粉塵在氣候變化中的作用成為地球氣候系統模擬的焦點問題，其參數是大氣綜合循環模型\\( AGCMs\\)的重要模擬參數之一。源區距離、傳輸路徑的差異，使得粉塵產生的氣候效應不同，查明粉塵傳輸和沉積規律及其對區域和全球環境的影響是目前全球變化研究的重要內容。黃土是地質時期沙塵暴天氣形成的陸相粉塵堆積物，在不同緯度地區均有分布，其中以我國黃土高原地區大面積、巨厚而連續的晚新生代黃土最為典型。在古環境研究領域內，基于黃土的記錄已經有效地揭示了粉塵的物源、搬運路徑和沉積等環節的風成沉積系統等演化信息，這些對于現代沙塵天氣發生、發展機理以及防治提供了重要科學依據。

目前，學術界從不同區域上對中國黃土的物源及其指示的古大氣環流狀況進行了深入研究，獲得了一些重要的成果。這些研究區域主要包括黃土高原、青藏高原周邊、遼南、長江流域等。位于中國黃土帶東緣的山東地區亦廣泛分布黃土，按自然地理區將其劃分為渤海灣瀕海島嶼區、魯中山區北麓兩部分。其中，對山東黃土物源研究以渤海灣瀕海島嶼區的研究最為系統，但對魯中山區北麓黃土風成系統研究僅局限于青州等零散剖面，并且還存有爭議。深入了解該區黃土物質來源需要對空間布局合理的多個剖面進行研究才能得到可靠的認識。

大氣動力學研究表明，粉塵的粒度特征參數能有效揭示搬運過程中大氣湍流強度、粉塵搬運路徑和源區距離等信息。沉積物粒度多組分分析被成功地應用到沉積環境信息的提取，不同的組分反映了不同的沉積動力和環境條件，與全巖粒度分析相比，更能合理地表現全樣品中每一組分的粒度分布特征及其成因意義。因此，文中在東西呈帶狀分布的魯中山區北麓黃土區，自東向西選擇青州、淄博、濟南三個剖面和黃土高原地區西峰剖面末次盛冰期黃土進行了粒度測試與特征參數計算，并基于對數正態分布函數擬合后，從粉塵搬運的空氣動力學和野外觀察對整個魯中山地北麓黃土沉積特征和成因進行了系統研究。

1、 樣品與方法

1． 1 樣品采集

在魯中山地北麓，自東向西采集黃土樣品的剖面地點為淄博市土門頭村\\( ZB，36°28' N、118°05'E\\) 、青州市傅家莊村\\( QZ，36°40'N，118°27'E\\) 和濟南市張夏鎮\\( JN，37°18． 793' N、118°18'E\\) \\( 圖 1\\) 。在每個剖面，以 2． 5cm 間距采集散樣，為便于同時期比較，粒度測試樣品在末次盛冰期挑選 5 個樣品。在西峰趙家川黃土剖面\\( XF，35°53'N，107°58'E\\) 挑選 5 個末次盛冰期樣品供對比。

1． 2 粒度測試

將風干的樣品稱取0． 2g 左右放入已洗凈的燒杯中，加入 15 毫升 10% 的雙氧水\\( H2O2\\) 加熱至 100℃2 小時去除有機質; 靜止 10 分鐘后，加入10 毫升10%的鹽酸\\( HCl\\) 去除碳酸鹽靜置48 小時后待測。測試前，加入 5 毫升 1mol / L 的六偏磷酸鈉\\( \\( NaPO3\\)6\\) 分散劑，并用超聲波清洗機震蕩 10 分鐘。粒度測試使用 Marvern Mas-tersizer 2000 型粒度儀，該儀器測量范圍為 0． 02－ 2000μm，重復檢測相對誤差小于 1% 。

