甘肃西峰晚第三纪红粘土的化学组成及化学风化特征
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但是 , 上述研究主要侧重于红粘土的宏观特征 (磁性地层 、岩石学等) 与物理指标 (磁 化率 , 粒度等) , 对微观意义上的化学组成缺乏探讨 。而化学元素的分布 、赋存 、演化等特
收稿日期 : 2001203223 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1999043400) ; 国家杰出青年基金 (编号 : 49725307) 作者简介 : 陈 (1973 —) , 女 , 博士生 , 环境地球化学专业 。
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9139～21112 63183～69147 13114～15104
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0 引言
我国北方黄土高原黄土 - 古土壤序列之下 , 普遍发育了一套晚第三纪的红色粉砂质粘土 沉积 , 称为 “红粘土”, 由于含有三趾马化石而备受世人瞩目[1 ,2] 。长期以来人们对于红粘土 的研究主要集中在地层与成因方面 。关于红粘土的成因 , 主要有 “残积说”[3] 、“水成说”[4] 和 “风成说”[5 ,6] 。近年来 , 一些研究者通过对西峰 、灵台 、佳县 、西安等几个典型红粘土剖 面详细的磁化率 、粒度 、磁性地层及土壤发生学等方面的研究 , 指出红粘土与其上覆的第四 纪黄土 一 样 , 是 风 成 堆 积 的 产 物[7～13] , 从 而 将 黄 土 高 原 风 成 堆 积 的 底 界 年 龄 向 前 推 至 712MaBP[9 ,10] 。红粘土风成成因的确立对于探讨晚新生代以来古气候的演化 、东亚古季风的 开始与演变 , 以及青藏高原的隆升 、亚洲内陆干旱化和北半球冰量的变化等问题[14～17] 无疑 具有十分重要的意义 。
54142 12175 8129 2186
4918 11156 11181 2195
48179 11136 12117 3113
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地 质 力 学 学 报
2001
征对于揭示表生系统物质的来源及其演化规律具有鲜明的指示意义 。为此 , 本文选取甘肃西 峰地区 , 对该区红粘土的元素特征进行了初步研究 , 并与第四纪风成黄土和古土壤进行对 比 , 以期为探讨红粘土的物质来源和化学风化程度提供证据 。
1 采样与分析
13143 66140 14120 1102 2129 3101 1166 4181 0107 0115 0173 5136
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品中的含量比较相近 , 其中 SiO2 含量在 48111 %～ 54142 %之间 , Al2O3 含量为 11115 %～ 12175 % , CaO 含量为 8129 %～12189 % , MgO 含量为 2152 %～3116 %。Si 、Al 、K、Na 和 Fe 等元素的含量波动往往与 Ca 的含量变化相反 。在 CaO 含量比较高的 WC147 和 WC162 等样品 中 , Si 、Al 等元素的含量较低 。烧失量 (LOI) 与 CaO 呈同步变化的趋势 , 在 WC147 样品 中 , 烧失量高达 16128 %。与第四纪黄土和古土壤样品相比较 , 红粘土相对含有较高的 CaO 、 MgO 和烧失量 , 而其它元素的含量相对较低 。
2第070卷1 年第 62
期 月
地质力学学报 JOURNAL OF GEOMECHANICS
Vol1 7 No1 2 Jun1 2 0 0 1
文章编号 : 100626616 (2001) 0220167209
甘肃西峰晚第三纪红粘土的化学组成 及化学风化特征
陈 , 陈 骏 , 刘连文
20157 65162 14162 0189 2154 3117 1127 5108 0108 0114 0180 5184 100105 68124 411 123 1215 113 2516 254 1612
32 449 24 86 42 1419 96 72 2015
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0112 0157 15194 99155
0113 0160 14164
第2期
陈 等 : 甘肃西峰晚第三纪红粘土的化学组成及化学风化特征
样品采自甘肃西峰巴家咀剖面 (107°27′E , 35°53′N , 西峰市以西 16km) , 其上覆盖第四 纪黄土 - 古土壤序列 , 下伏晚第三纪河流相细砂岩 , 与红粘土之间有 115m 的过渡层 。剖面 总厚 66m , 未见层理 , 呈红黄 - 浅红色 , 团粒结构 , 土体表面铁锰胶膜发育 , 中 、下部则发 育有 4～5 层厚约 015m～1m 的钙结核层 。
65199～69171 014～512 112～137
1010～1714 98～125
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P2O5 TiO2 LOI (烧失量) 总量
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岩性 样号 深度或层位
红粘土
WC30 WC65 WC92 WC120 WC162 810m 2210m 3218m 4410m 6018m
黄土 范围 平均值
古土壤
范围
平均值
淋溶率 ( %) SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O Fe2O33 MnO P2O5 TiO2
LOI (烧失量) 总量 CIA U Rb Th Sr Y Zr Nb Cu Ba Pb Zn Ni Co V Cr Ca
67199 311 123 1317 115 2617 243 16 30 465 25 83 41 1514 100 58 1813
3 全铁以 Fe2O3 计
