喬衍溢，霍潤斌，魯 敏，王 獻(xiàn)，趙凱明，張盼望，劉 勇

中國地質(zhì)調(diào)查局 廊坊自然資源綜合調(diào)查中心，河北 廊坊065000

0 引言

地表基質(zhì)是當(dāng)前出露于地球陸域地表淺部或水域水體底部，主要由天然物質(zhì)經(jīng)自然作用形成，正在或可以孕育和支撐森林、草原、水、濕地等各類自然資源的基礎(chǔ)物質(zhì)［1-2］.地表基質(zhì)層是地表自然資源的承載體和賦存體，按調(diào)查開展層次，進(jìn)一步可劃分為表層（0～0.2 m）、淺層（0.2～2 m）、中層（2～5 m）、深層（5～50 m）地表基質(zhì).5m 以淺地表基質(zhì)層處于生物圈、水圈、大氣圈和巖石圈交互的核心位置，包含生產(chǎn)層（土壤層）和生態(tài)層（土壤母質(zhì)層），外部環(huán)境與內(nèi)部條件共同作用形成了其垂向結(jié)構(gòu)，水、氣、熱、肥等地表基質(zhì)的理化性質(zhì)更是由垂向結(jié)構(gòu)直接控制.華北平原是主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，主要出露多條河流影響下的沖積土，使得垂向上地表基質(zhì)層次分布十分復(fù)雜［3］.因此，以5 m以淺地表基質(zhì)層為例，查明刻畫垂向結(jié)構(gòu)，有助于水肥遷移等科學(xué)研究，并能夠為農(nóng)業(yè)的精準(zhǔn)化管理及土地利用規(guī)劃提供依據(jù).

自馬爾可夫（Markov）利用轉(zhuǎn)移概率描述隨機變量的變化規(guī)律后，前人基于馬爾可夫鏈理論，在地質(zhì)沉積模型識別［4-5］、地層序列分析［6］、土壤類型和質(zhì)地層次［7-10］、地層變異模擬［11］、土地利用流轉(zhuǎn)及景觀格局［12-13］等領(lǐng)域，已經(jīng)取得大量成果.地表基質(zhì)調(diào)查［14-17］中，基于地表基質(zhì)剖面挖掘、工程取樣鉆揭示后描述總結(jié)垂向結(jié)構(gòu)的方法，對地表基質(zhì)類型變異和分布特征更多是宏觀定性描述.缺乏定量模型的描述；地表基質(zhì)類型垂向變化是確定性、隨機性、模糊性共同作用的結(jié)果，現(xiàn)有調(diào)查對區(qū)域上垂向基質(zhì)類型變化規(guī)律刻畫還不夠精細(xì)，需要引入合適的數(shù)學(xué)原理及方法進(jìn)一步對其精細(xì)刻畫.本研究以河北省定興縣為例，將取樣鉆巖心編錄結(jié)果視為不同地表基質(zhì)類型疊置組合的序列，引入嵌入轉(zhuǎn)移概率矩陣定量描述地表基質(zhì)類型的垂向排列規(guī)律，并根據(jù)差值矩陣構(gòu)建最理想情況下的地表基質(zhì)類型疊置樣式.

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)采集

定興縣位于河北省保定市中部，地處冀中平原腹地，總面積為714.4 km2.研究區(qū)地形平坦，總體地勢西北高、東南低，大清河水系的拒馬河、北易水、中易水河自西向東橫貫全境，水文及工程地質(zhì)條件良好.新構(gòu)造運動活動直接控制了區(qū)內(nèi)的地貌格局與水系展布，研究區(qū)地貌類型以沖洪積平原、沖積平原為主，河漫灘、河床及階地在河流兩側(cè)發(fā)育.第四紀(jì)沉積物成因類型相對簡單，主要為沖洪積和河流沉積，覆蓋厚度一般在數(shù)十到數(shù)百米（圖1）.

