關(guān)中東部渭河以南大厚濕陷性黃土的成因研究

拓向陽

0 引言

黃土高原深厚的黃土源于西北干旱地區(qū)沙漠中的粉塵在西北風(fēng)的搬運(yùn)作用下堆積而成，具有由西北向東南粒度逐漸變細(xì)［1］、黃土厚度由厚變?。?］、黃土濕陷性由強(qiáng)變?nèi)醯内厔荨５邳S土高原南緣關(guān)中東部渭河以南地區(qū)，上述變化規(guī)律出現(xiàn)異常。

隨著近年來我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，關(guān)中地區(qū)逐漸成為陜西省的發(fā)展中心，乃至整個西北地區(qū)的發(fā)展中心。在這一地區(qū)進(jìn)行的工程建設(shè)數(shù)量越來越多，規(guī)模也越來越大。但是關(guān)中東部渭河以南地區(qū)由于以往的工程建設(shè)較少，對于該區(qū)域黃土的形成，前人并未作專門的研究。一直以來都認(rèn)為該區(qū)域黃土與黃土高原其他地區(qū)的來源相同，主要由盛行于中國西北的冬季風(fēng)攜帶西北戈壁、沙漠的粉塵堆積而成。

1 研究區(qū)黃土地層巖性及厚度特征

1.1 研究區(qū)黃土巖性對比

為了分析研究關(guān)中東部渭河以南黃土的成因及物源，對東至潼關(guān)，西至渭南市，北至渭河，南到秦嶺的整個區(qū)域進(jìn)行了野外地質(zhì)調(diào)查。在調(diào)查的基礎(chǔ)上選取了六個剖面，進(jìn)行了野外觀察測量及取樣。這六個剖面分布在兩條南北線上。兩條線上的六個剖面代表性地貌均包括渭河二級階地、三級階地和黃土塬。

通過對研究區(qū)各剖面地層巖性的現(xiàn)場研究發(fā)現(xiàn):

1 )東線黃土相對西線黃土，土質(zhì)要更加疏松;并且東線古土壤發(fā)育沒有西線古土壤發(fā)育明顯，東線古土壤顏色比較淺，古土壤中鈣質(zhì)結(jié)核發(fā)育相對也較少。

2 )東西兩線從二級階地—三級階地—黃土塬，即越靠近秦嶺，黃土—古土壤越堅硬，古土壤發(fā)育越明顯，古土壤顏色加深，古土壤中鈣質(zhì)結(jié)核增多。在最南面接近秦嶺的某些黃土塬剖面S1古土壤底部鈣質(zhì)結(jié)核結(jié)成鈣板。

3 )直觀上，東線黃土的沙性比西線大，尤其位于潼關(guān)的東線三級階地(TSJ剖面)與黃土塬(TY1剖面)，其手感有點(diǎn)像甘肅與陜北黃土。

研究區(qū)范圍不大，但肉眼觀察到的黃土特征變化很明顯，這些特征上差異并非風(fēng)力遠(yuǎn)源搬運(yùn)來堆積所能形成的。

1.2 研究區(qū)黃土厚度對比

分別對研究區(qū)東、西線黃土厚度進(jìn)行對比(見圖1)。并且為了對比渭河北岸黃土與研究區(qū)黃土的厚度差異，選擇研究區(qū)正北方的大荔猿人遺址剖面。由于該剖面位于洛河三級階地，所以選擇研究區(qū)的二級，三級階地的各剖面黃土—古土壤厚度與該剖面進(jìn)行對比，見圖2。

通過對比發(fā)現(xiàn):

研究區(qū)晚更新世以來的黃土，東線三個剖面黃土—古土壤厚度相對都大于西線黃土—古土壤厚度。其中厚度差距比較大的主要是L1黃土層，古土壤厚度差距不是很明顯。東西兩線從二級階地—三級階地—黃土塬，隨著海拔的增加，黃土—古土壤厚度有減小的趨勢。但是東線，即HEJ剖面，TSJ剖面L1黃土的厚度并沒有呈現(xiàn)出變小的趨勢。TSJ剖面L1厚度要大于HEJ剖面，見圖2。兩剖面基本上位于同一緯度。但是TSJ剖面比HEJ剖面更偏東(6 km處)。

