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第 ６２ 卷 第 １１ 期 ２００７ 年 １１ 月

地 理 學(xué) 報
ＡＣＴＡ ＧＥＯＧＲＡＰＨＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ

Ｖｏｌ．６２， Ｎｏ．１１ Ｎｏｖ．， ２００７

鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度與元素遷移特征
李徐生 １， ２， 韓志勇 １， 楊守業(yè) ３， 陳英勇 １， 王永波 １， 楊達源 １

（１． 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院 ， 南京 ２１００９３ ； ２． 中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃土與第四紀地質(zhì)國家重點實驗室 ， 西安 ７１００７５ ； ３． 同濟大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點實驗室 ， 上海 ２０００９２）

摘要： 對鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度及元素遷移特征進行了研究， 結(jié)合與黃土高原第四 紀黃土、古土壤、晚第三紀紅粘土以及安徽宣城風(fēng)成紅土等典型風(fēng)成堆積剖面的對比分析， 得出如下結(jié)論： （１） 鎮(zhèn)江下蜀土剖面經(jīng)歷了中等強度的化學(xué)風(fēng)化， 明顯強于洛 川 黃 土 以 及 古 土 壤， 顯著弱于宣城風(fēng)成紅土， 而與西峰晚第三紀紅粘土非常接近。下蜀土的化學(xué)風(fēng)化過程及 其與其他風(fēng)成堆積剖面風(fēng)化強度的差異主要受氣候條件的控制， 氣候條件通過年平均溫度和 年 降 水 量 對 化 學(xué) 風(fēng) 化 的 地 球 化 學(xué) 環(huán) 境 起 重 要 的 影 響， 其 中 降 水 因 素 在 化 學(xué) 風(fēng) 化 過 程 中 可 能 起 著更為重要的制約作用。 （２） 鎮(zhèn)江下蜀土剖面風(fēng)化過程中， 絕大部分常量元素 的 地 球 化 學(xué) 行 為 表 現(xiàn) 為 遷 移 淋 失 ， 僅 Ｆｅ 和 Ｔｉ 輕 微 富 集 ， 元 素 的 活 動 性 由 強 至 弱 依 次 為 ： Ｐ ＞ Ｎａ ＞ Ｃａ ＞ Ｍｇ ＞ Ｋ ＞ Ｆｅ２＋ ＞ Ｓｉ ＞ Ｍｎ ＞ Ａｌ ＞ Ｔｉ ＞ Ｆｅ３＋； 常 量 元 素 的 遷 移 特 征 揭 示 下 蜀 土 的 化 學(xué) 風(fēng) 化 已 經(jīng) 完 成 初級階段的去 Ｃａ 、 Ｎａ 過程， 并初步進入到去 Ｋ 風(fēng)化的中級階段； 微量元 素 除 Ｓｒ 、 Ｇａ 遷 移 淋 失外， Ｔｈ 、 Ｂａ 、 Ｃｕ 、 Ｚｎ 、 Ｃｏ 、 Ｎｉ 、 Ｃｒ 、 Ｖ 等均表現(xiàn)出富集特征， 這可能與下蜀土風(fēng)化成壤過 程中的生物地球化學(xué)過程以及粘粒、有機質(zhì)對微量元素的吸附作用有關(guān)。 （３） 元 素 遷 移 在 剖 面 中 的 變 化 特 征 揭 示 ， 在 ０．２４ Ｍａ 之 前 的 中 更 新 世 早 、 中 期 ， 該 區(qū) 氣 候 較 為 暖 濕 ， 兼 有 干 濕 交 替的特征； 中更新世晚期氣候偏干涼， 風(fēng)化淋溶最弱； 至晚更新世早期則又出現(xiàn)一段明顯暖 濕的成壤時期， 形成下蜀土剖面中的 Ｓ１ 古土壤層。總之， 中更新世以來本區(qū)氣候整 體 上 向 干 涼的方向發(fā)展。 關(guān)鍵詞： 下蜀土； 化學(xué)風(fēng)化； 元素遷移； 鎮(zhèn)江

下蜀土廣泛發(fā)育于長江中下游地區(qū)， 這套分布廣泛的風(fēng)塵堆積體 ， 曾引起許多學(xué)者 的關(guān)注。作為一種典型的陸相沉積物， 下蜀土經(jīng)歷了風(fēng)塵物質(zhì)的堆積和沉積后的次生變 化 （ 風(fēng)化成壤 ） 過程。化學(xué)風(fēng)化是大陸地表層圈相互作用的主要形式， 是元素表生地球化 學(xué)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)， 也是古氣候、古環(huán)境變化過程的記錄 ［１］。而土壤發(fā)生的實質(zhì)是各種元 素的重新組合及其遷移 ［２］。 以 往 對 下 蜀 土 的 研 究 多 集 中 于 下 蜀 土 的 成 因 、 時 代 及 物 源 方 面， 對下蜀土剖面的風(fēng)化過程及其元素遷移特征研究得相對較少 ［３］。本文以長江下游地區(qū) 典型的下蜀土剖面—鎮(zhèn)江大港剖面為例 ， 采用元素地球化學(xué)的方法研究下蜀土風(fēng)塵物質(zhì) 堆積后經(jīng)歷的化學(xué)風(fēng)化程度， 探討下蜀土剖面風(fēng)化成壤過程中元素的遷移、富集規(guī)律。

１ 材料與方法
鎮(zhèn)江大港剖面位于鎮(zhèn)江市以東的大港開發(fā)區(qū)， 地理位置 ３２ｏ１３＇１４＂Ｎ ， １１９ｏ４１＇１２＂Ｅ 。大 港剖面由兩部分組成， 上部 ０￣１８．５ ｍ 為人工露頭剖面， 下部 ４１ ｍ 為鉆孔剖面， 整個下
收稿日期： ２００７－０５－１２； 修訂日期： ２００７－０８－１２ 基金項目： 國家自然科學(xué)基金 （４０４０１００６）； 黃土與第四紀地質(zhì)國家重點實驗室開放基金 （ＳＫＬＬＱＧ０３０４）； 南京大學(xué)測試

基金項目資助 ［Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ： Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ， Ｎｏ．４０４０１００６； Ｏｐｅｎ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ ａｎｄ Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｇｅｏｌｏｇｙ， Ｎｏ．ＳＫＬＬＱＧ０３０４； Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ］
作 者 簡 介 ： 李徐生 （１９７２－）， 男， 博士， 副教授， 主要從事地表過程與環(huán)境演變研究。Ｅ－ｍａｉｌ： ｌｉｘｕｓｈｅｎｇ＠２６３．ｎｅｔ