圖1 研究區(qū)地貌類型及采樣點位分布圖Fig.1 Landform types and sampling sites in the study area1—河床（river bed）；2—河漫灘（flood plain）；3—階地（terrace）；4—沖積洼地（alluvial depression）；5—平坦的沖積平原（flat alluvial plain）；6—傾斜的沖積平原（sloping alluvial plain）；7—傾斜的沖積洪積平原（sloping alluvial-deluvial plain）；8—起伏的沖積洪積平原（undulating alluvialdeluvial plain）；9—采樣點位（sampling site）；10—研究區(qū)（study area）

在定興縣內(nèi)，根據(jù)地貌解譯類型，按照地貌分區(qū)的原則布設(shè)取樣鉆.采樣點位如圖1 所示.在揭穿5 m以淺地表基質(zhì)層的65 個取樣鉆孔點，取埋深等于或超過5 m 所處地表基質(zhì)類型的自然截止深度為底界深度，統(tǒng)計編錄獲取得到的357 個層位的地表基質(zhì)類型及其層厚信息，將其作為轉(zhuǎn)移概率統(tǒng)計研究的原始數(shù)據(jù).編錄結(jié)果表明，地表基質(zhì)類型均為為土質(zhì)基質(zhì)，按照三級分類可進(jìn)一步劃分為砂土（C2s）、壤質(zhì)砂土（C2l）、黏質(zhì)砂土（C2c）、砂質(zhì)壤土（C3s）、壤土（C3l）、黏質(zhì)壤土（C3c）、砂質(zhì)黏土（C4s）、壤質(zhì)黏土（C4l）、黏土（C4c）等9 種類型.考慮到傾斜的沖洪積平原和階地地貌類型面積較小，且采樣點較少，對此兩種地貌類型不再分區(qū)研究.

2 研究方法

根據(jù)定義，當(dāng)推測后續(xù)狀態(tài)時，影響因素只與當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)，而與過去狀態(tài)無關(guān)的性質(zhì)稱為馬爾可夫性.馬爾可夫鏈?zhǔn)且唤M具有馬爾可夫性質(zhì)的離散隨機變量的集合.馬爾可夫鏈理論具體應(yīng)用到本研究中，表示了沉積作用下，地表基質(zhì)隨深度自下而上從某種類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型的概率大小，可以認(rèn)為這是一個因變量地表基質(zhì)類型只隨單一自變量深度變化的一維馬爾可夫鏈.本研究采用轉(zhuǎn)移概率（Transition Probability）方法定量描述定興縣地表基質(zhì)垂向上類型變化規(guī)律，完成馬爾可夫性檢驗后，根據(jù)轉(zhuǎn)移概率的計算結(jié)果，開展置換分析、熵分析、差值矩陣與環(huán)流分析等轉(zhuǎn)移概率綜合分析，從而獲取區(qū)域地表基質(zhì)類型的宏觀規(guī)律.

轉(zhuǎn)移概率計算方式通?？煞譃檫B續(xù)式和嵌入式兩種，即分別以等厚度間隔和地表基質(zhì)類型實質(zhì)變化兩種方式記錄地表基質(zhì)類型的變化.考慮到同一種地表基質(zhì)類型通常是同種環(huán)境的產(chǎn)物，地表基質(zhì)的層數(shù)、類型及垂向排序是其最為重要和關(guān)鍵的信息.對于編錄結(jié)果而言，厚度信息可以方便地從編錄表中獲取，出于分析的方便性，統(tǒng)計地表基質(zhì)類型的實質(zhì)變化，選取嵌入式轉(zhuǎn)移矩陣方法分析描述地表基質(zhì)類型的垂向變化特征.區(qū)內(nèi)地表基質(zhì)是沉積的產(chǎn)物，因此，依據(jù)各取樣鉆編錄結(jié)果，自下而上統(tǒng)計地表基質(zhì)變化情況，可得到與進(jìn)積方向一致、符合地質(zhì)成因規(guī)律的轉(zhuǎn)移頻數(shù)矩陣TFM（N），作為轉(zhuǎn)移概率計算的起點.嵌入式TFM（N）的對角線元素均為0.

式中，m 為地表基質(zhì)類型的總數(shù)目；nij表示相鄰兩層，地表基質(zhì)類型i 出現(xiàn)在類型j 上面的頻數(shù)；ni為第i 行元素的總和，表示由第i 種地表基質(zhì)類型轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌愋偷目傤l數(shù).將TFM 中每一行元素均除以該行元素的總和ni，即可得地表基質(zhì)類型垂向向上轉(zhuǎn)移頻率矩陣TPM，其表示某種地表基質(zhì)類型被其他各種類型上覆的概率.

pij為第i 種向第j 種地表基質(zhì)類型的轉(zhuǎn)移概率.

