河套平原三湖河凹陷光釋光測年研究

苑宏超 李樹鵬 李明亮

摘要：本文對河套地區三湖河凹陷區的鉆探樣品，進行光釋光測年的單片技術測試與研究，對其形成時代精確界定。此次光釋光年代樣品測試結果結合年代和巖石地層等綜合分析，該區域的Q3-4底界從北到南深度總體表現有變淺的趨勢，從西到東，表現為淺——深——淺的變化特征。中更新統上部底界同樣具有北厚南淺的特點。中更新世底界在隆起區以北以南深度較大，可達487米。

關鍵詞：光釋光測年；石英；第四紀地質；三湖河凹陷

引言

光釋光測年是第四紀地質常用的定年方法。河套平原晚更新世——全新世沉積環境相近，在未開展系統調查的情況下，難以確定上更新統與全新統的巖石地層劃分標志，晚更新世——全新世的古地理條件與沉積環境演化對河套平原淺層含水層的水文地質條件形成具有重大意義。前人已有資料研究范圍和年代時段相對集中，地層界定主要依據物探成果，許多問題存在爭議。本次工作充分利用前人資料，并結合實測剖面測年數據，盡可能地進行上更新統與全新統的劃分。

1. 區域地質背景特征

1.1 區域地層概況

三湖河凹陷區屬于河套平原一部分，位于烏拉山麓以南，包頭斷裂以西，鄂爾多斯高原以北的盆地區，分布面積約2100km2。區內第四系在山前主要為沖洪積砂礫等粗碎屑構造；盆地內主要為沖湖積粉砂質粘土與粉細砂、中細砂互層。據物探資料，該地層區第四系厚度在500m～1200m間，沉降中心位于三湖河凹陷區北部的山前平原，第四系沉積亦造北厚南薄的趨勢。

1.2 第四紀地層特征

全新統（Q4）：位于烏拉山南麓山前地帶，巖性主要為沖洪積扇狀分布的灰黃色砂礫石，厚20m～70m；盆地內巖性主要以沖積為主的沖湖積的灰黃、粉細砂，下部砂層較為發育，厚6m～22m。

上更新統（Q3）：山前地帶巖性主要為沖洪積土黃、灰黃色礫石，夾灰黃粘土質砂層。厚30m～60m。盆地內巖性主要為沖積、沖湖積灰黃細砂、粉細砂，少夾粘土，厚20m～60m。

中更新統（Q2）：上部地層（Q22）在山前地帶局部巖性主要為沖洪積灰色卵礫石、砂礫石夾較厚的淤泥質粘土層，厚度大于66m。盆地內巖性主要為以湖積為主的沖湖積灰色淤泥，局部夾灰色細砂。厚14m～189m；下部地層（Q21）在山前巖性主要為沖洪積灰、土黃色礫石。揭露厚度大于50m。盆地內巖性主要為沖湖積灰黃色粘土。最大揭露厚度約319m。

早更新統（Q1）：盆地內早更新世晚期地層巖性為沖湖積黃灰色粘土、中細砂、粉細砂層。揭露厚度98.18m，未見底。

2. 樣品采樣及OSL測試

鉆孔巖芯的采樣：在巖芯剖開前在需要定年的層位鋸出約10cm的一段巖芯，用不透光的黑塑料包好并用膠帶束緊兩頭，寫上樣品編號，送到釋光測年實驗室。在釋光實驗室里打開管子，取出整塊巖芯，巖芯表層（厚2cm～3cm）部分可于U、Th和K含量及含水量的測量，留下巖芯中心的樣品進行光釋光測年的單片技術測試。

所有實驗步驟都在暗室條件下完成，首先去掉樣品表層及兩側可能曝光部分，此部分樣品用來測量樣品含水量和238U、235U、232Th及40K的含量，剩余樣品用于前處理。加清水攪拌，待澄清后倒掉上層清水，以去掉部分雜質。

首先使用試劑為濃度為30%的雙氧水和1mol/L的鹽酸，去除樣品中的有機質和碳酸鹽類化合物。將處理后的樣品用清水清洗3～5次，放入烘箱（60℃）烘干后，選取粒徑為4μm～11μm的顆粒。最后將該粒組樣品用40%氫氟酸溶蝕1～2周，去掉其中的長石，提純石英。在直徑為10mm的鋁片上，涂抹少許硅膠，把提純的石英單層平鋪其上，以備測試樣品的等效劑量。

3. 試驗數據分析

試驗室中樣品采用OSL-3型全自動激光釋光儀，采用光釋光測年的單片技術對樣品進行測試，得到測試結果見表1-1。

包頭市和業色氣村的QK7鉆孔年代測試結果結合巖性綜合分析認為（見圖1），光釋光測年結果略微偏老，晚更新統底界定為34.0m，中更新統未見底。該層67.6m和71.7m處光釋光年代結果顯示該層位的淤泥質年代為中更新世。

烏拉特前旗白彥花鎮九連磚廠QK11鉆的光釋光年代樣品測試結果結合年代和巖石地層等綜合分析后認為（見圖2），該孔晚更新世及以上地層顏色以灰黃色為主，巖性以粉土為主，分布有粘土以及粉砂，晚更新統底界為66.0m；中更新世晚期地層顏色以藍灰色為主，巖性以淤泥質粉土或淤泥質粘土為主，局部分布有砂層，底界為169.2m；中更新世早期地層顏色以灰褐色為主，巖性以粘土為主，局部為中砂，未見底。

根據前人資料及對三湖河凹陷的QK7和QK11鉆孔進行的年代測試，結果顯示，該區域的Q3-4底界從北到南深度總體表現有變淺的趨勢，在局部地區表現為淺-深-淺的變化特征，從西到東，表現為淺-深-淺的變化特征，其范圍在200m～18m之間。中更新統上部底界同樣具有北厚南淺的特點，其范圍為462.0m～20.0m。中更新世底界在隆起區以北以南深度較大，可達487.0m，在隆起區上，深度為78.0m。

根據QK7鉆孔中淤泥層的年代可以看出三湖河凹陷北部地區地層中的淤泥層時代為中更新世晚期，這與傳統觀點認為的該區有中更新世淤泥層的觀點是一致的。

4. 結論

第四紀以來，三湖河凹陷區在前期沉積的基礎上繼續沉降，整個更新世基本上為河流湖泊所占據，沖洪積物不發育，且愈向西部沉積范圍愈小，形成了本區以巨厚的沖湖相堆積為主的沉積特點。中更新世晚期的湖積層分布廣泛，幾乎直抵山麓。

三湖河凹陷區在全新世時期，地形的基本面貌與前期無重大變化，但新構造運動仍較強烈，山體繼續抬升，遭受侵蝕—剝蝕，平原持續接受沉積。組沉積物由多個沉積旋回組成，湖相、洼地相與河流相交替出現，近山前地帶沉積物以含卵礫石粗砂為主，為沖洪積物沉積。三湖河凹陷區在全新世時期，對現今地貌的塑造具有決定性作用。

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