长江武汉段近代河流沉积特征

摘要： 本文着重研究长江武汉段河流的平面分布、垂向沉积结构及各地段剖面间相互关系，并用灰色理论进一步阐明了长江各桥剖面沉积厚度、粒度的接近性。认为长江武汉段地壳至少发生了三次升降运动，地壳运动在间歇性变化，此运动既具有连续的继承性又具有明显的不均一性。

Abstract: The paper emphasis on the study of Wuhan section，Yangtze River,its fluvial characteristics，vertical sedimentary structures and relationships between different cross sections of different areas.Grey theory analysis further illustrated that all the bridge profiles of Yangtze River in Wuhan have similar sediments thickness and grain sizes.We believed that Wuhan section of Yangtze River experienced three times crustal movement at least,the intermittent crustal movement with characteristics of continued succeeding and apparent uneven.

关键词：长江武汉段；沉积结构；灰色理论；新构造运动

Key words: Wuhan section of Yangtze River；sedimentary structure；gray theory；new tectonic movement

中图分类号：P9文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）25-0316-02

0 引言

长江武汉段近代沉积及其地质背景与国民经济发展密切相关，对长江武汉段近代河流沉积特征的研究不仅关系到当前和今后若干年长江航运、防洪、抗洪措施的制定和实施，而且也是武汉地区中长期国民经济规划和决策必须考虑的基本因素。河流沉积前人已做了许多研究，并取得较多的研究成果。

1 地质背景

长江武汉段位于长江中游，大别造山带南部，上地幔隆起的东部边缘地区，自金口镇入口，沿北东向流经武汉市区，在武汉长江大桥附近因龟山、蛇山二山的控制，形成窄口，即形成一节点，江面宽仅1.1公里，往下游江面逐渐展宽，至桥址两大堤间宽约2公里，桥址下游4.5公里处被天兴洲分为南北两汊，过天兴洲两汊合流后，急转东流，经阳逻出境，河段全长约五十公里。

自远古以来频繁的构造运动都在武汉地区留下形迹，新构造运动在本区也有一定的影响。武汉地区自古生代志留纪以来，沉积了一套较为完整的海、陆相地层。三叠纪末的印支运动成陆后，全区转入完整的陆相坳陷沉积环境，后经燕山运动末期亚旋回，地层发生强烈褶皱，至第四纪又覆盖了较厚的陆相碎屑①。

2 长江武汉段河流沉积基本特征

由于长江武汉段不同区域河流的水流作用及新构造的差异以及水动力条件不同，因此其沉积特征也各不相同，具体到不同地段就有不同沉积特征，不同地段沉积特点可通过几座长江大桥剖面沉积特征反映出来。

2.1 长江二桥剖面沉积特征 长江二桥桥址区河道顺直，河岸稳定，深槽偏武昌岸，两岸地处长江滩地及阶地，低水位时，滩地外露，汉口岸滩地宽约300米，武昌岸滩地宽约120米，两岸一级阶地地形较平坦，但因受表流切割影响，宽浅沟较为发育，汉口岸的沉积物较细，武昌岸的沉积物粒度相对较粗，这里由于汉口岸的水动力能量小一些；武昌岸的堆积物较汉口岸的稍高，说明武昌岸为堆积岸，汉口岸为侵蚀岸，主要由于长江沿岸地壳升降幅度不一样，受金口断裂影响，使河床两侧摆动甚小，局部地段形成深槽，使河槽地带不断下沉沉积的厚度较大，且武昌区地面以下有掩埋溶洞和深埋的下更新世与中更新世地层及掩埋阶地造成的。地层由武昌至汉口方向逐渐变老，也看出高漫滩及一级阶地为二元结构，上部为8-19厚的粘性土层，下部主要为粉、细、中为主。

2.2 长江三桥剖面沉积特征 长江三桥位于白沙洲，桥址区长江流向北东，河面宽约2公里，靠武昌岸一侧发育江心洲即白沙洲，枯水期洲长约为3公里，宽400米，洲面高程约16.18米，将长江分为主、副两个河道，汉阳一侧五河道宽约1100米，河东最低高程6.7米，两岸地貌单元属长江一级阶地。地势平坦，筑有防洪堤，桥址区河道较为平直，汉阳岸有滩地，宽约400米，滩面高程23米左右，武昌岸有一些小的矶头，岸线尚稳定。河漫滩及两边陡、缓坡岸均为发育，而陡坡以江的北段较南段为发育，系长江水流作用方向的改变及新构造运动的差异性所致，主要为第四系全新统及中更新冲积层相沉积物。

