以色列Har Keren黃土粒度及地球化學(xué)特征分析

師永輝，毛學(xué)剛，馬明明，劉秀銘*，陳金牛，李培意

(福建師范大學(xué)a.濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地， b.地理科學(xué)學(xué)院，c.地理研究所，福州 350007)

0 引言

黃土是由風(fēng)力搬運(yùn)堆積而成，廣泛分布于干旱、半干旱地區(qū)，其沉積過程未經(jīng)次生擾動(dòng)、富含粉砂顆粒、無沉積層理、孔隙度較大，主要成分包括石英、長石、云母、碳酸鹽等礦物[1-2]。中國黃土高原廣泛分布著風(fēng)成黃土，具有沉積連續(xù)且時(shí)間跨度大等特點(diǎn)，是記錄區(qū)域環(huán)境變化的重要載體。20世紀(jì)80年代以來，隨著多學(xué)科研究方法不斷深入和拓展，中國科學(xué)家在黃土環(huán)境磁學(xué)、黃土古生物學(xué)、黃土元素地球化學(xué)及黃土古文明等研究方向取得了令人矚目的成果[3-10]，尤其在黃土高原西部，發(fā)現(xiàn)22 Ma以來已開始出現(xiàn)黃土沉積，極大豐富了亞洲內(nèi)陸干旱化與東亞季風(fēng)演變等相關(guān)研究[11]。風(fēng)成黃土在亞洲、歐洲和美洲分布面積廣闊，非洲、澳大利亞和新西蘭等地亦發(fā)現(xiàn)小范圍黃土沉積，不同區(qū)域黃土沉積特征差異明顯[12]。通常情況下，黃土的沉積厚度、粒徑大小和碳酸鹽含量等特征與物源區(qū)距離、氣候因素關(guān)系密切，例如中國黃土高原受北部沙漠范圍變動(dòng)和季風(fēng)強(qiáng)度影響，由北至南可劃分為砂黃土帶、黃土帶和黏黃土帶，而低緯度亞熱帶沙漠邊緣黃土區(qū)受強(qiáng)風(fēng)搬運(yùn)及磨蝕作用，其粒徑組分以粗粉砂和極細(xì)砂為主(20～80 μm)[13-15]。

西亞與北非地區(qū)已發(fā)現(xiàn)多處黃土堆積地貌，分布范圍較小，成因及類型多樣，沉積年代始于晚更新世(70～10 ka BP)[16]。Crouvi等研究認(rèn)為以色列西南部廣泛分布的風(fēng)成沉積物為沙漠黃土，其粒度偏粗，以粗粉砂和極細(xì)砂為主，中值粒徑介于50～80 μm，與典型風(fēng)塵沉積黃土特征差異明顯[13]。Marx等認(rèn)為研究過去和現(xiàn)在粉塵物源區(qū)的變化，對評估區(qū)域植被覆被變化和大氣環(huán)流模式具有重要意義[17]。Enzel等對西奈～內(nèi)蓋夫沙漠邊界多處黃土狀沉積剖面研究表明，該區(qū)域在新仙女木事件期間沙丘活動(dòng)強(qiáng)烈，沙漠物質(zhì)經(jīng)強(qiáng)風(fēng)搬運(yùn)、磨蝕作用形成極細(xì)砂和粗粉砂顆粒并在其下風(fēng)向山谷及斜坡處堆積，而全新世以來沙丘活動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱[18]?？偨Y(jié)前人對以色列黃土的研究內(nèi)容主要涉及區(qū)域黃土物質(zhì)來源、黃土年代學(xué)、黃土與古環(huán)境變遷等方面[16,19-21]，本研究選擇以色列西南部Har Keren地區(qū)黃土狀沉積物剖面為研究對象，通過野外考察和粒度測試結(jié)果系統(tǒng)分析其形成機(jī)制，進(jìn)而利用元素地球化學(xué)指標(biāo)與中國黃土進(jìn)行對比分析，以拓展對不同區(qū)域黃土特征的認(rèn)識。

1 研究區(qū)與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 研究區(qū)與剖面概況

Har Keren位于以色列西南部，為東北～西南向丘陵地貌，地形起伏和緩，最高海拔360 m，西北方向距地中海約50 km，處于西奈～內(nèi)蓋夫沙漠東部邊緣地帶(圖1a、圖1b)。研究區(qū)屬典型亞熱帶沙漠氣候，夏季受副熱帶高壓控制，炎熱干旱，冬季受地中海塞浦路斯低壓影響，氣候相對溫和涼爽。Har Keren地區(qū)常年盛行西～西南風(fēng)，冬春季多發(fā)沙塵暴天氣。區(qū)域年平均降水量100～150 mm，地表植被稀疏，主要為草類和半灌木。

