本次地球化学土壤样品数据来源于河北省平原区多目标区域地球化学调查。2004~2007年按照中国地质调查局DD2005— 01《多目标区域地球化学调查规范》(以下简称《规范》)要求, 采集150~200 cm土壤样品, 采样面积约为21 563 km², 密度一般为1个点/4 km², 采样深度150~200 cm, 样品质量大于1 000 g^[10]。

由于元素化学性质及表生地球化学行为不同, 对环境变化比较敏感的元素, 或具有地质环境指示意义的元素往往呈现出特定的含量空间分布特征, 据此在地球化学研究中通常称之为“ 指示元素” 或“ 标志性元素” , 并发现其分布有如下规律^[11]:① 在不同地貌、土壤等生态地质环境中具有明显的空间分异性特征; ② 与成土母质具有较强的继承性, 表、深层土壤含量相关性明显, 基本不受人为活动影响; ③ 化学性质活泼或稳定, 在表生土壤环境中易于迁移或残留。

根据以上原则, 确定Si、Fe、Al、Ca、Na、U、Rb、Ga为指示元素, 利用其中的w(Na)/w(Rb)比值、典型酸性不相溶元素(U、Rb、Ga)作为地貌单元形态— 成因— 岩性划分的地球化学指标^[12]。

河北省邯郸— 邢台平原区东部为全新世黄河泛滥平原^[13], 西部为太行山山前冲积扇群^[14], 该区第四纪地貌采用形态— 成因— 岩性多级划分原则, 划分了三级。

一级单元:依据大地构造的控制作用和宏观地貌形态的差异进行划分, 以地貌形态命名, 冠以成因。二级单元:在一级单元划分的基础上进行二级单元划分, 除考虑内应力对地貌形态的制约外, 着重考虑外营力作用的性质和强度, 以地貌形态命名, 冠以成因。在堆积平原, 堆积物的成因、空间分布形态和工程地质条件等是划分单元的依据。三级单元:在二级单元的基础上进行三级单元划分, 主要考虑的是外营力作用所塑造的地貌形态、组成形态的岩性及硬度、元素地球化学行为等, 以地貌命名, 或冠以成因、岩性。

依据上述划分原则, 将研究区地貌地质划分了2个一级单元、9个二级单元、26个三级单元。

一级单元:Ⅰ 侵蚀构造山地和Ⅱ 堆积平原。

二级单元:Ⅰ ₁侵蚀构造中山、Ⅰ ₂侵蚀构造低山、Ⅰ ₃侵蚀剥蚀丘陵、Ⅰ ₄侵蚀剥蚀台地、Ⅰ ₅侵蚀堆积台地、Ⅰ ₆断陷盆地及河谷平原、Ⅱ ₁山前冲洪积扇、Ⅱ ₂倾斜平原、Ⅱ ₃沉积洼地。

三级单元:Ⅰ _1-1以碳酸盐岩为主的中山区、Ⅰ _1-2以变质岩为主的中山区、Ⅰ _1-3以碎屑岩为主的中山区、Ⅰ _2-1以碳酸盐岩为主的低山区、Ⅰ _2-3以变质岩为主的低山区、Ⅰ _2-4以碎屑岩为主的低山区、Ⅰ _3-1以碳酸盐岩为主的丘陵区、Ⅰ _3-3以变质岩为主的丘陵区、Ⅰ _3-4以碎屑岩为主的丘陵区、Ⅰ _4-1以碳酸盐为主的台地区、Ⅰ _4-2以变质岩为主的台地区、Ⅰ _5-1泥砾堆积物台地区、Ⅰ _5-2红土类土台地区、Ⅰ _5-3黄土类土台地区、Ⅰ _6-1冲洪积缓斜地区、Ⅰ _6-2河谷平地区、Ⅱ _1-1老冲洪积扇区、Ⅱ _1-2扇上高地区、Ⅱ _1-3扇间(前)洼地区、Ⅱ _1-4扇上河道带区、Ⅱ _2-1古河道带区、Ⅱ _2-2泛滥平缓区、Ⅱ _2-3宽缓河道带区、Ⅱ _3-1湖积洼地区、Ⅱ _3-2河间洼地区、Ⅱ _3-3冲湖积三角洲区。

本次研究对象主要为1个一级单元(Ⅱ )、5个二级单元(Ⅰ ₄、Ⅰ ₅、Ⅱ ₁、Ⅱ ₂、Ⅱ ₃)和12个三级单元(Ⅰ _4-1、Ⅰ _5-1、Ⅱ _1-1、Ⅱ _1-2、Ⅱ _1-3、Ⅱ _1-4、Ⅱ _2-1、Ⅱ _2-2、Ⅱ _2-3、Ⅱ _3-1、Ⅱ _3-2、Ⅱ _3-3), 对上述以平原区为主的地质地貌单元与相应的地球化学场进行分析、总结和归纳。

