中国黄土的主要工程地质问题
A. 中国黄土建筑条件分区图（1:万）编制原则及方法的探讨
中国黄土的建筑条件分区，就是按照工业与民用建筑的专门要求，在地质成因和区划理论指导下，根据中国黄土区的自然地理条件，结合中国黄土的建筑特征资料，进行综合分析，最后以其建筑条件的差异性和共同性，概括地划分出各种类型的建筑条件区。
在中国黄土区内，工业与民用建筑物有如下的分布规律，即不仅是大城市，就是绝大多数的城镇，都聚集于河谷平原地带。
从工业与民用建筑的观点来看，不是所有的黄土地层都需要了解其建筑性质的，只有研究地表下8～15m 深度内的黄土，才有着现实的意义。
这些建筑工作者研究黄土的特点，很自然地要反映到编制黄土建筑条件分区图的原则和方法中。
黄土是第四纪时期内的大陆表层沉积物，所以分析黄土形成时的气候因素和区域地质环境，对于从大范围内，查明黄土的分布规律、存在状态和特征等，是有着首要意义的。因此，作者首先利用自然地质地理环境来反映黄土的建筑条件，但这两者之间的关系，并非是确定性的，故在区划时，第一级（地区）是以黄土的建筑条件结合自然地质地理环境作为划分的标准。其次考虑到建筑物有大多数分布在河谷平原上的规律，及其与黄土的成因、地层、地貌之间的联系，以及这些相互的联系与黄土建筑条件之间的关系，作者是利用地貌条件来反映这一级的黄土建筑条件的，但这两者之间的关系，也并非严格地确定，故第二级（区）的划分是以黄土的建筑条件结合地貌条件为依据的。再其次考虑到河谷低阶地（一、二级阶地）是建筑工程主要的实践对象，以及低阶地上的地貌和地层与黄土建筑条件之间的关系，故第三级（地带）是以黄土的建筑性质结合低阶地上的地貌和地层条件作了进一步的划分。
根据以上的原则，将我国主要的黄土分布区划分为5个地区：
1）山西地区；
2）豫西地区；
3）关中地区；
4）陕北地区；
5）陇西地区。
在每个地区内又划分为黄土高原（台塬）区和冲积平原区，计10个区。在每个冲积平原内再划分为二级阶地地带和一级阶地地带，计10个地带。
（本文原载：中国第四纪研究委员会第二届学术会议论文摘要汇编，1964年10月，第60页）
B. 黄土的岩性特征
1. 黄土的构成
自然界的黄土剖面，根据岩性特征可划分为黄土层和古土壤层，它们在垂向形成交替叠覆关系。黄土层一般为棕黄、灰黄色，粒度相对偏粗，形成于比较干冷的气候，是黄土的主要构成; 而古土壤层颜色偏红，一般为红色、棕红色、褐红色，这与成壤的程度有关，若成壤程度深颜色偏红，粒度相对较细，它形成于相对比较温湿气候。因此，野外的黄土剖面是黄土层与古土壤层交替出现的。
2. 黄土的粒度特征
中国黄土主要由 0. 05 ～0. 005mm 粒级的粉砂组成，其中以 0. 05 ～0. 01mm 的粗至中粉砂含量最高，其平均含量达 46%～60%。不同粒级的物质在黄土中含量不同， ＞ 0. 25mm 的颗粒(中砂)含量很低，变化幅度在 0. 04%～0. 61% ，0. 25～0. 05mm 的颗粒(细砂)含量不到30% ，0. 05～0. 005mm 的颗粒(粉砂)含量最高，一般达 55%～60% ， ＜ 0. 005mm(粘土)的颗粒仅占 15% ～30%。刘东生等(1965)根据黄土中细砂(0. 1 ～0. 05mm)、粉砂(0. 05 ～0. 005mm)和粘土(＜ 0. 005mm)的含量，将黄土分为砂黄土(sandy loess)、粉黄土(siltyloess)和粘黄土(claeyey loess)三类(表 7-6)。
表 7-6 砂黄土、黄土、粘黄土的划分标准
