1、5.3 黄土的化学成分,2010.11.25,53 黄土的化学成分,531 黄土中的主要元素（或造岩元素） 1一般特征 黄土中的主要元素或造岩元素（以氧化物表示），按照含量的顺序依次排列如下：SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、FeO、MnO、TiO2、P2O5等。,黄土化学成分中以SiO2、Al2O3和CaO最多，这是与黄土的主要矿物石英、长石、云母的情况一致的。其次是Fe2O3、MgO、K2O、Na2O和FeO，而TiO2和MnO的出现与黄土中含有一定数量的辉石类、角闪石类以及各种铁矿类有关。黄土的化学成分介于沉积岩和土壤二者平均化学成分之间，而接近于花岗岩
2、和地壳物质的平均化学成分。其中SiO2和K2O的平均含量几乎与地壳平均值相同，Fe2O3的平均含量略高于地壳平均值，而Al2O3、CaO、MgO、Na2O和FeO的平均含量则稍低于地壳平均值。但总的来说，黄土的化学成分与地壳平均值是十分接近的。,但是，中国黄土化学成分与世界各地黄土对比也存在一定的差异。与原苏联黄土相比，中国黄土相对贫于SiO2而富于MgO，而Al2O3、Fe2O3、CaO、K2O和Na2O等的含量比较接近。与西欧黄土相比，在大多数情况下，中国黄土相对贫于SiO2、Al2O3、Fe2O3和Na2O而富于CaO、MgO、K2O和Na2O。与美国黄土相比，中国黄土各项化学成分比较接
3、近。与新西兰黄土相比，中国黄土相对贫于SiO2、Al2O3和Na2O，而富于CaO和MgO。与阿根廷黄土相比也是富于CaO和MgO，这显然与各地黄土物质来源的不同有关。,从时代上看，晚更新世马兰黄土中各主要化学成分平均含量为：SiO2 57.57%，Al2O3 11.9%, Fe2O3 3.53%,FeO 1.27%,CaO 7.73%,MgO 2.06%,K2O 2.08%,Na2O 1.49%.离石黄土中各主要化学成分的平均值分别为：SiO2 59.44%，Al2O3 12.34%, Fe2O34.02%,FeO 0.93%,CaO 6.06%,MgO 2.07%,K2O 2.46%,Na
4、2O 21.60%.午城黄土主要化学成分平均值为：SiO2 58.85%，Al2O3 12.65%, Fe2O3 4.34%,FeO 0.77%,CaO 5.13%,MgO 2.13%,K2O 2.16%,Na2O 1.46%.随着时代由老到新，Al2O3、SiO2和K2O含量都在增高，而FeO和Na2O在黄土中的含量比在古土壤中要高。这正是古土壤形成时气候温湿而黄土形成时气候干冷的反映。,黄河中游地区或黄土高原地区是中国黄土发育的典型地区，因此以该区为讨论重点。总的看来，以马兰黄土为例，其化学成分变化不大，十分均匀。山西地区马兰黄土化学成分南北方向没有明显变化，其中FeO、Na2O和K2O波
5、动较小，而Al2O3、SiO2、 Fe2O3、CaO和MgO波动较大。陕西地区规律性比较明显，自北向南SiO2趋于减少，而Al2O3、 Fe2O3和FeO趋于增加，CaO、MgO、K2O和Na2O变化不大。,2黄土高原区黄土主要元素的区域分布,从整个黄土高原来看，马兰黄土中SiO2由北向南减少，Al2O3、 Fe2O3由北向南增加的规律比较明显，这与马兰黄土黏土矿物含量由北向南逐渐增加有关。 据研究，黄土高原地区离石午城黄土的SiO2含量也是由北向南减少，Al2O3和Fe2O3含量由北向南增加，CaO和MgO含量无明显变化，Na2O和K2O波动不大。在东西方向上，SiO2 和MgO含量自东向西
6、略有减少，CaO略有增加，其他成分变化不大。,3不同时代黄土化学特征之变化,不同时代黄土化学成分十分类似，这也与其矿物成分之均一性相应，反映了不同时代黄土之物质来源和成因之一致性以及沉积作用的持续稳定性。 不同时代的黄土化学成分也有一些细微的差异。 随着时代由老到新，Al2O3、Fe2O3、MgO和K2O的含量减少，FeO和CaO含量增加，而SiO2 和Na2O的含量则在离石黄土中最高。,4硅酸系数（Ki= SiO2 /Al2O3）,黄河中游地区黄土的硅酸系数总的说来变化不大，变动在710之间，这与其主要化学成分变化不大是相应的，但Ki在区域上也有一定的变化，即由北向南有依次降低的趋势，这与S
