文章編號：1000-0550（2025）03-1049-10

關鍵詞網(wǎng)紋紅土;微區(qū)分析;網(wǎng)紋化機制;空間分布

第一作者簡介，女，1998年出生，碩士研究生，自然地理學，E-mail： jxxzjnu@qq.com

通信作者，女，副教授，E-mail：lyg159@zjnu.cn

中圖分類號P595文獻標志碼A

DOI： 10.14027/j.issn.1000-0550.2023.050

CSTR： 32268.14/j.cjxb.62-1038.2023.050

0 引言

中國南方網(wǎng)紋紅土是亞熱帶地區(qū)第四紀環(huán)境變化研究的良好地質載體，解譯網(wǎng)紋紅土的形成環(huán)境是中國南方紅土區(qū)古環(huán)境研究的重要內容-2]。網(wǎng)紋紅土經(jīng)歷了中等以上強度的化學風化，通常被認為是較濕熱氣候環(huán)境下的風化產(chǎn)物3-5]。在網(wǎng)紋紅土中普遍存在網(wǎng)紋化現(xiàn)象，其醒目地質特征是在暖色調的紅紫色黏土中鑲嵌大量呈斑點、蠕蟲、條管等形態(tài)的不規(guī)則淺色斑紋5。伴隨著網(wǎng)紋化過程，白色條紋與紅色條紋之間出現(xiàn)了一定的物質差異[5-9]。已有的研究表明，濕熱的氣候、土體孔隙、地下水的季節(jié)性變化、新構造運動乃至植物根系等可能是網(wǎng)紋發(fā)育的重要條件[2.5.9-13]，網(wǎng)紋化現(xiàn)象可視為物理過程（裂隙及擴張）、生物過程（根系腐爛）化學過程（如鐵質分異）等綜合作用的產(chǎn)物[14。網(wǎng)紋紅土很好地記錄了中國南方第四紀以來風化特征及其變化趨勢，但與網(wǎng)紋紅土網(wǎng)紋化現(xiàn)象有關的微觀機制仍然有待進一步探究[49.13]。目前有關網(wǎng)紋的研究，多將紅色條紋與白色條紋視為兩個不同的物質單元，對二者進行分離后，再分別測試與分析紅色條紋和白色條紋的理化屬性以及分異特征。上述研究可從整體上對網(wǎng)紋及網(wǎng)紋化進行認知，但卻難以從白色條紋內部變異，以及白色條紋到紅色條紋之間過渡變化等微觀尺度上認識網(wǎng)紋和網(wǎng)紋化過程。微區(qū)分析是對固體樣品的一個微小區(qū)域直接進行成分分析的技術，具有原位、量微、無損和準確等優(yōu)點[15-1o，其為獲取元素在土體內部、礦物中的配分和遷移規(guī)律提供有力的技術支撐[17-18]。微區(qū)分析包括電子探針、激光探針（包括激光光譜儀），以及掃描電子顯微鏡等[，微區(qū)XRF具有良好的穿透性、穩(wěn)定性及分辨率高等特點，可提供不同尺度、不同層次需求的原位微區(qū)分析[16.20]。為此，本文利用微區(qū)XRF分析方法對安徽郎溪剖面的網(wǎng)紋紅土開展二維微區(qū)分析，旨在從微觀尺度上進一步認識網(wǎng)紋體內的化學元素含量的空間分布特征，闡述網(wǎng)紋內部可能的化學過程，并為明確網(wǎng)紋的形成機理提供新視角。

