前人在洞庭湖地区、江汉平原周缘和九江地区等, 建立了区域性第四系地层划分与对比方案(表1)。在洞庭湖周缘地区将网纹红土与下伏砾石层视为河流相二元结构, 按照其出露的高程或与湘江水面相对高差为依据, 分别建立了白沙井组、新开铺组和洞井铺组, 将白沙井组的时代确定为中更新世, 将新开铺组和洞井铺组的时代确定为早更新世。而江汉平原周缘及黄广地区则将第四纪网纹红土层的时代确定为中更新世, 将下伏砾石层的时代确定为早更新世, 并分别在宜昌地区建立了善溪窑组和云池组, 在武汉地区建立了王家店组和阳逻组。江西九江地区则将网纹红土分别划分为中更新世叶家垄红土、进贤组和早更新世赛阳红土, 以冰川论为基础建立了大排岭泥砾、大姑组和鄱阳组等冰期堆积和间冰期的九江组砾石层堆积。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 区内第四系中、下更新统划分与对比沿革表[7, 10, 11, 12, 13] Tab.1 Stratigraphic division and comparison of Quaternary Lower and Middle Pleistocene in Jianghan-Dongting area and Huangguang-Jiujiang area[7, 10, 11, 12, 13] 年代 江西九江地区[12] 湖南洞庭盆地周缘[10, 11] 湖北江汉盆地周缘及黄广地区[7, 13] 中更新世 叶家垄红土 进贤组 马王堆组(网纹红土) 善溪窑组 网纹红土 王家店组 网纹红土 大姑组 白沙井组 网纹红土段 砾石层段 早更新世 赛阳红土 九江组 新开铺组 网纹红土段 云池组 砾石层 阳逻组 砾石层 砾石层段 鄱阳组 洞井铺组 网纹红土段 砾石层段 石牌岭组 网纹红土段 大排岭泥砾 砾石层段 元佳冲组

表1 区内第四系中、下更新统划分与对比沿革表[7, 10, 11, 12, 13] Tab.1 Stratigraphic division and comparison of Quaternary Lower and Middle Pleistocene in Jianghan-Dongting area and Huangguang-Jiujiang area[7, 10, 11, 12, 13]

前人的方案不仅造成了长江中游江汉— 洞庭地区和黄广— 九江地区第四系格架之间的互不相容, 而且对第四纪沉积特征、河湖演化及其地质环境效应研究带来了极大的困扰。第四系划分与对比是研究区亟待解决的重大基础地质问题。

长江中游自湖北宜昌至江西湖口一带, 东西长约950 km。以两侧发育的江汉— 洞庭湖群和鄱阳湖为中心, 呈现出环形、层状地貌特征, 地势有规律地由湖盆、冲积平原、阶地、岗地、低丘、高丘变化, 逐步过渡到外围的低山和中低山地貌, 而大别山东段南麓与幕府山北端的黄石一带成为江汉— 洞庭地区与黄广— 九江地区“ 一江两湖” 地貌轮廓的分界线(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 长江中游群山环绕、“ 一江两湖” 的地貌轮廓Fig.1 Landforms of river surrounded by mountains and one-river with two-lakes in the middle reaches of Yangtze River

区内山地、丘陵主要以古生代或前古生代沉积岩或变质岩为主, 间以不同时代的侵入岩或喷发岩。沿江或盆地周缘主要发育白垩系红色碎屑岩, 古近系和新近系普遍缺失, 仅局部发育弱固结砂砾岩夹湖相(或盐湖相)沉积。江汉— 洞庭地区白垩系— 新近系中常见基性玄武岩夹层。区内早更新世以河湖相为主, 晚期发育以宜昌砾石层、白沙井砾石层、阳逻砾石层和九江砾石层等为代表的冲洪积扇沉积; 中更新世广泛发育以网纹红土为代表的沉积; 晚更新世发育下蜀土或局部沙山堆积; 全新世以河湖相沉积为主。

江西九江长虹大道等多个砾石层或泥砾层的测年数据表明^[20], 大姑组泥砾层年龄为1.00~0.78 Ma、而九江组年龄为1.2~1.0 Ma^{[21, 22]}, 大姑组和九江组时代为早更新世晚期。利用古地磁法、热释光、光释光(optically stimulated luminescence, OSL)、电子自旋共振(electron spin resonance, ESR)等方法测得江西九江地区进贤组下部网纹红土中砾石层年龄为0.73 Ma, 赛阳红土、叶家垄红土等典型的网纹红土层的时代小于0.78 Ma^{[21, 22, 23, 24, 25]}。年代学研究表明, 江西九江地区进贤组、叶家垄红土和赛阳红土的时代属于中更新世, 应属于同一套地层, 只是在不同的地点覆盖于不同的早更新世砾石层之上, 被早期的研究者赋予了不同的时代含义。下伏大姑组泥砾、九江组等砾石层的年代为早更新世晚期。

