松花江早更新世水系演化：来自TIMA矿物和地球化学的证据*

徐园园 谢远云，2 康春国 迟云平，2 吴 鹏 孙 磊 魏振宇

（1.哈尔滨师范大学地理科学学院 哈尔滨 150025；2.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 150025；3.哈尔滨学院地理系 哈尔滨 150086）

河流是构造与气候共同作用的产物，是全球动力系统的重要组成部分，在地球表层系统中具有重要意义（郑洪波等，2009）。水系演化是地貌学和地质学界研究的热点问题之一，河流系统的形成演变与流域地貌环境引起了国内外地质学家的广泛关注（Jia et al.，2010；明庆忠等，2013；Chen et al.，2017；董铭等，2018）。近年来，专家学者们研究的焦点主要集中于东亚大型河流系统，而对东北地区河流的形成演化关注较少（Li et al.，2001；Kong et al.，2014；McPhillips et al.，2016；Bi et al.，2017；Li et al.，2017；Liu et al.，2018；Bao et al.，2020）。松花江是中国七大河之一，其水系演化与流域地貌系统、区域构造和气候变化密切相关（Clark et al.，2004；Clift et al.，2006；Pan et al.，2016；Guo et al.，2018），因此，松花江水系演化研究是东北地区地表过程—构造—气候之间耦合研究的理想切入点。目前松花江水系演化研究相对较为薄弱，长期以来，前人对第四纪时期松花江水系是否发生反转一直存在争议（Xie et al.，2020）。早更新世时期中国古地理图集记载了松花江中上游向西流入松嫩平原（焦北辰等，1984；王鸿帧，1985），但裘善文等（2012，2014）认为松花江在晚更新世之前从未向西流入松嫩平原，而是从松嫩湖盆东北出口处向东流入通河—依兰地区。

河流沉积物是构造、气候和水系演化综合作用的产物，携带着“从源到汇”系统重要的演化信息（狄会哲等，2018）。近年来，已有学者利用沉积物的磁化率、重矿物特征、Sr-Nd同位素和元素地球化学组成对松花江水系演化进行了初步研究（Xie et al.，2020）。重矿物耐磨蚀、稳定性强，能较多的保留母岩特征，因而被广泛应用于物源分析和水系演化（张建等，2016；朱志军等，2017）。已有的基于重矿物的水系演化研究是人工鉴定的窄窗口（63～125 μm）策略，并在此基础上提出了古三江河向源侵蚀切穿佳依（佳木斯—依兰）分水岭的水系演化模式（Xie et al.，2020）。但传统的人工鉴定方法耗时费力，分析颗粒数数量有限，结果准确性受到鉴定人员的知识储备和经验影响（许苗苗等，2021）。而且，与窄窗口相比，宽窗口（63～250 μm）更能充分体现源区物质组成（许苗苗等，2021）。更重要的是，我们新近在依兰考察发现的河湖相地层可能对佳依分水岭的切穿以及松花江水系演化模式有新的见解。

TIMA（TESCAN Integrated Mineral Analyzer）全自动矿物分析系统是基于扫描电镜（SEM）和X射线能谱仪（EDS）的岩石矿物全自动化定量分析系统（Ward et al.，2017；Hrstka et al.，2018；Honeyands et al.，2019；陈倩等，2021；谢小敏等，2021），其自带矿物数据库涵盖近5 000种矿物，强大的扫描系统及分析功能可以快速分析沉积物中的矿物种类、颗粒数、含量、化学组成、元素赋存状态、粒径、面积和矿物的微观形貌。与传统方法相比，TIMA系统具备自动接触矿物砂、土壤或研磨样品颗粒的功能，自动化程度高，分析速度更快、一次性获取的信息量更大，并且实现定量分析，提高了物源分析的准确性（Hrstka et al.，2018；陈倩等，2021）。利用TIMA分析技术研究第四纪松花江水系演化的工作尚未开展。

