海口江东新区新近纪-第四纪标准地层与组合分区

梁定勇, 许国强*, 肖 瑶, 陈晓清, 李孙雄, 麦发海, 文 健, 符彩花

(1. 海南省海洋地质资源与环境重点实验室，海口 570206； 2. 海南省地质综合勘察院， 海口 570206； 3. 昆士兰大学， 澳大利亚布里斯班 61-7-4072； 4. 海南省地质调查院， 海口 570206)

中国城镇化进程逐年加快，城市的承载力与环境资源的矛盾加剧。城市地下空间的开发利用对智慧城市、海绵城市的发展变得尤为重要[1]。2018年6月，海南省委、省政府决定设立海口江东新区，将其作为建设中国(海南)自由贸易试验区的集中展示区、全面深化改革开放试验区的创新区、国家生态文明试验区的展示区，未来将打造成为世界一流的零碳新城、彰显中国文化海南特色的靓丽名片、城乡一体和谐共生的中国示范区、全球领先的生态中央商务区(CBD)。随后，海南省地质局联合中国地质调查局武汉地质调查中心对海口江东新区开展城市地质调查，完成了对海口江东新区100～200 m浅钻的全覆盖勘查。

研究区地处滨海平原，海陆过渡带沉积物成因类型多样，地层接触关系复杂，存在着同期多相、不同沉积环境地层叠置等问题[2-7]，区域性水文地质和工程地质调查工作程度相对较低。前人并未系统总结海南岛北部的地质标准层，导致目前各项在江东新区开展的地质项目参考的基础地质资料基本来自20世纪80—90年代，与目前的最新认识存在出入。另外，由于缺少等时地层格架作为约束，存在不同地质单位对同一套地层的时代归属、沉积环境均有不同的理解，不同单位、不同项目完成的勘察报告互相矛盾和无法通用等问题。不同标准地层划分下完成的地质成果资料，不利于行政主管部门的使用。

在以往的地质工作积攒了大量新生代以来的岩石学、年代学、岩相古地理和构造等资料基础上[8-10]，结合本次江东新区城市地质调查积累的数据，为本项目梳理新近纪-第四纪地层典型划分标志和区域地层组合特征提供了条件。本次研究基于高精度钻孔资料，结合微体古生物、光释光测年等分析手段，以地貌、地层年龄、成因和沉积相为单元划分指标，总结不同地质单元的分布特征和岩性组合特征，建立了江东新区新近纪-第四纪标准地层。本研究创新性地对不同成因类型的地层进行组合分区，通过查询的“地层组合分区图”和“分区地层组合序列表”，实现“未动而先知”。以期为研究区开展的工程地质、水文地质、灾害地质调查项目提供统一标准，助力江东新区建成智慧城市。

1 区域地质背景

海南岛位于欧亚板块、太平洋板块、印支板块以及菲律宾板块交汇部位，地理位置非常特殊和重要[11]。尽管海南岛的主要构造单元划分仍存在争议[12]，但目前的共识是以南部近东西向的九所-陵水断裂为界，北部为琼中地块，南部为三亚地块[13-14]，图1(a)所示。因南海扩张作用，琼北地区与雷州半岛之间形成了东西向展布的雷琼凹陷[15]。雷琼凹陷带分布于王五-文教断裂与琼州海峡断裂之间，接受了一套厚达数千米的古近系-第四系沉积。区内幕式断块差异构造运动与多期次、间歇式的火山活动控制了研究区新生代地层的空间展布[16]。

图1 海南岛区域地质简图及海口江东新区地质构造简图Fig.1 Simplified geological-tectonic map of Hainan Island and Jiangdong New District

海口江东新区位于海南岛北部海陆交互地带，总体呈北西—南东向展布，东西向从文昌市至南渡江，南北向从云龙镇至琼州海峡，总面积约298 km2，如图1(b)所示。区内发育两条新生代断裂，分别为北东(NE)向马袅-铺前断裂和北西(NW)向铺前-清澜断裂，这些断裂晚更新世时仍在活动[17]。公元1605年东寨港地区发生的7.5级大地震使琼北地区陆陷成海[18]。地表主要出露第四系，包括中更新世北海组冲洪积物和多文组玄武岩、全新世琼山组三角洲沉积物和烟墩组滨海沉积物。