研究剖面(31°0′34″N，34°30′48″E)位于Har Keren西北側(cè)山谷(以下簡稱HK剖面)。HK剖面頂部海拔320 m，地表由黃土狀沉積物覆蓋，隨地形起伏呈披覆特征(圖1c)。剖面顏色從頂部灰黃色至底部漸變?yōu)闇\棕黃色，上部無明顯沉積層理，垂直節(jié)理較為發(fā)育。HK剖面土層疏松多孔，膠結(jié)性較差，自頂部向下2.4 m土層中混雜陸生蝸牛殼碎屑。剖面下部1.8 m和2.4 m處混雜大量碳酸鹽巖碎屑，多呈棱角狀，初步判斷其來源于周圍斜坡沖積物。HK剖面厚度2.8 m，采樣間距20 cm，共獲得樣品15個(gè)，其底部基巖為碳酸鹽巖，與上部沉積物巖性明顯不同。

圖 1 研究區(qū)位置(a、b)及HK剖面照片(c)Figure 1 Location of the research area(a, b) and HK profile photo (c)

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

粒度實(shí)驗(yàn)前處理方法為：(1)取樣1 g放入100 mL燒杯，加入10 mL 10%的H2O2溶液在電熱板上加熱以去除有機(jī)質(zhì)；(2)經(jīng)充分反應(yīng)后再加入10 mL 10%的HCl溶液以去除碳酸鹽；(3)向燒杯注滿清水并靜置24 h，抽取上層清液，重復(fù)3～5次直至溶液pH值呈中性；(4)加入5 mL 3.6%的(NaPO3)6溶液作為分散劑，并用超聲波震蕩5 min；上機(jī)測試使用Malvern公司Mastersizer 2000型激光粒度儀，測量范圍0.02～2 000 μm，每個(gè)樣品重復(fù)測試3次，測量誤差小于2%。樣品稀土元素含量使用X～SERIES2型ICP～MS質(zhì)譜儀測試，實(shí)驗(yàn)前處理過程見參考文獻(xiàn)[22]。常量元素含量測試前處理過程為：將干燥樣品研磨至200目，稱取3～4 g，用硼酸固定并壓制成圓片狀，使用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)Epsilon3型X射線熒光光譜儀測量，常量元素結(jié)果以氧化物百分比含量表示。以上實(shí)驗(yàn)在福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院濕潤亞熱帶山地生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 粒度特征

沉積物粒度特征對判斷其物質(zhì)來源、搬運(yùn)動(dòng)力和沉積環(huán)境信息具有重要指示意義。HK剖面粒度結(jié)果(圖2a)表明，所有樣品粒度組成以粉砂和極細(xì)砂為主，中值粒徑(Md)介于66.75～107.14 μm，平均值為83.64 μm，粒徑隨深度增加而波動(dòng)增大。圖2a中各粒徑組分隨深度變化曲線顯示，自剖面底部至頂部細(xì)顆粒組分(黏粒與粉砂)呈增加趨勢，而粗顆粒組分(極細(xì)砂與細(xì)砂)顯示為降低趨勢，中砂和粗砂含量很低且無明顯變化趨勢。剖面1.8 m處細(xì)顆粒組分含量很低，而粗粒組分明顯偏高，可能指示沉積物受周邊坡面沖積作用，因而沉積大量碳酸鹽巖碎屑與粗顆粒物質(zhì)，中值粒徑比相鄰層位明顯偏粗。根據(jù)烏登～溫特沃斯分類標(biāo)準(zhǔn)，圖2a和圖2b顯示，HK剖面樣品黏粒組分(<2 μm)變化范圍是1.99%～5.46%，平均值為3.81%，低于西峰黃土(劉秀銘未發(fā)表數(shù)據(jù))7.64%和米東黃土(呂鑌未發(fā)表數(shù)據(jù))6.43%；粉砂組分(2～63 μm)變化范圍是16.95%～42.11%，平均值為29.48%，明顯低于西峰黃土82.57%和米東黃土75.12%。極細(xì)砂與細(xì)砂沉積主要受控于風(fēng)力強(qiáng)度和物源區(qū)距離，反映小尺度范圍內(nèi)粗顆粒物質(zhì)在近地面的躍移搬運(yùn)過程。HK剖面極細(xì)砂組分(63～125 μm)變化范圍為33.08%～54.8%，平均值為41.69%，是剖面樣品眾數(shù)粒組；細(xì)砂組分(125～250 μm)變化范圍是15.86%～33.65%，平均值為21.6%。西峰黃土與米東黃土極細(xì)砂、細(xì)砂組分平均值分別為9.17%、0.49%和16.52%、1.91%，與HK剖面差別顯著。HK剖面中砂(250～500 μm)和粗砂組分(500～1 000 μm)含量很低，其變化范圍分別為0.89%～5.43%和0～0.76%，平均值分別為3.2%和0.22%，而西峰黃土和米東黃土中沒有該粒徑組分。

