武汉“青山层”成因与时代讨论

毛新武，何仁亮，胡万强，田望学

(湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

武汉“青山层”成因与时代讨论

毛新武，何仁亮，胡万强，田望学

(湖北省地质调查院，湖北武汉 430034)

以青山剖面研究资料为基础，探讨“青山层”的成因与时代。结果表明，“青山层”中砂土层粒度组成与青山组中砂土层相同，粘土层粒度特征与现代长江边滩粘土层基本相同，青山组中粉砂土粒度特征与现代长江边滩粉砂土基本相同;粒度频率分布曲线呈多峰形态，累积曲线呈三段式，应是不同水动力环境下的河流边滩沉积。砂粒电镜扫描显示“青山层”与青山组砂粒表面均以水成的微观特征为主;光释光测年表明“青山层”形成于111.9 ka B.P。

青山层;青山组;粒度;电镜扫描;光释光测年

0 引言

自方鸿琪先生将武汉地区晚更新世分为下蜀期和青山期沉积(本文分别称为青山组和青山层，以下同)以来［1］，对青山层的成因一直存在着不同的认识［2］。“风成论”者，将其与鄱阳湖一带的“砂山”对比，认为是晚更新世末期(3万～1.3万年)风成砂丘;“水成论”者，将其作为晚更新世末期长江泛滥沉积［3］。而对以一级阶地产出的“青山组”，均认同其为晚更新世早期(下蜀期)河流沉积。笔者近年参加武汉地区1∶5万区调地质调查工作，本文即通过对典型剖面样品粒度测试结果的对比分析、石英砂粒电镜扫描，结合光释光测年成果，对青山层时代和成因进行讨论。

1 材料与方法

本文研究的剖面主要有：青山层剖面(E，114°25'15″;N，30°39'13″;H，36.8 m)、青山组钻孔剖面(E，114°25'14″;N，30°39'14″;H，30.3 m)、长江现代边滩剖面(E，114°07'45″;N，30°22'06″;H，16.2 m)。

1.1 青山层剖面

青山层主要由粉砂层和粘土层相间组成，剖面处厚度＞34.39 m，未见底，以残坡积物与青山组分界。剖面东侧，可见粉砂层与中更新世红土呈侵蚀接触。剖面由上至下分为6层(图1)，分别为：

6层：褐色粘土，松散，根系发育(表层风化层)。厚1.33 m

5层：灰黄色粉砂土，发育垂直节理。 厚12.77 m

4层：灰褐色粘质粉砂，可见矿物碎屑。下部与粘土界线清楚，界面处砂粒较粗、向上变细，粘质含量增多，并渐变过渡到黄色粘土层。局部有砂姜夹层。厚8.19 m

3层：灰黄色粘土，土体密实，节理发育。厚0.67 m

2层：灰褐色粉砂土，松散，可见矿物碎屑。砂层与下伏粘土分界清楚，下部粒度略粗，成分杂，色深;向上粒度变细，与上覆粘土呈过渡变化。 厚1.88 m

1层：灰黄色粘土，较密实，垂直节理发育。厚9.55 m

——未见底——

1.2 青山组钻孔剖面

青山组钻孔位于青山层剖面起点西侧约20 m处。主要由粉砂层和粘质粉砂层组成，厚度17.09 m。由上至下分为8层，分别为：

8层：深灰色粘质粉砂，含人工堆积杂砾。厚0.15 m

7层：浅黄色粉砂质粘土，泥质结构，含少量粉砂。厚2.25 m

6层：黄褐色粉砂土，手摸砂感明显，表面可见清晰砂粒。 厚1.22 m

5层：黄褐色粉砂质粘土。 厚2.73 m

4层：浅褐色粉砂土，泥质较多。 厚2.8 m

3层：褐黄色粘质粉砂，含少量泥，局部有不规则分布的铁锰结核、薄膜。 厚3.55 m

2层：土黄色粘质粉质，以粉砂为主，含粘质泥。厚2.2 m

1层：黄褐色含铁锰膜粉质粘土。 厚2.19 m

下伏为中更新世棕红色粘土，呈侵蚀接触。

1.3 长江现代边滩剖面

剖面位于蔡甸区军山长江北岸的边滩坍塌断面上(图2)，主要由粘质粉砂层和粘土层组成。

图1 武汉市青山公园第四纪青山组实测剖面图Fig.1 Surveying profile of Qingshan Fm of Quaternary period

图2 武汉市蔡甸区军山第四纪全新世走马岭组实测剖面图Fig.2 Surveying profile of Zoumaling Fm of Quaternary Holocene Epoch

