遼寧北部至內(nèi)蒙古東南部地區(qū)晚更新世風(fēng)成砂與烏爾吉組的研究

趙辰，李東濤，劉錦，彭游博，李玉超，周力平

（1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧 沈陽(yáng) 110031；2.北京大學(xué)地表過(guò)程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871）

遼寧北部至內(nèi)蒙古東南部地區(qū)晚更新世風(fēng)成砂與烏爾吉組的研究

趙辰1，李東濤1，劉錦1，彭游博1，李玉超1，周力平2

（1.遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，遼寧 沈陽(yáng) 110031；2.北京大學(xué)地表過(guò)程分析與模擬教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871）

根據(jù)最新的光釋光測(cè)試結(jié)果及產(chǎn)出化石的年代，烏爾吉組的年代應(yīng)為中更新世.烏爾吉組巖性以灰黃色砂、亞砂土為主，孔隙及柱狀節(jié)理發(fā)育，夾不規(guī)則姜塊狀鈣質(zhì)結(jié)核，主要分布于內(nèi)蒙古通遼白音花和遼寧阜新舊廟地區(qū).上更新統(tǒng)風(fēng)積物以土黃色細(xì)粉砂、深灰色粉砂為主，弱固結(jié)，柱狀節(jié)理發(fā)育，不夾姜塊狀鈣質(zhì)結(jié)核，主要分布在內(nèi)蒙古庫(kù)倫旗以北、科爾沁左翼后旗等地區(qū).

烏爾吉組；中更新世；上更新統(tǒng)風(fēng)積物；姜狀鈣質(zhì)結(jié)核；遼寧；內(nèi)蒙古

0 引言

本次1∶25萬(wàn)阜新市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作于內(nèi)蒙古庫(kù)倫旗、白音花及遼寧省阜新市舊廟等地區(qū)對(duì)兩套存在爭(zhēng)議的風(fēng)成砂進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比研究（圖1）.

鈣質(zhì)結(jié)核主要是碳酸鈣組成的結(jié)核狀自生沉積物，結(jié)核主要是在半干旱的平原或低地的土壤中由蒸發(fā)或者淋濾作用而形成的.鈣質(zhì)結(jié)核大多形成于上層滯水帶，含有碳酸的雨水滲入上層滯水帶，通過(guò)含碳酸鹽的沉積物而淋濾，溶解了部分CaCO3.

1996年長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院在阜新舊廟地區(qū)將一套夾姜狀鈣質(zhì)結(jié)核的風(fēng)成砂厘定為上更新統(tǒng)風(fēng)成砂（Qp31seol）??長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院.1∶5萬(wàn)舊廟鎮(zhèn)幅（K51E010007）、沙寶臺(tái)幅（K51E010008）、哈爾套幅（K51E010009）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.1996.；2000年內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院在舊廟及通遼白音花地區(qū)將這套夾姜狀鈣質(zhì)結(jié)核的風(fēng)成砂厘定為烏爾吉組（Qp32w）??內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院.1∶5萬(wàn)白音花幅（K51E009007）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2000.?遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院.1∶25萬(wàn)阜新市幅（K51C002002）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2013.；之后一些區(qū)調(diào)項(xiàng)目在通遼白音花以北的庫(kù)倫旗地區(qū)將不夾姜狀鈣質(zhì)結(jié)核的風(fēng)成砂厘定為上更新統(tǒng)風(fēng)成砂（Qp31seol）（表1）.

圖1 研究區(qū)位置及地質(zhì)略圖Fig.1Geologic sketch map with location of the studied area

前人對(duì)這兩套風(fēng)成砂的厘定較混亂，本次1∶25萬(wàn)阜新市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作系統(tǒng)全面地對(duì)夾姜狀鈣質(zhì)結(jié)核的風(fēng)成砂和不夾姜狀鈣質(zhì)結(jié)核的兩套風(fēng)成砂進(jìn)行對(duì)比研究，并取樣進(jìn)行光釋光測(cè)年，進(jìn)一步對(duì)其年代進(jìn)行確定.