1材料與方法

1.1樣品采集

郎溪剖面 30^°58^′24^′′N，119^°7^′43^′′E） 位于安徽省郎溪縣十字鎮(zhèn)318國道旁，其海拔約 40m ，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，年降水量介于 1143～1503mm 。該網(wǎng)紋紅土剖面的質地均一，不含礫且無流水作用痕跡，屬于長江中下游地區(qū)頗具代表性的加積型紅土剖面之一。該剖面自下而上可分為網(wǎng)紋紅土、黃棕色土等沉積地層，上覆黃棕色土層的土質疏松，網(wǎng)紋層質地緊實且由上到下白色條紋從密集細小到稀疏寬大，剖面未見底。在該剖面網(wǎng)紋紅土層的底部，白色條紋發(fā)育情況較為良好，為開展微區(qū)分析提供了基礎。本文在該剖面的中部和底部用瓶蓋（直徑約33mm ）采集了兩個微區(qū)樣品（圖1）。其中，一個為白色條紋微區(qū)樣品，另一個則為紅色條紋與白色條紋兼具的微區(qū)樣品（下文簡稱為紅白過渡微區(qū)樣品）。前者主要用于揭示白色條紋體中元素的空間變異情況，后者用于反映從白色條紋到紅色條紋元素含量的空間變化情況。

1.2 研究方法

本文采用原位微區(qū)XRF分析技術，將采樣后的微區(qū)樣品進行平面處理（粗磨和精磨），使待測樣品表面光滑沒有空隙，隨后將打磨好的樣品放入 60^°C 的烘箱進行干燥，最后將樣品放人微區(qū)X射線熒光光譜儀內選擇合適位置進行元素分析。為獲取微區(qū)內地球化學元素含量分布狀況，在白色條紋微區(qū)樣品（ 19mm×17mm 和紅白過渡微區(qū)樣品（ 12mm× 10mm 各設置了121個樣點（圖1），主要測試了 SiO₂ 、Al₂O₃?Fe₂O₃?K₂O?CaO?MgO_?Na₂O 等常量元素，以及Mn?Co?Cu 等微量元素。微區(qū)地球化學元素測試完成于安徽師范大學資源環(huán)境與地理信息工程安徽省工程技術研究中心。元素測試儀器為日本理學公司生產(chǎn)的RigakuZSXPrimusII型長色散X射線熒光光譜儀，測試精度為 10^-6 級別，測試含量范圍為 10^-6～100% 。測試過程使用中國國家標準土壤樣品GSS-3和GSS-6進行監(jiān)控，并對所得數(shù)據(jù)運用微型計算機進行程序控制、譜圖識別、干擾矯正及數(shù)據(jù)處理等分析步驟。通過與儀器內國家標準物質信息比對，最終實現(xiàn)對所測樣品元素的精確分析，該方法測定結果與電子探針測定結果一致2，常量元素分析誤差優(yōu)于 2% 。

對微區(qū)網(wǎng)格點測試結果，利用ArcGIS的地統(tǒng)計方法分析元素地球化學含量的空間分布特征，利用R語言對兩個微區(qū)樣品進行R型因子分析。其中，R型因子分析是研究變量間相互關系的因子分析法，常用于研究元素共生組合，其中每個因子所包含的主要元素，不僅表示元素間的組合關系，而且反映元素間內在的成因聯(lián)系[22]。本文采用R型因子分析方法的主要目的是對原始數(shù)據(jù)進行特征提取、信息降維，發(fā)掘隱藏在數(shù)據(jù)下的一組較少的或難以直接觀測的變量，并推測其可觀測變量變化的主要原因與機制。

2 研究結果

2.1 微區(qū)內元素的分布特征

微區(qū)測試結果表明（表1，2），無論是白色條紋微區(qū)樣品，還是白色條紋與紅色條紋過渡微區(qū)樣品的地球化學元素含量均以 SiO₂ 、 Al₂O₃ 和 Fe₂O₃ 等為主，K₂O、CaO、MgO、Na₂O Ti和 Mn 等元素的含量次之，其總體特征與中國南方網(wǎng)紋紅土地區(qū)的元素分布特點基本一致，為此本文不再對此進行贅述。為了揭示地球化學元素含量在白色條紋內部變異情況，以及從白色條紋到紅色條紋的過渡變化特征，利用統(tǒng)計學方法開展分析（圖2，3）。從圖2、3可知，在白色條紋體的內部，鐵和鐵族元素含量的空間分布特征較為相似，皆呈現(xiàn)出從白色條紋中心向外圍逐漸增加的趨勢， Cu，Zn 等元素含量的空間分布特征與之相似，而 SiO₂?Al₂O₃?K₂O?CaO?MgO?Ti，Rb?Sr 等元素含量的空間分布特征則與基本之相反，主要表現(xiàn)為從白色條紋中心向外圍呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。紅白過渡微區(qū)樣品的鐵、鐵族元素和 Cu，Zn 等元素含量的空間分布特征則呈現(xiàn)出從白色條紋向紅色條紋逐漸增加的趨勢，而 SiO₂?Al₂O₃?K₂O?CaO?MgO?Ti?Rb?Sr 等元素含量的空間分布特征則基本與之相反，表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢。

