黄土地区地质勘察的若干问题探讨_贾银虎.pdf

LOW CARBON WORLD 2022/11黄土地区地质勘察的若干问题探讨贾银虎（甘肃陇原地质勘察工程有限公司，甘肃 兰州 730000）【摘要】结合诸多学者的研究结论和陇东地区多年地勘资料与经验，从学术辨析和工程应用两个方面对黄土地层划分与地质年代的关系，原生黄土、次生黄土、黄土状土、新近堆积黄土等不同概念的关系，水成黄土与风成黄土、黄土与古土壤、不同类型黄土湿陷性分类等问题进行辨析探讨，为黄土地区工程地质工作和地质技术人员理解应用提供借鉴。【关键词】原生黄土；次生黄土；古土壤；黄土湿陷性【中图分类号】TV62【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0121-030引言中国黄土分布面积约为 63.5 万 km2，占国土面积的 6%7%，其分布东西向几乎从新疆延伸至华北滨海，南北向从内蒙古、东北直至秦岭以南的长江中下游流域，属于北方地区分布最广泛的第四系沉积物，对研究第四纪以来的古气候变化、古环境演化、古生物及古人类演化等具有极其重要的意义，也承载着黄土地区人类的生产生活与工程建设活动。但关于黄土地层的一些基本概念和理解，按照不同的工程需求或分类角度，在不同单位之间或同一单位不同时期，都有可能存在一些认识上的差异。表 1 为 工程地质手册（第五版）表 5-1-11，其中关于黄土成因及湿陷性方面的分类并不完全准确，而且这种情况在一些工程地质类教材上也能见到，实际上关于黄土的这些概念或问题的外在差异与内在联系是一个统一的知识体系。鉴于此，结合陇东地区多年勘察资料及大量研究结论，较为准确、全面地总结和辨析了有关黄土的基本概念、黄土地层分类及黄土工程地质特性的相关问题。1黄土地层划分与地质年代的关系黄土地层划分按照时间先后顺序，或者空间上的由老到新依次分为午城黄土、离石黄土、马兰黄土、新近堆积黄土，黄土地层划分与时间的对应关系为2。午城黄土标准剖面地点位于山西隰县午城镇昕水河支流柳树沟，地质年代大体对应于早更新世（Q1），时间跨度为距今 250 万130 万年。离石黄土标准剖面地点位于山西省离石区王家沟乡陈家崖，地质年代大体对应于中更新世（Q2），时间跨度为距今130 万71 万年。马兰黄土标准剖面地点位于北京门头沟区斋堂川北山坡上，因其附近清水河右岸有马栏阶地而命名此类黄土为马兰黄土，地质年代大体对应于晚更新世（Q3）。新近堆积黄土地质年代大体对应于全新世（Q4），因此又称 Q4或全新世黄土，一般指的是全新世以来开始堆积的黄土，时间跨度为距今 1.1 万年至今。2原生黄土、次生黄土、黄土状土、新近堆积黄土的关系从张贵义等3、雷祥义4这部分学者的观点来看，原生黄土就是指第四系以来在风力搬运作用下的“风尘堆积”物，而且除了风力搬运作用以外，没有经受其过他扰动或再次搬运。原生黄土的构造形态和工程性能都具有一定的规律性，在构造形态方面，原生黄土具有发育明显的竖向节理裂隙和原生孔隙，表1黄土地层划分年代黄土名称成因湿陷性全新世 Q4近期 Q24新黄土新近堆积黄土次生黄土以水成为主强湿陷性早期 Q14黄土状土一般具湿陷性晚更新世 Q3马兰黄土原生黄土以风成为主中更新世 Q2老黄土离石黄土上部部分具湿陷性早更新世 Q1午城黄土不具湿陷性能源管理121DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.004LOW CARBON WORLD 2022/11图2黄土-古土壤序列及古土壤土体内部分布有根洞、虫孔、体型微小的穴居动物残骸，以及淋溶作用形成的钙质菌丝与钙质结核等。