遼寧北部至內蒙古東南部地區晚更新世風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.遼寧省地質礦產調查院，遼寧 沈陽 110031；2.北京大學地表過程分析與模擬教育部重點實驗室，北京 100871）

遼寧北部至內蒙古東南部地區晚更新世風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.遼寧省地質礦產調查院，遼寧 沈陽 110031；2.北京大學地表過程分析與模擬教育部重點實驗室，北京 100871）

根據最新的光釋光測試結果及產出化石的年代，烏爾吉組的年代應為中更新世.烏爾吉組巖性以灰黃色砂、亞砂土為主，孔隙及柱狀節理發育，夾不規則姜塊狀鈣質結核，主要分布于內蒙古通遼白音花和遼寧阜新舊廟地區.上更新統風積物以土黃色細粉砂、深灰色粉砂為主，弱固結，柱狀節理發育，不夾姜塊狀鈣質結核，主要分布在內蒙古庫倫旗以北、科爾沁左翼后旗等地區.

烏爾吉組；中更新世；上更新統風積物；姜狀鈣質結核；遼寧；內蒙古

0 引言

本次1∶25萬阜新市幅區域地質調查工作于內蒙古庫倫旗、白音花及遼寧省阜新市舊廟等地區對兩套存在爭議的風成砂進行進一步對比研究（圖1）.

鈣質結核主要是碳酸鈣組成的結核狀自生沉積物，結核主要是在半干旱的平原或低地的土壤中由蒸發或者淋濾作用而形成的.鈣質結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，通過含碳酸鹽的沉積物而淋濾，溶解了部分CaCO3.

1996年長春地質學院在阜新舊廟地區將一套夾姜狀鈣質結核的風成砂厘定為上更新統風成砂（Qp31seol）??長春地質學院.1∶5萬舊廟鎮幅（K51E010007）、沙寶臺幅（K51E010008）、哈爾套幅（K51E010009）區域地質調查報告.1996.；2000年內蒙古地質調查院在舊廟及通遼白音花地區將這套夾姜狀鈣質結核的風成砂厘定為烏爾吉組（Qp32w）??內蒙古地質調查院.1∶5萬白音花幅（K51E009007）區域地質調查報告.2000.?遼寧省地質礦產調查院.1∶25萬阜新市幅（K51C002002）區域地質調查報告.2013.；之后一些區調項目在通遼白音花以北的庫倫旗地區將不夾姜狀鈣質結核的風成砂厘定為上更新統風成砂（Qp31seol）（表1）.

圖1 研究區位置及地質略圖Fig.1Geologic sketch map with location of the studied area

前人對這兩套風成砂的厘定較混亂，本次1∶25萬阜新市幅區域地質調查工作系統全面地對夾姜狀鈣質結核的風成砂和不夾姜狀鈣質結核的兩套風成砂進行對比研究，并取樣進行光釋光測年，進一步對其年代進行確定.

表1 區域地層沿革表Table 1Evolution of regional stratigraphic division

1 地質背景

上更新統風積物（Qp31seol）在庫倫旗、科爾沁左翼后旗一帶比較發育，分布在山坡上、山間的低洼處或溝谷的兩側，主要為土黃色細粉砂和深灰色粉砂，具弱固結，夾有少量黏土質、腐殖質，柱狀節理發育.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，在黃土底部發育有土黃色、灰白色礫石層??內蒙古地質調查院.1∶5萬白音花幅（K51E009007）區域地質調查報告.2000.?遼寧省地質礦產調查院.1∶25萬阜新市幅（K51C002002）區域地質調查報告.2013..烏爾吉組由內蒙古地礦局于赤峰北部的巴林左旗碧流臺地區創名，時代定為晚更新世，主要巖性為黃土狀亞砂土，產猛犸象、披毛犀化石［1］.

在本次工作區域內，主要于內蒙古白音花、阜新舊廟地區出露，厚度大于30 m，巖性以灰黃色細粉砂、亞砂土為主，疏松—半固結狀態，孔隙及柱狀節理發育.較多地段富含不規則姜塊狀鈣質結核（圖2）.部分地段夾有砂礫石透鏡體??內蒙古地質調查院.1∶5萬白音花幅（K51E009007）區域地質調查報告.2000.?遼寧省地質礦產調查院.1∶25萬阜新市幅（K51C002002）區域地質調查報告.2013..

圖2 灰黃色亞砂土夾鈣質結核Fig.2Grayish yellow sand loam with calcareous concretions

赤峰巴林左旗烏爾吉地區烏爾吉組建組剖面［1］（圖3）：

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

本次工作于內蒙古庫倫旗崗營子地區修測烏爾吉組剖面??遼寧省地質礦產調查院.1∶25萬阜新市幅（K51C002002）區域地質調查報告.2013.（圖4）：

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

中更新世，工作區附近的物源（粉砂級石英、長石、方解石等）產生在物理風化強烈的河道河床.粉塵在高空氣流和近地面風共同作用下，以塵暴形式懸移，運途中粉塵因氣流下降并按顆粒大小分異沉降.由于中更新世時期，區內雨水較多，氣候較濕潤，風成黃土的上層滯水帶受到多次的雨水淋濾，形成姜狀的鈣質結核［2］.這樣，形成中更新統烏爾吉組.

