辽宁北部至内蒙古东南部地区晚更新世风成砂与乌尔吉组的研究

赵辰，李东涛，刘锦，彭游博，李玉超，周力平

（1.辽宁省地质矿产调查院，辽宁 沈阳 110031；2.北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京 100871）

辽宁北部至内蒙古东南部地区晚更新世风成砂与乌尔吉组的研究

赵辰1，李东涛1，刘锦1，彭游博1，李玉超1，周力平2

（1.辽宁省地质矿产调查院，辽宁 沈阳 110031；2.北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京 100871）

根据最新的光释光测试结果及产出化石的年代，乌尔吉组的年代应为中更新世.乌尔吉组岩性以灰黄色砂、亚砂土为主，孔隙及柱状节理发育，夹不规则姜块状钙质结核，主要分布于内蒙古通辽白音花和辽宁阜新旧庙地区.上更新统风积物以土黄色细粉砂、深灰色粉砂为主，弱固结，柱状节理发育，不夹姜块状钙质结核，主要分布在内蒙古库伦旗以北、科尔沁左翼后旗等地区.

乌尔吉组；中更新世；上更新统风积物；姜状钙质结核；辽宁；内蒙古

0 引言

本次1∶25万阜新市幅区域地质调查工作于内蒙古库伦旗、白音花及辽宁省阜新市旧庙等地区对两套存在争议的风成砂进行进一步对比研究（图1）.

钙质结核主要是碳酸钙组成的结核状自生沉积物，结核主要是在半干旱的平原或低地的土壤中由蒸发或者淋滤作用而形成的.钙质结核大多形成于上层滞水带，含有碳酸的雨水渗入上层滞水带，通过含碳酸盐的沉积物而淋滤，溶解了部分CaCO3.

1996年长春地质学院在阜新旧庙地区将一套夹姜状钙质结核的风成砂厘定为上更新统风成砂（Qp31seol）❶❶长春地质学院.1∶5万旧庙镇幅（K51E010007）、沙宝台幅（K51E010008）、哈尔套幅（K51E010009）区域地质调查报告.1996.；2000年内蒙古地质调查院在旧庙及通辽白音花地区将这套夹姜状钙质结核的风成砂厘定为乌尔吉组（Qp32w）❷❷内蒙古地质调查院.1∶5万白音花幅（K51E009007）区域地质调查报告.2000.❶辽宁省地质矿产调查院.1∶25万阜新市幅（K51C002002）区域地质调查报告.2013.；之后一些区调项目在通辽白音花以北的库伦旗地区将不夹姜状钙质结核的风成砂厘定为上更新统风成砂（Qp31seol）（表1）.

图1 研究区位置及地质略图Fig.1Geologic sketch map with location of the studied area

前人对这两套风成砂的厘定较混乱，本次1∶25万阜新市幅区域地质调查工作系统全面地对夹姜状钙质结核的风成砂和不夹姜状钙质结核的两套风成砂进行对比研究，并取样进行光释光测年，进一步对其年代进行确定.

表1 区域地层沿革表Table 1Evolution of regional stratigraphic division

1 地质背景

上更新统风积物（Qp31seol）在库伦旗、科尔沁左翼后旗一带比较发育，分布在山坡上、山间的低洼处或沟谷的两侧，主要为土黄色细粉砂和深灰色粉砂，具弱固结，夹有少量黏土质、腐殖质，柱状节理发育.厚度变化较大，一般在1～15 m之间.在一些切割较深的沟谷两侧，在黄土底部发育有土黄色、灰白色砾石层❶❷内蒙古地质调查院.1∶5万白音花幅（K51E009007）区域地质调查报告.2000.❶辽宁省地质矿产调查院.1∶25万阜新市幅（K51C002002）区域地质调查报告.2013..乌尔吉组由内蒙古地矿局于赤峰北部的巴林左旗碧流台地区创名，时代定为晚更新世，主要岩性为黄土状亚砂土，产猛犸象、披毛犀化石［1］.

在本次工作区域内，主要于内蒙古白音花、阜新旧庙地区出露，厚度大于30 m，岩性以灰黄色细粉砂、亚砂土为主，疏松—半固结状态，孔隙及柱状节理发育.较多地段富含不规则姜块状钙质结核（图2）.部分地段夹有砂砾石透镜体❶❷内蒙古地质调查院.1∶5万白音花幅（K51E009007）区域地质调查报告.2000.❶辽宁省地质矿产调查院.1∶25万阜新市幅（K51C002002）区域地质调查报告.2013..

