基于地层结构组合的第四纪地质单元划分研究——以皖江经济带沿江丘陵平原区为例

苏晶文， 龚建师， 李运怀， 李云峰， 王毅， 董长春，

杨洋1， 叶永红1， 魏峰1， 朱春芳1， 王睿1, 蔡磊1

(1.中国地质调查局南京地质调查中心,南京 210016; 2.安徽省地质调查院，合肥 230001; 3.江苏省地质勘查技术院，南京 211102)

0 引言

第四纪以来沉积的松散沉积层是地球与人类活动关系最紧密的“关键带”，第四纪地层的岩性、结构和构造等组合，对平原地区的水文地质和工程地质条件具有明显的控制意义，区域第四纪地质调查研究是水文地质和工程地质调查的基础[1-2]。皖江经济带沿江地区的区域性水文地质和工程地质调查工作程度相对较低，主要原因是皖江经济带沿江地区第四纪沉积物成因类型多样，地层接触关系复杂，存在着同期多相、不同沉积环境地层叠置、新地层切割老地层等多种接触关系，而以往的皖江经济带第四纪地质研究主要侧重于第四纪岩石学、年代学、岩相古地理及古环境等方面的研究[3-13]，对不同成因的第四纪地层岩性、结构等组合特征的分析重视不够。本文在已有区域第四纪地质研究的基础上，以地貌以及第四纪地层成因、沉积相和沉积物物源为地质单元划分指标，进行皖江经济带沿江丘陵平原区“第四纪地质单元”划分，总结不同地质单元的地层结构和岩性组合特征，为区域水文地质和工程地质的调查研究提供基础支撑。

1 研究区概况

皖江经济带位于安徽省中部，皖江即长江的安徽段，长约416 km，自西向东贯穿整个经济带，不管是地质条件上，还是在经济区位上，皖江经济带均是长江经济带“承上启下”的重要节点。皖江经济带沿江丘陵平原分布于长江两岸(图1)，属于长江中下游平原。地貌以平原和岗地为主，分布有少量低山丘陵和岗丘。平原区地势低平，平原与岗地交错，海拔一般在15 m左右，低山丘陵、岗丘在空间分布上方向性明显，走向多为NE向。

图1 皖江经济带地质简图

Fig.1GeologicalsketchofWanjiangRiverEconomicZone

根据于振江等[5]的安徽省第四纪岩石地层序列为标准(表1)，皖江沿江丘陵平原区第四系主要分布在平原和岗地区(图1)，其中，平原区第四系以河流相为主，岗地及丘陵岗丘区第四系属于山麓相堆积。河流相地层自下而上分别为下—中更新统青弋江组(Qp1-2qy)、中—上更新统大桥镇组(Qp2-3d)、全新统芜湖组(Qhw)，山麓相地层自下而上为下—中更新统戚家叽组(Qp1-2q)、中—上更新统下蜀组(Qp2-3x)，全新统在山麓相堆积区以近代堆积物为主，岩性复杂且缺乏区域对比性，故未定组。

表1 安徽省第四纪岩石地层[5]Tab.1 Quaternary lithostratigraphy of Anhui Province[5]

2 第四纪地质单元划分

第四纪地层的成因和沉积物物源复杂，导致了土体的复杂性及其工程性质的多变性和不确定性，而沉积韵律和沉积物岩性也控制着区域含水层的分布和地下水水化学特征等水文地质特征，从区域上看，不同地貌、成因和物源的第四纪地层岩性和地层结构有着不同的组合特征和明显的宏观分区分带特性[14-16]。本次第四纪地质单元划分以地貌以及第四系成因、沉积相和沉积物物源为指标，依据地貌和第四系成因、沉积相划分一级地质单元，在此基础上，以沉积物物源为指标进行二级地质单元划分(表2)。

依据上述分区原则，皖江沿江平原第四纪地质单元共划分为3个一级地质单元： 冲积-湖积平原地质单元、洪积-坡积岗地地质单元和残积-剥蚀丘陵地质单元。在此基础上，根据不同的沉积物物源和岩性特征，进一步进行二级分区，共划分为7个二级地质单元(图2、表3)。

表2 皖江经济带沿江丘陵平原区第四纪地质单元划分指标Tab.2 Division indexes of Quaternary geological units inthe hilly plain areas of Wanjiang River Economic Zone

图2 皖江经济带沿江丘陵平原区地质单元分区Fig.2 Zoning of geological units in hilly plain areas of Wanjiang River Economic Zone

表3 皖江经济带沿江丘陵平原区第四纪地质单元划分Tab.3 Division of Quaternary geological units in hillyplain areas of Wanjiang River Economic Zone

3 第四纪地质单元地层结构特征

对不同地质单元的地层岩性、结构、构造等特征进行系统对比分析，将皖江经济带沿江丘陵平原区共归类为7类地层结构组合类型。

3.1 冲积-湖积平原地质单元(Ⅰ)