研究区SiO₂含量值域偏高, 均在52.78%以上。SiO₂含量高值区与河道区(包括扇上河道带、古河道)的空间分布非常吻合(图1)。

图1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 河北邯邢平原区地貌地质单元与SiO2地球化学场的关系1— 以碳酸盐为主的台地区; 2— 泥砾堆积物台地区; 3— 老冲洪积扇区; 4— 扇上高地区; 5— 扇间(前)洼地区; 6— 扇上河道带区; 7— 古河道带区; 8— 泛滥平缓区; 9— 宽缓河道带区; 10— 湖积洼地区; 11— 河间洼地区; 12— 冲湖积三角洲区; 13— 冲积; 14— 冲洪积; 15— 湖积; 16— 冲湖积; 17— 风积; 18— 一级地貌地质单元界线; 19— 二级地貌地质单元界线; 20— 三级地貌地质单元界线; 21— 现代河道边界; 22— 古河道边界; 23— 冲洪积扇; 24— 洪积扇

在老冲洪积扇区、扇上高地区、扇间(前)洼地区、泛滥平缓区、冲湖积三角洲区, SiO₂以中高值为主; 在古河道(以黄河为主)带区, SiO₂一般为高值; 在湖积洼地区, SiO₂一般为低值; 在滹沱河冲洪积扇上, 二期扇一般为中高值, 一期扇一般为中偏低值, 二期扇明显高于一期扇。由以上推断, 由于离物源较近, 在老冲洪积扇及山前冲洪积扇的扇上高地区SiO₂含量较高; 黄河携带大量的黄土在倾斜平原沉积, 而黄土颗粒大部分为粉砂, 其粗颗粒主要为石英(25%~90%), 故倾斜平原(黄河泛滥区)SiO₂为中高值, 再次证实了泛滥平原主要由黄河堆积而成; 在湖积洼地区, 因离物源较远, SiO₂为低值区^[15]。

由于在自然界中各种硅铝酸盐矿物(如长石、似长石类、辉石、角闪石、云母等)分布广泛, 且在风化作用下都可以转变为粘土矿物, 因此它是表生带中最常见的含铝矿物。

研究区Al₂O₃含量高值区与沉积洼地的空间分布非常吻合, 而低值区与古河道(包括扇上河道带区的古河道)的空间分布基本一致^{[15, 16, 17]}(图2)。

图2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 河北邯邢平原区地貌地质单元与Al2O3地球化学场的关系1— 以碳酸盐为主的台地区; 2— 泥砾堆积物台地区; 3— 老冲洪积扇区; 4— 扇上高地区; 5— 扇间(前)洼地区; 6— 扇上河道带区; 7— 古河道带区; 8.泛— 滥平缓区; 9— 宽缓河道带区; 10— 湖积洼地区; 11— 河间洼地区; 12— 冲湖积三角洲区; 13— 冲积; 14— 冲洪积; 15— 湖积; 16— 冲湖积; 17— 风积; 18— 级地貌地质单元界线; 19— 二级地貌地质单元界线; 20— 三级地貌地质单元界线; 21— 现代河道边界; 22— 古河道边界; 23— 冲洪积扇; 24— 洪积扇

在以冲积相为主的地层中, Al₂O₃含量较低; 在湖积相地区, Al₂O₃含量较高; 在以洪积相为主的地区, Al₂O₃含量处于中间值。这符合了铝的表生地球化学特征, 在以冲积相为主的河道内, 沉积物的矿物成分主要为石英, 铝形成的粘土矿物易被冲走, 而在以湖积相为主的地区接受沉积^[18]。

在滞水环境形成的湖相沉积物的物质成分中, 由于综合岩性偏黏性, 且富含粘土矿物、有机质等吸附载体, Fe易发生富集。研究区Fe₂O₃含量高值区与沉积洼地的空间分布非常吻合, 而低值带与古河道(包括扇上河道带区的古河道)的位置完全一致(图3)。

图3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 河北邯邢平原区地貌地质单元与Fe2O3地球化学场的关系1— 以碳酸盐为主的台地区; 2— 泥砾堆积物台地区; 3— 老冲洪积扇区; 4— 扇上高地区; 5— 扇间(前)洼地区; 6— 扇上河道带区; 7— 古河道带区; 8— 泛滥平缓区; 9— 宽缓河道带区; 10— 湖积洼地区; 11— 河间洼地区; 12— 冲湖积三角洲区; 13— 冲积; 14— 冲洪积; 15— 湖积; 16— 冲湖积; 17— 风积; 18— 一级地貌地质单元界线; 19— 二级地貌地质单元界线; 20— 三级地貌地质单元界线; 21— 现代河道边界; 22— 古河道边界; 23— 冲洪积扇; 24— 洪积扇