表1 區(qū)域地層沿革表Table 1Evolution of regional stratigraphic division

1 地質(zhì)背景

上更新統(tǒng)風(fēng)積物（Qp31seol）在庫(kù)倫旗、科爾沁左翼后旗一帶比較發(fā)育，分布在山坡上、山間的低洼處或溝谷的兩側(cè)，主要為土黃色細(xì)粉砂和深灰色粉砂，具弱固結(jié)，夾有少量黏土質(zhì)、腐殖質(zhì)，柱狀節(jié)理發(fā)育.厚度變化較大，一般在1～15 m之間.在一些切割較深的溝谷兩側(cè)，在黃土底部發(fā)育有土黃色、灰白色礫石層??內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院.1∶5萬(wàn)白音花幅（K51E009007）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2000.?遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院.1∶25萬(wàn)阜新市幅（K51C002002）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2013..烏爾吉組由內(nèi)蒙古地礦局于赤峰北部的巴林左旗碧流臺(tái)地區(qū)創(chuàng)名，時(shí)代定為晚更新世，主要巖性為黃土狀亞砂土，產(chǎn)猛犸象、披毛犀化石［1］.

在本次工作區(qū)域內(nèi)，主要于內(nèi)蒙古白音花、阜新舊廟地區(qū)出露，厚度大于30 m，巖性以灰黃色細(xì)粉砂、亞砂土為主，疏松—半固結(jié)狀態(tài)，孔隙及柱狀節(jié)理發(fā)育.較多地段富含不規(guī)則姜塊狀鈣質(zhì)結(jié)核（圖2）.部分地段夾有砂礫石透鏡體??內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院.1∶5萬(wàn)白音花幅（K51E009007）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2000.?遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院.1∶25萬(wàn)阜新市幅（K51C002002）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2013..

圖2 灰黃色亞砂土夾鈣質(zhì)結(jié)核Fig.2Grayish yellow sand loam with calcareous concretions

赤峰巴林左旗烏爾吉地區(qū)烏爾吉組建組剖面［1］（圖3）：

圖3 烏爾吉組建組剖面Fig.3The stratotype section of Wuerji Formation

本次工作于內(nèi)蒙古庫(kù)倫旗崗營(yíng)子地區(qū)修測(cè)烏爾吉組剖面??遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院.1∶25萬(wàn)阜新市幅（K51C002002）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.2013.（圖4）：

圖4 烏爾吉組垂相剖面Fig.4The column of Wuerji Formation

中更新世，工作區(qū)附近的物源（粉砂級(jí)石英、長(zhǎng)石、方解石等）產(chǎn)生在物理風(fēng)化強(qiáng)烈的河道河床.粉塵在高空氣流和近地面風(fēng)共同作用下，以塵暴形式懸移，運(yùn)途中粉塵因氣流下降并按顆粒大小分異沉降.由于中更新世時(shí)期，區(qū)內(nèi)雨水較多，氣候較濕潤(rùn)，風(fēng)成黃土的上層滯水帶受到多次的雨水淋濾，形成姜狀的鈣質(zhì)結(jié)核［2］.這樣，形成中更新統(tǒng)烏爾吉組.

晚更新世，新物源繼續(xù)由風(fēng)及高空氣流搬運(yùn)至工作區(qū).由于晚更新世時(shí)期雨水較少，氣候干旱，新形成的風(fēng)成黃土未經(jīng)過(guò)多次雨水淋濾，未產(chǎn)生姜狀鈣質(zhì)結(jié)核.這樣，形成上更新統(tǒng)風(fēng)成砂.

二者具體接觸關(guān)系在野外工作區(qū)內(nèi)并未明顯發(fā)現(xiàn).