１１７４－１１８４ 頁

１１ 期

李徐生 等： 鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度與元素遷移特征

蜀 土 剖 面 厚 度 近 ６０ ｍ ， 是 迄 今 對 下 蜀 土 進 行 系 統(tǒng) 采 樣 、 測 試 分 析 的 地 層 厚 度 最 大 的 剖 面。之前， 我們對該剖面進行過磁化率地層 ［４］、粒度 ［５］以及稀土元素 ［６］等測試分析， 對下蜀 土的成 因 及 物 源 有 了 初 步 的 認 識 。 該 剖 面 上 部 兩 個 樣 品 的 光 釋 光 年 代 測 試 結(jié) 果 分 別 為 ： Ｌ１ 黃土層底部為 ５９．６ ± ｋａ ， Ｌ２ 黃土層下部為 １３５．８ ± ｋａ ［４－６］。根據(jù)該剖面磁化率地 ２．７ ８．０ 層與黃土高原黃土地層以及深海氧同位素階段 （ＭＩＳ） 對比， 初步推測下蜀土堆積最早始 于中更新世早期 ［４－６］。 對大港剖面自頂至底不等距采得下蜀土分析樣品 ５４ 塊， 用于常量元素及微量元素分 析。常量元素樣品自然風(fēng)干后， 每個樣品取約 ５ ｇ 置于瑪瑙研缽中磨至 ２００ 目以下， 在南 京大學(xué)現(xiàn)代分析中心 ＶＦ－３２０ 型 Ｘ 射線熒光光譜儀上進行測試。微量元素測試為了消除粒 度效應(yīng)影響， 選擇小于 ６３ !ｍ 粒級進行分析。用高純度去離子水浸泡樣品， 洗鹽， 再運 用沉降法提取小于 ６３ "ｍ 粒級， 樣品在 ６０ ｏＣ 低溫下烘干， 在南京大學(xué)成礦作用國 家 重 點實驗室采用 ＩＣＰ－ＡＥＳ 方法進行微量元素組成測試， 所用儀器為 ＪＹ３８Ｓ 單道掃瞄型 ＩＣＰ 直讀光譜儀。測試結(jié)果經(jīng)標樣控制和對照實驗， 得出相對標準偏差為： 常量元素小于 ２％ ， 微量元素小于 ５％ 。
表 １ 鎮(zhèn)江下蜀土剖面常量元素含量 （％ ） 及其與其他風(fēng)成沉積物等的比較 Ｔａｂ． １ Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ （％ ） ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｍｐａｒ ｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ａｅｏｌｉａｎ ｄｕｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ
/m 105 303 502 706 907 1306 1505 1906 2107 2506 2801 3208 3503 3803 4008 4509 4804 5206 5503 5701 n = 54 1.5 3.3 5.2 7.6 9.7 13.6 15.5 19.6 21.7 25.6 28.1 32.8 35.3 38.3 40.8 45.9 48.4 52.6 55.3 57.1 SiO Al O TFe O 5.43 5.38 5.25 5.55 5.24 5.18 5.07 5.28 5.03 5.11 5.09 5.31 5.39 5.82 5.56 5.59 5.41 5.57 4.19 5.49 4.19 6.63 5.30 0.07 4.81 5.12 5.28 6.52 5.00 7.22 KO Na O 0.95 0.95 0.76 0.73 1.00 1.06 1.14 0.97 1.13 0.95 0.78 1.07 0.86 0.82 0.92 1.04 1.05 0.67 0.71 0.81 0.64 1.17 0.92 0.15 1.66 1.41 1.16 0.14 3.90 1.20 CaO 0.92 0.92 0.75 0.83 1.06 1.08 1.16 1.07 1.20 1.00 0.86 1.05 1.04 1.05 1.05 1.09 1.06 0.91 0.79 1.03 0.75 1.20 1.00 0.11 1.02 0.83 0.90 0.11 4.20 1.30 MgO 1.84 1.76 1.50 1.62 1.71 1.73 1.75 1.77 1.76 1.55 1.42 1.65 1.58 1.46 1.52 1.89 1.83 1.52 1.15 1.59 1.15 1.89 1.61 0.10 2.29 2.21 2.89 0.54 2.20 2.20 MnO 0.10 0.10 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.05 0.08 0.13 0.10 0.15 0.07 0.09 0.09 0.08 0.12 0.05 0.17 0.09 0.23 0.07 0.08 0.08 0.04 0.06 0.11 TiO 67.52 68.20 67.92 67.66 68.50 69.63 69.94 68.08 68.91 68.39 67.91 68.30 67.77 66.99 66.79 67.52 67.52 67.38 70.51 66.16 64.77 70.51 68.07 0.02 66.40 65.18 63.75 68.77 66.00 62.80 13.62 13.44 13.48 13.85 13.29 13.13 12.87 13.26 12.97 13.22 13.87 13.13 13.31 13.29 13.53 13.50 13.56 14.10 12.27 13.94 12.09 14.10 13.32 0.04 14.20 14.79 15.05 13.71 15.2 18.9 2.36 2.38 2.33 2.33 2.41 2.47 2.48 2.47 2.36 2.37 2.52 2.45 2.34 2.24 2.19 2.46 2.41 2.32 2.00 2.49 2.00 2.52 2.35 0.06 3.01 3.15 3.00 1.38 3.4 3.7 0.81 0.84 0.87 0.85 0.8 0.80 0.78 0.82 0.79 0.82 0.85 0.81 0.77 0.79 0.78 0.81 0.82 0.82 0.82 0.81 0.77 0.89 0.81 0.03 0.73 0.75 0.76 1.06 0.50 0.16

  (n = 12)  (n = 13)  (n = 5)   (n = 64) !"# (UCC) "$%&

?

?? ?? ? ?
１１７５
PO CIA 0.16 0.17 0.13 0.14 0.23 0.23 0.22 0.19 0.21 0.18 0.17 0.22 0.18 0.13 0.21 0.21 0.24 0.14 0.08 0.20 0.08 0.25 0.18 0.23 0.15 0.11 0.15 0.06 0.5 1.0 70.55 70.19 72.83 73.75 69.24 68.04 66.64 69.31 67.38 69.88 72.35 68.00 71.26 72.15 71.46 68.91 69.08 74.91 73.14 72.20 66.12 75.78 70.45 0.04 63.73 67.36 69.11 87.55 47.92 70.36

１１７６

地 理 學(xué) 報
表 ２ 鎮(zhèn)江下蜀土剖面微量元素含量 （!ｇ ｇ－ １） 及其與其他風(fēng)成沉積物等的比較 Ｔａｂ． ２ Ｔｈｅ ｔｒ ａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｅｎｔｓ （!ｇ ｇ－ １） ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｃｏｍｐａｒ ｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈａｔ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ａｅｏｌｉａｎ ｄｕｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ
/m 105 303 502 706 907 1306 1505 1906 2107 2506 2801 3208 3503 3803 4008 4509 4804 5206 5503 5701 n = 54  ?  (n = 12)  (n = 13)  (n = 5)   (n = 1) !"# (UCC) "$%& 1.5 3.3 5.2 7.6 9.7 13.6 15.5 19.6 21.7 25.6 28.1 32.8 35.3 38.3 40.8 45.9 48.4 52.6 55.3 57.1 Th 16.24 17.62 16.65 18.00 16.01 15.04 16.22 16.05 16.85 17.90 18.51 18.97 18.76 19.85 17.33 18.68 17.27 19.61 13.00 17.32 13.00 19.85 17.18 0.08 13.20 13.70 13.50 14.50 10.70 14.60 Ga 19.45 20.03 19.43 19.09 19.73 19.52 19.41 20.53 22.01 21.57 23.12 22.19 21.90 21.99 15.23 15.83 15.23 17.56 12.52 15.79 12.52 23.12 19.14 0.14 17.90 18.80 13.40 17.00 20.00 Sr 108.0 113.8 99.26 89.89 117.0 112.1 130.1 115.6 126.7 105.7 104.4 119.9 101.5 98.57 115.3 125.8 121.0 94.75 96.4 108.6 86.31 130.1 108.78 0.09 127 115 115 37.2 350 200 Ba 452.3 458.3 470.8 433.7 476.4 430.2 470.1 457 474.9 490 530.6 525.5 482.7 469.6 612 563.1 546.3 528.2 474.1 585.8 396.40 631.80 492.46 0.10 445 465 433 293.9 550 650 Cu 34.4 36.85 41.65 38.64 31.17 30.15 32.76 33.79 39.92 40.05 37.03 37.34 34.86 31.1 32.14 40.9 44.76 41.77 26.4 41.16 26.40 52.89 36.85 0.12 26 30 33.4 35.4 25 50 Zn 94.51 92.69 90.55 100.8 83.42 79.84 98.24 90.05 89.11 89.96 93.41 92.06 81.66 80.81 91.93 94.98 98.32 101.7 84.17 110.5 77.47 139.8 95.32 0.12 79 83 90 87.9 71 85 Co 10.97 11.3 11.55 11.13 10.62 10.35 10.87 11.52 11.83 11.66 10.2 11.59 9.693 9.225 10.51 12.2 11.42 12.14 9.226 13.37 9.01 16.05 11.29 0.11 14.9 15.4 16.9 11.2 10 23 Ni 36.46 38.84 38.05 36.85 38.75 34.36 35.89 38.74 52.4 46.8 41.7 44.94 45.25 40.11 43.1 43.7 42.34 46.75 31.82 48.99 30.82 52.40 41.15 0.12 38 41 43.8 47.2 20 55 Cr 74.65 73.4 75.33 82.91 63 62.97 66.33 75.67 72.26 75.94 83.08 78.44 83.36 81.37 86.8 87.09 82.52 100 79.15 88.07 62.97 121.80 80.69 0.16 51 58 51.2 83.8 35 110 V

