大興安嶺東麓白土山組地層的沉積學(xué)特征

侯心茹 謝遠云 康春國 遲云平 吳鵬 孫磊 孫楊 孫建華

關(guān)鍵詞 白土山組；松嫩平原；重礦物；沉積環(huán)境；地層劃分

0 引言

松嫩平原是在中生代斷陷盆地的基礎(chǔ)上由嫩江和松花江沖積而成[1?2]。第四紀(jì)以來，多次的沉降和隆升對該地區(qū)水系、古地理的變遷及沉積環(huán)境的演化產(chǎn)生重要影響[2]。20世紀(jì)90年代之前，松嫩平原第四紀(jì)沉積地層的研究主要集中在沉積環(huán)境和地層劃分等方面，其中作為松嫩平原下更新統(tǒng)底界地層的白土山組更是頗受關(guān)注[3?9]。然而在1990年后關(guān)于白土山組及其沉積特征的研究鮮有報道，相關(guān)資料更是寥寥無幾。

白土山組廣泛出露于大興安嶺東麓與松嫩平原西部過渡處以及埋藏在松嫩平原中部的湖相黏土層底部[4?5]，地層典型巖性特征為灰白色、黃褐色砂礫石層夾灰白色黏土透鏡體[3?4]。自20世紀(jì)60—80年代開始，眾多學(xué)者對白土山組進行了大量研究。然而，在沉積環(huán)境、地貌過程、氣候背景和地層年代等方面的認(rèn)識存在明顯分歧，對于白土山組的沉積環(huán)境和地貌過程，冰緣堆積[7?8]、湖相沉積[5，10]、河流沉積[3，6]、冰川和冰水堆積[11?12]、寒冷氣候條件下冰融水?dāng)y帶的洪積和泥石流堆積[9]以及沖洪積[13]等相繼提出；沉積的氣候背景也存在干冷[6，11]、冷濕[10]、暖干[4，13]、暖濕[4，14]、干冷—暖濕波動[15]和冷濕—干冷波動[16]等不同看法；地層的年代限定，時間跨度之大，從中新世[14，17]、上新世[4]、一直到早更新世（在2.5～0.8 Ma B.P. 之間變化）[5?8，10?11，13，15?16]。以前的研究多是基于單一屬性劃分地層單位，參照在龍江縣建立的白土山組標(biāo)準(zhǔn)剖面[3]，將凡是灰白色夾黏土透鏡體的砂礫石地層均稱作白土山組，如此忽略其他地層屬性的第四紀(jì)地層劃分顯然是片面的。

沉積學(xué)特征在揭示沉積環(huán)境及地層劃分等方面具有十分重要的價值[18?19]，對于以砂礫石堆積為主的白土山組而言，礫石特征分析有著不可或缺的作用。對其礫石進行包括礫性、礫度、礫態(tài)和礫向在內(nèi)的礫組分析，有助于定量研究礫石的沉積環(huán)境，闡述沉積物巖性成分以及物質(zhì)來源等信息[20?24]。重礦物耐磨蝕且穩(wěn)定性強，相比其他碎屑沉積物受地質(zhì)營力作用影響較小，能夠較多保留母巖特征，被廣泛應(yīng)用于物源分析和古環(huán)境重建[25?30]。早期對白土山組的了解是以粒度和孢粉等指標(biāo)為研究手段[3?6，14]，然而白土山組孢粉數(shù)量較少且受保存條件的約束，在沒有其他環(huán)境指標(biāo)輔助的情況下，所記載沉積環(huán)境信息的準(zhǔn)確性值得商榷[31]；迄今為止，也很少涉及多個剖面對比的系統(tǒng)研究，同時缺乏詳細的沉積學(xué)特征分析和重礦物數(shù)據(jù)支持。為了全面深入解析白土山組地層屬性和沉積環(huán)境，有必要對數(shù)個剖面進行整合，從而獲得空間和地貌上的完整記錄。本文在大興安嶺東麓與松嫩平原西部過渡處自北向南選取4個剖面（腰白土、綽爾河、平安鎮(zhèn)、王府屯剖面）采樣，基于大量野外一手調(diào)查資料，進行沉積學(xué)特征和重礦物分析等工作，對不同剖面沉積環(huán)境與物質(zhì)來源進行詳細研究，以期從全域視角認(rèn)識白土山組地層的沉積環(huán)境，為松嫩平原第四紀(jì)地層劃分和古地理環(huán)境演化提供重要科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