1． 3 粒度特征參數計算與多組分擬合

在沉積物粒度分析時，特征參數計算常用的主要有圖解法和距法。文中采用目前較為常用的距法，對全巖粒度分別計算了標準差\\( σ\\) 、偏度\\( S\\) 和峰度\\( K\\) 。在沉積物的粒度分布曲線中，每一組分均屬于對數正態分布類型。由于黃土沉積包含多個組分，筆者采用了正態分布函數對研究樣品各組分進行了數學分離。用設定的分布函數對實測數據以各粒級的粒徑為自變量，以該粒級的百分含量為分布函數值，以擬合權重殘差最小為目標對樣品進行了粒度頻率曲線擬合，擬合誤差均控制在 3%以內。并計算了樣品中每個組分粒徑的中值粒徑\\( Md\\) 、標準差\\(σ\\) 、百分含量\\( %\\) 等粒度參數，從而將混合樣品的各組分完全分離出來。多組分的對數正態分布函數如下:

式中: n 是組分數，x = ㏒\\( d\\) ，d 是粒徑\\( μm\\) ; ci為第 i 組分百分比，n 個 ci之和為 100%; σi為樣品第 i 組分粒徑的標準差; ai是第 i 個組分粒徑的對數平均值\\( μm\\) ，ai= ln\\( d\\) 。

式中: m 是粒級間距的數量; F\\( xj\\) 是第 j 粒級間距的擬合百分比; G\\( xj\\) 是第 j 粒級間距的測量值的百分比。dF 值最小時表明擬合結果最好。

2、 結果與分析

圖 2 為各個研究剖面代表性樣品的粒度頻率分布曲線。魯中山地北麓的三個剖面和黃土高原西峰剖面的粒徑變化范圍均在 0 ～ 125μm 之間，其中粉砂粒級\\( ＜ 63μm\\) 以下的顆粒占絕對優勢，其含量均在90% 以上。從粉塵動力學的研究角度來看，粉砂占絕對優勢的特征表明其顆粒是以風力懸浮狀態搬運為主。

沉積物的粒度參數與形成環境及搬運動力條件具有密切的關系。通過距法計算的全巖粒度特征參數顯示，魯中山地北麓和西峰黃土所有全巖樣品的粒度標準差\\( σ\\) 值為 1． 7 ～2． 2 之間，表明其分選較差; 偏度\\( Sk\\) 值為變化范圍在 0． 5 ～0． 7 之間，總體上呈顯著的正偏態非對稱分布; 峰度\\( K\\) 值變化范圍在2． 4 ～ 3． 4 之間，峰態分布總體上是很窄的。全巖粒度特征參數顯示魯中山地北麓黃土與西峰黃土沉積環境和搬運動力是相似的。

沉積環境的各種條件非常復雜，近年來的觀點認為全巖粒度參數的分析有時難以嚴格區分沉積物成因類型，結合粒度多組分特征分析可能更為有效?；谡龖B分布函數對研究樣品各組分進行了數學分離后發現，所有樣品由細\\( C1\\) 、中\\( C2\\) 、粗\\( C3\\) 三個組分構成\\( 圖 2\\) 。其中，粗粒組分\\( C3\\) 峰形最明顯，其次是細粒組分\\( C1\\) ，而中粒組分\\( C2\\) 表現為細粒\\( C1\\) 和粗粒\\( C3\\) 組分之間平緩的過渡峰，該特征是典型風成沉積粒度分布特征。

各組分的中值粒徑\\( Md\\) 、標準差\\( σ\\) 和百分含量\\( %\\) 亦表現出相似特征\\( 表 1\\) 。首先，每個地點樣品的各組分中值粒徑都在較小的變化范圍。C1 組分中值粒徑最小，均在 ＜ 1μm。C2 組分中值粒徑居于中間，在5 －10μm 之間。C3 組分中值粒徑最大，在25 －35μm 之間。其次，各地樣品相同組分的百分含量亦比較接近，C1 組分最小，均在 11% 以內，C2 和 C3 組分大致相同，在 43 －48% 之間。由上述分析可見，魯中山地北麓三個黃土剖面與西峰黃土第四紀黃土無論在全巖粒度特征參數，還是多組分特征均呈現相似特征，具有風成沉積的典型粒度分布特征。