哈尔滨荒山位于松花江二级阶地上，是东北地区第四纪研究的典型地点，其沉积物中矿物组成信息对第四纪松花江水系演化研究具有重要意义（叶启晓等，1984；张序强，1995；王永等，2020）。本文以荒山岩心沉积物中的TIMA宽窗口（63～250 μm）重矿物为研究对象，通过分析重矿物和全岩矿物地球化学组成，探讨岩心沉积物重矿物和全岩矿物地球化学组成随深度的变化特征，揭示荒山岩心沉积物纵向上的物源变化，结合新近发现的依兰河湖相地层，重建第四纪松花江水系演化历史。本研究有助于理解松花江流域构造—地貌—气候演化之间的响应过程，同时也为亚洲其它河流的水系演化研究提供重要参考。

1 研究区概况

哈尔滨（44°04′～46°40′N，125°42′～130°10′E）位于松嫩盆地东南部，毗邻张广才岭（朱景湖，1963；Xie et al.，2020；袁晓铭等，2020），构造上位于松辽中生代断陷盆地东南隆起区北端，属于中温带大陆性季风气候。荒山剖面位于哈尔滨市东郊（图1），东临长白山支脉，西接东北平原腹地，北望松花江，属于松花江中游二级河流阶地。荒山剖面地层自下而上依次是荒山组、下哈尔滨组和上哈尔滨组，由于其地层岀露厚度较大且较连续，蕴含丰富的古气候和古地理信息，是东北地区具有代表性的第四纪剖面（叶启晓等，1984；张序强，1995；王永等，2020）。

图1 哈尔滨荒山岩心钻孔位置和松花江流域地质示意图（据Wu et al.，2007；付俊彧等，2019修改）Fig.1 Location of the Huangshan core in Harbin and geological map of the Songhua River Basin（modified after Wu et al.，2007；Fu et al.，2019）

2 样品采集与实验方法

荒山钻孔（45°43′33″N，126°36′44″E）位于哈尔滨市团结镇天恒山公园第四纪风成沉积剖面顶部，采用双管单动内衬塑料套管取心技术。钻孔深度101.11 m，取心长度为93.21 m。用链锯锯开钻取岩心的塑料套管，将被钻井泥浆污染的岩心最外层移除，并对岩心进行岩性描述。本研究对岩心的56～101 m段进行重矿物取样，共选取28个样品。

样品在实验室自然风干之后，筛选出63～250 μm粒级组分，送至河北省廊坊市诚信地质服务公司，利用TIMA对岩心重矿物和全岩矿物地球化学进行扫描。TIMA配备一台高分辨率肖特基场发射扫描电镜和4台X射线能谱仪，其X射线数据采集模式共有4种，依次是高分辨率模式、点模式、线模式和点阵模式（Honeyands et al.，2019）。本研究选择最常用的高分辨率与点扫描相结合的点阵扫描模式，通过设定像素值获取背散射电子图像（BSE）和EDS数据，每个点的X射线计数为1 000 kcps，像素间距为2 μm，能谱步长为9 μm。测试在高真空模式下进行，实验电压为25 kV，电流为18.33 nA，工作距离为15 mm，光斑直径66.5 nm，区块长度1 500 μm，电流和BSE信号强度使用铂法拉第杯自动程序校准，EDS信号使用Mn标样校准。

