关中东部渭河以南大厚湿陷性黄土的成因研究

拓向阳

0 引言

黄土高原深厚的黄土源于西北干旱地区沙漠中的粉尘在西北风的搬运作用下堆积而成，具有由西北向东南粒度逐渐变细［1］、黄土厚度由厚变薄［2］、黄土湿陷性由强变弱的趋势。但在黄土高原南缘关中东部渭河以南地区，上述变化规律出现异常。

随着近年来我国国民经济的发展和西部大开发战略的实施，关中地区逐渐成为陕西省的发展中心，乃至整个西北地区的发展中心。在这一地区进行的工程建设数量越来越多，规模也越来越大。但是关中东部渭河以南地区由于以往的工程建设较少，对于该区域黄土的形成，前人并未作专门的研究。一直以来都认为该区域黄土与黄土高原其他地区的来源相同，主要由盛行于中国西北的冬季风携带西北戈壁、沙漠的粉尘堆积而成。

1 研究区黄土地层岩性及厚度特征

1.1 研究区黄土岩性对比

为了分析研究关中东部渭河以南黄土的成因及物源，对东至潼关，西至渭南市，北至渭河，南到秦岭的整个区域进行了野外地质调查。在调查的基础上选取了六个剖面，进行了野外观察测量及取样。这六个剖面分布在两条南北线上。两条线上的六个剖面代表性地貌均包括渭河二级阶地、三级阶地和黄土塬。

通过对研究区各剖面地层岩性的现场研究发现:

1 )东线黄土相对西线黄土，土质要更加疏松;并且东线古土壤发育没有西线古土壤发育明显，东线古土壤颜色比较浅，古土壤中钙质结核发育相对也较少。

2 )东西两线从二级阶地—三级阶地—黄土塬，即越靠近秦岭，黄土—古土壤越坚硬，古土壤发育越明显，古土壤颜色加深，古土壤中钙质结核增多。在最南面接近秦岭的某些黄土塬剖面S1古土壤底部钙质结核结成钙板。

3 )直观上，东线黄土的沙性比西线大，尤其位于潼关的东线三级阶地(TSJ剖面)与黄土塬(TY1剖面)，其手感有点像甘肃与陕北黄土。

研究区范围不大，但肉眼观察到的黄土特征变化很明显，这些特征上差异并非风力远源搬运来堆积所能形成的。

1.2 研究区黄土厚度对比

分别对研究区东、西线黄土厚度进行对比(见图1)。并且为了对比渭河北岸黄土与研究区黄土的厚度差异，选择研究区正北方的大荔猿人遗址剖面。由于该剖面位于洛河三级阶地，所以选择研究区的二级，三级阶地的各剖面黄土—古土壤厚度与该剖面进行对比，见图2。

通过对比发现:

研究区晚更新世以来的黄土，东线三个剖面黄土—古土壤厚度相对都大于西线黄土—古土壤厚度。其中厚度差距比较大的主要是L1黄土层，古土壤厚度差距不是很明显。东西两线从二级阶地—三级阶地—黄土塬，随着海拔的增加，黄土—古土壤厚度有减小的趋势。但是东线，即HEJ剖面，TSJ剖面L1黄土的厚度并没有呈现出变小的趋势。TSJ剖面L1厚度要大于HEJ剖面，见图2。两剖面基本上位于同一纬度。但是TSJ剖面比HEJ剖面更偏东(6 km处)。

渭河北岸大荔猿人遗址剖面虽然距离研究区如此之近，但是渭河北岸黄土—古土壤厚度却明显小于渭河南岸各阶地黄土—古土壤厚度。由此可推出渭河南北岸黄土的物源可能不同。

研究区范围不大，但地层厚度变化之大，这些特征上差异并非风力远源搬运堆积所能形成的。

2 研究区黄土粒度特征

为了深入的研究研究区黄土的粒度特征，所以对研究区内HEJ剖面所采样品进行了粒度试验，所用仪器为激光粒度仪。

通过分析，试验场地剖面马兰黄土平均粒径为33.95μm，中值粒径为26.8μm，而据王永焱，林在贯等［3］研究洛川与西安马兰黄土的平均粒径分别为6.19μm与6.64μm。由此对比可知试验场地的黄土颗粒组成较粗。

基于粒径较粗的砂粒一般在风作用下只能通过跃移运动做近距离的地面搬运［4，5］，很难以悬移方式在高空进行长距离的运移的运动机理。为了通过对比分析试验场地黄土的颗粒组成特征，选择了丁仲礼等［6，7］所研究的黄土高原中部近南北向8个黄土剖面作为对比剖面。

通过将试验场地剖面马兰黄土大于63μm颗粒含量与这8个对比剖面对比，可以看出至更东南的试验场地马兰黄土中大于63μm颗粒平均含量又突然增加，这与传统的认识有所不同。试验场地马兰黄土粒度特征与蒲城、渭南有如此大的差异是不可能因不同仪器误差造成的，应是马兰黄土颗粒组成空间分异的结果。

