蓬萊下朱潘、長(zhǎng)島大黑山島、陜北延安三地馬蘭期黃土之對(duì)比與成因探討

劉彭

摘 要：本文通過對(duì)蓬萊下朱潘、長(zhǎng)島大黑山島、陜北延安三地馬蘭期黃土的粒度，磁化率，化石種類，礦物含量等對(duì)比，探討了海岸帶黃土和內(nèi)陸黃土的物質(zhì)來源、分布規(guī)律：蓬萊，大黑山島黃土粒度較粗，物質(zhì)來源多樣，既有內(nèi)陸荒漠地區(qū)的物質(zhì)，也有渤海周邊的近源物質(zhì);陜北內(nèi)陸黃土粒度較細(xì)，物質(zhì)來源主要為內(nèi)陸荒漠。同時(shí)，通過對(duì)粒度和磁化率的分析，本文討論了沉積物為懸移質(zhì)時(shí)Φ值的范圍，風(fēng)力強(qiáng)盛時(shí)，Φ的最小值減小，粗顆粒增加，反映了氣候轉(zhuǎn)冷，季風(fēng)加強(qiáng)，環(huán)境變得干冷;但物質(zhì)達(dá)到高空懸移時(shí)，Φ值基本穩(wěn)定在10.5Φ。

關(guān)鍵詞：馬蘭黃土;粒度分析;磁化率;第四紀(jì)氣候;環(huán)境演變

引言

黃土是指第四紀(jì)形成的尚未固結(jié)的陸相黃色粉砂質(zhì)土狀堆積物。我國(guó)黃土自西向東主要分布于西部干燥內(nèi)陸盆地，中部高原和東部平原三大區(qū)（劉東生等，1985）。我國(guó)黃土分為早更新世的午城黃土、中更新世的離石黃土和晚更新世的馬蘭黃土[1]。晚更新世馬蘭期的內(nèi)陸黃土、渤海及周圍黃土、東海的島嶼黃土，它們的沉積模式和物質(zhì)來源有著很大的不同。本文通過野外考察和整理實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，對(duì)蓬萊，長(zhǎng)島大黑山島以及陜西延安馬蘭期黃土的粒度，磁性，物質(zhì)成分等要素的對(duì)比，探討我國(guó)馬蘭期黃土所記錄的環(huán)境演變信息。

1研究區(qū)域概況及剖面特征

1.1蓬萊下朱潘黃土分布區(qū)自然概況及剖面特征

蓬萊位于山東半島最北端，經(jīng)緯度范圍：37°25ˊ～37°50ˊN，120°35ˊ～121°09ˊE[2] 。下朱潘黃土分布區(qū)位于山東省煙臺(tái)市蓬萊市北溝鎮(zhèn)，北鄰大海，黃土發(fā)育厚度大。樣品剖面位于蓬萊下朱潘附近，厚約15～20m，整個(gè)黃土海岸帶的黃土呈帶狀分布，有十幾米高的十分壯觀的黃土海蝕崖，這是本地區(qū)獨(dú)特的自然景觀。該剖面底部是與岸線平行，并且有波浪作用下形成的向海傾斜的海蝕平臺(tái)。

（1）該剖面可明顯看出兩種顏色及結(jié)構(gòu)不同的黃土--下部離石期黃土狀土，黃土海蝕崖下部的海蝕平臺(tái)為離石期黃土狀土，

該層從出露的海岸底部到該層頂端約3到5m，該層夾雜大量礫石等，為快速沉積作用形成，顏色呈現(xiàn)棕黃色，具水平層理和斜層理，顯示流水搬運(yùn)的痕跡，有多個(gè)正在發(fā)育的海蝕穴、海蝕洞。

（2）離石黃土層向上為一層較薄的古土壤層，為褐色，發(fā)育程度較好，厚約0.3到0.5m。

（3）再向上為馬蘭期黃土狀沉積，結(jié)構(gòu)較為松散，該層顏色較離石黃土淺，厚約5到7m，結(jié)構(gòu)較為松散，無水平層理，垂直節(jié)理發(fā)育，含有大量不規(guī)則鈣質(zhì)結(jié)核，為黃土中鈣質(zhì)在地表及地下水的淋濾轉(zhuǎn)移并沉淀。此外，該層馬蘭黃土中含有孔蟲等海相微體生物化石，化石完整或破碎。