2.2 因子分析結果

因子分析方法通過分析眾多可觀測變量之間的內部依賴關系，揭示原始觀測數(shù)據(jù)中的基本結構，并用少數(shù)幾個抽象的“潛在”變量（即因子）表示其基本的數(shù)據(jù)結構23。在開展R型因子分析前，首先采用KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）和Bartlett法對上述網(wǎng)紋紅土微區(qū)觀測數(shù)據(jù)進行檢驗。一般而言，KMO的值越接近于1，說明變量間的相關性越強，越適合因子分析[24。此次研究的白色條紋微區(qū)樣品、紅白過渡微區(qū)樣品的KMO分別為0.94和0.95，表明適合進行因子分析。另外，如果變量彼此獨立，則無法從中提取公因子，也就無法應用因子分析法。兩個微區(qū)樣品觀測數(shù)據(jù)的Bartlett球形檢驗的概率皆低于顯著性水平0.05，原始觀測變量之間的相關性較強，適合進行因子分析。在此基礎上，利用R語言展開因子分析，分析結果見表3。

（a）宣城市地形圖；（b）剖面特征圖；（c）紅白過渡微區(qū)樣品圖（1 2mm×10mm） ；（d）白色條紋微區(qū)樣品圖（19 ；紅線為白色網(wǎng)紋與紅色基質交界線；藍十字為樣品中心測試區(qū)

根據(jù)累積方差貢獻率，對紅白過渡微區(qū)樣品和白色條紋微區(qū)樣品分別提取了兩個主因子。其中，紅白過渡微區(qū)樣品兩個主因子的方差貢獻率分別為59% 和 26% ，累積方差貢獻率達 85% ，白色條紋微區(qū)的兩個主因子方差貢獻率分別為 84% 和 9% ，累積方差貢獻率達到 93% 。累積方差貢獻率均達到了 80% 以上，尤其是白色條紋微區(qū)樣品因子1的方差貢獻率就達到了 84% ，說明采取兩個因子可以很好地體現(xiàn)微區(qū)樣品地球化學元素含量的空間分異情況。

因子載荷表征了原始觀測變量和因子之間的相關程度，可解釋和命名因子。根據(jù)表3，紅白過渡微區(qū)因子1的載荷為正且數(shù)值較高的地球化學元素主要為 Al₂O₃，K₂O，SiO₂，MgO 等常量元素，以及Ti、Zr等相對穩(wěn)定元素，而 Fe₂O₃ 、Mn和Co等鐵和鐵族元素載荷的數(shù)值為負；紅白過渡微區(qū)觀測數(shù)據(jù)中因子2的各元素因子載荷的正負號基本與因子1相反，表現(xiàn)為Fe₂O₃，Mn 和Co等鐵和鐵族元素的因子載荷數(shù)值為正。白色條紋微區(qū)因子1和因子2的各地球化學元素的因子載荷特征與紅白過渡微區(qū)因子載荷的特征基本一致，但白色條紋微區(qū)的因子1的載荷一般明顯高于紅白過渡微區(qū)因子1的載荷，而其因子2的載荷則遠低于紅白過渡微區(qū)的因子2的載荷。

