1、第41卷第3期2023年6月Vol.41 No.3Jun.2023沉 积 学 报ACTA SEDIMENTOLOGICA SINICA大兴安岭东麓白土山组地层的沉积学特征对地层划分的指示侯心茹1，谢远云1，2，康春国3，迟云平1，2，吴鹏1，孙磊1，孙杨1，孙建华11.哈尔滨师范大学地理科学学院，哈尔滨 1500252.哈尔滨师范大学寒区地理环境监测与空间信息服务黑龙江省重点实验室，哈尔滨 1500253.哈尔滨学院地理系，哈尔滨 150086摘 要 白土山组是松嫩平原下更新统的底界地层，深入分析其地层属性特征，对于第四纪地层划分有重要意义。然而该地层薄弱的研究基础限制了松嫩平原地层划分及区域
2、构造地貌水系演化等问题的深层理解。选择腰白土、平安镇、绰尔河和王府屯剖面为研究对象，对其沉积学和重矿物属性进行分析。结果显示，腰白土和平安镇剖面是经典白土山组，岩性主要为灰白色砂砾石夹黏土细颗粒碎屑透镜体，透镜体中见斜层理（向东南倾伏），砾石分选差，呈次棱角次圆，弱风化；王府屯剖面出现向西北倾伏的大型板状交错层理，砾石成分以石英质占绝对优势（87.5%）。各剖面皆不含辉石和角闪石等造岩矿物，其中，腰白土和平安镇重矿物组成高度相似，绰尔河以磷灰石榍石石榴子石作为诊断性矿物；而王府屯有蓝晶石、十字石和透闪石等变质矿物及独居石存在，不含绿帘石，极稳定矿物显著富集。基于此，前三者砾石母岩为中酸性岩浆岩
3、，沉积物来源于大兴安岭，为冲洪积作用下流水搬运的产物；王府屯剖面为河流阶地成因，沉积物来自松嫩平原东南山地。因此，平安镇剖面为腰白土模式的经典白土山组剖面，绰尔河剖面是否为白土山组尚待进一步年代学研究，而王府屯剖面不能视为白土山组。关键词 白土山组；松嫩平原；重矿物；沉积环境；地层划分第一作者简介 侯心茹，女，1997年出生，硕士，第四纪地质与环境变化，E-mail:通信作者 谢远云，男，教授，E-mail:中图分类号 P531 文献标志码 A0 引言 松嫩平原是在中生代断陷盆地的基础上由嫩江和松花江冲积而成12。第四纪以来，多次的沉降和隆升对该地区水系、古地理的变迁及沉积环境的演化产生重要影
4、响2。20世纪90年代之前，松嫩平原第四纪沉积地层的研究主要集中在沉积环境和地层划分等方面，其中作为松嫩平原下更新统底界地层的白土山组更是颇受关注39。然而在1990年后关于白土山组及其沉积特征的研究鲜有报道，相关资料更是寥寥无几。白土山组广泛出露于大兴安岭东麓与松嫩平原西部过渡处以及埋藏在松嫩平原中部的湖相黏土层底部45，地层典型岩性特征为灰白色、黄褐色砂砾石层夹灰白色黏土透镜体34。自20世纪6080年代开始，众多学者对白土山组进行了大量研究。然而，在沉积环境、地貌过程、气候背景和地层年代等方面的认识存在明显分歧，对于白土山组的沉积环境和地貌过程，冰缘堆积78、湖相沉积5,10、河流沉积3
5、,6、冰川和冰水堆积1112、寒冷气候条件下冰融水携带的洪积和泥石流堆积9以及冲洪积13等相继提出；沉积的气候背景也存在干冷6,11、冷湿10、暖干4,13、暖湿4,14、干冷暖湿波动15和冷湿干冷波动16等不同看法；地层的年代限定，时间跨度之大，从中新世14,17、上新世4、一直到早更新世（在 2.50.8 Ma B.P.之间变化）58,1011,13,1516。以前的研究多是基于单一属性划分地层单位，参照在龙江县建立的白土山组标准剖面3，将凡是灰白色夹黏土透镜体的砂砾石地层均称作白土山组，如此忽略其他地层属性的第四纪地层划分显然是片面的。收稿日期：20210914；修回日期：2022011
6、7；录用日期：20220323；网络出版日期：20220323基金项目：国家自然科学基金项目（42171006，41871013）；黑龙江省自然科学基金项目（LH2020D009）Foundation：National Natural Science Foundation of China,No.42171006,41871013;Natural Science Foundation of Heilongjiang Province,No.LH2020D009DOI:10.14027/j.issn.10000550.2022.011文章编号：10000550（2023）03072015第3期侯