６２ 卷

109.0 116.1 112.6 113.9 109.6 101.9 108.9 112.3 114.8 121.0 125.6 126.4 122.0 121.3 123.3 127.8 127.7 128.5 88.32 125.8 88.32 134.60 117.32 0.08 96 100 105 100 60 150

’() 1 *) 2 +,-./012$345[7],./012$345[8],6 . 789:;<=>?@A;B,CD6ED78 FGHHIJK .CDLM/01 2$345[9],78FGHHIJ,NEDLM78OPQ RSTUVW,9XY678ZJO[\ED LM78]S^KUCC-"$%&/012$345[10]_

２

分析結(jié)果

表 １ 和表 ２ 分別給出了鎮(zhèn)江大港剖面下蜀土的常量元素和微量元素的組成數(shù)據(jù) （ 限于 篇幅， 僅給出其中 ２０ 個樣品的原始數(shù)據(jù) ） ， 并列出陜西洛川黃土 ［７］、洛川古土壤 ［７］、甘肅 西峰晚第 三 紀 紅 粘 土 ［８］、 安 徽 宣 城 風(fēng) 成 紅 土 ［９］ 等 典 型 風(fēng) 成 堆 積 物 以 及 上 部 陸 殼 ［１０］ （ＵＣＣ） 、 陸源頁巖 ［１０］ （ 為典型的 ＵＣＣ 風(fēng)化產(chǎn)物 ） 的平均組成含量進行比較。 分析結(jié)果表明， 鎮(zhèn) 江 下 蜀 土 的 化 學(xué) 成 分 與 北 方 典 型 風(fēng) 成 沉 積 物 具 有 較 好 的 相 似 性 。 同時， 下蜀土本身各元素含量的變異系數(shù) ＣＶ 值都非常低， 表明其無論是常量元素還是 微量元素的組成均具有高度的一致性， 這應(yīng)該是下蜀土風(fēng)成成因的另一個重要證據(jù)。主 要 化 學(xué) 成 分 為 ＳｉＯ２、 Ａｌ２Ｏ３ 和 ＴＦｅ２Ｏ３ （ＴＦｅ２Ｏ３ ＝ Ｆｅ２Ｏ３ ＋ ＦｅＯ） ， 三 者 的 平 均 含 量 之 和 均 達 ８５％ 左右。與上部陸殼 （ＵＣＣ） 平均化學(xué)成分的對比表明 （ 圖 １） ， 下蜀土除 Ｎａ 、 Ｃａ 、 Ｐ 以 外的常量元素以及除 Ｓｒ 以外的微量元素的分布曲線近于平坦線型且靠近 ＵＣＣ 分布曲線，

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李徐生 等： 鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度與元素遷移特征

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表 明 下 蜀 土 與 ＵＣＣ 的 化 學(xué) 組 成 是 比 較 接近的， 表明下蜀土來源廣泛， 并經(jīng)過 充分混合， 使之趨近上部陸殼平均化學(xué) 成 分 。 Ｎａ 、 Ｃａ 、 Ｐ 和 Ｓｒ 元 素 的 數(shù) 據(jù) 點 則顯著偏離了上部陸殼的平均組成， 與 ＵＣＣ 相比表現(xiàn)出較明顯的虧損特征， 這 可能是大陸化學(xué)風(fēng)化的效應(yīng)。不同地區(qū) 的風(fēng)成沉積物相比， 下蜀土與北方黃 土 － 古土壤以及紅粘土之間的化學(xué)組成 相似程度要高于與宣城風(fēng)成紅土之間的 相似程度， 宣城紅土顯示了更顯著的 Ｎａ 、 Ｃａ 、 Ｋ、 Ｍｇ、 Ｍｎ 、 Ｐ 以及 Ｓｒ 的 虧 損。

10.00

洛川黃土


 UCC

Sample/UCC

1.00

0.10
A.

0.01 Si Al Fe K Na Ca Mg Mn Ti P
(a) 

10.00

Sample/UCC

３ 化學(xué)風(fēng)化強度
３．１ ＣＩＡ 指數(shù)和 Ｎａ／Ｋ 比值 化學(xué)蝕變指數(shù) （ＣＩＡ） 作為一個判斷

1.00
洛川黃土

0.10



UCC 化學(xué)風(fēng)化程度的地化指標被廣泛應(yīng)用。 0.01 在上部陸殼遭受化學(xué)風(fēng)化過程中， 長石 Ga Th Sr Ba Cu Zn Co Ni Cr V 礦物是最重要的母巖礦物， 風(fēng)化作用的 (b)  地球化學(xué)過程在很大程度上受長石蝕變 作用的控制。長石蝕變過程中 ， 堿金屬 圖 １ 鎮(zhèn)江下蜀土剖面常量及微量元素的 ＵＣＣ 標準化 曲線分布圖 元素以離子形式隨流體大量流失， 同時 Ｆｉｇ． １ ＵＣＣ－ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｍａｊｏｒ （ａ） ａｎｄ ｔｒａｃｅ （ｂ） 形成粘土礦物， 風(fēng)化產(chǎn)物中主要成分 ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｉｎ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ Ａｌ２Ｏ３ 的摩爾分數(shù)將隨化學(xué)風(fēng)化的強度而 變化 ［１１］。據(jù)此， Ｎｅｓｂｉｔｔ 等人 ［１２］提出 ＣＩＡ 指數(shù)反映化學(xué)風(fēng)化程度， ＣＩＡ 值表示為：

ＣＩＡ ＝ ［Ａｌ２Ｏ３／（Ａｌ２Ｏ３ ＋ ＣａＯ＊ ＋ Ｋ２Ｏ ＋ Ｎａ２Ｏ）］×１００ 式中： 均為氧化物分子摩爾數(shù)， 其中 ＣａＯ＊ 為硅酸鹽礦物中的摩爾含量， 不 包 括 碳 酸鹽和磷酸鹽中的 ＣａＯ 含量。由于硅酸鹽中的 ＣａＯ 與 Ｎａ２Ｏ 通常以 １：１ 的比例存在， 所 以 Ｓ．Ｍ． ＭｃＬｅｎｎａｎ 認 為 當 ＣａＯ 的 摩 爾 數(shù) 大 于 Ｎａ２Ｏ 時 ， 可 認 為 ｍＣａＯ＊ ＝ ｍ Ｎａ Ｏ ， 而 小 于
２

