沉积学报

样品名称	锆石	钛铁矿	赤褐铁矿	磁铁矿	磁黄铁矿	榍石	白钛石	磷灰石	绿帘石	其他
SJD-2	2.52	4.35	1.26	0.71	0	67.02	0.97	6.29	13.08	3.80
SJD-3	2.32	1.69	8.14	0.14	0	68.61	0.33	4.35	9.99	4.43
SJD-4	2.35	2.71	1.37	15.41	0.31	70.20	0.39	7.06	14.41	1.58

样品名称	锆石	钛铁矿	赤褐铁矿	磁铁矿	磁黄铁矿	榍石	白钛石	磷灰石	绿帘石	其他
SJD-2	2.52	4.35	1.26	0.71	0	67.02	0.97	6.29	13.08	3.80
SJD-3	2.32	1.69	8.14	0.14	0	68.61	0.33	4.35	9.99	4.43
SJD-4	2.35	2.71	1.37	15.41	0.31	70.20	0.39	7.06	14.41	1.58

构造背景	源区类型	La/×10^-6	Ce/×10^-6	∑REE/×10^-6	La/Yb	La_N/Yb_N	LREE/HREE	Eu/Eu^*
三截地剖面	49.2	82.9	215	14.8	10	8.3	0.67
被动陆缘	克拉通内	39	85	210	15.9	10.8	8.5	0.56
活动陆缘	基底隆起	37	78	186	12.5	8.5	9.1	0.60
大陆岛弧	切割岩浆弧	27±4.5	59±8.2	146±20	11.0±3.6	7.5±2.5	7.7±1.7	0.79±0.13
大洋岛弧	未切割岩浆弧	8±1.7	19±3.7	58±10	4.2±1.3	2.8±0.9	3.8±0.9	1.04±0.11

构造背景	源区类型	La/×10^-6	Ce/×10^-6	∑REE/×10^-6	La/Yb	La_N/Yb_N	LREE/HREE	Eu/Eu^*
三截地剖面	49.2	82.9	215	14.8	10	8.3	0.67
被动陆缘	克拉通内	39	85	210	15.9	10.8	8.5	0.56
活动陆缘	基底隆起	37	78	186	12.5	8.5	9.1	0.60
大陆岛弧	切割岩浆弧	27±4.5	59±8.2	146±20	11.0±3.6	7.5±2.5	7.7±1.7	0.79±0.13
大洋岛弧	未切割岩浆弧	8±1.7	19±3.7	58±10	4.2±1.3	2.8±0.9	3.8±0.9	1.04±0.11

哈尔滨三截地砂砾石堆积地层属性特征——对地层区域划分和构造的指示

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曾吉莉 ¹ , 迟云平 ¹^,² , 谢远云 ¹^,² , 康春国 ³ , 孙磊 ¹ , 吴鹏 ¹ , 魏振宇 ¹

沉积学报 | 2026,44(1): 292-307

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沉积学报 | 2026 , 44 (1) : 292 -307

哈尔滨三截地砂砾石堆积地层属性特征——对地层区域划分和构造的指示

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曾吉莉¹, 迟云平¹^,², 谢远云¹^,², 康春国³, 孙磊¹, 吴鹏¹, 魏振宇¹

作者信息

^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

通讯作者:

迟云平，男，副教授，第四纪地质学和地球化学，E-mail: 1982cyp@163.com

作者简介:

曾吉莉，女，1999年出生，硕士研究生，第四纪地质与环境变化，E-mail: 1733164339@qq.com

Stratigraphic Attribute Characteristics of Sand and Gravel Accumulation of Sanjiedi Profile in Harbin, China

JiLi ZENG¹, YunPing CHI¹^,², YuanYun XIE¹^,², ChunGuo KANG³, Lei SUN¹, Peng WU¹, ZhenYu WEI¹

Affiliations

^1.School of Geographic Sciences, Harbin Normal University, Harbin 150025, China

^2.Heilongjiang Key Laboratory of Geo-environmental Monitoring and Spatial Information Services in Cold Regions, Harbin Normal University, Harbin 150025, China

^3.Department of Geography, Harbin University, Harbin 150086, China

Corresponding Author:

