長江中下游地區(qū)裂紋性土壤的發(fā)育特征九江地區(qū)網紋紅土的時代

網格紅葉是濕潤氣候下風化作用的產物，廣泛分布于長江中下游。網紋紅土以紅色或深色調塊狀粘土為基底,并夾雜有灰白或淺色調條帶呈網紋狀而得名。網紋紅土的灰白色或淺色部分是斷續(xù)相連的圓形孔管,網紋迂回曲卷,多呈網紋狀、蠕蟲狀、樹枝狀或條帶狀。網紋紅土層之下,常常為網紋化的砂礫石層,礫石具明顯的風化圈。江西九江地區(qū),在九江礫石層之上普遍發(fā)育多層具紫紅、灰白色相間的網紋化紅色粘土層和網紋狀紅土層,通常呈帽覆式接觸,同時常有下蜀黃土覆于其上。九江市長虹大道江西日報駐九江記者站工地開挖出較好的地層剖面,我們對其進行了詳細研究。本文主要討論長虹大道剖面網紋紅土及其上網紋化紅土的時代問題。1地層特征長虹大道剖面位于九江市區(qū)西南部的江西日報駐九江記者站。剖面地層自上而下可分12層(圖1):12.淺黃色泥質粉砂,黃土,質地疏松。距頂1.4m處的熱釋光年齡為49±4kaBP。1.7m11.褐黃色泥質粉砂,黃土,固結程度較好,棱塊狀構造,含少量Fe—Mn膠膜。0.8m10.淺紅色粉砂質粘土,古土壤,含Fe—Mn膠膜。0.6m9.褐黃色泥質粉砂,黃土,含大量Fe—Mn膠膜,向上逐漸減少,偶含灰白色網紋。下部距頂3.8m處熱釋光年齡為100±11kaBP。1.0m8.紅色砂質粘土,紅色土,含少量灰白色網紋條帶,Fe—Mn膠膜發(fā)育。上部距頂4.4m處熱釋光年齡為102±10kaBP。2.3m7.鮮紅色粉砂質粘土,發(fā)育不典型的白色網紋,含Fe—Mn膠膜。1.3m6.紫紅色粉砂質粘土,為典型網紋紅土。紫紅色亞粘土為基質,蠕蟲狀、樹枝狀白色網紋垂向發(fā)育,網紋直徑1—2cm。含Fe—Mn膠膜和少量礫徑小于1cm的小礫石。3.7m5.黃紅色粉砂質粘土,網紋紅土,紅色亞粘土基質,粗大白色網紋呈垂向分布,網紋直徑一般3—5cm。含少量Fe—Mn膠膜,偶含小礫石。2.2m4.紫紅色粉砂質粘土,網紋紅土。含少量Fe—Mn膠膜,偶含小礫石。鐵質網紋較第3層減少,巖性較堅實。1.7m3.絳紫色粉砂質粘土,鐵質網紋紅土,網紋直徑一般1—2cm,呈水平狀分布,表面呈蜂窩狀,堅硬。橫向上厚度有變化。2.8m2.絳紫色網紋化砂礫石,礫徑一般3—5cm。發(fā)育鐵質網紋,呈水平狀分布,表面呈蜂窩狀,較堅硬。與上覆地層有一明顯的沉積間斷面。1.0m1.黃土沉積序列礫石深度風化,常有鐵盤發(fā)育。>2.3m該剖面地層出露總厚度21.4m,代表了該地區(qū)從流水沉積、網紋紅土到黃土沉積的演變序列。剖面可分為6個巖性段。第6段12層為疏松黃土;第5段11—9層為固結較好的黃土夾古土壤;第4段8—7層為紅色粘土,下部輕微網紋化;第3段6—5層為以垂向網紋為特征的網紋紅土;第2段4—3層為以發(fā)育水平狀網紋為特征的鐵質網紋紅土;第1段2—1層分別為鐵質網紋化砂礫石層和灰白色砂礫石層,可能同屬前人所稱九江礫石層。2熱退磁測量及結果分析九江長虹大道剖面上部黃土和紅色粘土中共采集熱釋光樣品3個,經中國科學院黃土與第四紀地質國家重點實驗室熱釋光實驗室測定,第12層淺黃色粘土質粉砂層下部距頂1.4m處熱釋光年齡為49±4kaBP;第9層褐黃色泥質粉砂層下部距頂3.8m處熱釋光年齡為100±11kaBP;第8層紅色粉砂質粘土層上部距頂4.4m處熱釋光年齡為102±10kaBP。我們對九江網紋紅土進行了磁性地層研究。對長虹大道剖面第3—8層以20cm間距共采集古地磁樣69個。全部樣品加工成2×2×2cm3兩套試樣,由中國科學院黃土與第四紀地質國家重點實驗室古地磁實驗室協助和作者本人在北京大學地球物理系古地磁實驗室進行剩磁測量。測試過程均在無磁空間中進行。