中国南方第四纪红土年代研究的进展

中国南方第四纪红土年代研究的进展

第四纪是地质时代生物气候变化的产物，记录了丰富的环境发展信息。然而要提取这些环境演变信息,建立一个完整详细的时间序列是必不可少的。早期很多学者和专家已经在第四纪红土年代学上作了大量研究也取得了丰硕的成果。朱显谟认为,红土的成土作用约需2×104a,网纹红土的形成过程可能更长;刘东生等认为,早更新世是红土发育时期,中更新世是红土最发育时期;形成网纹红土。席承藩认为第四纪红色风化壳底部砾石层的时代为Q1,网纹红土层的时代为Q2,均质红土在层位关系上应属Q3,其发育时间可达1Ma上下。由于受到当时技术手段等的限制,这些数据的精度都不是很高。之后又有一批学者通过更先进的设备和方法对第四纪红土作了更深入的年代学研究。但由于缺乏一个像黄土高原的洛川剖面一样的“标准剖面”,不同学者采用的方法和仪器不同,不同地方红土的形态和年龄也存在一定的差别,很多年代数据就显得杂乱无章,这给建立一个较为完整详细的第四纪红土时间序列造成很多困难,这就需要对这些数据进行整理和归纳。1南方红平壤的基本剖面和年度方法1.1晚晚古生代沉积盆地中国南方第四纪红土通常是指出露于南方地表富铝化程度高,厚达数米甚至数十米且由均质红土层、网纹红土层和砾石层构成的第四纪沉积地层。而在长江中下游风尘堆积地区,其上还覆盖一层深浅不一的黄棕色土。由于其受侵蚀的程度不一,一些地方的上覆黄土和均质红土时有缺失。第四纪红色粘土在我国分布甚广,大致为秦岭淮河以南,青藏高原以东(图1)。1.2东南角缘代研究手段单一、测年手段少、测年手段少、测年手段少、一般测年手段少、一般测年手段不适合测定东南角红由于受第四纪红土沉积时间长、风化强烈、存储时间的介质种类保存少等特点限制,很多第四纪测年手段并不适合用来测定第四纪红土的形成时代。现在用得最多的也较为成功的只有释光法、电子自旋共振法和古地磁法。1.2.1极性变化的特征古地磁法测年是基于地球历史上地球磁场南、北极的多次倒转,与现代磁场方向相同的时期称正向极性期,反之称反向极性期。地球磁场的极性变化特征在岩石或沉积物中矿物的冷却、沉积或蚀变时,被记录在这些物质的剩余磁性中。全球各地所记载的极性变化的历史是一致的。因此,通过测定沉积物中矿物的磁性特征就可以间接得出该层沉积物的年代。1.2.2esr法和色谱法电子自旋共振(ElectroSpinResonance,简称ESR)测年是近十几年迅速发展起来的新方法。ESR法主要优点是所需样品量小(约0.25g)及可测物质年龄范围广。用ESR测定沉积物形成年龄的方法是基于对样品(一般为沉积物中的矿物)的天然辐射损伤检测。如果知道矿物周围每年的平均辐照剂量和等效剂量,通过ESR质普仪就可以计算出样品的年龄。1.2.3光释光的定义释光是矿物晶体接受核辐射作用蓄积起来的能量在受到热或光激发时,以光的形式释放出来的一种物理现象。受热激发的释光称为热释光(ThermoLuminescence,简称TL),受光激发的释光称为光释光(OpticalLuminescence,简称OL;或OpticallyStimulatedLuminescence,简称OSL)。它作为一种新的测年技术测出无碳标本的年龄,弥补了14C测年技术的缺陷。释光测年的基本原理是碎屑物质在风化和搬运过程中在太阳光下充分暴露,使原来接受的释光信号大部分或全部被释放。