（二）技术路线及主要方法

主要采用环境地球化学研究中的“调查取样—分析测试—对照比较—综合评价”的方法。

首先对区内钻孔岩心及地表第四纪地层和文化层剖面进行野外观察研究和系统采样，然后通过¹⁴C、ESR等多种年代学手段，建立年代地层序列；再对其进行地球化学参数（常量和微量元素含量）、有机质含量、植物孢粉或硅酸体、矿物学、土壤粒度组成特征、磁学参数等多指标进行分析测定；通过统计计算、图形对比和综合分析，确定不同时代不同成因各种第四纪环境介质的多参数特征；通过采用相关分析、因子分析和聚类分析等多元统计学方法研究元素的组合特征及元素与其他环境参数的关系；在多元统计分析、地球化学分析及孢粉学研究等相关的综合分析的基础上，构建并相互验证地球化学环境评价的指标参数，如元素对比值、因子计量等，并对指标的时空变化规律进行统计和作图分析；通过采用有序样品最优分割、聚类分析等，对样品进行分类，将沉（堆）积的自然和文化地层划分为若干个代表气候环境、沉积环境、地球化学环境及人类生活环境演替的阶段；通过采用时域和频域等各种时间序列分析法，研究沉（堆）积层环境参数变化的趋势性和周期性，划分地球化学环境变化旋回，并与我国北方黄土系列、南方红土剖面及其他全球环境变化记录进行对比，验证和查明本区域环境变化与全球环境变化之间的耦合关系，建立起地球化学环境指标时间变化的ARIMA模型（Autoregressive Integrated Moving Av-erage 模型），预测未来的变化趋势。具体技术路线见图1-1。

第四纪红土分为洞庭湖平原区和周边岗地区（含长株潭地区），对两部分进行剖面采样研究。钻探工作则分别在湘江流域的长沙城集区与下游工业发达区、澧水流域下游澧阳平原的农耕史悠久区、安乡以长江源为主的冲湖积区和东洞庭湖区的南与北部综合因素区各施工1个钻孔，孔深主要以揭穿更新统上部为目标。文化层采样剖面主要分布于农业史悠久、考古资料丰富、序列清晰完整的澧阳平原和长沙古城区。

本书把第四纪红土作为一个地质体（而不是土壤体），从地质地球化学角度，区域性与局部性结合进行研究。研究中充分利用采石场、公路割切的山坡以及某些天然冲沟进行剖面观察和采样，在样品采取和加工中剔除砾石等明显不能代表地球化学特征的杂物。对剖面上岩石的结构构造，如颗粒成分和结构形态等的区域变化规律进行地层学对比研究，并结合ESR测年等方法，建立本区第四纪红土的时间序列，为探讨第四纪红土中化学元素的时空分布规律提供地质基础。本研究调查采样的剖面在时代上基本可代表洞庭湖平原及湘江中下游不同地区更新世的第四纪红土状况；地貌上为侵蚀、切割程度不等的丘陵、岗地区，反映了洞庭湖地区及湘江中下游第四纪红土的地貌概貌；垂向上按层次和岩性系统采不同时代的红土样品，因而有一定代表性。

图1-1 洞庭湖区第四纪环境地球化学研究技术路线图

需要说明的是，由于成土作用在空间上的叠加，表现为重叠剖面；主要化学组分的迁移与再沉积的复杂性，标志环境变化的元素或矿物向下或剖面外的转移；剥蚀速度因地貌而异，有时风化与剥蚀同时进行，致使风化产物多处于红土化剖面发育的初始阶段；以及不同时代的红土分布在不同的地形部位，找不到序列完整的剖面，不像北方的风成黄土可以顺序层层叠压形成完整的剖面，给我们的研究增加了难度。要探讨元素的活动行为、分布规律，不能不考虑岩石及风化产物的体积变化，但由于剥蚀、体积质量或相对密度的不稳定性，所进行的探讨也只能是半定量定性的。好在这并不影响我们对于红土地球化学方面主要问题的探讨。