自中生代開始新華夏構(gòu)造體系逐漸發(fā)展起來，形成一系列持續(xù)活動的大型隆起帶和沉降帶，控制著中生代時期的沉積活動以及燕山花崗巖帶的分布[32]。第四紀(jì)以來，中國東北地區(qū)在早更新世期間（2.0～1.2 Ma）構(gòu)造運動強烈，使得山脈整體抬升，平原穩(wěn)定下沉。在這種情況下，西部大興安嶺海拔上升約1 000 m，東部山脈的海拔上升約500～700m[12，33]，由此，逐漸演變成包括東北平原、大興安嶺、小興安嶺及東部長白山地等在內(nèi)的大型地貌單元（圖1）。松嫩平原作為東北平原的主體部分，在地質(zhì)構(gòu)造分區(qū)上，西緣為西部斜坡區(qū)，屬新華夏構(gòu)造體系第二沉降帶北部，是松遼斷陷帶的一部分，在古老結(jié)晶片巖基底的基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了多次構(gòu)造隆升和沉降發(fā)育而來[34?35]。該區(qū)第四紀(jì)地層自下而上劃分為白土山組、荒山組、大青溝組、哈爾濱組、顧?quán)l(xiāng)屯組、群力組和坦途組[36]。從地理位置上看，松嫩平原西與大興安嶺接壤，東部是長白山地區(qū)，北與小興安嶺山脈相連，南以松遼分水嶺為界，地勢北高南低，整體略呈菱形[37?38]。氣候上，松嫩平原屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，處于半干旱半濕潤向半干旱氣候過渡地帶[39]。

位于松嫩平原西部的大興安嶺（43°～53°30′ N，117°20′～126° E）地形總勢呈東北—西南走向，屬于低海拔丘陵地貌[40]，東（高寒侵蝕地貌）西（高緯寒凍地貌）部呈明顯的不對稱形態(tài)。晚中生代時期，在蒙古—鄂霍次克洋閉合及太平洋西向俯沖的影響下，形成一系列火山盆地，并出現(xiàn)了近似西南—東北走向的斷裂活動帶[40?43]，伴隨強烈的巖漿活動，產(chǎn)生了大量中酸性巖漿巖[41?44]。第四紀(jì)初期地殼升降速度加快，山地的火山巖風(fēng)化物被流水侵蝕，經(jīng)搬運到山前大量堆積，產(chǎn)生了灰白色高嶺土質(zhì)及其膠結(jié)的砂礫石層。因此，松嫩平原西部的白土山組主要分布在大興安嶺東麓山前的雅魯河、綽爾河、洮兒河等主要河流的出山口地帶（圖1）[3]。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

選擇黑龍江省龍江縣腰白土、龍江縣杏山鎮(zhèn)綽爾河、吉林省白城市平安鎮(zhèn)以及松原市前郭縣王府屯4個白土山組地層剖面為研究對象，進行基于沉積結(jié)構(gòu)（礫石和基質(zhì)性質(zhì)及夾層或透鏡體在地層中的組合方式）與構(gòu)造（對層理的觀察）的沉積學(xué)研究。

在腰白土剖面的泥—粉砂及細砂透鏡體處采集樣品6件；對綽爾河北岸剖面的泥質(zhì)粉砂—極細砂透鏡體取樣3件；對平安鎮(zhèn)剖面的泥質(zhì)粉砂—極細砂透鏡體采集樣品5件以及在王府屯剖面的黏土—細粉砂和粉砂質(zhì)泥透鏡體處取樣5件，總計19件樣品用于重礦物分析。

2.2 實驗方法

選用網(wǎng)格法對剖面礫石進行采樣，設(shè)置1.5 m×1.5 m范圍的網(wǎng)格區(qū)域，在其中隨機選取不少于100顆礫石，觀測每個礫石成分、礫徑（a、b、c軸），同時對磨圓度和化學(xué)風(fēng)化程度進行統(tǒng)計[45]。所測礫石樣品均被敲開，觀察新鮮橫截面，從而準(zhǔn)確判斷礫石成分。測量并記錄扁平狀礫石較為發(fā)育剖面的礫石產(chǎn)狀，依據(jù)整理的數(shù)據(jù)制成相應(yīng)圖表。