在时间上，从老到新，黄土的粒度由细变粗，粗颗粒含量增加，而粘土含量降低(表 7-7)。在空间上，黄土的粒度也具有一定的变化规律，总体上自北西向南东粒度逐渐变细，依次为砂黄土带、黄土带和粘黄土带(图 7-21)。
表 7-7 山西午城剖面各时代黄土各粒级组成平均含量
图 7-21 黄河中游黄土颗粒粗细分布带(据刘东生等，1985，转引自曹伯勋等，1995，简化)
图 7-22 黄土正态概率曲线图(据刘东生等，1985，简化)
对黄土的粒度分析表明，其正态概率曲线为细二段式，只有一个截点，出现在 5 ～6. 5Φ 之间(图 7-22)。截点把黄土的颗粒大小分成两组: Φ 值小于截点的为易悬浮粒组，大于截点的为挟持粒组和次生粒组。
3. 黄土的矿物成分特征
中国黄土的矿物成分非常复杂，包括碎屑矿物、粘土矿物和碳酸盐矿物三类。
黄土中的碎屑矿物含量最高，可占总量的 80%～90%，其中轻矿物(密度 ＜ 2. 9g/cm3)占 90%～96% ，而重矿物(密度 ＞ 2. 9 g/cm3)只占4%～7% 。在轻矿物中，主要为石英(＞ 50% 以上)、长石(29%～43% )、云母(＜ 2. 5% ); 重矿物以不透明矿物为主，主要有磁铁矿、钛铁矿、褐铁矿、角闪石、辉石等。
粘土矿物一般含量为 10%～20%，主要有伊利石、高岭石、蒙脱石、绿泥石、蛭石等，其中含量排前三位的是伊利石(46. 6%～59%)、高岭石(15. 9%～21%)和蒙脱石(4% ～11. 1% )。在古土壤中粘土矿物含量大于黄土母质层，时代早的黄土层中粘土矿物含量高于晚的黄土层。
碳酸盐矿物含量在 10% ～15%之间，主要有方解石和白云石，但中国黄土主要为方解石，白云石几乎不含或极低(在洛川)，而在欧洲、北美两者皆有，方解石的含量(60%～80%)高于白云石(20% ～30%)。碳酸盐矿物一部分来自物源区，经风搬运过来，另一部分是在当地环境下新形成的次生碳酸盐矿物，其中次生碳酸盐矿物占 80% ～90%。
4. 黄土的化学成分特征
黄土的主要化学成分取决于黄土的矿物成分和风化程度，在风化过程中可能导致一些元素的流失，引起化学成分的变化。在常量元素方面，主要为 Si、Al、Ca、Fe、Mg、K、Na 等(表 7-8)，它们的含量占到 85% 。黄土中的微量元素主要有 Ti、Mn、Sr、P、Ba、F、Zn、V、Cr、B 等几十种。
表 7-8 中国黄土的化学成分变化
中国黄土中元素的时空变化也具有一定的规律。在黄河中游地区，因受到由西北向东南风向的影响，黄土物质发生依次沉积，石英、长石含量依次降低，气候从干旱带过渡到较湿润气候，因此反映在黄土化学成分上是 SiO2、FeO、CaO、Na2O、K2O 含量相应减少，而 Al2O3和Fe2O3含量略有增加。在时间上，从老到新，黄土中 Al2O3和 Fe2O3含量存在降低的趋势，SiO2含量变化不大，而 CaO 和 FeO 的含量自下而上升高。
5. 黄土的微结构特征
黄土的微结构是指黄土中固体颗粒与孔隙的空间排列形式，它将黄土中骨骼颗粒(碎屑颗粒)、细粒物质(粘粒物质)、土壤形成物(胶膜、结核等)和孔隙之间的相互关系表现出来，反映了黄土的成土作用和土壤发生过程。黄土的微结构可分为粒状微结构(granoidic fab-ric)、斑状微结构(porphric fabric)和胶斑状微结构(cutans-porphric fabric)(图 7-23)。在黄土层中一般具有粒状微结构(表 7-9); 显著风化的黄土和古土壤一般为斑状微结构; 胶斑状微结构出现在古土壤中。