Ｎａ２Ｏ 時則 ｍＣａＯ＊ ＝ ｍＣａＯ［１３］。本文中所有 ｍＣａＯ＊ 值的計算即據(jù)此方法獲得。 ＣＩＡ 指數(shù)有效地指示了樣品中長石風(fēng)化成粘土礦物的程度， 與樣品中粘土礦物 ／ 長石 比值呈正比， 故可以很好地定量表示硅酸鹽礦物的化學(xué)風(fēng)化強度。未風(fēng)化的長石 ＣＩＡ 為 ５０ ， 伊利石和蒙脫石為 ７５￣８５ ， 高嶺石和綠泥石則接近 １００ 。化學(xué)風(fēng)化越強， 則 ＣＩＡ 值越
大。 鎮(zhèn)江下蜀土全剖面 ５４ 個樣品的 ＣＩＡ 值在 ６６￣７６ 之間， 平均值為 ７０．４５ （ 表 １） ， 遠高 于 上 陸 殼 （ＵＣＣ） 的 平 均 值 ４７．９２ ， 明 顯 高 于 洛 川 黃 土 的 ６３．７３ ， 略 高 于 洛 川 古 土 壤 的 ６７．３６ ， 與西峰晚第三紀紅粘土的 ６９．１１ 以及陸源頁巖平均值 ７０．３６ 非常接近， 而遠小于宣 城風(fēng)成紅土剖面的 ８７．５５ 。可以判定， 以上幾種典型的風(fēng)成沉積物及 ＵＣＣ 經(jīng)歷的化學(xué)風(fēng) 化強度變化依次為： 上陸殼 ＵＣＣ ＜＜ 洛川黃土 ＜ 洛川古土 壤 ＜ 西 峰 紅 粘 土 ≈ 陸 源 頁 巖 ≈ 鎮(zhèn)江下蜀土 ＜＜ 宣城風(fēng)成紅土。 一般地， ＣＩＡ 值介于 ５０￣６５ 之間， 反映寒冷干燥的氣候條件下低等的化學(xué)風(fēng)化程度； ＣＩＡ 值介于 ６５￣８５ 之間， 反映溫暖、濕潤條件下中等的化學(xué)風(fēng)化程度 ； ＣＩＡ 介于 ８５￣１００

１１７８
2.0

地 理 學(xué) 報

６２ 卷

UCC

1.5     

Na/K

1.0

         

    

0.5
    

0.0 40

50

60

70

80

90

100

CIA 圖 ２ 鎮(zhèn)江下蜀土化學(xué)風(fēng)化參數(shù) ＣＩＡ 與 Ｎａ／Ｋ 關(guān)系散點圖 Ｆｉｇ． ２ Ｓｃａｔｔｅｒ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ＣＩＡ ｖｓ． Ｎａ／Ｋ ｍｏｌａｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｉｎ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ

之間， 反映炎熱、潮濕的熱帶、亞熱帶條件下的強烈的化學(xué)風(fēng)化程度［１１］。 ＣＩＡ 值的分布情 況顯示 （ 圖 ２） ： ＵＣＣ 平均值反映了基本未受化學(xué)風(fēng)化的狀態(tài) ； 西北洛川黃土的風(fēng)化作用 處于干冷氣候條件下的低等化學(xué)風(fēng)化階段， 洛川古土壤則基本進入了中等化學(xué)風(fēng)化階段； 與洛川黃土相比， 鎮(zhèn)江下蜀土經(jīng)歷了明顯較強的化學(xué)風(fēng)化過程 ， 比洛川古土壤的風(fēng)化強 度也更強一些， 達到了暖濕條件下的中等化學(xué)風(fēng)化強度 ； 而宣城風(fēng)成紅土剖面則遭受了 強烈的化學(xué)風(fēng)化作用， 為炎熱、潮濕氣候條件下化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物。值得注意的是 ， 鎮(zhèn)江 下蜀土與甘肅西峰晚第三紀紅粘土遭受的化學(xué)風(fēng)化強度十分相近 ， 表明中更新世以來長 江下游地區(qū)的古氣候環(huán)境可能與晚第三紀時的黃土高原地區(qū)較為類似。鎮(zhèn)江下蜀土與陸 源頁巖的平均化學(xué)風(fēng)化程度也基本一致， 而陸源頁巖被認為是典型的大陸化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物， 從這個角度也可認定鎮(zhèn)江下蜀土遭受的化學(xué)風(fēng)化作用為中等強度。 Ｎａ／Ｋ 比 （ 分子摩爾比 ） 是衡量樣品中斜長石風(fēng)化程度的指標， 同樣可以用于表征堆積 物的化學(xué)風(fēng)化程度。長石特別是斜長石富含 Ｎａ ， 而鉀長石、伊利石和云母富含 Ｋ ； 由于 斜長石的風(fēng)化速率遠大于鉀長石， 因此， 風(fēng)化剖面中的 Ｎａ／Ｋ 比值與其風(fēng)化程度呈反比 ［８］。 將 ＣＩＡ 值以及 Ｎａ／Ｋ 比值投點到坐標系中 （ 圖 ２） ， 鎮(zhèn)江下蜀土樣品的 Ｎａ／Ｋ 比與 ＣＩＡ 指數(shù) 的變化特征呈明顯的負相關(guān)關(guān)系 （ 相關(guān)系數(shù) Ｒ ＝ －０．８９ ， ｎ ＝ ５４） ； 同時， Ｎａ／Ｋ 比值指示的 各 類 風(fēng) 成 沉 積 物 的 風(fēng) 化 強 度 變 化 為 ： 從 ＵＣＣ→ 洛 川 黃 土 → 洛 川 古 土 壤 → （ 西 峰 紅 粘 土 、 鎮(zhèn)江下蜀土、陸源頁巖 ）→ 宣城風(fēng)成紅土， Ｎａ／Ｋ 比值依次降低， 指示的化學(xué)風(fēng)化強度依次 增強， 這與 ＣＩＡ 值揭示的情況也完全吻合。 ３．２ Ａ－ ＣＮ－ Ｋ 圖解 Ｎｅｓｂｉｔｔ 等根據(jù)質(zhì)量平衡原理， 長石淋溶實驗和礦物穩(wěn)定性的熱力學(xué)計算提出大陸化 學(xué)風(fēng)化趨勢預(yù)測的 Ａ－ＣＮ－Ｋ （ 即 Ａｌ２Ｏ３ － ＣａＯ＊ ＋ Ｎａ２Ｏ － Ｋ２Ｏ） 三角模型圖， 此模型可以反 映化學(xué)風(fēng)化趨勢以及化學(xué)風(fēng)化過程中主成分和礦物學(xué)變化。陸源頁巖是典型的大陸上部 陸殼 （ＵＣＣ） 的風(fēng)化產(chǎn)物， ＵＣＣ 指向陸源頁巖的方向代表了典型的大陸風(fēng)化趨勢。圖 ３ 顯 示， 鎮(zhèn)江下蜀土與西北風(fēng)塵堆積物的數(shù)據(jù)點均集中分布于 ＵＣＣ→ 陸源頁巖的化學(xué)風(fēng)化趨 勢線上， 這一特征說明了鎮(zhèn)江下蜀土風(fēng)塵物質(zhì)有可能與西北風(fēng)塵堆積物同樣起源于廣泛 的上部陸殼。北方風(fēng)塵堆積物的風(fēng)化趨勢線大致與 ＣＮ — Ａ 邊平行， 說明剖面中的斜長石 最先風(fēng)化分解， Ｃａ 、 Ｎａ 迅速流失， Ｃａ 、 Ｎａ 的丟失率從洛川黃土 → 洛川古土壤 → 西峰紅 粘土逐漸增大， 而鉀長石相對穩(wěn)定。與洛川黃土、古土壤相比 ， 鎮(zhèn)江下蜀土的數(shù)據(jù)點一 方面有更向 Ａ— Ｋ 連線靠近的趨勢， 反映下蜀土化學(xué)風(fēng)化時硅酸鹽礦物如長石經(jīng)歷了更 強的風(fēng)化過程， 斜長石的 Ｃａ 、 Ｎａ 丟失程度更為顯著； 另一方面， 下蜀土的數(shù)據(jù)點比西北