3討論

網(wǎng)紋紅土的母質沉積期和網(wǎng)紋形成期是先后兩個不同時期[6，25-26]。加積型網(wǎng)紋紅土地層的母質在網(wǎng)紋出現(xiàn)之前是均質的，在網(wǎng)紋化過程中，白色條紋和紅色條紋發(fā)生了物質分異[5-9.27-28]。其中，鐵含量的分異被認為是網(wǎng)紋化的過程的基礎，白色條紋中的鐵存在明顯淋失，導致了紅色條紋的全鐵含量、游離鐵量、無定形鐵量，晶質鐵量以及絡合鐵量等一般遠高于白色條紋。微區(qū)分析結果表明，白色條紋微區(qū)樣品的全鐵含量具有從白色條紋中心向外圍逐漸增加的特征，紅白過渡微區(qū)樣品的全鐵含量同樣呈現(xiàn)出由白色條紋到紅色條紋逐漸增加的趨勢。以往將白色條紋與紅色條紋作為兩個物質單位可以看作是對上述特征的簡化。因此，開展微區(qū)分析有助于補充將紅色條紋和白色條紋視為不同物質單元的研究結果，在微觀尺度上進一步豐富對網(wǎng)紋化過程的認識。一方面，本文從微區(qū)尺度上進一步證實了白色條紋和紅色條紋之間確實存在鐵的分異；另一方面，研究揭示了白色條紋內部的全鐵含量并非是均質的，白色條紋和紅色條紋之間全鐵含量的差異并非是突變的，而是漸變的。 Mn?Co?Ni 以及Cu、Cr元素含量的微區(qū)分布特征與鐵元素微區(qū)分布特征較為相似，推測這些元素的分異可能與鐵元素具有相似的成因或者與鐵元素有關；而 K₂O，CaO，MgO 等常量元素的微區(qū)分布特征一般呈現(xiàn)出與鐵族元素大體相反的分布趨勢， Zr 、Ti等相對穩(wěn)定元素含量的微區(qū)分布特征也呈現(xiàn)出由白色條紋到紅色條紋逐漸降低的趨勢，相異的空間分布趨勢可能意味著上述元素含量的空間分異原因與鐵以及鐵族元素等不同。由于網(wǎng)紋紅土的母質是均質的，上述化學元素含量在白色條紋內部，以及由白色條紋到紅色條紋的所呈現(xiàn)出的漸變特征較難用脫硅富鋁鐵化進行解釋，網(wǎng)紋化過程是導致微區(qū)內元素含量分布的主要原因，這說明在適宜的環(huán)境條件下，白色條紋的形成是一個逐漸發(fā)育的過程。

通過因子分析可進一步推測可觀測變量變化的主要原因與機制。本文兩個微區(qū)數(shù)據(jù)的R型因子分析結果的共性特征在于鐵以及鐵族元素等在因子2具有正載荷，而在因子1的載荷為負，其他元素的載荷則基本與之相反，這說明兩個微區(qū)樣品數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的成因機制較為一致。

一般認為，網(wǎng)紋紅土整體形成于溫暖濕潤的環(huán)境，其先后經(jīng)歷了紅化以及網(wǎng)紋化等過程，網(wǎng)紋化時期冬夏季氣候反差增強且干濕變化加劇，干濕交替的季節(jié)氣候特點有利于中國南方第四紀網(wǎng)紋紅土的發(fā)育4。在上述適宜網(wǎng)紋發(fā)育的氣候背景下，白色條紋與紅色條紋的元素含量的差異主要與二者所處的微觀環(huán)境差異有關[46，9，1.14]。前人研究認為，白色條紋主要形成于還原環(huán)境，而紅色條紋則主要偏氧化環(huán)境，微觀環(huán)境的差異則導致了白色條紋化學風化淋溶程度往往要高于紅色條紋[29-31]。在表生地球化學條件下，鐵元素一般主要以難溶的三價鐵礦物形式殘留在風化物中，在還原環(huán)境中較為穩(wěn)定的三價鐵礦物可被還原為二價鐵從白色條紋中遷出，流出土體進入地下水或者在土層內部遷移[8.13.2]，紅色條紋則可能為白色條紋淋溶出的二價鐵的淀積區(qū)[8-9，3.32]。在適宜的氣候背景下，上述鐵的淋溶和淀積過程又形成了正反饋機制，極大地促進了網(wǎng)紋產(chǎn)生并逐漸發(fā)育，這是白色條紋內部、紅白過渡微區(qū)鐵元素出現(xiàn)空間分異的主要原因。另外，鐵族元素如 Mn，Co 等與鐵具有相近的存在形式，以及遷移、沉淀的物理化學條件，因此可推測其與鐵元素分異形成機制相似。

