研究区第四系分布广泛, 遍布各大小河谷及东南部平原上。对于研究区的第四系2套风积物, 前人在1:20万和1:5万区域地质调查中按时代或成因类型进行了地层划分(表1)。其中, 内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院2009年对研究区内的2套风积物的地层划分与本次工作的岩性划分一致, 但前者只是在野外调查过程中对岩性和成因类型的划分, 缺少地质年代的依据。

表 1

Tab.1

表 1(Tab.1)

表 1 地层划分沿革 Tab.1 Evolution of regional stratigraphic division 岩性 1:20万 扎鲁特 旗幅[1] 1:20万 哈达营 子幅[2] 1:5万 华杰幅等 3幅[3] 1:5万 迟家堡幅 等4幅[4] 本文 黄色亚砂土 Q3 Q3eol+al Q p3eol Q p32w Qp2w 红、褐红色 亚砂土、亚黏土 Q2-3 Q2eol+al Qp2c Qp1c

表 1 地层划分沿革 Tab.1 Evolution of regional stratigraphic division

本次研究在内蒙古扎鲁特旗平安村西北公路边测制了第四系比较完整的剖面, 采集了孢粉和光释光测年样品。

内蒙古扎鲁特旗平安村西北公路边第四系剖面(剖面编号PM007)描述如下(图1)。

图 1

Fig.1

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	图 1 更新统垂向剖面(PM007) 1.亚砂土; 2.亚黏土; 3.粉细砂; 4.钙质结核; 5.砂砾石透镜体; 6.流纹质角砾凝灰岩; 7.孢粉样品; 8.光释光测年样品Fig.1 Vertical profile of Pleistocene in the study area (PM007)

本次研究在上述剖面的2层、3层、4层和5层分别采集了孢粉和光释光样品。同时, 在鲁北砖厂采土场、华杰等地的砖红色亚黏土和黄色亚砂土中分别采集孢粉和光释光样品。

在研究区内下更新统赤峰黄土零星分布, 见于陶海营子、东沟、浑尼吐、华杰等地, 厚度3~8 m。一般围绕基岩呈弧形分布, 堆积物具2层结构: 下部为含碎石亚黏土, 上部为红色、砖红色黏土、亚黏土。其中含有大量钙质结核, 表层多具龟裂纹。下部含有砂砾岩透镜体。岩石碎屑成分因地而异, 大小多在5~20 cm之间, 棱角状, 含量一般在10%~20%。赤峰黄土夹有埋藏土, 从宏观上看红、黄相间, 单埋藏土厚度较小。

在研究区内中更新统风成黄土乌尔吉组主要分布于山前坡地广大区域, 形成黄土平台及深切黄土冲沟, 岩性主要为浅黄色亚砂土夹钙质结核层。亚砂土呈浅黄色, 大孔隙, 柱状节理发育、密集, 柱高0.4~1.1 m, 底部夹有1~2层10~30 cm厚的钙质结核层(又叫“ 僵石” ), 色调为灰白、乳白色, 成分为碳酸钙, 断面呈同心环状, 长短不一, 形态各异, 有萝卜形、纺缍状、球形、哑铃状等, 大者10 cm, 小者1 cm, 多呈层状展布, 延伸长可大于30 m; 另外中下部层位间亦夹有厚15~40 cm的冲积砂砾石层, 透镜体状延伸长几十厘米至十几米不等, 砾石成分繁杂, 磨圆度好, 局部砾石还可见弱定向排列。

野外观察乌尔吉组与赤峰黄土两者之间有明显的剥蚀面。两者为上下层位关系。

本组合产自赤峰黄土中, 含孢粉化石27个属种类型(表2), 孢粉组合的基本特征是, 以草本植物花粉在组合中占绝对优势(65.82%~96.29%), 乔木、灌木植物花粉较少(3.71%~34.18%)。蕨类植物孢子未见。具体组成成分及平均百分含量如下:

草本植物中以蒿属(40.41%)和藜科(28.58%)植物花粉含量最高, 其次为菊科(2.73%)、苍耳属(1.90%)、禾本科(1.49%)、荨麻属(1.36%)、蓼属(1.17%)。此外, 莎草科(0.20%)、龙胆属(0.07%)、百合科(0.07%)、葎草属(0.07%)、毛茛科(0.23%)、唐松草属(0.12%)、地榆属(0.19%)等花粉少量分布。

表 2

Tab.2

表 2(Tab.2)