2.3 其它桥的剖面沉积特征 长江四桥将在天兴洲兴建，因此选取天兴洲的沉积特征代表四桥沉积特征，目前洲南河道为主航道，江面宽达1000-1100米，而洲北河道宽只有800米左右，并逐渐淤浅，河床横断面一般南东岸深陡北西岸浅缓。天兴洲发生了显著的向北横向迁移，使主支汊交替，地质剖面如图1所示。

剖面分析：整个剖面共有两个沉积旋回，第一旋回为砂砾石和细砂层；第二旋回为砂砾岩、粉砂岩、亚砂土，两个旋回均是由粗到细的正旋回，属河流动荡环境的表现特征，反映出该地区至少经历了两次运动。

3 沉积结构特点

长江武汉段受金口断裂、襄-广断裂及新构造间歇性升降运动及水动力条件的影响使各地段沉积结构有明显差异，由长江几个大桥的垂向剖面有所体现，即使同一地段的沉积厚度、粒度、层数不同，为了反映整个河段的沉积特征，从各桥中选取粒度、层数发育比较齐全，能够反映沉积特征的两个剖面做以具体分析。

二桥选取剖面为X21、X22，三桥剖面为X31、X32，四桥剖面为X41、X42。粒度按照由细到粗、以线性递增的原则将粒度共分12个级别，各个级别辅以如下代号：1.粘土；2.亚粘土；3.亚砂土；4.粉砂；5.细粉砂；6.细砂；7.中砂；8.粗砂；9.中砾砂；10.砂砾；11.砾石；12.圆砾土。各桥的垂向剖面厚度变化如表1所示：

相应各剖面粒度变化如表2所示。

根据两表可做出剖面沉积结构变化趋势如图2和图3所示。

图中从左到右为从底到顶层数变化。从二图反映出X21、X32厚度呈有规律的变化，即：厚度由厚到薄，由薄到厚，变化幅度基本一致。X22、X31\X41厚度变化大，特别X41与X42厚度变化悬殊。剖面越到顶部沉积越厚，到最顶部又突然变薄，表明四桥受天兴洲结点控制，X22厚度由厚到薄，又由薄到厚，逐渐递增，这些说明地壳运动在间歇性变化，反映此运动既具有继承的连续性又具有明显的不均一性，而粒度变化曲线图表明在剖面底部一般为粗粒，中部粗细交替，而到顶部又变细，大多为粘土层。

由沉积结构变化趋势图中看出各剖面都有三个沉积旋回，粒度都为从粗往细变化，为正旋回，说明地壳至少发生三次升降运动。所有曲线反映整个河段以粉砂、细砂、中砂为主。

4 长江武汉段河流沉积特征定量分析

定量分析法有多种，由于实际需要本文采用两种方法：灰色系统因素相互影响的关联度分析法和数理统计法。限于篇幅，本文略去这两种方法的基本原理。

4.1 不同长江大桥近代沉积剖面粒度变化分析 武汉段各桥柱状图可明显看到不同地段的垂向剖面沉积粒度变化有明显差异，即使同一地段不同位置，粒度相应千差万别。

4.1.1 同一地段不同垂向剖面粒度变化 从长江二桥、三桥、四桥各自不同位置剖面图上看到粒度差异较大，本节选取剖面相对发育、粒度比较齐全的长江二桥加以具体分析。选取长江二桥剖面，分别令X1、X2、X3、X4、X5，这些剖面的粒度组成五组序列，如下：X1=｛5,7,6,7,4,3｝，X2=｛12,6,4,6,3｝，X3=｛6,3,6,7,6｝，X4=｛6,7,6,7,6｝，X5=｛2,6,2,6,4,2｝。

由于X1、X5中序列长度大于其他三个序列的长度，为了能找到相互接近程度，X1和X5各自划分为两个序列，分别为X11、X12 、X51、X52，其各自的序列如下：X11=｛6,7,6,7,4｝，X12=｛7,6,7,4,3｝，X51=｛2,6,2,6,4｝，X52=｛6,2,2,2,4｝。