加積型網(wǎng)紋紅土地層的母質在網(wǎng)紋出現(xiàn)之前是相對均質的。自然界中 Zr，Ti，Al 等是化學性質相對穩(wěn)定的元素[33-34]，這些元素在白色條紋中的含量相對較高，而在紅色條紋中的含量相對略低，表明其主要與Fe、 Mn 等元素淋溶和淀積有關，即隨著鐵和鐵族元素等在白色條紋中淋溶遷移，以及在紅色條紋中的沉淀積累， Ti，Zr 等元素在白色條紋中滯留并相對富集，而在紅色條紋中則被稀釋而表現(xiàn)出相對虧損[48-9]。對于在因子1上具有較高正載荷的K、Ca、Mg等易溶的常量元素而言，一方面因其賦存礦物抗風化性質的差異，使得淋溶遷移程度存在差異，如K常賦存于抗風化強度強的正長石，Ca和 M_g 主要賦存于碳酸鹽礦物及斜長石中，斜長石是最易遭受化學風化的礦物之一[14.35];另一方面白色條紋中的鐵元素淋溶遷移導致了易溶元素的相對富集，紅色條紋中則因鐵和鐵族元素的富集而相對虧損，其與相對穩(wěn)定元素含量的空間分異成因基本相似。

上述是微區(qū)內元素含量空間分異的主要原因，但白色條紋與紅色條紋元素地球化學特征的差異不僅是鐵的淋溶富集及其導致的其他元素含量的相對增減，微環(huán)境的改變也會引起元素自身行為的變化。因子分析結果表明，Na與其他易溶元素的因子載荷符號以及含量的分布特征相異。Na賦存于長石（主要是斜長石）云母等礦物中，受風化作用易發(fā)生遷移淋溶，由于白色條紋的淋溶程度高于紅色條紋且兩者為同源物質29-31，該元素的含量可能既受該組分自身的變化，又受鐵和鐵族元素淋溶或沉淀等導致的相對富集和虧損共同影響，這兩個因素的耦合導致了該組分含量的變化與其他易溶組分含量變化存在一定差異。相關研究也發(fā)現(xiàn)紅色條紋中鈉含量高于白色條紋3，與本研究結果相似，但具體過程有待進一步探究；至于白色條紋中的銅、鋅元素，受氧化還原條件影響相對較弱，其淋濾遷移可能主要與鐵錳氧化物對其吸附和解吸作用有關[37-38]，受鐵族元素的影響但與鐵和鐵族等元素分異原因可能不同；Cr元素在氧化還原條件變化時，其化學行為異于鐵、錳等元素，可能另有其他機制如絡合遷移[39-41]。

綜合以上分析，紅白過渡微區(qū)的因子1主要體現(xiàn)了白色條紋中鐵和鐵族元素等的淋溶遷移，K、Ca、Mg 等易溶常量元素以及Ti、Zr等穩(wěn)定元素的相對富集過程；紅白過渡微區(qū)的因子2則主要體現(xiàn)為紅色條紋中鐵和鐵族元素的淀積過程。白色條紋微區(qū)與紅白過渡微區(qū)因子分析結果相似，但由于白色條紋微區(qū)因子1的方差貢獻率達 84% ，說明在白色條紋內部主要存在鐵和鐵族元素淋溶遷移，以及 K，Ca，Mg 等易溶常量元素和 Ti，Zr 等穩(wěn)定元素的相對富集過程；對于因子2所表征的鐵的淀積過程，有研究指出在白色條紋發(fā)育區(qū)鐵也并非是單向淋出的，也存在鐵沉淀42，但由于因子2的差貢獻率僅為 9% ，遠低于因子1且因子2中各元素的因子載荷也相對較小，說明在白色條紋區(qū)鐵沉淀即使存在也相對較弱。

