四川盆地紫色岩及其风化壳地球化学特征研究数据集（1990 年以前）

高美荣，唐家良*，况福虹

1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041

2.中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室，成都 610041

引 言

中国紫色土在世界上是一种特殊的、科学上引人瞩目的土壤。中国分布广泛，集中分布在四川盆地丘陵区和海拔800 米以下的低山区，在长江以南的滇、黔、苏、浙、闽、赣、湘、粤、桂等省区也有分布[1]。紫色土一般是指亚热带和热带气候条件下，在三叠系、侏罗系、白垩系等紫色砂、页岩上形成的一种岩性士，其成土母质主要是紫色砂、页岩的残积物、坡积物以及古风化壳等[2]。紫色土的成土过程和速度独具特色，以风化过程为主，紫色岩石物理风化和侵蚀过程同步，成土速度很快，岩石风化产物就具备肥力，也是一种侵蚀型的高生产力的土壤[3]。因此，研究紫色土，必须重视下伏母岩及其风化壳的研究，紫色土的颜色、理化性状、矿物组成继承紫色岩和风化壳的特性，而紫色岩石的结构、矿物组成及其稳定性是影响岩石风化壳形成的内在原因[4]。紫色母岩及其风化壳既是紫色土性质的制约者，又是四川盆地农业生产的巨大物质库和江河塘库的无穷淤积源[2,5]。

本数据集基于《中国紫色土》（上篇）[1]中对紫色岩及其风化壳的特征研究成果进行整理归纳，形成有逻辑结构的可查询数据集。整编的数据集包含11 个数据表，内容包含4 个方面，（1）紫色土成土岩层和母质的一般特征和性状[3]；（2）紫色岩类型及其地球化学特征；（3）紫色风化壳的组成及其地球化学特征；（4）四川盆地紫色风化壳分类及其诊断指标。以期对紫色土研究的历史成果得到传承和有效保护，并为紫色土地区土壤肥力、生态环境和土地资源开发利用等方面的研究和应用提供数据支持。

1 数据采集和处理方法

1.1 数据采集

基于《中国紫色土》（上篇）第2-4 章内容，研读与紫色土成土紧密相关的紫色岩及其风化壳的研究成果[6-7]（包括文字阐述和列表数据），进行专业归纳和总结，集成紫色岩及其风化壳地球化学特征研究数据集。本数据集的主要研究数据有紫色土成土岩层组成及一般性状、紫色岩及其风化壳的一般描述性状、物理性状、化学组成和风化特征，以及在这些研究成果基础上形成的四川盆地紫色风化壳类型及其诊断指标表。

1.2 数据预处理

对《中国紫色土》（上篇）第2-4 章内容进行电子扫描并进行文字识别，同时设计具有逻辑结构的能充分包括和表达紫色岩及其风化壳地球化学特征研究成果的数据字段名称和字典。然后按照主题归类，并将前后同类研究数据进行归纳总结，提取录入，集成系列数据表。在进行数据论文撰写的同时，进一步核实校对。

2 数据样本描述

2.1 数据集中的几个概念

（1）紫色岩：紫色岩石是由一种来自结晶岩的第一旋回或来自沉积岩的第二旋回的沉积物组成的。这些物质或是由磨蚀作用的产物（主要是粉砂），或是风化作用的最终产物（残余粘土），或是化学的、生物化学的附加物质等。其矿物组成除砂岩中残余大量极难风化的石英和长石外，泥岩主要由化学稳定性较强的次生矿物所组成。

（2）紫色风化壳：指植物（作物）根系主要分布层以下的紫色岩石风化物。它的性质既决定于母岩，又受控于环境[7]。

（3）淋洗系数及其相对值：风化地层中某种物质成分与岩石中的比值。在本数据集中是指SiO2/(RO+R2O)的比值，即脱硅化过程岩石中的造岩矿物主要为硅酸盐矿物。在紫色岩土中，含大量可风化的硅酸盐矿物。在化学风化过程中，这些矿物首先脱盐基，再脱硅而形成次生粘土矿物。淋洗系数的相对值、风化体的淋洗系数与对应地层岩石（未风化）的淋洗系数的比值乘100 得到。淋洗系数高，表示淋溶作用强。

（4）残积系数及其相对值：岩石和矿物风化后残留的物质，表征风化残余物的量。本数据表中由R2O3/(RO+R2O)得到，其相对值为，风化体的残积系数与对应地层岩石（未风化）的残积系数的比值乘100 得到。残积系数高，表示风化作用弱。

（5）铁化系数：即岩石风化过程中的富铁化过程，伴随岩石的脱硅化，铁从被破坏的晶格中被氧化而在土壤中富积生成Fe2O3。由风化物中的Fe2O3与岩石中Fe2O3的比值得到。

