長春地區第四紀沉積物特征及形成時代

陳連杰，王 歡，曹艷紅，王錫魁

吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130061

長春地區第四紀沉積物特征及形成時代

陳連杰，王 歡，曹艷紅，王錫魁

吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130061

本文通過野外剖面觀測、鉆孔剖面研究和熱釋光、電子自旋共振測年，討論了長春地區第四紀沉積物的堆積序列、巖性特征和形成時代。長春地區自中更新世早期開始接受第四紀沉積。中更新統下部荒山組下段巖性主要為粉砂質黏土，普遍含有鐵錳結核；中更新統下部荒山組上段巖性主要為粗砂、黏土夾含礫粗砂和細砂。荒山組底界年齡約為(81.5±8.1)×104a，頂界年齡約為15.0×104a。中更新統上部東風組為泛濫平原沉積經后期黃土化作用形成的土狀堆積，含有鐵錳結核，其底界年齡約為13.877×104a，頂界年齡約為12.955×104a。上更新統下部的哈爾濱組巖性主要為粉砂質黏土，上部含有銹黃色泥管，其底界年齡＜15.0×104a，頂界年齡約7.0×104a。上更新統上部的顧鄉屯組下段巖性主要為含礫粗砂、含礫砂層夾粘土和粉砂，含有銹黃色泥管；上更新統上部的顧鄉屯組上段巖性主要為粉砂、粉砂質粘土和粘土，局部含有銹黃色泥管。顧鄉屯組底界年齡約為6.224×104a，頂界年齡約為1.10×104a。顧鄉屯組相當于末次冰期的河流沉積物。全新統溫泉河組巖性主要為灰黑色黑土，厚度各地不一。

第四紀沉積物；沉積特征；形成時代；長春地區

1 區域地質概況

長春市位于松遼斷陷盆地與吉林東部斷塊山地的過渡地帶，地勢東南高而西北低。長春市及其鄰近區域大部分為平原區，屬松遼斷陷盆地東南隆起區的邊緣地帶，地貌上表現為波狀平原，伊通河兩岸表現為波狀臺地[1-4]。中生代白堊紀地層主要分布在波狀平原區，呈北東走向，傾向北西，自東南向西北，地層時代由老變新，地層厚度由薄變厚。在波狀平原區，地表主要被20余米厚的中更新世沖積物覆蓋，局部表層發育數米厚的晚更新世沖積物。晚更新世與全新世沖積物主要沿伊通河河谷呈帶狀分布，二者構成埋藏階地。沿小南溝、薛家店、凈月潭至三道鎮一線的東南部為丘陵區，該區出露有二疊系、侏羅系、白堊系及燕山期花崗巖。在城區南側伊通河兩岸出露有白堊系泉頭組地層，并形成地貌陡坎。區內斷裂構造較發育，主要有北東向的開源堡—小城子斷裂和尖山子—卡倫斷裂[5,6]，北西向的南湖—桑家窩堡斷裂[7]和南北向的伊通河斷裂[8]（圖1）。

圖 1 長春地區地質略圖（據趙淼等（2013）修改）Fig.1 Schematic geological map of Changchun area(Modif ed from ZHAO Miao et al.(2013))

2 第四紀沉積物特征

2.1 腰分水嶺地層剖面（P1）

腰分水嶺地層剖面(P1)位于腰分水嶺村北磚廠采土坑(圖1)，地理坐標為N43°56′50.8″，E125°25′6.2″。地貌位置為二級波狀臺地前緣。該處所見沉積物剖面如下（圖2）：

圖 2 腰分水嶺中更新統剖面圖Fig.2 Middle Pleistocene sediment section at Yaofenshuiling

在上述剖面中第1層頂部、第6層底部和第8層頂部采集熱釋光年齡樣品，經中國地震局地殼應力研究所熱釋光實驗室測定，年齡分別為(16.463±1.399)×104aB.P.、(13.877±1.176)×104aB.P.和(12.955±1.101)×104aB.P.。從沉積物的熱釋光年齡看，這套沉積物的時代屬于中更新世中期—晚期。從沉積物分布的地貌位置和巖性巖相特征分析，剖面下部的荒山組是一套河流沖積物；上部的東風組相當于泛濫平原沉積，后經黃土化作用形成了黃土狀堆積。

2.2 南紅咀子地層剖面（P2）

南紅咀子地層剖面(P2)位于南紅咀子村南部北東向沖溝的南側(圖1)，地理坐標為N43°46′49.3″，E125°19′19.4″。地貌位置為二級波狀臺地前緣。該處所見沉積物剖面如下（圖3）：

圖 3 南紅咀子上更新統剖面圖Fig.3 Upper Pleistocene sediment section at Nanhongzuizi.

