陕北神府地区晚更新世黄土微结构特征分析

谢延玲，宋 健

(1.西安煤航卫星数据应用有限公司，陕西 西安 710054;2.西安煤航信息产业有限公司管网工程院，陕西 西安710054)

黄土是第四纪时期形成的松散土状堆积物，在我国有着广泛分布。地层上表现为黄土与古土壤的交替堆积，是气候干与湿、热与冷交替变更的反映。通过黄土与古土壤微观结构的研究可以了解其形成时的气候特征。在秦岭山间盆地、河流阶地等弱剥蚀地段普遍发育着黄土 －古土壤系列，其中发育完整的黄土剖面既是揭示秦岭近2.5 Ma来自然环境演变历史的地质载体，又是深入了解中国黄土高原黄土全貌的必不可少的重要部分。本文以陕北地区二郎山和清凉山晚更新世黄土与古土壤显微结构特征为研究对象，探讨了这些微结构记录的环境信息。

1 地层剖面与地层划分

1.1 二郎山剖面

二郎山剖面位于陕北地区二郎山南侧(33°50'N，109°58'E)，为丹江二级阶地黄土剖面。地层自上而下简述如下(见图1)。

图1 二郎山晚更新世以来黄土剖面

MS现代耕作层，淡棕褐色，疏松，厚0.35 m

L0黄土状土，灰黄色，疏松，团块发育，厚0.5 m

S0黑垆土，灰褐色，虫孔发育，含文化遗存，如陶片等，厚 0.3 m

L1淡肉红色，疏松，虫孔根洞发育，含白色钙丝和钙膜，厚 0.9 m

S1红褐色，成壤程度强，棱柱状构造发育，白色钙膜发育，厚1 m

1.2 清凉山剖面

清凉山剖面位于陕北地区清凉山林场东侧(33°53'N，109°54'E)，属丹江三级阶地黄土剖面。晚更新世以来地层自上而下简述如下(见图2):

MS现代耕作层，淡棕褐色，疏松，团粒结构，多植物根须，厚 0.5 m

S0黑垆土，淡红褐色，棱柱构造发育，含白色钙丝，底部富钙，厚 1.4 m

L1浅肉红色，疏松，孔隙发育，厚1.6 m

S1深红褐色，棱柱构造发育，孔隙较多，含少量钙质结核，厚 1.3 m

图2 清凉山晚更新世以来黄土剖面

2 粒度组成

沉积物的粒度特征与沉积环境有密切的关系，常被用于不同沉积物成因类型的判别及搬运动力条件的研究，也是提取古气候信息的常用指标。黄土的粒度组成是研究黄土微观结构的基础，组成颗粒的大小及含量的不同，表征出的微结构特征亦不同。因此，本文对陕北地区晚更新世黄土一古 土壤的粒度组成进行了分析，结果如下(见表1)。

表1 陕北地区晚更新世以来黄土与古土壤粒度组成 mm

黄土与古土壤中粘粒含量的高低，反映了黄土堆积环境以及成土作用的强弱。粘粒可分为原生粘粒即原始风尘物质的沉积和次生粘粒即后期由风化成壤作用形成的。在风化成壤作用过程中，粘粒成为胶体物质，在土壤剖面上发生淋滤，聚集于粘化层，而气候越温暖湿润，风化成壤作用越强，土壤层中的粘化层就越明显，粘粒物质含量就越高。陕北地区晚更新世黄土粒度组成的特征说明:陕北地区黄土颗粒粒径以0.01～0.05 mm的含量为主，＞0.01 mm粒级含量少;L1黄土堆积时期冬季风强，沉积物中粉尘颗粒多，粘粒物质少，风化成土作用弱;S1古土壤形成时期风的搬运能力明显较L1黄土堆积时期小，搬运并沉积了较多的粘粒物质(＞30%)，加上气候较黄土 L1堆积时温暖湿润，较强的风化成壤作用产生一定量的次生粘粒物质，并受到较强烈的淋滤作用和富集，使得S1古土壤的粘粒含量较高。

3 显微结构特征及其古气候意义

黄土和古土壤是原始黄土物质不同成壤强度的表现，其显微结构间接指示了成壤时期的自然环境条件。我国学者对黄土微观特征的研究已做了颇多工作[13－18]，但主要集中在黄土高原和关中地区，对秦岭黄土微结构特征的研究甚少。本文对陕北地区晚更新世古土壤(S1)、黄土(L1)以及全新世黑垆土(S0)的显微结构在扫描电镜(SEM)下进行了观察分析，获得了陕北地区地区13万年以来的气候变化信息。