粒度頻率分布曲線可直觀顯示沉積物中不同粒徑組分所占的百分含量以及偏態(tài)、峰態(tài)等特征，進(jìn)而反映沉積物搬運(yùn)動(dòng)力與沉積環(huán)境。如圖2c所示，HK剖面典型樣品頻率分布曲線呈三峰分布或四峰分布，粒度分布范圍較寬，介于0.3～600 μm，眾數(shù)粒徑基本一致，介于70～90 μm，主峰偏向于粗顆粒一側(cè)，并且剖面底部樣品中粗顆粒含量明顯偏多。HK剖面典型樣品頻率分布曲線各次峰所占含量很低，曲線在粒徑10～30 μm范圍存在明顯下凹，表明樣品中缺少細(xì)粉砂組分。與HK剖面相比，西峰黃土與米東黃土曲線呈三峰態(tài)分布，分布范圍相對較窄，眾數(shù)粒徑處于粗粉砂范圍。西峰黃土與米東黃土主峰偏向粗顆粒一側(cè)，總體表現(xiàn)為正偏態(tài)非對稱分布，主峰右側(cè)曲線平滑且斜率較高，表明樣品中粗顆粒組分很少，而位于HK剖面上風(fēng)向的內(nèi)蓋夫沙丘樣品頻率分布曲線呈單峰型(圖2c)，粒度分布范圍30～700 μm，主峰粒徑明顯偏粗。相比之下，HK剖面樣品粒度頻率分布曲線形態(tài)與米東砂黃土更為接近，明顯區(qū)別于內(nèi)蓋夫沙丘砂。

圖 2 HK剖面各粒級組分隨深度變化(a)和不同區(qū)域黃土粒度組分及頻率分布曲線(b、c)Figure 2 Variation of particle size components with depth in HK profile (a) and loess grain size components and frequency distribution curves in different regions (b, c)

粒度參數(shù)主要包括標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)、偏度(Sk)、峰度(Kg)和平均粒徑(Mz)等，沉積物粒度參數(shù)變化特征可清晰反映其沉積環(huán)境和搬運(yùn)動(dòng)力[23]。表1為HK剖面與不同區(qū)域黃土的粒度參數(shù)。平均粒徑與中值粒徑可大致反映沉積物的粒度分布集中趨勢和搬運(yùn)形式。HK剖面樣品平均粒徑與中值粒徑變化范圍分別為69.55～113.69 μm和66.75～107.14 μm，平均值分別為87.74 μm和83.64 μm。粒徑總體偏粗，介于極細(xì)砂范圍且數(shù)值有所波動(dòng)，反映其搬運(yùn)形式以為近距離躍移搬運(yùn)為主，而西峰黃土與米東黃土平均粒徑與中值粒徑平均值分別為25.84 μm、21.92 μm和33.51 μm、28.25 μm，反映其搬運(yùn)形式為懸移搬運(yùn)。標(biāo)準(zhǔn)偏差可指示沉積物顆粒的分選程度，與搬運(yùn)動(dòng)力密切相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值越小，表示沉積物分選程度越好。HK剖面樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差介于1.04～2.07，平均值為1.6，反映其沉積物分選程度中等。偏度可反映粒度分布的不對稱程度，與沉積物分選程度有關(guān)。HK剖面樣品偏度值介于0.32～0.53，平均值為0.42，指示樣品偏態(tài)為極粗偏，粒徑分布曲線形態(tài)不對稱，尾部在細(xì)顆粒組分一側(cè)。峰態(tài)是指與正態(tài)頻率分布曲線相比，頻率曲線峰的寬窄尖銳程度，指示不同粒級沉積物的集中程度。HK剖面峰度值變化范圍介于1.22～2.38，平均值為1.96，表明樣品頻率分布曲線以尖窄峰態(tài)為主要特征。與HK剖面樣品相比，西峰黃土和米東黃土標(biāo)準(zhǔn)偏差值分別為1.77、1.76，偏度分別為0.33、0.32，峰度分別為1、1.08，二者標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏度值與HK剖面樣品相似，都表現(xiàn)為分選中等，偏度為極粗偏，而峰度值較低，屬于中等峰態(tài)。

