古土壤及其鉴定

古土壤是在过去相对稳定的气候和地貌环境条件下形成的土壤，有时称为土壤化石。它的发育被形成土壤的气候或地貌环境的变化所中断，或者在后期的地质过程中被其他沉积物所掩埋。古土壤主要形成于第四纪，偶见于古近纪-新近纪地层，也发现了更古老的古土壤。

古土壤的含义和类型有多种定义。目前，古土壤的分类一般是以现代土壤的系统分类体系为基础，即利用诊断层和诊断特征，辅以古土壤的整体化学性质等指标对古土壤进行分类。根据形成时代和保存环境，古土壤可简单分为埋藏古土壤、折返古土壤和残留古土壤(Nettleton et al .，2000)。残留古土壤是在过去的环境和景观中形成的，没有被年轻沉积物所掩埋的土壤。从最初的形成阶段到现代，都受到地表环境的影响。埋藏古土壤也是在古环境条件下形成的，但随后被沉积物长期掩埋。埋藏与裸露古土壤是指在古环境条件下形成后被埋藏，但由于上覆盖层的侵蚀而重新露出地表的土壤。残留古土壤和埋藏裸露古土壤出露地表，受后期成土作用影响，是不同成土环境叠加的结果，古环境恢复难度大。埋藏古土壤受后期成土作用的影响相对较小，记录的古环境信息相对简单且保存完好，因此对其研究较多。

2.古土壤鉴定

由于古土壤在沉积序列中的外观与沉积物或沉积岩非常相似，许多古土壤一度被认为是灰色、红色或绿色的泥岩而得不到识别。一个普通的地质学家，没有经过土壤学的训练，如何在野外鉴别古土壤？R等人allack(1997)和R等人allack等人(1998)提出了古土壤区别于沉积岩的三个主要诊断特征:生命遗迹、土层和土壤结构。

根迹是古土壤中保存的最重要的生命痕迹。根迹为暴露在大气中并被植物“占据”产生土壤的岩石提供了诊断依据。根散布在土层的上部。大部分根部向下逐渐变细并分叉(图1-3)，这样就可以和隐藏点区分开来。另一方面，一些根倾斜分布在土壤的粘土层上，一些类型向上分枝并生长土壤。当原始有机质被保存时，植物根系最容易被识别，这主要发生在古土壤形成于洪水和缺氧的低地环境时。在红色氧化古土壤中，根迹主要具有管状特征，含有与周围古土壤不同的物质。

图1-3古代土壤中植物的根，原来的有机质已经部分被氧化铁取代。

土层的存在是鉴别古土壤的第二个特征。古土壤最上面水平层的顶部通常受到侵蚀面的强烈切割，但土层向下进入母岩时会表现出结构、颜色或矿物成分的梯度变化。

生物扰动(破坏)、水分、干燥等土壤生物扰动过程会破坏母岩的原始结构，形成古土壤中典型的土壤结构。土壤结构是指土壤颗粒(包括团聚体)的排列和组合。在野外识别中，通常指形状和大小不同，可以相互分离的结构。土壤结构按形状可分为块状、片状、柱状三种。根据其大小、发育程度和稳定性，可分为粒状、块状、块状、棱柱状、棱状、柱状和片状结构。图1-4显示了中新世古土壤。虽然这些土壤是红色的，古土壤可以有许多不同的颜色和特征(R et allack，1997)。此外，微形态特征、氧化物特征和化学性质、矿物特征、颗粒组成、土壤有机质和元素地球化学指标也有助于进一步识别和诊断古土壤。

图1-4砂岩下红色古土壤

3.古土壤研究的意义

土壤的形成受五个因素控制:气候、生物、母质、地形和时间。古土壤是过去环境条件的产物，必然包含着丰富的古环境与古气候、古植被、古水文等信息。因此，通过研究古土壤类型和古土壤特征，然后对比相同或相似的现代土壤类型和土壤特征，根据这些现代土壤所对应的成土环境，可以推断和重建古土壤形成时期的古环境。研究新近纪以前形成的古土壤可以重建全球古气候变化历史，揭示前寒武纪古大气O2分压和寒武纪以后古大气c O2浓度水平的演化过程。古土壤具有空间和时间等多重信息，可以反映一个盆地或区域的古地貌、古地貌和古水文特征。

随着层序地层学在石油勘探中的广泛应用，发现古土壤在确定层序边界和横向对比、寻找碳酸盐台地沉积间断和微岩溶地貌、确定三角洲古地形走向等方面具有不可替代的作用(林幼玲，2001)。此外，古土壤在恢复古植被、古环境和古气候，以及沉积盆地古地貌研究方面也具有重要意义(Kraus，1999)。最近，有学者在济阳坳陷古近系沙河街组钙质古土壤中发现了高产油层(周等，2009)，这不仅为查明济阳坳陷沙河街组四段末沉积间断提供了重要依据，也拓展了胜利油田的油藏勘探领域。