冲积-湖积地质单元地貌以平原为主，第四纪沉积物以长江及其沿岸支流、湖泊沉积物为主，进一步可分为皖江(长江)冲积平原和支流冲积平原2个二级地质单元。

3.1.1 皖江(长江)冲积平原(Ⅰ1)

该单元主要分布于长江河谷及沿岸的长江漫滩地区，北岸宽阔，南岸狭窄，该区地势平坦，第四系厚50～70 m，第四系松散沉积物主要来源于长江上游和中游的碎屑物。地层自下而上可分为3段： 下部为卵砾石层、含砾中粗砂； 中部中细砂； 上部为灰黄—青灰色含粉砂黏土。这形成了沉积物粒度由粗到细的完整的粒序旋回，呈现了一个沉积旋回的结构特征。皖江(长江)冲积平原地质单元可分为如下2种类型地层结构组合(图3)。

(1)“芜湖组+卵砾石层” 地层结构组合(A型)。该类型地层结构组合主要分布于芜湖的二坝地区、安庆市区及大渡口镇附近等地，多位于长江北岸漫滩地区。芜湖组厚40～70 m，发育完整，岩性从下而上依次为中粗砂—中细砂、细砂—粉砂、灰黄—青灰色粉砂黏土互层-含粉砂黏土-淤泥质黏土、粉质黏土，底部年龄小于1万a，芜湖组下部残留下更新统—新近系(古近系)泥质卵砾石层，厚10～15 m。

(2)“芜湖组+大桥镇组+卵砾石层”地层结构组合(B型)。该类型地层结构组合广泛分布于长江冲积平原地质单元，通常芜湖组中下段不甚发育，芜湖组厚20～30 m，呈侵蚀覆盖于大桥镇组之上。大桥镇组结构组合保留相对完整，平均厚15～20 m，底部发育厚8～15 m的砂质卵砾石层，向上依次为中细砂及粉细砂，大桥镇组下部残留下更新统—新近系(古近系)泥质卵砾石层，厚度不均。

图3 皖江(长江)冲积平原地层结构组合(A型+B型)Fig.3 Stratigraphic architecture combination of the alluvial plain in Wanjiang (Yangtze) River(type A+B)

3.1.2 支流及湖泊冲湖积平原(Ⅰ2)

该单元主要分布在长江支流及湖泊平原地区，一般上游狭窄，下游宽阔，第四系厚20～70 m，上下游变化大，下游局部河流深槽地区第四系厚度大于120 m。第四系松散沉积物来源于各支流上游、中游碎屑物沉积物，以近源堆积为主，为更新世河湖相堆积，下部一般为泥质或砂质充填砾石层。支流及湖泊冲湖积平原地质单元可分为如下2种类型地层结构组合结构。

(1)“大桥镇组+卵砾石层”地层结构组合(C型)。该类型层序结构主要分布于龙感湖、破罡湖、升金湖、菜子湖、石臼湖、南漪湖、西河等湖相沉积地区，第四纪地层平均厚30～40 m。芜湖组仅在浅表层沉积，厚度一般不超过3 m，浅部地层5～10 m以浅为浅灰黄—棕黄色含粉砂黏土、粉砂质黏土，岩性结构紧密，可见铁锰结核或铁锰质浸染，为大桥镇组上段。下部为大桥镇组下段，自上而下粒度逐渐变粗，岩性为青灰色含粉砂黏土—粉砂—细砂(图4)，底部有下更新统—新近系(古近系)卵砾石层残留。

(2)“大桥镇组+青弋江组+卵砾石层”地层结构组合(D型)。该类型层序结构主要分布在青弋江、水阳江、秋浦河、皖河等支流冲积平原区。上游地区松散层厚度小，地层发育不连续，下游地区松散层厚度大，局部河流深槽(如青弋江下游)地区第四系厚度可达120 m(图5)。14C测年显示，5 m左右的地层年龄均大于1万a，由此可见芜湖组仅在浅表层沉积。下部发育2～3层卵砾石层，砾石层从新近纪(古近纪)至第四纪早中更新世均有发育，新近系(古近系)岩性主要为泥质充填卵砾石，青弋江组岩性主要为青灰色、蓝灰色、杂色砂砾石层、含砾砂，大桥镇组在垂相上形成由粗到细的沉积韵律，从下到上依次大致可分为砾石层、中粗砂、粉细砂、黏质粉砂、粉质黏土，局部夹薄层粉细砂及薄层粉质黏土，偶见泥炭及炭化朽木，其从底到顶依次可分为泥砾层、砂砾层、含砾砂、粉细砂。

图4 湖湘沉积地层结构组合(C型)Fig.4 Stratigraphic architecture combinationof lacustrine deposits(type C)