不同沉積環(huán)境下形成的沉積物粒度參數(shù)有明顯區(qū)別，前人通過分析不同成因類型沉積物的粒度參數(shù)特征總結(jié)出區(qū)分風(fēng)成沉積與水成沉積作用的判別函數(shù)，其公式為：

Y=-3.568 8Mz+3.701 6σ2-2.076 6Sk+3.113 5Kg

(1)

式(1)中：Y為判別參數(shù)，Mz、σ2、Sk、Kg分別為平均粒徑、標(biāo)準(zhǔn)偏差、偏度和峰度。已有研究表明[24-25]，風(fēng)成沉積判別函數(shù)值為負(fù)值，而水成沉積物為正值。表1中顯示HK剖面樣品判別函數(shù)值全部為負(fù)值，但明顯低于西峰黃土和米東黃土判別值，表明HK剖面沉積過程較為復(fù)雜，可能兼受風(fēng)力堆積與坡面流水沖積作用。

表 1 HK剖面與不同區(qū)域黃土的粒度參數(shù)Table 1 Particle size parameters of loess in different regions and HK profile

樣點(diǎn)平均粒徑標(biāo)準(zhǔn)偏差偏度峰度判別函數(shù)HK191.121.630.352.00-1.87HK270.782.070.491.32-5.57HK379.622.030.531.79-3.56HK469.552.030.521.22-6.20HK590.401.590.391.94-2.37HK690.731.520.352.13-1.68HK782.181.650.461.89-3.29HK882.031.880.532.01-2.76HK976.961.790.491.73-4.24HK10113.691.400.382.35-0.09HK1188.761.560.412.16-1.79HK1289.511.440.431.99-2.71HK13100.471.230.332.31-1.25HK1491.341.190.362.38-1.68HK1599.001.040.322.23-2.13HK平均值87.741.600.421.96-2.75西峰黃土25.841.770.331.00-12.10米東黃土33.511.760.321.08-10.47

2.2 稀土元素特征

稀土元素在沉積過程中具有獨(dú)特且穩(wěn)定的物理、化學(xué)特征，被廣泛應(yīng)用于沉積物來源、成因、區(qū)域環(huán)境變化等研究方向[26]。HK剖面樣品稀土元素參數(shù)如圖3所示，稀土元素總量∑REE變化范圍介于61.44～92.39 μg·g-1，均值為76.04 μg·g-1，變化范圍較大，其中剖面上層0.2～0.4 m和下層1.6～2 m處∑REE相對偏高。HK剖面∑REE顯著低于上地殼平均值和中國黃土高原黃土(170 μg·g-1)及新疆伊犁黃土平均含量(164 μg·g-1)，反映了不同區(qū)域氣候差異和物源的影響。HK剖面輕稀土元素(LREE)相對富集，與∑REE變化趨勢一致，均值為65.66 μg·g-1，占稀土元素總量86.35%，重稀土元素(HREE)豐度偏低，均值為10.38 μg·g-1，占稀土元素總量的13.65%。LREE/HREE值變化范圍介于5.65～6.88，不同層位樣品比值無明顯變化，均表現(xiàn)為輕稀土富集，重稀土相對虧損特征。稀土元素中Ce和Eu為變價(jià)元素，會隨沉積環(huán)境的變化而發(fā)生遷移或富集。分異系數(shù)δEu值介于0.72～0.83，顯示為中度負(fù)異常，δCe值介于0.92～0.97，均值為0.94，指示沉積物中Ce元素呈現(xiàn)輕微負(fù)異常。剖面典型樣品經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后(圖4)，呈現(xiàn)右傾型特征，不同層位樣品變化范圍集中，與黃土高原西峰黃土、洛川黃土相比變化范圍差別較大，但變化趨勢基本一致，即輕稀土元素富集，重稀土虧損，Eu中度負(fù)異常，Ce基本無明顯異常。