CHI YunPing, E-mail: 1982cyp@163.com

出版时间: 2026-02-10 doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2024.026

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摘要

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目的黑龙江宾县居仁镇的三截地砂砾石曾被视为罗家窝棚组，但其地层属性和沉积环境研究较为薄弱，这极大限制了对该地层所记录的区域地表过程的理解。方法通过沉积学、矿物学、元素地球化学和碎屑锆石U-Pb年代学等研究方法进行分析讨论。结果三截地剖面砂砾石风化程度较低、分选中等、磨圆度较好、无明显定向排列；砾石岩性以花岗质岩石（46.31%）和石英质岩石（28.19%）为主，正长岩（0.20%）、凝灰岩（0.01%）和片岩（0.01%）次之；重矿物组成以榍石（65.18%）和绿帘石（11.87%）为主，其他重矿物含量较少；元素地球化学揭示沉积物具有弱到中等的化学风化程度、大部分沉积物经历了初次循环，其母岩类型为长英质。沉积物元素地球化学的迁移与富集、古气候判别图解和沉积相揭示了区域沉积物为干旱的氧化环境下的曲流河相环境。碎屑锆石U-Pb年龄分布范围较窄（134.2~220.3 Ma，年龄峰值在~168 Ma），表明了张广才岭的碎屑贡献，并指示了佳木斯地块和松嫩地块间碰撞—拼合和东侧大洋板块持续俯冲作用。与罗家窝棚组进行对比，三截地剖面沉积环境、地貌单元和构造背景等方面存在差异。推测三截地剖面形成时间比罗家窝棚组晚，大致与白土山组时间相当。结论对哈尔滨第四纪地层的划分和区域地表过程的重建提供了新的证据。

关键词

三截地剖面 / 地球化学 / 锆石U-Pb测年 / 物源 / 沉积环境 / 地层划分

Abstract

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Objective The sand and gravel in the Sanjie area of Juren town， Bin county， Heilongjiang province， was once considered as the lower limit of the Quaternary Luojiawopeng Formation in the Harbin area， but research on its stratigraphic properties and sedimentary environment has been relatively poor to date. This has greatly limited the in-depth understanding of the regional surface processes recorded in this stratum. Methods To discuss and compare the sedimentary environment and stratigraphic division， this study adopted a range of research methods. Sedimentology， mineralogy， elemental geochemistry and detrital zircon U-Pb chronology were used to investigate the chemical weathering characteristics， source rock properties， sedimentary environment and structural background of the source area in this section to determine the effects of chemical weathering， sedimentary cycles and material sources， and to explore the structural background and indicators of stratigraphic delineation and regional magmatic tectonic events. Results It was found that the sediment in the three sections is mainly composed of brownish-yellow sand and gravel mixed with muddy interlayers， with local oblique bedding. The weathering degree of the sand and gravel is low， the sorting is moderate， the roundness is good， and there is no obvious directional arrangement. The gravel rock is mainly granite （46.31%） and quartzite （28.19%）， with some syenite （0.2%）， tuff （0.01%） and schist （0.01%）. The heavy minerals are mainly spinel （65.18%） and epidote （11.87%）， with minor quantities of zircon （2.28%）， apatite （5.60%）， ilmenite （2.77%）， hematite （3.41%） and magnetite （5.15%）； white titanium （0.54%） and pyrrhotite （0.1%） account for less than 1%， and other heavy minerals account for 3.11%. Elemental geochemical analysis revealed that the fine-grained components in the sediments have experienced weak to moderate chemical weathering， and most have undergone initial weathering cycles. Gravel lithology and geochemical composition indicate that the parent rock of the sediments was mainly medium- to acidic magma. The geochemistry of the migration and enrichment of elements in the sediments， paleoclimate discrimination diagrams and sedimentary facies definition indicate that the regional environment of the sediments was a meandering river that transported the sediments over short distances in an arid oxidative environment. The distribution range of detrital zircon U-Pb ages is relatively narrow （134.2-220.3 Ma， peaking at about 168 Ma）. Comparison of the zircon ages of the surrounding potential source areas together with their geomorphological location suggests the detrital contribution of the Zhangguangcai Ridge and indicates the collision and assembly of the Jiamusi and Songnen Blocks， as well as the continuous subduction of the eastern oceanic plate. Significant differences were found between the three sections in terms of their sedimentological characteristics， genetic types and geomorphological features when compared with the standard strata of the Luojiawopeng Formation. It is speculated that formation of the three sections was roughly contemporaneous with the formation time of the Baitushan Formation in western Harbin. Conclusions This study is of great significance for the reconstruction of geological events such as Quaternary stratigraphic divisions and Upper Jurassic tectonic geomorphological-climate-water system evolution in the Harbin area.

