哈尔滨地区罗家窝棚组地层的沉积学、矿物学及地球化学特征：对沉积环境的指示*

魏春艳 谢远云，2 康春国 迟云平，2 孙 磊 吴 鹏 魏振宇 冷宇坤

（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）

碎屑沉积物的矿物学和地球化学特征蕴含了丰富的母岩信息，因此具有揭示过去地质过程的巨大潜力（Basu et al.，1975；Asiedu，2000；Armstrong-Altrin et al.，2013；Armstrong-Altrin，2015；Armstrong-Altrin et al.，2017；Hamdalla et al.，2021）。沉积物中的元素含量与沉积环境关系密切，利用碎屑沉积物的元素特征来恢复沉积环境是沉积学定量研究的重要手段（冯杨伟等，2017，2019）。然而，碎屑沉积物的地球化学特征不仅受到母岩组成的影响，还受到搬运过程中的风化、分选以及搬运后的沉积环境等因素的改造（Armstrong-Altrin，2009；Baiyegunhi et al.，2017），因此，评估这一过程对于揭示区域地质过程具有重要意义（Andreozzi et al.，1997；Armstrong-Altrin et al.，2004，2015；Asiedu et al.，2004；Ahmad et al.，2016；袁方等，2017）。

哈尔滨地区作为我国东北地区第四系发育典型的地区，许多学者在此做过大量的第四纪地层、古生物以及考古等研究工作（刘淑秋等，1985）。哈尔滨下更新统包括罗家窝棚组、关家窝棚组和白土山组，罗家窝棚组是哈尔滨地区第四纪最底层的地层单元，直接覆于白垩系泥岩风化壳之上（吴金城等，1984），其岩性是紫红色砂砾石，被认为代表了一套冰碛物堆积（赵启刚等，1993；徐宝红等，2009）。到目前为止，针对罗家窝棚组地层的研究工作仅限于1990年以前的少量研究，且集中于沉积学特征的描述，而对于矿物学和地球化学特征的研究尚未涉及。

为此本文对罗家窝棚组地层进行沉积学、矿物学和地球化学特征分析，重建罗家窝棚组地层的化学风化程度、沉积再循环和母岩特征，进而综合分析了罗家窝棚组地层的沉积过程以及沉积环境。此项研究不仅从矿物学和地球化学上完善了罗家窝棚组的地层属性特征，而且对哈尔滨第四纪地层的划分以及早更新世构造—地貌—气候—水系演化等地质事件的重建具有重要指示意义。

1 研究区概况

罗家窝棚组最早由马洪骥等人于1964年在五常县拉林镇以东罗家窝棚（45°14′59″N，126°56′33″E）发现，并确定其属于下更新统。1974年黑龙江省地层会议建议称该地层为罗家窝棚组。1975年徐衍强首次建组并命名（赵启刚等，1993）。罗家窝棚组地层在地貌上呈垅状、鼓丘状，断续出露在山前平原与滨东丘陵的接触带上（吴金城等，1984）。剖面相对高度约20 m左右，顶部覆盖薄薄的现代土壤，岗丘上部为河漫滩相黄褐色堆积物，下部是紫红色砂砾石层堆积（罗家窝棚组地层；图1）。研究区属于中温带湿润—半湿润季风性气候，冬季受亚洲冷高压的控制，风力持久强劲，寒冷漫长；夏季受太平洋西南气流的影响，炎热短暂，四季特征明显。全年盛行西南风，年降水量300～700 mm，年均温为2℃左右。

2 材料与方法

本文以罗家窝棚组地层的砾石、基质以及泥质—粉砂—细砂透镜体为研究对象，其中砾石用来研究其岩性、砾径、砾向、分选—磨圆和化学风化特征等，粉砂及极细砂透镜体沉积物用于重矿物分析，基质和泥质—粉砂透镜体等细粒的碎屑物质用于地球化学分析。

在剖面上划出100 cm×100 cm网格，在网格内随机进行砾石的统计测量，进行了3个砾石统计点，共统计285块砾石。统计测量内容包括砾石a、b面倾向、倾角，砾石各轴（a轴、b轴和c轴）的长度，记录各砾石的成分、磨圆度和风化程度。