基于每顆礫石的礫徑測量長度獲得礫組分析的相關(guān)參數(shù)：平均礫徑-d是先計算各軸平均礫徑- da、- db、-dc，再計算等體積礫徑后得到，即-d= -d a-db-dc3 ；中值礫徑的計算公式為-d50 = -d a50-db50-dc503 ，式中-da50、-db50和-dc50 分別在長、中、短軸的累積頻率曲線上求得；分選系數(shù)根據(jù)累積頻率曲線上的四分位數(shù)（d25、d75）求得，a軸的分選系數(shù)為Sa = da75/da25；扁度F計算公式為F = （-d a + -d b）/2-d c，球度Ψ 計算公式為 ψ =-da-db-dc3 /-d a[21?22]。

鑒于細砂與極細砂中重礦物含量占比大、種類多[46]，為使所獲樣品含有最全面最豐富的重礦物種類信息，篩取63～250 μm組分用于重礦物分析。實驗在河北廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司進行，先將樣品烘干稱重，用淘洗法提煉重部分；再用三溴甲烷（比重2.89）將輕重礦物分離，酒精反復(fù)沖洗被分離的樣品，60 ℃恒溫烘干后稱重；隨后進一步使用電磁方法對樣品磁選，得到強磁、電磁和無磁顆粒后稱重[47]；最后將得到的各部分在雙目鏡和偏光鏡下鑒定，每個樣品鑒定的顆粒數(shù)均在600粒以上。

3 結(jié)果

3.1 沉積學(xué)特征

根據(jù)各剖面野外觀察和數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，繪制礫石的礫徑、礫向、礫態(tài)、礫性特征圖和各剖面礫組分析的相關(guān)參數(shù)（表1）。另外，為了大致觀察每個剖面礫石礫度的分布特征，繪制礫石樣品a軸頻率分布直方圖進行研究[23]。具體分析結(jié)果如下。

3.1.1 腰白土剖面

腰白土剖面位于黑龍江省齊齊哈爾市龍江縣腰白土村（47°16′15″ N，123°13′36″ E），這是一套規(guī)模較大的白土山組露頭（圖2a），剖面呈南北走向展布，厚約11.5 m（不見底）。沉積物巖性主要為黃白色砂礫石堆積，夾雜灰白色黏土、亞黏土和泥質(zhì)粉砂透鏡體（圖2b，c）。亞黏土大型透鏡體處可見斜層理發(fā)育，產(chǎn)狀為152°∠26°（圖2d）。

礫石的礫徑集中在20～70 mm（占90%）（圖2e），呈顆粒支撐，無明顯定向性，磨圓度以次棱角狀為主（占57.7%），其次為棱角狀（29.17%）和次圓狀（12.5%），圓狀含量極少（圖2f）。礫石受不同程度風(fēng)化作用的影響，以弱風(fēng)化（76.47%）為主，其次是中等風(fēng)化（21.85%）（圖2g）。礫石成分以流紋巖為主（30.65%），石英質(zhì)（21.51%）和凝灰?guī)r（20.97%）次之，陸源碎屑巖（粉砂巖和細砂—極細砂）（15.59%）和花崗巖（11.29%）含量相對較少（圖2h）。

3.1.2 綽爾河剖面

綽爾河剖面位于黑龍江省龍江縣杏山鎮(zhèn)綽爾河北岸（46°46′26″ N，122°59′12″ E），剖面厚6～8 m（不見底，圖3a）。礫石層夾黃褐色、灰白色為主的泥質(zhì)粉砂和棕黃色泥質(zhì)粉砂— 極細砂透鏡體（圖3b～d）。

礫石的礫徑20～80 mm之間（占74%），最大粒徑可達180 mm（圖3e），呈顆粒支撐，有一定程度的定向性，傾向主要在130°～260°之間，傾角范圍較大，在5°～55°之間，個別為60°～80°（圖3f）。礫石磨圓度以次棱角狀（65.29%）占優(yōu)，次圓狀（34.71%）含量次之（圖3g），風(fēng)化程度以弱風(fēng)化（57.38%）和中等風(fēng)化（40.98%）為主（圖3h）。礫石成分以石英質(zhì)為主，含量達到37.78%，陸源碎屑巖（20.00%）、凝灰?guī)r（17.78%）和花崗巖（15.56%）次之，另含少量輝綠巖（6.67%）和流紋巖（2.22%）（圖3i）。