Key words

Sanjiedi profile / geochemistry / zircon U-Pb dating / provenance / sedimentary environment / stratigraphic division

引用本文

曾吉莉, 迟云平, 谢远云, 康春国, 孙磊, 吴鹏, 魏振宇. 哈尔滨三截地砂砾石堆积地层属性特征——对地层区域划分和构造的指示. 沉积学报, 2026 , 44 (1) : 292 -307 . DOI: 10.14027/j.issn.1000-0550.2024.026

JiLi ZENG, YunPing CHI, YuanYun XIE, ChunGuo KANG, Lei SUN, Peng WU, ZhenYu WEI. Stratigraphic Attribute Characteristics of Sand and Gravel Accumulation of Sanjiedi Profile in Harbin, China[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2026 , 44 (1) : 292 -307 . DOI: 10.14027/j.issn.1000-0550.2024.026

正文

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0 引言

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沉积物的沉积是一种重要的地表过程，解译沉积过程、沉积记录的属性是地球表层系统运行的依据（Zheng et al.，2020）。碎屑沉积物是记录过去地质过程的重要信息载体，其元素地球化学特征、沉积学特征和重矿物组成等是判断沉积物古风化作用（Muhs，2004）、母岩性质（Weltje and von Eynatten，2004）、构建源区地质构造背景（Andersen et al.，2022）的重要依据；碎屑锆石年龄可以指示岩浆岩地层的沉积年龄，揭示沉积构造环境（Armstrong-Altrin，2020；冷宇坤等，2023）。因此，沉积学、矿物学、元素地球化学和碎屑锆石年龄等手段是重建沉积环境和揭示构造背景的重要方法（徐杰和姜在兴，2019）。

中国东北哈尔滨地区是典型的第四系发育地区，学者们开展了大量的第四纪地层研究（刘淑秋等，1985），哈尔滨第四系更新统包括：罗家窝棚组、关家窝棚组、白土山组、荒山组、哈尔滨组和顾家屯组，其中对上更新统和中更新统研究较为完善（吴金城等，1984；裘善文等，1988），但对下更新统缺乏研究，尤其缺乏对第四纪最底层单元—罗家窝棚组的研究，因此对罗家窝棚组的研究有助于松嫩平原第四纪地层的划分。由于在20世纪90年代仅限于对人类考古、沉积学特征和孢粉的研究而没有进行有关地球化学、矿物学和锆石U-Pb年代学的研究，三截地剖面被归纳为罗家窝棚组的砂砾石堆积剖面。早前认为罗家窝棚组是早更新世早期的冰碛物堆积（叶启晓等，1984），但近期研究表明为炎热气候条件下的洪积物堆积（魏春艳等，2022）。为此，厘清三截地剖面砂砾石堆积的沉积环境，对认识区域地表过程具有重要意义。

为了获得三截地剖面所隐含的地表过程信息，对剖面进行沉积学、元素地球化学、重矿物和锆石U-Pb年龄分析，讨论该剖面的母岩性质、沉积环境和构造背景，最后与罗家窝棚组进行对比。此项研究对区域构造演化、重建古地理环境，以及哈尔滨第四纪地层的划分等提供了重要依据。

1 研究区概况

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哈尔滨（44°04′~46°40′ N，125°42′~130°10′ E）位于松嫩地块东南部，属于松辽沉降带东南隆起区（王恩宝，2012）。所发育的活动断裂均为隐伏于前第四系以下的基底断裂，区域构造线方向以北东向和北西向为主。罗家窝棚组断续分布在泥砾堆积沿山前平原与滨东丘陵带，地貌上呈现出峁状、条带状和短垄状的特点（叶启晓，1991）。

哈尔滨三截地剖面在宾县居仁镇边缘北侧2 km处，南、西与宾西镇相接，北与满井镇接壤，东与宾州镇毗邻。构造上属于杏山—宾县凹陷区，位于依兰—伊通断裂带附近（图1c）。地貌上处于山间平原和滨东丘陵的过渡区域（图1d）。

2 研究方法

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本文以居仁镇三截地剖面为研究对象，对剖面砾石和细颗粒沉积物进行沉积学、重矿物、地球化学和锆石U-Pb测年研究。其中6个样品（泥质—粉砂质样品）用于地球化学分析，3个样品（极细砂—细砂样品）用于重矿物分析，1个样品（透镜体碎屑物）进行锆石U-Pb测年分析。在剖面中选择两个砾石统计点，共计235个砾石进行砾径、方位、ab面产状、砾石的磨圆度和风化程度等统计记录。