图5 青弋江支流冲积平原地层结构组合(D型)Fig.5 Stratigraphic architecture combination of the alluvial plain in Qingyi River(type D)

3.2 洪积-坡积岗地地质单元(Ⅱ)

该单元地貌以岗地-浅丘状平原为主，第四系松散沉积物来源广泛，以山麓相堆积为主，分布下蜀组、戚家矶组，地层亦遭受不同程度的剥蚀作用，山前地区呈残留状态覆盖于基岩之上。

3.2.1 风成堆积平原-岗地和洪积-坡积岗地(Ⅱ1和Ⅱ2)

“下蜀组/戚家矶组+古近系/基岩”地层结构组合(E型)广泛分布于山前岗地和浅丘状平原区，下蜀组或戚家矶组直接覆盖于安庆砾石层、红层碎屑岩或其他基岩地层之上，地表地层出露较好。风成堆积平原-岗地以下蜀组为主，沉积物为风成堆积(图6)； 洪积-坡积岗地以戚家叽组为主，沉积物多为周边地层经剥蚀后经水流或重力作用的再沉积物，为近源堆积(图7)。下蜀组岩性为棕黄色含粉砂黏土，岩性结构紧密，厚度区域差别较大，通常为2～10 m； 戚家矶组上部为棕红色含粉砂黏土，发育灰白色网纹条带，下部为棕红色含砾粉质黏土或泥质砾石层，岩性密实，地层底部常有薄层的残积层发育，厚3～40 m。

Qp2-3x.下蜀组图6 风成堆积平原-岗地地层结构组合照片(E型)Fig.6 Stratigraphic architecture combination pictureof aeolian accumulation plain-hill(type E)

Qp1-2q.戚家矶组图7 洪积-坡积岗地地层结构组合照片(E型)Fig.7 Stratigraphic architecture combinationpicture of diluvial-slope hill(type E)

3.2.2 风成-洪坡积岗地(Ⅱ3)

“下蜀组+戚家矶组+古近系/基岩”地层结构组合(F型)常见为下蜀组覆盖于戚家矶组之上，在下蜀组覆盖区局部剖面露头可见，主要分布在山前岗地和山前小型冲洪积扇地区，能见到典型露头(图8)。下蜀组残留厚度区域差别较大，2～5 m不等，厚度较大的下蜀组沉积区可见到多层古土壤层，下蜀组底部呈起伏状平行不整合于戚家矶组之上，显示2套地层之间或有着较长时间的沉积间断，戚家矶组遭受剥蚀。

Qp2-3x.下蜀组; Qp1-2q.戚家矶组图8 风成-洪坡积岗地地层结构组合照片(F型)Fig.8 Stratigraphic architecture combination pictureof aeolian-diluvial hill(type F)

3.3 残积-剥蚀丘陵地质单元(Ⅲ)

“近代堆积物”地层结构(G型)主要分布于区内的山间沟谷地带，主要为洪积-残坡积成因，可进一步分为坡积-残积浅丘(Ⅲ1)和基岩残丘(Ⅲ2)2个二级单元，第四系松散沉积物均为近现代堆积物，未建组，厚度一般小于10 m。坡积-残积浅丘第四系岩性复杂，有含砾粉质黏土、碎石、黏土等，基岩残丘第四系自下而上一般为碎石层、含粉砂黏土。

4 结论与展望

(1)第四纪地层的岩性、结构、构造等组合对丘陵平原地区的水文地质和工程地质条件具有明显的控制意义，开展基于地层结构组合的第四纪地质单元划分研究，可为区域工程地质和水文地质调查提供基础支撑。

(2)以地貌、成因和沉积相为指标，皖江沿江丘陵平原区可划分为3个第四纪地质一级单元，在此基础上，以沉积物物源为指标，可进一步划分为7个第四纪地质二级单元。

(3)通过对不同第四纪地质单元的地层结构组合进行分类，共总结了7种地层结构组合类型。

第四纪地质调查和研究是区域水工环工作的基础，皖江经济带沿江平原区地质条件相对复杂，缺少连续沉积的记录，第四系松散沉积物具有成因多样化、物源多元化的特征，本次工作系统总结和对比了不同地质成因和沉积环境下的第四纪地质单元地层结构组合和岩性组合特征，拓展了区域第四纪地质应用研究，有助于该地区水文地质和工程地质调查工作的深入开展，提升区域水工环调查精度和研究深度。

致谢：本次工作的参与单位还包括安徽省地质调查院、江苏省地质勘查技术院、安徽省地质矿产勘查局第一水文地质工程地质队等多家单位，参考了大量1∶20万和1∶5万区域地质调查成果，同时，在工作过程中还得到了南京地质调查中心、安徽省和江苏省相关地质调查单位多位专家的指导，在此一并表示感谢。