黄土高原完整的黄土-古土壤序列作为第四纪古环境三大支柱记录之一,储存了2.5Ma B.P.以来丰厚的地学-生物学信息，它记录了黄土高原乃至整个欧亚大陆第四纪多旋回的生物气候环境变迁，为研究古气候和古环境变化提供了很好的研究材料。粘粒矿物作为土壤的重要组成成分，它的形成与转化受温度、湿度等环境条件的影响。因此，矿物组成特征可指示土壤演化过程与成壤环境。本研究以武功、洛川、安塞全新世黄土-古土壤以及武功第五层古土壤为研究对象，采用X-射线衍射（X-raydiffraction）、X-射线荧光光谱法（X-ray fluorescence）、选择性溶提等技术研究了不同土壤层次的矿物学特征，结合14C加速器质谱法测年、粒度组成、CaCO₃以及磁化率分析，探讨全新世黄土-古土壤和第五层古土壤中的矿物风化与成壤过程，揭示地质时期古气候与成壤环境的时空特征，取得的主要结果有：1.武功全新世黄土剖面的土层（上覆黄土层/L0，0-50cm；均一古土壤层/S0，50-150cm；古土壤与马兰黄土层之间的过渡黄土层/LT，，150-200cm）明显可辨。根据¹⁴C测年结果进行插值计算，L0、S0、LT土层的更迭说明了黄土高原南缘全新世0-3,100yrB.P.、3,100-8,500yr B.P.、8,500-11,500yr B.P.期间气候干冷-暖湿-干冷变化的“三阶段”模式。武功全新世黄土-古土壤剖面的CaCO3含量、粒度组成、磁化率均与成壤作用呈相应的周期变化。相对下伏马兰黄土层（L₁，200cm以下）及上覆黄土层（L0），全新世古土壤（S0）CaCO₃的强烈淋溶、粘粒的富集、磁化率的增强，说明该层土壤的成壤发育作用增强。根据武功全新世古土壤层CaCO₃的淋溶量、迁移深度及磁化率推算，全新世中期S0发育时的年均降水量高达800mm以上。该区全新世中期气候类型相当于现今亚热带北缘（秦岭南坡）土壤发育的气候条件。2.黄土高原南缘武功全新世黄土粘土矿物的组成特征分析结果表明，全剖面粘土矿物组成相似，以伊利石为主，绿泥石、蛭石次之，含有少量高岭石与蒙脱石等。古土壤S0中存在少量的层间羟基物矿物（hydroxy-interlayered minerals，HIM），这意味着全新世中期黄土高原南缘以森林为主的古土壤环境。柠檬酸钠溶液80oC连续处理结果HIM主要由层间羟基物蒙脱石（hydroxy-interlayered smectite，HIS）和层间羟基物蛭石（hydroxy-interlayered vermiculite，HIV）组成，并提出了古土壤中硅酸盐矿物的形成与转化过程及HIM形成的可能途径。3.黄土高原南缘武功全新世古土壤层（S0）中的伊利石结构特征指数相对较高，但全剖面（L₀、S₀、L₁）伊利石的半高宽（half height width，HHW）、积分宽度（integralbreadth，IB）、化学指数（illite chemistry index，ICI）分别在0.25-0.30o2θ、0.4-0.6o2θ、0.25-0.40之间变化，表明土壤形成于物理风化较强的环境中，矿物化学风化较弱。富含CaCO₃的风尘物质的连续沉积抑制了矿物的风化演化，减弱了古土壤的成壤发育强度，主要的矿物风化过程是伊利石的脱钾作用和绿泥石的风化。因此，黄土高原地质时期的古气候及成壤环境条件，比黄土-古土壤层中的矿物风化及成壤特征所反映的气候更为暖湿。4.黄土高原自北向南的安塞、洛川和武功全新世黄土-古土壤(¹⁴C测年：23860±90-0yr B.P./晚更新世晚期至今)剖面中的层状硅酸盐矿物以伊利石为主，绿泥石、蛭石次之，含有少量高岭石与蒙脱石等，其矿物及元素组成相似，并且各剖面之间的矿物与元素组成也相似。沿气候梯度，自北（安塞剖面）向南（武功剖面），古土壤层中蛭石含量逐渐增加、高岭石和蒙脱石略有减少，同时伴有粘粒的富集、碳酸盐强烈的淋溶以及磁化率的增强。安塞全新世剖面的层状硅酸盐粘土矿物组成一致且含量稳定，与剖面中高砂粒含量、稳定的CaCO₃含量以及极低的磁化率一致，风尘沉积后经历的矿物风化、成壤作用弱，这说明黄土高原北部11,500yr B.P.以来气候及成壤环境稳定，全新世中期并没有受到东南亚暖湿季风气候的影响。黄土高原黄土-古土壤中的矿物学组成特征确切地记录了地质时期成壤环境的时空变化。黄土高原全新世期间的气候变化存在地区差异，典型的全新世气候变化的“三阶段”模式在区域上并不具有普适性。5.黄土高原南缘武功第五层复合古土壤（S₅）每一层古土壤层(S_5-1、S_5-2、S_5-3)的CaCO3在成壤前期完全淋失，在古土壤底部形成了30-50cm厚的CaCO3结核层。S5-1土层中的粘粒含量和磁化率均明显高于S_5-2和S_5-3土层，说明S5-1土层经历了更为强烈的物理、生物化学风化，其成土作用较S_5-2和S5-3土层的强烈。S5的粘粒/粉粒比值较高，小于0.002mm的粘粒含量高出下伏黄土层（L₆）约60-100%。粒度结果表明，S5的粘化作用较全新世古土壤（S0）的强。各古土壤层中部磁化率在120-310SI(10-8m³kg^-1)范围内波动，远比S0的磁化率(190-220SI/10^-8m3kg^-1)高。可以推断S5古土壤代表了比全新世中期更为暖湿的气候条件。武功S5复合古土壤成壤过程中CaCO₃完全淋失、粘化作用强烈、磁化率增强，都说明S5在暖湿的气候条件下经历了强烈的成壤作用。但是，粘土矿物的分析表明，S5的粘粒矿物组成相似，S_5-1、S_5-2和S_5-3的粘土矿物均以伊利石为主，并含有不同数量的绿泥石、蛭石、高岭石与蒙脱石等。S5并没有表现出比其上覆黄土层（L₅）和下伏黄土层（L₆）更为强烈的矿物风化，这与粒度组成、CaCO₃及磁化率的分析结果矛盾。这可能是因为每层复合古土壤层底部坚硬、致密的CaCO₃淀积层和粘化层对下渗水的滞留作用，阻碍了上伏土层中碱土金属元素和硅的淋移，抑制了矿物的风化转化。