中國(guó)南方第四紀(jì)紅土物質(zhì)來(lái)源與成因研究綜述

中國(guó)南方第四紀(jì)紅土物質(zhì)來(lái)源與成因研究綜述

中國(guó)南部的土壤是中國(guó)秦嶺-淮河-青藏高原東部廣泛分布的第四紀(jì)土壤。這是中國(guó)熱帶和亞熱帶地區(qū)第四紀(jì)以來(lái)氣候環(huán)境的產(chǎn)物。它是中國(guó)南方古環(huán)境變化和氣候變化的重要舞臺(tái)。近年來(lái)，許多科學(xué)家對(duì)中國(guó)南方第四紀(jì)黃土的物質(zhì)來(lái)源、地層學(xué)特征、土壤學(xué)特征、地球化學(xué)、磁科學(xué)特征、生物特征等進(jìn)行了深入的探討。他們對(duì)中國(guó)南方黃土的成因、年代學(xué)和氣候科學(xué)進(jìn)行了深入研究，取得了許多良好的成果。同時(shí)，在許多領(lǐng)域存在爭(zhēng)議。1土壤成因分析近年來(lái)很多學(xué)者致力于中國(guó)南方紅土的成因研究,但我國(guó)南方紅土的物質(zhì)來(lái)源和成因類型至今尚未取得一致的認(rèn)識(shí).目前對(duì)我國(guó)南方紅土物質(zhì)來(lái)源有沖積、洪積、風(fēng)積、坡麓堆積風(fēng)化等不同看法.譬如,陳云認(rèn)為云南元謀紅土可劃分為風(fēng)化殼型紅土、地下水型紅土、坡積型紅土3種.尹秋珍等認(rèn)為我國(guó)南方(安徽宣城)網(wǎng)紋紅土是一種復(fù)合型的古土壤.袁寶印等則根據(jù)風(fēng)化殼發(fā)育程度,把我國(guó)第四紀(jì)松散沉積物上發(fā)育的南方紅土劃分為磚紅土風(fēng)化殼、紅壤土風(fēng)化殼和紅化土風(fēng)化殼3種類型.陸景崗認(rèn)為深厚網(wǎng)紋紅土的形成可能與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān).一些學(xué)者在肯定紅土水成說(shuō)的同時(shí),提出我國(guó)南方局部地區(qū)網(wǎng)紋紅土可能與冰川、生物和礫石風(fēng)化作用有關(guān).但是,我國(guó)亞熱帶南部和北部的紅土物質(zhì)來(lái)源可能是不同的.有的學(xué)者認(rèn)為,我國(guó)南嶺以南的第四紀(jì)紅色粘土系全新世前的水成沉積物,是高處古土壤和古風(fēng)化殼被流水沖刷而下在河谷或低平處的堆積物.很多學(xué)者認(rèn)為,我國(guó)南部廣東省、華南地區(qū)的紅土母質(zhì)主要是水成的.另外一些學(xué)者研究了我國(guó)北亞熱帶網(wǎng)紋紅土后提出,我國(guó)亞熱帶北部長(zhǎng)江中下游網(wǎng)紋紅土大部分系風(fēng)積成因[11,12,13,14,15,16,17].例如,楊達(dá)源等認(rèn)為安徽宣城一帶的網(wǎng)紋紅土系風(fēng)力搬運(yùn)而來(lái),與下蜀黃土同為風(fēng)塵堆積,胡雪峰對(duì)安徽向陽(yáng)剖面高分辨率粒度分析結(jié)果表明,向陽(yáng)剖面網(wǎng)紋紅土具有原始風(fēng)成沉積和后期強(qiáng)烈風(fēng)化的雙重特性.熊尚發(fā)等指出,我國(guó)南方紅土與北方黃土同為風(fēng)積成因,洪、沖積相的紅土只不過(guò)是受流水改造的次生紅土.李徐生等研究了江西鄱陽(yáng)湖周邊崗丘頂部幾米厚的第四紀(jì)紅色堆積地層后指出,其地層性狀及沉積學(xué)特征與北方風(fēng)成黃土及寧鎮(zhèn)下蜀黃土有著很大的相似性,可以作為網(wǎng)紋紅土具有風(fēng)成特性的證據(jù)之一.此外,環(huán)洞庭湖地區(qū)網(wǎng)紋紅土稀土元素(REE)分析則表明其稀土配分模式與黃土高原黃土和鎮(zhèn)江下蜀黃土具有相似性,認(rèn)為網(wǎng)紋紅土可能是黃土高原黃土在中國(guó)東南部或南部的延伸.