大连城山头红色风化壳粒度特征分析

魏东岚， 王思齐， 秦 浦

(辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连 116029)

风化壳是地表岩石经风化剥蚀后残留在原地的风化产物，不同类型的风化壳与形成时所处的气候环境有关.红色风化壳作为发育成熟度较高的风化产物，其蕴藏的环境信息对重建古环境提供了良好的载体，同时又是联系地球各圈层重要的纽带，对气候环境演变具有重要的研究意义[1].红色风化壳的形成是一个漫长的地质过程,属于湿热气候背景下的产物.不同区域环境背景下形成的红色风化壳类型不同，中国南方与北方的红色风化壳发育特征也不尽相同.目前，已有诸多学者对我国南方地区的红色风化壳进行了深入研究，并取得了大量成果[2-6].晚新近纪时辽东半岛与现代气温有较大差别，气候温暖湿润，按当时的气候类型划分属于东部湿润季风区[7], 化学风化作用强烈出现了红土化时期, 形成了厚度不均的红色风化壳[8].前人通过化学元素特征[9]对本区的红色风化壳进行了系统的分析，并揭示了其形成过程中的古气候演变.沉积物的粒度特征在追溯物源和重建古气候环境演化等方面具有重要的意义[10-11]，在各类沉积物的古环境演变研究中均有运用.

1 材料与分析方法

1.1 样品采集

研究剖面位于大连市金普新区城山头自然保护区附近，紧邻黄海岸边，海拔在7.4 m左右.经现场测量，剖面整体厚约3.5 m，顶层有0.5 m的现代含有砾石的表土层，剖面下部发育3 m左右的红色风化壳，在风化壳的下部有基岩存在.对红色风化壳部分以25 cm为间隔自下而上进行采集，从上到下按顺序将样品编号为CST1～CST11.

1.2 分析方法

样品经过前处理后，使用美国贝克曼激光粒度仪进行粒度测试，测量范围为0.04～2 000 μm，重复误差小于2%说明测试结果准确可靠.对剖面的粒级划分采用伍登-温德华粒级标准进行粒度分级，粒度参数由矩值法计算.

2 粒度特征

2.1 粒度组成

沉积物的粒度是由不同粒径的颗粒组成，不同粒级的相对含量对沉积物的物源、搬运动力以及沉积环境具有重要的指示意义[12].城山头红色风化壳的黏粒组分在3.19%～15.49%区间内变化，平均值为6.86%；粉砂组分在48.79%～65.52%区间内变化，平均值为56.26%；砂粒组分在24.72%～50.38%区间内变化，平均值为37.34%.粒度组分三角图可以更直观地看出剖面主要的粒度组成，从图1可以看出，研究剖面的粒度组分主要为砂和粉砂，黏粒含量偏低.风化壳的发育程度与黏粒组分呈正比例的关系[13-14].城山头剖面的粒度组成主要集中在粉砂，砂粒次之，表明红色风化壳受沉积环境影响化学风化作用较弱而致发育成熟度较低.

图1 城山头剖面粒度组成三角图Fig.1 Triangle diagram of grain size composition of Chengshantou section

城山头红色风化壳的黏粒、粉砂、砂粒和粉黏比含量的纵向曲线变化如图2所示.从图中可以看出剖面中黏粒的曲线变化较缓，与其他粒度组成曲线变化相比无明显波动.砂粒和粉黏比的含量曲线变化具有明显的正相关关系，粉砂含量与砂粒含量的曲线变化表现为相反的趋势.

图2 城山头剖面粒度组成及粉黏比随深度变化图Fig.2 Grain size composition and powder viscosity ratio change with depth in Chengshantou section

风化壳的发育程度与粉黏比呈负相关关系，即粉黏比越大风化壳高发育程度越低，反之则越高.经计算粉黏比值在3.79～16.06范围内波动，平均值为9.58，粉黏比较高，说明在形成过程中气候较为干冷导致城山头红色风化壳的风化程度较低，发育过程出现滞缓的现象.在一定深度范围内粉黏比存在一定变化，剖面顶层至175 cm处粉黏比的变化范围从8.37下降到3.79，说明剖面上部风化壳发育程度高.在剖面175～250 cm粉黏比处于8.37～16.06之间，粉黏比呈不断增加的趋势.250 cm至剖面底部粉黏比数值从16.06下降到8.13.因此，城山头剖面的粉黏比含量表现为由上至下减少—增加—减少的3个阶段的变化.

2.2 粒度参数特征

从图3可以看出剖面的粒度参数特征随深度的变化情况.风化壳平均粒径的大小与其搬运介质的平均动能有关，淋滤迁移作用越强，风化壳的平均粒径就越小，两者具有一定的负相关关系[15].城山头剖面的平均粒径介于4.02Φ～5.84Φ之间，平均值为 4.82Φ.由上至下风化壳中搬运介质的平均动能逐渐增大.城山头剖面的标准差介于 2.18～2.95 之间，平均值为2.54，变化幅度较小.较大的标准差值说明风化壳在发育过程中受当时的气候环境影响，搬运动力较强.从图中可以看出风化壳顶部标准差值和平均粒径略大，这可能与大气降水和地表水的淋滤冲刷作用有关，在两者的共同作用下将表层细颗粒物质向下冲刷或将大颗粒粒径沉积物迁移至此，因此造成表层标准差值和平均粒径较大.根据峰度的尖窄性等级分类能够反映沉积物物质来源的单一或复杂.剖面峰度在0.81～0.98之间，平均值是0.92，属于中等峰态，说明剖面峰态较宽，接受其他物质成分较多，来源较复杂.偏度是对粒度不对称程度的反映，能够指示粒度粗细和搬运动能的强弱.城山头剖面的偏度介于-0.13～0.30 之间，平均值是 0.07呈近对称分布.剖面中部多成正偏分布，下部为负偏分布.表明中部风化壳粒径较粗，下部较细.

图3 城山头剖面粒度参数图Fig.3 Grain size parameter diagram of Chengshantou section

3 结 论

(1)从粒度组成上看,城山头红色风化壳以粉砂为主，其次是砂组分，黏粒的平均含量是三者最低.

(2)风化壳的发育程度与粉黏比呈负相关关系.城山头红色风化壳粉黏比含量随深度由上至下表现为减小—增加—减小3个阶段的变化，表明其发育程度经历了高—低—高的变化.

(3)根据矩值法的计算公式计算了样品的粒度参数特征：平均粒径在4.02Φ～5.84Φ范围内波动，平均值为4.82Φ，粒径较粗；标准差处于 2.18～2.95 范围内，平均值为2.54，分选很差；峰度处于0.81～0.98范围内，平均值为0.92,属中等峰态；偏度在-0.13～0.30范围内波动，平均值为0.07,呈近对称分布.