3.1.3 平安鎮(zhèn)剖面

平安鎮(zhèn)剖面位于吉林省西北部白城市平安鎮(zhèn)（45°45′19″ N，122°33′0″ E），厚度近30 m（不見底，圖4a）。剖面沉積物主要為灰白、黃褐色砂礫石堆積（圖4b），夾雜灰白色黏土、黃白色泥質(zhì)粉砂和極細砂透鏡體（圖4c），局部可見斜層理（圖2d），其產(chǎn)狀為110°∠30°。

礫石礫徑主要介于10～80 mm（占76%），少數(shù)大于160 mm（圖4e），呈顆粒支撐，無明顯定向性（圖4f）。礫石磨圓度以次圓狀為優(yōu)（占75.22%），其次為次棱角狀（23.48%），圓狀和棱角狀含量較少（圖4g），風(fēng)化程度以弱風(fēng)化（76.37%）為主，中等風(fēng)化（19.83%）次之（圖4h）。礫石成分以凝灰?guī)r含量最多（48.11%），其次是流紋巖（23.58%）和石英質(zhì)（20.75%），而陸源碎屑巖（2.83%）和花崗巖（4.72%）含量較少，不足5%（圖4i）。

3.1.4 王府屯剖面

王府屯剖面位于吉林省松原市前郭縣哈拉毛都鎮(zhèn)王府屯鄉(xiāng)（44°50′47″ N，125°1′35″ E），出露厚度10～12 m（不見底，圖5a）。沉積物巖性以黃白色砂礫石堆積為主，夾黃褐色細砂—極細砂透鏡體（圖5b），斜層理廣泛發(fā)育（圖5d）且伴有大型板狀交錯層理（圖5a，c），斜層理產(chǎn)狀為325°∠22°。

礫石礫徑主要介于10～50 mm（占98%），個別達60～80 mm（圖5e），無明顯定向性。礫石磨圓度主要為次棱角狀（占54.17%），其次為次圓狀（25.00%）和棱角狀（20.83%）（圖5f），風(fēng)化程度以無風(fēng)化（84.72%）為主，弱風(fēng)化（6.94%）、中等風(fēng)化（6.94%）以及強風(fēng)化程度的礫石皆不足10%（圖5g）。礫石成分以石英質(zhì)占絕對優(yōu)勢（占87.50%），陸源碎屑巖（9.72%）和花崗巖（2.78%）含量較少，不足10%（圖5h）。

3.2 重礦物組成

各剖面重礦物組成如表2所示。腰白土剖面以鈦鐵礦（32.28%）、白鈦石（29.05%）和綠簾石（19.76%）占絕對優(yōu)勢，鋯石（6.21%）、銳鈦礦（3.58%）和赤褐鐵礦（2.02%）次之，其他礦物（金紅石、磁鐵礦、電氣石和榍石）含量較少（<1%）。綽爾河剖面表現(xiàn)出與腰白土剖面相似的重礦物組成，但相對于其他剖面，穩(wěn)定出現(xiàn)石榴子石、磷灰石和榍石。平安鎮(zhèn)剖面最顯著的特征是軟+硬錳礦（11.65%）的出現(xiàn)，其他重礦物組成與腰白土和綽爾河剖面相似。王府屯剖面由截然不同的重礦物組成，藍晶石、十字石和透閃石等變質(zhì)礦物以及獨居石首次出現(xiàn)，但綠簾石消失。另外，相較其他剖面，王府屯剖面的極穩(wěn)定礦物（鋯石、金紅石和電氣石）和鈦鐵礦含量顯著富集。

4 討論

沉積學(xué)特征的分析對地層劃分、環(huán)境演化以及解釋沉積物源區(qū)和沉積環(huán)境等具有非常重要的指示意義[18?19]。通過對剖面沉積學(xué)特征的研究，結(jié)合重礦物分析，可以為有效進行源—匯聯(lián)系、古環(huán)境重建和地層劃分對比提供重要信息[21，48?50]。

4.1 物源分析

礫石巖性可反映源區(qū)母巖性質(zhì)[51?52]，進而為物源追蹤提供依據(jù)[53?56]。腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面均出現(xiàn)流紋巖、石英質(zhì)和花崗巖礫石以及占一定比例的碎屑巖，說明其源區(qū)母巖主要為中酸性巖漿巖，另有一些沉積巖出露，在綽爾河剖面還發(fā)現(xiàn)了輝綠巖礫石，表明源區(qū)基性巖漿母巖的出露。而王府屯剖面礫石成分單一，以石英質(zhì)占絕對優(yōu)勢，含量高達87%，顯示出與其他三個剖面截然不同的物源。