在上述剖面中的第2層底部、第4層中上部和第6層中部采集熱釋光年齡樣品，經中國地震局地殼應力研究所熱釋光實驗室測定，年齡分別為 (6.224±0.529)×104aB.P.、(4.135±0.351)×104aB.P.和(3.084±0.262)×104aB.P.，由此可見，該剖面的第2層至第7層為晚更新世晚期的沉積物，

相當于顧鄉屯組下段，第1層為下白堊統泉頭組（K1q）。根據第四紀沉積物分布的地貌位置和巖性巖相特征，可以判斷這是一套沖積物。由于南北向伊通河斷裂的活動，這套沉積物的位置已被抬高，處于二級波狀臺地的前緣。

2.3 北紅咀子伊通河左岸地層剖面（P3）

北紅咀子伊通河左岸地層剖面（P3）位于北紅咀子村北伊通河左岸（圖1），地理坐標為N43°47′42.6″，E125°20′0.2″。地貌位置為伊通河一級階地。該處所見沉積物剖面如下（圖4）。

圖 4 北紅咀子第四紀沉積物剖面圖Fig.4 Quaternary sediment section near Beihongzuizi

在上述剖面中的第1層下部、第3層頂部、第4層底部和第5層中部采集熱釋光年齡樣品，經中國地震局地殼應力研究所熱釋光實驗室測定， 年 齡 分 別 為(3.230±0.274)×104aB.P.、(1.786±0.152)×104 aB.P.、(1.652±0.140)×104aB.P.和(0.598±0.051)×104aB.P.，推測顧鄉屯組頂界年齡約為1.10×104 aB.P.。由此可見，該剖面的第1層至第4層為晚更新世晚期的河流沉積物，相當于顧鄉屯組上段，第5層為全新世黑土。

2.4 大合隆鉆孔剖面

為了研究松遼平原東部邊緣第四紀沉積物的層序、巖性巖相特征、形成時代和橫向變化，在大合隆鉆了3個孔，鉆孔編號分別為ZK1（圖1）、ZK2和ZK3。ZK2孔揭示的地層剖面如下（圖5）：

鉆探結果顯示，大合隆一帶第四系全新統溫泉河組（Qh1alw）厚0.8 m，中更新統荒山組下段（Qp2-1alh）厚26.2 m，為泛濫平原堆積。第四系之下為上白堊統嫩江組（K2n）粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和粉砂巖。在ZK2孔孔深19.9 m（第2層）和26.8 m（第1層）采集電子自旋共振（ESR）年齡測定樣品，經中國地震局“地震動力學國家重點實驗室”測定，年齡分別為(75.8±7.5)×104a和(81.5±8.1)×104a，沉積物時代屬于中更新世早期。根據19.9 m和26.8 m深度的2個ESR年齡值，計算得出平均沉積速率為1.21 m/104a，由此推斷荒山組下段（Qp2-1alh）頂部的年齡約為15.785×104a。

2.5 逯家窩堡鉆孔剖面

為了研究伊通河一級階地的結構、沉積物堆積系列和形成時代，在逯家窩堡附近布置了6個鉆孔，鉆孔編號依次為ZK4（圖1）、ZK5、ZK6、ZK7、ZK8和ZK9。ZK5孔揭露的第四紀沉積物剖面如下（圖6）：

鉆孔剖面顯示，逯家窩堡一帶第四系全新統溫泉河組（Qh1alw）厚1 m，上更新統哈爾濱組（Qp3alh）厚11.4 m，中更新統荒山組上段（Qp2-2alh）厚2.2 m。第四系之下為下白堊統泉頭組礫巖、砂礫巖、含礫粗砂巖、粉砂質泥巖和泥巖。在ZK4孔孔深14.4 m（第2層）采集電子自旋共振（ESR）年齡測定樣品，經中國地震局“地震動力學國家重點實驗室”測定，年齡為(15.0±1.5)×104a，沉積物時代屬于中更新世晚期。根據南紅咀子剖面沉積物底部(6.224±0.529)×104aB.P.的年齡值，推測上更新統哈爾濱組（Qp3alh）頂部的年齡約為7.00×104aB.P.。