2 江东新区地貌类型

依据海口江东新区第四纪成因类型、沉积相，结合地形特征，按照地貌形态成因，把区内地貌划分为火山地貌、河流地貌、湖成地貌、海积地貌等四个一级地貌单元。在此基础上，把不同地貌单元进行次级微地貌划分，共划分为8个二级微地貌单元，各级地貌分布及特征如表1、图2所示。

表1 海口江东新区地貌单元划分表Table 1 Geomorphic unit division table of Haikou Jiangdong New District

1为冲洪积: 细砂、中粗砂和含砂粉质黏土; 2为烟墩组: 粉细砂、中粗砂、黏土、淤泥质黏土、淤泥质砂; 3为琼山组: 中粗砂、粉细砂、粉质黏土、淤泥质粉质黏土; 4为多文组: 橄榄玄武岩、辉石玄武岩; 5为北海组: 含砾黏土质砂、粉细砂、含玻璃陨石砂砾; 6为秀英组: 黏土、砂、砂砾; 7为地层界线; 8为推测断裂及编号; 9为研究区范围; 10为钻孔位置; 11为收集钻孔图2 江东新区地貌及钻孔位置图Fig.2 Landform and drilling location map of Jiangdong New District

2.1 河流地貌

河流阶地主要分布于江东新区灵山村东部至南渡江东部沿岸。地形上较为平坦、开阔，多为耕作地，标高一般为2～6 m。岩性主要为黄色砾砂、中粗砂、细中砂，为全新世及现代河流沉积物，水动力条件较为动荡，沉积物粒度较粗，泥质含量少，层厚为1～10 m。

冲积平原主要分布于小燕尾村至灵山村、桂林洋至林香村一带，由黄褐色、红褐色含砾、含黏土中细砂或者细中砂、黄褐色砾砂以及含砾含黏土质中粗砂组成。地形呈波状起伏，部分地段地形平坦，切割程度低，标高一般在5～10 m，局部地段地面切割强烈，多呈平岗低丘状，冲沟切沟等微地貌发育。

冲积平原整体海拔低于火山岩台地，但显著高于海积平原。

三角洲平原主要分布于南渡江东侧至道孟河西侧，南至灵山村北侧，为南渡江携带的泥沙在入海口附近淤积形成的三角洲平原，岩性以褐黄色、浅褐黄色粗砂、砂砾、中砂以及灰黑色粉砂质黏土、碳质黏土为主，层厚为10～30 m。区域上地形较为平坦，开阔，多为耕作地，河网密布，水系发育，标高一般为2～5 m。

2.2 火山地貌

主要分布于江东新区中南部以及演丰镇一带，由多文组玄武岩组成。地表多为玄武岩风化土，断续见气孔状玄武岩。火山岩台地经过长期风化剥蚀和流水侵蚀作用，已发育成为厚层红土的丘陵状台地，侵蚀切割较强。台地呈南北向，地势总体由南往北降落。火山岩台标高整体上高于周边的三角洲平原、海积阶地和冲积平原，为区内海拔最高的地貌单元。台地标高一般介于20～35 m，台面起伏大，水系发育，常见水库分布。

2.3 湖成地貌

地表仅出露于罗豆农场南西一带，岩性由杂色黏土或灰褐-黄褐色含砾含砂质黏土、灰白色砂砾层组成，地势平坦，标高2～5 m，水系发育，以河沟和洼地为主。

2.4 海积地貌

海湾堆积平原主要分布东寨港红树林片区，岩性主要为灰黑色黏土，淤泥质黏土和含黏土质粉砂质细砂，地势平坦，标高一般1～5 m，沿着海湾分布，微向海倾斜。大量动植物依附红树林生态系统生长。