2.3 常量元素特征

自然狀態(tài)下，沉積物中化學(xué)元素在淋溶遷移和集聚過程中表現(xiàn)出不同的化學(xué)特性與活動(dòng)規(guī)律，為分析區(qū)域古環(huán)境變化提供重要信息[1]。HK剖面常量元素結(jié)果如圖5所示，樣品中SiO2、CaO、Al2O3含量較高，范圍分別介于57.3%～76.4%、4.9%～12.72%、4.95%～6.63%，平均值分別為63.03%、9.86%、6.01%；樣品中Fe2O3、MgO、Na2O與K2O元素含量所占比重很低，分別為1.51%～2.39%、0.79%～1.6%、0.77%～1.11%、0.58%～0.88%，平均值分別為1.89%、1.27%、0.92%、0.71%。HK剖面中SiO2與Na2O含量隨深度變化具有相同趨勢，Al2O3、Fe2O3、MgO和CaO含量隨深度變化趨勢基本一致，上層含量高于下層。剖面SiO2、CaO、Al2O3三者平均含量之和為78.91%，樣品中Ca含量偏高，F(xiàn)e含量較低，其UCC標(biāo)準(zhǔn)化曲線明顯區(qū)別于西峰黃土[27]與洛川黃土[28](圖6)，后者常量元素含量最高者分別為SiO2、Al2O3、Fe2O3。Na2O/K2O用于指示沉積物中斜長石風(fēng)化程度，其比值大小與風(fēng)化程度成反比。HK剖面自底部至頂部Na2O/K2O呈波動(dòng)降低趨勢，指示HK剖面沉積過程中化學(xué)風(fēng)化程度逐漸增強(qiáng)?；瘜W(xué)蝕變指數(shù)(CIA)主要反映長石為主的硅酸鹽礦物風(fēng)化程度[29]，其公式為：

圖 3 HK剖面稀土元素特征參數(shù)隨深度變化Figure 3 The characteristic parameters of rare earth elements change with depth in HK profile

圖 4 HK剖面典型樣品稀土元素分配模式Figure 4 Distribution patterns of rare earth elements in HK profile

CIA=Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)×100

(2)

式(2)中：CaO*指硅酸鹽礦物中的含量。由于測試前樣品未進(jìn)行去碳酸鈣處理，因此采用相應(yīng)校正方法[30]，地球化學(xué)參數(shù)均用分子摩爾數(shù)計(jì)算得出。HK剖面CIA值介于68.27～75.52(圖5)，平均值為72.23，自底部至頂部顯示為波動(dòng)增加趨勢，表現(xiàn)為中等化學(xué)風(fēng)化程度。

圖 5 HK剖面常量元素含量(%)及風(fēng)化參數(shù)隨深度變化Figure 5 The content of major elements (%) and weathering parameters change with depth in HK profile