１１ 期

李徐生 等： 鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度與元素遷移特征

A 風(fēng) 塵 堆 積 物 有 更 偏 向 ＣＮ— Ａ 100 ? 連線的趨勢， 說明下蜀土的 鉀長石也有了初步的風(fēng)化。 80 總的來說， 下蜀土數(shù)據(jù)點的 分布范圍與西北風(fēng)塵堆積物 60 比較靠近， 風(fēng)化產(chǎn)物的礦物 成 分 依 舊 是 以 伊 利 石 和 蒙 脫 CIA 40 石為主， 尚未達到以高嶺石 UCC 為主的程度。而宣城風(fēng)成紅 20 土的數(shù)據(jù)點則遠離鎮(zhèn)江下蜀 土 ， 已 靠 近 Ａ— Ｋ 連 線 ， 表 明其剖面中斜長石幾乎風(fēng)化 0 K CN 貽盡， 風(fēng)化趨勢線 （ 圖 ３ 中短 圖 ３ 鎮(zhèn)江下蜀土的 Ａ－ＣＮ－Ｋ 化學(xué)風(fēng)化趨勢圖 箭頭 ） 平行于 Ａ— Ｋ 連線且向 （ 箭頭指示化學(xué)風(fēng)化趨勢 ） Ａ 點趨近， 呈現(xiàn)了明顯的脫 Ｆｉｇ． ３ Ａ－ＣＮ－Ｋ ｔｅｒｎａｒｙ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｉｎ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ （ａｒｒｏｗｓ ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｔｒｅｎｄ） Ｋ 特 征 和 較 強 的 富 Ａｌ 化 趨 圖中： Ａ ＝ Ａｌ２Ｏ３； ＣＮ ＝ ＣａＯ＊ ＋ Ｎａ２Ｏ ； Ｋ ＝ Ｋ２Ｏ 勢， 表明進一步的風(fēng)化作用 已導(dǎo)致其含 Ｋ 礦物 （ 黑云母、伊利石和鉀長石 ） 的分解， 次生粘土礦物以高嶺石為主。 ３．３ 化學(xué)風(fēng)化的控制因素 在化學(xué)風(fēng)化過程中， 母巖的成分對風(fēng)化過程的速度和強度起著根本性的影響 ， 而外 界條件如地形、排水條件和氣候條件等均是重要的制約因素 ， 其中， 氣候條件是決定風(fēng) 化方向和強度的基本因素。前文研究的各種風(fēng)成沉積剖面均為大氣粉塵沉積所致 ， 組成 物質(zhì)可能均來源于范圍廣泛的上陸殼， 且經(jīng)過高度的混合， 故母巖成分對風(fēng)化過程的影 響差異不會太大。地形對于風(fēng)化作用的控制主要通過影響水、熱條件的重新分配 ， 從而 影響風(fēng)化的強度。前文研究的各種風(fēng)成堆積剖面一般都分布于崗地上 ， 地形和排水條件 的差異不致對化學(xué)風(fēng)化過程造成重大影響。氣候條件則主要通過年平均溫度和降水量對 化學(xué)風(fēng)化的地球化學(xué)環(huán)境起重要的控制作用 ， 溫度往往控制了化學(xué)風(fēng)化的反應(yīng)速度， 尤 其是有機物質(zhì)的分解速度， 而降水則提供這些反應(yīng)的液體介質(zhì)。同時， 氣候條件還控制 著植 物 的 數(shù) 量 和 類 型 ， 在 不 同 的 氣 候 條 件 下 ， 發(fā) 育 與 之 相 適 應(yīng) 的 植 物 種 類 和 植 物 群 落 ， 造成不同氣候地帶中生物化學(xué)風(fēng)化強度的巨大差異。 西峰晚第三紀 紅 粘 土 剖 面 的 化 學(xué) 風(fēng) 化 強 度 與 鎮(zhèn) 江 晚 第 四 紀 下 蜀 土 剖 面 的 非 常 接 近， 均明顯強于洛川第四紀黃土剖面。這說明西峰晚第三紀時的氣候與鎮(zhèn)江晚第四紀時的氣 候具有一定的相似性， 而這樣的氣候明顯不同于洛川第四紀的氣候 ， 前者的降水與溫度 應(yīng)當均高于后者。對于不同地區(qū)氣候與風(fēng)化強度的關(guān)系 ， 我們可以將今論古， 根據(jù)現(xiàn)代 的氣候狀況作初步的比較。陜西洛川屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候， 年均溫 ９．２ ｏＣ ， 年降水量 ６２２ ｍｍ 。甘肅西峰年均溫 ９．７ ｏＣ ， 年降水量 ５５６ ｍｍ 。西峰與洛川的氣候接近， 地質(zhì)歷史時期也應(yīng)如此。鎮(zhèn)江屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)， 年均溫 １５．４ ｏＣ ， 年降水量 １０６６ ｍｍ 。與西峰及洛川相比， 無論是年均溫還是年降水量均存在較大差異， 而這一差異正是 鎮(zhèn)江下蜀土與洛川黃土風(fēng)化強度顯著不同的原因。西峰紅粘土與鎮(zhèn)江下蜀土的風(fēng)化強度 接近， 而與洛川黃土風(fēng)化強度差異明顯， 顯示晚第三紀到第四紀氣候發(fā)生過顯著的變化， 而這個變化幅度可能大致相當于鎮(zhèn)江與洛川之間現(xiàn)代氣候的差異。由此可以非常粗略地 估計， 黃土高原的氣候從晚第三紀到第四紀可能發(fā)生過約 ５ ｏＣ 的降溫和近 ５００ ｍｍ 年降 水量的減少， 氣候環(huán)境總體上向干冷方向發(fā)展。安徽宣城地區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候 ， 年 均溫 １５．６ ｏＣ ， 與 鎮(zhèn) 江 地 區(qū) 差 異 不 大 ； 年 降 水 量 在 １３５０ ｍｍ 左 右 ， 高 出 鎮(zhèn) 江 約 ３００ ｍｍ 。

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１１７９

１１８０

前文研究的結(jié)果表明宣城風(fēng)成紅土剖面的風(fēng)化強度遠強于鎮(zhèn)江下蜀土剖面 ， 由此可以看 出， 兩者風(fēng)化強度的差異似乎與年均溫度關(guān)系不大， 而主要是由于降水量的差異造成的， 即降水因素在化學(xué)風(fēng)化過程中可能起著更為重要的制約作用。

４

元素的活動性與遷移特征

４．１ 元素的活動性與遷移順序

元素的絕對含量 變 化 往 往 并 不 能 真 實 地 反 映 風(fēng) 化 成 壤 過 程 中 元 素 的 地 球 化 學(xué) 行 為 ， 因為在化學(xué)風(fēng)化的過程中， 活動性元素的淋失會直接造成樣品中穩(wěn)定性元素的濃度增加 （ 殘留富集 ） ， 從而掩蓋了這一過程中元素遷移或者富集的真實面目 ［１］。為消除這 種 影 響 ， 往往采用某一種穩(wěn)定性元素 （ 如 Ｋ、 Ｔｉ 、 Ａｌ 等 ） 作為參照， 計算樣品中其他元素的變化率 來獲知元素的遷移與富集程度。計算公式為：