7、iO2由北向南减少，Al2O3由北向南增加有关。不同时代黄土中Ki值变化有自下而上逐渐加大的趋势，这与颗粒由下向上变粗有关，也与黄土堆积时的气候越来越干旱有关。,532 黄土中的微量元素,微量元素定义为低含量的化学元素， 一般在岩石中其含量在1%或0.1%以下。中国黄土中已检出的微量元素有钛、磷、锶、钡、锰、锆、铬、锌、铅、镉、铜、镍、钴、钒、锡、镓、铍、钪、银、汞、钼、硒、硼、氟、氯和砷等。,黄土中微量元素的来源与赋存方式有以下几种： 微量元素矿物如：钛铁矿、磁铁矿、锐铁矿、金红石、锆石、电气石、磷灰石等矿物是黄土中Ti、Zr、P、B和F等元素的来源。 以类质同相替换或以杂质元素形式存在于铝
8、酸盐、氧化物矿物中。 吸附或阳离子交换态在风化过程中，一些微量元素能取代Ca、Mg进入黏土矿物晶格中，或以代换阳离子的形式附于黏土矿物表面，使微量元素在黏土矿物中富集。 有机金属络合物质在表生作用条件下，一些微量元素在生物作用下能参加到生物化学过程中与有机质结合形成有机金属络合物。,由于微量元素与黏土矿物和有机质的密切关系，由于黄土高原由西北向东南的粒度变化，黏土矿物向东南方向逐步增加以及气候由西北向东南，由干旱变为半湿润，风化作用加强，不稳定矿物先在偏北方已风化，稳定矿物向南，向半湿润区才风华，才释放出微量元素等因素的联合作用就形成了黄土高原区微量元素的分带现象。这几个带分别为：沙漠黄土过渡
9、带微量元素极低区；砂黄土带微量元素低含量区；粉黄土带微量元素中等含量区；黏黄土带微量元素极低区；渭河谷地区次生黄土带微量元素高含量区。,5.3.3 黄土中的稀土元素,稀土元素包括镧系的镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铥、镱、镥。此外，钇这个元素的性质与上述元素性质相似且常常密切伴生，故常归于一类。另外，按其性质近似程度又分为轻稀土或铈族稀土和重稀土或称钇族稀土。前者包括镧系Eu及以前的6个元素，后者包括其余8个元素和钇（Y）。由于稀土元素间原子量变化较大，但离子半径基本不变，使REE间晶体化学性质相似而常在自然界共生。,镝,钆,铥,钬,镥,钐,铽,铕,钕,镨,黄土中的稀土元素,中国黄土
10、中稀土元素的总量（REE）变化在150210ppm之间，平均176ppm（百万分之几 ）(不包括Y，其含量为2030ppm)，接近沉积岩（177ppm）和地壳（178ppm）的稀土元素平均含量。这说明黄土物质来源于广大区域，并充分均匀混合。,中国黄土REE的分布特征是富轻稀土模式，中国黄土REE的分布模式也接近于地壳平均值。这似乎说明黄土物质在源区与母岩分离后，大多曾受到流水的搬运进入沉积体系，然后被风力搬运到黄土区堆积下来。世界各地黄土REE分布模式大多也十分相似，似乎说明可以用黄土的稀土元素分布模式来代表上陆壳REE的平均值。黄土与西北沙漠具有相似的REE分布模式，表明它们具有相同的物质来
11、源。 黄土高原黄土REE在区域上显示了由北向南升高的趋势。,5.3.4 黄土中的稀有元素,中国黄土中的稀有元素有18种：铀、钍、锆、铪、铷、铯、锶、钡、钪、钽、铬、锂、铍、钒、镓、铌、钨和铊。不过后7种元素只在南京的下蜀黄土中检出，其他地区的黄土中尚未发现。 黄土稀有元素含量低于冰川内积物而高于湖积物。,大部分稀有元素在古土壤中比黄土中含量稍高。个别元素如锶（Sr），在古土壤中低于黄土，U含量则相差不大，而内蒙古风沙刚贫于稀有元素，这说明黏土对稀有元素有一定的吸附作用。 黄土中的稀有元素主要集中在重矿物中，鉴于重矿物主要集中在黄土的粉砂粒组中，所以稀有元素主要集中在黄土粉砂级粒组的碎屑矿物中。,黄土中铷（Rb）、铯（Cs）、钽（Ta）在空间上自北而南有升高的趋势，锗（Zr）、铪（Hf）则相反，呈现南低北高的现象。这种趋势和黄土中Zr、Hf矿物分布相符，但到了南部的扶风Zr的含量又比洛川为高，这可能与南部雨量偏大，易于迁移的元素淋失，而使Zr、Hf的含量有回升现象。,铋,钒,锆,铬,铪,钌,铌,铷,铯,铊,铈,锶,钽,钨,锗,