渭河北岸大荔猿人遺址剖面雖然距離研究區(qū)如此之近，但是渭河北岸黃土—古土壤厚度卻明顯小于渭河南岸各階地黃土—古土壤厚度。由此可推出渭河南北岸黃土的物源可能不同。

研究區(qū)范圍不大，但地層厚度變化之大，這些特征上差異并非風(fēng)力遠(yuǎn)源搬運(yùn)堆積所能形成的。

2 研究區(qū)黃土粒度特征

為了深入的研究研究區(qū)黃土的粒度特征，所以對研究區(qū)內(nèi)HEJ剖面所采樣品進(jìn)行了粒度試驗(yàn)，所用儀器為激光粒度儀。

通過分析，試驗(yàn)場地剖面馬蘭黃土平均粒徑為33.95μm，中值粒徑為26.8μm，而據(jù)王永焱，林在貫等［3］研究洛川與西安馬蘭黃土的平均粒徑分別為6.19μm與6.64μm。由此對比可知試驗(yàn)場地的黃土顆粒組成較粗。

基于粒徑較粗的砂粒一般在風(fēng)作用下只能通過躍移運(yùn)動做近距離的地面搬運(yùn)［4，5］，很難以懸移方式在高空進(jìn)行長距離的運(yùn)移的運(yùn)動機(jī)理。為了通過對比分析試驗(yàn)場地黃土的顆粒組成特征，選擇了丁仲禮等［6，7］所研究的黃土高原中部近南北向8個黃土剖面作為對比剖面。

通過將試驗(yàn)場地剖面馬蘭黃土大于63μm顆粒含量與這8個對比剖面對比，可以看出至更東南的試驗(yàn)場地馬蘭黃土中大于63μm顆粒平均含量又突然增加，這與傳統(tǒng)的認(rèn)識有所不同。試驗(yàn)場地馬蘭黃土粒度特征與蒲城、渭南有如此大的差異是不可能因不同儀器誤差造成的，應(yīng)是馬蘭黃土顆粒組成空間分異的結(jié)果。

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)場地雖遠(yuǎn)離沙漠戈壁，但其黃土顆粒組成較粗，大于63μm的砂粒含量也比較高，而粗顆粒含量高并非遠(yuǎn)源物質(zhì)搬運(yùn)所致。

3 該地區(qū)黃土的成因

研究區(qū)的東北面有一沙苑。沙苑位于關(guān)中東部地區(qū)，地處黃河、渭河、洛河三河交匯地帶，屬于河岸沙丘地貌類型的典型地區(qū)，是在非干旱氣候條件下形成的一個特殊荒漠景觀。由于受渭河和洛河河谷地形影響，且該局部區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向與關(guān)中其他地方有所不同。據(jù)氣象資料可知該區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向是東偏北風(fēng)，風(fēng)力較強(qiáng)，引起邊緣流沙活動十分強(qiáng)烈，沙丘密集且高度較大。通過對沙丘的研究可以得出該區(qū)域的古風(fēng)向與現(xiàn)在的主導(dǎo)風(fēng)向相同?，F(xiàn)場以沙紋方向測到的風(fēng)向與當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料相吻合，確定該區(qū)域的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|偏北風(fēng)。黃河河道位于研究區(qū)的東北面與東面，沙苑中泥沙的一部分應(yīng)來源于黃河，這與該地區(qū)盛行的風(fēng)及黃河泥沙有一定關(guān)系。

風(fēng)成黃土形成過程的研究結(jié)果表明，風(fēng)成黃土的堆積與形成，不僅需要有利的營力條件，合適的沉積條件和堆積場所，更需要豐富的物源。黃土的分布總是與一定的地理環(huán)境，地形地貌相適應(yīng)。這主要是因?yàn)樨S富的物源是黃土得以形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，有利的營力條件是物質(zhì)得以運(yùn)移的基本手段，良好的堆積場所則是黃土得以保存的基本條件。