3.1 古土壤显微结构特征

样品在扫描电镜下观察结果表明:古土壤样品的骨架颗粒轮廓不清，几乎全被包埋在微细胶结物之中而轮廓不清(见图3－a，b，c)，主要为嵌埋状连接。胶结结构类型表现为以絮凝胶结结构为主(见图3a)，次为凝块胶结结构(见图3b)。粒间孔隙不太发育，大多被胶结物充填，呈次圆状、缝隙状，土体密实。粘土矿物主要是伊利石、高岭石、绿泥石及少量蒙脱石和混层矿物。碎屑物质以见石英颗粒为主，呈次棱角状，表面常被粘粒物质包裹;CaCO3流失严重。流胶状粘粒物质呈片状粘贴在骨架颗粒表面或孔壁上，表面光滑(见图3c)。这种流胶状的粘粒具有光性特征，称作光性方位粘土。在偏光镜下呈红棕色，具不均一的似波状消光现象，成分主要是铁质粘粒。一般认为它是由分散的粘粒质点，在较强的淋滤作用下，经过迁移、富集、重新组合形成的，就像一个完整的矿物颗粒，具有一定的光性特征。

有无铁质粘粒胶膜的析出，对表征土壤淋滤程度及其形成环境具有重要意义。淀积铁质粘粒胶膜的出现，是淋溶较强烈的森林土壤所具备的特征，表征了较为暖湿的生物气候形成条件。而显著量的淀积铁质粘粒胶膜的出现，应是暖温带落叶阔叶林下棕色森林土壤的特征。在上述土壤层中铁质胶膜的大量出现，说明S1是在湿热的森林环境条件下形成的。雷祥义通过孢粉分析的结果也证明陕北地区第l层古土壤(S1)形成环境为夏绿阔叶林。表明古土壤(S1)形成于湿热环境。

图3 黄土一古土壤微结构扫描电镜照片

3.2 黄土显微结构特征

据扫描电镜观察:在土体中起支撑作用的骨架颗粒轮廓不清楚，一般被微细胶结物所包围。以中小孔隙为主，局部可见由骨架颗粒相互支架形成的支架大孔(见图3－d，e)。石英颗粒表面干净，呈次棱角状或次圆状，棱角尖锐者少见(见图3f);可见 CaCO3晶簇和呈针状、棒状的次生方解石(见图3－d，e)。胶结物含量较少，土体胶结程度一般。因此，L1黄土堆积后经受的风化成土作用较弱，而淋溶作用较强，反映该地区凉偏湿的草原环境。

3.3 黑垆土显微结构特征及成土环境

在电镜下观察:骨架颗粒多被包埋在粘粒物质中而轮廓不清(见图3－g，h，i)，团块发育，主要为絮凝胶结结构。以中小孔隙为主，团块内孔隙不发育。次生针状方解石零星分布。微细胶结物含量较高，多呈流胶状分布在骨架颗粒表面或孔壁上，表面光滑(见图3h)，表明这层古土壤经受了较强的淋溶作用，但与S1中铁质粘粒胶膜析出量相比较少。因此，这层古土壤经受的化学风化程度不强，是在介于L1和S1之间的暖湿的气候下形成的。

综上，无论是古土壤(S1，S0)还是黄土(L1)都经受了较强的淋滤作用，表明陕北地区晚更新世以来黄土发育于湿润的环境中。

4 结语

(1)晚更新世黄土一古土壤的粒度组成特征为:以0.01～0.05 mm粒级的含量为主，＞0.01 mm粒级含量少。L1黄土堆积时期冬季风强，沉积物中粉尘颗粒多，粘粒(＜0.005 mm)少，成土作用弱;S1古土壤中粘粒含量较高(＞30%)，反映古土壤形成时的古气候较为湿热，堆积物质的颗粒细，风化成壤作用较强，成土作用强烈。

(2)晚更新世古土壤(S1)土体密实，大量铁质粘粒胶膜的出现，表明其形成在湿热的森林环境。黄土(L1)的粘粒胶结物含量较少，胶结程度一般，可见 CaCO3晶簇和呈针状、棒状的次生方解石，形成于凉偏湿的草原环境。黑垆土(S0)是在暖湿的气候条件下形成的。

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