陜北神府地區(qū)晚更新世黃土微結(jié)構(gòu)特征分析

謝延玲，宋 健

(1.西安煤航衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用有限公司，陜西 西安 710054;2.西安煤航信息產(chǎn)業(yè)有限公司管網(wǎng)工程院，陜西 西安710054)

黃土是第四紀時期形成的松散土狀堆積物，在我國有著廣泛分布。地層上表現(xiàn)為黃土與古土壤的交替堆積，是氣候干與濕、熱與冷交替變更的反映。通過黃土與古土壤微觀結(jié)構(gòu)的研究可以了解其形成時的氣候特征。在秦嶺山間盆地、河流階地等弱剝蝕地段普遍發(fā)育著黃土 －古土壤系列，其中發(fā)育完整的黃土剖面既是揭示秦嶺近2.5 Ma來自然環(huán)境演變歷史的地質(zhì)載體，又是深入了解中國黃土高原黃土全貌的必不可少的重要部分。本文以陜北地區(qū)二郎山和清涼山晚更新世黃土與古土壤顯微結(jié)構(gòu)特征為研究對象，探討了這些微結(jié)構(gòu)記錄的環(huán)境信息。

1 地層剖面與地層劃分

1.1 二郎山剖面

二郎山剖面位于陜北地區(qū)二郎山南側(cè)(33°50'N，109°58'E)，為丹江二級階地黃土剖面。地層自上而下簡述如下(見圖1)。

圖1 二郎山晚更新世以來黃土剖面

MS現(xiàn)代耕作層，淡棕褐色，疏松，厚0.35 m

L0黃土狀土，灰黃色，疏松，團塊發(fā)育，厚0.5 m

S0黑壚土，灰褐色，蟲孔發(fā)育，含文化遺存，如陶片等，厚 0.3 m

L1淡肉紅色，疏松，蟲孔根洞發(fā)育，含白色鈣絲和鈣膜，厚 0.9 m

S1紅褐色，成壤程度強，棱柱狀構(gòu)造發(fā)育，白色鈣膜發(fā)育，厚1 m

1.2 清涼山剖面

清涼山剖面位于陜北地區(qū)清涼山林場東側(cè)(33°53'N，109°54'E)，屬丹江三級階地黃土剖面。晚更新世以來地層自上而下簡述如下(見圖2):

MS現(xiàn)代耕作層，淡棕褐色，疏松，團粒結(jié)構(gòu)，多植物根須，厚 0.5 m

S0黑壚土，淡紅褐色，棱柱構(gòu)造發(fā)育，含白色鈣絲，底部富鈣，厚 1.4 m

L1淺肉紅色，疏松，孔隙發(fā)育，厚1.6 m

S1深紅褐色，棱柱構(gòu)造發(fā)育，孔隙較多，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，厚 1.3 m

圖2 清涼山晚更新世以來黃土剖面

2 粒度組成

沉積物的粒度特征與沉積環(huán)境有密切的關(guān)系，常被用于不同沉積物成因類型的判別及搬運動力條件的研究，也是提取古氣候信息的常用指標。黃土的粒度組成是研究黃土微觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，組成顆粒的大小及含量的不同，表征出的微結(jié)構(gòu)特征亦不同。因此，本文對陜北地區(qū)晚更新世黃土一古 土壤的粒度組成進行了分析，結(jié)果如下(見表1)。

表1 陜北地區(qū)晚更新世以來黃土與古土壤粒度組成 mm

黃土與古土壤中粘粒含量的高低，反映了黃土堆積環(huán)境以及成土作用的強弱。粘粒可分為原生粘粒即原始風塵物質(zhì)的沉積和次生粘粒即后期由風化成壤作用形成的。在風化成壤作用過程中，粘粒成為膠體物質(zhì)，在土壤剖面上發(fā)生淋濾，聚集于粘化層，而氣候越溫暖濕潤，風化成壤作用越強，土壤層中的粘化層就越明顯，粘粒物質(zhì)含量就越高。陜北地區(qū)晚更新世黃土粒度組成的特征說明:陜北地區(qū)黃土顆粒粒徑以0.01～0.05 mm的含量為主，＞0.01 mm粒級含量少;L1黃土堆積時期冬季風強，沉積物中粉塵顆粒多，粘粒物質(zhì)少，風化成土作用弱;S1古土壤形成時期風的搬運能力明顯較L1黃土堆積時期小，搬運并沉積了較多的粘粒物質(zhì)(＞30%)，加上氣候較黃土 L1堆積時溫暖濕潤，較強的風化成壤作用產(chǎn)生一定量的次生粘粒物質(zhì)，并受到較強烈的淋濾作用和富集，使得S1古土壤的粘粒含量較高。

3 顯微結(jié)構(gòu)特征及其古氣候意義

黃土和古土壤是原始黃土物質(zhì)不同成壤強度的表現(xiàn)，其顯微結(jié)構(gòu)間接指示了成壤時期的自然環(huán)境條件。我國學者對黃土微觀特征的研究已做了頗多工作[13－18]，但主要集中在黃土高原和關(guān)中地區(qū)，對秦嶺黃土微結(jié)構(gòu)特征的研究甚少。本文對陜北地區(qū)晚更新世古土壤(S1)、黃土(L1)以及全新世黑壚土(S0)的顯微結(jié)構(gòu)在掃描電鏡(SEM)下進行了觀察分析，獲得了陜北地區(qū)地區(qū)13萬年以來的氣候變化信息。