图2 灰黄色亚砂土夹钙质结核Fig.2Grayish yellow sand loam with calcareous concretions

赤峰巴林左旗乌尔吉地区乌尔吉组建组剖面［1］（图3）：

图3 乌尔吉组建组剖面Fig.3The stratotype section of Wuerji Formation

本次工作于内蒙古库伦旗岗营子地区修测乌尔吉组剖面❶❶辽宁省地质矿产调查院.1∶25万阜新市幅（K51C002002）区域地质调查报告.2013.（图4）：

图4 乌尔吉组垂相剖面Fig.4The column of Wuerji Formation

中更新世，工作区附近的物源（粉砂级石英、长石、方解石等）产生在物理风化强烈的河道河床.粉尘在高空气流和近地面风共同作用下，以尘暴形式悬移，运途中粉尘因气流下降并按颗粒大小分异沉降.由于中更新世时期，区内雨水较多，气候较湿润，风成黄土的上层滞水带受到多次的雨水淋滤，形成姜状的钙质结核［2］.这样，形成中更新统乌尔吉组.

晚更新世，新物源继续由风及高空气流搬运至工作区.由于晚更新世时期雨水较少，气候干旱，新形成的风成黄土未经过多次雨水淋滤，未产生姜状钙质结核.这样，形成上更新统风成砂.

二者具体接触关系在野外工作区内并未明显发现.

2 区域对比

宁城县位于内蒙古自治区南部，地处燕山山脉东段北缘，内蒙古、辽宁、河北三省（区）交界处，属于松辽平原与内蒙古高原的过渡带.

宁城地区一般以赤峰黄土为代表，岩性上主要为一套棕红色的亚黏土（古土壤层）和棕黄色的亚粉砂层（黄土层）构成，结构较紧密，偶见钙质结核，大小不等，一般约为10 cm［3］.

通过剖面对比（图5），传统意义上的中更新世“老宁城黄土”岩性组合及地貌特点均与赤峰北部地区和阜新北部地区的乌尔吉组类似，且乌尔吉组最新的光释光年龄为中更新世，所以此套“老黄土”极有可能为现定义的乌尔吉组.这样，乌尔吉组得到了更好的延展.

图5 宁城收费站乌尔吉组剖面对比柱状图Fig.5Comparison between the columns of Wuerji Formation in Ningcheng

3 光释光测年样品的采集

本次第四系测年工作采取光释光测年法，此方法主要优点是大大简化了残余测年信号的复杂问题.这一方法的测年信号是由闪光作用于样品上产生的，因此把该信号称为光释光（OSL）.

本次工作采集了两个风成砂样品（表2）作分析.样品采集都是用钢化管钻洞取样，以避免在取样时曝光.采得的样品立即用黑色的厚层塑料盒包装［4］.

表2 采样登记Table 2Log of sampling

4 光释光测年方法

4.1 测量矿物提取

在实验室暗室中，削去样品表面曝光部分，保留中心部位样品.在实验室用H2O2和HCl分别去除样品中的有机质和碳酸盐类物质.粗粒（125～180 μm，180～250 μm）和中粒（45～63 μm）的混合矿物用湿筛法得到.中粒组分用40%的氟硅酸去除其中的长石成分，粗粒组分用30%氢氟酸去除其中的长石成分得到石英.石英组分的纯度用红外光释光检验.最后，用硅胶将样品粘贴在直径约1 cm的圆铝片上供测量用.

4.2 等效剂量测量

石英颗粒的释光测量在Risφ-TL/OSL-20释光测量仪上进行,激发光为蓝光（470±30 nm），光电倍增管前的两个滤光片为U-340.混合矿物颗粒的等效剂量测量在Risφ-TL/OSL-20上进行,采用红外激发（875 nm），光电倍增管前的两个滤光片为Scott7-59/ BG39.测量仪器上附带放射性β源90Sr/90Y，所有人工放射性辐照都在该仪器上进行.

石英颗粒的等效剂量测量采用单片再生法（SAR），再生剂量和检测剂量测量前的预热温度分别为240°C-60 s和220°C-0 s，测量温度为125°C-40 s.

混合矿物颗粒的等效剂量测量采用红外后高温红外法（PIR-IRSL），释光信号来自样品中的长石矿物.再生剂量和检测剂量测量前的预热温度为320°C-60 s，低温红外释光和高温红外释光测量温度分别为200°C-200 s和290°C-200 s.测量后加高温红外清洗在325°C-100 s条件下完成.