2.1 馬爾可夫性檢驗

轉(zhuǎn)移概率分析首先需要進(jìn)行馬爾可夫性檢驗，即檢驗逐次發(fā)生的事件或狀態(tài)是否獨立.無效假設(shè)是假設(shè)地表基質(zhì)類型之間的轉(zhuǎn)移是相互獨立的，如果無效假設(shè)不成立，則滿足一維馬爾可夫鏈的要求.換言之，當(dāng)馬爾可夫性檢驗結(jié)果證明無效假設(shè)不成立，即地表基質(zhì)類型之間的垂向轉(zhuǎn)移具有相關(guān)性時，可以將地表基質(zhì)類型的垂向變化視為一維馬爾可夫鏈.檢驗標(biāo)準(zhǔn)［18］如下：

其中，λ 為統(tǒng)計變量；pj為TPM 中第j 列的邊緣概率；m 為研究區(qū)地表基質(zhì)類型總數(shù)目.當(dāng)無效假設(shè)成立時，-2 ln λ 漸進(jìn)服從自由度為m（m-1）的χ2分布.χ2分布是由正態(tài)分布構(gòu)造而成的一個新的分布，當(dāng)自由度很大時，其分布近似為正態(tài)分布.查χ2分布概率表時，按自由度及相應(yīng)的概率去找到對應(yīng)的值.

2.2 馬爾可夫鏈平穩(wěn)性檢驗

平穩(wěn)性能夠衡量研究變量在連續(xù)空間（時間）狀態(tài)變化情況是否與空間位置（時間）有關(guān)，當(dāng)狀態(tài)變化與空間位置無關(guān)時，稱為平穩(wěn)性馬爾可夫鏈.檢驗標(biāo)準(zhǔn)［18］如下：

其中，pij為全區(qū)內(nèi)TPM 的第（i，j）個元素；pij（t）是第t個子區(qū)間TPM 的第（i，j）個元素；nij（t）為第t 個子區(qū)間TFM 中第（i，j）個元素；T 是子區(qū)間總數(shù)目；m 為地表基質(zhì)類型總數(shù).當(dāng)無效假設(shè)成立時，即馬爾可夫鏈?zhǔn)瞧椒€(wěn)的，則-2 ln λ 漸進(jìn)服從自由度為（T-1）m（m-1）的χ2分布，說明子區(qū)間內(nèi)的TPM 與全區(qū)TPM 相同位置的元素值近似相等.

2.3 置換分析

研究區(qū)內(nèi)不同地表基質(zhì)類型層次轉(zhuǎn)移的TPM 各行，可以統(tǒng)計出如下的相似性度量.對于向上轉(zhuǎn)移的TPM（P）有

其中，pik和pjk分別表示類型i 和類型j 向上轉(zhuǎn)移到k的頻率，Uij值越大說明兩種基質(zhì)類型具有相同上層的概率越大.同理，對于向下轉(zhuǎn)移的TPM（Q），相似性度量記為Dij.再定義Cij＝Uij·Dij，該值越大說明i 和j 擁有相同類型的上下層.Cij越大，則表明兩種基質(zhì)相似性水平越高，說明兩者直接發(fā)生變化的可能性越大，橫向上越不穩(wěn)定.若Cij很低，則表明該狀態(tài)較為穩(wěn)定，可以作為標(biāo)志層.

2.4 熵分析

地表基質(zhì)類型的影響和依賴性還可以從轉(zhuǎn)移的熵組值上看出.定義后熵為向上轉(zhuǎn)移矩陣的熵組

這里qij為Q 的第（i，j）個元素，即第i 種地表基質(zhì)類型之下出現(xiàn)第j 種地表基質(zhì)類型的概率.