3 討論

3.1 沉積物類型及成因探討

黃土是一種陸相風(fēng)成沉積物，但不同黃土分布區(qū)其粒度組成有所差別，劉東生提出典型黃土和黏黃土粒徑基本粒組為10～50 μm，而砂黃土基本粒組介于10～100 μm[31]。丁仲禮等研究表明中國北方沙漠邊緣黃土中極細(xì)砂和細(xì)砂含量偏高，粒度組分明顯區(qū)別于黃土高原南部黃土[14,32]。Muhs等研究認(rèn)為非洲與西亞干旱半干旱地區(qū)沉積的沙漠黃土主要粒度組分為粉砂和極細(xì)砂，中值粒徑介于50～80 μm，粒度分布曲線呈雙峰或三峰分布[13,33]。Pye提出典型黃土粒徑以粉砂為主，但不同地區(qū)黃土中黏粒組分和砂含量變化有所區(qū)別，如美國Nebraska黃土沉積呈單峰分布，砂含量達(dá)到40%以上，中值粒徑介于50～65 μm[2]。已有研究表明[19]，以色列南部典型風(fēng)積黃土以粗粉砂(20～60 μm)為主，粒度分布曲線呈雙峰型，峰值分別介于3～8 μm和50～60 μm。對于Har Keren地區(qū)黃土狀沉積物是否為黃土，相關(guān)研究結(jié)論不一。Crouvi等[16]認(rèn)為該區(qū)沉積物普遍屬于沙漠黃土，沉積過程較為復(fù)雜，而Enzel[18]指出黃土組成應(yīng)以粉砂組分為主，認(rèn)為Har Keren地區(qū)山谷堆積物粒徑雖明顯區(qū)別于周邊沙丘樣品，與風(fēng)成黃土較為相似，但不屬于黃土。野外觀察發(fā)現(xiàn)，HK剖面形態(tài)特征表現(xiàn)為剖面頂部至底層由灰黃色漸變?yōu)闇\棕黃色，沉積物疏松且多孔隙，膠結(jié)性較差，剖面整體無明顯層理，垂直節(jié)理較為發(fā)育，沉積物中含有大量陸生蝸牛殼碎屑，與黃土高原黃土特征相似。HK剖面與其上風(fēng)向沙丘樣品粒度對比顯示，兩者頻率分布曲線差異明顯，沙丘樣品主要以細(xì)砂(125～250 μm)和中砂(250～500 μm)為主，呈單峰態(tài)，分選程度較好，而HK剖面上層樣品中含一定比例粗粉砂組分(圖2c)，平均粒徑相對較小，頻率分布曲線與風(fēng)成黃土較為相似，說明HK剖面主要以近源風(fēng)力搬運(yùn)沉積為主，并且在搬運(yùn)過程中物質(zhì)經(jīng)過風(fēng)力磨蝕作用粒徑有所減小。野外觀察發(fā)現(xiàn)HK剖面下部1.8 m和2.4 m有兩處明顯的碳酸鹽巖礫質(zhì)碎屑層，且上部土層中亦含有少量粗粒物質(zhì)(圖2a)，表明剖面沉積過程中也會受到坡積作用影響。

3.2 元素地球化學(xué)特征分析

元素地球化學(xué)是研究化學(xué)元素及其同位素在地球演化進(jìn)程中的分異、富集及遷移規(guī)律，對解決相關(guān)理論和實(shí)際問題具有重要意義。與典型風(fēng)塵堆積黃土相比，HK剖面樣品∑REE偏低，數(shù)值波動(dòng)較大，表明HK剖面物源較為復(fù)雜，并且在沉積過程中近源粗顆粒成分大量混入導(dǎo)致稀土元素相對稀釋，因而∑REE偏低。Ce和Eu作為變價(jià)元素，受季節(jié)性氣候變化和氧化還原條件等因素影響在沉積物中會表現(xiàn)為富集或虧損特征。稀土元素參數(shù)δCe和δEu值>1為正異常，<1為負(fù)異常。通常情況下，δCe正異常指示氧化環(huán)境下風(fēng)化及成土作用較強(qiáng)，而δEu負(fù)異?？煞从尺€原條件和淋溶程度的強(qiáng)弱。HK剖面樣品δCe變化范圍介于0.92～0.97，平均值為0.94，顯示為輕微負(fù)異常，表明剖面沉積過程中由于區(qū)域氣候干旱，成土作用微弱，Ce元素未發(fā)生富集。δEu值介于0.72～0.83，為中度負(fù)異常，但由于該區(qū)氣候干旱，降水較少，基本不可能發(fā)生持續(xù)性淋溶作用，因此推測δEu值負(fù)異常可能與物源區(qū)原巖化學(xué)元素組成有關(guān)。HK剖面樣品稀土元素經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后與典型黃土變化趨勢基本一致，即標(biāo)準(zhǔn)化曲線呈右傾型特征，輕稀土富集，Eu中度負(fù)異常，Ce無明顯異常，說明HK剖面物源廣泛，沉積物在搬運(yùn)、沉積過程中經(jīng)充分混合，顯示出與典型風(fēng)成黃土相似的稀土元素分配模式，而兩者稀土元素總量和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線變化范圍差別較大可能與其物質(zhì)來源、搬運(yùn)模式和沉積環(huán)境等因素不同有關(guān)。

圖 6 不同區(qū)域黃土常量元素UCC標(biāo)準(zhǔn)化曲線Figure 6 UCC standardized curves of loess major elements in different regions