利用阳光晒褪事件先找到计算时间的起点,再利用沉积物中石英晶体受天然辐射产生介稳电子的多少所表现出释光能量的多少来计算时间。以上3种测年方法在被测参数、测年范围、测年材料、应用和结果上存在差异,本文将其归纳为表1。2在南方的红平壤研究中使用不同的年研究方法2.1江西余江黎家东南角剖面的结构和发育时期由于石英晶体是供ESR测年的对象之一,而在红土中存在着大量的石英,故已有研究者用ESR法测定红土的年代。杨浩等对江西余江县黎家剖面和安徽宣城剖面进行了ESR年龄测定。剖面位于安徽省宣城市向阳砖瓦厂附近(30°54′N,118°51′E),剖面顶部海拔高45m,剖面厚度13m。根据沉积物的结构、颜色、紧密程度和层间接触关系,杨浩等把剖面分为17层。除最下部砾石层外,可以把剖面上部16层归为8个层组,每个层组由上部的古土壤层和下部的棕黄色沉积层组成。7个古土壤层具有共同的特征:颜色偏深,从红色到紫红色;垂直或近垂直的网纹(从S3开始发育),网纹较粗;一些网纹明显保留了植物根管的形态。不同古土壤和母质层的ESR年龄见表2。根据ESR年龄初步断定,我国南方均质红土形成于中更新世晚期。江西余江黎家第四纪红土剖面位于江西省余江县黎家村,整个剖面深度约9m,从顶部向下,剖面地层分别为现代红壤、均质红土、网纹红土、砾石层,砾石层之下为石炭纪或三叠纪的砂页岩。根据求得的各层样品的等效剂量和年平均剂量,黎家剖面中均质红土中部的年代为331.2ka,和安徽宣城剖面第2层古土壤的年龄十分接近。网纹红土的上部为486.6ka,下部为552.2ka,与安徽宣城剖面第3层、第5层古土壤年龄相近;砾石层的年代为769.4ka。2.2热释光年代测定蒋复初、吴锡浩等对江西九江市长虹大道剖面进行了较为详细的年代学研究。九江长虹大道剖面地层出露总厚度21.4m,可分为12层6个岩性段。第6段12层为疏松黄土;第5段11～9层为固结较好的黄土夹古土壤;第4段8～7层为红色粘土,下部轻微网纹化;第3段6～5层为以垂向网纹为特征的网纹红土;第2段4～3层为以发育水平状网纹为特征的铁质网纹红土;第1段2～1层分别为铁质网纹化砂砾石层和灰白色砂砾石层,即该剖面自下而上可分为河流相冲积砂砾石、以发育水平状网纹为特征的铁质网纹红土、以垂向网纹为特征的网纹红土、红色粘土和风成下蜀黄土层,相应的厚度分别为3.3m、4.5m、5.9m、3.6m和4.1m,代表了该地区从流水沉积、网纹红土到黄土沉积的演变序列。对上部黄土(第6、5段)和红色粘土(第4段)进行热释光年代测定,得到浅黄色粘土质粉砂层下部距顶1.4m处的热释光年龄为49±4kaBP;褐黄色泥质粉砂层下部距顶3.8m处热释光年龄为100±11kaBP;红色粉砂质粘土层上部距顶4.4m处热释光年龄为102±10kaBP。李长安,顾延生在前人热释光年代测定的基础上,对杨梅山(江西修水县)进行了光释光年代测定。光释光年代测定表明,网纹红土下段第2层(褐红色含粘土砂层或砂土层,上部为亚砂土层,下部为含粘土的中砂-中粗砂。层中穿插有浅黄色的网纹条,距顶2m)和第7层(褐红色亚粘土层,微裂隙发育,具稀疏分布的灰黄色网纹和黄白色团斑,距顶0.7～0.8m)的年龄均大于300kaBP,上段第3层(浅褐红色含粗砂亚砂土层,发育不太规则的近平行层理,亚砂土中夹薄层砂层,未见网纹条,夹有褐红或褐黄色团块,距顶1.2～1.5m)下部的年龄为190kaBP。这与热释光的(TL)年龄测定结果:网纹红土上段底部年龄为364±54kaBP,网纹红土下段近底部的年龄为560±39kaBP,基本上是一致的。