3.1 古土壤顯微結(jié)構(gòu)特征

樣品在掃描電鏡下觀察結(jié)果表明:古土壤樣品的骨架顆粒輪廓不清，幾乎全被包埋在微細膠結(jié)物之中而輪廓不清(見圖3－a，b，c)，主要為嵌埋狀連接。膠結(jié)結(jié)構(gòu)類型表現(xiàn)為以絮凝膠結(jié)結(jié)構(gòu)為主(見圖3a)，次為凝塊膠結(jié)結(jié)構(gòu)(見圖3b)。粒間孔隙不太發(fā)育，大多被膠結(jié)物充填，呈次圓狀、縫隙狀，土體密實。粘土礦物主要是伊利石、高嶺石、綠泥石及少量蒙脫石和混層礦物。碎屑物質(zhì)以見石英顆粒為主，呈次棱角狀，表面常被粘粒物質(zhì)包裹;CaCO3流失嚴重。流膠狀粘粒物質(zhì)呈片狀粘貼在骨架顆粒表面或孔壁上，表面光滑(見圖3c)。這種流膠狀的粘粒具有光性特征，稱作光性方位粘土。在偏光鏡下呈紅棕色，具不均一的似波狀消光現(xiàn)象，成分主要是鐵質(zhì)粘粒。一般認為它是由分散的粘粒質(zhì)點，在較強的淋濾作用下，經(jīng)過遷移、富集、重新組合形成的，就像一個完整的礦物顆粒，具有一定的光性特征。

有無鐵質(zhì)粘粒膠膜的析出，對表征土壤淋濾程度及其形成環(huán)境具有重要意義。淀積鐵質(zhì)粘粒膠膜的出現(xiàn)，是淋溶較強烈的森林土壤所具備的特征，表征了較為暖濕的生物氣候形成條件。而顯著量的淀積鐵質(zhì)粘粒膠膜的出現(xiàn)，應(yīng)是暖溫帶落葉闊葉林下棕色森林土壤的特征。在上述土壤層中鐵質(zhì)膠膜的大量出現(xiàn)，說明S1是在濕熱的森林環(huán)境條件下形成的。雷祥義通過孢粉分析的結(jié)果也證明陜北地區(qū)第l層古土壤(S1)形成環(huán)境為夏綠闊葉林。表明古土壤(S1)形成于濕熱環(huán)境。

圖3 黃土一古土壤微結(jié)構(gòu)掃描電鏡照片

3.2 黃土顯微結(jié)構(gòu)特征

據(jù)掃描電鏡觀察:在土體中起支撐作用的骨架顆粒輪廓不清楚，一般被微細膠結(jié)物所包圍。以中小孔隙為主，局部可見由骨架顆粒相互支架形成的支架大孔(見圖3－d，e)。石英顆粒表面干凈，呈次棱角狀或次圓狀，棱角尖銳者少見(見圖3f);可見 CaCO3晶簇和呈針狀、棒狀的次生方解石(見圖3－d，e)。膠結(jié)物含量較少，土體膠結(jié)程度一般。因此，L1黃土堆積后經(jīng)受的風化成土作用較弱，而淋溶作用較強，反映該地區(qū)涼偏濕的草原環(huán)境。

3.3 黑壚土顯微結(jié)構(gòu)特征及成土環(huán)境

在電鏡下觀察:骨架顆粒多被包埋在粘粒物質(zhì)中而輪廓不清(見圖3－g，h，i)，團塊發(fā)育，主要為絮凝膠結(jié)結(jié)構(gòu)。以中小孔隙為主，團塊內(nèi)孔隙不發(fā)育。次生針狀方解石零星分布。微細膠結(jié)物含量較高，多呈流膠狀分布在骨架顆粒表面或孔壁上，表面光滑(見圖3h)，表明這層古土壤經(jīng)受了較強的淋溶作用，但與S1中鐵質(zhì)粘粒膠膜析出量相比較少。因此，這層古土壤經(jīng)受的化學風化程度不強，是在介于L1和S1之間的暖濕的氣候下形成的。

綜上，無論是古土壤(S1，S0)還是黃土(L1)都經(jīng)受了較強的淋濾作用，表明陜北地區(qū)晚更新世以來黃土發(fā)育于濕潤的環(huán)境中。

4 結(jié)語

(1)晚更新世黃土一古土壤的粒度組成特征為:以0.01～0.05 mm粒級的含量為主，＞0.01 mm粒級含量少。L1黃土堆積時期冬季風強，沉積物中粉塵顆粒多，粘粒(＜0.005 mm)少，成土作用弱;S1古土壤中粘粒含量較高(＞30%)，反映古土壤形成時的古氣候較為濕熱，堆積物質(zhì)的顆粒細，風化成壤作用較強，成土作用強烈。

(2)晚更新世古土壤(S1)土體密實，大量鐵質(zhì)粘粒膠膜的出現(xiàn)，表明其形成在濕熱的森林環(huán)境。黃土(L1)的粘粒膠結(jié)物含量較少，膠結(jié)程度一般，可見 CaCO3晶簇和呈針狀、棒狀的次生方解石，形成于涼偏濕的草原環(huán)境。黑壚土(S0)是在暖濕的氣候條件下形成的。

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