7、心茹等：大兴安岭东麓白土山组地层的沉积学特征沉积学特征在揭示沉积环境及地层划分等方面具有十分重要的价值1819，对于以砂砾石堆积为主的白土山组而言，砾石特征分析有着不可或缺的作用。对其砾石进行包括砾性、砾度、砾态和砾向在内的砾组分析，有助于定量研究砾石的沉积环境，阐述沉积物岩性成分以及物质来源等信息2024。重矿物耐磨蚀且稳定性强，相比其他碎屑沉积物受地质营力作用影响较小，能够较多保留母岩特征，被广泛应用于物源分析和古环境重建2530。早期对白土山组的了解是以粒度和孢粉等指标为研究手段36,14，然而白土山组孢粉数量较少且受保存条件的约束，在没有其他环境指标辅助的情况下，所记载沉积环境信息的准
8、确性值得商榷31；迄今为止，也很少涉及多个剖面对比的系统研究，同时缺乏详细的沉积学特征分析和重矿物数据支持。为了全面深入解析白土山组地层属性和沉积环境，有必要对数个剖面进行整合，从而获得空间和地貌上的完整记录。本文在大兴安岭东麓与松嫩平原西部过渡处自北向南选取4个剖面（腰白土、绰尔河、平安镇、王府屯剖面）采样，基于大量野外一手调查资料，进行沉积学特征和重矿物分析等工作，对不同剖面沉积环境与物质来源进行详细研究，以期从全域视角认识白土山组地层的沉积环境，为松嫩平原第四纪地层划分和古地理环境演化提供重要科学依据。1 研究区概况 自中生代开始新华夏构造体系逐渐发展起来，形成一系列持续活动的大型隆起带
9、和沉降带，控制着中生代时期的沉积活动以及燕山花岗岩带的分布32。第四纪以来，中国东北地区在早更新世期间（2.01.2 Ma）构造运动强烈，使得山脉整体抬升，平原稳定下沉。在这种情况下，西部大兴安岭海拔上升约 1 000 m，东部山脉的海拔上升约 500700 m12,33，由此，逐渐演变成包括东北平原、大兴安岭、小兴安岭及东部长白山地等在内的大型地貌单元(图1)。松嫩平原作为东北平原的主体部分，在地质构造分区上，西缘为西部斜坡区，属新华夏构造体系第二沉降带北部，是松辽断陷带的一部分，在古老结晶片岩基底的基础上，经历了多次构造隆升和沉降发育而来3435。该区第四纪地层自下而上划分为白土山组、荒山
10、组、大青沟组、哈尔滨组、顾乡屯组、群力组和坦途组36。从地理位置上看，松嫩平原西与大兴安岭接壤，东部是长白山地区，北与小兴安岭山脉相连，南以松辽分水岭为界，地势北高南低，整体略呈菱形3738。气候上，松嫩平原属于温带大陆性季风气候，处于半干旱半湿润向半干旱气候过渡地带39。位于松嫩平原西部的大兴安岭（43 53 30 N，117 20 126 E）地形总势呈东北西南走向，属于低海拔丘陵地貌40，东（高寒侵蚀地貌）西（高纬寒冻地貌）部呈明显的不对称形态。晚中生代时期，在蒙古鄂霍次克洋闭合及太平洋西向俯冲的影响下，形成一系列火山盆地，并出现了近似西南东北走向的断裂活动带4043，伴随强烈的岩浆活动
11、，产生了大量中酸性岩浆岩4144。第四纪初期地壳升降速度加快，山地的火山岩风化物被流水侵蚀，经搬运到山前大量堆积，产生了灰白色高岭土质及其胶结的砂砾石层。因此，松嫩平原西部的白土山组主要分布在大兴安岭东麓山前的雅鲁河、绰尔河、洮儿河等主要河流的出山口地带（图1）3。2 材料与方法 2.1样品采集选择黑龙江省龙江县腰白土、龙江县杏山镇绰尔河、吉林省白城市平安镇以及松原市前郭县王府屯4个白土山组地层剖面为研究对象，进行基于沉积结构（砾石和基质性质及夹层或透镜体在地层中的组合方式）与构造（对层理的观察）的沉积学研究。在腰白土剖面的泥粉砂及细砂透镜体处采集样品6件；对绰尔河北岸剖面的泥质粉砂极细砂透镜