3 結論

圖 5 大合隆鉆孔剖面對比圖Fig.5 Comparison of drill hole sections at Dahelong

（1）長春地區自中更新世早期開始接受第四紀沉積。中更新統下部荒山組下段巖性主要為棕黃色、褐黃色、黃褐色、雜色粉砂質黏土，普遍含有鐵錳結核；中更新統下部荒山組上段巖性主要為灰白色粗砂、灰色黏土夾褐黃色含礫粗砂和細砂。荒山組底部年齡約為(81.5±8.1)×104a，頂部年齡約

為15.0×104a。中更新統上部東風組為泛濫平原沉積經后期黃土化作用形成的土狀堆積，含有鐵錳結核，其底部年齡約為13.877×104a，頂部年齡約為12.955×104a。

圖 6 逯家窩堡鉆孔剖面對比圖Fig.6 Comparison of drill hole sections at Lujiawopu

（2）上更新統下部的哈爾濱組巖性主要為灰色、灰褐色、黑灰色粉砂質黏土，上部含有銹黃色泥管，其底部年齡＜15.0×104a，頂部年齡約7.0×104a。上更新統上部的顧鄉屯組下段巖性主要為褐黃色含礫粗砂、黃灰色含礫砂層夾灰黑色粘土和灰色粉砂，含有銹黃色泥管；上更新統上部的顧鄉屯組上段巖性主要為灰黃色粉砂、黑灰色粉砂質粘土和灰色粘土，局部含有銹黃色泥管。顧鄉屯組底部年齡約為6.224×104a，頂部年齡約為1.10×104a。顧鄉屯組相當于末次冰期的河流沉積物。

（3）全新統溫泉河組巖性主要為灰黑色黑土（粉砂質黏土），厚度各地不一。

[1] 劉嘉麒.論中國東北大陸裂谷系的形成與演化[J].地質科學，1989,(3)：209-216.

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[6] 盛 儉,薄景山,佴 磊，等.長春市區尖山子—卡倫斷層活動性研究[J].現代地質，2008,22（2）：288-292.

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[8] 盛 儉，薄景山，佴 磊，等.伊通河斷裂探測及活動時代[J].東北水利水電,2007,25(11):68-70.

Characteristics and formation age of Quaternary sediment in Changchun area

CHEN Lian-jie, WANG Huan, CAO Yan-hong, WANG Xi-kui
College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China

On the basis of investigation on f eld sections and research on core samples as well as thermoluminescence and electron spin resonance dating,the sediment sequences,sedimentary characteristics and ages of Quaternary sediment in Changchun area are discussed in this paper. The Quaternary sediment began to form in Changchun area in early Middle Pleistocene. The lower part of Huangshan Formation in lower Middle Pleistocene consists of silty clay and contains generally iron-manganese nodules. The upper part of Huangshan Formation in lower Middle Pleistocene consists of coarse sand and clay with interbeds of gravelly coarse sand and f ne sand. The age of the bottom boundary of Huangshan Formation is (81.5±8.1)×104a and that of the top layer of Huangshan Formation is 15.0×104a.The Dongfeng Formation in upper Middle Pleistocene consists of loess which is f rstly formed from f oodplain deposit and is next changed into loess containing iron-manganese nodules by loessif cation process. The age of the lower boundary of the loess is 13.877×104a and that of the upper boundary of the loess is 12.955×104a.The Harbin Formation in lower Upper Pleistocene consists of silty clay with yellow mud-tubes in the upper layer. The age at the bottom of the Haerbin Formation is less than 15.0×104a and that at the top of the Harbin Formation is 7.0×104a.The lower part of Guxiangtun Formation in upper Upper Pleistocene consists of containing gravel coarse sand and containing gravel sand with interbeds of clay and silt and contains yellow mud-tubes. The upper part of Guxiangtun Formation in upper Pleistocene consists of silt, silty clay and clay and contains yellow mud-tubes in part layers. The age at the bottom of the Guxiangtun Formation is 6.224×104a and that at the top of the Guxiangtun Formation is 1.10×104a.The Guxiangtun Formation was formed during the last ice age. The Wenquanhe Formation of Holocene consists mainly of black soil with different thickness in different areas.

Quaternary sediment; sedimentary characteristics; formation age; Changchun region

P534.63

A

0 引言

2014-09-10；

2015-01-09

陳連杰（1981—），男，河北石家莊人，河北省地礦局石家莊綜合地質大隊工程師.

1001—2427（2015）01 - 1 -6

長春地區第四紀沉積物的空間分布、成因、堆積序列和形成時代一直是人們關注的地質問題之一。隨著長春市活斷層探測與地震危險性評價項目的實施與完成，長春地區的第四系研究取得了一定進展。本文在學習和總結前人研究成果基礎上，對長春地區的第四紀沉積物特征和形成時代進行了探討。