晚更新世，新物源繼續由風及高空氣流搬運至工作區.由于晚更新世時期雨水較少，氣候干旱，新形成的風成黃土未經過多次雨水淋濾，未產生姜狀鈣質結核.這樣，形成上更新統風成砂.

二者具體接觸關系在野外工作區內并未明顯發現.

2 區域對比

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

寧城地區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）構成，結構較緊密，偶見鈣質結核，大小不等，一般約為10 cm［3］.

通過剖面對比（圖5），傳統意義上的中更新世“老寧城黃土”巖性組合及地貌特點均與赤峰北部地區和阜新北部地區的烏爾吉組類似，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 寧城收費站烏爾吉組剖面對比柱狀圖Fig.5Comparison between the columns of Wuerji Formation in Ningcheng

3 光釋光測年樣品的采集

本次第四系測年工作采取光釋光測年法，此方法主要優點是大大簡化了殘余測年信號的復雜問題.這一方法的測年信號是由閃光作用于樣品上產生的，因此把該信號稱為光釋光（OSL）.

本次工作采集了兩個風成砂樣品（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 光釋光測年方法

4.1 測量礦物提取

在實驗室暗室中，削去樣品表面曝光部分，保留中心部位樣品.在實驗室用H2O2和HCl分別去除樣品中的有機質和碳酸鹽類物質.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石成分，粗粒組分用30%氫氟酸去除其中的長石成分得到石英.石英組分的純度用紅外光釋光檢驗.最后，用硅膠將樣品粘貼在直徑約1 cm的圓鋁片上供測量用.

4.2 等效劑量測量

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

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

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

測量樣品45～63 μm石英藍光釋光衰減曲線前0.64 s信號以對光曬退較敏感的快組分信號為主，適宜應用SAR方法進行等效劑量測量（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 年劑量測量

年劑量率通過測得的樣品U、Th、K元素濃度，結合含水量數據進行計算.U、Th、K元素濃度在中國原子能科學研究院通過中子活化技術進行分析.含水量根據實測含水量進行估計，誤差設置為5%.α射線對45～63 μm石英顆粒的輻射效率a值取0.04±0.02，對混合礦物顆粒的輻射效率a值取0.08±0.02（圖8、9）.

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

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

5 測年結果

根據釋光測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算光釋光年齡，計算結果列于表3.

本次工作在內蒙古庫倫北部地區采集上更新統風積物中的灰黑色粉砂進行光釋光測年，其年齡值為23.3±1.8 ka.根據最新國際地層表規定，該成因單位時代應為晚更新世，所以本次區調工作將該成因單位定為上更新統風積物（Qp31seol）.

對內蒙古白音花地區采集的烏爾吉組中的土黃色粉砂進行光釋光測年，其年齡值為169±13 ka.根據最新國際地層表規定，該組時代應為中更新世，所以本次工作在結合前人資料的基礎上將該組重新厘定為中更新統烏爾吉組（Qp22w）.

表3 光釋光年齡測定結果Table 3Results of OSL dating

6 成果與結論

前人在白音花、舊廟等地區，將夾姜狀鈣質結核的一套風積物以不同方案命名.長春地質學院將這套風積物定為上更新統風成砂；內蒙古地調院定為烏爾吉組.此舉出現同物異名的問題，易混淆，給后續的地質工作造成諸多不便.

本次區調工作進一步從巖性組合、年代等方面對烏爾吉組與上更新統風積物加以區分，并對烏爾吉組的年代進行重新厘定.

（1）根據最新的光釋光測試結果，烏爾吉組時代為中更新世，且該組披毛犀、猛犸象等化石在地層時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—半固結狀態，孔隙及柱狀節理發育，夾不規則姜塊狀鈣質結核，主要分布于白音花、舊廟地區.進而說明，該時期工作區內雨水多，氣候較濕潤.

野外考察

（3）上更新統風積物為傳統意義上的“老風成砂”，以土黃色細粉砂、深灰色粉砂為主，弱固結，夾有少量黏土質、腐殖質，柱狀節理發育，不夾姜塊狀鈣質結核，主要分布在庫倫以北、科爾沁左翼后旗等地區.進一步說明該時期工作區內雨水較少，氣候較干旱.

（4）內蒙古寧城地區傳統意義上的中更新統“老寧城黃土”巖性組合、地貌特點均與赤峰北部地區、阜新北部地區的烏爾吉組類似，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.烏爾吉晚更新世動物群和古生態環境［J］.古脊椎動物學報, 1986,24（2）:152—162.

［2］曹伯勛.地貌學及第四紀地質學［M］.武漢：中國地質大學出版社, 1995.

［3］肖美琴.內蒙古寧城縣第四紀地質研究［M］.武漢：中國地質大學出版社,2010.

［4］Stokes S,Gaylord D R.光釋光測定全新世沙丘砂的沉積年齡——以美國懷俄明州費里斯沙地為例［J］.地震地質譯叢,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．

中國地質調查局“遼寧1∶25萬阜新市（K51C002002）幅區調修測”項目（編號1212011120728）資助.

趙辰（1988—），男，從事區域地質調查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區寧山中路42號，E-mail//aaron198807@163.com