各剖面礫石定向性不顯著（圖2～5），難以通過礫石定向排列確定古水流方向[57?59]，需要借助層理反映古流向[60?61]，進而指示物源。腰白土和平安鎮(zhèn)剖面的斜層理均向東南方向傾伏，顯示古水流來源于西北，這恰與雅魯河和洮兒河的流向相符。結(jié)合地貌特征，認(rèn)為礫石巖性相似的腰白土和平安鎮(zhèn)剖面源區(qū)位于西北方向的大興安嶺地區(qū)，沉積物經(jīng)雅魯河和洮兒河搬運至大興安嶺東麓山前河流出山口地帶后堆積。雖然綽爾河剖面的層理結(jié)構(gòu)發(fā)育微弱，不足以準(zhǔn)確判斷古流向，但根據(jù)母巖巖性以及和腰白土、平安鎮(zhèn)剖面相同的地理及地貌位置特征，推斷綽爾河剖面沉積物亦來自大興安嶺。不同于前三者的是，王府屯剖面斜層理的傾伏方向為西北，指示古水流來源于東南方向。

另一方面，重礦物組成也提供了重要的物源及源區(qū)母巖信息[26?27]。腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面重礦物組成極其相似（表2），以鈦鐵礦、白鈦石和綠簾石作為優(yōu)勢重礦物，表明其物源母巖主要為酸性火成巖，這與礫性分析結(jié)果保持一致，說明以上剖面確屬同一物源區(qū)。與之形成對比的是，王府屯剖面綠簾石極度虧損，穩(wěn)定礦物（鈦鐵礦、白鈦石和鋯石等）相當(dāng)富集，且藍晶石、十字石和透閃石等變質(zhì)礦物的存在，表明該剖面母巖主要為變質(zhì)巖和酸性火成巖，物源母巖與其他剖面顯著不同，指示王府屯剖面沉積物來自不同的源區(qū)。

由于受到新華夏系構(gòu)造影響，新構(gòu)造運動表現(xiàn)形式趨于復(fù)雜化。在這種地質(zhì)背景下，北北東走向的大興安嶺山脈開始快速抬升，同時伴隨強烈的構(gòu)造—巖漿活動[62?63]，大量的巖石和礦物碎屑被侵蝕搬運至山麓地帶，形成了腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面的砂礫石堆積。而位于長白山巨型隆起帶西緣的吉林省，全區(qū)地貌表現(xiàn)出東南部相對抬升，西北部相對沉降的特點[9]。王府屯剖面正是位于吉林省西北部（圖1），地勢相對較低，東臨第二松花江，該河流發(fā)源于長白山天池，受到地質(zhì)構(gòu)造、環(huán)境變化的控制[64?65]，自東南流向西北，可能為王府屯剖面提供了大量碎屑物質(zhì)。

4.2 化學(xué)風(fēng)化

除王府屯剖面外，腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面礫石皆表現(xiàn)出一定程度的化學(xué)風(fēng)化特征，以弱—中等風(fēng)化程度為主（約96%），其中綽爾河剖面中等風(fēng)化程度礫石占40%以上，表明經(jīng)歷了較強程度化學(xué)風(fēng)化作用的改造。值得注意的是，王府屯剖面無風(fēng)化程度的礫石含量占84%，主要原因是石英質(zhì)礫石的含量高達87%，包含硅質(zhì)巖、脈石英、玉髓和瑪瑙等抗風(fēng)化能力強的礫石顆粒[66?68]。礫石的風(fēng)化程度似乎指示王府屯剖面很弱的風(fēng)化程度，然而地層中的細粒填隙物以及泥質(zhì)—粉砂透鏡體的元素地球化學(xué)組成顯示，該剖面沉積物遭受了強烈的化學(xué)風(fēng)化作用（CIA值為85，未發(fā)表數(shù)據(jù)）。

