黄土—古土壤中广泛存在硬磐状钙积石是松散岩中少有的、经历了一定成岩作用的坚硬地质体。对其成因展开研究对恢复区域内古气候和古地下水文有重要的科学意义。本文通过野外调查、放大镜下观察、偏光显微镜下观察和X射线衍射分析等方法对西安白鹿塬早更新世古土壤S₁₀和S₁₁底部硬磐状钙积石的野外产状、标本的宏观及微观组构、钙积石的矿物相特征及其古地下水文意义进行了研究。论文得到了以下成果:（1）西安白鹿塬早更新世黄土—古土壤中硬磐状钙积石一般存在于古土壤层位的底部,其厚度通常为0.3m-1m,出露长度在几十米至上百米。硬磐状钙积石与上下古土壤宏观上表现为突变接触,其上部界面通常是舒缓的波浪起伏状,较为平整,而下部界面是瘤状界面。硬磐状钙积石上下部存在明显的钙质胶结强度的差异,胶结强度的一般特征是上部高,下部低。硬磐状钙积石中的空隙除孔隙和裂隙外,还残留黄土或古土壤中的针状小孔,具有明显的残余结构。（2）偏光显微镜观测表明,黄土—古土壤中硬磐状钙积石的基底表现为强钙化和弱钙化二种基底,二者相对含量多少是决定钙积石硬度的主要因素之一。二种基底的接触线不规则,呈现港湾状、凹凸起伏等蚕蚀结构,这表明从弱钙化到强钙化过程中可能发生了交代作用。颗粒物含量很低,主要为石英、长石、粘土矿物和少量重矿物（金红石、锆石和辉石）等。在强、弱钙化的二类基底中,矿物颗粒含量的差异很大,强钙化基底中石英含量普遍低于5%,而弱钙化基底中石英含量普遍在10%-15%,这可能表明从弱钙化到强钙化的过程中有部分石英发生了溶解。胶结物以钙质胶结物为主,包括微晶和亮晶方解石,亮晶方解石具有交错栉壳结构或镶嵌式结构,一般可见到一至二个世代。孔隙主要为矿物粒间孔隙、方解石晶间孔隙和石英的溶孔。裂隙为古土壤残余的风化裂隙。此外在偏光显微镜下很少见到生物特征。（3）X射线衍射分析结果表明,钙积石粉末样品中的矿物主要为方解石、石英和粘土矿物,三种矿物占全矿物总量的85.5%-94.5%,其中方解石占36.1%-70.2%,石英占14.3%-27.8%,粘土矿物占9.1%-26.2%。粘土矿物以伊/蒙混层（占总粘土矿物的53%-75%）和伊利石（占总粘土矿物的19%-41%）为主,其次还有少量高岭石（占总粘土矿物的6%-8%）。强钙化的钙积石样品与弱钙化样品相比,方解石含量明显升高。由一种基于图像处理的孔隙统计方法得出的结果表明,S₁₀底部钙积石中增加的方解石中平均有49%与胶结作用有关,而51%与交代作用有关,S₁₁底部钙积石中增加的方解石中平均有30.9%是由胶结作用产生,而69.1%与交代作用有关。通过对比粘土矿物和方解石含量的变化推测硬磐状钙积石形成过程中可能存在粘土矿物被方解石间接交代,但交代机理有待深入研究。初步的研究表明,本文研究区内的硬磐状钙积石在其形成过程中没有发生蒙脱石向伊利石的转化。（4）论文提出了硬磐状钙积石形成于地下水环境中的观点,证据包括:（1）硬磐状钙积石的野外整体产状与古土壤含水层相近,其出露的地点很可能是地下水的渗出带;（2）在偏光显微镜下观察到硬磐状钙积石薄片中有完全充填空隙的、粒径可达数百微米的亮晶方解石,很少见到生物特征;（3）硬磐状钙积石形成时,其上部Ca CO₃含量较低且厚度较薄的黄土或古土壤不足以为沉积硬磐状钙积石提供充足的物源;（4）黄土—古土壤中硬磐状钙积石缺乏成土碳酸盐和沼泽相碳酸盐的典型特征（如层理、豆石、悬挂式胶结物、普遍的角砾化特征和典型成土型钙积石剖面等）。在此基础上提出了硬磐状钙积石的形成模式。另外,根据古土壤层S₁₀、S₁₁的厚度和S₉、S₁₂的年龄推算出二层硬磐状钙积石的形成时间约为0.78Ma和0.83Ma。