! （％） ＝ ［（Ｘｓ ／ Ｉｓ）／（Ｘｐ ／ Ｉｐ） － １］×１００％

式中 Ｘｓ、 Ｉｓ 代表樣品中元素 Ｘ 和參比元素 Ｉ 的含量； Ｘｐ、 Ｉｐ 為上述元素在原始母質(zhì)中的 含量。顯然， 若 " ＜ ０ ， 則反映元素 Ｘ 相對參比元素遷出； 若 # ＞ ０ ， 反映元素 Ｘ 相對 富集 ［１］。由于下蜀黃土風(fēng)化前的原始母質(zhì)成分事實上是不可能獲知的， 只能以剖面中風(fēng)化 最弱的地層近似代表。根據(jù)剖面地層的顏色以及磁化率變化特征 ［４］， 可判斷大港剖面上部 的 Ｌ２ 層底部 （ 對應(yīng)剖面深度 １４．８ ｍ￣１７．４ ｍ） 風(fēng)化最弱， 故以此層近似代表風(fēng)化母質(zhì)， 選
(a)
Fe

Ti Al Mn Si Fe K Mg Ca Na P -25 -20 -15 -10 /% -5

圖 ４ 鎮(zhèn)江下蜀土剖面常量元素 （ａ） 和微量元素 （ｂ） 相對于 Ａｌ 元素的遷移率 Ｆｉｇ． ４ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍａｊｏｒ （ａ） ａｎｄ ｔｒａｃｅ （ｂ） ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｌ

用 Ａｌ 作為參比元素， 計算剖面元素含量的變化率百分數(shù) （ 圖 ４） 。 計算結(jié)果表明， 常量元素中絕大部分元素的 △ 值 ＜ ０ ， 表明在化學(xué)風(fēng)化過程中發(fā)生了 遷移淋失 ， 其中 Ｐ２Ｏ５、 Ｎａ２Ｏ、 ＣａＯ、 ＭｇＯ 等 △ ＜ ０ 且 ｜△｜ ＞ １０％ ， 說 明 發(fā) 生 了 顯 著 的 遷 移， 具有強活動性元素的特征； Ｋ２Ｏ、 ＦｅＯ 、 ＳｉＯ２ 和 ＭｎＯ 的 △ 值在 ０ 和 － １０％ 之間， 表明 這些元素相對于 Ａｌ 元素也發(fā)生了一定的遷移， 但分異不甚明顯， 元素的活動性中等。以 上元素均屬于活動性元素， 在剖面中以遷移淋失為主。常量元素中僅有 Ｆｅ２Ｏ３ 和 ＴｉＯ２ 的 △ 值略大于 ０ ， 相對于 Ａｌ 元素表現(xiàn)為輕微富集的特征， 表明 Ｆｅ２Ｏ３ 和 ＴｉＯ２ 非常穩(wěn)定， 是 剖面中典型的不活動性元素， 以淀積為主。由此可得到它們在黃土化學(xué)風(fēng)化過程中的活 動性與遷移能力有如下的順序： Ｐ２Ｏ５ ＞ Ｎａ２Ｏ ＞ ＣａＯ ＞ ＭｇＯ ＞ Ｋ２Ｏ ＞ ＦｅＯ ＞ ＳｉＯ２ ＞ ＭｎＯ ＞ Ａｌ２Ｏ３ ＞ ＴｉＯ２ ＞ Ｆｅ２Ｏ３。此序列中， ＦｅＯ 的情況與其他組分有所不同， 它的變化主要體現(xiàn)為 價態(tài)的轉(zhuǎn)化， 即由 Ｆｅ２＋ 轉(zhuǎn)化為 Ｆｅ３＋， 而 Ｆｅ 元素本身并未發(fā)生遷移。 Ｎｅｓｂｉｔｔ 等 ［１４］根據(jù)元素活動性順序?qū)⒒瘜W(xué)風(fēng)化過程劃分為早期去 Ｎａ 、 Ｃａ 階段、中期去 Ｋ 階段和晚期去 Ｓｉ 階段。 Ｃａ 主要賦存于易風(fēng)化的斜長石和暗色礦物輝石中， 因此在化學(xué)

?? ?
地 理 學(xué) 報 ６２ 卷
(b)
Cr Cu Ba Ni V Th Zn Co Ga Sr 0 5 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 /%

１１ 期

李徐生 等： 鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度與元素遷移特征

１１８１

風(fēng)化的初始階段就會遭受強烈的淋濾 ； Ｎａ 賦存在長石 （ 主要為斜長石 ） 、云母等礦物中， 在風(fēng)化過程中伴隨這些礦物的分解而淋失。陳駿等 ［１］對洛川黃土剖面進行風(fēng)化程度的地球 化學(xué)研究后認為， 洛川黃土經(jīng)歷了早期初級的化學(xué)風(fēng)化 ， 按地球化學(xué)標志判斷應(yīng)處在脫 Ｃａ 、 Ｎａ 風(fēng)化階段， 但尚未進入去 Ｋ 風(fēng)化階段， 反映了黃土高原第四紀可能長期處于比較 干冷的氣候環(huán)境。從鎮(zhèn)江大港剖面的元素遷移分析結(jié)果看 ， 下蜀土的化學(xué)風(fēng)化過程既發(fā) 生了顯著脫 Ｃａ ， Ｎａ 的分異變化， 也出現(xiàn)了一定程度的 Ｋ 元素遷移淋失和初步的 Ｓｉ 元素 丟失。據(jù)此， 我們可以認為鎮(zhèn)江下蜀黃土的化學(xué)風(fēng)化已基本完成早期階段的去 Ｃａ 、 Ｎａ 風(fēng) 化過程， 并初步進入到了中期的去 Ｋ 風(fēng)化階段。 微量元素的計算結(jié)果顯示， Ｓｒ 的 △ 值為 － １３．２％ ， 表明發(fā)生 了 顯 著 的 遷 移 。 Ｓｒ 和 Ｃａ 的地球化學(xué)性質(zhì)相似， 表生環(huán)境中 Ｓｒ 常分散在含 Ｃａ 的礦物中， 并隨碳酸鹽礦物的風(fēng)化 發(fā) 生 遷 移 。 Ｇａ 的 △ 值 為 － ４．９４％ ， 呈 輕 微 虧 損 。 其 余 的 微 量 元 素 如 Ｔｈ 、 Ｂａ 、 Ｃｕ 、 Ｚｎ 、 Ｃｏ 、 Ｎｉ 、 Ｃｒ 、 Ｖ 等 △ 值均 ＞ ０ ， 即下蜀土中微量元素大多沒有發(fā)生遷移， 而以淀積富集為 主。按其活動性確定的元素遷移序列由強至弱依次為 Ｓｒ ＞ Ｇａ ＞ Ｃｏ ＞ Ｚｎ ＞ Ｔｈ ＞ Ｖ ＞ Ｎｉ ＞ Ｂａ ＞ Ｃｕ ＞ Ｃｒ ； 此序列中， 從左至右， 元素的富集程度依次增加。微量元素在風(fēng)化過程中 的遷移與聚集不僅與黃土母質(zhì)中的礦物成分、粒度有關(guān) ， 而且與其形成后的氣候環(huán)境和 生物地球化學(xué)過程有關(guān)。研究表明 ［１５］， 風(fēng)化成壤過程中生物活動特別是植物的生長需要吸 收部分微量元素 （ 如 Ｃｕ 、 Ｚｎ 等 ） ， 可以造成微量元素在土壤表層發(fā)生一定程度的聚集； 同 時， 游離的 Ｚｎ 、 Ｃｕ 、 Ｃｏ 、 Ｎｉ 等微量元素又易被粘土礦物、有機質(zhì)等吸附。分布 于 長 江 下游的下蜀土粘粒級組分含量較高， 風(fēng)化成壤過程中植物生產(chǎn)量較大 ， 所以有機質(zhì)含量 也較高， 這些可能是造成大多數(shù)微量元素在大港剖面中淀積富集的主要原因。 ４．２ 元素遷移在剖面中的變化特征 關(guān)于元素遷移在剖面中的變化情況， 我們選擇 ４ 個代表性的元素進行討論： 即最穩(wěn) 定的不活動性元素 Ｆｅ 、活動性中等的元素 Ｓｉ 以及強活動性元素 Ｍｇ 和 Ｎａ 。這 ４ 個代表性 元素相對于穩(wěn)定元素 Ａｌ 的遷移率在剖面中的變化見圖 ５ 。其中， Ｆｅ 的遷移率變化大致以 ２３ ｍ 深度為界 （ 該剖面磁化率地層與深海氧同位素 ＭＩＳ 的對比研究表明此界限附近下蜀 土堆積年齡大約為 ０．２４ Ｍａ［４］） ， 剖面上、下段表現(xiàn)出明顯不同的特征 ， 剖面上段 Ｆｅ 的遷 移率變化不大， 且基本維持在 ０％ 附近， 說明剖面上段 Ｆｅ 元素基本上沒有發(fā)生遷移富集， 剖面下段 Ｆｅ 的遷移率出現(xiàn)較大幅度的波動， 且整體上表現(xiàn)出富集特征。這種變化一方面 說明剖面下段的風(fēng)化及淋溶作用程度要強于剖面上段， 使得活動性元素大量分解、淋失， 而穩(wěn)定性元素 Ｆｅ 得以相對富集； 另一方面又說明剖面下段在整體暖濕的背景下， 伴有較 明顯的 干 濕 交 替 變 化 的 特 征 。 這 與 我 們 對 剖 面 地 層 巖 性 的 仔 細 觀 察 結(jié) 果 也 是 相 吻 合 的 。 剖面上段以均質(zhì)的棕黃、褐黃色粘土質(zhì)粉砂為主， 質(zhì)地疏松， 僅在局部層位可見不明顯 的鐵錳膠膜。而剖面下段的灰黃色粘土質(zhì)粉砂地層中則出現(xiàn)較多褐色或黑色的點狀甚至 豆狀鐵 錳 結(jié) 核 ， 形 成 多 層 的 鐵 錳 聚 集 層 ， 其 中 可 見 有 較 細 密 的 灰 白 色 網(wǎng) 紋 或 膠 膜 發(fā) 育 ， 從發(fā)育程度看， 雖然遠未達到南方典型網(wǎng)紋紅土的的發(fā)育程度 ， 但明顯顯示了比剖面上 段更強的風(fēng)化與淋溶作用。剖面下段含細密灰白色網(wǎng)紋的鐵錳聚集層與均質(zhì)的褐黃色粉 砂層交替出現(xiàn)， 顯示出干濕交替的風(fēng)化作用過程。 活動性依次增強的 Ｓｉ ， Ｍｇ 和 Ｎａ 元素在整個剖面中基本上均表現(xiàn)為淋溶遷移的特征 圖 ５） ， 且剖面下段的遷移程度較剖面上段更強， 波動的幅度也更大， 這與 Ｆｅ 元素揭示 （ 的情況以及剖面地層的巖性變化也是相一致的。同時， 從 Ｓｉ ， Ｍｇ 和 Ｎａ 的遷移程度來看， 剖面下段自下而上活動性元素的遷移程度有逐漸減弱的趨勢 ， 揭示氣候的暖濕程度也逐 漸減弱。值得注意的是， 剖面上段的活動元素遷移雖整體較弱， 但在 距 地 表 深 度 約 ４￣７ ｍ 間的地層卻顯示了較強的活動元素遷移淋失特征 （ 圖 ５ 中陰影部分 ） ， 這一段地層大致 相當于北方的 Ｓ１ 古土壤層 （ 據(jù)以往我們所做的光釋光測年并結(jié)合磁化率地層對比， 得出