测量样品45～63 μm石英蓝光释光衰减曲线前0.64 s信号以对光晒退较敏感的快组分信号为主，适宜应用SAR方法进行等效剂量测量（图6、7）.

图6 L2316中粒混合矿物衰减曲线Fig.6Decay curve of medium-grained polymineral of L2316

图7 L2318样品中粒石英衰减曲线Fig.7Decay curve of medium-grained quartz of L2318

4.3 年剂量测量

年剂量率通过测得的样品U、Th、K元素浓度，结合含水量数据进行计算.U、Th、K元素浓度在中国原子能科学研究院通过中子活化技术进行分析.含水量根据实测含水量进行估计，误差设置为5%.α射线对45～63 μm石英颗粒的辐射效率a值取0.04±0.02，对混合矿物颗粒的辐射效率a值取0.08±0.02（图8、9）.

图8 L2316中粒混合矿物生长曲线Fig.8Growth curve of medium-grained polymineral of L2316

图9 L2318样品中粒石英生长曲线Fig.9Growth curve of medium-grained quartz of L2318

5 测年结果

根据释光测量得到的古剂量和基于样品铀/钍/钾含量分析得到的年剂量计算光释光年龄，计算结果列于表3.

本次工作在内蒙古库伦北部地区采集上更新统风积物中的灰黑色粉砂进行光释光测年，其年龄值为23.3±1.8 ka.根据最新国际地层表规定，该成因单位时代应为晚更新世，所以本次区调工作将该成因单位定为上更新统风积物（Qp31seol）.

对内蒙古白音花地区采集的乌尔吉组中的土黄色粉砂进行光释光测年，其年龄值为169±13 ka.根据最新国际地层表规定，该组时代应为中更新世，所以本次工作在结合前人资料的基础上将该组重新厘定为中更新统乌尔吉组（Qp22w）.

表3 光释光年龄测定结果Table 3Results of OSL dating

6 成果与结论

前人在白音花、旧庙等地区，将夹姜状钙质结核的一套风积物以不同方案命名.长春地质学院将这套风积物定为上更新统风成砂；内蒙古地调院定为乌尔吉组.此举出现同物异名的问题，易混淆，给后续的地质工作造成诸多不便.

本次区调工作进一步从岩性组合、年代等方面对乌尔吉组与上更新统风积物加以区分，并对乌尔吉组的年代进行重新厘定.

（1）根据最新的光释光测试结果，乌尔吉组时代为中更新世，且该组披毛犀、猛犸象等化石在地层时代上从早更新世至晚更新世，所以本次工作将该组重新厘定为乌尔吉组（Qp22w）.

（2）乌尔吉组以灰黄色砂、亚砂土为主，疏松—半固结状态，孔隙及柱状节理发育，夹不规则姜块状钙质结核，主要分布于白音花、旧庙地区.进而说明，该时期工作区内雨水多，气候较湿润.

野外考察

（3）上更新统风积物为传统意义上的“老风成砂”，以土黄色细粉砂、深灰色粉砂为主，弱固结，夹有少量黏土质、腐殖质，柱状节理发育，不夹姜块状钙质结核，主要分布在库伦以北、科尔沁左翼后旗等地区.进一步说明该时期工作区内雨水较少，气候较干旱.

（4）内蒙古宁城地区传统意义上的中更新统“老宁城黄土”岩性组合、地貌特点均与赤峰北部地区、阜新北部地区的乌尔吉组类似，且乌尔吉组最新的光释光年龄为中更新世，所以此套“老黄土”极有可能为现定义的乌尔吉组.这样，乌尔吉组更好地得到了延展.

［1］陆有泉.乌尔吉晚更新世动物群和古生态环境［J］.古脊椎动物学报, 1986,24（2）:152—162.

［2］曹伯勋.地貌学及第四纪地质学［M］.武汉：中国地质大学出版社, 1995.

［3］肖美琴.内蒙古宁城县第四纪地质研究［M］.武汉：中国地质大学出版社,2010.

［4］Stokes S,Gaylord D R.光释光测定全新世沙丘砂的沉积年龄——以美国怀俄明州费里斯沙地为例［J］.地震地质译丛,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.编辑：张哲．

中国地质调查局“辽宁1∶25万阜新市（K51C002002）幅区调修测”项目（编号1212011120728）资助.

赵辰（1988—），男，从事区域地质调查工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区宁山中路42号，E-mail//aaron198807@163.com