图 7-23 黄土、古土壤的微结构类型(据刘东生等，1985)
表 7-9 黄土、古土壤中的微结构特征
古土壤中的胶膜(cutans)是附着在孔隙、裂隙、孔道、团粒或骨骼碎屑颗粒的自然表面的土壤形成物。它是土壤中细粒物质扩散、移动或淀积形成的集聚物，或由于细粒物质原地变化形成的分离物，反映了土壤形成过程的真正性质。胶膜有三种: 碳酸盐胶膜、粘粒胶膜和复合胶膜。
黄土结构疏松，孔隙率高，达 40%～50%，它包括黄土中的小孔隙、裂隙、虫孔、植物根孔等。黄土的孔隙率随黄土的时代变化，越老的黄土孔隙率越低，而马兰黄土孔隙率最高。由于黄土的孔隙率高，当水体进入黄土浸润后，致使黄土中易溶盐类溶解、碎屑颗粒发生移动和旋转，孔隙缩小或封闭，导致黄土地面下陷，出现黄土特殊的工程地质性质———湿陷性。
C. 黄土高原地质存在着哪些问题
根据历史记载，几千年前，黄土高原的水土流失并不严重，大部分地方都生长着茂密的森林内和容青草，它们像被子一样覆盖在黄土层上。暴雨下来的时候，树枝树叶挡住了雨水，减弱了雨水冲刷地面的力量。同时，森林地面上的枯枝败叶和厚厚的草皮，像海绵一样吸住水分，使雨水不能到处横流；再加上树根、草根能抓住土壤，抵抗冲刷，所以黄土高原还是个水草肥美、青山秀丽的好地方。那时，黄河中的泥沙不多，为害也小。到宋代以后，这些森林和草地遭到人为的破坏，造成了大量的水土流失，而且越来越厉害。
现在，我们正在积极治理黄河：修造梯田，植树造林，筑坝拦沙……争取实现土不下坡，清水长流。
D. 中国湿陷性黄土的工程地质性质
一、前言
中国湿陷性黄土就其工程地质性质而言，可分为高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土两类。前者分布于高原（或台塬高地），为晚更新世马兰黄土，属于风积成因；后者分布在河谷，为全新世冲积黄土。
二、高原湿陷性黄土
在黄土高原地带，虽然工业建筑较少，但民用建筑、生土建筑和窑洞建筑却很多，因此，对于高原湿陷性黄土的工程地质性质进行试验研究是很有必要的。现将有关资料叙述如下。
1.颗粒成分
颗粒成分是决定黄土的工程地质性质的基本因素之一，特别是粘土成分。从分布在不同地区的资料（表1）来看，高原湿陷性黄土的颗粒成分是有区域性变化的，粘土颗粒由西而东、由北而南逐渐增加。
表1 高原湿陷性黄土的颗粒成分
2.物理性质
物理性质是工程地质性质中的一个重要组成部分，是工程措施的直接指标。现从分布在不同地区的资料（表2）来看，高原湿陷性黄土的物理性质也是有区域性变化的，如含水量和容重等存在由西而东、由北而南的变化趋势。但某些指标，如孔隙比等差别不大。
表2 高原湿陷性黄土的物理性质
续表
3.湿陷特征
湿陷性是黄土独特的工程地质性质，是评价黄土地基的重要依据，随着实际资料的积累，目前可获得如下的认识。
1）在平面分布上，由表3中得知，高原湿陷性黄土的相对湿陷系数值是存在着明显的区域性变化的，并且有由西而东、由北而南、从大变小的趋势。
表3 高原湿陷性黄土的相对湿陷系数
2）垂直剖面上，由表3和图1中得知，相对湿陷系数值是随深度增加而减小的，一般在近地表为最大，往下就反复地变小，至一定的深度时，湿陷性基本消失，而过渡到非湿陷性土层。这个消失的深度界限，是随地区的不同而不同的，明显地反映了区域性的差异。但总的看来，这个界限一般在10～16m的深度内。建立这个概念，对地基的评价是非常重要的，因为在高原区，黄土层的厚度很大，常达百米以上，过去曾有人认为，黄土层的厚度与湿陷层的厚度是等同的，现在看来，这是不正确的。