实验过程如下：首先对样品进行粗淘，之后将样品均匀倾倒在直径2.5 cm的环氧树脂靶上，避免颗粒重叠。随后对样品靶进行抛光，将抛光后的样品靶外部镀一层导电碳涂层以减少观测时产生的荷电，并增强二次电子或背散射电子信号，获得更好的信噪比；然后选择样品靶中需要分析的区域，尽可能包含全部样品颗粒；将所选测试区域平均切割成若干正方形区块；以区块为单位，样品台自动位移进行测试，扫描完成一个区块后再移动扫描下一个区块；在区块内，BSE拍照和EDS测试以预先设定好的像素参数进行逐点分析；测试完成后，TIMA软件自动拼合统计每个区块内所获取的所有BSE图像和EDS数据；根据BSE图像和EDS数据确定颗粒边界，仪器通过计算将每个像素内的能谱数据在每个颗粒内相加，从而获得每个分析颗粒的能谱数据；离线分析软件依据每个颗粒的点谱图特征能量值自动进行元素识别，并自动计算已识别元素的含量；依据能谱谱线及测试点元素含量与数据库中的标准或已有矿物能谱谱线和成分进行比对，从而确定该测试点矿物种类和名称。对测试后的结果进行解离分析处理，结合多种矿物学参数统计计算，直接获得样品的元素百分含量和重矿物质量百分含量。

3 结果

3.1 荒山岩心岩性与地层划分

基于荒山岩心沉积物自上而下的变化特征，对岩心沉积序列的岩性和沉积环境描述如下（Xie et al.，2020）（图3）：

（1）0～30.4 m：现代土壤和风成黄土—古土壤序列，其不在水系演化研究范围之内。

（2）30.4～57.088 m：为浅黄褐色、灰黑色粉质泥（该层未在重矿物取样区间内）。

（3）57.088～62.254 m：该层主要由棕黄色极细砂和结构松散的细砂组成，具有明显的铁染现象和灰瓦状结构（即含有大量＜63 μm的细颗粒组分）。

（4）62.254～66.13 m：主要为青灰色亚粘土和粘土，有明显的铁染现象。该层粒度在65 m以下逐渐变粗，岩性为砂质粘土和泥质砂。

（5）66.13～73.391 m：为蓝灰色、灰绿色中-粗砂，66.65～67.71 m的间隔中夹有泥砂和粉质泥，偶尔夹有小砾石。该层粒度从70.34 m开始变粗，岩性为黄白色粗砂，铁锈现象明显。

（6）73.391～95.182 m：为灰黄色、青灰色、灰绿色含砾粗砂夹两层粉砂质泥。砾石碎屑呈不均匀、零星分布，主要呈次棱角状至棱角状，少量呈次圆形。

（7）95.182～101.11 m：主要为青灰色极细砂和细砂、浅灰色粉质泥和灰黑色泥，其间的微细层理发育良好。

岩心沉积环境自上而下依次为风尘黄土（0.98～30.4 m）、河湖相（30.4～95.18 m）和浅湖相（95.18～101.11 m）。其中河湖相又进一步划分为两个沉积旋回，河漫湖泊（62.3～66.13 m）、边滩（66.13～73.39 m）和河床滞留堆积（73.39～95.18 m）为第一个旋回（62.3～95.18 m）；河漫滩（30.4～57.09 m）和边滩（57.09～62.3 m）为第二个旋回（30.4～62.3 m）。岩心地层根据岩性和磁化率进一步划分为3段，地层深度分别是0～30.4 m、30.4～62.3 m和62.3～101 m。

3.2 荒山岩心重矿物变化特征

荒山岩心样品中检测出重矿物共48种，其中以闪石类（42.61%）和帘石类（31.31%）占绝对优势，钛铁矿（6.93%）、榍石（5.77%）、铁磁矿物（3.57%）、石榴石类（2.07%）、白钛石（1.94%）、金红石（1.39%）和电气石（1.13%）次之，其他矿物（锆石、磷灰石、独居石、辉石、蓝晶石和硅铁矿）含量较少（＜1%）。方解石、铬铁矿、蛇纹石、黄铁矿和磁黄铁矿含量极少或仅在个别样品中偶见。

岩心地层的矿物相存在明显差异（图2），62.3 m以上地层矿物种类较多，而62.3 m以下地层矿物种类较少。在荒山岩心重矿物随深度变化图中，部分重矿物百分含量在深度62.3 m处发生明显变化（图3）。重矿物特征指数（ATi和GZi）在62.3 m上、下地层也存在明显差异（图3），其中ATi指数在上、下地层的变化最为明显。