（4）馬蘭向上為一層0.5到1.8m的古土壤層，該層較下一層古土壤層要厚，顏色呈現(xiàn)棕紅色，初步推斷該時(shí)期該地區(qū)的氣溫偏溫暖濕潤(rùn)，此古土壤層向上為一層馬蘭黃土，顏色較其他層淺，呈現(xiàn)淺黃色，結(jié)構(gòu)較致密，含有少部分礫石和鈣質(zhì)結(jié)核等，厚約3到5m。

（5）從馬蘭向上有一層很?。s0.2到0.5m）的不連續(xù)的表土層。（見圖1.1，圖1.2，圖1.3）

1.2長(zhǎng)島大黑山島黃土分布區(qū)自然概況及剖面特征

廟島群島橫亙膠東半島與遼東半島之間的渤海海峽，自海拔數(shù)米至一百多米的高度至一百多米的高度范圍內(nèi)，均有黃土分布[3]。本文以大黑山島和南長(zhǎng)山島的王溝為例，進(jìn)行分析。大黑山島黃土大面積分布，充填了溝谷，覆蓋了山坡和低平部位[3]。大黑山島的北莊可達(dá)20m左右，黃土地貌包括黃土堆積地貌和切割地貌，其中黃土溝谷十分發(fā)育。大黑山島的黑石溝剖面，黃土覆蓋在新生代玄武巖上，自下而上，自老至新，依次為中更新世離石黃土（蓬萊黃土），古土壤層和晚更新世馬蘭黃土（大連黃土），其中馬蘭黃土中夾雜有大量鈣質(zhì)結(jié)核和角礫以及部分哺乳動(dòng)物生物化石。在馬蘭黃土大規(guī)模超覆后，后期的地貌營(yíng)力作用又塑造了如今的島嶼特有的黃土地貌景觀。

大黑山島土島采樣中，分別采樣了泥崖子、土島村西土崖三個(gè)剖面的馬蘭黃土土樣，并逐層進(jìn)行了分析。

1.3 陜西延安黃土分布區(qū)自然概況及剖面特征

我國(guó)西部的黃土高原地區(qū)是中國(guó)黃土的主要分布區(qū)[4]。先后堆積了午城黃土、離石黃土和馬蘭黃土。該地區(qū)黃土平均厚度50至100m。陜西黃土多分布于中北部，其中延安地區(qū)黃土分布十分具有代表性。本文選取洛川城東剖面（郝玉芬，2004）中馬蘭黃土豐富分析自然概況，洛川縣位于延安地區(qū)南部，地勢(shì)自東北向西南傾斜。搜集的洛川城東剖面中的馬蘭黃土層（L1240一264cm），灰黃色，粉沙質(zhì)地，較緊實(shí)，均質(zhì)塊狀結(jié)構(gòu)，松散易成粉末，多孔隙，有微小的碳酸鈣結(jié)核出現(xiàn)（直徑約1mm）[5]。此外，本文利用老師采集的陜西延安寶塔區(qū)剖面的馬蘭黃土，在中科院西安黃土所進(jìn)行了粒徑和磁化率的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)處理。

2三地馬蘭期黃土特征對(duì)比

2.1粒度測(cè)試分析與對(duì)比

（1）測(cè)試方法：在大黑山島土島、泥崖子、蓬萊下朱潘、陜西寶塔山分別取得馬蘭黃土樣，分別在（見附錄照片），采樣間距25-30CM，采集樣品21 個(gè)，樣本送至西安，委托中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃土與第四紀(jì)地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行激光粒度實(shí)驗(yàn)分析。

采取的激光粒度分析步驟：先通過對(duì)樣本加雙氧水除去黃土中的有機(jī)質(zhì)、加稀鹽酸除去黃土中的碳酸鹽成分、加分散劑超聲震蕩的前期處理方法，進(jìn)行黃土樣品的預(yù)處理。之后用英國(guó)馬爾文（Malvern）公司生產(chǎn)的MastersizerS型激光粒度分析儀對(duì)樣本進(jìn)行分析測(cè)量并得到數(shù)據(jù)記錄。結(jié)合前人所做陜西洛川黃土的粒度，進(jìn)行對(duì)比。

（2）參數(shù)選?。毫６冗\(yùn)用公式Φ=-log2d（d為顆粒直徑，d單位是mm）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算，將?m轉(zhuǎn)化成mm。利用excel統(tǒng)計(jì)生成粒度頻率分布曲線圖。粒度頻率分布曲線圖的橫坐標(biāo)用φ值表示粒級(jí)的大小，φ值越大表示黃土顆粒就越小，反之則越大， 縱坐標(biāo)表示頻率（%）的粒級(jí)百分比含量。這種粒度分布頻率曲線圖是粒度分析中比較常用的一種重要的圖解形式[6]。并利用Grapher生成概率累積曲線圖，求出特征值，利用相關(guān)公式：

