衡阳地区河流阶地第四纪红土与河漫滩沉积物粒度特征对比

熊平生 ，黄临娟，张楚楚，刘 亮，郝丽婷

(衡阳师范学院 地理与旅游学院，湖南 衡阳 421002)

长江下游及其以南地区广泛发育第四纪红土，目前存在多种名称，如红色风化壳、第四纪红粘土、第四纪红土、网纹红土和加积型红土等。其成因则有多种认识。主要有流水沉积物[1～3]、风积物[4～9]、风化残积物[10]等。最近有人提出，风成沉积红土集中分布于南岭以北地区，水成沉积红土分布于南岭以南地区[11]。这些成果有力地推动了我国南方更新世以来沉积物的研究进程。湘江衡阳段河流阶地上红土分布广泛，是研究红土成因的理想地质材料。有关衡阳红土沉积古环境记录方面开展了一些研究工作[12～13]，有关红土成因方面的研究工作比较薄弱。本文以衡阳河流阶地典型红土剖面与湘江衡阳段河漫滩剖面沉积物粒度对比，结合粒度组分、粒度参数、判别函数值等指标探讨衡阳河流阶地红土的成因，一方面丰富衡阳地区红土研究的内容，也可为南方红土成因提供科学依据。

1 研究区概况

衡阳市位于湖南省中南部，湘江自西南向东北斜穿城区，蒸水和耒水在城北汇入湘江。属湘中盆地西部板块，处新华夏系第二沉降带南段。沉积一套白垩系至早第三系红色岩层，第四纪有明显出露。衡阳珠晖区吉祥商店附近发育一处河漫滩剖面(简称吉祥剖面JX)，地理坐标112.64°E，26.91°N，海拔高度26m；衡阳雁峰区高兴村附近发育一处红土剖面(简称高兴剖面GX)，地理坐标112°36′ E，26°51′ N，属湘江第三级河流阶地，为第四纪红粘土(图1)，研究区第三系分布较广，为陆相碎屑沉积岩，侏罗系、白垩系和二叠系和泥盆系局部地区出露。第四系分布于湘江及其支流蒸水、耒水河流两岸，为洪积、冲积相沉积物。

图1 采样剖面位置及研究区地质图Fig 1.Geological Map and Sampling Section Distribution of Study Area

2 研究材料和方法

2.1 研究材料

吉祥剖面(JX)在湘江和耒水交汇附近，距离耒水大桥约1km处的南岸河漫滩上，剖面具有明显的二元结构，厚度约183cm，上半部为河漫滩相粉砂质粘土，底部为砾石层，见图2。以2cm间隔距离，从上往下依次对剖面进行较高密度采样，共采集样品91件。高兴剖面(GX)为人工露头剖面，厚度约3.6m左右，自上而下分别为红壤层，棕红色，土质疏松，含少量细根；均质红土层，土质紧实，含较多砾石；“褐黄土”，褐黄色粘土。高兴剖面以4cm为间距由下往上取样，共获取样品86件。

图2 高兴红土剖面(GX)和吉祥河漫滩剖面(JX)地层结构图Fig 2.Gaoxing Laterire Section(GX)and Jixiang Valley Flat Section(JX)Column

2.2 分析方法

从预先处理好的样品中称取土样约0.1g，将样品倒入20ml烧杯中，加入蒸馏水充分搅拌分散，静止24h，然后加入浓度1%的六偏磷酸钠溶液，再次静止24h，使得沉积物颗粒充分分散，利用马尔文Masterizer-3000型激光粒度仪进行粒度测试，测试范围0.01μm～3500μm，样品自动重复测试三次取平均值，测试结果误差低于1%。Ø值换算公式：Ø=-log2D，其他的参数换算根据Fork公式[14]。粒度测试工作由衡阳师范学院第四纪实验室完成。