图2 荒山岩心样品上下段TIMA矿物相对照Fig.2 Comparison of TIMA mineral phases in the upper and lower sections of Huangshan core samples

图3 岩心重矿物含量随深度的变化Fig.3 Down-core variations of the heavy mineral content in Huangshan core

3.3 荒山岩心全岩矿物元素地球化学特征

岩心沉积物中共检测出27种元素，其中以O（41.28%）、Si（19.08%）和Fe（15.86%）占绝对优势，元素Ca（9.34%）、Ti（4.73%）、Al（4.40%）和Mg（3.06%）次之，其他元素（Na、K、P、Zr、Nb、B、Hf、F、Ce和Nd）含量较少（＜1%）。在沉积物元素随深度变化曲线中（图4），部分元素百分含量在深度62.3 m处发生显著变化。以62.3 m为界分为上、下两段，岩心上段元素整体变化较为平缓，波动幅度较小；而下段元素整体变化急剧，波动幅度较大；岩心上段元素Ti、K、P、Zr、Nb和Hf呈减少趋势，下段除了元素K和P之外，整体上呈增加趋势；元素Mg、Na、B、F、Ce和Nd在岩心上段呈增加趋势，下段除元素B以外，其余元素整体上均呈减少趋势。

图4 荒山岩心元素含量随深度变化曲线Fig.4 Down-core variations of the element content in Huangshan core

4 讨 论

4.1 荒山岩心物源变化

沉积物中的重矿物是物源变化的敏感指示剂（Sevastjanova et al.，2012；何苗等，2019），根据矿物之间的共生关系，可以利用重矿物的类型、丰度和组合关系对物源特征进行分析（向绪洪等，2011；Sevastjanova et al.，2012；陈心怡等，2018）。岩心部分重矿物类型在上、下地层存在极大差异，方解石、铬铁矿、蛇纹石、黄铁矿和磁黄铁矿在下段地层中出现，但在上段地层中缺失，硅铁锂钠石却在上段地层中独特出现；重矿物含量，例如，锆石、磷灰石、电气石、辉石、钛铁矿、铁磁矿物和硅铁矿，在上、下地层也发生明显变化（图3）。其中电气石、辉石、铁磁矿物和硅铁矿在上段地层中含量较多，而锆石、磷灰石、金红石、榍石、石榴石和钛铁矿在下段地层中含量较多。此外，岩心上、下段重矿物组合也存在一定差异（图3）：62.3 m以上地层的重矿物组合为闪石类+帘石类+榍石+铁磁矿物，与松原方向河流重矿物组合（角闪石+绿帘石+赤褐铁矿+钛铁矿+榍石）相同或相近（Xie et al.，2020）；而62.3 m以下地层的重矿物组合为闪石类+帘石类+钛铁矿+榍石，与依兰方向河流重矿物组合（角闪石+绿帘石+钛铁矿+榍石+赤褐铁矿+石榴子石）基本一致（Xie et al.，2020）。因此，重矿物类型、含量和组合关系的显著差异表明岩心沉积物以62.3 m为界，上、下地层的源区发生了明显变化。

ZTR指数（ZTR指数=锆石%+金红石%+电气石%）是Hubert（1962）首次提出的，代表重矿物的成熟度，用于指示沉积物的搬运距离和方向，从而判断物源方向（Morton and Hallsworth，1994；王中波等，2006；康春国等，2009a，2009b；廉波等，2019；谢小敏等，2021）。ATi指数反映磷灰石的风化程度；GZi指数反映石榴子石的母岩组成（片岩、角闪岩和麻粒岩），在风化作用很弱的条件下，ATi指数和GZi指数均反映沉积物物源的变化（康春国等，2009a，2009b，2011）。这些重矿物特征指数能够更加准确地反映物源信息，因此常用来示踪物源（李伟歌，2020；谢小敏等，2021）。对于我们的研究而言，岩心重矿物特征指数在上、下地层存在明显差别（图3）。例如，相对于岩心下段的ATi指数（40.95%），上段的ATi指数较小（12.02%）；相反，62.3 m以上地层的GZi指数（90.42%）较大（62.3 m以下地层为76.35%）；ZTR指数在上、下地层差别较小，但锆石和金红石在上、下地层中含量差异极为显著。岩心上、下段重矿物特征指数之间的差异进一步证明沉积物的源区发生了变化。

