚白堊世-古新世公安寨組（K2E1g）淺灰色礫巖。

圖4 鉆孔ZK36巖芯照片、地層及沉積相劃分Fig. 4 Photograph, subdivision of strata and sedimentary facies of the borehole ZK36

鉆孔ZK83位于東部堆積體北部邊界斧頭湖畔，鉆孔深度43.6 m，其中中更新世王家店組（Qp2w）厚度為42.6 m，上部0-2.85 m為紅棕色粘土，發(fā)育弱網(wǎng)紋構(gòu)造；2.85-42.6 m為紅棕色、褐紅色（夾黃褐色）含礫粘土，粘土含量50%-70%，礫石含量30%-50%，礫石成分以硅質(zhì)巖、燧石為主，見粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖，礫徑以0.3-2.0 cm為主，最大可達8 cm，磨圓差，為棱角狀或次棱角狀，礫石與粘土混雜堆積。西部堆積體因后期改造強烈，地表露頭零星，變化規(guī)律不甚清楚，典型巖性見于鉆孔ZK04、ZK08、ZK71，沉積物共性特征為粘土含量高、礫石成分雜、分選差、磨圓差，礫石與粘土混雜堆積。

2.2 沖洪積物沉積相

地表調(diào)查及鉆孔揭露表明，東部與西部沖洪積物堆積體均具有粘土含量較高（＞50%）、礫石成分復(fù)雜、分選差、磨圓差（次圓狀、次棱角狀或棱角狀）的特點，且礫石與粘土排列無序，大小混雜，顯示沖洪積物近源快速堆積特點，與江漢-洞庭盆地周緣津市黃牯山、長沙望麓橋、寧鄉(xiāng)龍骨沖等地堆積物特征相似，具泥石流沉積特征。其中東部堆積體中東部由南往北沉積物粒度逐漸變細，整體上具有含巨礫、礫石的粗粒沉積（扇頂相）—砂礫石層、砂質(zhì)粘土夾礫石層（過渡相）—砂質(zhì)粘土、粘土（扇緣相）沖洪積扇沉積相組合特征。

根據(jù)崔之久、熊黑鋼總結(jié)的泥石流沉積相模式[29-30]，一次泥石流的沉積由下向上的相序包括初期鋪床過程的細粒沉積即底泥層（D相）、中期泥石流快速沉積的粗礫泥石流層即下混雜層（A相）、晚期泥石流分異的細礫泥石流層即上混雜層（A1相）、后期泥石流懸浮沉積的細粒沉積即表泥層（B相）和河流對泥石流沖刷改造的沉積即沖刷層（C相）。據(jù)此，咸寧地區(qū)東部堆積體以下混雜層（A相）和上混雜層（A1相）為主，表泥層（B相）和沖刷層（C相）也見發(fā)育（圖3、圖4），縱向及橫向均相變較快；西部堆積體則以上混雜層（A1相）為主。

2.3 沖洪積物形成時代

已有研究對咸寧地區(qū)沖洪積物的形成時代看法不一[10,27]，但均無定量數(shù)據(jù)約束。為了確定該套沖洪積物的形成時代，便于進行區(qū)域?qū)Ρ?，本次在三個典型鉆孔中采集了4件測年樣品，其中樣品ZK04-ESR-1巖性為含粘土礫石層，埋深為8.25-8.42 m；樣品ZK36-ESR-1巖性為含礫粘土，埋深為12.43-12.66 m；樣品ZK36-ESR-2巖性為含礫粉質(zhì)粘土，埋深為13.16-13.35 m，樣品ZK83-ESR-1巖性為含礫粘土，埋深為40.55-40.82 m?？紤]到該套沖洪積物形成時代可能較老（早于晚更新世），本次采用ESR（電子自旋共振）測年方法進行地質(zhì)年代測試。

ESR測年的基本原理是利用電子自旋共振的方法直接測定樣品自形成以來由于輻射損傷所產(chǎn)生的順磁中心的數(shù)目。這些順磁中心的多少與時間（年齡）、樣品及環(huán)境中放射性元素含量等相關(guān)。實驗室通過以下公式獲得ESR年齡：A年齡(ka)=P古劑量(Gy)/D年劑量(Gy/ka)，古劑量是指在所測事件發(fā)生以來礦物所累積的ESR信號，年劑量由樣品及周圍環(huán)境中鈾、釷和鉀，以及宇宙射線、含水量等決定。該測試方法具有測年范圍廣、測定對象廣泛的特點。本次樣品ESR年代學(xué)測試由北京光釋光實驗室科技有限公司完成，樣品輻照在北京大學(xué)鈷源實驗室進行，古劑量測量采用德國布魯克公司EMX BRUKER X-Band ESR 信號測量譜儀，年劑量測定儀器型號為NexION300D等離子體質(zhì)譜儀（U、Th）和Z-2000石墨爐原子吸收分析儀（K）。本次所測樣品符合ESR測年要求，測量信號較好，測試結(jié)果表明沖洪積物形成時代為早更新世晚期-中更新世中期（表1），其中地表出露的沖洪積物堆積體主要形成于中更新世，早更新世沖洪積物僅見于鉆孔之中。