三、河谷湿陷性黄土
工业与民用建筑广泛坐落在黄土河谷平原地带，这里是建筑部门的研究重点，我们曾对分布在不同地区具有代表性的重工业城市开始了调查和试验工作，现简述如下。
1.试验场地的简况
试验场地地质地貌简况示于表4。
表4 试验场地的地质地貌简况
续表
图1 相对湿陷系数随深度变化图
1—太原；2—乾县；3—兰州
2.物质成分
（1）颗粒成分
颗粒成分所采取的分析方法是密度计法，其结果列于表5。
表5 河谷湿陷性黄土的颗粒成分
从表5中可以获得这样的认识，就大范围而言，分布在河谷平原的湿陷性黄土，其粘土的含量与高原湿陷性黄土的分布规律一样，存在着由西而东、由北而南逐渐增加的总趋势。
（2）粘土矿物成分
从粘土矿物成分的分析资料（表6）来看，3个场地黄土的粘土矿物，主要都是伊利石，但其含量各地不同。这从粘土矿物的化学分析中也得到反映。
表6 河谷湿陷性黄土的粘土矿物成分
（3）化学成分
化学成分的分析结果及其特征，可从表7中看出如下几点：
1）化学成分在这3个场地是有差别的，尤其对黄土工程地质性质有重大影响的易溶盐、中溶盐和交换容量等有较大差别。
2）易溶盐的含盐量，以兰州为最大，其次是西安，再次是太原，同时兰州含有大量的易溶性的硫酸根离子，而西安和太原则含量微弱；再以介质溶液的pH 值来看，兰州较西安和太原为小，故兰州为硫酸盐型的黄土，而西安和太原为碳酸盐型的黄土。
3）中溶盐（石膏）在兰州的黄土中含量较多，而在西安和太原的黄土中就没有。
表7 河谷湿陷性黄土的化学成分
3.物理力学性质
物理力学性质的特征见表8、表9。
表8 河谷湿陷性黄土的物理性质
表9 河谷湿陷性黄土的力学性质
1）在物理指标中，含水量等存在着较大的区域性差异，且一般有由西而东、由北而南、从小变大的趋势。但孔隙比等，在某几个地方又基本上是相似的。
2）在力学指标中，凝聚力、内摩擦角的区域性变化较小，但野外的形变模量变化范围很大。
4.湿陷特征
近些年来，对湿陷性的认识有了新的发展，除了相对湿陷系数这个指标外，还新添了湿陷起始压力的指标。
（1）相对湿陷系数
1）在平面分布上：从表10中得知，河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数与高原上的湿陷性黄土一样，也存在着区域性变化和一般的由西而东、由北而南、从大变小的趋势。
2）在垂直剖面上：由表10和图2中得知，河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数与高原上的湿陷性黄土一样也存在着随深度增大而减小的规律。一般在地表为最大，往下就反复地变小，至一定深度时，湿陷性就要消失。湿陷性消失的深度是有区域特征的，具有西深而东浅的变化趋势，但总的看，它一般都消失在地表下10～15m的深度内。
表10 河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数
图2 相对湿陷系数随深度变化图
1—太原；2—兰州；3—西安
（2）湿陷起始压力
湿陷起始压力，在我国已发展成为一个有实用意义的力学指标。从表11来看，它也存在着显著的区域性特征，并也有一般的由西而东、由北而南、从小变大的趋势。
表11 灌谷湿陷性黄土的湿陷起始压力
四、几点认识