2 區(qū)域?qū)Ρ?/h2>

寧城縣位于內(nèi)蒙古自治區(qū)南部，地處燕山山脈東段北緣，內(nèi)蒙古、遼寧、河北三省（區(qū)）交界處，屬于松遼平原與內(nèi)蒙古高原的過(guò)渡帶.

寧城地區(qū)一般以赤峰黃土為代表，巖性上主要為一套棕紅色的亞黏土（古土壤層）和棕黃色的亞粉砂層（黃土層）構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較緊密，偶見(jiàn)鈣質(zhì)結(jié)核，大小不等，一般約為10 cm［3］.

通過(guò)剖面對(duì)比（圖5），傳統(tǒng)意義上的中更新世“老寧城黃土”巖性組合及地貌特點(diǎn)均與赤峰北部地區(qū)和阜新北部地區(qū)的烏爾吉組類似，且烏爾吉組最新的光釋光年齡為中更新世，所以此套“老黃土”極有可能為現(xiàn)定義的烏爾吉組.這樣，烏爾吉組得到了更好的延展.

圖5 寧城收費(fèi)站烏爾吉組剖面對(duì)比柱狀圖Fig.5Comparison between the columns of Wuerji Formation in Ningcheng

3 光釋光測(cè)年樣品的采集

本次第四系測(cè)年工作采取光釋光測(cè)年法，此方法主要優(yōu)點(diǎn)是大大簡(jiǎn)化了殘余測(cè)年信號(hào)的復(fù)雜問(wèn)題.這一方法的測(cè)年信號(hào)是由閃光作用于樣品上產(chǎn)生的，因此把該信號(hào)稱為光釋光（OSL）.

本次工作采集了兩個(gè)風(fēng)成砂樣品（表2）作分析.樣品采集都是用鋼化管鉆洞取樣，以避免在取樣時(shí)曝光.采得的樣品立即用黑色的厚層塑料盒包裝［4］.

表2 采樣登記Table 2Log of sampling

4 光釋光測(cè)年方法

4.1 測(cè)量礦物提取

在實(shí)驗(yàn)室暗室中，削去樣品表面曝光部分，保留中心部位樣品.在實(shí)驗(yàn)室用H2O2和HCl分別去除樣品中的有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽類物質(zhì).粗粒（125～180 μm，180～250 μm）和中粒（45～63 μm）的混合礦物用濕篩法得到.中粒組分用40%的氟硅酸去除其中的長(zhǎng)石成分，粗粒組分用30%氫氟酸去除其中的長(zhǎng)石成分得到石英.石英組分的純度用紅外光釋光檢驗(yàn).最后，用硅膠將樣品粘貼在直徑約1 cm的圓鋁片上供測(cè)量用.

4.2 等效劑量測(cè)量

石英顆粒的釋光測(cè)量在Risφ-TL/OSL-20釋光測(cè)量?jī)x上進(jìn)行,激發(fā)光為藍(lán)光（470±30 nm），光電倍增管前的兩個(gè)濾光片為U-340.混合礦物顆粒的等效劑量測(cè)量在Risφ-TL/OSL-20上進(jìn)行,采用紅外激發(fā)（875 nm），光電倍增管前的兩個(gè)濾光片為Scott7-59/ BG39.測(cè)量?jī)x器上附帶放射性β源90Sr/90Y，所有人工放射性輻照都在該儀器上進(jìn)行.

石英顆粒的等效劑量測(cè)量采用單片再生法（SAR），再生劑量和檢測(cè)劑量測(cè)量前的預(yù)熱溫度分別為240°C-60 s和220°C-0 s，測(cè)量溫度為125°C-40 s.

混合礦物顆粒的等效劑量測(cè)量采用紅外后高溫紅外法（PIR-IRSL），釋光信號(hào)來(lái)自樣品中的長(zhǎng)石礦物.再生劑量和檢測(cè)劑量測(cè)量前的預(yù)熱溫度為320°C-60 s，低溫紅外釋光和高溫紅外釋光測(cè)量溫度分別為200°C-200 s和290°C-200 s.測(cè)量后加高溫紅外清洗在325°C-100 s條件下完成.