表 1 列出了红粘土的常量元素分析结果 。从表中可以看出 , 常量元素在不同的红粘土样
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62105 64189
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3120 2180
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WC65 2210m
WC92 3218m
WC105 3810m
WC120 4410m
WC132 4818m
WC147 5418mห้องสมุดไป่ตู้
WC162 6018m 平均值
SiO2 Al2O3 CaO MgO
53161 12142 9126 2152
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50113 11179 11148 3116
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表 2 西峰红粘土酸不溶物中常量元素 ( %) 与微量元素 ( ×10 - 6 ) 的含量及 与黄土和古土壤酸不溶物[18] 的对比
Table 2 Concentrations of major and trace elements in the acid2insoluble phases of the Xifeng red clay , compared with loess and paleosols[18]
对全剖面依不同深度采集 9 个红粘土样品进行常量元素和稀土元素分析 。为排除碳酸盐 影响 , 取其中 5 个样品用 1molΠL 的醋酸溶液酸溶[18] , 提取酸不溶物 (AI) 做常量元素及微 量元素分析 。稀土元素分析在南京大学内生成矿作用国家重点实验室进行 , 仪器为 1100 + 2000 型电感耦合等离子直读光谱仪 ( ICP2AES) ; 常量元素和微量元素测试在南京大学现代分 析中心 X 射线荧光光谱仪 (VF2320) 上完成 。所有测试结果经标样控制和对照实验 , 得出相 对标准偏差为 : 对稀土元素小于 10 % , 对微量元素和 P、Mn 小于 5 % , 对其余常量元素小于 2 %。
2 结果与讨论
211 红粘土的元素地球化学特征
表 1 西峰红粘土中常量元素的含量 ( %) Table 1 Contents (wt %) of major elements in the red clay samples from Xifeng
样号 深度或层位
WC30 810m
WC50 1610m
(南京大学地球科学系表生地球化学研究所 内生金属成矿机制研究国家重点实验室 , 江苏 南京 210093)
摘 要 : 通过对甘肃西峰红粘土样品的地球化学研究 , 发现其碳酸盐含量较高 , 而 Si 、Al 、Fe 等元素含量相对较低 。为消除碳酸盐的影响 , 样品经酸溶处理后其化学 组成十分均一 , 反映物质来源的一致性 。稀土元素以及微量元素分布形式揭示出红 粘土与第四纪黄土 - 古土壤风成成因的相似性 。研究表明 , 红粘土的化学风化尚处 于脱 Ca 、Na 为主的早期阶段 ; CIA 值和酸不溶物中的 NaΠK 比及 RbΠSr 比参数一致 地指示了红粘土化学风化程度高于第四纪的黄土和古土壤 , 反映出晚第三纪以来黄 土高原的气候由相对温暖湿润向第四纪逐渐变干变冷演化的总趋势 。 关键词 : 红粘土 ; 化学组成 ; 化学风化 中图分类号 : P595 文献标识码 : A
K2O Na2O Fe2O3 FeO
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收稿日期 : 2001203223 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划项目 ( G1999043400) ; 国家杰出青年基金 (编号 : 49725307) 作者简介 : 陈 (1973 —) , 女 , 博士生 , 环境地球化学专业 。
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0 引言
我国北方黄土高原黄土 - 古土壤序列之下 , 普遍发育了一套晚第三纪的红色粉砂质粘土 沉积 , 称为 “红粘土”, 由于含有三趾马化石而备受世人瞩目[1 ,2] 。长期以来人们对于红粘土 的研究主要集中在地层与成因方面 。关于红粘土的成因 , 主要有 “残积说”[3] 、“水成说”[4] 和 “风成说”[5 ,6] 。近年来 , 一些研究者通过对西峰 、灵台 、佳县 、西安等几个典型红粘土剖 面详细的磁化率 、粒度 、磁性地层及土壤发生学等方面的研究 , 指出红粘土与其上覆的第四 纪黄土 一 样 , 是 风 成 堆 积 的 产 物[7～13] , 从 而 将 黄 土 高 原 风 成 堆 积 的 底 界 年 龄 向 前 推 至 712MaBP[9 ,10] 。红粘土风成成因的确立对于探讨晚新生代以来古气候的演化 、东亚古季风的 开始与演变 , 以及青藏高原的隆升 、亚洲内陆干旱化和北半球冰量的变化等问题[14～17] 无疑 具有十分重要的意义 。
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征对于揭示表生系统物质的来源及其演化规律具有鲜明的指示意义 。为此 , 本文选取甘肃西 峰地区 , 对该区红粘土的元素特征进行了初步研究 , 并与第四纪风成黄土和古土壤进行对 比 , 以期为探讨红粘土的物质来源和化学风化程度提供证据 。
1 采样与分析
13143 66140 14120 1102 2129 3101 1166 4181 0107 0115 0173 5136
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品中的含量比较相近 , 其中 SiO2 含量在 48111 %～ 54142 %之间 , Al2O3 含量为 11115 %～ 12175 % , CaO 含量为 8129 %～12189 % , MgO 含量为 2152 %～3116 %。Si 、Al 、K、Na 和 Fe 等元素的含量波动往往与 Ca 的含量变化相反 。在 CaO 含量比较高的 WC147 和 WC162 等样品 中 , Si 、Al 等元素的含量较低 。烧失量 (LOI) 与 CaO 呈同步变化的趋势 , 在 WC147 样品 中 , 烧失量高达 16128 %。与第四纪黄土和古土壤样品相比较 , 红粘土相对含有较高的 CaO 、 MgO 和烧失量 , 而其它元素的含量相对较低 。