1）高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土，在不同地区内，其工程地质性质具有区域性的差异。且在区域性的基础上，大致都存在着由西而东、由北而南的方向性变化趋势。
2）高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土，在同一地区内的工程地质性质是存在着类别上的差异的。
3）不同地区的高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土的工程地质性质是既存在类别上的差异，又存在区域上的差异的。
4）在区域性的差异上，河谷湿陷性黄土远较高原湿陷性黄土的差异要大。这是由于前者的沉积环境远比后者的沉积环境复杂。
5）我国湿陷性黄土的工程地质性质是存在着方向性和地区性的变化特征的，这是由于各地在黄土堆积时的古地理、古气候、沉积环境、发育历史及人类活动等因素的不同所致。因此，在建筑时，要区别对待，因地制宜。
6）在反映方向性和区域性的差异上，若简单地以物理力学性质或以单一指标去了解，则这种内在的方向性或区域性规律就难于识别，只有把这种因素中的各个特征指标联系起来，作出综合的工程地质性质的评价，才能把握其规律。因为黄土是自然作用的产物，它一方面是具有一定物理力学性质，一定的物质成分和组织结构的自然体系；另一方面又是在地质历史过程中形成，且在天然和人为因素影响下，不断改变的自然地质体。这种以黄土的形成、发展，以及相互联系的全面观点所揭露出的我国湿陷性黄土的区域性和方向性的规律，对于今后的科学研究和生产实践，将会起到重要的作用。
参考文献
刘东生，张宗祜.1962.中国的黄土.地质学报，42（1）
刘东生等.1965.中国的黄土堆积.北京：科学出版社
张宗祜.1962.中国黄土类土湿陷性及渗透性基本特征.中国地质，（12）
（本文原载：《中国第四纪研究》，1985年，第六卷，第二期，139～145页）
E. 黄土工程地质性质的介绍
黄土工程地质性质（engineering geological property of loess）是指与黄土分布区工程建设施工及建筑物稳定条件密切相关的回黄土的特殊性答质，如黄土的湿陷性、压缩性、抗剪强度等。
F. 黄土地区的主要的工程地质问题是什么
研究地形的起伏和地面水的积聚、排泄条件，调查洪水淹没范围及其发生规律；内
划分不容同的地貌单元，确定其与黄土分布的关系，查明湿陷凹地、黄土溶洞、滑坡、崩坍、冲沟、泥石流及地裂缝等不良地质现象的分布、规模、发展趋势及其对建设的影响；
划分黄土地层或判别新近堆积黄土，应符合规定；
调查地下水位的深度、季节性变化幅度、升降趋势及其与地表水体、灌溉情况和开采地下水强度的关系；
调查既有建筑物的现状；
了解场地内有无地下坑穴，如古墓、井、坑、穴、地道、砂井和砂巷等。
G. 黄土工程性质
黄土工程地质(engineering geological property of loess)是指与黄土分布区工程建设施工及建筑物稳定条件密切相关的黄土的特殊性质，如黄土的湿陷性、压缩性、抗剪强度等。黄土的工程地质性质要阐明了许多出现的问题。基本内容