測(cè)量樣品45～63 μm石英藍(lán)光釋光衰減曲線前0.64 s信號(hào)以對(duì)光曬退較敏感的快組分信號(hào)為主，適宜應(yīng)用SAR方法進(jìn)行等效劑量測(cè)量（圖6、7）.

圖6 L2316中粒混合礦物衰減曲線Fig.6Decay curve of medium-grained polymineral of L2316

圖7 L2318樣品中粒石英衰減曲線Fig.7Decay curve of medium-grained quartz of L2318

4.3 年劑量測(cè)量

年劑量率通過(guò)測(cè)得的樣品U、Th、K元素濃度，結(jié)合含水量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算.U、Th、K元素濃度在中國(guó)原子能科學(xué)研究院通過(guò)中子活化技術(shù)進(jìn)行分析.含水量根據(jù)實(shí)測(cè)含水量進(jìn)行估計(jì)，誤差設(shè)置為5%.α射線對(duì)45～63 μm石英顆粒的輻射效率a值取0.04±0.02，對(duì)混合礦物顆粒的輻射效率a值取0.08±0.02（圖8、9）.

圖8 L2316中粒混合礦物生長(zhǎng)曲線Fig.8Growth curve of medium-grained polymineral of L2316

圖9 L2318樣品中粒石英生長(zhǎng)曲線Fig.9Growth curve of medium-grained quartz of L2318

5 測(cè)年結(jié)果

根據(jù)釋光測(cè)量得到的古劑量和基于樣品鈾/釷/鉀含量分析得到的年劑量計(jì)算光釋光年齡，計(jì)算結(jié)果列于表3.

本次工作在內(nèi)蒙古庫(kù)倫北部地區(qū)采集上更新統(tǒng)風(fēng)積物中的灰黑色粉砂進(jìn)行光釋光測(cè)年，其年齡值為23.3±1.8 ka.根據(jù)最新國(guó)際地層表規(guī)定，該成因單位時(shí)代應(yīng)為晚更新世，所以本次區(qū)調(diào)工作將該成因單位定為上更新統(tǒng)風(fēng)積物（Qp31seol）.

對(duì)內(nèi)蒙古白音花地區(qū)采集的烏爾吉組中的土黃色粉砂進(jìn)行光釋光測(cè)年，其年齡值為169±13 ka.根據(jù)最新國(guó)際地層表規(guī)定，該組時(shí)代應(yīng)為中更新世，所以本次工作在結(jié)合前人資料的基礎(chǔ)上將該組重新厘定為中更新統(tǒng)烏爾吉組（Qp22w）.

表3 光釋光年齡測(cè)定結(jié)果Table 3Results of OSL dating

6 成果與結(jié)論

前人在白音花、舊廟等地區(qū)，將夾姜狀鈣質(zhì)結(jié)核的一套風(fēng)積物以不同方案命名.長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院將這套風(fēng)積物定為上更新統(tǒng)風(fēng)成砂；內(nèi)蒙古地調(diào)院定為烏爾吉組.此舉出現(xiàn)同物異名的問(wèn)題，易混淆，給后續(xù)的地質(zhì)工作造成諸多不便.

本次區(qū)調(diào)工作進(jìn)一步從巖性組合、年代等方面對(duì)烏爾吉組與上更新統(tǒng)風(fēng)積物加以區(qū)分，并對(duì)烏爾吉組的年代進(jìn)行重新厘定.

（1）根據(jù)最新的光釋光測(cè)試結(jié)果，烏爾吉組時(shí)代為中更新世，且該組披毛犀、猛犸象等化石在地層時(shí)代上從早更新世至晚更新世，所以本次工作將該組重新厘定為烏爾吉組（Qp22w）.