获取了38个样品，其中2个样品用于重矿物分析，剩下36个样品（其中32个样品主要是紫红色泥质基质，其次为紫红色泥质—粉砂—极细砂透镜体，剩余4个样品属于半风化和全风化的岩石样品）用于地球化学分析。

将重矿物样品烘干和称重后，使用传统淘洗法把重部分提取出来，剩余尾砂及淘洗污水进行称重计算损耗率，利用三溴甲烷（密度为2.89 g/cm3）将待测定的重矿物样品进行轻重矿物分离，用酒精把分离后的样品反复冲洗，60℃恒温烘干后再称重，可得重矿物部分的含量（康春国等，2009）。将分离出来的重矿物部分在双目显微镜下进行鉴定，每个重矿物样品鉴定颗粒数均在600粒以上（王嘉新等，2020）。重矿物鉴定在廊坊诚信地质公司进行。

样品在室内经过自然风干后，用玛瑙研钵研磨成粉末状，通过干筛法对样品进行筛析，过200目（63 μm）标准分样筛，获得小于63 μm的粒度组分用于地球化学分析。常量元素用荷兰帕纳（PANalytica）XRF（X-rayfluo-rescence）光谱仪，采用压片法完成，使得测量误差在3%以内。微量、稀土元素的测试是用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）完成。通过国际标样、重复样与空白样品进行分析，测试精度和准确度，分析不确定度（相对偏差）均小于2%（袁方等，2018）。样品测试在兰州大学进行。

3 结 果

3.1 沉积学特征

罗家窝棚组是一套弱—中等程度固结的紫红色砾石堆积，泥质基质主要存在于孔隙和颗粒的接触面之间，具有颗粒支撑结构，局部含泥质和粉砂质/砂质透镜体（图1）。

图1 罗家窝棚组剖面位置及沉积学特征a.东北平原地貌及剖面位置；b.罗家窝棚组地层剖面；c.砾石堆积；d.风化花岗岩；e.极度风化砾石；f.粉砂透镜体；g.砂质透镜体；h.泥质透镜体Fig.1 Sketch map of the northeast plain in China，showing location of the studied section（a），and field photo（b～h），showing the sedimentary characteristics of the Luojiawopeng Fm.

罗家窝棚组地层砾石的砾径多集中在30～90 mm（图2a），最大砾径达442 mm。整套砾石无定向性，分选差（图2b）。砾石磨圆度以次棱角（68%）占优，其次是次圆（21%）、棱角（10%）和圆（1%）（图2c）。砾石的化学风化特征以弱风化（67%）为主（图2d），中等风化和强风化分别占26%和7%。砾石岩性主要以砂岩—粉砂岩（44%）和花岗岩（37%）为主（图2e），其次是凝灰岩（11%）、石英质岩石（3.4%）、闪长岩（2%）、流纹岩（1%）和玄武岩（1%）。

图2 罗家窝棚组砾石统计图a.砾径；b.定向性；c.磨圆度；d.风化程度；e.岩性Fig.2 Statistical diagram of gravel in the Luojiawopeng Fm.

3.2 重矿物组成

罗家窝棚组的重矿物类型相对简单，共检测出11种重矿物，包括锆石、萤石、重晶石、磷灰石、白钛石、金红石、锐钛矿、闪锌石、毒砂、黄铁矿和赤/褐铁矿（表1）。其中赤/褐铁矿占绝对优势（87.5%），其次为白钛石（5.0%）、锆石（1.8%）和磷灰石（1.1%），其他重矿物含量很少。

表1 罗家窝棚组剖面重矿物组成/%Table 1 Heavy mineral composition/% of the Luojiawopeng Fm.stratigraphic section

