黄土工程地质所有内容

黄土是地球上分布十分广泛且性质十分特殊的一种沉积物。

•《禹贡》（3000年前）有黄壤记载•莱伊尔1834年提出loess一词•奥布鲁切夫把风尘直接堆积起来的叫黄土或原生黄土、真正的黄土或纯粹的黄土，把风尘经流水再搬运而新沉积的叫次生黄土、再积黄土、黄土状土或黄土状岩石•刘东生：以风力搬运堆积未经过次生扰动的、无层理的、黄色粉质、高含碳酸盐并具有大孔隙的土状沉积物（以山西、陕西、甘肃等地黄土为代表）➢张宗祜：1、黄色为主；2、结构疏松，孔隙率高（>45%)；3、以粉土颗粒为主，且常以粗粉砂颗粒为主；4、富含碳酸盐；5、具有湿陷性；6、容重较小，一般在1.5-1.6左右；7、成因可能为风成、洪积、坡积—洪积或坡积。

•可见，关于黄土的定义，可以说是中说纷纭，莫衷一是，仁者见仁，智者见智。

•我们将黄土分为两类，一类是狭义的黄土，即原生黄土，另一类是黄土状土•典型黄土是在干旱、半干旱气候条件下，形成于晚更新是和全新世的风尘堆积•典型黄土主要在末次冰期形成的，由于气候干旱寒冷，马兰黄土得以保存其典型特征。

全新世中期，由于气候比较暖湿，形成了黄土高原的黑垆土层（S0），他的性质比马兰黄土退化了很多，在黑垆土之上晚全新世的黄土，在工程上叫新近堆积黄土，具有特别强的湿陷性，保存了最多的风尘堆积特征•中更新世的黄土，上覆压力较大，气候比较湿润，成壤作用较强，架空孔隙多被破坏湿陷性很小或没有。

早更新世和新近纪的黄土已有相当成岩程度，也都是一般黄土，但这些一般黄土没有层理，不含杂质，所以他们不是黄土状土。

➢典型黄土特征•1、色淡灰黄；•2、以粉粒为主；•3、无层理；•4、性疏松、多大孔；•5、垂直节理发育，常形成垂直陡崖；•6、富含碳酸盐；•7、有湿陷性。

➢黄土状土•与黄土相似，但具有两个重要特征与黄土相区别•1、层理明显；•2、成分较杂，常夹有粘土、砂层和砾石层等；•这两个特征都是流水作业或静水条件下沉积的特征，所以黄土状土就和次生黄土或再生黄土成为同意语•我国地质学发展史分为两大阶段：古代阶段；现代阶段，后者可分为：•1、萌芽期（1840-1910年）指鸦片战争到辛亥革命这一时期•（莱伊尔、李希霍芬、奥布鲁切夫、维里士等）•2、草创时期（1911-1921年）；从辛亥革命到中国地质学会成立•邝荣光的三张地图首次把黄土作为一个地层单元•3、成长时期（1922-1936年）从辛亥革命成立到抗日战争爆发•我国学者开始注意黄土的研究，如李学清等•4、动荡时期（1937-1949年）从抗日战争爆发到新中国成立•少数日本人进行研究•5、发展时期（1949年至今）目前，黄土工程地质已发展到一定程度，有众多通论及专论进行专门研究：•黄土地貌•黄土地层•黄土的物质成分•黄土的结构构造•黄土的物理性质•黄土的力学性质•黄土的湿陷性与震陷性•黄土力学•黄土边坡•黄土硐室•黄土地质环境等世界上的黄土主要分布在北半球的中纬度干旱及半干旱地带，南半球除南美洲一些国家和新西兰等外，其它地带很少有黄土分布➢我国是世界上黄土分布最广，地层最全，厚度最大的国家➢主要分布在北纬34°～41°、东经103°～114°的范围➢分布在秦岭、祁连山、昆仑山以北由新疆经甘肃、陕西、山西、河南西部、辽宁西部以致松辽平原，呈向南突出的弧形，包围在辽西、内蒙和甘肃的沙漠和内蒙的戈壁外围。

➢其它地区有零星分布，如四川盆地中的成都黄土、武汉等➢我国黄土分布明显受气候地带性的控制。

黄土主要分布在月平均最低气温0°线以北，年平均气温14°等温线以北，年平均降水量200-700mm之间。

➢中国黄土面积中国黄土的面积不同研究者所估计的数字有很大的出入：1、李希霍芬：63万平方千米2、协水铁五郎：1324000km23、安特生：1295000km24、刘东生等：黄土440000km2，黄土状土191840km2一般说，中国黄土类土面积为63万余km2，占全国土地面积的6％黄土高原地区黄土厚度分布不一，从西往东厚度变薄，兰州九州台剖面黄土厚度达318m；陇东地区厚度170m左右；陕北130m左右。