（6）铝化系数：富铝化过程，伴随岩石的脱硅化，铝也从硅酸盐晶格中游离出来并被氧化形成SiO2（石英）。由风化物中的Al2O3与岩石中Al2O3(岩)的比值得到。

（7）孔隙度(%)：是指岩样中所有孔隙空间体积之和与该岩样体积的比值，以比值的百分比来表示。

（8）吸水率(%)：是指岩石或风化壳在标准大气压力下吸水的能力，用百分率来表示。

（9）岩石裂隙率(%)：岩石中裂隙的体积与包括裂隙在内的岩石体积之比（即体积裂隙率）。它不仅关系着地下水储量和岩体的力学特征，而且影响岩石风化方式和风化速度。其类型有3 种，即构造裂隙、成岩裂隙和风化网状裂隙。

2.2 数据集组成

本数据集包含11 个数据表。内容包括4 个部分：（1）紫色土成土岩层和母质的一般特征和性状；（2）紫色岩的地球化学特征；（3）紫色风化壳的组成、地球化学特征及风化特征等；（4）四川盆地紫色风化壳分类及其诊断指标。以下对11 个表的名称以及数据内容见表1。

表1 数据集Sheet 列表及内容

序号 表名称 表内容简述8 紫色风化壳化学组成的区域差别 不同区域紫色风化壳的化学组成9 紫色岩石-风化壳的风化特征 不同紫色岩石及其风化体的风化特征10 紫色岩-风化壳-土壤粘粒化学组成 不同紫色岩层、风化体及其对应土壤的粘粒化学组成11 四川盆地紫色风化壳类型及其诊断指标根据四川盆地紫色风化壳分布的地理景观，风化体剖面特征、物理化学和地球化学等性质，取得的一些量化指标，形成四川盆地紫色风化壳的初步分类结果

2.3 数据集各列表包含字段名

数据集各表单中所含字段名见表2。

表2 数据集Sheet 列表所含字段名

序号 表名称 包含列字段名10 11紫色岩-风化壳-土壤粘粒化学组成四川盆地紫色风化壳类型及其诊断指标地质期；母岩岩层名称；母岩岩层代码；层次代码或风化壳类型；地点；土壤-pH；土壤-CaCO3(%)；粘粒-SiO2(%)；粘粒-Al2O3(%)；粘粒-Fe2O3(%)；粘粒-SiO2/Al2O3；粘粒-SiO2/R2O3；粘粒-SiO2/Fe2O3；风化壳名称；风化壳类型；分布区域和母岩岩层； pH； CaCO3(%)；淋溶系数相对值；残积系数相对值；粘粒-SiO2/Al2O3；粘粒-SiO2/R2O3；主要粘土矿物；主要营养成分-K(%)；主要营养成分-Mg(%)；主要营养成分-P(%)

3 数据质量控制和评估

3.1 数据质量控制

在充分阅读理解专著编写内容的逻辑上，设计了提取信息数据的字段名、数据表结构，并编写数据集说明文档。数据录入后，逐一进行核对校正，并人工抽查保证数据的完整性。在进行数据提取过程中，重新复核各数据字段、单位和数值，集成为有内在逻辑关联的数据表，同时依据法定计量单位进行了校正；对县市名进行了修正。

此外，紫色岩层在不同的分布地区有不同的叫法，比如自流井组在盆北叫千佛岩组，蓬莱镇组在盆北郊莲花口组，飞仙关组在下川东叫大冶组，还有夹关组有叫正阳组、窩头山组等等，在应用数据时给予关注。

3.2 数据质量评估

早在上世纪三十年代初期，朱莲青、陆发熹、余皓等老一辈土壤学家曾调查研究过紫色土。到上世纪九十年代，50 年来研究紫色土的曲折过程，包含了基础研究、理论研究和应用研究三个阶段。《中国紫色土》（上篇）是中国科学院成都分院土壤研究室成立十周年（1980-1990 年）来的成果总结，主要以紫色土研究的成果编写而成，是集体智慧的结晶[1]。科学是发展的，由于研究手段和方法的限制，在研究的深度和广度上都还有很多可以继续努力的方面。后续会将其余部分的研究成果数据进行整编，形成完整的紫色土阶段研究成果的数据集。

4 数据价值和使用方法

4.1 数据价值

《中国紫色土》分上下两篇出版，上篇以四川盆地的紫色土为对象，内容涉及紫色土的发生分类、基本组成、肥力因素和农业生态等方面，共分为18 章。在中国古代文献中，四川被称为“天府之国”。其原因是，这里有生产力很高的紫色土。鉴于紫色土与母岩的密切关系，本数据集整理集成了专门讨论紫色土的成土条件、紫色母岩和风化壳的特征及其分类的第二、第三和第四章研究成果，形成了具有逻辑结构的11 个数据表，为科学的认识紫色土、研究紫色土发生分类、肥力评价和农业生态建设等提供科学依据。

4.2 数据使用方法

在对该专著数据的提取和整编过程中，也将该书进行了扫描电子化保存，读者如需进一步文本方面的资料，也可与本文的通信作者联系。

数据作者分工职责

高美荣（1969—），女，硕士，高级工程师，研究方向为土壤学，土壤信息管理。主要承担数据录入、数据校正和部分质量控制工作。

唐家良（1974—），男，博士，研究员，研究方向为土壤生态水文。主要承担数据库标准规范和质量控制。

况福虹（1981—），女，博士，助理研究员，研究方向为农田生态系统土壤氮利用及损失。主要承担数据预处理和数据质量控制。