黃土的化學(xué)成分

黃土的化學(xué)成分第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四5．3黃土的化學(xué)成分5．3．1黃土中的主要元素（或造巖元素）1．一般特征黃土中的主要元素或造巖元素（以氧化物表示），按照含量的順序依次排列如下：SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、FeO、MnO、TiO2、P2O5等。第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四黃土化學(xué)成分中以SiO2、Al2O3和CaO最多，這是與黃土的主要礦物石英、長石、云母的情況一致的。其次是Fe2O3、MgO、K2O、Na2O和FeO，而TiO2和MnO的出現(xiàn)與黃土中含有一定數(shù)量的輝石類、角閃石類以及各種鐵礦類有關(guān)。黃土的化學(xué)成分介于沉積巖和土壤二者平均化學(xué)成分之間，而接近于花崗巖和地殼物質(zhì)的平均化學(xué)成分。其中SiO2和K2O的平均含量幾乎與地殼平均值相同，F(xiàn)e2O3的平均含量略高于地殼平均值，而Al2O3、CaO、MgO、Na2O和FeO的平均含量則稍低于地殼平均值。但總的來說，黃土的化學(xué)成分與地殼平均值是十分接近的。第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四但是，中國黃土化學(xué)成分與世界各地黃土對比也存在一定的差異。與原蘇聯(lián)黃土相比，中國黃土相對貧于SiO2而富于MgO，而Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O和Na2O等的含量比較接近。與西歐黃土相比，在大多數(shù)情況下，中國黃土相對貧于SiO2、Al2O3、Fe2O3和Na2O而富于CaO、MgO、K2O和Na2O。與美國黃土相比，中國黃土各項化學(xué)成分比較接近。與新西蘭黃土相比，中國黃土相對貧于SiO2、Al2O3和Na2O，而富于CaO和MgO。與阿根廷黃土相比也是富于CaO和MgO，這顯然與各地黃土物質(zhì)來源的不同有關(guān)。第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四從時代上看，晚更新世馬蘭黃土中各主要化學(xué)成分平均含量為：SiO257.57%，Al2O311.9%,Fe2O33.53%,FeO1.27%,CaO7.73%,MgO2.06%,K2O2.08%,Na2O1.49%.離石黃土中各主要化學(xué)成分的平均值分別為：SiO259.44%，Al2O312.34%,Fe2O34.02%,FeO0.93%,CaO6.06%,MgO2.07%,K2O2.46%,Na2O21.60%.午城黃土主要化學(xué)成分平均值為：SiO258.85%，Al2O312.65%,Fe2O34.34%,FeO0.77%,CaO5.13%,MgO2.13%,K2O2.16%,Na2O1.46%.隨著時代由老到新，Al2O3、SiO2和K2O含量都在增高，而FeO和Na2O在黃土中的含量比在古土壤中要高。這正是古土壤形成時氣候溫濕而黃土形成時氣候干冷的反映。第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四黃河中游地區(qū)或黃土高原地區(qū)是中國黃土發(fā)育的典型地區(qū)，因此以該區(qū)為討論重點?？偟目磥?，以馬蘭黃土為例，其化學(xué)成分變化不大，十分均勻。山西地區(qū)馬蘭黃土化學(xué)成分南北方向沒有明顯變化，其中FeO、Na2O和K2O波動較小，而Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO和MgO波動較大。陜西地區(qū)規(guī)律性比較明顯，自北向南SiO2趨于減少，而Al2O3、Fe2O3和FeO趨于增加，CaO、MgO、K2O和Na2O變化不大。2．黃土高原區(qū)黃土主要元素的區(qū)域分布第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四從整個黃土高原來看，馬蘭黃土中SiO2由北向南減少，Al2O3、Fe2O3由北向南增加的規(guī)律比較明顯，這與馬蘭黃土黏土礦物含量由北向南逐漸增加有關(guān)。據(jù)研究，黃土高原地區(qū)離石—午城黃土的SiO2含量也是由北向南減少，Al2O3和Fe2O3含量由北向南增加，CaO和MgO含量無明顯變化，Na2O和K2O波動不大。在東西方向上，SiO2

和MgO含量自東向西略有減少，CaO略有增加，其他成分變化不大。第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四3．不同時代黃土化學(xué)特征之變化不同時代黃土化學(xué)成分十分類似，這也與其礦物成分之均一性相應(yīng)，反映了不同時代黃土之物質(zhì)來源和成因之一致性以及沉積作用的持續(xù)穩(wěn)定性。不同時代的黃土化學(xué)成分也有一些細微的差異。隨著時代由老到新，Al2O3、Fe2O3、MgO和K2O的含量減少，F(xiàn)eO和CaO含量增加，而SiO2