2.5 差值矩陣與環(huán)流分析

為最大限度地消除隨機因素的干擾，有必要進(jìn)一步利用環(huán)流分析法突出地表基質(zhì)序列的規(guī)律性，找出最符合宏觀趨勢的主要地表基質(zhì)序列類型.環(huán)流分析方法可分解為差值矩陣構(gòu)建和地表基質(zhì)序列分解模式圖兩步［19-20］.

差值矩陣先由轉(zhuǎn)移頻數(shù)矩陣M＝［Mij］構(gòu)造一個矩陣E＝［Eij］，其中Eij表示由狀態(tài)i 轉(zhuǎn)移到狀態(tài)j 的概率，

然后用矩陣DD 來表示轉(zhuǎn)移的傾向，即

差值矩陣反映了地表基質(zhì)序列中各地表基質(zhì)類型相互形成組合的傾向，其正值意味著實際觀測到的地表基質(zhì)序列比隨機序列更為常見.

3 計算結(jié)果

將研究區(qū)內(nèi)的9 種基質(zhì)類型選取為轉(zhuǎn)移概率分析的系統(tǒng)狀態(tài)，計算出定興縣全區(qū)及4 種地貌類型的表層概率分布A 與向上轉(zhuǎn)移頻率矩陣TPM（P）.

不同地貌類型內(nèi)矩陣A、P 的差異反映了地貌對地表基質(zhì)垂向分布的影響，不同地貌單元內(nèi)的地表基質(zhì)類型特征不盡相同.沖積洼地與平坦的沖積平原地貌內(nèi)9 種地表基質(zhì)類型均有出現(xiàn)；河漫灘內(nèi)缺失壤土基質(zhì)、黏土基質(zhì)；傾斜的沖積平原缺少黏土基質(zhì).表層地表基質(zhì)類型以中等顆粒為主，砂土基質(zhì)、壤質(zhì)黏土基質(zhì)、黏土基質(zhì)在地表均未出現(xiàn).平坦的沖積平原區(qū)內(nèi)的基質(zhì)類型最為豐富，以砂質(zhì)壤土基質(zhì)為主體；傾斜的沖積平原與河漫灘的地表基質(zhì)類型最少，主要的類型為壤土基質(zhì)、砂質(zhì)壤土基質(zhì)；沖積洼地集中表現(xiàn)為砂質(zhì)壤土和二級分類的壤土類型.按照地表基質(zhì)表層顆粒粗細(xì)程度，從粗到細(xì)，分別為河漫灘、沖積洼地、傾斜的沖積平原、平坦的沖積平原.

3.1 馬爾可夫性檢驗結(jié)果

定興縣全區(qū)馬爾科夫性檢驗結(jié)果-2 ln λ ＝196.6207，自由度為n＝9×（9-1）＝72.依據(jù)統(tǒng)計學(xué)上約定俗成的習(xí)慣，取顯著水平a＝0.05，，遠(yuǎn)小于-2 lnλ.結(jié)果說明，-2 lnλ 服從自由度為72 的χ2分布的把握僅有5%，表明了認(rèn)為無效假設(shè)（地表基質(zhì)類型之間的轉(zhuǎn)移相互獨立）成立的可信度僅有5%，而有95%的把握認(rèn)為無效假設(shè)不成立，反映了定興縣全區(qū)地表基質(zhì)類型馬爾可夫性明顯，滿足可視為一維馬爾可夫鏈的要求.

3.2 馬爾可夫平穩(wěn)性檢驗結(jié)果

沖積洼地、河漫灘、平坦的沖積平原、傾斜的沖積平原4 種地貌類型馬爾可夫平穩(wěn)性檢驗結(jié)果分別為87.6732、47.5472、127.9808、74.9570.劃分4 個子區(qū)間時，自由度為（4-1）×9×（9-1）＝216.當(dāng)顯著水平a＝0.05，為251.286，均大于4 個子區(qū)的平穩(wěn)性檢驗結(jié)果，表明了認(rèn)為無效假設(shè)（子區(qū)域的TPM 與全區(qū)域TPM 的差異不明顯）不成立的可信度僅有5%，而有95%的把握認(rèn)為無效假設(shè)成立，說明4 個子區(qū)域的TPM 與定興縣的TPM 對應(yīng)元素相似.因此，可認(rèn)為整個定興縣內(nèi)地表基質(zhì)類型垂向變化的馬爾可夫鏈?zhǔn)瞧椒€(wěn)的，在后續(xù)分析中將定興縣作為一個整體進(jìn)行下步分析.