若有别的序列与四个中有接近关系，则可以说短序列在长序列上滑动，将这些序列无量纲化，以X3为参考序列，经差值化，求得二级最大和最小，得到关联度值：R11=0.87,R12=0.74,R2=0.75,R4=0.91,R51=0.62,R52=0.56，则R4＞R11＞R2＞R12＞R51＞R52。

故可知X3与X4最接近，说明两个剖面的粒度结构相差不多，X3在X1上滑动与X11相接近，则X3，X4，X11所处剖面处于同一构造区域。三桥做同样的处理，第二条剖面与第一条剖面相接近。

4.1.2 不同地段沉积剖面粒度变化 由前面分析可选取每个大桥粒度发育较完好的剖面进行空间分析，分别选取一桥、三桥、四桥的剖面记为X21、 X22 、X31 、X32、 X41，他们组成的序列如下：X21=｛4,2,3,6,4,2｝，X22=｛6,2,6,7,4,2｝，X31=｛12,2,11,2,9,3｝，X32=｛2,11,7,8,6,4｝，X41=｛10,6,1,2,5,2｝

统计初始化，以后自序列为参考数列，得到五个序列在空间的关联矩阵:

此关联矩阵分析：从关联矩阵值中得出X31与X41关联值为0.76，表明三桥与四桥不同钻孔剖面粒度结构变化不大，沉积环境相近，而X31与X32的关联值为0.55，反映三桥不同钻孔剖面粒度结构变化显著，两者的沉积环境差异大，从平均值比较R22＞R32＞R31＞R21，表明二桥与其他桥不同钻孔沉积结构相近。由平均值大小可选取相关最好的X22，X41，X32进行分析，以各自序列做出关联矩阵为：从关联矩阵中看出X22和X32的关联值最大，反映两者沉积环境相近，即二桥和三桥粒度变化差异不大，与上面分析相吻合。

4.2 不同长江大桥近代沉积剖面厚度变化分析 武汉段不同地段垂向剖面沉积厚度不同，为了取得空间上的相互联系，对厚度变化做以关联分析。取二桥、三桥、四桥的剖面分别为X21、X22、X31、X32、X41、X42，其各自对应厚度序列为：X21=｛1.59,11.3,2,8.3,4.6,11.9｝，X22=｛15.9,4.75,4.65,2,5.01,10.27｝，X31=｛1.4,5.05,3.05,1,11.33,2｝，X32=｛8.35,0.4,6.7,1.55,8.05,2｝，X41=｛3.01,2，9.15,2,25,8.2｝，X42=｛3,4.12,7,3.25,24.08,6.13｝

进行统一初值无量纲化，以各自序列为参考序列，进行无参考点的静态关联度计算，得出

此关联矩阵分析：从关联矩阵中明显看出0.88>0.867>0.85>…>0.41,得出X41与X42的剖面厚度变化最接近，说明两者沉积环境没有明显变化，相对稳定。X31与X41的关联值均大于或等于0.85，说明三桥与四桥的不同钻孔剖面存在相近的沉积环境，X41与X22的关联值只为0.41，反映二桥与三桥的不同钻孔剖面沉积环境不同，X22与X21的关联为0.51，表明虽然两剖面位置较接近，但沉积环境差异较大，反映二桥在横向上变化较大，从所有关联平均值大小比较，R42＞R31＞R41＞R22＞R32＞R21，从整个空间上四桥钻孔与其他桥钻孔剖面沉积环境相近。

5 结语

研究表明长江武汉段地壳运动在间歇性变化，此运动既具有连续的继承性又具有明显的不均一性，整个河段底部为粒度相对粗的沉积物，中部为粗细交替，而到顶部为相对细的沉积物，大多为粘土层。并从各个剖面沉积曲线图反映每个剖面都有三个沉积旋回，粒度都为从粗往细变化，为正旋回，说明地壳至少发生了三次升降运动，整个河段以粉砂、细砂、中砂为主。并由于新构造运动及水流特征的影响，长江两岸沉积物呈条带状分布，南岸相对北岸厚粗。

注释：

①内部资料.

参考文献：

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