12、体取样3件；对平安镇剖面的泥质粉砂极细砂透镜体采集样品5件以及在王府屯剖面的黏土细粉砂和粉砂质泥透镜体处取样5件，总计19件样品用于重矿物分析。2.2实验方法选用网格法对剖面砾石进行采样，设置1.5 m1.5 m范围的网格区域，在其中随机选取不少于100颗砾石，观测每个砾石成分、砾径(a、b、c轴)，同时对磨圆度和化学风化程度进行统计45。所测砾石样品均被敲开，观察新鲜横截面，从而准确判断砾石成分。测量并记录扁平状砾石较为发育剖面的砾石产状，依据整理的数据制成相应图表。基于每颗砾石的砾径测量长度获得砾组分析的相关参数：平均砾径-d是先计算各轴平均砾径-da、-db、721第41卷沉 积 学 报
13、-dc，再计算等体积砾径后得到，即-d=-da-db-dc3；中值砾径的计算公式为-d50=-da50-db50-dc503，式中-da50、-db50和-dc50分别在长、中、短轴的累积频率曲线上求得；分选系数根据累积频率曲线上的四分位数(d25、d75)求得，a轴的分选系数为Sa=da75/da25；扁度F计算公式为F=(-da+-db)/2-dc，球 度 计 算 公 式 为 =-da-db-dc3/-da2122。鉴于细砂与极细砂中重矿物含量占比大、种类多46，为使所获样品含有最全面最丰富的重矿物种类信息，筛取63250 m组分用于重矿物分析。实验在河北廊坊诚信地质服务公司进行，先将样品
14、烘干称重，用淘洗法提炼重部分；再用三溴甲烷（比重2.89）将轻重矿物分离，酒精反复冲洗被分离的样品，60 恒温烘干后称重；随后进一步使用电磁方法对样品磁选，得到强磁、电磁和无磁颗粒后称重47；最后将得到的各部分在双目镜和偏光镜下鉴定，每个样品鉴定的颗粒数均在600粒以上。3 结果 3.1沉积学特征根据各剖面野外观察和数据统计结果，绘制砾石的砾径、砾向、砾态、砾性特征图和各剖面砾组分析的相关参数（表1）。另外，为了大致观察每个剖面砾石砾度的分布特征，绘制砾石样品a轴频率分布直方图进行研究23。具体分析结果如下。3.1.1腰白土剖面腰白土剖面位于黑龙江省齐齐哈尔市龙江县腰白土村（47 16 15
15、N，123 13 36 E），这是一套规模较大的白土山组露头（图2a），剖面呈南北走向展布，厚约11.5 m（不见底）。沉积物岩性主要为黄白色砂砾石堆积，夹杂灰白色黏土、亚黏土和泥质粉砂透镜体（图2b，c）。亚黏土大型透镜体处可见斜层理发育，产状为152 26（图2d）。砾石的砾径集中在2070 mm（占90%）（图2e），呈颗粒支撑，无明显定向性，磨圆度以次棱角状为主（占 57.7%），其 次 为 棱 角 状（29.17%）和 次 圆 状（12.5%)，圆状含量极少（图2f）。砾石受不同程度风化作用的影响，以弱风化（76.47%）为主，其次是中等风化（21.85%）（图 2g）。砾石成分以流
16、纹岩为主（30.65%），石英质（21.51%）和凝灰岩（20.97%）次之，表1白土山组剖面的砾组分析Table 1Fabric analysis of gravel in the Baitushan Formation profile采样点腰白土剖面绰尔河剖面平安镇剖面王府屯剖面-d/mm30.6736.0439.5416.39-d50/mm26.0927.2232.4815.33Sa1.652.341.981.88扁度/F2.112.482.301.86球度/0.630.600.620.66F/3.364.123.732.84图 1研究区剖面位置Fig.1Section position in the study area722第3期侯心茹等：大兴安岭东麓白土山组地层的沉积学特征陆源碎屑岩（粉砂岩和细砂极细砂）（15.59%）和花岗岩（11.29%）含量相对较少（图2h）。3.1.2绰尔河剖面绰尔河剖面位于黑龙江省龙江县杏山镇绰尔河北岸（46 46 26 N，122 59 12 E），剖面厚 68 m（不见底，图3a）。砾石层夹黄褐色、灰白色为主的泥质粉砂和棕黄色泥质粉砂极细砂透