3.3 置換分析結(jié)果

針對全區(qū)，計算地表基質(zhì)向上垂向轉(zhuǎn)移的相似性度量U、向下垂向轉(zhuǎn)移的相似性度量D、總垂向轉(zhuǎn)移的相似性度量C，并可根據(jù)U、D、C 矩陣數(shù)值做出各地表基質(zhì)類型的譜系圖.譜系圖（圖2）中，越靠上，相鄰兩種地表基質(zhì)類型越能相互替換，越具有較高的相似水平.

圖2 地表基質(zhì)類型垂向譜系圖Fig.2 Vertical spectrum of ground substrate types

3.4 熵分析結(jié)果

定興縣全區(qū)地表基質(zhì)類型間的影響大小關(guān)系可以從熵值計算結(jié)果（表1）中看出.

表1 熵分析結(jié)果Table 1 Results of entropy analysis

砂質(zhì)壤土的前后熵均較大，表明該地表基質(zhì)類型的變化最大，在地表基質(zhì)序列中是最隨機或最不確定的事件.壤質(zhì)砂土、壤土的前熵明顯小于其后熵，其余各地表基質(zhì)類型的前后熵非常接近.整體來說，H（down）≈H（up），表明地表基質(zhì)序列具有一定的對稱性，可認(rèn)為是水流多次將細(xì)顆粒垂向加積的結(jié)果.

3.5 差值矩陣與環(huán)流分析結(jié)果

為便于找出宏觀規(guī)律，取差值矩陣元素0.024 作為閾值，舍掉小于閾值實際觀測到的地表基質(zhì)組合.

從研究區(qū)實際出發(fā)，由于黏土可認(rèn)為是代表弱水動力條件下的產(chǎn)物，黏土作為一個完整地表基質(zhì)序列的起點和終點，進(jìn)而結(jié)合向上轉(zhuǎn)移概率矩陣P 和差值矩陣DD 做出基質(zhì)優(yōu)先轉(zhuǎn)移路線圖（圖3）.根據(jù)環(huán)流量a 的大小分解所有可能的序列類型，并選擇環(huán)流量較大的地表基質(zhì)序列作為主要序列類型.

圖3 轉(zhuǎn)移矩陣視角下的地表基質(zhì)轉(zhuǎn)換關(guān)系圖解Fig.3 Diagram for ground substrate transformation relation from the perspective of transition matrix