上列各式中的φx即相應(yīng)于X%處的粒徑（φ值），稱為百分位數(shù)。

2.1 粒度頻率分布特征

據(jù)表2.1，比較可以得出：

同一地區(qū)，同一剖面中，隨采樣點(diǎn)深度的增加，平均值有減小的趨勢(shì)，也就是越向下層黃土的顆粒度越細(xì)。而不同地區(qū)之間，MG系列（陜西漠古）的平均值最大，在6Φ左右，說明漠古地區(qū)較其他地區(qū)的顆粒度更細(xì)。蓬萊黃土中，馬蘭黃土較離石黃土的粒度更細(xì)。由內(nèi)陸延安到蓬萊再到廟島群島中的大黑山島的粒度分布具有復(fù)雜多源沉積的特征，這兩處粒度值較大的主流部分為近源沉積。分析為渤海晚更新世氣候變冷引起附近風(fēng)化顆粒物和海底沉積物吹蝕和沉積。

平均偏差越小，說明粒徑的波動(dòng)越小，粒徑的分布更加均勻。比較表2.2中的數(shù)據(jù)，從整體看，大黑山島的標(biāo)準(zhǔn)偏差大于蓬萊下朱潘大于陜西延安的漠古和寶塔區(qū)的黃土，說明海島地區(qū)馬蘭黃土的顆粒度分布較沿海地區(qū)馬蘭黃土的顆粒度更加不均勻，而內(nèi)陸延安地區(qū)的顆粒度分布則在三地中顆粒度最為均勻。

2.1.2 粒度特征對(duì)比

（1） 大黑山島的細(xì)砂含量明顯大于蓬萊和延安，這說明大黑山島的馬蘭黃土物質(zhì)來源可能有近源的物質(zhì)。

（2） 延安的粉砂含量占絕大部分，蓬萊的粉砂含量最高。蓬萊粘土含量較其他地方高，這說明黃土中大部分的物質(zhì)可能是風(fēng)吹的，并且蓬萊中細(xì)小顆?？赡苁歉呖諝饬鲬腋★h來的。

（3）蓬萊的粒度平均值較延安高，說明蓬萊馬蘭黃土較延安黃土中的粗顆粒更粗，也就是說有些不符合風(fēng)的動(dòng)力學(xué)沉積的顆粒，由此可推測(cè)蓬萊馬蘭黃土中近源沉積的物質(zhì)較多。

（4）粒度特征值中三地的平均值有差異，以陜北的最細(xì)（平均6.11Φ），蓬萊居中（5.55Φ），大黑山島最粗（5.11Φ）。說明按風(fēng)成沉積規(guī)律，蓬萊和大黑山島主要馬蘭黃土的物質(zhì)不是來自西北內(nèi)陸，而是近地為主。

2.2 古生物化石種類分析

長(zhǎng)島大黑山島和蓬萊黃土剖面中見有較多底棲有孔蟲化石，個(gè)體小，屬種單調(diào)，分布也十分不均勻，反映了它們來源于干涸的淺?；?yàn)a湖相的沉積環(huán)境[8]。此外，還有春節(jié)小玻璃介，中華麗花介等淡水種和近岸種，這些都佐證了海岸帶黃土的形成有著復(fù)雜的地質(zhì)作用和復(fù)雜的沉積氣候和環(huán)境。

長(zhǎng)島大黑山島馬蘭期黃土中除挖掘出的大型哺乳動(dòng)物化石，包括披毛象，猛犸象，安氏鴕鳥（安氏鴕鳥蛋），同時(shí)含有軟體生物殼體。這些軟體生物化石主要以陸生華蝸牛Cathaica及間齒螺Metodontia為代表，是以耐干冷為特征的種，反映了海岸帶黃土形成的環(huán)境[8]。在蓬萊下朱潘也發(fā)現(xiàn)了來自海洋和淺海，湖相的生物化石，同時(shí)發(fā)現(xiàn)的還有內(nèi)陸生物碎屑。同比之下，在延安洛川黃土中發(fā)現(xiàn)的則只有包括蝸牛等陸生生物的化石。