近年來(lái),江西、湖南、浙江等中亞熱帶地區(qū)第四紀(jì)紅土的粒度、地球化學(xué)特征和稀土元素特征的分析也表明,中亞熱帶網(wǎng)紋紅土母質(zhì)與北方黃土—紅粘土間存在物源聯(lián)系,可能具有風(fēng)成特性,并且經(jīng)歷了較強(qiáng)的風(fēng)化成壤作用[18,19,20,21,22,23].例如,朱麗東等對(duì)江西、湖南、浙江等地更新世加積型紅土REE含量和分布特征的研究,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)紋紅土母質(zhì)與黃土高原黃土、鎮(zhèn)江下蜀黃土、西峰第三紀(jì)紅粘土的稀土配分模式非常一致,暗示網(wǎng)紋紅土母質(zhì)與北方黃土—紅粘土間存在物源聯(lián)系,因?yàn)檫@些網(wǎng)紋紅土物質(zhì)組成均勻,可能經(jīng)歷了高度混合,顯示出較明顯的風(fēng)成特性.贛北等地的第四紀(jì)紅粘土研究也表明,那里的紅土屬風(fēng)塵堆積,是一種距離物源較遠(yuǎn)的粉塵堆積,沉積后可能經(jīng)歷了較強(qiáng)的風(fēng)化成壤作用.熊尚發(fā)等沿著東亞冬季風(fēng)主要路徑之一,研究了自渾善達(dá)克南端的沙漠砂、北京附近的黃土與古土壤到贛北九江的紅土樣品,表明贛北紅土具有遠(yuǎn)源風(fēng)成堆積的粒度特征,并且具有沉積上的漸變過(guò)渡性.楊立輝等對(duì)第四紀(jì)加積型紅土的粒度研究表明,其特征與北方黃土以及風(fēng)成沉積存在風(fēng)成相似性.喬彥松等對(duì)成都平原地區(qū)雙流勝利紅土剖面樣品的粒度、石英顆粒表面形態(tài)以及稀土元素分布模式系統(tǒng)分析結(jié)果表明,成都平原紅土剖面中的成都粘土及網(wǎng)紋紅土層屬于風(fēng)成成因.最近研究結(jié)果也顯示,我國(guó)南方紅土可能具有多元成因的特點(diǎn)[23,24,25,26,27,28,29,30].例如,安徽、江西、湖南等地第四紀(jì)紅土的REE特征/紅土粒度組成和石英表面微形態(tài)等特征研究,發(fā)現(xiàn)紅土母質(zhì)既有風(fēng)成起源的也有明顯沖、洪積相成因的,紅土成因具有多元性并存在空間差異,可能反映了我國(guó)南方第四紀(jì)環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性.喬彥松等對(duì)安徽宣城剖面的研究中,同時(shí)發(fā)現(xiàn)了風(fēng)塵和河流沉積的粒度證據(jù),石英顆粒電子掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)這個(gè)剖面沉積物的成因復(fù)雜,部分為北方季風(fēng)帶來(lái),部分為河流相產(chǎn)物,且都經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的后生改造作用.其他研究也發(fā)現(xiàn),第四紀(jì)網(wǎng)紋紅土剖面磁組構(gòu)特征說(shuō)明黃棕色土層的原始沉積環(huán)境與風(fēng)塵沉積環(huán)境是一致的,網(wǎng)紋層磁組構(gòu)特征與風(fēng)成沉積的相應(yīng)特征差別顯著,但與部分水成沉積的相應(yīng)特征有近似之處,初步推斷網(wǎng)紋層可能為早期的風(fēng)積物經(jīng)后期水流改造的產(chǎn)物.