4 討論

馬爾可夫穩(wěn)定性檢驗的結(jié)果表明，將定興縣作為一個整體進(jìn)行分析是合理的，但比對各地貌單元內(nèi)地表基質(zhì)組合的異同仍有一定意義，因此基于轉(zhuǎn)移概率矩陣初步梳理的結(jié)果，對此進(jìn)行初步討論.各地貌類型內(nèi)地表基質(zhì)間垂向結(jié)構(gòu)疊置關(guān)系上，傾斜的沖積平原內(nèi)P73＝0.8，表明主要的類型組合為砂質(zhì)黏土基質(zhì)-黏質(zhì)砂土基質(zhì)；P43與P34數(shù)值接近，表明黏質(zhì)砂土基質(zhì)與壤質(zhì)砂土基質(zhì)多以互層形式出現(xiàn).河漫灘地貌內(nèi)，轉(zhuǎn)移概率矩陣第一行內(nèi)元素較分散，轉(zhuǎn)移頻數(shù)矩陣內(nèi)第一行元素總和與矩陣元素總和的比值為9/26，體現(xiàn)了砂土基質(zhì)為底，上部沉積中細(xì)顆?；|(zhì)且上部基質(zhì)類型變化較為劇烈的特征，河漫灘內(nèi)以砂土基質(zhì)-其他基質(zhì)垂向組合為主.平坦的沖積平原地貌區(qū)域內(nèi)，P92、P26數(shù)值相對較大，體現(xiàn)了黏土基質(zhì)-壤質(zhì)砂土基質(zhì)-黏質(zhì)壤土基質(zhì)的組合規(guī)律；P43與P34數(shù)值接近，表明黏質(zhì)砂土基質(zhì)與壤質(zhì)砂土基質(zhì)多以互層形式出現(xiàn)，這一互層特征與傾斜的沖積平原地貌類似.沖積洼地地貌單元內(nèi)，P34、P46數(shù)值相對較大，體現(xiàn)了黏質(zhì)砂土基質(zhì)-砂質(zhì)壤土基質(zhì)-黏質(zhì)壤土基質(zhì)的組合規(guī)律.沖積洼地、河漫灘內(nèi)表現(xiàn)為正粒序特征，即地表基質(zhì)質(zhì)地隨著沉積過程，由深至淺粒度逐漸變細(xì).河漫灘內(nèi)表現(xiàn)為以顆粒最粗的砂土為底，其上地表基質(zhì)類型為細(xì)顆粒的垂向組合特征，垂向變化劇烈；沖積洼地內(nèi)的地表基質(zhì)類型與河漫灘的相比質(zhì)地更細(xì)，向上質(zhì)地變化較為連續(xù).平坦的沖積平原及傾斜的沖積平原內(nèi)，黏質(zhì)砂土基質(zhì)與壤質(zhì)砂土基質(zhì)均以互層形式出現(xiàn).平坦的沖積平原地貌占定興縣絕大多數(shù)面積，從轉(zhuǎn)移概率矩陣整體上看該地貌與全區(qū)轉(zhuǎn)移概率矩陣同位置元素變化趨勢較為一致.分析4 個地貌分區(qū)的地表基質(zhì)轉(zhuǎn)移概率矩陣，與實際編錄結(jié)果對比驗證，表明本研究具有較好的可信度.各地貌單元內(nèi)的地表基質(zhì)組合典型類型的代表鉆孔如圖4 所示.

圖4 各地貌單元內(nèi)地表基質(zhì)組合典型類型Fig.4 Typical types of ground substrate assemblage in various geomorphic unitsBZK040—傾斜的沖積平原（sloping alluvial plain）；BZK019—河漫灘（flood plain）；BZK028—平坦的沖積平原（flat alluvial plain）；BZK034—沖積洼地（alluvial depression）；1—黏土基質(zhì)（clay substrate）；2—壤質(zhì)黏土基質(zhì)（loamy clay substrate）；3—壤土基質(zhì)（soil substrate）；4—砂質(zhì)黏土基質(zhì)（sandy clay substrate）；5—黏質(zhì)砂土基質(zhì)（clay sand substrate）；6—砂質(zhì)壤土基質(zhì)（sandy loam substrate）；7—壤質(zhì)砂土基質(zhì)（loamy sand substrate）；8—砂土基質(zhì)（sand substrate）

從全區(qū)范圍看，地表基質(zhì)類型按照二級分類以壤土類為主體，砂土類次之，黏土類最少；砂土類中主要表現(xiàn)為黏質(zhì)砂土.區(qū)域內(nèi)中層地表基質(zhì)層以砂質(zhì)壤土、黏質(zhì)砂土、黏質(zhì)壤土等中顆粒類型為主，反映了區(qū)域內(nèi)大部分地區(qū)地表基質(zhì)形成于水動力條件中等的環(huán)境下.