研究區(qū)渭南市至潼關(guān)一線，位于關(guān)中盆地東部。秦晉豫三省交接的腹地，東鄰河南及山西兩省，南依秦嶺，北傍渭水，地勢南高北低。研究區(qū)及其附近主要發(fā)育黃河、渭河、洛河三條河流，以及這三條河流的眾多支流。

聯(lián)系前面所述，可以確定研究區(qū)黃土屬于近源堆積。研究區(qū)強(qiáng)有力的古東北風(fēng)為該區(qū)黃土的堆積提供了有利的營力條件;由于地勢的平坦與南面秦嶺的阻隔為該區(qū)提供了合適的沉積環(huán)境;黃河的下切，暴露于大氣環(huán)境中大量松散堆積物，黃河兩岸灘地，沙灘，兩岸山地，以及渭河，洛河所攜帶的大量泥沙，為該區(qū)黃土的堆積提供了源源不斷的物源。黃河的下切與形成，一方面給其下游提供了新的物源，另一方面使河谷中風(fēng)速加快。河流泥沙中粗粒物質(zhì)留在了沙灘，河漫灘，在大荔縣形成了沙苑的奇特景觀，細(xì)粒物質(zhì)被風(fēng)吹到了研究區(qū)形成黃土堆積。

風(fēng)力搬運(yùn)具有很強(qiáng)的分選性，粗顆粒位于下部，細(xì)顆粒及粘粒懸浮于上部。隨著風(fēng)力的減弱，粗顆粒先沉積，堆積于距離物源近的地方，海拔較低的地方，細(xì)顆粒及粘粒搬運(yùn)距離相對較遠(yuǎn)，堆積在高海拔距離物源遠(yuǎn)的地方。

研究區(qū)黃土豐富的物源，強(qiáng)勁的古東北風(fēng)致使研究區(qū)黃土堆積厚度較大。物源含砂較多，粒徑較大且距離堆積區(qū)較近致使研究區(qū)雖遠(yuǎn)離沙漠戈壁，但其黃土顆粒組成較粗，大于63μm的砂粒含量也比較高。由于研究區(qū)黃土堆積速率較大，土質(zhì)疏松，厚度大的緣故，所以研究區(qū)的黃土濕陷性也較大。

由于物源更接近研究區(qū)的東線三個剖面，東線的剖面相對西線的剖面堆積速率要大，所以研究區(qū)晚更新世以來的黃土，東線三個剖面黃土—古土壤厚度相對都大于西線黃土—古土壤厚度。土質(zhì)表現(xiàn)為更加疏松，含沙量要更加大。東線古土壤發(fā)育沒有西線古土壤發(fā)育明顯。東西兩線從二級階地—三級階地—黃土塬，越靠近秦嶺由于離物源越遠(yuǎn)，海拔逐漸升高。風(fēng)力所能攜帶的物質(zhì)越來越少，導(dǎo)致黃土的厚度越來越小，黃土中粗粒物質(zhì)越來越少，細(xì)粒物質(zhì)越來越多。而黃土的硬度越往南越堅硬，古土壤發(fā)育越明顯。但是東線，即HEJ剖面，TSJ剖面L1黃土的厚度并沒有呈現(xiàn)出變小的趨勢。TSJ剖面L1厚度要大于HEJ剖面。兩剖面基本上位于同一緯度，但厚度差距卻這么大。這主要是由于TSJ剖面比HEJ剖面更偏東6 km，也就是TSJ剖面更加接近物源。

渭河北岸大荔猿人遺址剖面雖然距離研究區(qū)如此之近，但是渭河北岸黃土—古土壤厚度卻明顯小于渭河南岸各階地黃土—古土壤厚度。這是由于渭河北岸的黃土與渭河南岸的黃土主要物源并不相同。渭河北岸的黃土主要是由于來自西北的風(fēng)塵所致，而渭河南岸研究區(qū)的黃土主要是近源堆積的。

從上所述可以合理的解釋研究區(qū)黃土厚度大，顆粒粗的特征。

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