將HK剖面樣品及中國不同區(qū)域黃土常量元素平均值與上部陸殼(UCC)平均值對比，即常量元素UCC標(biāo)準(zhǔn)化(圖6)。結(jié)果表明，HK剖面常量元素中除SiO2外，其余顯著偏離UCC平均值，亦區(qū)別于西峰黃土、洛川黃土、鎮(zhèn)江下蜀土[34]及巫山黃土[35]，說明HK剖面物質(zhì)來源、搬運(yùn)方式及沉積過程明顯區(qū)別于中國典型風(fēng)成黃土。相比之下，HK剖面與騰格里沙漠南緣武威黃土[36]分布曲線特征接近，表現(xiàn)為SiO2含量與上部陸殼接近，CaO顯著富集，其余常量元素虧損，表現(xiàn)出沙漠邊緣黃土中常量元素組成的相似性。

HK剖面CIA介于68～75之間，表現(xiàn)為中等化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度，這與其粒度及稀土元素特征參數(shù)所指示的沉積環(huán)境差異較大，與該區(qū)域干旱少雨的氣候特征亦不相符。通常情況下，CIA用于指示沉積物的風(fēng)化成壤強(qiáng)度，其數(shù)值大小由Na2O、K2O和CaO*含量決定。但該指標(biāo)也存在一些局限性，比如CIA的提出主要用于指示源巖區(qū)硅酸鹽礦物的化學(xué)風(fēng)化程度[37]，并且在干旱至半濕潤區(qū)適用性較好，當(dāng)區(qū)域降水量超過1 600 mm時(shí)其指示意義有所下降[38]。研究認(rèn)為，Har Keren地區(qū)基巖主要是碳酸鹽巖，在強(qiáng)物理風(fēng)化條件下，剖面沉積過程中富集部分碳酸鹽巖殘積物，加之氣候干旱，地表強(qiáng)烈蒸發(fā)過程導(dǎo)致碳酸鹽大量聚集，因而沉積物中混入的CaCO3含量明顯偏高。圖5顯示，HK剖面Na2O與K2O整體含量很低，除去其中CaCO3的影響，硅酸鹽礦物中Na2O與CaO*通常以1∶1比例存在，因此可以認(rèn)為從物源區(qū)搬運(yùn)而來的沉積物中Na2O、K2O和CaO*含量整體偏低，并且區(qū)域氣候干旱少雨，化學(xué)風(fēng)化作用較弱，因而導(dǎo)致剖面CIA異常偏高。

4 結(jié)論

通過對以色列西南部Har Keren地區(qū)黃土狀沉積剖面進(jìn)行系統(tǒng)的粒度、稀土元素及常量元素實(shí)驗(yàn)分析，總結(jié)如下結(jié)論：

(1)HK剖面沉積特征顯示，土層疏松多孔，膠結(jié)性較差，無明顯層理，垂直節(jié)理發(fā)育，剖面含大量陸生蝸牛殼碎屑，與風(fēng)成黃土形態(tài)較為相似。但由于剖面樣品粒徑偏粗，且不同層位差異較大，且剖面處于負(fù)地形，易受坡積作用影響，因此認(rèn)為其屬于次生沙漠黃土。HK剖面粒度特征明顯區(qū)別于上風(fēng)向沙丘砂，剖面樣品中以粗粉砂和極細(xì)砂組分為主，說明剖面沉積物主要來自近源沙漠，在搬運(yùn)和沉積過程中經(jīng)過風(fēng)力磨蝕及物理強(qiáng)風(fēng)化作用后，粒徑有所減小。

(2)HK剖面稀土元素經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后與典型風(fēng)積黃土具有相同變化趨勢，表現(xiàn)為輕稀土富集，重稀土虧損，Eu中度負(fù)異常，Ce無明顯異常，說明剖面物源廣泛，沉積物在搬運(yùn)、沉積過程中經(jīng)充分混合。但HK剖面不同層位稀土元素分布曲線變化較大，且總量偏低，表明其物質(zhì)來源、搬運(yùn)方式及沉積環(huán)境明顯區(qū)別于中國典型黃土。HK剖面常量元素UCC標(biāo)準(zhǔn)化特征與中國北方沙漠邊緣區(qū)黃土接近，CIA值指示剖面處于中等化學(xué)風(fēng)化程度。但由于HK剖面處于亞熱帶沙漠邊緣，氣候干旱，不可能發(fā)生較強(qiáng)的化學(xué)風(fēng)化作用，因此認(rèn)為其CIA異常偏高與其中堿金屬及堿土金屬元素含量整體偏低有關(guān)，因而不能反映沉積區(qū)真實(shí)的化學(xué)風(fēng)化程度。