重矿物的分选和鉴定工作在河北廊坊诚信地质公司进行，具体实验流程如下：将重矿物样品筛选出63~250 μm的组分，经过称重和淘洗之后，利用密度为2.89 g/cm³的三溴甲烷分离出重矿物后用酒精冲洗，冲洗干净后晾干称重。将样品置于光学显微镜下进行实验。每个样品至少取600粒重矿物鉴定样品颗粒。

地球化学分析利用研磨分样筛后小于63 μm组分的粉末。通过压片法且误差小于3%的方法使用荷兰帕纳科XRF光谱仪测量常量元素。使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP~MS）测试微量、稀土元素数据，检测的数据的相对误差均小于2%。

碎屑锆石U-Pb测年实验在河北廊坊诚谱检测技术有限公司利用NewWave, NWR193和Analytik Jena AG PQMS030仪器（德国）进行测量，剥蚀频率为8 Hz，激光光斑直径为30 μm。详细的流程和定年主标样见文献（Griffin et al.，2004）。年龄谐和图的制作采用软件Isoplot4.15完成。

3 结果

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3.1　沉积学特征

三截地剖面由黄褐色粉质黏土及砂、砂砾石组成，砾石层主要表现出斜层理特征（图2a），具有典型的河漫滩二元结构（图2c）。

砾石砾径集中在20~200 mm，最大为500 mm（图3a）；砂砾石分选中等，没有明显的定向排列。砾石岩性主要以花岗质岩石（46.31%）、石英质岩石（28.19%）和砂岩（16.11%）为主，正长岩（0.20%）、凝灰岩（0.01%）和片岩（0.01%）次之（图3b）。砾石磨圆度中次圆（75.32%）占主要优势，其次为次棱角（14.47%）、圆（9.36%）和极圆（0.08%）（图3c）。砾石化学风化特征以弱风化（48.94%）和中等风化（40.43%）为主，其次为强风化（10.21%）和无风化（0.04%）（图3d）。

3.2　重矿物组成

哈尔滨三截地剖面的重矿物有锆石、钛铁矿、赤褐铁矿、磁铁矿、磁黄铁矿、榍石、白钛石、磷灰石、绿帘石共9种，其中磁黄铁矿仅在一个样品中出现（表1）。重矿物以榍石（65.18%）和绿帘石（11.87%）为主，其次为锆石（2.28%）、磷灰石（5.60%）、钛铁矿（2.77%）、赤褐铁矿（3.41%）、磁铁矿（5.15%），白钛石（0.54%）和磁黄铁矿（0.10%）不足1%，其他重矿物占3.11%。

3.3　常量元素

哈尔滨三截地剖面的常量元素丰度为：SiO₂（60.21%~69.09%，平均值为63.43%），Al₂O₃（20.18%~15.65%，平均值为18.26%），Fe₂O₃（8.84%~2.95%，平均值为6.73%），K₂O（4.85%~2.52%，平均值为3.35%）（n=6）。而其他常量元素MgO、CaO、Na₂O、MnO、TiO₂、P₂O₅含量较低，平均值分别为1.48%、2.27%、2.19%、0.06%、1.09%、0.31%。与UCC（大陆上地壳）相比，SiO₂、K₂O含量接近UCC，其他元素显示出不同程度的富集或亏损。Al₂O₃轻微富集，MgO、CaO、Na₂O、MnO、P₂O₅表现出不同程度的亏损，Fe₂O₃、TiO₂明显富集（图4a）。

3.4　微量元素

三截地剖面微量元素变化复杂。与UCC相比，过渡元素（TTE：Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ca）中，Sc含量与UCC较为接近，V、Zn、Ca表现出不同程度的富集，而Cr、Co、Cu出现亏损，Ni出现明显亏损。高场强元素（HFSE：Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Th、U）中，Zr、Ta表现出不同程度的富集与亏损，Y、Th、U明显富集，Nb和Ta轻微亏损。大离子亲石元素（LILE：Rb、Sr、Cs、Ba、Pb）中，Pb含量接近UCC，在Rb、Sr和Ba中出现亏损，Cs出现不同程度的富集或亏损（图4b）。