由下至上共分为5层。组成如下：

5层：浅灰色粘质粉砂土，下部水平纹层发育，向上层理不显。 0.45 m

4层：青灰色含砾中细砂，砂状结构，薄层状构造，平行层理。下部含少量细砾，砾径一般＜1 cm。砾石呈圆、次圆状，少量棱角状，成分杂，有粘土、砖、杂砂岩等。 0.1 m

3层：浅灰色含粉砂质粘土夹粘质粉砂，具泥、粉砂结构，中薄层状构造，下部呈纹层状，向上，粒度变细，粉土增多。 0.69 m

2层：青灰色具交错层理粉砂与粘土互层，砂层具平行层理、小型交错层理，向上粒度变细。 0.1 m

1层：青灰色含粘砾粉砂土，砂状松散结构，中层状构造。底部含少量(约5%)灰黄色粘砾，扁圆状，砾径在0.2～1.5 cm左右。砂粒向上变细。 0.2 m

——未见底——

本次工作中，在青山层剖面(1、2、3、4、5 层)上，分别采取粉砂和粘土粒度分析样品7件;在青山组钻孔剖面(2、6、7、8层)上，采取粒度分析样品4 件;长江现代边滩剖面(1、2层)上采取粒度分析样品6件。在青山层剖面上(1、4层)采取光释光测年样2件;在青山层剖面不同层位(1、2、4、5)、青山组钻孔岩芯不同层位(2、6)分别采取砂样进行电镜扫描分析。

粒度测试是在中国地质大学生物地质与环境地质教育部重点实验室完成。采用的样品前处理方法如下：取样品0.2 g左右放入烧杯中，加入浓度10%的H2O2加热至70℃至反应完全，去除有机质;然后加入1 mol/L的稀盐酸加热至反应完全，去除碳酸盐;加满去离子水，隔夜静置除去上层清液;加入六偏磷酸钠超声振荡5 min后用于测试。测试仪器为 Beckman Coulter L S230型全自动激光粒度仪。

石英砂粒电镜扫描由国土资源部武汉资源环境监督检测中心(中国地质大学(武汉)分析测试中心)完成。

光释光测年由北京中震地壳岩土工程勘察院新年代学实验室完成。

2 分析与讨论

2.1 粒度特征

本次工作中，不同地层单位的粒度组成特征见表1。其中，青山层粉砂层的粒度组成为：粘粒(＜5 μm)含量占23.78%，细粉砂(5～10 μm)占12.96%，粗粉砂(10 ～50 μm)占 62.96%，细砂(50 ～100 μm)占0.3%;粘土层则全部由粘粒组成。

青山组由粉砂层和粉砂(粘)土组成。粉砂层粒度组成为：粘粒(＜5 μm)含量占24.06%，细粉砂(5～10 μm)占 11.91%，粗粉砂(10 ～50 μm)占 56.92%，细砂(50～100 μm)占 6.96%，中砂占 0.16%;粉质(粘)土的粒度组成为：粘粒(＜5 μm)含量占31.52%，细粉砂(5 ～10 μm)占16.43%，粗粉砂(10 ～50 μm)占 52.04%。

长江现代边滩沉积物主要由粉砂土和粘土组成，粉砂土粒度组成为：粘粒(＜5 μm)含量占40.58%，细粉砂(5～10 μm)占 20.25%，粗粉砂(10 ～50 μm)占39.05%，细砂(50～100 μm)占0.12%。粘土则全部由粘粒组成。