3 结果与分析

3.1 红土粒度特征与河漫滩沉积物的对比

3.1.1 粒度组分特征

湘江衡阳段河漫滩沉积物粒度测试结果(表1)。砂砾(>63μm)含量居首位，平均值53.05%；粉砂砾(4μm～63μm)为其次，平均含量43.69%，；粘粒(<4μm)含量较少，平均值3.26%。粗粉砂(10μm～50μm)0～96.31%，平均含量27.11%。砂砾-粉砂层，砂砾和粉砂平均含量分别为54.11%，45.75%；砂砾层砂砾平均含量97.48%；剖面顶部粉砂-砂砾层，粉砂和沙砾平均含量分别为49.44%、47.38%；剖面中部粉砂-砂砾层，粉砂和沙砾平均含量分别为61.13%、30.56%。

表1 吉祥河漫滩剖面(JX)部分样品粒度特征值Tab 1.Grain Size Characteristics of Part of Jixiang Valley Flat Section(GX)Sample

衡阳市区高兴红土剖面(GX)粒度测试结果(表2)。粉砂砾(4μm～63μm)组分含量最高，平均值为60.48%，分布范围介于36.60%～84.38%之间；砂砾组分居第二位，平均含量26.52%，分布范围53.03%～5.64%；粘粒含量平均值12.99%，分布范围介于0～25.62%。粗粉砂(10μm～50μm)21.43%～47.23%，平均含量32.74%。红壤层砂砾平均含量28.01%，粘粒平均含量13.87%；均质红土层砂砾平均含量25.92%，粘粒平均含量13.03%；“褐黄土层”砂砾平均含量24.56%，粘粒平均含量10.48%。

表2 高兴红土剖面(GX)部分样品粒度特征值Tab 2.Grain Size Characteristics of Part of Gaoxing Laterite Section(GX)Sample

衡阳高兴剖面(GX)红土以粉砂组分为主，其次砂砾组分，粘粒组分含量较高。河漫滩沉积物以砂砾组分为主，其次粉砂组分，粘粒组分含量很少。红土和河漫滩沉积物中粗粉砂组分含量相近。

3.1.2 粒度参数特征

由(表1)可知，吉祥河漫滩剖面(JX)91个样品平均粒径(Mz)值3.74Φ，分布范围-0.94Φ～8.58Φ；分选系数(σ)平均值-1.55，分布范围介于-2.74～-0.16；偏度(SK)均值-0.10，分布范围-0.82～0.88；峰态(Kg)平均值0.88，分布范围介于0.32～2.13之间。由表2可知，高兴红土剖面(GX)86个样品平均粒径(Mz)值5.55Φ，分布范围4.32Φ～6.57Φ；分选系数(σ)平均值-2.02，分布范围介于-2.63～-1.42；偏度(SK)均值-0.02，分布范围-0.34～0.28；峰态(Kg)平均值1.06，分布范围介于0.27～1.71之间。

衡阳高兴剖面(GX)红土平均粒径(Mz)值5.55Φ，湘江吉祥河漫滩沉积物平均粒径(Mz)值3.74Φ，河漫滩沉积物比红土沉积物略偏粗；红土与河漫滩沉积物样品皆分选性极好。河漫滩沉积物正偏、负偏、近对称分别占比9.9%、41.7%、48.4%，红土沉积物正偏、负偏、近对称分别占比34.2%、40.5%、25.3%。从峰态上看，红土沉积物的峰态值稍高、峰态更窄。

3.2 红土粒度三角图与河漫滩沉积物对比

由粒度三角图(图3)发现，红土沉积物样点分布范围相对集中，河漫滩沉积物样点比较分散，在三角图分布位置上较为一致，有部分样点区域存在重合现象。

图3 衡阳红土与河漫滩滩粒度三角图Fig 3.Hengyang Laterite and Valley Flat Grain Size Triangle Diagram