3.5　稀土元素

三截地剖面沉积物的稀土总量介于166~244，平均值为215，明显高于UCC（146.37）和PAAS（184.77）（Taylor and McClennan，1985）。沉积物轻稀土元素总量介于157~229，平均值为202；重稀土元素总量介于8~16，平均值为13。∑LREE/∑HREE介于7.57~9.77，平均值为8.33。(La/Sm)_N值介于3.07~4.64，平均值为3.61，稀土元素配分曲线总体上呈现“左陡右缓”的分布趋势，表现相对富集轻稀土元素、亏损重稀土元素。(La/Yb)_N值介于8.08~12.35，平均值为10，表明轻重稀土分异明显，轻稀土富集。(Gd/Yb)_N值介于1.70~2.47，平均值为1.89，表明重稀土元素分馏程度明显。Ce/Ce^*平均值为0.79，Eu/Eu^*平均值为0.67，表明三截地剖面存在Ce、Eu负异常（图4c）。

3.6　锆石U⁃Pb测年

三截地剖面的大部分锆石颗粒具有明显的振荡环带结构，Th/U比值均大于0.1，表现出典型岩浆锆石特征。几乎所有的测点均位于U-Pb谐和线附近，剔除谐和度小于90%的锆石年龄数据，对小于1 000 Ma的年龄采用²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄，绘制了碎屑锆石U-Pb年龄谱。本次一共有120个颗粒数，锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均为174.6±9.7 Ma（MSWD=0.28）。碎屑锆石U-Pb年龄主要分布在134.2~220.3 Ma，年龄峰值在168 Ma左右（图5a）。大兴安岭的锆石年龄主要集中在145~120 Ma（图5b），小兴安岭的锆石年龄谱主要有两个阶段，260~290 Ma和160~171 Ma（图5c），张广才岭的锆石年龄主要集中在175~222 Ma（图5d）。

4 讨论

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4.1　化学风化强度

化学风化作用是源—汇沉积体系中的重要环节，其对风尘物源贡献评估、追踪气候演化和了解地质过程等具有重要的指示意义（Maharana et al.，2018；张曼，2021）。化学风化过程会优先去除不稳定的阳离子（如K⁺、Na⁺和Ca²⁺），保留稳定的阳离子（Ti⁴⁺和Al³⁺），改变碎屑沉积物的化学成分。因此，化学风化作用增强，沉积物中稳定矿物越多，而不稳定矿物越少（张英利等，2019）。三截地剖面重矿物样品中稳定重矿物（锆石、榍石、磁铁矿、赤褐铁矿）富集，而不稳定重矿物（磷灰石、绿帘石）也部分保留下来，说明沉积物经历了弱—中等风化作用。化学蚀变指数（CIA）用来评估化学风化程度，定义如下：

CIA=［Al₂O₃/（Al₂O₃+CaO^*+Na₂O+K₂O）］×100（1）

式中：CaO^*是硅酸盐矿物中的摩尔含量。CIA值与化学风化强度呈正相关（冯连君等，2003；傅寒晶等，2021），在三截地剖面中，CIA值介于60~69，平均值为63，表明该剖面经历了弱—中等化学风化程度。

PIA可以作为定量分析斜长石化学风化强度的指标（Nesbitt and Young，1989）：

PIA=（Al₂O₃-K₂O）/（Al₂O₃-K₂O+CaO^*+Na₂O）×100（2）

PIA值也与化学风化强度正相关，三截地剖面的PIA值介于59~77，平均值为66。两种化学风化指标皆表明该剖面处于弱—中等的化学风化程度。

A-CN-K三角图结合CIA值用来反映沉积物的化学风化程度（Nesbitt et al.，1996）。将三截地剖面样品分析结果在A-CN-K三角图上投影，样品大致与A-CN连线平行，且在UCC和PAAS之间，表明了样品点弱—中等的化学风化程度（图6a）。在A-CNK-FM图解中，三截地剖面样品均落在伊利石—绿泥石连线和斜长石—FM连线中，表明样品经历了中等风化（图6b）。

Fe/Mg比值可以判断碎屑沉积物的化学风化程度（乔彦松等，2010）。原生矿物因化学风化作用导致其分解，Fe比Mg更易富集，因而Fe/Mg比值越大，化学风化强度越强（石浩等，2022）。在三截地剖面中，Fe/Mg比值介于2.03~6.27，平均值为4.54，比UCC值（2.27）高，表明三截地剖面沉积物经历了中等的化学风化。

4.2　分选与沉积循环过程

沉积物在搬运过程中会受到机械或者化学过程的影响从而进行分选，进而非黏土矿物增加，黏土矿物减少，这将会使得沉积物的地球化学特征发生改变。成分变异指数（ICV）可用于判断沉积物的分选和再循环过程（Cox et al.，1995）。定义如下：