１１８２

地 理 學(xué) 報

６２ 卷

-20%

Ｆｅ 遷移率 0% 20% 40% -20%

Si -10% 0

0%

10% -40%

Mg -20% 0

Na 0% 20% -60% -20% 0 20% 0 4.5

LOI 6.5

/% 8.5

0

S1
10 10 10 10 10

20

20

20

20

20

0.24Ma
30 30 30 30 30

40

40

40

40

40

50

50

50

50

50

m/60

m/60

m/60

m/60

m/60

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

圖 ５ 鎮(zhèn)江下蜀土剖面 Ｆｅ， Ｓｉ， Ｍｇ， Ｎａ 元素的遷移率變化以及燒失量 （ＬＯＩ 含量 ） 變化圖 Ｆｉｇ． ５ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔｓ Ｆｅ （ａ）， Ｓｉ （ｂ）， Ｍｇ （ｃ）， Ｎａ （ｄ） ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｎ ｉｇｎｉｔｉｏｎ （ＬＯＩ） ｃｏｎｔｅｎｔ （ｅ） ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ

地層年代約為 ０．１ Ｍａ ， 為末次間冰期的地層 ） 。該層古土壤在鎮(zhèn)江、南京一帶的下蜀土剖 面中普遍存在且地層顏色明顯偏棕紅， 在野外露頭剖面中非常容易辨別出來， 是下蜀土 剖面中的一個標志性地層。以上分析表明， 在 ０．２４ Ｍａ 之前的中更新世早、中期， 下蜀 土分布區(qū)域的氣候較為暖濕， 兼有干濕交替的特征； 中更新世晚期氣候偏干涼， 風(fēng)化淋 溶最弱； 至晚更新世早期則又出現(xiàn)一段明顯暖濕的成壤時期， 形成厚近 ３ ｍ 的 Ｓ１ 古土壤 層。燒失量 （ＬＯＩ） 的變化也可間接驗證這一點。一般認為， ＬＯＩ 含量變化主要反應(yīng)的是沉 積物中有機質(zhì)含量的高低。暖濕氣候條件下成壤作用較強， 地表植被發(fā)育， 有機質(zhì)累積 增加； 相反， 氣候相對干涼條件下有機質(zhì)含量降低。鎮(zhèn)江下蜀土剖面中 ＬＯＩ 含量的變化 曲線自剖面底部向上逐漸降低， 趨勢明顯， 且在 ２３ ｍ 深度以下地層中呈較大幅度的波動 特 征 ； 至 晚 更 新 世 早 期 Ｓ１ 古 土 壤 層 ， ＬＯＩ 含 量 則 顯 著 增 高 ， 形 成 一 個 明 顯 的 峰 值 ； 另 外， 近地表層 ＬＯＩ 值較高可能與全新世或現(xiàn)代地表植物生長及有機質(zhì)的累積有關(guān)。

５

結(jié)論
（１） 鎮(zhèn)江下蜀土剖面經(jīng)歷了中等強度的化學(xué)風(fēng)化作用， 明顯強于黃土高原的洛川黃土

以及古土壤， 顯著弱于安徽宣城的風(fēng)成紅土， 而與甘肅西峰晚第三紀紅粘土的風(fēng)化程度 較為相近。鎮(zhèn)江下蜀土的化學(xué)風(fēng)化過程及其與其他風(fēng)成堆積剖面風(fēng)化強度的差異主要受 氣候條件的控制， 氣候條件通過年平均溫度和年降水量對化學(xué)風(fēng)化的地球化學(xué)環(huán)境起重 要的影響， 其中降水因素在化學(xué)風(fēng)化過程中可能起著更為重要的制約作用。 （２） 鎮(zhèn)江下蜀土剖面風(fēng)化過程中 ， 絕 大 部 分 常 量 元 素 如 Ｓｉ 、 Ｋ、 Ｎａ 、 Ｃａ 、 Ｍｇ、 Ｍｎ 、 等的地球化學(xué)行為均表現(xiàn)為遷移淋失， Ｆｅ 和 Ｔｉ 則呈輕微富集特征， 常量元素的活動性 Ｐ 及遷移順序依次為： Ｐ ＞ Ｎａ ＞ Ｃａ ＞ Ｍｇ ＞ Ｋ ＞ Ｆｅ２＋ ＞ Ｓｉ ＞ Ｍｎ ＞ Ａｌ ＞ Ｔｉ ＞ Ｆｅ３＋； 元素遷移 特征表明下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化作用已完成初級階段的去 Ｃａ 、 Ｎａ 過程， 并初步進入到去 Ｋ 的中級階段。微量元素除 Ｓｒ 、 Ｇａ 遷移淋失外， Ｔｈ 、 Ｂａ 、 Ｃｕ 、 Ｚｎ 、 Ｃｏ 、 Ｎｉ 、 Ｃｒ 、 Ｖ 等