关康年等对鄂东阳逻地区网纹红土下伏砾石层进行热释光测年为920kaBP,鄂北山前红色粘土砾石层热释光年龄为620.8±49kaBP,网纹红土的底部年龄为660kaBP。2.3江西修水地区的电商网吴锡浩、徐和聆等对江西九江长虹大道江西日报驻九江记者站工地地层剖面进行了古地磁测年(图2)。测试结果表明:布容正向极性带/松山反向极性带的界限出现于网纹红土层中部,距顶深部12.9m处;贾拉米洛正向极性亚带出现在铁质网纹红土层中,距顶深度15.1～16.1m处。结合TL年龄,根据沉积速率计算得剖面的砾石层(第1段)年代略早于1232kaBP;下部的铁质网纹红土(第2段)沉积于1232～869kaBP;网纹红土(第3段)沉积于869～392kaBP;红色粘土(第4段)沉积于392～101kaBP。施雅风通过对鄱阳湖地区古地磁测量推算出本区网纹红土下伏的红色“泥砾层”形成年龄为800～1000kaBP,B/M界线位于网纹红土底部;邢历生对庐山地区古地磁研究发现,庐山大姑间冰期堆积物形成的网纹红土最早出现于贾拉米洛亚极性时后期,并延伸至布容正极性时;黄慰文也指出,江西庐山网纹红土之下的“泥砾层”处于松山反极性时的贾拉米洛亚极性时附近,年龄为1100～900kaBP,网纹红土顶部延伸至布容正时,并认为网纹红土的上限年龄不会晚于400kaBP,且400kaBP前后是东亚环境发生重大转折时期;朱诚对庐山地区的网纹红土砾石层进行了大量的古地磁测定,结果均为布容正极性时,说明庐山地区的网纹红土时代为中更新世。顾延生对江西修水第四纪网纹红土剖面进行古地磁测试分析后发现,B/M界线位于网纹红土底部的粉砂层之中,网纹红土的主要堆积期处于布容正极性时,其中存在2期反向极性亚时,结合网纹红土顶部热释光年龄分析,江西修水地区网纹红土形成时代为800～100kaBP。乔彦松等对安徽宣城第四纪红土剖面进行的磁性学研究表明,B/M界限位于剖面中网纹红土的中下部,结合光释光测年得出黄色网纹亚砂土层距顶9.1m处的年龄为850ka。3网红土层的年龄总结前人研究成果,可以得出中国南方第四纪红粘土不同层次的形成年代(图3)。从九江长虹大道剖面和安徽宣城剖面的测年数据推断,第四纪红粘土最顶部的黄土层沉积的时间晚于100kaBP。均质红土层一般都有铁、锰胶膜或结核发育,该层的年龄大约为100～400kaBP。该层最小年龄出现在九江长虹大道剖面的均质红土中,为102±10kaBP,均质红土的底界在宣城和长虹大道两剖面中较为接近,分别为364kaBP和392kaBP。网纹红土的变化,主要表现在基质的颜色、网纹的颜色、网纹的形态等,一般表现为颜色的深浅交替和网纹的粗细长短、发育方向、分叉情况的变化等。该层的沉积年龄大约为400～800kaBP。网纹红土层底部最老的年龄数据见于长虹大道剖面。吴锡浩等根据该地层的沉积速率推算出网纹红土底部年龄为1232kaBP,宣城剖面砾石层顶部年龄为817kaBP。在其他资料中网纹层底部的年龄也大多数位于800kaBP左右。在第四纪红土剖面中出现砾石的层的年龄一般认为大于800kaBP。由于测试手段有限加上砾石层的年龄太老,至今还未见对其年龄的精确测定。4测年方法与测年结果的关系第四纪红土在年代序列的测定上已取得了丰硕的成果,均质红土、网纹红土和风化砾石层的年龄各家的结论基本一致,但有时也会出现很大的差别,特别是对一些较老的地层。这可能与第四