垂向組合上，某些特定地表基質(zhì)類型會以組合形式出現(xiàn)，利用熵分析、置換分析和向上轉(zhuǎn)移概率矩陣提供的綜合信息，刻畫地表基質(zhì)組合特征.由地表基質(zhì)向上垂向轉(zhuǎn)移的相似性度量U 可知，U13＝0.27 為最小值，表明砂土、黏質(zhì)砂土為最穩(wěn)定層位；熵分析結(jié)果中，砂土的前驅(qū)狀態(tài)明顯大于后繼狀態(tài)，表明其向上沉積形成的狀態(tài)要更為穩(wěn)定；在向上轉(zhuǎn)移矩陣P 中，砂土向上轉(zhuǎn)移到黏質(zhì)砂土概率最高，因而判斷黏質(zhì)砂土上覆于砂土上部.U34＝0.333，黏質(zhì)砂土、砂質(zhì)壤土為穩(wěn)定層位，黏質(zhì)砂土向砂質(zhì)壤土向上轉(zhuǎn)移概率為0.333，因而砂質(zhì)壤土狀態(tài)應(yīng)出現(xiàn)于黏質(zhì)砂土之后，表現(xiàn)為砂質(zhì)壤土上覆于黏質(zhì)砂土上部.此外，注意到C3l 的前熵明顯小于其后熵，表明其下伏與上覆地層相比具有更為明顯的確定性；Q54＝0.3，為該行最大值，表明壤土基質(zhì)下伏基質(zhì)更多表現(xiàn)為砂質(zhì)壤土，最后形成砂土-黏質(zhì)砂土-砂質(zhì)壤土-壤土基質(zhì)典型代表組合.U26＝0.426，表明壤質(zhì)砂土、黏質(zhì)壤土為較穩(wěn)定層位.壤質(zhì)砂土向上轉(zhuǎn)移到黏質(zhì)壤土概率為0.346，壤質(zhì)砂土前驅(qū)狀態(tài)明顯小于后繼狀態(tài)，表明其下伏基質(zhì)相比上覆基質(zhì)，類型更為確定.壤質(zhì)砂土向下轉(zhuǎn)移至黏質(zhì)壤土概率最大，為0.286，說明壤質(zhì)砂土與黏質(zhì)壤土表現(xiàn)為互層，壤土-黏土基質(zhì)組合形成了一個閉旋回.

橫向變化特征上，在代換譜系圖上，壤土與黏土基質(zhì)、砂土與砂質(zhì)黏土基質(zhì)均可互換，表明兩者有共同的居前和既后狀態(tài)，二者能夠相互替代說明了地表基質(zhì)層位變化的不穩(wěn)定性；互置換矩陣中，C17最大，表明砂土與砂質(zhì)黏土常常緊密共生，有著共同的上覆和下伏基質(zhì).這種可替代性也反映在互代換譜系圖上，地表基質(zhì)類型相差較大的砂土、砂質(zhì)黏土、砂質(zhì)壤土基質(zhì)反映出橫向地表基質(zhì)類型變化上的不穩(wěn)定性，同一、二級分類下的地表基質(zhì)類型較為相似，壤質(zhì)黏土與黏土、壤土與黏質(zhì)壤土、黏質(zhì)砂土與壤土的可互換性反映了地表基質(zhì)類型變異性較小，穩(wěn)定性和均一性都較好.宏觀上看，質(zhì)地由細(xì)變粗，橫向上穩(wěn)定性變強.

沉積相與地表基質(zhì)類型間的關(guān)系上，區(qū)內(nèi)存在多條現(xiàn)代河流，劉智榮等［21］利用巖性和粒度分析結(jié)果表明區(qū)內(nèi)為曲流河沖積沉積，曲流河在平原區(qū)的擺動塑造了地表基質(zhì)層以河流沉積體系為主的沉積體系，區(qū)內(nèi)沉積相以河流相為主.洪水猛烈暴漲淹沒河床范圍大，河流沉積物顆粒粗；河流緩慢上漲滯留于洼地，靜水沉積產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)地較細(xì)，養(yǎng)分豐富［22］.河道亞相表現(xiàn)為厚層砂土基質(zhì)、壤質(zhì)砂土基質(zhì).河道邊緣的堤壩亞相以中細(xì)顆粒為主，其中天然堤微相表現(xiàn)為壤質(zhì)砂土基質(zhì)、砂質(zhì)壤土基質(zhì)互層的特征.決口扇微相表現(xiàn)為以壤質(zhì)黏土-壤質(zhì)砂土基質(zhì)、砂質(zhì)黏土-黏質(zhì)砂土基質(zhì)、壤土-砂質(zhì)壤土基質(zhì)組合為代表的上粗下細(xì)的垂向結(jié)構(gòu)；泛濫平原亞相顆粒類型偏細(xì)，形成區(qū)內(nèi)分布較廣的中厚層的黏質(zhì)砂土、砂質(zhì)壤土、壤土基質(zhì)，氧化環(huán)境下沉積形成的地表基質(zhì)富集了大量的有機質(zhì)，適宜農(nóng)業(yè)耕作.