在以冲积为主的倾斜平原, Fe₂O₃为低、中低值; 在以湖积为主的沉积洼地区, Fe₂O₃一般为中高值, 离物源较远的河间洼地区, Fe₂O₃含量较低; 在冲洪积扇区, 扇上河道带因水动力条件较强, Fe₂O₃一般为低值, 广阔的洪积区Fe₂O₃为中低值, 在扇间(前)的洼地区可见有中值、中高值。由上推断, Fe₂O₃易于在水动力条件较弱的环境中富集。

Na、Rb同属碱性元素, 但由于Rb⁺的离子半径远远大于Na⁺, 因此, Rb易被吸附而Na能够进行长距离迁移。但在河床地带, Na以硅酸盐矿物形态进行短距离的机械迁移。沙河上游母质为太古宇阜平群, 属于中基性深变质岩地层, 河床地带长石类矿物较多, 而该类矿物抗风化能力较强, Na、K主要存在于长石中。因此, 在花岗岩母质风化区的河道及冲积扇口地区出现Na和K的高值区, 由于无吸附载体而出现Rb的低值区; 相反, 在富含土壤吸附载体的洼地黏质土壤中, 出现Na高Rb低的特征。因此, w(Na)/w(Rb)比值可以指示河口冲积扇、湖相平原区洼地等沉积环境。

河北邯邢平原区地貌地质单元与w(Na)/w(Rb)比值地球化学场关系图中(图4), 清晰地反映了石家庄— 邢台一带的河口冲积扇, 不但扇形特征明显, 且具有与水流方向一致的动态特征, 同时w(Na)/w(Rb)低值区与平原低洼地几乎一致。

图4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 河北邯邢平原区地貌地质单元与w(Na)/w(Rb)比值地球化学场的关系1— 以碳酸盐为主的台地区; 2— 泥砾堆积物台地区; 3— 老冲洪积扇区; 4— 扇上高地区; 5— 扇间(前)洼地区; 6— 扇上河道带区; 7— 古河道带区; 8— 泛滥平缓区; 9— 宽缓河道带区; 10— 湖积洼地区; 11— 河间洼地区; 12— 冲湖积三角洲区; 13— 冲积; 14— 冲洪积; 15— 湖积; 16— 冲湖积; 17— 风积; 18— 一级地貌地质单元界线; 19— 二级地貌地质单元界线; 20— 三级地貌地质单元界线; 21— 现代河道边界; 22— 古河道边界; 23— 冲洪积扇; 24— 洪积扇

扇上河道带区的河口冲积扇处w(Na)/w(Rb)为极高值, 古河道区(包括扇上古河道)为中等偏高值, 且顺水流方向递减; 泛滥平缓区为中偏低值; 老冲洪积扇、扇间(前)洼地区和冲湖积三角洲区为中低值区; 湖积洼地区和河间洼地区为低值区。

Rb、U、Ga多呈大分子络合物形式存在, 但也具有一定的迁移能力, 易被土壤载体捕获。因此, 在富含土壤吸附载体的低洼地貌部位黏质土壤中, 这些以溶液、胶体、络合物形式迁移的元素含量显著偏高, 而在无吸附能力的河床地带土壤中含量显著偏低。Rb、U、Ga累加和在沉积洼地明显为高值; 在山前冲洪积扇和倾斜平原为显著低值(图5)。

图5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 河北邯邢平原区地貌地质单元与Rb、U、Ga均值和Vad地球化学场的关系1— 以碳酸盐为主的台地区; 2— 泥砾堆积物台地区; 3— 老冲洪积扇区; 4— 扇上高地区; 5— 扇间(前)洼地区; 6— 扇上河道带区; 7— 古河道带区; 8— 泛滥平缓区; 9— 宽缓河道带区; 10— 湖积洼地区; 11— 河间洼地区; 12— 冲湖积三角洲区; 13— 冲积; 14— 冲洪积; 15— 湖积; 16— 冲湖积; 17— 风积; 18— 一级地貌地质单元界线; 19— — 二级地貌地质单元界线; 20— 三级地貌地质单元界线; 21— 现代河道边界; 22— 古河道边界; 23— 冲洪积扇; 24— 洪积扇

在扇间(前)洼地、湖积洼地和冲湖积三角洲等区域, Rb、U、Ga均值累加和为中高值; 在老冲洪积扇区, 属于中值; 剩下的区域为中偏低值, 顺古河道见零星的中低值区。