黄土中新世黄土-古土壤序列石英颗粒的扫描电镜观察

黄土中新世黄土-古土壤序列石英颗粒的扫描电镜观察

近年来，对秦安西部所有甘肃省地层的研究表明，具有多因素的甘肃省地层中新世黄土-古土壤条件的保存完好。完整的wo-i剖面形成于约22.6.2mp。在一些古地形条件较好的地区，仍然有东部洛杉矶高原的三指马洪武土，但土壤和黄土旋归于晚中新世黄土-古土壤条件，形成了上述中新世序列。西部地区的平均风速也已记录。该趋势的形成可从以下几个方面得到证实。例如，从微观形态、沉积学、地球化学等方面的角度来解释该趋势。然而，从更多的角度来看，这项研究可以为理解这种沉积物的形成过程提供新的证据提供进一步的证据。石英是风尘沉积中的主要组成矿物之一.因硬度大、在表生条件下化学稳定性强的特点,石英颗粒的表面形态特征常被用来理解沉积物的来源和后期改造等过程[1,4～6].同样因为石英抗风化强度大的特点,风尘堆积中的石英粒度不易被后期的各种过程(如成壤作用、生物作用等)改造而更好地反映了原始粉尘的粒度状况,对源区特征和搬运动力等有很好的指示作用.因此,本文从石英颗粒的形态特征和粒度组成上,对秦安风尘堆积的成因进行进一步研究.1x射线衍射xrd和古土壤序列的石英颗粒我们首先采用焦硫酸钠熔融-氟硅酸浸泡法,对150个取自QA-I剖面(黄土和古土壤层中各75个)的样品和30个取自西峰第四纪黄土-古土壤序列的样品进行了石英单矿物组分的提取.获得的样品经X射线衍射检查,石英纯度达95%以上.对取自剖面不同部位的36个石英颗粒样品(QA-I剖面黄土层20个、古土壤层10个;西峰剖面黄土层3个、古土壤3个)在LEO1450VP型扫描电子显微镜下进行了形态观察.对全部石英样品和对应的全岩样品在Mastersizer2000粒度仪上进行了粒度分析.2其它方面特征根据扫描电子显微镜对样品粒级组成的观测,QA-I剖面石英颗粒的粒径大部分<100µm,>60µm的粗颗粒含量很少,多数颗粒集中在10～30µm的范围内.黄土样品的粗颗粒含量普遍高于古土壤.大多数颗粒都呈不规则的棱角状、次棱角状,部分颗粒具有锋利的边缘和尖角,或可见清晰的贝壳状断口.这些特征与西峰第四纪典型风尘堆积的石英颗粒形态一致(图1),也与前人对其他第四纪黄土和晚第三纪风尘堆积中石英颗粒的形态特征相吻合[4～6,9].棱角状石英颗粒在沉积物中占主导地位,是风成沉积的典型特征.中国黄土高原的粉尘主要来自西北内陆干旱区,荒漠区由于风砂机械碰撞、盐类裂解、冻融风化等作用可产生大量具尖锐棱角的粉砂粒级石英,构成黄土物质的主要来源[10～12].中新世粉尘石英颗粒的尖锐棱角显示,粉尘被风飏扬搬运至沉降区后,基本继承了源区石英颗粒的形态特征,表明颗粒以风力悬浮状态搬运为主.粒度分析表明(图2(a)),石英粒径范围变化于0.3～120µm之间.虽然剖面所在露头下部的个别层位中发现过极少数粒径可达1～2mm的石英颗粒,显然是黄土堆积过程中由风或降雨片流从附近基岩高地或河谷带来的近源组分,这种特征在河流阶地上的第四纪黄土中比较常见,但因其数量极为稀少,未在采样和分析中捕获到.所分析的样品粒度总体呈显著的正偏态非对称单峰分布,平均偏度值为0.7,分选系数为1.5,众数粒径介于10～30µm之间.累积频率曲线显示,<20µm的颗粒含量变化于60%～80%之间,频率曲线和累积曲线分布形态均与西峰第四纪黄土-古土壤相类似,具风尘沉积典型的粒度分布特征.3黄土壤的石英、全岩粒度特征及成因按照风尘动力学研究中常用的粒级划分原则,我们分别计算了石英颗粒<2,2～20,20～5050～63,>63µm5个粒级组分的含量.它们在QA-I剖面中的变化如图2(b)所示.在整个剖面中,<50µm粒级的含量变化于80.7%～98.9%之间,平均为93.4%2～20µm的细粉砂在2～50µm的粉砂组分中又占绝对优势.序列中<20µm细粉砂粒级的平均含量为63%.>63µm的砂含量最高值为12%,整个剖面平均只有3%.样品中石英最大粒径(以累积百分含量为99%对应的粒径定义)在50～120µm之间变化.在第四纪黄土研究中,这种以<50µm的粉砂组分占绝对优势的特点被认为是风尘沉积的典型特征.QA-I剖面中石英组分的粒度分布特征进一步表明其风成成因.在厚达250m以上,时代覆盖22～6.2Ma的长序列中,其他任何沉积动力都难以形成如此均质的、没有层理的、在粒度分布上与典型风尘沉积完全相似的、包含数百层古土壤的沉积序列.黄土与古土壤的石英、全岩粒度分析结果(图2(c))均显示,黄土层中的最大粒径及粗颗粒含量均高于古土壤层.75个黄土石英样品中最大粒径为120µm平均为80µm,而古土壤中石英最大粒径为97µm平均为70µm.石英样品中>63µm的粗颗粒含量在黄土层中平均为3.8%,古土壤中为2.1%.黄土层和古土壤层之间的这种差异说明古土壤的母质并非完全是其下伏的黄土层,表明这些古土壤是加积型土壤,即成壤过程中同时有风尘加积过程进行.如果古土壤全部以下伏黄土层为母质发育,作为抗风化能力较强的矿物,古土壤层中的石英粒度应与其母质层(黄土)中的石英具有一致性.黄土层粒度较粗、古土壤粒度较细也说明黄土层形成时风力较强,古土壤形成时风力较弱;古土壤发育时期并不代表沉积间断,仍有较细的粉尘不断加入,造成土壤发生层次不断上移.古土壤层较大的厚度、一些古土壤B层下部后来为Ca层上部所占据等特征,也表明土壤发育期有显著的粉尘加积过程.综合上述证据可以看出,QA-I剖面石英颗粒表面形态特征及粒度分布均具有风尘沉积的典型特征进一步支持秦安中新世序列的风成成因.最近的软体动物研究表明,秦安风尘堆积中软体动物全部为陆生种属.新剖面的研究已证实,这套中新世沉积的地层和磁化率至少在数十公里的距离具有很好的空间可对比性,均是风尘堆积所特有的特征.作为正地形上的气下堆积,秦安中新世黄土与我国北方的第四纪黄土一样,沉积后受风化成壤和生物活动的改造,局部甚至受地下水或微地形起伏引起的降水片流的作用,但因粉尘中的石英组分难以被这些沉积后过程改造,用石英颗粒来研究沉积物成因有独特的优势.本文的结果同时表明,中新世黄土中的古土壤也是加积型古土壤,古土壤并不代表沉积间断,而是成壤与沉积过程相互作用的产物.这种风尘加积型古土壤是季