和Na2O的含量則在離石黃土中最高。第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四4．硅酸系數(shù)（Ki=SiO2/Al2O3）黃河中游地區(qū)黃土的硅酸系數(shù)總的說來變化不大，變動在7~10之間，這與其主要化學(xué)成分變化不大是相應(yīng)的，但Ki在區(qū)域上也有一定的變化，即由北向南有依次降低的趨勢，這與SiO2由北向南減少，Al2O3由北向南增加有關(guān)。不同時代黃土中Ki值變化有自下而上逐漸加大的趨勢，這與顆粒由下向上變粗有關(guān)，也與黃土堆積時的氣候越來越干旱有關(guān)。第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四5．3．2黃土中的微量元素微量元素定義為低含量的化學(xué)元素，一般在巖石中其含量在1%或0.1%以下。中國黃土中已檢出的微量元素有鈦、磷、鍶、鋇、錳、鋯、鉻、鋅、鉛、鎘、銅、鎳、鈷、釩、錫、鎵、鈹、鈧、銀、汞、鉬、硒、硼、氟、氯和砷等。第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四黃土中微量元素的來源與賦存方式有以下幾種：微量元素礦物如：鈦鐵礦、磁鐵礦、銳鐵礦、金紅石、鋯石、電氣石、磷灰石等礦物是黃土中Ti、Zr、P、B和F等元素的來源。以類質(zhì)同相替換或以雜質(zhì)元素形式存在于鋁酸鹽、氧化物礦物中。吸附或陽離子交換態(tài)在風(fēng)化過程中，一些微量元素能取代Ca、Mg進入黏土礦物晶格中，或以代換陽離子的形式附于黏土礦物表面，使微量元素在黏土礦物中富集。有機—金屬絡(luò)合物質(zhì)在表生作用條件下，一些微量元素在生物作用下能參加到生物化學(xué)過程中與有機質(zhì)結(jié)合形成有機—金屬絡(luò)合物。第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四由于微量元素與黏土礦物和有機質(zhì)的密切關(guān)系，由于黃土高原由西北向東南的粒度變化，黏土礦物向東南方向逐步增加以及氣候由西北向東南，由干旱變?yōu)榘霛駶?，風(fēng)化作用加強，不穩(wěn)定礦物先在偏北方已風(fēng)化，穩(wěn)定礦物向南，向半濕潤區(qū)才風(fēng)華，才釋放出微量元素等因素的聯(lián)合作用就形成了黃土高原區(qū)微量元素的分帶現(xiàn)象。這幾個帶分別為：①沙漠黃土過渡帶微量元素極低區(qū)；②砂黃土帶微量元素低含量區(qū)；③粉黃土帶微量元素中等含量區(qū)；④黏黃土帶微量元素極低區(qū)；⑤渭河谷地區(qū)次生黃土帶微量元素高含量區(qū)。第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四5.3.3黃土中的稀土元素

稀土元素包括鑭系的鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、銩、鐿、镥。此外，釔這個元素的性質(zhì)與上述元素性質(zhì)相似且常常密切伴生，故常歸于一類。另外，按其性質(zhì)近似程度又分為輕稀土或鈰族稀土和重稀土或稱釔族稀土。前者包括鑭系Eu及以前的6個元素，后者包括其余8個元素和釔（Y）。由于稀土元素間原子量變化較大，但離子半徑基本不變，使REE間晶體化學(xué)性質(zhì)相似而常在自然界共生。第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四黃土中的稀土元素中國黃土中稀土元素的總量（∑REE）變化在150~210ppm之間，平均176ppm（百萬分之幾）(不包括Y，其含量為20~30ppm)，接近沉積巖（177ppm）和地殼（178ppm）的稀土元素平均含量。這說明黃土物質(zhì)來源于廣大區(qū)域，并充分均勻混合。第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四中國黃土REE的分布特征是富輕稀土模式，中國黃土REE的分布模式也接近于地殼平均值。這似乎說明黃土物質(zhì)在源區(qū)與母巖分離后，大多曾受到流水的搬運進入沉積體系，然后被風(fēng)力搬運到黃土區(qū)堆積下來。世界各地黃土REE分布模式大多也十分相似，似乎說明可以用黃土的稀土元素分布模式來代表上陸殼REE的平均值。黃土與西北沙漠具有相似的REE分布模式，表明它們具有相同的物質(zhì)來源。黃土高原黃土REE在區(qū)域上顯示了由北向南升高的趨勢。第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四5.3.4黃土中的稀有元素中國黃土中的稀有元素有18種：鈾、釷、鋯、鉿、銣、銫、鍶、鋇、鈧、鉭、鉻、鋰、鈹、釩、鎵、鈮、鎢和鉈。不過后7種元素只在南京的下蜀黃土中檢出，其他地區(qū)的黃土中尚未發(fā)現(xiàn)。黃土稀有元素含量低于冰川內(nèi)積物而高于湖積物。第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四大部分稀有元素在古土壤中比黃土中含量稍高。個別元素如鍶（Sr），在古土壤中低于黃土，U含量則相差不大，而內(nèi)蒙古風(fēng)沙剛貧于稀有元素，這說明黏土對稀有元素有一定的吸附作用。黃土中的稀有元素主要集中在重礦物中，鑒于重礦物主要集中在黃土的粉砂粒組中，所以稀有元素主要集中在黃土粉砂級粒組的碎屑礦物中。第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期四黃土中銣（Rb）、銫（Cs）、