综上所述可以发现试验场地虽远离沙漠戈壁，但其黄土颗粒组成较粗，大于63μm的砂粒含量也比较高，而粗颗粒含量高并非远源物质搬运所致。

3 该地区黄土的成因

研究区的东北面有一沙苑。沙苑位于关中东部地区，地处黄河、渭河、洛河三河交汇地带，属于河岸沙丘地貌类型的典型地区，是在非干旱气候条件下形成的一个特殊荒漠景观。由于受渭河和洛河河谷地形影响，且该局部区域主导风向与关中其他地方有所不同。据气象资料可知该区的主导风向是东偏北风，风力较强，引起边缘流沙活动十分强烈，沙丘密集且高度较大。通过对沙丘的研究可以得出该区域的古风向与现在的主导风向相同。现场以沙纹方向测到的风向与当地的气象资料相吻合，确定该区域的主导风向为东偏北风。黄河河道位于研究区的东北面与东面，沙苑中泥沙的一部分应来源于黄河，这与该地区盛行的风及黄河泥沙有一定关系。

风成黄土形成过程的研究结果表明，风成黄土的堆积与形成，不仅需要有利的营力条件，合适的沉积条件和堆积场所，更需要丰富的物源。黄土的分布总是与一定的地理环境，地形地貌相适应。这主要是因为丰富的物源是黄土得以形成的物质基础，有利的营力条件是物质得以运移的基本手段，良好的堆积场所则是黄土得以保存的基本条件。

研究区渭南市至潼关一线，位于关中盆地东部。秦晋豫三省交接的腹地，东邻河南及山西两省，南依秦岭，北傍渭水，地势南高北低。研究区及其附近主要发育黄河、渭河、洛河三条河流，以及这三条河流的众多支流。

联系前面所述，可以确定研究区黄土属于近源堆积。研究区强有力的古东北风为该区黄土的堆积提供了有利的营力条件;由于地势的平坦与南面秦岭的阻隔为该区提供了合适的沉积环境;黄河的下切，暴露于大气环境中大量松散堆积物，黄河两岸滩地，沙滩，两岸山地，以及渭河，洛河所携带的大量泥沙，为该区黄土的堆积提供了源源不断的物源。黄河的下切与形成，一方面给其下游提供了新的物源，另一方面使河谷中风速加快。河流泥沙中粗粒物质留在了沙滩，河漫滩，在大荔县形成了沙苑的奇特景观，细粒物质被风吹到了研究区形成黄土堆积。

风力搬运具有很强的分选性，粗颗粒位于下部，细颗粒及粘粒悬浮于上部。随着风力的减弱，粗颗粒先沉积，堆积于距离物源近的地方，海拔较低的地方，细颗粒及粘粒搬运距离相对较远，堆积在高海拔距离物源远的地方。

研究区黄土丰富的物源，强劲的古东北风致使研究区黄土堆积厚度较大。物源含砂较多，粒径较大且距离堆积区较近致使研究区虽远离沙漠戈壁，但其黄土颗粒组成较粗，大于63μm的砂粒含量也比较高。由于研究区黄土堆积速率较大，土质疏松，厚度大的缘故，所以研究区的黄土湿陷性也较大。

由于物源更接近研究区的东线三个剖面，东线的剖面相对西线的剖面堆积速率要大，所以研究区晚更新世以来的黄土，东线三个剖面黄土—古土壤厚度相对都大于西线黄土—古土壤厚度。土质表现为更加疏松，含沙量要更加大。东线古土壤发育没有西线古土壤发育明显。东西两线从二级阶地—三级阶地—黄土塬，越靠近秦岭由于离物源越远，海拔逐渐升高。风力所能携带的物质越来越少，导致黄土的厚度越来越小，黄土中粗粒物质越来越少，细粒物质越来越多。而黄土的硬度越往南越坚硬，古土壤发育越明显。但是东线，即HEJ剖面，TSJ剖面L1黄土的厚度并没有呈现出变小的趋势。TSJ剖面L1厚度要大于HEJ剖面。两剖面基本上位于同一纬度，但厚度差距却这么大。这主要是由于TSJ剖面比HEJ剖面更偏东6 km，也就是TSJ剖面更加接近物源。

渭河北岸大荔猿人遗址剖面虽然距离研究区如此之近，但是渭河北岸黄土—古土壤厚度却明显小于渭河南岸各阶地黄土—古土壤厚度。这是由于渭河北岸的黄土与渭河南岸的黄土主要物源并不相同。渭河北岸的黄土主要是由于来自西北的风尘所致，而渭河南岸研究区的黄土主要是近源堆积的。

从上所述可以合理的解释研究区黄土厚度大，颗粒粗的特征。

［1］ 刘东生.中国的黄土堆积［M］.北京：科学出版社，1965：18-25.

［2］ 孙建中.中国黄土［M］.香港：香港考古学会出版社，2005：26-28.

［3］ 王永焱，林在贯.中国黄土的结构特征及物理力学性质［M］.北京：科学出版社，1990：110-115.

［4］ Pye K.Aeolian dust and dust deposits［M］.London：Academic-Press，1987：29-62.

［5］ Tsoar H，Pye K.Dust transport and the question of desert loess formation［J］.Sedimentology，1987(34)：139-153.

［6］ 丁仲礼，孙继敏，刘东生.联系沙漠黄土演变过程中耦合关系的沉积学指标［J］.中国科学，1999，29(1)：82-87.

［7］ Ding Z L，Sun JM，Rutter NW，etal.Changes in sand of lo-ess deposits along a North-South transect of the Chinese Loess Plateau and the implication for desert variation［J］.Quaterna-ry Research，1999(52)：56-62.