區(qū)內(nèi)最完整的地表基質(zhì)序列，通過環(huán)流分析可知為砂土-黏質(zhì)砂土-砂質(zhì)黏土-砂質(zhì)壤土-壤土-黏質(zhì)壤土-壤質(zhì)砂土-壤質(zhì)黏土-黏土，其環(huán)流量為a＝0.024.由于其環(huán)流值較小，同時受研究范圍實際厚度制約，在實際編錄結(jié)果中未有完整體現(xiàn)，但這對宏觀認(rèn)識區(qū)內(nèi)的沉積趨勢仍然具有理論意義.砂質(zhì)黏土屬于水動力條件較弱環(huán)境中的產(chǎn)物，砂土、壤質(zhì)砂土及黏質(zhì)砂土屬于水動力條件很強環(huán)境中的產(chǎn)物，這個理論上的完整地表基質(zhì)序列可以表征區(qū)內(nèi)0～5 m 范圍內(nèi)水動力條件變化強—弱—強—中等—強—弱的沉積過程.

取樣鉆孔編錄可視作地表基質(zhì)序列的局部片段，經(jīng)過環(huán)流分析法，得到可能的2 類6 種地表基質(zhì)序列.不滿足上述地表基質(zhì)序列的可認(rèn)為是隨機性的類型轉(zhuǎn)移，不反映地表基質(zhì)整體的轉(zhuǎn)移趨勢.同時，注意到隨機性的轉(zhuǎn)移通常分布在取樣鉆編錄的上層.區(qū)內(nèi)的地表基質(zhì)序列以4～7 個巖性組合的中等序列為主.序列1—序列4 可認(rèn)為是區(qū)內(nèi)主要的地表基質(zhì)序列，可概括為砂土-黏質(zhì)砂土-砂質(zhì)壤土-壤土型，合計有19 個鉆孔，環(huán)流量相對較大.序列1 為基本的地表基質(zhì)序列，序列2—序列4 實質(zhì)與序列1 相似，只是在序列1 基本地表基質(zhì)序列中嵌入了砂土（砂質(zhì)黏土）-黏質(zhì)砂土次級序列，序列4 則是兩種次級序列進(jìn)一步相互嵌套的結(jié)果.序列5 和序列6 可概括為壤質(zhì)砂土-黏質(zhì)壤土型.

5 結(jié)論

1）轉(zhuǎn)移概率分析結(jié)果表明，地表基質(zhì)垂向組合特征與地貌關(guān)系密切.砂土-黏質(zhì)砂土-砂質(zhì)壤土-壤土為區(qū)內(nèi)典型代表組合，壤質(zhì)砂土-黏質(zhì)壤土為次級組合類型.環(huán)流分析獲得的區(qū)內(nèi)理想的最完整的地表基質(zhì)序列表征了區(qū)內(nèi)0～5 m 范圍內(nèi)水動力條件變化強—弱—強—中等—強—弱的沉積過程.環(huán)流分析環(huán)流量總體相對較小，說明地表基質(zhì)受多種復(fù)雜成因因素的影響，其類型劇烈變化.

2）不同地貌單元內(nèi)的地表基質(zhì)類型特征不盡相同.地貌控制了地表基質(zhì)類型.河漫灘內(nèi)表現(xiàn)為以顆粒最粗的砂土為底，其上地表基質(zhì)類型為細(xì)顆粒的垂向組合特征，垂向變化劇烈；沖積洼地內(nèi)的地表基質(zhì)類型與河漫灘的相比質(zhì)地更細(xì)，向上質(zhì)地變化較為連續(xù).平坦的沖積平原及傾斜的沖積平原內(nèi)，黏質(zhì)砂土基質(zhì)與壤質(zhì)砂土基質(zhì)均多以互層形式出現(xiàn).

3）基于轉(zhuǎn)移概率的數(shù)學(xué)方法，建立了區(qū)內(nèi)的地表基質(zhì)類型垂向轉(zhuǎn)換方向，定量刻畫了地表基質(zhì)的組合類型特征，反映中層地表基質(zhì)層的沉積動力環(huán)境.轉(zhuǎn)移概率方法能夠從大量繁雜的編錄中獲取區(qū)域內(nèi)的宏觀規(guī)律.