沉积物中的某些特征元素化学性质较为稳定，在风化剥蚀、搬运、沉积和成岩过程中具有一定的继承性，且受物源影响较大，可以作为物源示踪的良好指示剂（Boulter et al.，2004；操应长等，2007；余烨等，2013；肖军好，2016）。岩心元素变化趋势、含量及类型在上、下段地层均存在较大差异（图4），整体来说，岩心上段元素较为稳定，波动幅度较小；而下段元素变化急剧，波动幅度较大。元素（Ti、Mg、Na、B、Hf、F、Ce和Nd）在上、下地层均发生显著变化，且部分元素类型（S、Ba、Pb、Th、Cr和Pr）在62.3 m以下地层中出现，但在62.3 m以上地层缺失。元素变化趋势、含量及种类的差异同样证实岩心沉积物的源区发生重大改变。值得注意的是，荒山岩心62.3 m以上地层的磁化率明显高于62.3 m以下地层（Xie et al.，2020），这与岩心上段较高含量的铁磁性矿物的出现相吻合（图3）。

重矿物组成会依据沉积物的粒度而发生变化（Morton，1985）。一般来说，闪石类在不同沉积物粒级中分布广泛，且含量较高（金秉福等，2013）；与闪石类相比，帘石类存在于粒度较小的沉积物中；锆石、电气石、磷灰石、金红石和钛铁矿多富集在细粒级中（王孟瑶等，2019）。岩心上段沉积物粒度明显小于下段，但下段沉积物中的帘石类含量明显高于上段；相对于上段地层，锆石、磷灰石、金红石、榍石、石榴石和钛铁矿含量在下段地层中明显增加。因此，岩心重矿物的变化与粒度变化没有相关性，物源是重矿物变化的主要影响因素。

沉积物的地球化学组成常受到粒度大小的控制（刘连文等，2001；高玲等，2008；谢远云等，2012）。元素Si、Na和K趋向于在粗颗粒中富集；而细颗粒的沉积物中富含元素Ca、Fe、Mg和Ti（刘连文等，2001；谢远云等，2012）。岩心上段沉积物粒度较小，而下段沉积物粒度较大，元素Si（20.54%）、Na（1.22%）和K（0.48%）在上段地层中的含量明显高于下段（18.77%，0.94%，0.37%），相对于上段地层元素Fe（15.69%）、Ca（8.88%）、和Ti（2.80%）的含量，下段地层的元素含量较高（15.90%，9.44%，5.14%），表明岩心元素地球化学组成受沉积物粒度的影响较小，元素组成主要受物源控制。

沉积物的重矿物和地球化学组成会受到沉积过程（风化、搬运和分选）和沉积循环的影响（Morton and Hallsworth，1994；Cullers and Podkovyrov，2000；Armstrong-Altrin et al.，2004；Xie et al.，2018），由于岩心沉积物的化学风化程度较低（Xie et al.，2020），表明岩心沉积物的重矿物和元素组成受化学风化的影响较小。因此，可以忽略化学风化对重矿物和地球化学组成的影响。

因此，粒度和化学风化对岩心物源指标（重矿物和元素地球化学）几乎没有影响，岩心沉积物以62.3 m为转折点，上、下地层沉积环境发生巨大变化，极有可能是区域水系发生了重大调整。