➢黄土高原是一个地貌与地质学的概念，所以划分黄土高原的标志应当主要看他是不是高原，黄土发育情况如何，黄土地貌发育如何。

黄土高原北界以长城为界，以北为沙漠，以南为黄土高原，但准格尔旗与和林格尔旗的南部，神木的北部地区有黄土发育，黄土地貌明显，应化为黄土高原黄土高原的东部画在太行山的东麓，黄土高原的南界从郑州西郊的邙山开始，向西沿秦岭北麓经天水、武山、临夏至西宁以西的日月山黄土高原西以乌鞘岭为界总面积约34.6万km2。

目前黄土地貌大致可以分为16大类黄土的物质组成：粒径小于5um的颗粒含量均大于10%，属于粘质粉土，Q2黄土的粒度成分整体较细黄土矿物成分1、中国黄土中发现碎屑矿物60余种，其中以次生矿物为主，自生矿物很少，主要矿物为石英、云母、长石三类，占90%以上，甚至达99%以上。

其中石英含量最高。

2、黄土矿物成分在区域上有一定的差异3、对比黄土和冲-洪积黄土状土、冲积黄土状土的矿物成分发现，典型黄土比次生黄土含有更多的不稳定矿物➢黄土中的碳酸盐富含碳酸盐是中国黄土的显著特征之一，一方面，碳酸盐的存在有助于黄土形成特殊的结构和物理力学性质，另一方面，碳酸盐含量的变化反应了黄土形成时的古气候变化，黄土中的碳酸盐记录了黄土形成与演化的过程。

1、黄土中的碳酸盐分原生和次生两种，前者指风从源区带来的碎屑碳酸盐矿物，后者指黄土沉积后在原地生成的碳酸盐2、原生碳酸盐主要以碎屑矿物的形式出现，少数以粉末状均匀分布。

3、次生碳酸盐存在形式主要有两种：钙质结核；碳酸盐胶膜，主要以白色绢丝状、粉末状、皮壳状或管状，具土状光泽的钙膜形式出现四、黄土的结构特征集粒➢集粒就是由许多单元矿物颗粒经碳酸盐、粘土等胶结而成的集结体，朱海之称为斑状结构或丸粒结构（1-2mm的黄土块）1、王永焱：集粒按结构特征可分为：镶嵌型、网络型、角砾型、附着型、基底型、复合型等2、雷祥义：同心球粒、球粒（包括球形的和椭球型的）、不规则状集粒、凝絮和凝块状集粒➢黄土集粒的形成是复杂的，其方式是多样的。

1、云雾作用2、雨水细流3、风力使土粒跳跃滚动4、雨水渗入地下使粘粒凝聚5、动植物的松动作用6、有机酸使土壤颗粒的凝聚➢集粒主要发生在时代较新的马兰黄土中，时代越老，集粒越少，在成岩程度较高的午城黄土中已经看不到集粒➢同心球粒的存在，证明黄土由原始风尘堆积到现在的黄土，并没有发生重大的变化，虽然黄土化作用和荒漠成岩作用对风尘堆积有一定的变化，但变化不大➢孔隙是黄土中骨架颗粒与胶结物以外的空间，其中常充以水或气，或二者兼有。

黄土富有孔隙，一般孔隙度可达42%-55%，孔隙比可达0.8-1.2。

➢黄土孔隙的存在是在其沉积、成岩整个自然环境中发展变化的，因此，黄土的孔隙也是其环境特征与变化的记录。

➢黄土的湿陷性、震陷性乃至液化性、压缩性等均与黄土孔隙密切相关➢黄土孔隙的成因分类按成因黄土孔隙可分为：沉积成岩孔隙；生物孔洞；溶蚀孔洞1、沉积成岩孔隙分为：●单粒架空孔隙（1）砂黄土或含粘土较少的黄土，在粉砂颗粒表面附有一层粘土矿物和碳酸盐，他们把风尘下落时搭架起来的孔隙周围的颗粒胶结起来，把这种极其疏松的结构固定下来。