3.3 常量元素

常量元素含量呈现出不同程度的变化，SiO2含量（47.36%～78.07%）较高，表现出酸性岩的特征，富碱（Na2O+K2O=1.08%～5.34%）、富铝（Al2O3含量9.9%～25.01%）、贫钾（K2O含量0.94%～4.85%）、贫镁（MgO含量0.13%～1.14%）、贫钙（CaO含量0.18%～3.1%）、贫钛（TiO2含量0.31%～2.27%）、低磷（P2O5含量0.09%～0.56%）。数据经过UCC（大陆上地壳）标准化后，所有粒级的样品在MgO、CaO、Na2O表现出明显的亏损（图3a），除了单个半风化岩石，其余样品在P2O5表现出适度亏损，除了全风化岩石样品，其余粒级的沉积物在K2O表现出不同程度的亏损；全风化、半风化岩石和泥质沉积物的Fe2O3的富集程度明显高于砂质和粉砂质沉积物；不同粒级组分的Al2O3、MnO和TiO2表现出较大的波动变化。所有样品中SiO2含量与UCC含量相当。

3.4 微量元素

与UCC相比，过渡元素（TTE：Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga），除了Ga全部富集，其余元素随着粒级差异而呈现出不同的变化（图3b）。砂质沉积物在Sc、Co、Ni和Zn明显高于其余粒级样品的富集程度；半风化岩石和粉砂质沉积物在V、Cr、Ni和Zn具有相似的变化趋势，波动较大；Sc、Zn和Ga在全风化岩石的富集程度高于其余元素；泥质沉积物整体波动较大。高场强元素（HFSE：Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Th、U），除了Ta全部亏损，其余元素波动较大。其中除了半风化岩石，其余粒级的样品在Hf表现出不同程度的富集；泥质沉积物在Th上表现为富集，其余样品为不同程度的亏损；泥质、砂质和粉砂质沉积物在Zr和U上的亏损程度高于全风化和半风化岩石；所有粒级的样品在Y上波动较大。大离子亲石元素（LILE：Rb、Sr、Cs、Ba、Pb），除了Pb全部富集，其余元素波动较大。全风化岩石在Rb上的富集程度明显高于其余粒级的样品；泥质沉积物在Sr和Cs上的富集程度最高，而在Ba上的亏损程度最高；半风化岩石总体上表现出不同程度的亏损。

图3 罗家窝棚组元素标准化模式（全风化和半风化样品属于岩石，下同）Fig.3 The normalized patterns for elements of the Luojiawopeng Fm.

3.5 稀土元素

罗家窝棚组沉积物的稀土元素总量ΣREE为100～863（平均值为324），明显高于UCC（146）和PAAS（澳大利亚后太古代页岩，185）。样品轻/重稀土同位素比值为2.45～21.9，均值为11.16；δEu为0.58～0.80，均值为0.68，显示出Eu负异常；（La/Yb）N在1.56～45.24波动，均值为16.28，表明样品轻稀土富集和重稀土亏损。（La/Sm）N为1.92～4.75，均值为3.40，说明样品具有较高度的轻稀土分馏；（Gd/Yb）N为0.51～5.73，均值为2.28，反映样品具有中等程度的重稀土分馏。罗家窝棚组沉积物稀土元素在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图（图3c）上总体呈现“左端倾斜、右端平缓、Eu谷发育”的特征。

4 讨 论

4.1 沉积物化学风化特征

源区风化是一系列连续沉积过程的先驱，是影响沉积物地球化学组成的重要过程之一（Maharana et al.，2018）。地表风化产物能够有效的提供古气候演化的信息。在化学风化过程中，稳定性元素存留，而不稳定性元素流失。化学蚀变指数CIA（Nesbitt and Young，1982）常被用来反映沉积物的化学风化程度，定义如下：

CaO*是硅酸盐中的CaO含量。该值把碳酸盐矿物的影响去除，主要用来表示硅酸盐矿物的风化程度，有效反映了沉积物中长石风化为黏土矿物的程度（张曼等，2021）。CIA可以定量评价沉积物遭受的化学风化程度（Kirschvink，1992；Hoffman，1998；Young and Nesbitt，1999），值越大，表示沉积物的化学风化程度越强，其中50～60代表低等风化程度，60～80代表中等风化程度，80～100代表强烈风化程度。罗家窝棚组沉积物的CIA变化范围72～95（平均值84），高CIA值说明沉积物经历了高强度的化学风化。