2.3礦物含量分析和化學(xué)成分分析

廟島群島中的砣磯島和南長(zhǎng)山島的輕礦物主要為長(zhǎng)石，石英，云母及碳酸鹽膠結(jié)物，而在蓬萊西村中輕礦物主要是桿欄石，斜長(zhǎng)石，碳酸鹽膠結(jié)物及少量伊丁石[12]，同時(shí)比較我們發(fā)現(xiàn)，近海的黃土比內(nèi)地的黃土含的磁鐵礦等磁性礦物比內(nèi)地高出很多。洛川黃土的不穩(wěn)定礦物含量為20.48%，穩(wěn)定礦物為32.59%，相比渤海地區(qū)不穩(wěn)定礦物占到40%-70%，且由北向南遞減，穩(wěn)定礦物12%-36%，由北向南逐漸增多[7]。這側(cè)面說明了沿海和內(nèi)陸黃土物質(zhì)來源可能存在差異性。

粘土礦物比較，廟島群島中的信號(hào)山剖面黃土中伊利石平均含量為61%， 蒙脫石23%，高嶺石8.5%，綠泥石6.7%[10]，在黃土高原馬蘭黃土中的粘土的組成礦物中則以伊利石/蒙脫石的混層礦物（相對(duì)含量為60%到70%）為主[11]。

由表2.5可知，廟島群島的化學(xué)成分以二氧化硅居多。另外渤海地區(qū)的埋藏黃土SiO2的含量遠(yuǎn)比內(nèi)陸黃土大，Si、Na、K的含量也大大高于洛川黃土[7]。通過化學(xué)成分對(duì)比的分析，我們可以為廟島群島的物質(zhì)來源和粒度較大的原因進(jìn)行進(jìn)一步的推測(cè)，內(nèi)陸黃土和渤海附近的黃土的礦物含量較大的差異也側(cè)面反映了三地黃土物質(zhì)來源的不同。

3結(jié)論

（1）蓬萊下朱潘，長(zhǎng)島大黑山島，陜北延安的馬蘭黃土都為風(fēng)成堆積，從黃土結(jié)構(gòu)、粒度分布和鈣質(zhì)結(jié)核存在上看，三地黃土都為陸相沉積。

（2）從粒度分析看，蓬萊，大黑山島黃土粒度為多峰態(tài)，主峰粒度較陜北主峰粗，說明粗粒物質(zhì)來自近源;次峰較陜北主峰細(xì)，可能是西北內(nèi)陸荒漠物質(zhì)。

（3）蓬萊黃土與大黑山島黃土含有陸相生物化石和微體海相生物化石，推測(cè)為冰期時(shí)吹蝕干涸的大陸架的物質(zhì)，陜北延安不含微體海相生物化石，物源單一，為西北荒漠的物質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉東生等，黃土與環(huán)境[M].科學(xué)出版社，1985.

[2] 劉俊菊，蓬萊西北部Q，<，3>/Q，<，2>界面兩側(cè)沉積特征及其環(huán)境意義[D].煙臺(tái)，魯東大學(xué)，2008.

[3] 李培英，渤海海峽及膠遼兩半島海岸帶黃土的分布特征[J].黃渤海海洋，10（1）1992：27.

[4] 何青峰，延安Q2黃土的力學(xué)及流變特性研究[D].西安，長(zhǎng)安大學(xué)，2008.

[5] 郝玉芬，黃土高原中南部全新世土壤與環(huán)境研究[D].西安，陜西師范大學(xué)，2004.

[6] 金秉福，粒度分析中偏度系數(shù)的影響因素及其意義[J].研究論文，2012 36（2）：131.

[7] 韓雪，遼東半島黃土沉積與黃渤海陸架沙漠化的關(guān)系[D].遼寧，遼寧師范大學(xué)，2010.

[8] 程振波等，渤海海峽和遼東半島海岸帶黃土中的古生物化石的地質(zhì)意義[J].海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì)，1996 16（1）：85-87

[9] 牛洪燕，金秉福等，從礦物學(xué)角度探討芝罘島黃土狀黃土成因及古氣候變化[J].世界地質(zhì)，2009 28（4）：477-483

[10] 曹家欣等，山東廟島群島全新世黃土[J].第四紀(jì)研究，1993 2（1）：28

[11] 黃土高原馬蘭黃土粘土礦物的定量研究[J].地質(zhì)評(píng)論，2004 50（5）：530

[12] 趙奎寰，從礦物學(xué)探討廟島列島黃土成因[J].海洋科學(xué)，1983（1）：30

[13] 曹家欣等，山東廟島群島的紅色風(fēng)化殼與棕紅土及其古氣候意義[J].中國(guó)科學(xué)（B輯），1994 24（2）：223.

[14]丁蒙，濱海（陸架）黃土釋光年代地層研究[D]. 遼寧，遼寧師范大學(xué)，2009.