①黄土一般的工程地质指标，主要包括黄土的物理性质、化学性质和力学性质三大指标；②不同地貌单元、不同时代、不同成因类型的黄土的粒度成分、湿陷性及与湿陷性有关的特殊性质，不同区段内的黄土的湿陷性的评价；③结合区内工程建设进行区域黄土工程地质条件的评价及黄土工程地质区域的划分。在对黄土高原多次暴雨洪水灾害调研的基础上，提案指出：黄土高原水保措施基本能应对一般侵蚀性降雨，但抵御特大暴雨能力有限。由于黄土高原的水资源匮乏，长期以雨洪资源化为主要目标，存在“重蓄轻排”问题，较少考虑流域各地貌单元之间的汇水连通关系，加上工农业生产挤占沟道与河道，进一步导致了流域洪水泥沙连通性的恶化。在极端暴雨条件下，洪水超出流域蓄水能力，土壤侵蚀与洪涝灾害愈发严重，坡耕地沟蚀广布、梯田被严重破坏，在承接上方汇流的部位形成切沟或造成滑坡，庄稼被淹淤埋，淤地坝排水建筑物及坝体被冲毁，甚至淹没下游村庄、城镇，危及人民生命财产安全。同时，大多数流域无整体蓄水与排洪规划，水窖、坝库等措施的蓄水量无法与小流域用水需求相协调，既不能抵御极端暴雨洪水灾害，也不能有效搜集和利用雨洪资源，甚至一度造成“不下雨就干旱，一下雨就水灾”的尴尬局面。
H. 简述湿陷性黄土的基本工程地质性质
陷性黄土是一复种特殊性质制的土，其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时，一般强度较高，压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿，土结构会迅速破坏，产生较大附加下沉，强度迅速降低。故在湿陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害
I. 常见的工程地质问题有哪些
工程地质问题是指已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题称为工程地质问题。由于工程地质条件复杂多变，不同类型的工程对工程地质条件的要求又不尽相同，所以工程地质问题是多种多样的。就土木工程而言，主要的工程地质问题包括：
（1） 地基稳定性问题：是工业与民用建筑工程常遇到的主要工程地质问题，它包括强度和变形两个方面。此外岩溶、土洞等不良地质作用和现象都会影响地基稳定。铁路、公路等工程建筑则会遇到路基稳定性问题。
（2） 斜坡稳定性问题：自然界的天然斜坡是经受长期地表地质作用达到相对协调平衡的产物，人类工程活动尤其是道路工程需开挖和填筑人工边坡（路堑、路堤、堤坝、基坑等），斜坡稳定对防止地质灾害发生及保证地基稳定十分重要。斜坡地层岩性、地质构造特征是影响其稳定性的物质基础，风化作用、地应力、地震、地表水、和地下水等对斜坡软弱结构面作用往往破环斜坡稳定，而地形地貌和气候条件是影响其稳定的重要因素。
（3） 洞室围岩稳定性问题：地下洞室被包围于岩土体介质（围岩）中，在洞室开挖和建设过程中破坏了地下岩体原始平衡条件，便会出现一系列不稳定现象，常遇到围岩塌方、地下水涌水等。一般在工程建设规划和选址时要进行区域稳定性评价，研究地质体在地质历史中受力状况和变形过程，做好山体稳定性评价，研究岩体结构特性，预测岩体变形破坏规律，进行岩体稳定性评价以及考虑建筑物和岩体结构的相互作用。这些都是防止工程失误和事故，保证洞室围岩稳定所必需的工作。
（4） 区域稳定性问题：地震、震陷和液化以及活断层对工程稳定性的影响，自1976年唐山地震后越来越引起土木工程界的注意。对于大型水电工程、地下工程以及建筑群密布的城市地区，区域稳定性问题应该是需要首先论证的问题。
J. 黄土地区地质概况
黄土高原
（Loess Plateau）
在中国北方,它东起太行山，西至乌鞘岭，南连秦岭，北抵长城,主要包括山西、陕西、以及甘肃、青海、宁夏、河南等省部分地区,面积40万平方公里,为世界最大的黄土堆积区。黄土厚50—180米,气候较干旱,降水集中,植被稀疏,水土流失严重。黄土高原矿产丰富,煤、石油、铝土储量大。