化学风化程度也可以用风化指数WIP来表示（Garzanti et al.，2013）。

随着化学风化程度加深，WIP值变低。罗家窝棚组沉积物的WIP变化范围9～67（平均值26），属于高强度风化。不同粒级的沉积物表现出不同的化学风化程度。泥质沉积物（CIA和WIP指数分别为86和22）显示出高度的化学风化程度，砂质沉积物（CIA和WIP指数分别为82和31）化学风化程度中等，粉砂质沉积物（CIA和WIP指数分别为74和41）化学风化程度中等偏弱。

罗家窝棚组沉积物的化学风化特征也可以通过三元图解（A-CN-K和A-CNK-FM）（Hoffman et al.，2007）来直观地表现。Nesbitt and Young（1989）提出预测陆壳风化趋势的A-CN-K（即Al2O3-CaO*+Na2O-K2O）三角模型图，并以此来预测岩石和沉积物的风化趋势（李徐生等，2007；罗万银等，2014）。在该模型中，样品点的集中程度越高，反映沉积物的化学风化和剥蚀过程越稳定（Fedo et al.，1995）。在该模型中，早期风化阶段的产物为伊利石、蒙脱石和高岭石，趋势线与A-CN平行；中期风化阶段的剖面中斜长石风化消失，趋势线与A-K平行；晚期风化阶段的产物为高岭石—三水铝石—绿泥石，产物集中在A点（Honda and Shimizu，1998）。

在A-CN-K图解（图4a）中，样品集中分布在斜长石和钾长石连线的上方，大部分样品点已经脱离了预测的化学风化趋势线，并沿着A-K连线分布且逐渐向A点靠近，说明了样品经历了很强的化学风化。泥质沉积物相对集中在A点附近接近高岭石和绿泥石，粉砂质沉积物分布上靠近伊利石，而砂质沉积物处于两者之间且距离PAAS较近，全风化和半风化岩石由于母岩性质的不确定性，距离A点较近，样品点整体分布紧凑说明沉积物的化学风化过程较完整。在A-CNK-FM图解（图4b）中，FM与斜长石的连线反映出火成岩组成的线性趋势，粉砂质沉积物比较靠近风化趋势线，泥质沉积物和砂质沉积物接近绿泥石和伊利石的连线并靠近A点，与A-CN-K图所呈现的信息一致，说明罗家窝棚组沉积物的化学风化程度很高。

利用稳定重矿物系数ATi指数和W指数可以判别沉积物的风化程度，矿物的稳定程度与其抗风化能力呈正比，沉积物中稳定矿物含量越高，反映沉积物经历的化学风化程度越高（康春国等，2011）。罗家窝棚组样品的ATi指数为98～99，反映化学风化程度极高；W指数为稳定与不稳定矿物的比值，罗家窝棚组样品的W指数同样很高，稳定矿物含量为95%～96%，指示了沉积物经历了高度的化学风化；沉积物中极高含量的赤/褐铁矿以及完全消失的不稳定矿物（例如辉石、角闪石和帘石类矿物），表明了罗家窝棚组沉积物经历了很高程度的化学风化。总之，CIA、WIP、A-CN-K以及A-CNK-FM三角图解均反映罗家窝棚组沉积物经历了很强的化学风化过程。

4.2 沉积物的成熟度与再循环特征

沉积物的成分成熟度不仅受到源岩性质、化学风化程度和搬运分选等因素的影响，还与沉积物形成时期的气候环境和构造背景有关（杜慧荣等，2020）。沉积再循环影响着岩石的成分成熟度，在一定程度上也影响着岩石的化学风化。沉积物在循环过程中往往导致粘土矿物含量增加，从而造成Al2O3含量的增加，成分变异指数（ICV）反映成分成熟度（Cullers and Podkovyrov，2000），可用于判断沉积物是属于初次沉积还是再循环沉积（Cox et al.，1995）。ICV定义如下：