總體上看,我國(guó)亞熱帶北部,尤其是南嶺以北區(qū)域的第四紀(jì)紅土有較多風(fēng)成成因的證據(jù),而南嶺以南的紅土則主要與水動(dòng)力的搬運(yùn)沉積有關(guān),反映了我國(guó)更新世冬季風(fēng)粉塵傳輸?shù)目赡苡绊懛秶?2晚三古世紀(jì)地層序列的初步建立在早期研究中,許多學(xué)者就從各個(gè)學(xué)科角度對(duì)我國(guó)南方紅土的年代學(xué)進(jìn)行不斷的探索,例如,朱顯謨從土壤發(fā)生學(xué)角度分析,認(rèn)為紅土的成土作用約需2×104a,網(wǎng)紋紅土可能更長(zhǎng).劉東生等對(duì)比我國(guó)北方黃土-古土壤沉積序列認(rèn)為,早更新世是我國(guó)南方紅土發(fā)育時(shí)期,中更新世是南方紅土最發(fā)育時(shí)期,形成網(wǎng)紋紅土.席承藩從第四紀(jì)地層學(xué)和風(fēng)化殼發(fā)育過(guò)程對(duì)比認(rèn)為,第四紀(jì)紅色風(fēng)化殼底部礫石層的時(shí)代為Q1,網(wǎng)紋紅土層為Q2,均質(zhì)紅土應(yīng)屬Q(mào)3,其發(fā)育時(shí)間可達(dá)100萬(wàn)年上下.陳云運(yùn)用地層地貌對(duì)比分析,認(rèn)為云南元謀盆地的紅土主要形成于中更新世中期、晚更新世早期和全新世最佳期.從以上研究可知,盡管前期已有較多學(xué)者涉及我國(guó)南方紅土年代學(xué)研究問(wèn)題.但是,由于我國(guó)南方紅土中生物化石貧乏,并且受到早期測(cè)年技術(shù)的限制,南方紅土沉積序列的絕對(duì)年代問(wèn)題并未解決.最近10年來(lái),隨著TL、ESR和古地磁等測(cè)年方法的運(yùn)用,關(guān)于第四紀(jì)紅土的年代學(xué)研究得到長(zhǎng)足的發(fā)展,并初步建立了中國(guó)南方紅土地層序列.于振江等通過(guò)對(duì)安徽省沿江地區(qū)的網(wǎng)紋紅土巖性、地球化學(xué)特征、古地磁和熱釋光測(cè)年等綜合研究,認(rèn)為其發(fā)育年齡介于0.45～2.5MaB.P.之間,底界年齡與我國(guó)北方午城黃土的底界基本一致.眾多學(xué)者對(duì)安徽宣城第四紀(jì)紅土剖面進(jìn)行了熱釋光、光釋光年代測(cè)定、ESR年代學(xué)和古地磁測(cè)年研究以及綜合對(duì)比,結(jié)果表明我國(guó)南方紅土序列礫石層、網(wǎng)紋層和均質(zhì)紅土層分別形成于早更新世晚期、中更新世早期和中更新世晚期,形成年齡分別約為大于800,800～400,400～100kaB.P.之間[27,35,36,37,38,39].施雅風(fēng)通過(guò)對(duì)江西鄱陽(yáng)湖濱地帶紅土沉積的古地磁測(cè)量,推算出其網(wǎng)紋紅土下伏的紅色“泥礫層”年齡為800～1000kaB.P..蔣復(fù)初等對(duì)江西九江地區(qū)紅土剖面的磁性地層學(xué)和熱釋光年齡研究表明,該剖面自下而上鐵質(zhì)網(wǎng)紋紅土沉積于1232～869kaB.P.;網(wǎng)紋紅土大約沉積于869～392kaB.P.;紅色粘土沉積于391～101kaB.P..李長(zhǎng)安等認(rèn)為江西修水地區(qū)網(wǎng)紋紅土形成于早更新世末(約0.9MaB.P.)至晚更新世初(約0.1MaB.P.),劉育燕對(duì)該地區(qū)紅土剖面巖石磁學(xué)研究也表明,紅土沉積的底界年齡可能大于0.78Ma,即早于中國(guó)北方黃土的L8黃土層.顧延生對(duì)修水地區(qū)網(wǎng)紋紅土的古地磁測(cè)試與熱釋光年齡分析表明,該區(qū)網(wǎng)紋紅土形成時(shí)代為800～100kaB.P..這些結(jié)果與安徽宣城和廬山地區(qū)以及余江縣地區(qū)的網(wǎng)紋紅土的研究結(jié)果一致[36,37,38,45,46,47,48].毛龍江對(duì)浙江上山文化遺址的紅土沉積研究表明,其網(wǎng)紋紅土形成于中更新世晚期173kaB.P.左右.