海成沙堤主要分布于江东新区北部沿岸地区，由烟墩组黄色中砂、细砂组成，含有贝壳、珊瑚等生物碎屑，呈线状沙脊平行海岸线分布。由于海平面下降后退，海滩沙在向岸风的吹拂下，形成海岸风成沙丘。海口江东新区烟墩组地形略有起伏，标高一般为2～8 m，与周围海呈一级阶地形成明显的高差。

海积阶地主要分布于江东新区起步区至东部沿海以及高山村以北地区，岩性主要为灰色、灰白色、黄色、灰黑色砾砂、中粗砂、含生物碎屑中砂，灰黑色淤泥质黏土、黏土，砂粒分选性较好，成熟度高，普遍含有钛铁矿、铬铁矿、锆石及电气石等。由于透水性好，难以形成地表水流，故阶地面保存完整，地形平坦。阶地呈“丁”字形，标高2～4 m。

3 新近纪-第四纪地层结构与特征

依据《中国区域地质志·海南省志》[13]中区域岩石地层清理方案，以指导和服务海口江东新区标准地层、标准工程地质层划分为宗旨，在系统梳理前人工作成果的基础上，通过区内264个地质钻孔，结合古生物化石、光释光年龄、地层接触关系以及岩石组合特征，对江东新区的地层结构进行了重新厘定，建立了江东新区新近纪-第四纪标准地层层序。

海口江东新区基底为石炭系-二叠系石英岩、片岩、片麻岩、混合岩。上覆地层依次为中新统下洋组、角尾组和灯楼角组，上新统海口组，更新统秀英组、北海组和多文组，全新统琼山组、烟墩组以及Qh(未建组)。其中下洋组、角尾组和灯楼角组为一套浅海陆棚相沉积；海口组为一套滨海-浅海相生物碎屑砂质砾岩与粉砂质黏土互层沉积；秀英组为陆相湖泊沉积，上部发育杂色风化壳且见网格化明显；北海组为河流—冲积扇沉积，见下粗上细“二元结构”；多文组为灰黑色致密气孔玄武岩的火山喷发相沉积；琼山组为海陆过渡带河流三角洲相沉积，钻孔中可见明显的河床相卵砾石；烟墩组为一套滨海-潟湖相沉积(图3)，地表见海湾堆积地貌和风成沙丘地貌；Qh为近代南渡江河流沉积。各地层的地下空间展布、岩性组合特征、沉积环境、年代及古生物特征、鉴定标志如表2所示。

图3 江东新区新近系-第四系典型岩芯及野外岩性照片Fig.3 Typical drilling and field lithologic photos of the Neogene-Quaternary in Jiangdong New District

4 新近纪-第四纪地质单元组合特征

新近纪-第四纪地层的成因和沉积物物源复杂，导致了沉积物的复杂与多变，继而导致工程性质的不稳定性和不确定性，而沉积物岩性组合和沉积物粒度也控制着区域含水层的分布和地下水水化学特征等水文地质特征，从区域上看，不同地貌和成因的新近纪-第四纪地层有着不同的垂向组合特征和明显的平面分区分带特性[20]。因此，基于江东新区264个高精度地质钻孔，在对不同地质单元的地层岩性、结构、构造等特征进行系统对比分析的基础上，结合地层界线以及地貌特征，对各个层组平面上的展布进行叠加，进而形成海口江东新区地层组合分区图(图4)。通过地貌特征在江东新区划分了5个一级地貌-地层区：滨海堆积平原Ⅰ区、三角洲平原Ⅱ区、河流阶地Ⅲ区、冲积平原Ⅳ区、火山岩台地Ⅴ区，其中、滨海堆积平原区还可根据微地貌形态的不同细分为海成沙堤组合、海积阶地组合以及海湾堆积平原组合。结合纵向地层展布特征进一步划分了21种地层组合序列。各区块分布情况如图4所示，各区地层组合特征如表3～表7所示。

4.1 滨海堆积平原区(Ⅰ)