4.2 岩心物源变化揭示的松花江水系演化

早在20世纪已有学者曾描述过东北平原的地貌和古水文网（斯米尔诺夫，1958；孙肇春等，1964），松花江和辽河的流向一直是东北平原河流水系研究的热点问题（斯米尔诺夫，1958；孙肇春等，1964；杨秉赓等，1983；秦小光等，2010；裘善文等，2012）。松花江水系中上游是否发生反转目前一直存在争议，裘善文等（2012，2014）认为晚更新世之前，松花江从松嫩湖盆东北出口处向东流，流入通河—依兰地区，未曾向西流入松嫩平原，否认松花江水系在中上游发生反转。然而，裘善文（2008）曾以图形形式指出松花江曾经向西流入松嫩平原，这与他的其他观点相悖，但这一看法却与大多数学者的观点一致。杨秉赓等（1983）认为晚第三纪末强烈的构造活动导致河流溯源侵蚀加剧，约在早更新世末或中更新世初，松花江下游河流切穿依兰以东分水岭并袭夺了松花江中游的上部地段，最终流入黑龙江；刘祥等（1993）认为早更新世时期长岭隆起导致松花江切穿依兰以东分水岭，向东流去。尽管前人对松花江水系演化存在不同的观点，但一致认为松花江水系发生了重大调整。

荒山岩心在深度62.3 m处上、下地层河流沉积环境存在显著差别。沉积地层中的粒度变化可以反映周缘山体的构造运动（陈殿宝等，2018）。岩心95.18～62.25 m的岩性依次为含砾粗砂（95.18～73.39 m）、中-粗砂（73.39～66.13 m）和粘土（66.13～62.25 m）。岩心粒度自下而上逐渐由粗变细，反映了在新构造运动作用下河流水动力逐渐减弱的演变过程。碎屑砾石一般为区域山体构造隆升的产物（傅开道等，2006；Guo et al.，2018）。晚第三纪末期新构造运动剧烈，山区上升较平原显著，依兰山区剧烈隆升，平原与山区之间的相对高差变大，河流搬运能力增强，将较大砾石携带至河流下游（张殿发等，2000）。哈尔滨以东（依兰方向）的通河—依兰地区现代河流沉积物中存在明显的砾石堆积。哈尔滨以西地区（松原方向）地处东北平原腹地，地形起伏和缓，发源于大兴安岭的嫩江河床相对高差小，水流平缓，携带的颗粒物较小，无法将颗粒较大的砾石搬运到下游平原地区。松原方向现代河床和河流阶地中的沉积物为中细砂，未见砾石堆积。综上，岩心沉积物中的砾石是从依兰地区经河流搬运到哈尔滨荒山地区。随着佳依分水岭的逐渐隆升，河流上游溯源侵蚀加剧，而河流下游因沉积物的不断堆积，河床逐渐升高，导致松花江依兰—哈尔滨河段河床相对高差不断降低，水流搬运能力减弱，河流下游沉积物的粒度逐渐由粗变细。所以，荒山岩心62.25～95.18 m粒度自上而下的变化特征基本上佐证了松花江的西流模式。