3、 討論

3． 1 魯中山地北麓黃土的成因分析

關于魯中山地北麓黃土的成因曾有過多種看法，主要有殘積坡積說和風成說等。近年來，對粒度、礦物學等手段的研究形成比較一致的觀點是風成成因。從魯中山地北麓三個黃土剖面的粒度頻率分布、特征參數和多組分特征分析來看文中支持黃土風成說的觀點。殘積說認為，堆積在魯中山地北麓的山前平原、山間盆地的黃土中常夾雜砂礫透鏡體、基巖碎屑，具有流水作用的痕跡，黃土物質堆積后經洪水搬運、沉積而成。文中通過野外觀察發現，這種現象在魯中山地北麓是較為常見的。在黃土和古土壤層過渡層位和剖面下部具有流水作用的痕跡，例如濟南剖面。但在距離山地較遠的階地上發育著一些厚度較大的剖面有的整套幾乎不含砂礫透鏡體，例如青州、淄博剖面，具有典型的風成特征。魯中山地基本物質成分是風成起源的，受地形和氣候條件的影響多數剖面經過流水作用的改造。沉積序列上較長、典型的風成剖面，如青州剖面等將成為研究山東晚第四紀以來古環境變化不可多得的材料。

3． 2 魯中山地北麓風成黃土物源

關于魯中山地北麓風成黃土的物源，在上個世紀七、八十年代曾認為是與黃土高原地區一樣來自于西北內陸的荒漠、戈壁的松散沉積物，經偏西北的高空氣流攜帶而來的遠緣粉塵。近年來，較為一致的觀點是基于黃土粒度較粗的特點認為是近源物質，主要來源于沉積區以北的黃泛平原和渤海陸架的第四系松散堆積物。文中研究表明，典型風成黃土粒度的細粒組分\\( C1\\) 受布朗運動控制，中粒組分\\( C2\\) 受湍流控制，這兩者都可以遠距離搬運，而粗粒組分\\( C3\\) 受重力沉降控制，其百分含量與搬運距離成反比，距源區距離愈遠含量降低，反之增加。因此根據粗顆粒的百分含量推測物質源區的遠近。

由表 1 所示，魯中山地北麓黃土與西峰剖面的黃土粗粒粗粉\\( C3\\) 的百分含量大致相同，說明兩地黃土距各自的源區距離應該比較接近。西峰黃土剖面距西北內陸最近的源區現代沙漠 － 騰格里沙漠大約為200km，但魯中山地北麓距沙漠 － 騰格里沙漠在 1000km 以上。由此可見，魯中山地北麓黃土源區與西峰黃土可能不完全相同。同時，從魯中山地濟南、淄博和青州黃土粗粒組分的空間變化來看，自西向東黃土粗粒粗粉的百分含量亦大致相同，表明形成該區黃土搬運風力也不是西北向氣流為主。

現代氣象觀測資料顯示，山東地區西北方向的冬季風系統，在渤海海區發生轉向，漸變為近北向風力為主，這表明輸送魯中山地北麓黃土主要是以北向的風力為主，上述這些分析與以前的觀點也是相一致的。魯中山地北麓的黃土應當是以冰期時偏北氣流所攜帶的黃泛平原和渤海灣陸架沉積為主。

4、 結論

魯中山地北麓黃土的粒度頻率分布、特征參數和多組分特征顯示魯中山地基本物質成分為風成起源，且黃土物質堆積后經洪水搬運、沉積作用的改造?；趯嫡龖B分布函數擬合后，根據粉塵動力學原理，魯中山地北麓的黃土的主要來源是以冰期時偏北氣流所攜帶的黃泛平原和渤海灣陸架沉積為主。