主要分布于江东新区沿海以及演村至高山村一带，由于地貌类型的不同可将滨海堆积平原区(Ⅰ)划分为海成沙堤块(Ⅰ1)、海积阶地块(Ⅰ2)以及海湾堆积平原块(Ⅰ3)。海成沙堤块(Ⅰ1)主要分布在新区北部的海岸边，平行海岸带呈断续状分布。海成沙堤块(Ⅰ1)可细分Ⅰ1-1和Ⅰ1-2，两者的区别是Ⅰ1-1缺失海口组四段灰黑色黏土沉积(表3)。海积阶地块(Ⅰ2)位于滨海沙堤的后方(靠内陆方向)，地势上比滨海沙堤低，岩性上以细中砂为主，并含少量粗砂。海积阶地块(Ⅰ2)可细分为Ⅰ2-1和Ⅰ2-2两个子块，两者的区别是Ⅰ2-1缺失海口组四段灰黑色黏土沉积(表3)。海湾堆积平原块(Ⅰ3)主要位于高山村以北以及东寨港一带的海湾中(图3)，沉积物以灰黑色淤泥质黏土为主，东寨港一带淤泥质黏土的厚度约5 m，淤泥质黏土厚度比高山村一带的淤泥质黏土厚度薄。海湾堆积平原块(Ⅰ3)可细分为Ⅰ3-1、Ⅰ3-2和Ⅰ3-3三个子块，Ⅰ3-1缺失北海组、海口组三段和四段；Ⅰ3-2缺失北海组和海口组四段；Ⅰ3-3缺失海口组四段。

表3 滨海堆积平原区(Ⅰ)地层组合序列表Table 3 Strata sequence table of costal accumulation plain area(Ⅰ)

4.2 三角洲平原区(Ⅱ)

分布于南渡江东侧至道孟河西侧，南至灵山镇北侧。该区域可划分出5种地层组合(表4)，从图4可以看出，Ⅱ3的分布面积最大，该组合特征为缺失秀英组，琼山组底部的砂砾层直接与海口组四段灰黑色黏土呈平行不整合接触。为了更直观地显示地层组合特征，绘制了地层剖面图(图5)，可以清晰地看出Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅱ3在地层组合上存在不同。Ⅱ1缺失海口组四段，Ⅱ2较为完整，Ⅱ3缺失秀英组。三角洲平原区(Ⅱ)其他地层组合特征如表4所示。

表4 三角洲平原区(Ⅱ)地层组合序列表Table 4 Strata sequence table of delta plain area (Ⅱ)

1为东营镇-桂林洋滨海堆积平面Ⅰ区;2为灵山镇-新埠桥三角洲平原Ⅱ区;3为南渡江-黑山村河流阶地Ⅲ区;4为云山村-桂林洋冲积平原Ⅳ区;5为灵山镇-演丰镇火山台地Ⅴ区;6为地貌类型界线;7为地层组合分区界线;8为钻孔剖面线;9为施工钻孔及编号;10为收集钻孔及编号图4 海口江东新区地层组合分区图Fig.4 Stratigraphic combination zone map of Haikou Jiangdong New District

4.3 河流阶地区(Ⅲ)

位于群山村至南渡江之间，为全新世及现代河流沉积。地表上形成河流一级阶地、边滩、沙洲等地貌景观。该地区秀英组及以下地层完整，缺少中更新世北海组以及全新世琼山组、烟墩组沉积，Qh沉积物以平行不整合方式覆盖在秀英组之上(表5)。

表5 南渡江-黑山村河流阶地区工地层组合序列表Table 5 Strata sequence table of Nandujiang-Heishancun River terrace area

4.4 冲积平原区(IV)

呈“丁”字形分布于小燕尾村-灵山镇、桂林洋—林香村一带。可划分出2种地层组合形式，两种组合的不同之处在于：IV2缺少海口组四段的粉砂质黏土沉积(表6)。

表6 冲积平原区地层组合序列表Table 6 Strata sequence table of alluvial plain area

4.5 火山岩台地区(V)