表1 青山剖面粒度测试结果表Table 1 Testing result table of Qingshan grain size

结果表明，青山层中砂土层的粒度组成及参数与青山组中砂土基本相同，而粘土层则与现代边滩粘土层相同;青山组中粉质粘土粒度组成及参数大体与现代边滩粉砂土相同。青山层和青山组中砂土层均以粗粉砂为最主要的众数粒组(53.6% ～75.6%)，这与长江下游地区下蜀土相近［4］，但在粒度频率分布曲线上，均呈复杂的多峰形态(图3)，从而明显区别于风成下蜀土，也不同于北方黄土的双峰分布［5］。青山组中粉质粘土和现代边滩沉积的粉砂土也是以粗粉砂为主众数，含量在33.2% ～58.2%，呈多峰分布(图4)，仅粘粒含量较高(31.5% ～40.6%)。砂土、粘质砂土的概率累积曲线均呈三段式(图5、6)，砂土层推移质组分在25%～40%左右，跃移质组分占40% ～55%左右，截点位置分别在4～5和6～7;粉土层推移质组分约占15% ～35%，跃移质组分占40% ～65%，截点位置分别在4～6和8～10。解释为河流边滩沉积，粒度组分差异应是水动力环境变化所致。

图3 粉砂层粒度频率分布曲线Fig.3 Distribution curve of grain size frequency in silty sand layer

图4 粘质砂土层粒度频率分布曲线Fig.4 Distribution curve of grain size frequency in clayey silt

图5 粉砂层粒度概率累积曲线Fig.5 Cumulative curve of grain size probability in silty sand layer

图6 粘质砂土层粒度概率累积曲线Fig.6 Cumulative curve of grain size probability in clayey silt

青山层中粘土层与现代边滩粘土层具相同的双峰分布曲线，概率累积曲线均呈三段式(图7、8)，一部分形成聚粒构成跃移质组分(约占30%左右)，其余构成悬移组分。解释为边滩上部的洪泛加积。在青山层中，出现主要由粘粒组成的粘土层，砂层中也普遍含云母矿物碎片，不支持其为“风成砂丘”的观点。在主要粒度参数方面，上述三类不同沉积体具相近的特征，标准偏差在1.6～2.1左右，分选差，偏度(SK)在1左右，为极正偏，接近于冲积泛滥平原环境。

图7 粘土层粒度频率分布曲线Fig.7 Distribution curve of grain size frequency in clayey silt

图8 粘土层粒度概率累积曲线Fig.8 Cumulative curve of grain size probability in clayey silt

2.2 石英砂粒表面特征与成因讨论

在青山层剖面不同层位(1、2、4、5)分别采取砂样进行电镜扫描分析，石英颗粒特征基本相同：石英颗粒以次棱角状为主，约占88% ～97%，次圆状约占3% ～12%。大部分石英颗粒表面发育有贝壳状断口和溶蚀现象，部分石英颗粒表面有SiO2沉淀，少部分石英颗粒表面有刻痕和擦痕，个别石英颗粒表面有V型坑和裂开(见图版)。根据上述现象推断其为河流相沉积成因——洪积成因。

在青山组钻孔岩芯不同层位(2、6)采取砂样进行电镜扫描分析，石英颗粒以次棱角状为主，占90% ～100%，次圆状约占0～10%。颗粒表面特征与青山层中砂粒完全相同。应为相同的成因。

图版：典型砂粒表面特征Fig.9 Surface characteristics of typical sand grain

2.3 年代讨论

长期以来，对青山层的时代，无论是“水成论”者还是“风成论”者，均将其视为晚更新世晚期的产物，但一直缺乏测年资料佐证。本次在青山层剖面下部和中下部，通过光释光测年，分别获得(111.9±13.6)ka B.P和(88.62±1.79)ka B.P的年龄数据，表明青山层形成于晚更新世初期。