ICV＞1，表明样品中存在少量的粘土矿物，是在构造活动下的初次沉积（吴福志等，2021）；ICV＜1，表明沉积物质属于再循环沉积或是在高度化学风化程度下的初次沉积（吴年冬等，2020）。罗家窝棚组的ICV指数范围为0.24～1.03，平均值为0.68，除了一个样品（半风化凝灰岩）外，其余样品全部＜1，表明沉积物成熟度高。罗家窝棚组砾石较差的分选和磨圆度特征，揭示其较短的搬运距离，结合沉积物极高的CIA值，说明罗家窝棚组沉积物是在高度风化条件下的初次循环。

CIA/WIP二元图解被广泛用于判断沉积物是属于初次循环还是再循环（Floyd and Leveridge，1987）。如果CIA/WIP比值＜10，则沉积物属于初次循环；如果CIA/WIP比值＞10，则沉积物属于再循环或化学风化程度很强。若沉积物符合沉积再循环特征，主要落在石英富集趋势线和UCC风化趋势线之间的区域，且越靠近X轴，反映沉积物的沉积再循环程度越高（Xie et al.，2018）。罗家窝棚组样品中CIA/WIP值都处于1～10之间（图5a），泥质沉积物少量落在趋势线内，大部分落在风化线上方，砂质沉积物和粉砂质沉积物仅有个别样品落在趋势线内，剩余样品落在风化线上方，全风化和半风化岩石样品都落在风化线上方。所有沉积物都紧紧依靠着风化趋势线，且大部分位于风化趋势线上方，反映罗家窝棚组沉积物属于初次循环的产物。

Zr/Sc-Th/Sc二元图解（Asiedu et al.，2004）是被广泛用于判断沉积物再循环特征的地球化学方法。碎屑颗粒的机械分选是一个至关重要的沉积分选过程，它总是发生在搬运和沉积过程中，沉积物原始的物源特征在沉积分选过程中可能会被改变。在沉积物的分选再循环过程中，微量元素Zr在沉积物中稳定富集，而微量元素Th通常存在于酸性岩中，Sc则存在于基性岩中，所以Zr/Sc比值可用于揭示分选再循环沉积过程中锆石增加现象（冯连君等，2003）。罗家窝棚组样品整体沿着趋势线分布且Zr/Sc比值很低（绝大部分＜10，图5b），说明这些沉积物是初次循环产物风化的沉积，受到分选和再循环影响较小。

图5 罗家窝棚组沉积物沉积循环判别图解Fig.5 Discrimination diagram of the sediment recycling in the Luojiawopeng Fm.

4.3 母岩性质

物源区的化学风化作用会影响碎屑沉积物的化学成分，这一过程导致碱金属和碱土金属元素随着地表流体发生迁移，而某些稳定元素则不受风化的影响依然滞留在沉积物中（王忠伟等，2020）。稀土元素在沉积风化过程中由于稳定性高，受外力影响较弱，可以很好的保存在沉积物中，可以用来判断母岩的类型、来源等信息（蔡观强等，2006；李明龙等，2019）。

La/Th-Hf的二元图解常用于判别母岩性质以及沉积再循环特征（Bauluz et al.，2000），若Hf呈现高值，而La/Th呈现低值，表明母岩属于古老地壳物质；如果Hf呈现低值，而La/Th呈现高值，表明母岩来自岛弧物源区。罗家窝棚组样品沿着PAAS和UCC分布，处在安山岩和花岗岩之间，说明罗家窝棚组沉积物质初始物源区的母岩为中酸性岩石（图6a）。另外，罗家窝棚组La/Th的比值为1.17～9.40，Hf值为2.62～8.88，样品整体落在长英质、基性岩混合物源区，部分落在酸性长英质岛弧物源区，表明沉积物母岩以长英质源岩为主，中-基性岩浆母岩也有少量的贡献。Roser and Korsch（1988）提出了一个使用7种主要元素来确定4种不同来源成分的公式化物源鉴别图（图6b）。罗家窝棚组泥岩和半风化岩石整体分布在镁铁质火成岩物源区，而砂质、粉砂质和全风化沉积物主要分布在中性或长英质火成岩物源区，与罗家窝棚组砾石岩性特征一致。