樣品先經美制TSD-1熱退磁儀(SCHONSTEDT)以50℃間隔進行逐步系統熱退磁處理。剩磁測量使用英國Minispin旋轉磁力儀。樣品雖遭受后期次生磁化干擾,但原生剩磁不僅較穩(wěn)定,且占主要成分。根據樣品的剩余磁化強度和退磁過程中的變化特征,選用各古地磁樣在150—300℃退磁后的剩余磁化強度作為特征剩余磁化強度,進行數據計算分析后繪出極性柱狀圖(圖1)。兩批樣品的測試結果基本一致。它們都表明九江網紋紅土的磁性地層極性帶明顯地跨越了布容正向極性帶和松山反向極性帶的界限。以距頂深度12.9m處為界,上部全為正向磁化,下部則以反向磁化為主。此界限為布容正向極性帶(B)/松山反向極性帶(M)界限,位于第5層粗大網紋紅土的中部。松山極性帶中的賈拉米洛正向極性亞帶位于第4層底部和第3層上部,深度15.1—16.1m處。對該剖面的地外撞擊事件研究表明,在B/M界線以上約1m的層位內找到了大量粒徑50—150μm的微球粒。它們顯示出有兩個富集層位。這些微球粒的成分及分布特征完全可與北方黃土地層中B/M界限之上580—700kaBP和727—730kaBP兩層位的澳亞區(qū)地外物質撞擊事件記錄進行對比,亦可證實這一極性轉換界線為B/M界線的結論是可靠的。長虹大道剖面磁性地層特征可與九江金氏山莊和星子縣葉家壟等剖面作較好的對比(圖2)。它們均明顯顯示出跨越了B/M界限,下部都出現賈拉米洛正極性亞帶,但它們在剖面中出現的具體層位仍存在較大的差異。長虹大道剖面中B/M界限和賈拉米洛正極性亞帶出現的層位略偏上,也就是說長虹大道網紋紅土的發(fā)育明顯較后兩剖面為早。參考第8層頂部和第9層底部的熱釋光年齡,取其平均值為101kaBP,并根據CandeandKent的古地磁極性年表的模式年齡,計算了長虹大道剖面標志層段地層的沉積速率(表1)。各段的沉積速率大致相近,也從一個側面說明極性帶的劃分是可信的。同時,采用從第8層頂—賈拉米洛亞帶底地層的沉積速率,計算出第3—8層的界限年齡值,結果列于表2。長虹大道剖面網紋紅土堆積以發(fā)育水平狀網紋為特征的鐵質網紋紅土最早,大約沉積于1232—869kaBP,地質時代為中更新世早期;以垂向網紋為特征的網紋紅土大約沉積于869—392kaBP,地質時代為中更新世中期;紅色粘土沉積于392—101kaBP,地質時代為中更新世晚期;之上發(fā)育了晚更新世風成黃土-古土壤序列。剖面下部河流相砂礫石層,即九江礫石層的堆積時代略早于1232kaBP,地質時代為早更新世晚期。3巖石學和氣候學特征網紋紅土以往普遍作為廬山—大姑間冰期或中更新世堆積,從九江長虹大道剖面來看,布容與松山極性帶的界線出現于網紋紅土中部,賈拉米洛正極性亞帶出現在鐵質網紋紅土層中,因而,網紋紅土大致形成于120—400kaBP,地質時代為中更新世早期至中期。一般認為,紅土是由于在濕熱氣候條件下,化學風化作用強盛,母質中的活潑元素發(fā)生遷移或淋失,Al2O3和Fe2O3相對富集而形成,紅色是Fe+3的表現。網紋紅土是紅土在還原環(huán)境中高價鐵部分遷移,殘留部分顯示為灰白色蠕蟲狀條帶而呈網紋狀,遷移出來的高價鐵在下部層位聚積形成鐵質層。網紋紅土的發(fā)育表明地層堆積之后有一個相當長的濕熱氣候環(huán)境和較穩(wěn)定的地質環(huán)境。剖面下部第2層的網紋化砂礫石已遭強烈風化,頂部出現鐵質網紋,同時網紋有隨深度增大呈現減少的趨勢,且仍保持礫石的外形。在九江昌九公路十里鋪SW方向約2km的公路路塹剖面上,亦可見類似情況。網紋紅土之下為巨大礫石層,礫石層由下向上風化程度加深,上部礫石已全風化,其上布滿黃色和白色條帶,充填物已發(fā)生輕度網紋化,向上逐漸過渡為網紋紅土。這種現象可以說明網紋紅土是在較老沉積物的基礎之上經化學風化作用而形成的,或是邊沉