4結論

（1）白色條紋內部并非是均質的，其元素含量的空間分布具有從條紋中心到外圍的漸變特征。其中，鐵和鐵族元素的含量主要呈現(xiàn)出從白色條紋中心到外圍增加的趨勢，而其他常量元素以及Ti、Zr等穩(wěn)定性元素含量的空間分布趨勢則與之相異；紅白過渡微區(qū)樣品結果表明，由白色條紋到紅色條紋元素含量的空間變化也呈現(xiàn)漸變特征。鑒于紅色條紋與白色條紋物源一致，元素含量的空間分布特征說明網(wǎng)紋化是一個持續(xù)發(fā)育的過程。

（2）因子分析揭示了網(wǎng)紋形成的元素分異的主要過程。無論是白色條紋微區(qū)還是紅白過渡微區(qū)，其共性特征皆以因子1為主，主要指示了鐵在白色條紋中的淋溶遷移，以及易溶常量元素和穩(wěn)定元素的相對富集過程；而因子2中鐵族元素及 Cu，Zn 等具有較高正載荷，反映了鐵和鐵族元素等的淀積過程，以及鐵錳氧化物對 Cu，Zn 等的吸附過程等。

致謝由衷感謝野外采樣及技術支持的李鳳全老師、王天陽老師、楊立輝老師、郭忠雪和張睿君等，感謝三位評審專家及編輯部老師的修改建議，使本文得以完善！

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Abstract：[Objective]The reticulated laterite in southern China is importantfor the reconstruction of the Quaternary climatic environment inthesouth，but micro recognitionof thereticulated laterite processisstillrelativelyweak. [Methods] We combined micro-area analysis techniques with geostatistical and factor analyses to conduct element geochemical analysisonthe white vein micro-area andthe transitionalmicro-areaoftheredand white veinprofile in Langxi （ 30^°58^′24^′′ N， 119^°7^′43^′′ E）.[Results]（1） The content of iron group elements such as Fe ?₂O₃ （3.43% 1 16.97% ），Mn（0.01×10-0.37 ×10^-6 ）and Co（21 ×10^-6 -230 |×10^-6 ）showed a trend of low value area in the center of the vein and high value area in the periphery，gradually increasing from the center to the periphery.However， K₂O （20 （ 0.78% 1.48% ），MgO（0.18%- 0.45% ），and other constant elements，as well as Ti（4 4054×10^-6 -7190 ） ?_?Zr（310× （20 10^-6–330×10^-6 ），and other elements differ from the distribution trend.（2）The common feature of factors in the white vein micro-areaandthered-white transition micro-area is thattheyare mainlyfactor1，which reflects the leaching migrationof iron and iron group elements inthe white vein，as wellas the relative enrichment processof soluble constant elements such as K ，Ca，and Mg and stable elements such as Ti and ∠r ，while factor2mayberelated to the deposition of iron.Inaddition，there may be adsorption processes of iron oxides on Cu，Zn，etc.[Conclusions] Through the micro-area technical methodand factor analysis，the interiorofthe whitearea was found tobe inhomogeneous，and there is a gradual changefrom the centerof the vein to theperiphery.The variation of elemental content fromthe white tored veinalsoshoweda gradual change，similar to thatinthe white vein micro-area.Reticulation is a continuous developmental process.During reticulation，theleaching migrationof iron and iron elementsare dominant，the depositionand leaching migrationof iron and iron group elements coexist，andthe reticulation process is relatively complicated.

Key words：reticular red clay；micro-area analysis；reticulated mechanism；spatial distribution