河套平原三湖河凹陷光释光测年研究

苑宏超 李树鹏 李明亮

摘要：本文对河套地区三湖河凹陷区的钻探样品，进行光释光测年的单片技术测试与研究，对其形成时代精确界定。此次光释光年代样品测试结果结合年代和岩石地层等综合分析，该区域的Q3-4底界从北到南深度总体表现有变浅的趋势，从西到东，表现为浅——深——浅的变化特征。中更新统上部底界同样具有北厚南浅的特点。中更新世底界在隆起区以北以南深度较大，可达487米。

关键词：光释光测年；石英；第四纪地质；三湖河凹陷

引言

光释光测年是第四纪地质常用的定年方法。河套平原晚更新世——全新世沉积环境相近，在未开展系统调查的情况下，难以确定上更新统与全新统的岩石地层划分标志，晚更新世——全新世的古地理条件与沉积环境演化对河套平原浅层含水层的水文地质条件形成具有重大意义。前人已有资料研究范围和年代时段相对集中，地层界定主要依据物探成果，许多问题存在争议。本次工作充分利用前人资料，并结合实测剖面测年数据，尽可能地进行上更新统与全新统的划分。

1. 区域地质背景特征

1.1 区域地层概况

三湖河凹陷区属于河套平原一部分，位于乌拉山麓以南，包头断裂以西，鄂尔多斯高原以北的盆地区，分布面积约2100km2。区内第四系在山前主要为冲洪积砂砾等粗碎屑构造；盆地内主要为冲湖积粉砂质粘土与粉细砂、中细砂互层。据物探资料，该地层区第四系厚度在500m～1200m间，沉降中心位于三湖河凹陷区北部的山前平原，第四系沉积亦造北厚南薄的趋势。

1.2 第四纪地层特征

全新统（Q4）：位于乌拉山南麓山前地带，岩性主要为冲洪积扇状分布的灰黄色砂砾石，厚20m～70m；盆地内岩性主要以冲积为主的冲湖积的灰黄、粉细砂，下部砂层较为发育，厚6m～22m。

上更新统（Q3）：山前地带岩性主要为冲洪积土黄、灰黄色砾石，夹灰黄粘土质砂层。厚30m～60m。盆地内岩性主要为冲积、冲湖积灰黄细砂、粉细砂，少夹粘土，厚20m～60m。

中更新统（Q2）：上部地层（Q22）在山前地带局部岩性主要为冲洪积灰色卵砾石、砂砾石夹较厚的淤泥质粘土层，厚度大于66m。盆地内岩性主要为以湖积为主的冲湖积灰色淤泥，局部夹灰色细砂。厚14m～189m；下部地层（Q21）在山前岩性主要为冲洪积灰、土黄色砾石。揭露厚度大于50m。盆地内岩性主要为冲湖积灰黄色粘土。最大揭露厚度约319m。

早更新统（Q1）：盆地内早更新世晚期地层岩性为冲湖积黄灰色粘土、中细砂、粉细砂层。揭露厚度98.18m，未见底。

2. 样品采样及OSL测试

钻孔岩芯的采样：在岩芯剖开前在需要定年的层位锯出约10cm的一段岩芯，用不透光的黑塑料包好并用胶带束紧两头，写上样品编号，送到释光测年实验室。在释光实验室里打开管子，取出整块岩芯，岩芯表层（厚2cm～3cm）部分可于U、Th和K含量及含水量的测量，留下岩芯中心的样品进行光释光测年的单片技术测试。

所有实验步骤都在暗室条件下完成，首先去掉样品表层及两侧可能曝光部分，此部分样品用来测量样品含水量和238U、235U、232Th及40K的含量，剩余样品用于前处理。加清水搅拌，待澄清后倒掉上层清水，以去掉部分杂质。

首先使用试剂为浓度为30%的双氧水和1mol/L的盐酸，去除样品中的有机质和碳酸盐类化合物。将处理后的样品用清水清洗3～5次，放入烘箱（60℃）烘干后，选取粒径为4μm～11μm的颗粒。最后将该粒组样品用40%氢氟酸溶蚀1～2周，去掉其中的长石，提纯石英。在直径为10mm的铝片上，涂抹少许硅胶，把提纯的石英单层平铺其上，以备测试样品的等效剂量。

3. 试验数据分析

试验室中样品采用OSL-3型全自动激光释光仪，采用光释光测年的单片技术对样品进行测试，得到测试结果见表1-1。

包头市和业色气村的QK7钻孔年代测试结果结合岩性综合分析认为（见图1），光释光测年结果略微偏老，晚更新统底界定为34.0m，中更新统未见底。该层67.6m和71.7m处光释光年代结果显示该层位的淤泥质年代为中更新世。

乌拉特前旗白彦花镇九连砖厂QK11钻的光释光年代样品测试结果结合年代和岩石地层等综合分析后认为（见图2），该孔晚更新世及以上地层颜色以灰黄色为主，岩性以粉土为主，分布有粘土以及粉砂，晚更新统底界为66.0m；中更新世晚期地层颜色以蓝灰色为主，岩性以淤泥质粉土或淤泥质粘土为主，局部分布有砂层，底界为169.2m；中更新世早期地层颜色以灰褐色为主，岩性以粘土为主，局部为中砂，未见底。

根据前人资料及对三湖河凹陷的QK7和QK11钻孔进行的年代测试，结果显示，该区域的Q3-4底界从北到南深度总体表现有变浅的趋势，在局部地区表现为浅-深-浅的变化特征，从西到东，表现为浅-深-浅的变化特征，其范围在200m～18m之间。中更新统上部底界同样具有北厚南浅的特点，其范围为462.0m～20.0m。中更新世底界在隆起区以北以南深度较大，可达487.0m，在隆起区上，深度为78.0m。

根据QK7钻孔中淤泥层的年代可以看出三湖河凹陷北部地区地层中的淤泥层时代为中更新世晚期，这与传统观点认为的该区有中更新世淤泥层的观点是一致的。

4. 结论

第四纪以来，三湖河凹陷区在前期沉积的基础上继续沉降，整个更新世基本上为河流湖泊所占据，冲洪积物不发育，且愈向西部沉积范围愈小，形成了本区以巨厚的冲湖相堆积为主的沉积特点。中更新世晚期的湖积层分布广泛，几乎直抵山麓。

三湖河凹陷区在全新世时期，地形的基本面貌与前期无重大变化，但新构造运动仍较强烈，山体继续抬升，遭受侵蚀—剥蚀，平原持续接受沉积。组沉积物由多个沉积旋回组成，湖相、洼地相与河流相交替出现，近山前地带沉积物以含卵砾石粗砂为主，为冲洪积物沉积。三湖河凹陷区在全新世时期，对现今地貌的塑造具有决定性作用。

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