沉积过程中由于低流动性和在水体停留短暂的特点，使得某些不活动元素（包括其比例）定量的转移到沉积物中，为物源判别提供线索（Mclennan et al.，1983；Bhatia，1985；Condie，1991；Mclennan，1993；王松等，2012；郭望等，2020；李宝龙等，2020），所以可以使用不相容元素与相容元素比率来进行母岩性质的判别。长英质母岩和风化产物中常富集不相容元素，而铁镁质母岩和风化产物中常富集相容元素。研究样品具有高La/Sc值和低Co/Th值，分别为0.72～11.82（平均值为5.21）、0.13～5.51（平均值为0.84）（图6c）。在La/Sc-Co/Th二元图解中，泥质和粉砂质沉积物主要分布在长英质火山岩和花岗岩之间，部分泥质沉积物逐渐向花岗岩过渡；砂质沉积物主要分布在安山岩和长英质火山岩之间，指示研究区母岩以长英质火山岩为主。另外，样品的Cr/Th值和Th/Sc值，分别为1.1～8.41（平均值为3.60）、0.29～2.34（平均值为1.13），在Cr/Th-Th/Sc二元图解中（图6d），泥质、粉砂质、全风化和半风化岩石主要分布在安山岩和长英质火山岩之间，而砂质沉积物主要分布在长英质火山岩和花岗岩之间。

图6 罗家窝棚组沉积物的母岩性质判别图解Fig.6 Discrimination diagram of source-rock nature for the sediments in the Luojiawopeng Fm.

由不活动元素比值及其图解推导的长英质岩石来源为主且铁镁质也有少量贡献的结论，也得到了罗家窝棚组砾石岩性的支持。花岗岩、石英质、流纹岩等岩浆砾石的大量出现说明了长英质岩浆母岩的物源贡献，而玄武岩和闪长岩砾石的少量出现表明了中-基性岩浆母岩的部分贡献。在理论上重矿物也可以提供母岩的性质，因为某一类型的重矿物会来自特定性质的母岩区（朱志军等，2017），但是由于罗家窝棚组沉积物经历了强烈的化学风化，不稳定的重矿物已经分解，所以罗家窝棚组地层的重矿物不能提供任何的母岩信息。

4.4 沉积环境

罗家窝棚组地层的沉积环境可以从沉积学（崔志强等，2009）、重矿物（付玲等，2013）和地球化学特征进行判断。砾石砾径、磨圆程度和分选性是指示砾石搬运距离、形成水动力和砾石成因类型的重要标志（钱程等，2016）。例如砾石磨圆度能够反映砾石的搬运距离，一般来说砾石磨圆度越差，说明其搬运时间越短，搬运距离越近（石雨昕等，2017）。罗家窝棚组砾石排列无明显定向性（图2b）；砾石的磨圆度较差，大小不一的砾石混杂堆积，棱角状和次棱角状占绝对优势（图2c）；砾石堆积中夹杂着泥质和砂质透镜体（图1g、图1h）；碎屑沉积物具有初次循环特征，表明其为搬运距离较近，搬运动力较强。综合以上沉积学特征可知罗家窝棚组地层属于近距离搬运的洪积物堆积。

沉积物的颜色被认为是判断古气候演化的重要指标之一，红色的沉积物主要是在炎热干旱的气候条件下形成（Seema et al.，2021）。而高价氧化铁含量是影响沉积物颜色最突出的因素，它对沉积物的颜色有着强烈影响，一般来说，其含量越高，红色色调越明显（丁国瑜等，1964）。罗家窝棚组沉积物的重矿物以稳定的赤/褐铁矿占统治性优势（表1），不稳定矿物（角闪石和辉石）基本不见，极高含量的赤/褐铁矿与罗家窝棚组地层的紫红色颜色相符。罗家窝棚组地层的重矿物特征揭示了地层经历了很强的化学风化强度，大部分不稳定矿物都已经分解，这一点可以从沉积物极高的CIA值（图4）以及极度风化的花岗岩砾石观察到（图1）。干热—干旱气候条件下有利于赤铁矿的形成，而风化过程中温度起绝对性作用，所以推测罗家窝棚组沉积物是干热气候条件下的产物。