關(guān)康年利用熱釋光法測(cè)定了湖北省新洲縣網(wǎng)紋紅土底部的年齡,測(cè)定結(jié)果為660kaB.P.,陽(yáng)邏地區(qū)網(wǎng)紋紅土下伏礫石層為920kaB.P..黃姜儂等研究南京老虎山下蜀土剖面發(fā)現(xiàn)網(wǎng)紋紅土形成時(shí)代為1000～400kaB.P..袁寶印等認(rèn)為南方地區(qū)在700～400kaB.P.之間曾廣泛形成具網(wǎng)紋紅土的風(fēng)化殼,與S5-S4氣候極端濕熱階段相對(duì)應(yīng).上述測(cè)年研究結(jié)果說(shuō)明,我國(guó)南方網(wǎng)紋紅土發(fā)育盛期在中更新世,其時(shí)代跨度可以從早更新世末一直延續(xù)到晚更新世初.一般認(rèn)為,下伏礫石層年齡大于850kaB.P.,網(wǎng)紋紅土形成于850～400kaB.P.,均質(zhì)紅土形成于400～100kaB.P..3年生時(shí)期巖土古地理成因模式內(nèi)一個(gè).我國(guó)南方紅土能否反映環(huán)境演變并進(jìn)而恢復(fù)南方第四紀(jì)環(huán)境演化歷史,對(duì)此不同學(xué)者存在不同意見(jiàn).有學(xué)者認(rèn)為南方第四紀(jì)冰期風(fēng)塵堆積通量低,間冰期水熱活動(dòng)強(qiáng)烈,間冰期的生物氣候條件可破壞絕大部分前冰期,乃至上一個(gè)間冰期留下的沉積物,其間有大量缺失層位或重疊的沉積剖面,所以對(duì)古環(huán)境的重建必然失真,重建區(qū)域環(huán)境演變的可行性存在爭(zhēng)議.但是大部分學(xué)者仍然認(rèn)為,我國(guó)南方紅土是對(duì)當(dāng)時(shí)氣候環(huán)境某種程度和規(guī)模的響應(yīng),記錄了南方第四紀(jì)以來(lái)的氣候變化和環(huán)境變遷,其存在的多個(gè)“沉積-成土”旋回反映了氣候的冷暖或干濕交替,為研究古氣候變遷提供了依據(jù)[11,16,35,44,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75].朱照宇等依據(jù)野外實(shí)測(cè)資料,將雷瓊地區(qū)熱帶紅土劃出5個(gè)發(fā)育期次,之后對(duì)廣東西南部雷州半島一帶多層紅土風(fēng)化層與砂泥質(zhì)沉積層疊置的剖面提出了6個(gè)紅土-沉積旋回,代表了氣候的旋回變遷.邵家驥通過(guò)對(duì)蘇南及沿江地區(qū)網(wǎng)紋紅土的巖性、孢粉組合等研究表明,沉積時(shí)期有7次溫濕-干涼的氣候波動(dòng).蔣復(fù)初等發(fā)現(xiàn)江西九江地區(qū)紅土顯示出準(zhǔn)0.4Ma的周期變化,這與黃土高原、青藏高原構(gòu)造層和地球公轉(zhuǎn)軌道偏心率變化所反映的準(zhǔn)0.4Ma構(gòu)造氣候旋回基本一致.贛江流域網(wǎng)紋紅土的孢粉分析也表明,中更新世氣候變化存在7個(gè)冷暖干濕氣候旋回.顧延生研究江西修水網(wǎng)紋紅土的植硅石分出了10個(gè)氣候變化階段,李長(zhǎng)安將該剖面的植硅石與磁化率和地球化學(xué)氣候標(biāo)志對(duì)比,在距今約0.9～0.1Ma的網(wǎng)紋紅土中識(shí)別出6個(gè)氣候旋回,并將其與黃土-古土壤和深海氧同位素氣候旋回進(jìn)行對(duì)比.近年來(lái),分子化石的研究在紅土研究中開(kāi)始嶄露頭角,江西修水、浙江長(zhǎng)興、安徽宣城等地區(qū)的更新世網(wǎng)紋紅土分子化石記錄研究所反映的生物氣候波動(dòng)可與深海氧同位素曲線4～20階段進(jìn)行對(duì)比.例如,對(duì)江西星子葉家壟組網(wǎng)紋紅土研究認(rèn)為,這里的紅土沉積可分為下部3個(gè)旋回和上部3個(gè)旋回,6個(gè)旋回反映每次加積后經(jīng)歷了一期濕熱氣候下的風(fēng)化階段,植硅石和孢粉研究則發(fā)現(xiàn)該區(qū)經(jīng)歷了溫涼、干冷、溫涼、暖濕4個(gè)氣候階段.