一般情況下，化學(xué)風(fēng)化會導(dǎo)致不穩(wěn)定礦物分解，化學(xué)風(fēng)化作用越強，剖面沉積物中不穩(wěn)定礦物含量越少，而穩(wěn)定礦物含量增多[69?70]。根據(jù)礦物的穩(wěn)定性將剖面重礦物大致分成兩類，穩(wěn)定礦物包括鋯石、鈦鐵礦、白鈦石、銳鈦礦、電氣石、金紅石、磁鐵礦、赤褐鐵礦、石榴子石，不穩(wěn)定礦物包括綠簾石、磷灰石、榍石、透閃石[71?73]。穩(wěn)定重礦物抗風(fēng)化能力強，在搬運過程中得以保存，而不穩(wěn)定重礦物會隨搬運距離的加長逐漸流失[74?75]。穩(wěn)定系數(shù)（W）是指穩(wěn)定礦物與不穩(wěn)定礦物含量之比，可以進一步反映剖面遭受化學(xué)風(fēng)化程度的強弱[76]。各剖面均表現(xiàn)為不穩(wěn)定礦物（如角閃石、輝石等）的缺失，穩(wěn)定礦物（如白鈦石和鈦鐵礦等）相對富集，說明經(jīng)歷了一定程度的化學(xué)風(fēng)化作用，但彼此又不盡相同。腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面重礦物組成相關(guān)性極高，盡管平安鎮(zhèn)剖面有氧化后的次生礦物軟+硬錳礦的存在以及綽爾河剖面出現(xiàn)少量的磷灰石、榍石和石榴子石，會使彼此之間稍顯差異，但皆有穩(wěn)定礦物鋯石、白鈦石、鈦鐵礦和不穩(wěn)定礦物綠簾石占據(jù)統(tǒng)治性地位，其中較高含量的綠簾石應(yīng)為角閃石及輝石的蝕變而成[77]，以至穩(wěn)定系數(shù)較小，表明剖面受到的化學(xué)風(fēng)化程度還不足以將綠簾石分解破壞。而王府屯剖面重礦物組成具有明顯差別，不僅輝石和角閃石，甚至綠簾石等不穩(wěn)定礦物都已完全分解，表明遭受了更強程度的化學(xué)風(fēng)化作用，這與其極高CIA值反映的結(jié)果相吻合。

ZTR指數(shù)（鋯石、電氣石、金紅石百分含量之和）即礦物成熟度，可作為指示風(fēng)化程度的代表性指標(biāo)，數(shù)值越大表示沉積物離源區(qū)越遠[69，73，78]，反映源區(qū)所受化學(xué)風(fēng)化作用越強[79]。腰白土、綽爾河、平安鎮(zhèn)和王府屯剖面的ZTR 指數(shù)分別為7.09、8.45、4.98 和15.26，前三者ZTR指數(shù)相對較小，沉積物經(jīng)受近—中距離搬運，指示剖面遭受一定程度的化學(xué)風(fēng)化作用；王府屯剖面ZTR指數(shù)顯著高于其他剖面，穩(wěn)定礦物含量占比增大，說明沉積物搬運距離相對較遠，剖面經(jīng)歷了較強的化學(xué)風(fēng)化作用；且王府屯剖面礫石顆粒較細，更易被風(fēng)化磨蝕，使得礦物成熟度更高[80]。總的來說，ZTR指數(shù)的高值，不穩(wěn)定礦物綠簾石的缺失，表明王府屯剖面所經(jīng)歷的化學(xué)風(fēng)化作用更強。

4.3 沉積環(huán)境

礫石的性質(zhì)（礫徑、排列、分選和磨圓等）是沉積物形成時期水動力條件、搬運距離和成因類型等沉積環(huán)境的主要判別標(biāo)志[60，81]。磨圓度是衡量碎屑棱角鋒利程度的標(biāo)準(zhǔn)[82]，通常情況下隨搬運距離的增加而逐漸變好，因此可以作為反映礫石搬運介質(zhì)及搬運距離的證據(jù)[53?54，83]。腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面次圓—圓狀礫石的存在說明經(jīng)歷了一定搬運距離的地表水流的影響，同樣，大型透鏡體中斜層理的出現(xiàn)也說明有地表穩(wěn)定水流（河流）搬運作用的參與。

礫徑是反映水動力條件的最直觀指標(biāo)，礫徑大表明沉積時水動力強、反之則水動力較弱[53，84?86]。白土山組各剖面平均礫徑-d皆大于中值礫徑-d50（表1），但差值（<10 mm）較小，表明眾數(shù)略靠近礫徑偏小的一側(cè)。剖面a軸頻率分布直方圖顯示礫徑跨度較大，長度介于10～200 mm，含有少數(shù)礫徑較大的礫石，峰值分布范圍較寬且靠前。根據(jù)溫德華碎屑粒級分類表[54]，腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面礫石皆以中粗礫為主，指示礫石層沉積時具有較強的水動力條件。而王府屯剖面礫石礫徑總體較小（10～80 mm），以中細礫為主，表明礫石形成時期水動力環(huán)境相對弱一些。