颗粒之间是点点接触、点棱接触，少数点面接触。

（2）这种孔隙极不稳定，遇水就会湿陷，形成自重湿陷。

●粒间孔隙粒间主要是点面、棱面、少数为棱棱接触，是含粘土较少的纯净砂黄土、粉黄土所具有的，这种孔隙的黄土湿陷性较弱。

●球粒锒嵌孔隙这种孔隙主要是面面、棱面、少数点面接触，结构十分紧密，没有湿陷性●球粒架空孔隙球状集粒在风尘降落时互相搭架而成，孔隙度很高因而具有相当强的湿陷性●凝块架空孔隙含粘土较多的球粒架空孔隙经相当的土壤化作用，使粘土发生凝聚絮凝作用，凝块或凝絮间留有许多孔隙，具较小的湿陷性。

●基底胶结物孔隙经过深度的土壤化或上覆岩层的压缩，含粘土较多的黄土矿物颗粒之间已为粘土全部充填，只在粘土中有一些孔隙，具这样孔隙的黄土没有湿陷性。

●星状空洞、晶粒内孔隙和集粒内孔隙等●2、生物孔洞包括●树洞、根孔●鼠洞兽洞●虫孔●3、溶蚀侵蚀孔洞包括●黄土碟●黄土陷穴●黄土井●黄土盲沟等●黄土孔隙的大小查明黄土各种不同大小孔隙的相对含量对于了解黄土的形成及成岩过程十分重要，也对于了解黄土所有的独特性质、湿陷性的本质意义重大。

1、孔隙大小分类：大孔隙，半径>0.016mm；中孔隙，半径0.016-0.004mm；小孔隙，半径0.004-0.001mm；微孔隙，半径小于0.001mm2、大孔隙在湿陷过程中变化不大，中孔隙在湿陷后数量锐减，小孔隙和微孔隙数量剧增，这些微小孔隙是由中孔隙变成的。

可见，中孔隙为湿陷的主要贡献者4钙质结核：钙质结核和钙板是黄土中碳酸盐存在的方式之一，是碳酸盐集中存在的一种形式，除CaCO3为主外，还有MgCO3，碳酸盐是一种可溶盐，但又不像易溶盐和中溶盐那样易于流失，而是在溶解后在一定的地方又重新沉积下来，这有助于将黄土中所发生的地质过程记录下来，供我们恢复。

钙质结核和钙板含有从上覆黄土层中带来的微量元素钙质结核在黄土高原和其它干旱、半干旱地区的黄土中普遍发育，但在湿润半湿润地区就没有，如松辽平原、蜀下黄土钙质结核的大小由1-2cm到30-50cm不等，其形状各样，又叫姜结人，料姜石；结核形成有两种情况：1、沉积物中物理化学条件不均匀，局部具备沉积条件，发生化学反应，使孔隙溶液中某些成分沉淀；2、孔隙溶液对某一种相对呈弱饱和在适合于核心出现的地方沉淀钙质结核产出的状况有以下几种：1、产出于古土壤层的底部，以沉积层的形式出现；2、成层产出于古土壤的淋溶层之下一定深度的黄土中。

3、分散于黄土层中与古土壤关系不明显，但仍然是上面雨水淋滤形成的4、少数结核产出于古土壤的淋溶层中5、产出于黄土与基岩的不整合面上或黄土地层中间的剥蚀面上6、充填于裂隙中呈脉状。

显微镜下薄片观察见离石黄土上部的结核主要是碳酸盐和粘粒混杂的胶结物及少量黄土碎屑矿物，离石黄土下部与上部相似，结核的孔隙中有细粒方解石聚集。

午城黄土中结核中骨架颗粒较多，除石英、长石外，还可见到云母、角闪石、辉石磁铁矿等。

黄土节理可分为：风化节理、滑塌和湿陷节理、卸荷节理、成岩节理、构造节理等。

风化节理是黄土在反复干湿、反复冻融、热胀冷缩，植物根系穿插以及可溶盐结晶膨胀力等作用下形成的，往往以原生节理和构造节理为基础。

其裂隙间距一般为2-10cm，深度4-30cm，形成多变的棱柱体，或平行于黄土体表面呈球状成层剥离，形成厚度1-3cm，长5-20cm的板片崩塌湿陷节理发育在滑坡后沿，滑塌后沿、陷坑周围卸荷节理发生在黄土边坡上，由重力作用而形成，平行于边坡方向延伸黄土中的成岩节理和构造节理分布比较广泛，具有区域性黄土地层中古土壤不过古土壤是经历了强烈的成壤作用，黄土只经历了较弱的成壤作用。