黃土層中鈣質結核的成因和利用

■司玉龍 王盧海 秦士臻

（河南金源黃金礦業有限公司河南洛陽471400）

黃土層中鈣質結核的成因和利用

■司玉龍 王盧海 秦士臻

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黃土地區研究者甚少，通過對黃土中結核形成機制的論述，為黃土結核層在各領域的應用提供了理論基礎。

黃土特性 結核 節核 鈣質結核成因 結核層的利用

1 黃土的基本基本特性

黃土是一種以灰黃色為主色調的土體。主要分布于比較干燥的歐亞大陸中緯度地區，呈斷續帶狀分布。在我國主要分布在太行山以西、日月山-賀蘭山以東、秦嶺以北、陰山以南的陜、甘、青、晉、寧、豫、內蒙等7省（區）的近40萬平方千米的區域內。

黃土以粉砂顆粒為主（含量＞50%），孔隙度一般為40%-50%，結構松散，發育有大的孔隙，垂直節理比較發育。層理分明。

沈括在《夢溪筆談》的《雁蕩山記》中說：“今成皋、陜西大澗中，立土動及百尺，迥然聳立，亦雁蕩具體而微者，但此土彼石耳。”比較形象的描述了黃土地貌的外觀。

2 鈣質結核的特性及形成機制

2.1 鈣質結核的特性

結核（concretion,nodue）是指存在于沉積巖中的，在成分、顏色、結構等方面與圍巖有顯著區別的集合體，形狀有球狀及各種不規則狀。是一種附（寄）生圍巖中，具有自己獨立性狀的零星的巖石土體。在成分以鈣質、硅質、鐵質為常見。

鈣質結核（calcic concretion），又稱石灰質結核，下文稱黃土結核(loess doll)，俗稱姜結人（loess child)、姜石（caicite）。黃土中的鈣質結核顏色以（灰）白色為主，黃（褐）色次之，土狀光澤，硬度3，比重2.7，因摻雜石英、粘土類礦物多少而比重、硬度略有增減。礦物成分以方解石、白云石為主，次要礦物為石英、粘土類礦物、褐鐵礦等。結構為細分散隱晶質皮殼狀，斷面可見同心圓狀構造，（由于后期膠狀物脫水，可形成放射狀構造）。遇冷鹽酸劇烈起泡。形狀有長柱狀、不規則樹枝狀、圓球狀及瘤狀。小者幾毫米，一般長15-25cm、寬5-10cm，大者可達數米，有的還呈層狀分布。常見于古土壤層內部，是膠體凝絮作用的產物。

2.2 鈣質結核的形成機制

在黃土形成后的2.4ma以來，風化作用下巖石（以黃土為主）中的Ca、Si等離子被分解出來，它們不溶解于水，隨水介質運移，形成膠體物質，特別是鈣離子起著主導因素。化學反應式如下：

大氣降水或地下水溶解較多的碳酸鈣、碳酸氫鈣，在運移過程中，遇到不透水底層的壅滯，在淀積層中，沿某一質點（如粘土顆粒、砂粒或水滴）凝聚，由里向外越長越大，并膠結地層中的粘土顆粒、砂礫，形成早期的結核。早期的結核以鈣化的形式存在，隨著時間軸的推移，沉積作用逐漸累積，形成了分散點狀、串珠狀的密集程度弱的黃土結核。若沉積環境持續良好的發展，結核相互連接起來，形成不規則的層狀連接體，即節核，俗稱“天崩石”。其后，黃土地區受喜馬拉雅山運動多幕的持續強烈抬升影響，該區的地殼運動也是多期次的以垂直上升為主。故在很多黃土地區的地層剖面上可看到一到數層的結核層。該結核屬后生結核，與地層的夾角5°-7°，結核層的厚度一般在0.15-0.3m支架，產狀比較穩定。隨著人類活動對地形（貌）、植被、地表徑流、地下水埋深和侵蝕基準面甚至氣候等全方位的影響和改造，結核層的形成機制被破壞，結核層的生命已基本結束。只是在局部泉水出露地區，硬度較大的地下水在轉化為地表水時，由于泉水從密閉的地下涌出地表，環境從密閉到開放，P-T也劇烈變化，于是在小范圍內形成胚胎期的結核--泉華。

3 結核（層）的利用

結核和結核層是一種特殊的“層理’。由于該區地層后期的相對隆起，地層剝蝕量大于沉積量，結核（層）出露地表。出露地表的結核由于球狀風化，常形成渾圓狀分布，在溝壑起伏的黃土坡地，容易使人滑倒，人們形象地稱其為“跌跤石”。雖然，結核影響出行和耕作；但勤勞智慧的先民利用“長不盈尺、厚達數寸”，隨處可見的節核作為鋪路、筑墻的石料，構成黃土地區一道美麗的風景。

3.1 結核（層）在建筑上的利用

在黃土地區，傳統的建筑如窯洞、水窖等常巧妙的建在結核層的下部，這樣的建筑歷經百年也很少坍塌。原理是結核層整體嵌合性好，韌性強，透水性差。

3.2 美學價值

樹枝狀的節核，有的外形類物，如姜、蘿卜，人，俗稱“假化石”做成象形石觀賞。早期結核內部微細管道多，后期膠體脫水也會形成一些小裂隙，人們利用毛細原理，做“上水石”，成為近年來觀賞石市場的新寵。某些結核內部含有水或泥質，在晶體脫水后形成中空的結構，個別的結核在搖動下會發聲，成為近年來收藏市場的新貴。

3.3 醫學價值

《本草綱目》載：“姜石以形名，或作礓礫。邵伯溫：‘天有至戾，地有至幽，石類得之則為礓礫是也’”。還說“生土間，狀如姜。有五種，以色白而爛不磣者良。”“味咸，性寒，無毒，主治丁瘡、腫脹”。文中所說“色白而爛不磣者良”是指風化較強、結晶較細、不含雜質的結核有好的療效。現代醫學證明，由于鈣質結核里含有多種微量元素，可降低水中亞硝胺的含量，對預防食道癌有一定的作用。

3.4 地質學上的意義

3.4.1 工程地質上的運用

可利用前文所述黃土結核層的巖石特性來防止風化侵蝕、滑坡、泥石流、陷落、跨落等地質災害，特別是工程地質的預防。

3.4.2 科研價值

（1）結核層是來自母巖，但某些礦物又相對富集的礦物集合體，可作為一種標志層，對細致劃分黃土地層起著參照物的作用。

（2）結核層是成巖作用的自然產物，可以作為地球化學相的標志，對判斷古地球化學環境有著實際作用。

（3）結核層是大構造背景下的產物，如有多層結核層，可推測新構造運動的形跡。

[1]路風香、桑隆康.巖石學.157.北京：地質出版社，2002,8.

[2]徐邦梁.普通地質學.54-55.北京：地質出版社，1993.5.

F426[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-19-1