从工程性能上来说，随着其“年龄”、分布区域等方面的变化，其工程力学参数与性能也呈现出明显的规律，这方面已有众多学者从许多角度进行了大量研究并取得了丰硕成果。总体而言，这些与生俱来的特征或痕迹都能反映出黄土形成的原因和过程。次生黄土指原生黄土经历搬运后再堆积形成的黄土，搬运方式包括水流冲刷、崩塌、滑坡等。次生黄土也叫黄土状土，水流搬运的次生黄土和崩塌、滑坡等未经水流搬运的次生黄土构造特征与工程性方面也存在较大差异。关于次生黄土和黄土状土的命名，笔者查阅了大量文献和书籍，并未发现有较为权威的资料明确提出。笔者认为关于这个问题可以从两个方面去理解：不同时期的研究水平和认知层次，或者不同地域、不同学者、不同侧重方向、不同习惯风格等产生了不同称谓。从土体土质的形成原因、特征性能上比较分析，两个概念表述同一种类物质，只是次生黄土从成因上突出了其“次生”的属性，而黄土状土突出了其外观状态与特征性能和黄土“较为相近”。新近堆积黄土一般指全新世（Q4）以来沉积的黄土，也叫全新世黄土、Q4黄土。需要说明的是新近堆积黄土不是次生黄土，而是原生黄土。该土层由于沉积年代短，一般具有空间上分布厚度较小，工程性能方面具有均质性差、压缩性高、承载力低、湿陷系数大的特点。3水成黄土与风成黄土的关系中亚内陆沙漠地区的粉尘在风力搬运的过程中，被吹到约 2 000 m 的高空后随风漂移搬运，途中会根据粒径、风力、气象等情况渐次下落，这些粉尘大部分落到陆地上形成了风积黄土，也有小部分落到了湖泊等水域，落到水域的粉尘经堆积最终形成了水下黄土5。因此，水成黄土也应分为原生和次生两种情况，原生水成黄土即粉尘直接下落在水域中堆积形成的黄土，次生水成黄土就是以冲洪积为主要成因，流水冲刷搬运所形成的次生黄土。图 1 为甘肃平凉泾河流域三级阶地上的黄土状土。原生水成黄土宏观特征与一般黄土总体上较为相似，但也呈现出一些区别，主要体现在：颜色以棕黄色、灰黄色为主，但比一般黄土浅。质地均一、以粉砂为主，无明显层理。无陆生的蜗牛等残骸，化石少见，淋溶作用不明显。局部可见水动力作用痕迹，如水平层理及交错层理、波状层理。次生水成黄土主要体现在上述的、两点。4黄土与古土壤的关系土壤堆积过程中，在冰期以寒冷干旱为主的气候中堆积形成的就是黄土，而古土壤则是堆积形成于间冰期以湿润温暖为主的气候中6-7。冰期与间冰期交替出现，但总体上冰期持续时间大于间冰期，因此在黄土-古土壤序列中，黄土分布厚度总体上也大于古土壤。黄土-古土壤序列的伴生与交替沉积反映了在黄土形成过程中的古气候变化，是同一种物质在不同气候环境中的不同表现形态，图 2 为甘肃平凉地区黄土-古土壤序列的发育情况及古土壤地层的洛阳铲取芯，其黄土-古土壤序列分布较好地反映了上述特征。典型的黄土-古土壤序列主要分布于午城黄土与离石黄土中，且同一时期的黄土与古土壤之间颜色更为相近，在非常典型的洛川黄土剖面中，约 47 m厚的午城黄土中古土壤层呈浅红褐色，约 79 m 厚的离石黄土中古土壤层呈红褐色，约 7 m 厚的马兰黄土中古土壤层并无明显发育。根据陈发虎等8、刘东图1三级阶地上的黄土状土能源管理122LOW CARBON WORLD 2022/11生9的研究，古土壤地层在陇西地区的马兰黄土中有分布，但成壤作用较弱，在陇东地区的工程勘察中，马兰黄土中尚未发现明显的古土壤层分布。黄土-古土壤序列是第四系以来最具代表性的沉积序列，也是中国北方陆相沉积单元中最重要、最显著的沉积单元，因其蕴含着丰富的气候环境信息，且具有尺度长、分辨率高等特点而极具研究意义。5新老黄土、河流阶地、黄土湿陷性的关系午城黄土和离石黄土一般又被称为老黄土，而马兰黄土与新近堆积黄土被称为新黄土。从地质年代上划分，老黄土基本对应于 Q1和 Q2，新黄土基本对应于 Q3和 Q42，9。