雖然磁學(xué)性質(zhì)在南方紅土中的影響因素較為復(fù)雜,紅土的環(huán)境磁學(xué)研究需要新的思路和方法,但仍有不少研究認(rèn)為第四紀(jì)紅土中的磁學(xué)性質(zhì)可以作為研究第四紀(jì)環(huán)境變化的手段之一[26,35,57,70,71,72].例如,岳陽(yáng)市月山紅土剖面磁化率分析顯示,洞庭盆地氣候從中更新世早期到全新世存在干涼-濕熱-干涼-濕熱的轉(zhuǎn)變.對(duì)南京雨花臺(tái)紅土剖面的低頻磁化率研究表明,區(qū)域氣候由濕熱向溫涼轉(zhuǎn)變的總體特征.結(jié)合土壤地層學(xué)、磁化率、全氧化鐵和碳同位素等測(cè)定手段,許多學(xué)者研究了安徽宣城紅土沉積,結(jié)果表明該區(qū)自中更新世以來(lái)經(jīng)歷了7-8次冷暖變化,與黃土高原黃土-古土壤系列具有一致的氣候旋回特征[11,16,57,58,59,60].尹秋珍等對(duì)安徽宣城網(wǎng)紋紅土進(jìn)行了微觀研究,表明紅土沉積期經(jīng)歷了多階段的氣候波動(dòng),白色網(wǎng)紋形成時(shí)期指示中更新世夏季風(fēng)極強(qiáng)盛期.熊尚發(fā)等認(rèn)為九江剖面下部網(wǎng)紋紅土的風(fēng)化強(qiáng)度大大高于剖面上部的褐黃色土,可能暗示中更新世晚期以來(lái)存在較為普遍的氣候惡化(干冷)趨勢(shì).鄭琰明等認(rèn)為南方網(wǎng)紋紅土不是在持續(xù)的濕熱背景下形成的,其間可能經(jīng)歷了相對(duì)冷濕或涼干的氣候波動(dòng).朱麗東認(rèn)為浙江金衢盆地紅土粒度的縱向變化旋回和趨勢(shì)可能指示中更新世來(lái)南方氣候的不穩(wěn)定性和氣候逐漸變干冷的趨勢(shì).趙其國(guó)等概述了我國(guó)南方紅土的形成時(shí)期,將中更新世以來(lái)的沉積物-紅土(古土壤)劃分為8個(gè)沉積旋回,認(rèn)為代表了8個(gè)大的氣候旋回,與我國(guó)北方黃土-古土壤系列具有明顯的可比性.黃鎮(zhèn)國(guó)等將華南紅色風(fēng)化殼發(fā)育劃分為6個(gè)期次,并通過(guò)研究南方紅土的自然地帶變遷及紅土期、構(gòu)造期及氣候期的耦合關(guān)系,認(rèn)為我國(guó)華南紅土期是氣候周期性變化的反映,并受全球氣候變化,青藏高原隆升影響,與季風(fēng)環(huán)流的形成與發(fā)展是分不開(kāi).楊浩、喬彥松等將我國(guó)南方的網(wǎng)紋紅土剖面與洛川黃土-古土壤序列的標(biāo)準(zhǔn)剖面對(duì)比,發(fā)現(xiàn)有較好的一致性和對(duì)應(yīng)性,與深海氧同位素氣候曲線具有很好的可對(duì)比性.此外,多種地球化學(xué)指標(biāo)在紅土地層學(xué)與環(huán)境重建研究中,不斷揭示出“熱中見(jiàn)涼”的多旋回氣候特征和多期紅土化作用[17,24,35,48,51,59],中國(guó)南方紅土是濕熱條件下的產(chǎn)物,其沉積相的細(xì)微變化同樣受全球氣候波動(dòng)的影響,與中國(guó)北方的黃土-古土壤序列一樣,能夠記錄過(guò)去全球氣候的規(guī)律性變化,是全球變化研究值得注意的信息載體.綜上所述,關(guān)于我國(guó)南方紅土研究,雖然還存在一定的爭(zhēng)議,但是大部分學(xué)者認(rèn)為利用地貌學(xué)、地層學(xué)、地球化學(xué)、土壤學(xué)、古地磁學(xué)和年代學(xué)等方法對(duì)南方第四紀(jì)紅土進(jìn)行綜合研究,可以建立紅土分布區(qū)的氣候、構(gòu)造環(huán)境演變序