沉积物中的某些元素能够敏感的指示沉积环境的变化，能够很好的反映古环境、古气候的演化过程（雷开宇等，2017；王峰等，2017；Zhao et al.，2018；Wang et al.，2020）。古气候演化可以用Sr/Cu的比值来指示，当比值＞5时，反映干热气候；比值＜5时，反映温湿气候（叶荷等，2010）。研究区Sr/Cu比值除了个别样品之外，其余样品均＞5（介于8.72～27.23，平均值为17.37），指示罗家窝棚组沉积物是干热气候条件的沉积产物。Rb容易淋失，而Sr在风化过程中较为稳定，古气候特征也可以用Rb/Sr比值来指示（陈骏等，2001）。气候湿润时，风化作用强烈，导致部分Sr淋失，表现为Rb/Sr比值上升，气候干旱时，风化作用微弱，母岩中Sr保存较多，表现为Rb/Sr比值下降，所以Rb/Sr比值越大，反映沉积时期的古气候越湿润（张天福等，2016）。研究区Rb/Sr比值在0.04～0.55波动，平均值为0.24，指示罗家窝棚地区属于干旱古气候。

SiO2-（Al2O3+K2O+Na2O）图解（王金贵等，2020）也可以进行陆源沉积物的沉积古气候判别（图7），罗家窝棚组沉积物绝大部分位于干旱的环境，少数位于半干旱的环境，表明罗家窝棚组地层的干旱气候背景。

图7 罗家窝棚组地层古气候判别图解Fig.7 Discrimination diagram of paleoclimatology of the Luojiawopeng Fm.

结合砾石特征、重矿物组成和地球化学特征认为罗家窝棚组地层是干热气候条件下的近距离搬运的洪积物堆积，野外调查没有发现砾石表面冰川擦痕。因此，罗家窝棚组地层不是以前所认识的冰碛物堆积（吴金城等，1984）。

5 结 论

本文对罗家窝棚组的沉积学、矿物学和元素地球化学等地层属性特征进行研究，得出的主要结论如下：

（1）沉积学特征显示，罗家窝棚组沉积物为紫红色砾石堆积，局部含泥质和粉砂质/砂质透镜体。砾石分选和磨圆较差，风化程度较高，砾石岩性种类较多，以陆源碎屑岩（砂岩和粉砂岩，44.2%）和花岗岩（37.4%）为主，凝灰岩（11.2%）次之，石英质、闪长岩、玄武岩和流纹岩也有少量出现。

（2）罗家窝棚组的重矿物以赤/褐铁矿占绝对优势（87.5%），其次是白钛石（5.0%）、锆石（1.8%）和磷灰石（1.1%），其它矿物含量极少，不含不稳定矿物（如辉石和角闪石），指示了罗家窝棚组沉积物经历了极高的化学风化。

（3）罗家窝棚组沉积物高的CIA指数（72～95）和低的WIP指数（9～36）以及A-CN-K和A-CNK-FM三角图解共同揭示了沉积物中的细颗粒碎屑以及泥质基质经历了很强的化学风化过程，结合低ICV指数、CIA/WIP和Zr/Sc-Th/Sc二元图解得出沉积物成熟度较高，是初次循环的结果。

（4）地球化学特征、不相容元素比值和重矿物特征指示罗家窝棚组地层碎屑物主要来源于长英质母岩，中性和铁镁质母岩也有部分贡献。

（5）罗家窝棚组地层砾石特征、重矿物组成和元素地球化学共同揭示了该地层属于干热气候条件下的洪积物堆积，而非寒冷气候条件下的冰碛物堆积。

致 谢地球化学组成得到兰州大学甘肃省西部矿产资源重点实验室熊聪慧和闫晓丽老师的支持，重矿物组成得到了河北廊坊诚信地质公司张佩萱老师的支持，研究生汪进秋、侯心茹和李秋杭参与了部分野外取样工作，研究生赵倩、李思琪、孙建华、孙杨、徐园园和张瑞参与论文写作讨论，在此一并表示感谢。