江汉— 洞庭地区更新统砾石层和上覆网纹红土的年代学研究表明, 宜昌猇亭卢演冲、云池阳逻半边山、常德黄土山、常德太阳山等地的更新统砾石层年龄为1.2~1.1 Ma^{[4, 13, 14, 15, 25, 26, 27]}。环洞庭盆地周缘湘潭、宁乡、澧县王家厂等地以及江汉盆地周缘的当阳、京山、钟祥一带也广泛发育早更新世砾石层, 笔者对此补充开展了环江汉— 洞庭盆地周缘砾石层的年代学研究, 结果表明其时代均为早更新世晚期(表2), 与前人在宜昌、常德等地获取的年龄数据是一致的。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 江汉— 洞庭盆地周缘更新统砾石层实测年龄数据 Tab.2 Measured ages of Pleistocene gravel layers in Jianghan-Dongting area 采样地点 岩性 ESR测年数据/ka 测年时代 澧县王家厂镇北 粗砂 1 710 Qp1 澧县官亭 粉细砂 1 240 Qp1 临澧修梅太平 细砂 1 690 Qp1 常德黄土山 中细砂 > 200 Qp1 宁乡北 粉细砂 1 070 Qp1 宁乡高家堰 中细砂 980 Qp1 湘潭湖南科技大学 粗砂砾 960 Qp1 长沙体院路 细砂 700 Qp1 京山永兴镇 粗砂细砾 1 190 Qp1 当阳窑湾 粉细砂 870 Qp1 钟祥一中西 含砾中粗砂 1 520 Qp1

表2 江汉— 洞庭盆地周缘更新统砾石层实测年龄数据 Tab.2 Measured ages of Pleistocene gravel layers in Jianghan-Dongting area

网纹红土和下伏更新统砾石层的年代学研究表明, 网纹红土的时代属于中更新世(Qp₂), 而下伏砾石层的时代属于早更新世晚期(Qp₁), 二者之间存在广泛的沉积间断, 为不整合接触关系。任美锷等^[19]、杨怀仁等^[1]早期研究者认为长沙一带网纹红土与下伏白沙井砾石层之间存在不整合接触关系。这一不整合或假整合接触关系不仅得到了众多测年数据的支持, 而且在江汉— 洞庭地区周缘的岗波状平原区(包括湖南长沙和湖北宜昌、武汉阳逻等地), 近年来大规模工程建设揭露的多个剖面清楚地显示出砾石层与上覆网纹红土之间存在显著的沉积间断或侵蚀面(图2), 进一步揭示了这种不整合接触关系的广泛存在。

图2

Fig.2

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	图2 常德黄土山一带网纹红土层与下伏砾石层之间的不整合接触(标尺长30 cm, 镜向NE)Fig.2 Unconformity contact between reticulate red layer and underlying gravel layer in Huangtushan area of Changde County(Scale:30 cm, NE)

江西九江地区, 进贤组、叶家垄红土、赛阳红土等网纹红土层上覆大姑组泥砾层、九江砾石层, 下伏晚更新世(Qp₃)沙山砂层或新港黏土层。年代学研究和地层叠覆关系的综合分析表明, 江西九江地区进贤组、赛阳红土、叶家垄红土等网纹红土层的时代应属中更新世(Qp₂), 大姑组泥砾层、九江砾石层的形成时代为早更新世晚期(Qp₁), 二者之间具有显著的沉积间断, 为不整合接触, 和江汉— 洞庭地区网纹红土与下伏砾石层的接触关系十分相似^{[1, 18]}。

综合江汉— 洞庭地区与黄广— 九江地区早更新世砾石层及上覆网纹红土层年代学和地质体叠覆关系研究成果, 将网纹红土层与下伏砾石层之间存在的接触关系确定为不整合是恰当的。网纹红土是在白沙井砾石层等沉积并经侵蚀之后的堆积物, 二者不是连续沉积的, 白沙井砾石层形成于早更新世(Qp₁), 而上覆的网纹红土则形成于中更新世(Qp₂)。

区域调查表明, 在九江砾石层之下, 尚发育一套砂砾石或含砾砂层沉积, 笔者称之为黄梅砂砾石层。黄梅砂砾石层在黄梅县南部的濯港一带较为发育(图3), 代表了花岗岩深风化作用形成的长石石英砂屑或以脉石英为主形成的细砾石的快速近缘堆积。钻探资料显示, 这一堆积物向SE发育至九江— 瑞昌之间的长江右岸一带, 深埋于全新统(Qh)现代河流堆积之下60~100 m, 与九江砾石层、大姑泥砾层的层位相比, 黄梅砂砾石层的发育层位要低, 可能代表早更新世中期的沉积。黄梅砂砾石层可能与梅家洲砾石层相当, 后者仅见于江西湖口梅家洲一带的钻孔中, 并伏于九江砾石层、大姑组泥砾层之下, 代表了早更新世中晚期河流相作用的产物。

