吳 可，彭紅霞2，＊，時 冉

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球科學(xué)學(xué)院，武漢430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）公共管理學(xué)院，武漢430074）

我國黃土分布面積廣、沉積連續(xù)，堆積時間長，含有豐富的氣候與環(huán)境變化記錄指標(biāo)［1］.巫山黃土被認(rèn)為是我國黃土分布的南界，其來源及成因?qū)ζ涔艢夂颦h(huán)境的研究意義深遠(yuǎn).謝明等［2］對長江三峽地區(qū)黃土狀堆積物進(jìn)行研究，認(rèn)為巫山黃土各方面都與河漫灘和其它階地堆積物相似，屬于河流沉積物；柯于義等［3］對三峽庫區(qū)巫山黃土成因研究，認(rèn)為巫山黃土為沖積成因，但不是階地堆積，而是多期次的洪水沉積物，沉積物中含有風(fēng)成黃土成分，但是屬于經(jīng)流水搬運(yùn)再次沉積的次生黃土；王建明、何永峰、張玉芬等［4－9］分別從巫山黃土粒度特征、元素地球化學(xué)特征、磁組構(gòu)特征、稀土元素特征等方面進(jìn)行了研究，認(rèn)為主要是風(fēng)成.對巫山黃土沉積成因的研究眾多，但是由于沒有定年作為基礎(chǔ)，沒能進(jìn)行很好的橫縱向的比較，其成因仍是眾說紛云.對于黃土，粒度參數(shù)能反映其物質(zhì)來源、搬運(yùn)介質(zhì)和動力、沉積環(huán)境，是沉積物的重要特征之一，其在追溯來源及重建古氣候中具有重要作用［10－13］，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于北方黃土研究中.論文以巫山地區(qū)黃土剖面作為研究載體，討論和分析了巫山黃土的粒度特征，并結(jié)合測年數(shù)據(jù)，通過與北方黃土及河流沉積物進(jìn)行對比，探討巫山黃土的成因，推測其來源，以期對中國黃土古氣候環(huán)境演變方面的研究作出一定的貢獻(xiàn).

1 區(qū)域概況與剖面特征

研究區(qū)處于我國東南歷史降塵區(qū)以東范圍內(nèi)［14］，處于我國第二級階梯和第三級階梯的交界處，該區(qū)域的地理坐標(biāo)是109°33′～110°11′E，30°45′～31°28′N.該區(qū)氣候類型屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年均溫18.4℃，年平均降水量1 041 mm，冬夏季風(fēng)都能影響到該區(qū).

采樣點(diǎn)位于重慶市巫山縣城巫山客運(yùn)巷北岸，大寧河與長江主流交界處（如圖1所示），采樣剖面孤立分布于長江中游河谷北岸，為一個建筑工地新開挖的新鮮露頭，厚達(dá)10 m多，頂?shù)浊宄雎锻暾?，是研究巫山黃土的理想剖面.剖面質(zhì)地均一，無層理，垂直節(jié)理發(fā)育，土壤風(fēng)化程度弱，未見明顯的古土壤層，主要由黃色和褐黃色的粉砂和砂質(zhì)粘土組成.

2 樣品采集與實驗方法

剖面共采年代樣品5個，間距約2 m，避光采樣后迅速用多層黑色塑料袋密封，送往青海省中科院鹽湖研究所進(jìn)行光釋光測年，具體測年方法詳見賴忠平等［15－16］的相關(guān)研究成果.

粒度樣品采集間隔5 cm采樣，獲得201個樣品，為了進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，我們在長江河流沖積物中采集了17個樣品，一共獲得218個樣品.粒度測試是在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實驗室完成，采用的儀器是美國Coutler公司制造的LS230型全自動激光粒度分析儀，測量范圍為0.4～2 000μm［17］.樣品的制備過程與Konert描述的方法相似［18］：首先稱取1.2 g樣品，加入10%的H2O210 m L震蕩，靜置過夜，吸取上清液，去除樣品中的有機(jī)質(zhì)；再加入10%的HCl 10 m L震蕩，靜置過夜，吸取上清液，去除溶液中的碳酸鹽；加入去離子水30 m L，洗去溶液中的Cl－、Ca2＋等.然后在進(jìn)樣前加入濃度為30 g／1 000 m L的分散劑（Na3PO4）610 m L對樣品進(jìn)行分散，若樣品固結(jié)不易分散，可采用超聲震蕩10～20 min.最后就可以在儀器上進(jìn)行樣品測試，重復(fù)測量3次，減小誤差.

圖1 我國黃土分布及采樣點(diǎn)的地理位置Fig.1 The distribution of China’s loess and the location of the sampling point

3 結(jié)果分析與討論

3.1 年代結(jié)果

測得年代數(shù)據(jù)如表1.

表1 巫山黃土剖面地層年代表Tab.1 Stratigraphic timetable of Wushan loess profile

年齡測試結(jié)果與剖面厚度之間具有很好的線性關(guān)系（如圖2所示），回歸方程：t＝2.315x＋19.989（t為年齡，單位：ka；x為剖面厚度，單位：m），相關(guān)系數(shù)R＝0.975.年代數(shù)據(jù)顯示，該剖面黃土為晚更新世中后期黃土.