表 2 孢粉组合百分含量统计 Tab.2 Statistic percentage of pollen assemblages (%) 属种名称及百分含量 层位及样品号 乌尔吉组 赤峰黄土 PM007- 2-1BF PM007- 3-1BF PM007- 3-3BF D4164- 1BF PM007- 4-1BF PM007- 5-1BF PM009- 3BF D3280BF D4163- 1BF 中华卷柏(Selaginella sinensis) 0.89 泽泻属(Alisma) 0.56 藜科(Chenopodiaceae) 37.50 23.68 27.68 15.60 35.35 33.60 8.24 38.55 27.16 菊科(Compositae) 5.36 1.33 4.76 2.00 3.00 3.60 0.99 1.12 4.93 蒿属(Artemisia) 14.29 24.00 40.95 58.40 31.67 32.80 54.28 24.02 59.26 苍耳属(Xanthium) 5.86 1.67 0.95 0.80 1.00 0.80 0.99 6.70 莎草科(Cyperaceae) 0.33 0.40 0.40 0.62 龙胆属(Gentiana) 0.33 禾本科(Gramineae) 1.79 0.67 3.81 2.80 1.67 0.80 0.33 2.79 1.85 百合科(Liliaceae) 0.33 葎草属(Humulus) 0.33 蓼属(Polygonum) 0.89 1.00 0.33 3.20 0.66 1.68 报春花科(Primulaceae) 0.33 毛茛科(Ranunculaceae) 0.33 0.40 0.33 0.80 唐松草属(Thalictrum) 0.62 地榆属(Sanguisorba) 0.40 0.56 荨麻属(Urtica) 1.67 8.57 2.80 3.00 0.33 2.23 1.23 败酱属(Patrinia) 0.62 麻黄属(Ephedra) 1.79 2.67 0.95 1.00 0.40 0.33 0.56 云杉属(Picea) 0.89 0.33 松属(Pinus) 23.21 10.33 7.57 3.20 12.00 7.20 9.87 7.26 2.47 槭属(Acer) 0.95 桤木属(Alnus) 1.00 0.40 2.30 0.56 桦属(Betula) 5.75 13.33 7.20 5.33 11.60 14.80 6.70 0.62 榛属(Corylus) 5.33 2.86 1.20 0.33 2.40 2.30 0.56 鹅耳枥属(Carpinus) 0.89 7.67 2.00 1.33 1.20 3.26 0.56 卫矛属(Euonymus) 0.67 胡桃属(Juglans) 0.33 0.40 0.56 栎属(Quercus) 0.89 2.00 1.60 1.00 0.80 0.99 0.56 0.62 绣线菊属(Spiraea) 1.00 榆属(Ulmus) 1.33 0.95 0.80 0.67 0.33 4.47 总孢粉数量/粒 112 300 105 250 300 250 304 179 162 花粉浓度/(粒· g-1) 20 635 82 911 58 037 6 008 3 684 12 562 571 1 621 1 905 蕨类植物含量/% 0.89 0 0 0 0 0 0 0 0 草本植物含量/% 65.69 55.01 86.72 83.20 77.34 76.40 65.82 78.21 96.29 乔、灌木植物含量/% 33.42 44.99 13.28 16.8 22.66 23.6 34.18 21.79 3.71

表 2 孢粉组合百分含量统计 Tab.2 Statistic percentage of pollen assemblages (%)

乔木、灌木植物中针叶植物有较多的松属(7.76%)和少量的云杉属(0.07%)花粉。落叶阔叶植物以桦属(7.81%)占优势, 其次为鹅耳枥属(1.27%)、榛属(1.12%)、榆属(1.09%)。同时, 栎属(0.79%)、胡桃属(0.11%)、卫矛属(0.13%)、桤木属(0.57%)等花粉少量分布。普遍含有旱生植物麻黄属(0.46%)花粉, 但含量较少。

样品花粉浓度较大, 指示采样点当时植被覆盖度较高, 具有蒿属、藜科占优势的草原疏林植被景观。旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占69.15%)出现较多, 针叶、阔叶植物较少, 以耐干旱、耐寒冷植物(松属+云杉+桦属, 占15.64%)为主, 同时, 喜阴、喜湿的植物, 如鹅耳枥属、榆属、蓼属和泽泻属也有一定含量。表明这一时期的气候主要为干旱的草原气候类型, 气候明显有波动, 曾出现过干燥、湿热的气候。

本组合产自乌尔吉组中, 含孢粉化石23个属种类型(表2), 孢粉组合的基本特征是, 以草本植物花粉在组合中占绝对优势(55.01%~83.20%), 乔木、灌木植物花粉较少(13.28%~44.99%)。蕨类植物孢子仅见卷柏一属。其具体组成成分及平均百分含量如下:

草本植物中以蒿属(34.41%)和藜科(26.12%)植物花粉含量最高, 其次为菊科(3.36%)、苍耳属(2.32%)、禾本科(2.27%)、荨麻属(3.26%)。含量较少的植物花粉有: 莎草科(0.18%)、蓼属(0.47%)、龙胆属(0.07%)、报春花科(0.08%)、毛茛科(0.18%)。