图3

Fig.3

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	图3 黄梅— 濯港一带花岗岩风化产物近缘搬运堆积形成的黄梅砂砾石层Fig.3 Huangmei sandy gravel layer formed by the near source accumulation of granite weathering products in Huangmei-Zhuogang area

结合对长江中游江汉— 洞庭地区和九江地区晚更新世地层的已有研究, 提出江汉— 洞庭地区与黄广— 九江地区更新世地层划分和对比的建议方案(表3)。

表3

Tab.3

表3(Tab.3)

表3 长江中游地区第四系划分与对比(本案)及其地质背景 Tab.3 Quaternary stratigraphic division and comparison of the middle reaches of Yangtze River (this case) and its geological background

表3 长江中游地区第四系划分与对比(本案)及其地质背景 Tab.3 Quaternary stratigraphic division and comparison of the middle reaches of Yangtze River (this case) and its geological background

方案将湖南洞庭盆地周缘已建立的白沙井组、新开铺组及洞井铺组的下部砾石层段称白沙井砾石层, 并与任美锷等^[19]、杨怀仁等^[1]所称的白沙井砾石层相当。将白沙井组、新开铺组及洞井铺组的上部网纹红土段与马王堆组对比, 称马王堆组, 相当于任美锷等^[19]所称网纹红土和杨怀仁等^[1]所称网纹红土及底部泥砾层。将黄广— 九江地区的进贤组、叶家垄红土、赛阳红土视为同一套地层, 并将分布于长江中游江汉— 洞庭地区与黄广— 九江地区的中更新世网纹红土层进行对比, 其与下伏砾石层之间为不整合接触。

环江汉— 洞庭地区, 与宜昌砾石层、阳逻砾石层相当, 在当阳、孝感、咸宁、岳阳、汨罗、宁乡、津市、松滋等地, 还发育有钟祥砾石层、常德砾石层、白沙井砾石层等, 且具有与宜昌砾石层、阳逻砾石层相似的河流相沉积特征(图4), 呈环带状分布于江汉— 洞庭盆地周缘低山、丘陵向平原、岗地过渡区(图5)。在坡麓一带, 往往发育黏性泥石流堆积, 如洞庭盆地西缘的津市黄姑山黏土砾石层或庐山坡麓的大姑组黏土砾石层。

图4

Fig.4

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	图4 武汉阳逻河流相砾石层Fig.4 Fluvial gravel layer in Yangluo of Wuhan

图5

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	图5 长江中游地区更新世砾石层典型剖面位置Fig.5 Typical profile location of the Pleistocene gravel layer in the middle reaches of Yangtze River

上述环江汉— 洞庭地区砾石层, 具有河流相冲洪积扇的特点。从砾石的物源看, 其与环江汉— 洞庭地区短程河流密切相关^{[16, 17, 18]}, 如阳逻砾石层的发育与府河有关^[28], 常德砾石层则与沅江的发育有关, 宁乡一带的砾石层则与沩水发育有关。砾石层的结构特征及其标志性砾石成分与支流的相关性表明, 宜昌砾石层、阳逻砾石层, 以及同期发育在当阳、孝感、咸宁、汨罗、宁乡、津市、松滋、钟祥、常德等地的早更新世砾石层, 是江汉— 洞庭盆地周缘呈辐射状发育的短程河流的冲洪积扇堆积。

与代表了强劲的水动力、以冲洪积相为主的早更新世砾石层不同, 区内的中更新世网纹红土层则是以细粒沉积物为主的河湖相沉积^{[14, 16]}, 并辅以风扬沉积。这些沉积物同期或进一步接受后期湿热化改造, 不同程度地广泛发育网纹化。在九江地区广泛发育进贤组、叶家垄组或赛阳红土, 江汉— 洞庭地区同期则发育马王堆组、善溪窑组或王家店组网纹红土, 底部发育透镜状网纹砾石层。

江汉— 洞庭地区周缘早更新世砾石层与上覆网纹红土的广泛分布与发育特征表明, 经历了早更新世各入湖支流发育冲积扇沉积后, 江汉— 洞庭地区发育最为广泛、横向可对比性最强的中更新世河湖相堆积, 代表了区内地质环境在早— 中更新世之交发生了重大调整, 这一调整除却气候变化引起的降雨量重大变化之外, 应为长江上游“ 川峡二江” 续接贯通产生的环境地质效应。长江上游“ 川峡二江” 续接贯通引来了巨量水源, 使江汉— 洞庭地区迅速演变为一个统一的大湖泊^{[16, 18]}, 并掘开黄石东去, 而使长江贯通。

长江中游地区早— 中更新世地质环境的重大调整是“ 中更新世革命” 在长江中游乃至中国东部地区的反映, 造成了区内沉积环境的重大调整, 此外气候、降雨量在短时间内也骤然变化。