圖2 年代數(shù)據(jù)線性關(guān)系Fig.2 The liner relationship of age data

3.2 巫山黃土與河流沉積物粒度特征比較

3.2.1 質(zhì)地分類采用中國制土壤顆粒分級，分別以顆粒直徑為50μm、10μm和5μm作為細(xì)砂粒／

粗粉粒、粗粉粒／細(xì)粉粒和細(xì)粉粒／粘粒的劃分界線進(jìn)行統(tǒng)計.論文同時采用中國制土壤質(zhì)地分類標(biāo)準(zhǔn)，將砂粒（1 000μm～50μm）、粉砂（50μm～5μm）、粘粒（＜5μm）所對應(yīng)的各粒組百分含量［19］，投影到土壤質(zhì)地分類三角圖上（如圖3）.從圖中可以看出，剖面的全部黃土為粘土質(zhì)粉砂，巫山黃土和河流沉積物的土壤質(zhì)地完全不同，巫山黃土分布集中，以粉砂為主，而河流沉積物則分布分散，并且以砂粒為主.

圖3 土壤質(zhì)地分類三角圖Fig.3 The triangle figure of soil texture classification

3.2.2 巫山黃土與河流沉積物的粒度象對比 將A－M，L－M，F(xiàn)－M圖結(jié)合起來，可以反映沉積物全部樣品的總面貌，帕塞加稱之為沉積物的粒度象，并認(rèn)為它可以說明沉積物的搬運(yùn)介質(zhì)狀況，反映沉積物的沉積環(huán)境等［20］.從圖4中可以看出，巫山黃土和河流沉積物幾乎分布在兩個不同的區(qū)域，表明二者成因不同，而且巫山黃土分布區(qū)域集中，而河流沉積物不同組分的對應(yīng)百分含量波動大，分布區(qū)域廣，表現(xiàn)河流沉積物的搬運(yùn)動力大小的變化.

圖4 巫山黃土與河流沉積物的粒度象比較Fig.4 The comparison of granularity image of Wushan loess river sediments

3.3 巫山黃土粒度組成與北方黃土比較

3.3.1 粒度特征比較 巫山黃土粒徑＜5μm的顆粒含量范圍為15.44%～26.70%，平均為21.31%，該組分被稱為“挾持組分”，主要是依靠較粗顆粒跳躍撞擊揚(yáng)起，或附著在粉塵顆粒表面而被帶到黃土堆積區(qū)，為該段的次眾數(shù)粒組；粒徑5μm～10μm的顆粒含量范圍為8.71%～15.46%，平均為12.19%，該組分含量在北方典型黃土剖面中一般保持在10%～15%左右；粒徑為10μm～50μm的顆粒含量范圍為42.91%～55.86%，平均含量為48.62%，該組分是我國北方各地典型黃土的眾數(shù)粒組，變化范圍在40%～60%，被稱為風(fēng)塵的基本粒組——“黃土粒組”；粒徑＞50μm的顆粒含量范圍為11.79%～27.73%，平均含量為17.88%.我國北方黃土粒徑＞50μm或者＞63μm（即4Φ）的含量一般不超過10%，而該剖面沉積物中細(xì)砂粒達(dá)到17.88%，明顯多于西北部黃土中細(xì)砂粒含量，這可能與剖面所處的地理位置有關(guān)，因為剖面位于長江峽谷中，并且地勢較低，所以附近山地的相對較粗的顆粒有可能混入.

巫山黃土以粗粉粒為主，粘粒次之，再次為細(xì)砂粒，細(xì)粉粒最少，與洛川剖面和午城剖面晚更新世的馬蘭黃土相比，巫山黃土粒度組成特征與同時期的我國西北典型風(fēng)成黃土非常相似.而河流沉積物粒度組分則是以細(xì)砂粒為主，粗粉粒次之，而且各含量變化范圍大，這與巫山黃土的粒度組分明顯不同（見表2），需要說明的是甘肅、洛川、午城黃土資料來源于劉東生等［20］.

表2 巫山黃土粒度組成Tab.2 Wushan loess grain－size composition

3.3.2 頻率曲線比較 巫山黃土粒度頻率曲線如圖5所示.

