大連城山頭紅色風化殼粒度特征分析

魏東嵐， 王思齊， 秦 浦

(遼寧師范大學 地理科學學院，遼寧 大連 116029)

風化殼是地表巖石經風化剝蝕后殘留在原地的風化產物，不同類型的風化殼與形成時所處的氣候環境有關.紅色風化殼作為發育成熟度較高的風化產物，其蘊藏的環境信息對重建古環境提供了良好的載體，同時又是聯系地球各圈層重要的紐帶，對氣候環境演變具有重要的研究意義[1].紅色風化殼的形成是一個漫長的地質過程,屬于濕熱氣候背景下的產物.不同區域環境背景下形成的紅色風化殼類型不同，中國南方與北方的紅色風化殼發育特征也不盡相同.目前，已有諸多學者對我國南方地區的紅色風化殼進行了深入研究，并取得了大量成果[2-6].晚新近紀時遼東半島與現代氣溫有較大差別，氣候溫暖濕潤，按當時的氣候類型劃分屬于東部濕潤季風區[7], 化學風化作用強烈出現了紅土化時期, 形成了厚度不均的紅色風化殼[8].前人通過化學元素特征[9]對本區的紅色風化殼進行了系統的分析，并揭示了其形成過程中的古氣候演變.沉積物的粒度特征在追溯物源和重建古氣候環境演化等方面具有重要的意義[10-11]，在各類沉積物的古環境演變研究中均有運用.

1 材料與分析方法

1.1 樣品采集

研究剖面位于大連市金普新區城山頭自然保護區附近，緊鄰黃海岸邊，海拔在7.4 m左右.經現場測量，剖面整體厚約3.5 m，頂層有0.5 m的現代含有礫石的表土層，剖面下部發育3 m左右的紅色風化殼，在風化殼的下部有基巖存在.對紅色風化殼部分以25 cm為間隔自下而上進行采集，從上到下按順序將樣品編號為CST1～CST11.

1.2 分析方法

樣品經過前處理后，使用美國貝克曼激光粒度儀進行粒度測試，測量范圍為0.04～2 000 μm，重復誤差小于2%說明測試結果準確可靠.對剖面的粒級劃分采用伍登-溫德華粒級標準進行粒度分級，粒度參數由矩值法計算.

2 粒度特征

2.1 粒度組成

沉積物的粒度是由不同粒徑的顆粒組成，不同粒級的相對含量對沉積物的物源、搬運動力以及沉積環境具有重要的指示意義[12].城山頭紅色風化殼的黏粒組分在3.19%～15.49%區間內變化，平均值為6.86%；粉砂組分在48.79%～65.52%區間內變化，平均值為56.26%；砂粒組分在24.72%～50.38%區間內變化，平均值為37.34%.粒度組分三角圖可以更直觀地看出剖面主要的粒度組成，從圖1可以看出，研究剖面的粒度組分主要為砂和粉砂，黏粒含量偏低.風化殼的發育程度與黏粒組分呈正比例的關系[13-14].城山頭剖面的粒度組成主要集中在粉砂，砂粒次之，表明紅色風化殼受沉積環境影響化學風化作用較弱而致發育成熟度較低.

圖1 城山頭剖面粒度組成三角圖Fig.1 Triangle diagram of grain size composition of Chengshantou section

城山頭紅色風化殼的黏粒、粉砂、砂粒和粉黏比含量的縱向曲線變化如圖2所示.從圖中可以看出剖面中黏粒的曲線變化較緩，與其他粒度組成曲線變化相比無明顯波動.砂粒和粉黏比的含量曲線變化具有明顯的正相關關系，粉砂含量與砂粒含量的曲線變化表現為相反的趨勢.

圖2 城山頭剖面粒度組成及粉黏比隨深度變化圖Fig.2 Grain size composition and powder viscosity ratio change with depth in Chengshantou section

風化殼的發育程度與粉黏比呈負相關關系，即粉黏比越大風化殼高發育程度越低，反之則越高.經計算粉黏比值在3.79～16.06范圍內波動，平均值為9.58，粉黏比較高，說明在形成過程中氣候較為干冷導致城山頭紅色風化殼的風化程度較低，發育過程出現滯緩的現象.在一定深度范圍內粉黏比存在一定變化，剖面頂層至175 cm處粉黏比的變化范圍從8.37下降到3.79，說明剖面上部風化殼發育程度高.在剖面175～250 cm粉黏比處于8.37～16.06之間，粉黏比呈不斷增加的趨勢.250 cm至剖面底部粉黏比數值從16.06下降到8.13.因此，城山頭剖面的粉黏比含量表現為由上至下減少—增加—減少的3個階段的變化.

2.2 粒度參數特征

從圖3可以看出剖面的粒度參數特征隨深度的變化情況.風化殼平均粒徑的大小與其搬運介質的平均動能有關，淋濾遷移作用越強，風化殼的平均粒徑就越小，兩者具有一定的負相關關系[15].城山頭剖面的平均粒徑介于4.02Φ～5.84Φ之間，平均值為 4.82Φ.由上至下風化殼中搬運介質的平均動能逐漸增大.城山頭剖面的標準差介于 2.18～2.95 之間，平均值為2.54，變化幅度較小.較大的標準差值說明風化殼在發育過程中受當時的氣候環境影響，搬運動力較強.從圖中可以看出風化殼頂部標準差值和平均粒徑略大，這可能與大氣降水和地表水的淋濾沖刷作用有關，在兩者的共同作用下將表層細顆粒物質向下沖刷或將大顆粒粒徑沉積物遷移至此，因此造成表層標準差值和平均粒徑較大.根據峰度的尖窄性等級分類能夠反映沉積物物質來源的單一或復雜.剖面峰度在0.81～0.98之間，平均值是0.92，屬于中等峰態，說明剖面峰態較寬，接受其他物質成分較多，來源較復雜.偏度是對粒度不對稱程度的反映，能夠指示粒度粗細和搬運動能的強弱.城山頭剖面的偏度介于-0.13～0.30 之間，平均值是 0.07呈近對稱分布.剖面中部多成正偏分布，下部為負偏分布.表明中部風化殼粒徑較粗，下部較細.

圖3 城山頭剖面粒度參數圖Fig.3 Grain size parameter diagram of Chengshantou section

3 結 論

(1)從粒度組成上看,城山頭紅色風化殼以粉砂為主，其次是砂組分，黏粒的平均含量是三者最低.

(2)風化殼的發育程度與粉黏比呈負相關關系.城山頭紅色風化殼粉黏比含量隨深度由上至下表現為減小—增加—減小3個階段的變化，表明其發育程度經歷了高—低—高的變化.

(3)根據矩值法的計算公式計算了樣品的粒度參數特征：平均粒徑在4.02Φ～5.84Φ范圍內波動，平均值為4.82Φ，粒徑較粗；標準差處于 2.18～2.95 范圍內，平均值為2.54，分選很差；峰度處于0.81～0.98范圍內，平均值為0.92,屬中等峰態；偏度在-0.13～0.30范圍內波動，平均值為0.07,呈近對稱分布.