黄土层中钙质结核的成因和利用

■司玉龙 王卢海 秦士臻

（河南金源黄金矿业有限公司河南洛阳471400）

黄土层中钙质结核的成因和利用

■司玉龙 王卢海 秦士臻

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黄土地区研究者甚少，通过对黄土中结核形成机制的论述，为黄土结核层在各领域的应用提供了理论基础。

黄土特性 结核 节核 钙质结核成因 结核层的利用

1 黄土的基本基本特性

黄土是一种以灰黄色为主色调的土体。主要分布于比较干燥的欧亚大陆中纬度地区，呈断续带状分布。在我国主要分布在太行山以西、日月山-贺兰山以东、秦岭以北、阴山以南的陕、甘、青、晋、宁、豫、内蒙等7省（区）的近40万平方千米的区域内。

黄土以粉砂颗粒为主（含量＞50%），孔隙度一般为40%-50%，结构松散，发育有大的孔隙，垂直节理比较发育。层理分明。

沈括在《梦溪笔谈》的《雁荡山记》中说：“今成皋、陕西大涧中，立土动及百尺，迥然耸立，亦雁荡具体而微者，但此土彼石耳。”比较形象的描述了黄土地貌的外观。

2 钙质结核的特性及形成机制

2.1 钙质结核的特性

结核（concretion,nodue）是指存在于沉积岩中的，在成分、颜色、结构等方面与围岩有显著区别的集合体，形状有球状及各种不规则状。是一种附（寄）生围岩中，具有自己独立性状的零星的岩石土体。在成分以钙质、硅质、铁质为常见。

钙质结核（calcic concretion），又称石灰质结核，下文称黄土结核(loess doll)，俗称姜结人（loess child)、姜石（caicite）。黄土中的钙质结核颜色以（灰）白色为主，黄（褐）色次之，土状光泽，硬度3，比重2.7，因掺杂石英、粘土类矿物多少而比重、硬度略有增减。矿物成分以方解石、白云石为主，次要矿物为石英、粘土类矿物、褐铁矿等。结构为细分散隐晶质皮壳状，断面可见同心圆状构造，（由于后期胶状物脱水，可形成放射状构造）。遇冷盐酸剧烈起泡。形状有长柱状、不规则树枝状、圆球状及瘤状。小者几毫米，一般长15-25cm、宽5-10cm，大者可达数米，有的还呈层状分布。常见于古土壤层内部，是胶体凝絮作用的产物。

2.2 钙质结核的形成机制

在黄土形成后的2.4ma以来，风化作用下岩石（以黄土为主）中的Ca、Si等离子被分解出来，它们不溶解于水，随水介质运移，形成胶体物质，特别是钙离子起着主导因素。化学反应式如下：

大气降水或地下水溶解较多的碳酸钙、碳酸氢钙，在运移过程中，遇到不透水底层的壅滞，在淀积层中，沿某一质点（如粘土颗粒、砂粒或水滴）凝聚，由里向外越长越大，并胶结地层中的粘土颗粒、砂砾，形成早期的结核。早期的结核以钙化的形式存在，随着时间轴的推移，沉积作用逐渐累积，形成了分散点状、串珠状的密集程度弱的黄土结核。若沉积环境持续良好的发展，结核相互连接起来，形成不规则的层状连接体，即节核，俗称“天崩石”。其后，黄土地区受喜马拉雅山运动多幕的持续强烈抬升影响，该区的地壳运动也是多期次的以垂直上升为主。故在很多黄土地区的地层剖面上可看到一到数层的结核层。该结核属后生结核，与地层的夹角5°-7°，结核层的厚度一般在0.15-0.3m支架，产状比较稳定。随着人类活动对地形（貌）、植被、地表径流、地下水埋深和侵蚀基准面甚至气候等全方位的影响和改造，结核层的形成机制被破坏，结核层的生命已基本结束。只是在局部泉水出露地区，硬度较大的地下水在转化为地表水时，由于泉水从密闭的地下涌出地表，环境从密闭到开放，P-T也剧烈变化，于是在小范围内形成胚胎期的结核--泉华。

3 结核（层）的利用

结核和结核层是一种特殊的“层理’。由于该区地层后期的相对隆起，地层剥蚀量大于沉积量，结核（层）出露地表。出露地表的结核由于球状风化，常形成浑圆状分布，在沟壑起伏的黄土坡地，容易使人滑倒，人们形象地称其为“跌跤石”。虽然，结核影响出行和耕作；但勤劳智慧的先民利用“长不盈尺、厚达数寸”，随处可见的节核作为铺路、筑墙的石料，构成黄土地区一道美丽的风景。

3.1 结核（层）在建筑上的利用

在黄土地区，传统的建筑如窑洞、水窖等常巧妙的建在结核层的下部，这样的建筑历经百年也很少坍塌。原理是结核层整体嵌合性好，韧性强，透水性差。

3.2 美学价值

树枝状的节核，有的外形类物，如姜、萝卜，人，俗称“假化石”做成象形石观赏。早期结核内部微细管道多，后期胶体脱水也会形成一些小裂隙，人们利用毛细原理，做“上水石”，成为近年来观赏石市场的新宠。某些结核内部含有水或泥质，在晶体脱水后形成中空的结构，个别的结核在摇动下会发声，成为近年来收藏市场的新贵。

3.3 医学价值

《本草纲目》载：“姜石以形名，或作礓砾。邵伯温：‘天有至戾，地有至幽，石类得之则为礓砾是也’”。还说“生土间，状如姜。有五种，以色白而烂不碜者良。”“味咸，性寒，无毒，主治丁疮、肿胀”。文中所说“色白而烂不碜者良”是指风化较强、结晶较细、不含杂质的结核有好的疗效。现代医学证明，由于钙质结核里含有多种微量元素，可降低水中亚硝胺的含量，对预防食道癌有一定的作用。

3.4 地质学上的意义

3.4.1 工程地质上的运用

可利用前文所述黄土结核层的岩石特性来防止风化侵蚀、滑坡、泥石流、陷落、跨落等地质灾害，特别是工程地质的预防。

3.4.2 科研价值

（1）结核层是来自母岩，但某些矿物又相对富集的矿物集合体，可作为一种标志层，对细致划分黄土地层起着参照物的作用。

（2）结核层是成岩作用的自然产物，可以作为地球化学相的标志，对判断古地球化学环境有着实际作用。

（3）结核层是大构造背景下的产物，如有多层结核层，可推测新构造运动的形迹。

[1]路风香、桑隆康.岩石学.157.北京：地质出版社，2002,8.

[2]徐邦梁.普通地质学.54-55.北京：地质出版社，1993.5.

F426[文献码]B

1000-405X（2016）-5-19-1