表1 咸寧地區(qū)沖洪積物ESR測年結(jié)果Table 1 ESR dating of alluvial-diluvia deposits in the Xianning area

20世紀60年代以來，以階地分析和冰川論為基礎(chǔ)開展的地層劃分和對比研究，在江漢平原周緣及洞庭湖地區(qū)，建立了區(qū)域第四系劃分與對比方案[31-34]。在洞庭湖地區(qū)，將網(wǎng)紋紅土與下伏礫石層視為河流相二元結(jié)構(gòu)，分別建立了白沙井組（中更新世）、新開鋪組和洞井鋪組（早更新世）；在江漢平原周緣，將第四紀網(wǎng)紋紅土?xí)r代確定為中更新世，將下伏礫石層時代確定為早更新世；在武漢地區(qū)，建立了王家店組（中更新世）和陽邏組（早更新世）。但上述地層劃分對比方案，卻造成了相鄰地區(qū)地層劃分與對比的困難[8-10]，并使得江漢-洞庭盆地河湖演化與盆地充填演化研究受限。

越來越多的研究表明，江漢-洞庭盆地周緣廣泛發(fā)育的礫石層是盆地周緣的古河流的沖洪積扇或辮狀河流堆積。對這些礫石層的年代學(xué)研究表明，其多形成于早更新世中晚期[5-7,10,21,34-39]，并認為江漢-洞庭盆地周緣沖洪積扇活動時期為早更新世。本次研究表明咸寧地區(qū)沖洪積扇活動不僅限于早更新世，而是從早更新世晚期一直持續(xù)至中更新世中期，這可能暗示江漢-洞庭盆地周緣的沖洪積扇活動在早中更新世一直都有發(fā)育[40]。

3 討論

對野外調(diào)查點和鉆孔資料的系統(tǒng)梳理，發(fā)現(xiàn)在次生網(wǎng)紋構(gòu)造非常發(fā)育的沖洪積物觀察點（如D6068、D6077）或鉆孔中，礫石成分多為難以風(fēng)化的砂巖、石英、燧石等，偶見粉砂巖，礫石易識別；而在網(wǎng)紋構(gòu)造不甚發(fā)育的鉆孔（如ZK83）中，礫石成分以硅質(zhì)巖、燧石等為主，但常見粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖礫石，呈風(fēng)化殘留狀，并保持原巖顏色。因此，沖洪積物中泥巖礫石是否可識別與其遭受的風(fēng)化程度密切相關(guān)，在風(fēng)化程度較弱的沖洪積物中，泥巖礫石易識別，而在遭受強烈風(fēng)化網(wǎng)紋構(gòu)造發(fā)育的地表沖洪積物中，即使存在志留系等地層的泥巖礫石，在長時間濕熱氣候條件下強烈風(fēng)化，經(jīng)歷成土、網(wǎng)紋化等一系列變化，顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造都發(fā)生了改變，原生沉積構(gòu)造、礫石邊界難以識別，和沖洪積物中的沉積粘土難以區(qū)分。按照各組分含量對沉積物進行定名時，礫石含量被低估，但并不影響對該套沉積物為沖洪積成因的判斷。

基于已有的地表路線地質(zhì)調(diào)查、第四紀鉆孔等資料，圈定的兩個沖洪積物堆積體范圍（遭受后期改造之前）如圖1所示。東部堆積體中東部由南往北沉積物粒度逐漸變細，整體上具有扇頂相—過渡相—扇緣相沖洪積扇沉積相組合特征。野外露頭和鉆孔資料顯示沖洪積物具有泥石流沉積特征。各鉆孔揭露沖洪積物的物質(zhì)組成、礫石成分、分選、磨圓等特征差異指示不同鉆孔所控制的并非同一個堆積體，ESR年代也表明東部和西部兩個大的堆積體可能是由多個形成于不同時代（早更新世晚期-中更新世中期）、不同物源（河流上游或鄰近丘崗高地）的小規(guī)模沖洪積物堆積體組成，受后期沉積物覆蓋、風(fēng)化剝蝕及地表水系等作用改造，完整性遭到破壞，地表出露已不連續(xù)（圖2）。因沖洪積物多為混雜堆積、巖性變化快，延伸不穩(wěn)定，目前的資料和工作程度，尚不能精細刻畫各堆積體的結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

（1）咸寧地區(qū)發(fā)育的沖洪積物粘土含量高，礫石分選差、磨圓差，排列無序，混雜堆積，顯示近源快速堆積特點，具泥石流沉積特征。東部堆積體的中東部整體上具有扇頂相-過渡相-扇緣相沖洪積扇沉積相組合特征。

（2）ESR測年結(jié)果顯示，咸寧地區(qū)沖洪積物形成時代為(1119±111)ka～(336±51)ka，屬早更新世晚期至中更新世中期，這可能指示江漢-洞庭盆地周緣沖洪積扇活動不僅限于早更新世，而是一直持續(xù)至中更新世中期。

審稿專家和編輯部給本文提出許多寶貴修改意見，在此表示誠摯感謝！