分選系數(shù)是表征沉積環(huán)境動力條件的另一個重要指標(biāo)。據(jù)分選系數(shù)等級，1.00～1.41分選好，1.41～1.74分選中等，大于1.74分選差[24，53]。各剖面的分選系數(shù)介于1.65～2.34（表1），指示較差的分選，這與野外礫石大小混雜的現(xiàn)象相符合（圖2～5），表明礫石沉積時水動力環(huán)境不穩(wěn)定，可能是流速波動頻率加快、暴漲暴落，導(dǎo)致礫徑較大的粗礫石被搬運[87]。

腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面礫石的扁度介于2.11～2.48，球度介于0.60～0.63，礫態(tài)參數(shù)比值F/Ψ介于3.36～4.12（表1），依照前人總結(jié)的冰磧和河流相礫石沉積特征[21?22]，以上剖面礫石屬于非冰磧、非河流的不穩(wěn)定流水成因；F/Ψ值介于河流和冰磧物之間，與冰水混合物成因差距較大，可能為沖—洪積物。碎屑結(jié)構(gòu)（礫石磨圓度和支撐類型）、非定向的沉積結(jié)構(gòu)（礫石的非定向排列）以及沉積構(gòu)造（大型透鏡體中的層理特征）為該解釋提供了支持。礫石雖然以次棱角為主，但含有一定比例磨圓程度較好的礫石，說明經(jīng)歷了地表水流的搬運和磨蝕后堆積[88]；礫石呈顆粒支撐，黏土及細顆粒碎屑作為基質(zhì)充填在孔隙中，礫石無明顯定向排列，由此推測礫石為非穩(wěn)定水流的急流快速堆積；然而，剖面中—大型透鏡體中斜層理的出現(xiàn)，說明有定向水流作用的參與。因此我們認(rèn)為，這些剖面沉積物應(yīng)屬于沖—洪積作用下流水搬運的產(chǎn)物。值得注意的是，王府屯剖面礫石的扁度為1.86，球度為0.66，F(xiàn)/Ψ 比值為2.84（表1），球度、扁度均介于河流相和湖濱相的范圍內(nèi)[21?22]；剖面礫石顆粒較小，形態(tài)上多呈球狀，說明受到河流搬運的影響；另外，礫石沉積時的水動力條件相對較弱，且剖面廣泛發(fā)育大型板狀層理，明顯地指示河流相的特性。

綜上所述，腰白土、綽爾河以及平安鎮(zhèn)剖面沉積環(huán)境相似，礫石沉積時水動力較強且不穩(wěn)定，為快速堆積的洪積物，但受到河流作用的改造，成因上屬于沖—洪積物。而對于王府屯剖面來說，斜層理發(fā)育廣泛，為河流成因。

4.4 地層劃分與對比

經(jīng)典的白土山組是以黑龍江省龍江縣朱家坎白土山剖面為標(biāo)準(zhǔn)建立[3]，之后，灰白色夾黏土透鏡體的砂礫石巖性特征作為白土山組地層劃分的依據(jù)被泛用。據(jù)此，松嫩平原中部的王府屯剖面被劃歸為白土山組[3?4，9]。地層屬性的全面建立是地層劃分的基礎(chǔ)，因此，地層的劃分需要地貌學(xué)、沉積學(xué)、礦物巖石學(xué)以及地質(zhì)年代學(xué)等多種手段相結(jié)合的整合分析。

與腰白土的白土山組模式剖面相比，平安鎮(zhèn)剖面在沉積學(xué)特征與腰白土剖面高度一致，比如，高度一致的礫石巖性以及地層結(jié)構(gòu)構(gòu)造（細顆粒碎屑物質(zhì)透鏡體及其中的斜層理構(gòu)造和產(chǎn)狀）。盡管平安鎮(zhèn)剖面出現(xiàn)軟+硬錳礦，但其他重礦物組成與腰白土剖面保持一致。因此，從地貌學(xué)、沉積學(xué)和礦物學(xué)的角度，我們認(rèn)為平安鎮(zhèn)剖面可以作為經(jīng)典的白土山組，與腰白土模式剖面具有相同的物源和沉積環(huán)境。