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地质力学学报 JOURNAL OF GEOMECHANICS
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文章编号 : 100626616 (2001) 0220167209
甘肃西峰晚第三纪红粘土的化学组成 及化学风化特征
陈 , 陈 骏 , 刘连文
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第2期
陈 等 : 甘肃西峰晚第三纪红粘土的化学组成及化学风化特征
样品采自甘肃西峰巴家咀剖面 (107°27′E , 35°53′N , 西峰市以西 16km) , 其上覆盖第四 纪黄土 - 古土壤序列 , 下伏晚第三纪河流相细砂岩 , 与红粘土之间有 115m 的过渡层 。剖面 总厚 66m , 未见层理 , 呈红黄 - 浅红色 , 团粒结构 , 土体表面铁锰胶膜发育 , 中 、下部则发 育有 4～5 层厚约 015m～1m 的钙结核层 。
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岩性 样号 深度或层位
红粘土
WC30 WC65 WC92 WC120 WC162 810m 2210m 3218m 4410m 6018m
黄土 范围 平均值
古土壤
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平均值
淋溶率 ( %) SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O Fe2O33 MnO P2O5 TiO2
LOI (烧失量) 总量 CIA U Rb Th Sr Y Zr Nb Cu Ba Pb Zn Ni Co V Cr Ca
67199 311 123 1317 115 2617 243 16 30 465 25 83 41 1514 100 58 1813
3 全铁以 Fe2O3 计
表 1 列出了红粘土的常量元素分析结果 。从表中可以看出 , 常量元素在不同的红粘土样
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SiO2 Al2O3 CaO MgO
53161 12142 9126 2152
53146 12149 9127 2173
50113 11179 11148 3116
169
表 2 西峰红粘土酸不溶物中常量元素 ( %) 与微量元素 ( ×10 - 6 ) 的含量及 与黄土和古土壤酸不溶物[18] 的对比
Table 2 Concentrations of major and trace elements in the acid2insoluble phases of the Xifeng red clay , compared with loess and paleosols[18]
对全剖面依不同深度采集 9 个红粘土样品进行常量元素和稀土元素分析 。为排除碳酸盐 影响 , 取其中 5 个样品用 1molΠL 的醋酸溶液酸溶[18] , 提取酸不溶物 (AI) 做常量元素及微 量元素分析 。稀土元素分析在南京大学内生成矿作用国家重点实验室进行 , 仪器为 1100 + 2000 型电感耦合等离子直读光谱仪 ( ICP2AES) ; 常量元素和微量元素测试在南京大学现代分 析中心 X 射线荧光光谱仪 (VF2320) 上完成 。所有测试结果经标样控制和对照实验 , 得出相 对标准偏差为 : 对稀土元素小于 10 % , 对微量元素和 P、Mn 小于 5 % , 对其余常量元素小于 2 %。
2 结果与讨论
211 红粘土的元素地球化学特征
表 1 西峰红粘土中常量元素的含量 ( %) Table 1 Contents (wt %) of major elements in the red clay samples from Xifeng
样号 深度或层位
WC30 810m
WC50 1610m
(南京大学地球科学系表生地球化学研究所 内生金属成矿机制研究国家重点实验室 , 江苏 南京 210093)
摘 要 : 通过对甘肃西峰红粘土样品的地球化学研究 , 发现其碳酸盐含量较高 , 而 Si 、Al 、Fe 等元素含量相对较低 。为消除碳酸盐的影响 , 样品经酸溶处理后其化学 组成十分均一 , 反映物质来源的一致性 。稀土元素以及微量元素分布形式揭示出红 粘土与第四纪黄土 - 古土壤风成成因的相似性 。研究表明 , 红粘土的化学风化尚处 于脱 Ca 、Na 为主的早期阶段 ; CIA 值和酸不溶物中的 NaΠK 比及 RbΠSr 比参数一致 地指示了红粘土化学风化程度高于第四纪的黄土和古土壤 , 反映出晚第三纪以来黄 土高原的气候由相对温暖湿润向第四纪逐渐变干变冷演化的总趋势 。 关键词 : 红粘土 ; 化学组成 ; 化学风化 中图分类号 : P595 文献标识码 : A
K2O Na2O Fe2O3 FeO
2135
2142
2124
2149
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2115
212
2112
2107
2124
1112
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1108
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0194
0182
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019
0199
1103
3141
3198
3171
4105
3167
3171
3172
3164
3129
3169
0186
018
0182
0184