（2）烏爾吉組以灰黃色砂、亞砂土為主，疏松—半固結(jié)狀態(tài)，孔隙及柱狀節(jié)理發(fā)育，夾不規(guī)則姜塊狀鈣質(zhì)結(jié)核，主要分布于白音花、舊廟地區(qū).進(jìn)而說(shuō)明，該時(shí)期工作區(qū)內(nèi)雨水多，氣候較濕潤(rùn).

野外考察

（3）上更新統(tǒng)風(fēng)積物為傳統(tǒng)意義上的“老風(fēng)成砂”，以土黃色細(xì)粉砂、深灰色粉砂為主，弱固結(jié)，夾有少量黏土質(zhì)、腐殖質(zhì)，柱狀節(jié)理發(fā)育，不夾姜塊狀鈣質(zhì)結(jié)核，主要分布在庫(kù)倫以北、科爾沁左翼后旗等地區(qū).進(jìn)一步說(shuō)明該時(shí)期工作區(qū)內(nèi)雨水較少，氣候較干旱.

（4）內(nèi)蒙古寧城地區(qū)傳統(tǒng)意義上的中更新統(tǒng)“老寧城黃土”巖性組合、地貌特點(diǎn)均與赤峰北部地區(qū)、阜新北部地區(qū)的烏爾吉組類似，且烏爾吉組最新的光釋光年齡為中更新世，所以此套“老黃土”極有可能為現(xiàn)定義的烏爾吉組.這樣，烏爾吉組更好地得到了延展.

［1］陸有泉.烏爾吉晚更新世動(dòng)物群和古生態(tài)環(huán)境［J］.古脊椎動(dòng)物學(xué)報(bào), 1986,24（2）:152—162.

［2］曹伯勛.地貌學(xué)及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)［M］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社, 1995.

［3］肖美琴.內(nèi)蒙古寧城縣第四紀(jì)地質(zhì)研究［M］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2010.

［4］Stokes S,Gaylord D R.光釋光測(cè)定全新世沙丘砂的沉積年齡——以美國(guó)懷俄明州費(fèi)里斯沙地為例［J］.地震地質(zhì)譯叢,1994,16（4）: 26—33.

STUDY OF THE LATE PLEISTOCENE EOLIAN SEDIMENTS AND WUERJI FORMATION IN THE AREA FROM NORTHERN LIAONING TO SOUTHEASTERN INNER MONGOLIA

ZHAO Chen1,LI Dong-tao1,LIU Jin1,PENG You-bo1,LI Yu-chao1,ZHOU Li-ping2
（1．Liaoning Institute of Geology And Mineral Resources Exploration,Shenyang 110031,China;2．Laboratory for Earth Surface Processes,Ministry of Education,Peking University,Beijing 100871,China）

Based on the results of the latest OSL tests and fossil occurrences,the time of Wuerji Formation is judged as MiddlePleistocene.Lithologically,theWuerji Formation is dominated by grayish-yellow sand and sand loam,developed with porosities,columnar joints and irregular ginger-like calcareous concretions.The strata are mainly distributed in Baiyinhua area in Tongliao City,Inner Mongolia,as well as in Jiumiao area in Fuxin City,Liaoning Province.The Upper Pleistocene eolian sediments are composed of mainly yellowish-brown fine slit and dark gray silt,with weak consolidation and developed columnar joints,but without ginger-like calcareous concretions.These strata are distributed mainly in the north of Hure Qi andHorqinZuoyiHouqiofInnerMongolia.

Wuerji Formation;Middle Pleistocene;Upper Pleistocene eolian sediment;ginger-like calcareous concretions; Liaoning;InnerMongolia

1671-1947（2014）03-0266-06

P588.21；P539

A

2014－01－14；

2014-04-15.編輯：張哲．

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“遼寧1∶25萬(wàn)阜新市（K51C002002）幅區(qū)調(diào)修測(cè)”項(xiàng)目（編號(hào)1212011120728）資助.

趙辰（1988—），男，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)寧山中路42號(hào)，E-mail//aaron198807@163.com