與經(jīng)典的白土山組（腰白土和平安鎮(zhèn)剖面）相比，綽爾河剖面在沉積學(xué)和重礦物特征上稍有不同，例如，輝綠巖礫石的出現(xiàn)、磷灰石—榍石—石榴子石的存在以及不太明顯的層理構(gòu)造等。因此，是否將其劃分為白土山組尚待進一步的年代學(xué)研究。

與上述三個剖面相比，王府屯剖面在沉積學(xué)、礦物學(xué)和地貌特征上均存在顯著區(qū)別。石英質(zhì)礫石占據(jù)統(tǒng)治地位，礫徑較小，多集中在10～40 mm，在形態(tài)上多呈球形；不含白色—灰白色黏土透鏡體；大型板狀交錯層理發(fā)育，斜層理傾伏方向為325°；變質(zhì)礦物（藍晶石、十字石和透閃石）和獨居石首次出現(xiàn)，綠簾石消失，鋯石、金紅石和電氣石等極穩(wěn)定礦物以及鈦鐵礦顯著富集；從地貌上講，王府屯剖面以T2河流階地形式出現(xiàn)在第二松花江的南岸，階地面開闊平坦，砂礫石堆積體受流水侵蝕的影響在地表形成壯觀的“峰林”地貌。另外，如前所述，腰白土、平安鎮(zhèn)和綽爾河剖面物源來自大興安嶺，而王府屯剖面源區(qū)位于松嫩平原的東南部山地。因此，我們認(rèn)為，王府屯剖面視為白土山組是不恰當(dāng)?shù)?。對于白土山組地層的劃分與對比，需要進一步開展年代屬性的工作，為完善松嫩平原西部白土山組地層劃分積累新的年代學(xué)資料。

5 結(jié)論

本文對大興安嶺東麓自北向南的4個砂礫石剖面的沉積學(xué)和重礦物特征進行分析，得出以下結(jié)論。

（1） 標(biāo)準(zhǔn)的白土山組以腰白土和平安鎮(zhèn)剖面為代表，沉積物為灰白色、灰黃色和灰綠色砂礫石堆積，局部含黏土和泥質(zhì)粉砂透鏡體，透鏡體中發(fā)育斜層理；礫石以中粗礫（30～80 mm）為主，無明顯定向性，總體分選較差，磨圓和風(fēng)化程度中等；礫石巖性主要為凝灰?guī)r、石英質(zhì)、流紋巖和碎屑巖。綽爾河剖面沉積特征與前兩者相近，但發(fā)現(xiàn)少量輝綠巖礫石的存在。王府屯剖面明顯區(qū)別于其他三個剖面，不含灰白色黏土透鏡體，斜層理發(fā)育廣泛，礫石礫徑（10～40 mm）較小，風(fēng)化程度較弱，礫石成分單一（石英質(zhì)占87.5%）。

（2） 各剖面均不含輝石和角閃石等主要造巖礦物。腰白土、綽爾河和平安鎮(zhèn)剖面重礦物以鈦鐵礦、白鈦石和綠簾石占絕對優(yōu)勢，穩(wěn)定系數(shù)相對較小，指示剖面經(jīng)歷了一定程度的化學(xué)風(fēng)化。王府屯剖面由顯著不同的重礦物組成，特別是不穩(wěn)定重礦物的消失、穩(wěn)定重礦物的富集以及藍晶石、十字石、透閃石和獨居石的首次出現(xiàn)，結(jié)合高CIA指數(shù)，說明剖面沉積物遭受強烈的化學(xué)風(fēng)化作用。

（3） 基于礫石性質(zhì)和重礦物特征，結(jié)合地貌特征，揭示腰白土、平安鎮(zhèn)和綽爾河剖面沉積物為流水搬運的沖—洪積物，源區(qū)位于大興安嶺東麓，母巖巖性主要為酸性巖漿巖和沉積巖，及少量基性巖漿巖。而王府屯剖面屬于典型的河流階地成因，沉積物來自松嫩平原的東部山地，源區(qū)母巖主要為變質(zhì)巖和酸性巖漿巖。

（4） 平安鎮(zhèn)剖面因其沉積特征和重礦物組成與腰白土剖面高度相似，可以作為經(jīng)典的白土山組地層；而綽爾河剖面與標(biāo)準(zhǔn)剖面略有不同，是否劃分為白土山組還需進一步的年代學(xué)研究；相對于上述三個剖面，王府屯剖面在物源、化學(xué)風(fēng)化和成因等方面存在較大差異，因此，不能將其劃歸為白土山組。