南东起于东寨港，北西至道孟河南部，南西起于云龙镇，北东至塔市村，该区分布面积广，地层组合复杂，可划分为6种地层组合方式(表7)。

表7 火山岩台地区地层组合序列表Table 7 Strata sequence table of volcanic platform area

V6分布于V3分布面积最大，该组合特征为缺失海口组四段以及北海组沉积，秀英组黏土呈平行不整合覆盖于海口组三段贝壳碎屑砂之上(图4)。

自古新世以来，海南岛北部福山凹陷完整记录了北部湾盆地的裂谷期和后裂谷期沉积，而福山凹陷周边区域则表现为基底的隆起[13]。因此，海南岛北部基底隆起区的沉积记录完整地反映了海南岛新近纪以来剥露和沉积史，是研究海南岛新近纪-第四纪沉积-构造演化史的理想区域。研究区沉积物厚度呈现南东浅北西深的展布特征，各层组的埋深也在不断加大。演丰镇南东一带150 m左右即可钻遇下洋组，而位于盆地的沉积中心儒林村-南渡江一带，下洋组埋深可达400～500 m。演丰镇东部的山尾村一带，缺失海口组三段、海口组四段、秀英组、北海组，玄武岩直接覆盖在海口组二段粉砂质黏土之上。该区域海口组二段的厚度仅为2～5 m(图5)，海口组二段与三段的转换期存在地壳抬升，导致该地区海口组二段粉砂质黏土暴露于地表环，境，并缺失后续的沉积，直到早更新世，陆相湖泊的广泛发育，秀英组杂色黏土呈平行不整合覆盖在海口组二段粉砂质黏土之上。江东新区大林村以东、美兰村以北普遍缺失海口组四段沉积，由此可见晚上新世时期江东新区南部地势显著抬高，未接受海口组四段泥质沉积，越往北越靠近盆地深水区，沉积物粒度变细，厚度变大。从海口组一段贝壳砂砾岩以及海口组二段粉砂质黏土(图5)的厚度变化趋势(该段由南东往北西沉积厚度逐渐增大，埋深也从南东往北西由浅变深)也能看出东营镇一带更靠近N2h的沉积中心。南渡江-儒林村一带，缺失更新世沉积，全新世海陆交互相沉积物与上新世海口组呈平行不整合接触，联系当时的沉积环境推测，道户村至东营镇一带在早更新世时期，海口组顶部沉积了湖相粉砂质黏土，全新世沉积环境变化为滨海-三角洲环境，河流以及潮汐的共同作用将秀英组不断侵蚀，最终导致秀英组被冲刷侵蚀，仅剩厚度不大的早更新世杂色黏土层(图5)。

5 结论

(1) 依据海口江东新区第四纪成因类型，结合地形特征，按照地貌形态成因，把区内地貌划分为火山地貌、河流地貌、湖成地貌、海积地貌4个一级地貌单元。在此基础上，把不同地貌单元进行次级微地貌划分，共划分为8个二级微地貌单元。

(2)基于高精度钻孔资料，结合微体古生物、光释光测年等分析手段，以地貌、地层年龄、成因和沉积相为单元划分指标，总结不同地质单元的分布特征和岩性组合特征，建立了江东新区新近纪-第四纪标准地层。江东新区新近纪-第四纪可划分为中新统下洋组、角尾组和灯楼角组，上新统海口组，更新统秀英组、北海组和多文组，全新统琼山组、烟墩组和Qh(未建组)。

(3) 通过对不同第四纪地质单元的地层结构组合进行分类，划分出滨海堆积平原区、三角洲平原区、河流阶地区、冲积平原区、火山岩台地区5个一级地貌-地层区，结合纵向地层展布特征进一步划分了21种地层组合序列，有助于提升区域水工环调查精度和研究深度。

(4)第四纪地层的岩性、结构、构造等组合对滨海地区的环境地质和工程地质条件具有明显的控制意义。不同地貌和成因的新近纪-第四纪地层有着不同的垂向组合特征和明显的平面分区分带特性，在同一标准地层的前提下，结合地层界线以及地貌特征，对各个层组平面上的展布进行叠加，创新性地对不同成因类型的地层进行组合分区，目的是提供可供查询的“地层组合分区图”和“分区地层组合序列表”，为研究区开展的地质项目提供200 m以浅可靠的地层组合情况。