编辑本段北风送土
关于黄土的来源，长期以来，中外学者有过不同的争论。其中，以“风成说”比较令人信服。认为黄土来自北部和西北部的甘肃、宁夏和蒙古高原以至中亚等广大干旱沙漠区。这些地区的岩石，白天受热膨胀，夜晚冷却收缩，逐渐被风化成大小不等的石块、沙子和粘土。同时这些地区，每逢西北风盛行的冬春季节，狂风骤起、飞沙走石，尘土蔽日。粗大的石块残留在原地成为“戈壁”，较细的沙粒落在附近地区，聚成片片沙漠，细小的粉沙和粘土，纷纷向东南飞扬，当风力减弱或迂秦岭山地的阻拦便停积下来，经过几十万年的堆积就形成了浩瀚的黄土高原。根据黄土堆积环境的不同，可将我国黄士发育分为三个时期：早更新世，相当于第一次冰期，气候比新第三纪干寒，发生午城黄土堆积；中更新世，发生第二次冰期，气候进一步变干，堆积了离石黄土，范围广、土层厚；晚更新世第三次冰期，气候更加干寒，堆积了马兰黄土，厚度虽小，但分布范围更广，南方称下蜀黄土。进入全新世，气候转为暖湿，疏松的黄土层，经流水侵蚀，形成了沟壑纵横、梁、峁广布的破碎地表。
科学在不断发展，近年来科学家发现许多现象是黄土风成学说无法解释的。譬如，黄土中粗粉沙含量由西北向东南递减，黏土的含量却从西北向东南递增，这种自西北向东南的有规律的排列呈叠瓦阶梯状的分布过渡，而不是平面模糊过渡。这种叠瓦阶梯状的分布过渡更像是洪水的杰作等等。
为了解黄土高原的“变脸”过程，专家们特意到黄土高原西部甘肃静宁县、秦安县、定西县等地采集黄土高原6个典型地质剖面的黄土标本，从中获得了700余块孢粉样本和209块表土孢粉样本，这近千份孢粉样本大约记录了公元前4.6万年至今黄土高原植被变迁过程。通过对碳14的测量，在6个典型剖面中共测得年代34个。经过分析，专家们发现，从黄土高原采集的20克样品中最多分离出孢粉颗粒达到1112粒左右，最少的则不足50粒，显示着4万多年来，环境和植被出现了巨大的变化过程。
李春海说，从孢粉的分析来看，发现了松、云杉、冷杉、铁杉、栎、菊科等数十种植物孢粉的记录，专家们认为黄土高原在最初的时候并不姓“黄”，在4.6万年的历史中，有一多半的时间，黄土高原是森林和草原的成分相互消长，在这段时间里，黄土高原经历过多次快速的“变脸”———历经过草原、森林草原、针叶林以及荒漠化草原和荒漠等多次转换。
黄土高原的形成和青藏高原的隆升，加快了侵蚀和风化的速度，在高原周围的低洼地区堆积了大量卵石、沙子和更细的颗粒。每当大风骤起，在西部地区便形成飞沙走石、尘土弥漫的景象。被卷起的沙和尘土依次沉降，颗粒细小的粉尘最后降落到黄土高原区域，形成了一条荒凉地带。
印度板块向北移动与亚欧板块碰撞之后，印度大陆的地壳插入亚洲大陆的地壳之下，并把后者顶托起来。从而喜马拉雅地区的浅海消失了，喜马拉雅山开始形成并渐升渐高，青藏高原也被印度板块的挤压作用隆升起来。
然而东西走向的喜马拉雅山挡住了印度洋暖湿气团的向北移动，久而久之，中国的西北部地区越来越干旱，渐渐形成了大面积的沙漠和戈壁。这里就是堆积起了黄土高原的那些沙尘的发源地。体积巨大的青藏高原正好耸立在北半球的西风带中，240万年以来，它的高度不断增长着。青藏高原的宽度约占西风带的三分之一，把西风带的近地面层分为南北两支。南支沿喜马拉雅山南侧向东流动，北支从青藏高原的东北边缘开始向东流动，这支高空气流常年存在于3500—7000米的高空，成为搬运沙尘的主要动力。与此同时，由于青藏高原隆起，东亚季风也被加强了，从西北吹向东南的冬季风与西风急流一起，在中国北方制造了一个黄土高原。