2.4 问题讨论

青山层因其以高地势分布于长江南岸而倍受关注。持“风成”观点者，将其与鄱阳湖一带的砂山对比，认为是末次冰期恶劣环境下形成的“风成砂丘”，系长江河流沉积物被来自西部的风力吹扬、搬运，在下风向的长江南岸低山、丘陵沉积而成［6］，这一认识可较好地解释青山层的高地势分布及砂粒表面水成特征;持“水成”观点者，主要依据青山层内产淡水生物化石、剖面上粒度的规律性变化以及在青山组内发现的断层等现象，认为其是河流沉积物，受后期断裂改造抬升至现在的位置。

本次通过对青山层、青山组及长江现代边滩的粒度对比分析，三者的物质组成、剖面结构和粒度特征总体相似，青山层与青山组内砂粒表面特征相同，可能具相同的成因，均为河流沉积;在青山层粘土层中，4个样品全由粘粒组成，明显不同于风成物;在青山层南东侧，有分布较广的黄褐色粘土层产出，分布高程在40 m左右，略低于青山层，初步认为其是晚更新世洪泛沉积，由西至东，由边滩相到(堤外)洪泛相沉积，也符合河流沉积的一般规律。在青山层中，首次取得晚更新世早期的年龄数据，结合区域填图资料分析，认为青山层可能是晚更新世早期长江的边滩沉积，南东侧的黄褐土为同期的洪泛沉积。(约在晚更新世中后期)在断块掀斜抬升作用下，形成高阶地;其后在阶地西侧接受晚更新世晚期青山组河流边滩沉积。

3 结语

通过对青山层、青山组和长江现代边滩的粒度对比分析，三者在总体特征相似的背景下略有差异，具有相同的成因，均是长江的边滩沉积;对青山层、青山组砂粒进行电镜扫描分析，也表明二者具相同成因;光释光测年表明青山层形成于晚更新世早期，在断块掀斜抬升作用下形成高阶地。

［1］方鸿淇.长江中下游地区的第四纪沉积［J］.地质学报，1961，41(3－4)：354－366.

［2］杨超，等.长江中游砂山形成的年代及成因研究［J］.地质力学学报，2003，9(2)：176 －180.

［3］伍维周，等.武汉地区晚更新世古环境的若干问题［J］.湖北大学学报：自然科学版，1995，17(1)：105 －110.

［4］李徐生，等.镇江下蜀黄土粒度特征及其成因初探［J］.海洋地质与第四纪地质，2001，21(1)：25 －31.

［5］孙东怀，等.中国黄土粒度的双峰分布及其古气候意义［J］.沉积学报，2000，18(3)：327 －334.

［6］杨勇，等.武汉青山“砂山”粒度特征及其成因指示［J］.沉积学报，2008，26(3)：487 －491.

Discussion on Genesis and Age of Qingshan Fm in Wuhan

MAO Xinwu，HE Renliang，HU Wanqiang，TIAN Wangxue
(Hubei Institute of Geological Survey，Wuhan，Hubei430034)

On the basis of Qingshan profile research data，origin and era of Qingshan Fm are discussed in this paper.The results show grain size composition is the same as sand soil layer，grain size characteristics of clayey silt(silty sand)is the same as clayey silt(silty sand)of modern Changjiang estuary in Qingshan Fm.Size frequency distribution curves of multi－ peak form，the cumulative curve of three stages，should be river beach deposition under different hydrodynamic environment.Sand electron microscope scanning shows that Qingshan Fm and surface of sand grain are the main microscopic characteristics of water.Optical stimulated luminescence dating shows that Qingshan Fm formed in the 111.9ka BP.

Qingshan Fm;grain size;electron microscope scanning;optical stimulated luminescence dating

P535;P534.63+1

A

1671－1211(2011)03－0177－05

2011－04－11;改回日期：2011－04－22

毛新武(1964－)，男，高级工程师，放射性物探专业，从事区域地质调查工作。E－mail：724430378@qq.com

致谢：工作中得到中国地质大学李长安教授、湖北省地质调查院李金平、邓乾忠、周世卿教授级高级工程师的多次指导，受益匪浅，谨此致谢。

于继红)