圖5 巫山黃土粒度頻率曲線Fig.5 The grain－size frequency curves of Wushan loess

巫山黃土的粒度頻率曲線多表現(xiàn)出雙峰特征，個別樣品出現(xiàn)多峰，在Φ＜2區(qū)間有少數(shù)樣品有個小峰，該組分對應(yīng)滾動粒組，可能來自附近較粗顆粒物質(zhì)或者在采樣過程中混入較大顆粒.第1眾數(shù)在4～5Φ區(qū)間，第2眾數(shù)在6～7Φ區(qū)間，這可以用我國黃土粒度普遍出現(xiàn)的雙峰分布特征［21－24］來解釋，但是第2眾數(shù)對應(yīng)區(qū)間的顆粒粒徑稍微偏粗，這部分對應(yīng)的是細(xì)粒粉塵，其搬運(yùn)方式主要是高空長距離懸浮，或者附著于大顆粒被搬運(yùn)，也有成壤作用因素.細(xì)粒的懸浮組分的搬運(yùn)與當(dāng)時的氣候有關(guān)，研究區(qū)黃土為晚更新世黃土，氣候正處于末次冰期，是第四紀(jì)最寒冷的時期，冬季風(fēng)增強(qiáng)有可能是導(dǎo)致懸浮的細(xì)粒組分偏粗的一個原因.另外，在Φ值大于11的區(qū)域也占有一定的含量，這部分對應(yīng)粒徑＜0.5μm的區(qū)間，一般在黃土中含量在3%左右，古土壤中約為5%，該剖面平均值為2.95%，它的成因與成壤作用有關(guān)，采樣剖面未見古土壤層，這一平均值也符合黃土中成壤粒徑的含量［25］.曲線偏度為正偏態(tài)，第一眾數(shù)粒徑向粗粒端減小的速率要比向細(xì)粒端快，從而在細(xì)粒端形成跨度大的細(xì)尾，表明搬運(yùn)動力弱，粗粒物質(zhì)不足［26］，相對于流水搬運(yùn)而言，風(fēng)力搬運(yùn)更適合解釋這一現(xiàn)象，這也符合風(fēng)塵黃土的普遍規(guī)律.峰態(tài)表現(xiàn)為非常窄而且尖銳，表明巫山黃土堆積后，新環(huán)境對其改造作用很明顯.

研究表明，中國黃河中游馬蘭黃土自西北向東南有平均粒徑逐漸變細(xì)的空間分布特點(diǎn)，根據(jù)不同采樣點(diǎn)的平均粒徑大小進(jìn)行統(tǒng)計，朱海之把它們劃分為砂黃土帶、黃土帶、粘黃土帶3個區(qū)域，如上圖6所示［27－29］.

圖6 黃河中游馬蘭黃土顆粒粗細(xì)分帶圖Fig.6 Particles thickness distribution strip chart of Malan loess at the middle Yellow River

巫山黃土的平均粒徑Φ值在4.583 117到5.274 250之間變化，平均值為5.047 610Φ，這一值與黃土從西北向東南逐漸變細(xì)的空間分布特征不符合［30－31］（如圖6所示）.但是研究區(qū)的粒度組分特征滿足我國典型黃土的“風(fēng)成黃土基本粒組”以及中國黃土粒度的雙峰分布特征，對其平均粒徑偏大貢獻(xiàn)率較大的是＞50μm顆粒的含量.綜上分析，我們推測影響其平均粒徑偏大的原因可能有以下幾點(diǎn)：1）研究區(qū)域黃土為晚更新世黃土，氣候正處于末次冰期，從巫山黃土的頻率曲線的第二眾數(shù)稍微偏大可以證實當(dāng)時冬季風(fēng)較強(qiáng)盛；2）在冬季風(fēng)風(fēng)力強(qiáng)勁條件下，近源較粗顆粒的風(fēng)塵物質(zhì)混入，有研究表明沉積物中＞32μm不可能是風(fēng)力長距離搬運(yùn)的產(chǎn)物，而認(rèn)為暴露在冰期的河谷或湖床的細(xì)粒沉積為南方黃土的物源做出了重要貢獻(xiàn)［32］；3）采樣剖面位于長江與大寧河交界河谷北岸，地勢較低，重力作用下近源粗顆粒混入，流水作用改造等原因也有可能造成平均粒徑偏大，從頻率曲線的峰態(tài)很尖銳也可以證實巫山黃土沉積后受新環(huán)境改造作用強(qiáng).

4 結(jié)論

巫山黃土的粒度特征與河流沉積物以及同時期的典型風(fēng)成馬蘭黃土對比分析得出如下結(jié)論：

（1）年代數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)域黃土為晚更新世黃土；

（2）巫山黃土和河流沉積物在土壤質(zhì)地三角圖上分布在不同的區(qū)域，顯示二者屬于不同的質(zhì)地；巫山黃土和河流沉積物的粒度象顯示二者差別明顯，表明巫山黃土不是水成成因.

（3）巫山黃土的基本粒組（粒徑為10μm～50μm）的平均含量為48.62%，符合我國風(fēng)成黃土該成份變化范圍（40%～60%），而粒徑＞50μm組份偏高可能有近源較大顆粒進(jìn)入；巫山黃土頻率曲線也與我國北方風(fēng)成黃土雙峰分布相符合，但是明顯受新環(huán)境改造作用強(qiáng).

致謝：OSL測年在中國科學(xué)院青海鹽湖所鹽湖資源與化學(xué)重點(diǎn)實驗室完成，粒度數(shù)據(jù)在中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點(diǎn)實驗室完成.此外，研究生葉小拼、李曉莉、梁峰參加了野外樣品的采集，在此對他們表示感謝！

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