重矿物组成是源区母岩类型的良好反映（康春国等，2009a；狄会哲等，2018）。松花江流域沉积物主要有3个物源，即西北方向的大兴安岭、东南方向的长白山余脉和东北方向的小兴安岭。大兴安岭的源岩属性主要以花岗岩、中酸性火成岩为主，含少量玄武岩和辉绿岩等基性岩（蔡芃睿等，2019）；小兴安岭、长白山和张广才岭的母岩岩性以花岗岩、混合花岗岩、玄武岩和变质岩为主（马丽芳，2002）。角闪石、钛铁矿和磁铁矿主要产生于中性及基性火成岩中，其中钛铁矿也是花岗岩风化的产物；绿帘石、石榴子石和蓝晶石是典型变质岩的标志；榍石存在于中酸性火成岩中（康春国等，2009a；狄会哲等，2018）。松原方向物源主要来自大兴安岭，部分来自长白山余脉；而小兴安岭和长白山则为依兰方向提供物源。重矿物特征和化学元素的差异反映沉积物的源区发生变化，而源区变化进一步指示了河流水系演化（廉波等，2019；张青松等，2020；陈倩等，2021）。荒山岩心上段重矿物组成不仅与松原方向现代河流重矿物组合相近，而且较好的继承了大兴安岭的母岩属性，表明物源来自松原方向；而岩心下段重矿物组合（与依兰方向现代河流重矿物组合相似）则充分体现了源区（小兴安岭和长白山）母岩属性，表明物源来自依兰方向（Xie et al.，2020）。岩心62.3 m上、下地层的重矿物特征及全岩矿物元素地球化学组成的明显差异进一步揭示第四纪松花江水系中上游发生了流向反转。近年来，松花江成为东北地区水系演化研究的热点（裘善文等，2014；张配等，2019；Xie et al.，2020），已有学者依据哈尔滨荒山钻井岩心沉积物的磁化率，结合国际古地磁极性年代表，确定松花江中上游反转的时间约为0.94 Ma（Xie et al.，2020）。

我们在依兰野外考察时发现一套河湖相地层剖面（46°18′44″N，129°32′20″E），剖面底部河拔高度18 m，出露厚度约5 m（图5），岩性自下而上分别是砾石层、棕黄色细砂，青灰色河湖相泥（水平纹理发育）。我们推测这套地层的出现极有可能与松花江水系调整有关。据此，我们推断出松花江早更新世以来的水系演化过程如下（图6）：早更新世，佳依分水岭被切穿之前，松嫩水系与三江平原水系尚未贯通，牡丹江作为古松花江的上游流经依兰—通河—哈尔滨，注入松嫩古湖（图6a）。松辽分水岭在0.94 Ma局部隆升，古松花江流向反转，自西向东流，在通河—依兰地区形成广阔的河湖相沉积。松花江水流不断流入导致湖泊水位上升，湖水溢流切穿佳依分水岭，从而形成了现代的松花江水系（图6b）。

图5 依兰河湖相地层剖面位置图Fig.5 Location of the Yilan River lacustrine facies stratigraphic section

图6 松花江水系演化示意图a.反转前；b.反转后Fig.6 Schematic diagram for evolution history of the Songhua River Drainage

5 结 论

本文利用TIMA技术对哈尔滨荒山岩心的重矿物特征进行分析，结合全岩矿物的元素地球化学组成，研究第四纪以来松花江水系的演化，得出以下结论：

（1）岩心62.3 m上、下地层沉积物的重矿物含量、组成、特征指数（ATi和GZi）以及全岩矿物元素地球化学组成存在明显差异，表明岩心沉积环境发生变化，沉积物的物源区发生改变。

（2）岩心重矿物和全岩矿物地球化学组成在岩心地层62.3 m上、下发生显著变化，指示了物源的变化，下段地层物源来自依兰方向，而上段地层物源来自松原方向，因此，岩心物源变化指示了松花江水系的反转。

（3）早更新世，松嫩水系和三江水系尚未贯通，以佳依分水岭为界，古松花江上游的牡丹江流经依兰—通河—哈尔滨，注入松嫩古湖。松辽分水岭在0.94 Ma之后的隆升，迫使古松花江中上游流向发生反转，自西向东流，导致在通河—依兰地区形成河湖相沉积。随着松花江水流的不断流入，湖泊水位不断升高，湖水溢流切穿佳依分水岭，松嫩水系与三江水系得以连通，现代松花江水系格局建立。

致 谢重矿物实验得到河北廊坊诚信地质公司的张晏子、李鹏和王根涛的大力支持，研究生刘硕、张瑞和孙杨参加了部分野外取样工作，研究生赵倩、李思琪、李秋杭、汪进秋、孙建华、侯心茹、冷宇坤和魏春艳参与了实验室样品处理工作，在此一并表示感谢。