从古土壤是否发育来看，老黄土中黄土-古土壤序列发育很典型，新黄土中一般无古土壤层发育。在湿陷程度方面，老黄土一般不具湿陷性，或者湿陷起始压力较大且湿陷量小，新黄土一般都具有湿陷性，湿陷起始压力较小，湿陷量较大或很大。从形态上看，老黄土以灰黄、黄色微红为主，颜色较深，土质较密实，大孔隙发育不明显，且颜色越深越密实，新黄土以淡灰黄色为主，颜色较浅，土质较疏松，大孔隙与垂直节理裂隙发育明显。从出露特征方面看，老黄土在河谷地带常以陡壁状呈现，新黄土在阴坡多呈滑坡，在阳坡多呈陡壁。黄土在河流阶地上的分布也呈现出一定的规律性，大量研究成果表明10-11，四级及以上阶地分布的一般是原生黄土，一级阶地上分布的一般是水流搬运成因的黄土状土，而且其厚度一般较小。二、三级阶地上分布的可能是原生黄土，也可能是次生黄土，这需要从土体宏观特征、微观结构、工程特性等方面进一步综合判定。陇东地区大量勘察数据表明二、三级河流阶地上的原生黄土其湿陷性远大于次生黄土。该地区一级阶地上分布的冲洪积次生黄土湿陷性较小，一般以中等湿陷为主，局部分布的原生黄土则均为新近堆积黄土，其湿陷性一般为严重或很严重，但分布厚度较小。在一些地区，原生黄土下部还存在着黄土状土，该层土在其上部黄土沉积之前已完成搬运沉积压实，工程性能更好。6结语概念理解混淆会给技术人员在从事不同类型工程地质工作，或进行不同侧重点的地层鉴别与分类整合、参数指标选取与评价等方面带来困惑甚至误解，本文结合诸多学者的研究结论和陇东地区多年地勘资料经验，就黄土地区工程地质调查与勘察工作中易混淆的地层与地质年代，不同地层的成因、相互关系、工程性能等相关问题进行探讨，从学术辨析和工程应用两个方面做出解释，为黄土地区地质工作和地质技术人员的理解应用提供借鉴。同时，我国科学技术日新月异，特别是通信手段与大数据技术迅速发展，为研讨交流提供了极大便利，在此提出两点期望：我国黄土分布区域广泛，不同地区黄土的形态与特性必然存在差异，这需要各地区的广大地质工作者共同研究和积累，方能取得更加全面的认识。不同行业方向如岩土工程、水文水保、地调地灾等，其研究侧重和参数选取均有区别，这些不同方面的特点与研究成果融会贯通在一起，将有助于地质工作者从多维度更加深入地研究黄土。参考文献1 工程地质手册 编委会.工程地质手册M.5 版.北京：中国建筑工业出版社，2018：493.2 刘东生，施雅风，王汝建，等.以气候变化为标志的中国第四纪地层对比表J.第四纪研究，2000，28（2）：108-128.3 张贵义，曹家泉，王治军，等.陇东黄土工程地质M.西安：陕西科学技术出版社，2001：32-34.4 雷祥义.黄土高原河谷阶地黄土地层结构模式J.海洋地质与第四纪地质，2006，26（2）：113-122.5 夏正楷.泥河湾盆地的水下黄土堆积及其古气候意义J.地理学报，1992，47（1）：58-67.6 安芷生，KUKLA G J，刘东生.洛川黄土地层学J.第四纪研究，1989（2）：155-168.7 刘东生.黄土与环境J.科学新闻，2003（4）：8-9.8 陈发虎，马玉贞，李吉均.陇西黄土高原马兰黄土划分与末次冰期气候快速变化研究J.冰川冻土，1996，18（2）：111-118.9 刘东生.新黄土和老黄土J.地质月刊，1959（5）：22-25.10 朱照宇.黄河中游河流阶地的形成与水系演化J.地理学报，1989，44（4）：429-440.11蒋汉朝，王萍，刘兴旺，等.兰州黄河和级阶地的地层结构、年龄及环境意义J.第四纪研究，2008，28（4）：553-563.作者简介：贾银虎（1985），男，汉族，甘肃平凉人，硕士研究生，工程师，主要从事水工环工程地质勘察工作。能源管理123