乔木、灌木植物中针叶植物有较多的松属(11.08%)和少量的云杉属(0.22%)花粉。落叶阔叶植物以桦属(6.57%)占优势, 其次为榛属(2.35%)、鹅耳枥属(2.64%)、栎属(1.12%)。此外, 槭属(0.24%)、桤木属(0.35%)、胡桃属(0.18%)、绣线菊属(0.25%)、榆属(0.77%)等花粉少量分布。普遍含有旱生植物麻黄属(1.35%)花粉, 个别样品含量较高。

乌尔吉组与赤峰黄土中孢粉组合的共同点是两者均以旱生草本植物蒿属、藜科、菊科占优势, 针叶、阔叶植物较少, 以松属、桦属为常见。两者的区别在于, 在乌尔吉组上部孢粉组合中, 旱生植物麻黄属含量明显增加, 喜阴、喜湿的植物明显减少, 出现了耐旱的蕨类植物。

乌尔吉组孢粉样品花粉浓度也较大, 指示采样点当时植被覆盖度较高, 具有蒿属、藜科占优势的草原疏林植被景观。旱生或超旱生植物(蒿属+藜科+麻黄属, 占62.82%)占优势, 针叶、阔叶植物较少, 仍以耐干旱、耐寒冷植物(松属+云杉+桦属, 占17.87%)为常见, 表明这一时期的气候以干冷为特点。

本次研究在PM007剖面的2层、4层分别采集了光释光样品。同时, 在鲁北砖厂采土场、华杰等地的砖红色亚黏土和风成黄土中也分别采集了光释光样品(表3)。采集样品用钢管钻洞取样, 钢管外用锡纸和褐色塑料包装, 送至实验室。

表 3

Tab.3

表 3(Tab.3)

表 3 样品信息及光释光测年结果 Tab.3 Sample information and results of OSL dating from the study area 野外编号 采样位置 (经纬度) 岩 性 层 位 U/10-6 Th/10-6 K/% 等效剂量 E.D/Gy 年剂量Dy/ (Gy/ka) 含水量/% 年龄/ka DB004-2 44° 51'23″ 121° 14'20″ 浅黄色粉细砂 乌尔吉组 Qp2w 1.32 6.71 1.96 125.20± 3.21 3.10 10.12 40.4± 1.9 PM009-2 44° 36'21″ 120° 57'58″ 浅黄色粉细砂 乌尔吉组 Qp2w 0.81 3.40 2.47 160.90± 3.88 3.20 5± 2 50.3± 2.3 PM007-2-2 44° 17'39″ 120° 25'51″ 浅黄色粉细砂 乌尔吉组 Qp2w 1.65 7.03 1.59 313.37± 17.23 2.85 11.99 110.0± 7.5 DB005 44° 50'49″ 121° 12'14″ 砖红色含 砾亚黏土 赤峰黄土 Qp1c 1.12 5.93 2.24 587.38± 16.22 3.32 5.12 176.8± 8.6 DB004-1 44° 51'23″ 121° 14'20″ 砖红色含 砾亚黏土 赤峰黄土 Qp1c 1.52 8.37 1.96 686.80± 18.14 3.42 4.77 200.9± 9.6 PM007-4-2 44° 17'39″ 120° 25'51″ 砖红色含 砾亚黏土 赤峰黄土 Qp1c 2.93 12.40 2.54 914.26± 6.85 4.52 17.89 > 202.1 DB003 44° 26'12″ 120° 55'14″ 砖红色含 砾亚黏土 赤峰黄土 Qp1c 1.80 7.34 2.19 775.73± 34.64 3.52 11.35 220.4± 13.2 注: 光释光测年由国土资源部地下水矿泉水及环境测试中心测试

表 3 样品信息及光释光测年结果 Tab.3 Sample information and results of OSL dating from the study area

对于所有细颗粒样品采用简单多片再生法获得等效剂量值, 用饱和指数方法进行拟合, 生长曲线图显示简单多片法测的细颗粒样品再生剂量点不太分散, 生长曲线没有明显饱和, 样品测试数据基本可信。但编号为PM007-4-2样品生长曲线趋于饱合, 年龄值应采取大于计算得出数据。基于样品铀/钍/钾含量分析得到的年剂量计算出测试样品的光释光年龄(表3)。

从计算结果可以看出, 采自乌尔吉组岩性为浅黄色粉细砂的样品光释光测年结果为(40.4± 1.9)~(110.0± 7.5)ka, 采自赤峰黄土岩性为砖红色含砾亚黏土的样品光释光测年结果为(200.9± 9.6)~(220.4± 13.2)ka。

关于第四系各期界线划分的时代问题, 目前国内外均有较大争议^{[5, 6, 7]}, 依据中国地层表2010年试用稿所采用的上、中、下更新统界线的划分时限, 同时考虑到研究区内更新统2套沉积物的发育和分布特征, 将研究区的浅黄色风成砂乌尔吉组划为中更新统, 将其下部砖红色含砾亚黏土赤峰黄土划为下更新统。