１１ 期

李徐生 等： 鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度與元素遷移特征

１１８３

均表現(xiàn)出淀積富集特征； 微量元素的淀積富集可能與下蜀土風(fēng)化成壤過程中生物地球化 學(xué)過程以及粘粒、有機質(zhì)的吸附作用有關(guān)。 （３） 元素遷移在剖面中的變化特征揭示， 在 ０．２４ Ｍａ 之前的中更新世早、中期， 下蜀 土分布區(qū)域的氣候較為暖濕， 兼有干濕交替的特征； 中更新世晚期氣候偏干涼， 風(fēng)化淋 溶最弱； 至晚更新世早期 （ 末次間冰期 ） 則又出現(xiàn)一段明顯暖濕的成壤時期， 形成 Ｓ１ 古 土壤層。總之， 中更新世以來本區(qū)氣候整體上具有向偏干涼方向發(fā)展的趨勢。 參考文獻 （Ｒｅｆｅｒ ｅｎｃｅｓ）
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地 理 學(xué) 報

６２ 卷

Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｗｅａｔｈｅｒ ｉｎｇ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｉｇｒ ａｔｉｏｎ Ｆｅａｔｕｒ ｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ Ｌｏｅｓｓ Ｐｒ ｏｆｉｌｅ ｉｎ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ
ＬＩ Ｘｕｓｈｅｎｇ１，２， ＨＡＮ Ｚｈｉｙｏｎｇ１， ＹＡＮＧ Ｓｈｏｕｙｅ３， ＣＨＥＮ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ１， ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇｂｏ１， ＹＡＮＧ Ｄａｙｕａｎ１
（１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ ａｎｄ Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９３， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ ａｎｄ Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ Ｇｅｏｌｏｇｙ， Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ＣＡＳ， Ｘｉ＇ａｎ ７１００７５， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｙ， Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ ｉｎ Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｗｉｔｈ ｏｔｈｅｒ ａｅｏｌｉａｎ－ｄｕｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ， ｉ．ｅ． Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ ｌｏｅｓｓ－ｐａｌｅｓｏｌ ａｎｄ ｌａｔｅ－ｔｅｒｔｉａｒｙ ｒｅｄ－ｃｌａｙ ｐｒｏｆｉｌｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ， ａｎｄ ａｅｏｌｉａｎ ｄｕｓｔ ｒｅｄ ｅａｒｔｈ ｉｎ Ｘｕａｎｃｈｅｎｇ ｏｆ Ａｎｈｕｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ， ｗｅ ｄｒａｗ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ： （１） Ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ ｕｎｄｅｒｗｅｎｔ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｓｔｒｏｎｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ ａｎｄ ｐａｌｅｓｏｌ ｉｎ Ｌｕｏｃｈｕａｎ， ｍｕｃｈ ｗｅａｋｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｅｏｌｉａｎ ｄｕｓｔ ｒｅｄ ｅａｒｔｈ ｉｎ Ｘｕａｎｃｈｅｎｇ， ａｎｄ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｏｆ ｌａｔｅ－ｔｅｒｔｉａｒｙ ｒｅｄ－ｃｌａｙ ｉｎ Ｘｉｆｅｎｇ． Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｅｏｌｉａｎ－ｄｕｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ ｗｅｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｏｓｅｄ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｍｅａｎ ａｎｎｕａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａｎｎｕａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ． Ｉｔ ｓｅｅｍｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ｍｏｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． （２） Ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ｓｉ， Ｋ， Ｎａ， Ｃａ， Ｍｇ， Ｍｎ ａｎｄ Ｐ ｗｅｒｅ ｍｉｇｒａｔｅｄ ａｎｄ ｌｅａｃｈｅｄ， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ Ｆｅ ａｎｄ Ｔｉ ｗｅｒｅ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ， ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｒａｎｋｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｏｒｄｅｒ： Ｐ ＞ Ｎａ ＞ Ｃａ ＞ Ｍｇ ＞ Ｋ ＞ Ｆｅ ２＋ ＞ Ｓｉ ＞ Ｍｎ ＞ Ａｌ ＞ Ｔｉ ＞ Ｆｅ３＋． Ｔｈｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｒｅｖｅａｌ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｃａ ａｎｄ Ｎａ， ａｎｄ ａｌｍｏｓｔ ｒｅａｃｈｅｄ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｋ． Ｅｘｃｅｐｔ ｔｈｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ Ｓｒ ａｎｄ Ｇａ， ｏｔｈｅｒ ｔｒａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ｔｈ， Ｂａ， Ｃｕ， Ｚｎ， Ｃｏ， Ｎｉ， Ｃｒ ａｎｄ Ｖ ｗｅｒｅ ｅｎｒｉｃｈｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ａｎｄ ｔｈｉｓ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｍｉｇｈｔ ｂｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｃｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｂｙ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌ ａｎｄ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ． （３） Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｄｏｗｎ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ ｒｅｖｅａｌｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｌｉｍａｔｅ ｗａｓ ｗａｒｍ ａｎｄ ｗｅｔ ａｔ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ－ｍｉｄｄｌｅ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｄｄｌｅ Ｐｌｅｉｓｔｏｃｅｎｅ （ｂｅｆｏｒｅ ０．２４ Ｍａ）， ｈｏｗｅｖｅｒ， ｂｅａｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ ｏｆ ａｎ ａｌｔｅｒｎａｔｅ ｄｒｙ ａｎｄ ｗｅｔ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ． Ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｄｄｌｅ Ｐｌｅｉｓｔｏｃｅｎｅ， ｉｔ ｂｅｃａｍｅ ｄｒｙ ａｎｄ ｃｏｏｌ， ｗｈｉｃｈ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅａｋｅｓｔ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ． Ａｔ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｌａｔｅ Ｐｌｅｉｓｔｏｃｅｎｅ， ｔｈｅ ｐａｌｅｏｃｌｉｍａｔｅ ｂｅｃａｍｅ ｗａｒｍ ａｎｄ ｗｅｔ ａｇａｉｎ， ｗｈｉｃｈ ｌｅｄ ｔｏ ｒａｔｈｅｒ ｓｔｒｏｎｇ ｐｅｄｏｇｅｎｅｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｌｅｏｓｏｌ Ｓ１ ｉｎ ｔｈｅ Ｘｉａｓｈｕ ｌｏｅｓｓ ｐｒｏｆｉｌｅ． Ａｓ ａ ｗｈｏｌｅ， ｔｈｅ ｐａｌｅｏｃｌｉｍａｔｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｂｅｃａｍｅ ｄｒｉｅｒ ａｎｄ ｃｏｏｌｅｒ ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｇｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｄｄｌｅ Ｐｌｅｉｓｔｏｃｅｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｘｉａｓｈｕ Ｌｏｅｓｓ； ｃｈｅｍｉｃａｌ ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ； ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ； Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ



  本文關(guān)鍵詞：鎮(zhèn)江下蜀土剖面的化學(xué)風(fēng)化強度與元素遷移特征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。