地球化學成果在基礎地質研究中的應用
——以定西—靜寧地區為例

王 翔

（甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000）

1 序言

加強地質成果應用，提升自然資源環境在整個地球系統中的認知水平，促進生態環境、自然資源、氣候變化為一體的基礎研究工作，目的在于為農業種植、環境保護、碳排放控制，以及生態文明建設和國家經濟建設提供科學依據。

元素背景變化及元素組合異常特征，標志著特定的地質構造環境［1］。以土壤為研究目標的地球化學調查，從土壤元素的分布變化特征和區域生態變化角度出發研究氣候環境變化，形成環境氣候研究理論；以土壤環境變化指示元素和地質構造變化為特征，為推斷古氣候、古地理環境、第四紀氣候演變和環境變化提供有力的依據，進而為人類應對當前氣候變化和預測未來生存環境變遷提供重要的背景資料［2］。

2 研究區概況

2.1 研究區位置及自然地理概況

研究區位于甘肅省中東部地區，地處東經104°8′～106°32′，北緯34°34′～36°12′之間，調查范圍涉及定西市安定區、隴西縣、通渭縣，白銀市會寧縣，平涼市靜寧縣、莊浪縣及天水市秦安縣、張家川回族自治縣、清水縣、甘谷縣。

研究區位處西北黃土高原邊緣與秦嶺支脈丘陵地帶之間，主要為六盤山褶皺山區及陜甘寧黃土邊緣之間過渡帶，多為黃土梁峁和溝谷地形，地勢高低不平、溝壑縱橫。平均每平方公里土地約有1.07 km的溝壑，因黃土山脊與谷地形成＂V＂形深谷，呈現出河谷川地、河谷盆地、丘陵坡地和樹枝狀溝壑等多種地貌景觀。

區內地貌類型屬于黃土低山丘陵，受大陸性氣候影響，有著千溝萬壑的地形，形成了植被稀疏，溝谷陡峭，降雨集中，水土流失嚴重的特點。其地貌特征廣泛分布，也備受學者研究。

2.2 氣候特征

研究區整體屬大陸性溫帶季風氣候，是中溫帶干旱、半濕潤半干旱地區，四季分明，日照充足，氣候溫和。年均溫差較大，形成－20～30℃之間的巨大溫差，年平均氣溫達11.9℃。因降水夏季較多，冬春季節較少，年均降雨量350～600 mm，年蒸發量高達1 400 mm，無霜期159 d，光熱資源豐富，年均日照時為2 209 h。

2.3 土壤

研究區內大部分區域為黃土覆蓋區，是第四系形成的陸相黃色粉砂質土狀堆積物。黃土的構成以黏土、細砂粒、方解石為主，顏色大多為淺黃色；黃土在整個土質系統中屬于優質土壤，具有腐殖、淋溶、淀積的層次特征，還具有疏松多孔易于水汽下滲的獨特特性。農業種植中黃土屬于較上等土壤，富含多種微量元素和植物所需的大量元素，是優質農產品種植的重要產區，但受氣候環境的影響，自然災害的不確定性制約了經濟的可持續發展。

3 研究內容及方法

本文利用《甘肅省定西—靜寧地區1∶25萬土地質量地球化學調查》成果數據，按照中國地質調查局《多目標區域地球化學調查規范》（1∶250000）（DZ／T 0258—2014）、《土地質量地球化學調查評價規范》（DZ／T 0295—2016）規范要求，采取了表層（20 cm）和深層（150 cm）采樣方法。表層為每平方千米一件樣品；深層為每4 km2一件樣品。表層樣品由每4 km2分析一個組合樣，深層樣品由16 km2分析一個組合樣，最終分析了54項元素指標參數，以部分元素來指示氣候環境狀況，套合土壤風化淋溶系數、冷暖系數、干旱系數和化學風化指數，評價推斷該地區氣候環境的變化［3］。

3.1 土壤風化淋溶系數（ba值）

土壤風化淋溶系數ba是指土壤中的鹽基，即氧化鉀、氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂與氧化鋁的分子比值，ba值越小，表示土壤中保存的鹽基含量越低，淋溶作用越弱；反之則越強［4］。

利用調查區表層土壤樣品分析測試數據，經上式計算后繪制形成土壤風化淋溶系數分布圖見圖1。

圖1 調查區土壤風化淋溶系數分布圖

由圖1可以看出，土壤風化淋溶系數在張家川縣和清水縣的關山山前及內官營的蔬菜種植基地等地區綠色植物覆蓋地區的土壤風化淋溶作用較為嚴重，范圍在0.56～1.07之間。而在安定區以北的葛家岔、魯家溝、石峽灣一帶的黃土丘陵區風化淋溶相比最弱，鹽基含量較高，ba值在1.4～1.55之間。

3.2 冷暖系數G值

冷暖系數G值反映了環境的氣候條件，G值為二氧化硅與三氧化二鋁和三氧化鐵的相對分子量比值。G值高說明氣候濕潤溫暖，低則顯示氣候寒冷。

調查區內G值絕大部分處在低值區內，表征氣候相對寒冷，只有安定區以北的地區G值相對稍高（見圖2）。

圖2 調查區冷暖系數分布圖

3.3 干旱系數

干旱系數用Mg／Ca比值表征，其值越低指示氣候條件越濕潤，越高則說明氣候越干旱。

調查區干旱系數值主要介于0.2～0.3之間，氣候較為干旱。相對濕潤的高值區主要在張家川縣、清水縣的關山山前地區和安定區內官營鎮附近（圖3），干旱系數相對來說比全區高，這與植被覆蓋率呈顯著的相關性。

圖3 調查區干旱系數分布圖

3.4 化學風化指數（CIW）

通常利用K、Na、Ca、Mg等硅酸鹽礦物的流失程度來分析土壤風化指數變化，其計算分析方法較多，本次采取的化學風化指數CIW（Chemical Index of Weathering）公式能客觀反映化學風化的真實情況。CIW為氧化鋁與氧化鋁、氧化鈣和氧化納相對分子量的比值。

CIW值為沉積物中黏土礦物的缺乏程度，其值越高，表示風化程度越高。通過研究全區CIW值分布圖（圖4），發現研究區的CIW平均值為0.54，范圍在0.48～0.8之間，說明研究區風化程度較弱。清水縣南部地區CIW值大于0.65，是全區風化程度相對較高的土壤。中部的義崗川和西北部的白碌CIW平均值為0.21，風化程度最小。這種變化僅僅在研究區具有對比的意義，放在大的區域內對比意義大不。研究區CIW值高于0.70的僅21 km2左右，分析對比發現這些CIW高值區，仍含有較高的Na、K等易溶元素，因此，研究區屬低風化土壤，土壤發育程度較弱。

圖4 調查區化學風化指數分布圖

4 結論

土地質量地球化學調查成果在基礎地質研究中對土壤風化淋溶、氣候冷暖變化、干旱程度及土壤風化程度有著廣泛的應用，但受其他因素影響，僅僅作為研究性工作的指示性指標。

（1）通過計算研究區ba值，發現研究區北部地區綠色植物覆蓋地區的土壤風化淋溶作用較為嚴重。

（2）通過計算研究區冷暖系數G值，發現研究區絕大部分處在低值區內，表征氣候相對寒冷。

（3）通過計算研究區干旱系數，發現研究區干旱系數值主要介于0.2～0.3之間，氣候較為干旱。

（4）通過計算研究區化學風化指數，發現研究區以輕風化土壤為主，僅在研究區南部的清水縣地區CIW值偏高。