3.3 红土粒度参数散点分布与河漫滩沉积物对比

已有研究表明，利用分选系数、平均粒径、峰态和偏度等参数作散点图，可以较好地区别成因不同类型的沉积物[15]。由粒度参数散点图(图4)可知，无论偏度对分选系数、峰态和平均粒径值的散点图，还是平均粒径值对峰态、分选系数和偏态的参数散点图中，红土沉积物样点散落范围较为集中，河漫滩沉积物样点相对分散。但红土与河漫滩沉积物样点有一定重合的区域，说明衡阳地区红土与河漫滩沉积物的成因有部分相似。

图4 衡阳红土与河漫滩粒度参数散点图Fig 4.Hengyang Laterite and Valley Flat Grain Size Parameter Diagram

4 讨论

衡阳河流阶地红土风尘“基本粒组”10～50μm分布范围介于21.43%～47.23%之间，平均含量32.74%，远低于北方哈尔滨黄土73%～82%[16]、洛川黄土50.3%～53%[17]及赣北下蜀土66.9%～87.2%[18]等典型风成沉积物。因此，衡阳第四纪河流阶地上红土不属于风积成因。与福建永安巴溪河西岸三级阶地上的网纹红土[19]、广东东江一级阶地与福建永安巴溪河西岸三级阶地上的网纹红土[19]、广东东江一级阶地[20]红土的粒度特征相似。先前对衡阳高兴剖面红土中砾石研究发现[21]，红土砾石表面有V形坑、次圆形、次棱角和撞击坑，各自占比相差不大，还有少量的蝶形坑，其表面留下不同形态类型的坑，表明其经历了流水冲击作用。红土经历了流水沉积后，还遭受过强烈的化学风化作用。在化学风化过程中，红土剖面由下往上砂砾组分含量逐渐变少，粘粒组分含量逐渐增多。这一过程直接反映先沉积的沉积物经历的风化时间长，砂级组分含量减少；后沉积的沉积物经历的风化时间短，砂级组分含量相对增多，这与高兴剖面(GX)从底部往上反映出的粒度特征是一致的。衡阳河流阶地红土以粉砂组分为主，粘粒组分含量较高；河漫滩沉积物以砂砾组分为主，粘粒组分含量极少。红土、河漫滩沉积物样品平均粒径(Mz)分别为5.55Φ、3.74Φ；红土、河漫滩沉积物样品分选系数均值分别为-2.02、-1.55。综上粒度特征表明，在沉积动力作用方面红土弱于河漫滩沉积物。此外，在粒度三角图上、粒度参数散点图上，河漫滩沉积物样品分布范围相对分散，而红土样品相对集中，但有彼此重叠的区域。揭示了红土与河漫滩沉积环境条件既有相似的地方，也有较大的区别。

5 结论

根据衡阳地区高兴剖面(GX)红土86个样品与吉祥河漫滩剖面(JX)91个样品粒度特征和对比分析，得到以下3点认识：

(1)衡阳河流阶地红土以粉砂组分为主，其次砂砾组分，粘粒组分含量较高。河漫滩沉积物以砂砾组分为主，其次粉砂组分，粘粒组分含量很少。红土和河漫滩沉积物中粗粉砂组分含量相近。红土与河漫滩沉积物分选性极好，河漫滩沉积物负偏和近对称占比较大，红土沉积物正偏、负偏占比较大。峰态上，红土沉积物峰态值稍高、峰态更窄。

(2)衡阳河流阶地红土风尘“基本粒组”远低于北方哈尔滨黄土、洛川黄土及赣北下蜀土等典型风成沉积物；在粒度三角图上、粒度参数散点图上，红土样点散落范围较为集中，河漫滩沉积物样点相对分散，但红土与河漫滩沉积物样点有一定重合区域。表明衡阳河流阶地红土不是风尘沉积物，也不完全属于流水沉积作用的产物。

(3)衡阳地区红土是在搬运动力相对于河漫滩沉积物搬运动力变幅较小的流水作用下沉积，沉积之后经历强烈风化作用改造而成。