ICV=（CaO+K₂O+Na₂O+Fe₂O₃+MgO+TiO₂+MnO）/Al₂O₃（3）

式中：当ICV大于1表明含有大量非黏土类矿物，成熟度低，代表初次沉积；ICV小于1表明含有大量黏土矿物，成熟度高，代表着再循环沉积或者是强化学风化条件下的初次沉积（吴年冬等，2020）。在三截地剖面样品中，其中五个沉积物样品ICV值介于0.79~0.97，平均值为0.91，ICV小于1，表明样品成熟度高；而只有一个样品ICV值为大于1（1.02），表明其成熟度低。在三截地剖面样品中，次圆—次棱角的磨圆度和较差的沉积分选揭示了其经历较短的搬运距离，属于弱—中等风化下的初次循环产物。

帕克风化指数（WIP）可以用于区分初次循环和再循环沉积（Parker，1970）。定义如下：

WIP=（CaO^*/0.7+2Na₂O/0.35+2K₂O/0.25+MgO/0.9）×100（4）

式中：CaO^*是硅酸盐中的CaO含量。WIP值越小，风化作用越强，因此WIP值与CIA值呈负相关。在CIA/WIP图解中，三截地剖面的所有样品都接近UCC化学风化趋势线，样品的CIA/WIP值介于0.89~1.29，因此，三截地剖面样品属于初次循环的沉积物（图7a）。

K₂O/Na₂O比值也可以用来了解沉积物的分选和再循环（李徐生等，2007）。由于斜长石相对于钾长石更容易发生风化作用，因此随着风化作用的增加，K₂O/Na₂O也会增加。K₂O/Na₂O比值大于1表明化学成熟度较高。K₂O/Na₂O比值小于1说明化学成熟度低（Armstrong-Altrin and Machain-Castillo，2016；徐小涛和邵龙义，2018）。三截地剖面的样品比值介于0.78~2.33，平均值为1.44，高于UCC（0.87）而低于PAAS（3.08），表示三截地剖面样品成熟度高，属于初次循环的沉积物。

利用Th/Sc-Zr/Sc图区分沉积物分选和再旋回作用（李俊等，2024）。Th/ Sc比值指示火成岩化学分异过程，Zr/Sc是锆石富集的有用指标（McLennan et al.，1993）。若样品沿着岩浆分异趋势线分布说明沉积物属于初次循环；样品沿着再循环趋势线分布说明沉积物受再循环的影响。因此，从三截地剖面样品的分布可以看出沉积物属于初次循环产物（图7b）。

4.3　源岩性质

地球化学数据可以反映源岩性质，尤其稀土元素和微量元素能够较为完整地保存物源区信息，是判断物源母岩类型的有效工具（呼其图等，2024）。通常情况下，稀土元素较高的LREE/HREE值、负Eu异常指示岩石母岩为长英质（董策和周建波，2012）。在三截地剖面中，LREE/HREE值较高且Eu/Eu^*平均值为0.68，Eu负异常，表明三截地剖面沉积物源于长英质岩石。岛弧火山岩Th/U值介于2.5~3.0，沉积岩为4.5，再旋回沉积岩为6（王久懿等，2023）。三截地剖面样品的Tu/U值介于2.23~4.49，平均值为3.29，表明三截地剖面沉积物母岩是火山岩。

La、Th和Hf在成岩过程中较难被分馏，因此能有效地指示母岩性质（马英军和刘丛强，1999）。在La/Th-Hf图解中，三截地剖面样品落在花岗岩和酸性长英质弧岛区周围，反映三截地沉积物主要为偏酸性长英质母岩（图8a）。在Y/Ni-Cr/V图解中，三截地剖面样品落在长英质火山岩和花岗岩周围，围绕着TTG和UCC（图8b）。利用Co/Th-La/Sc图解可以反映某些岩石大类的成因特征。三截地剖面样品Co/Th值介于0.19~0.54，平均值为0.31，La/Sc值介于2.60~5.49，平均值为3.67，样品点落在长英质火山岩和花岗岩之间（图8c）。利用源岩判别函数F1-F2对母岩属性进行判断（Roser and Korsch，1988）。三截地剖面中四个样品落在中性火成岩物源区，两个样品落在长英质火成岩物源区（图8d）。以上图解表明三截地剖面沉积物具有长英质性质。三截地剖面砾石岩性以花岗质岩石、石英质岩石和石英质砂岩为主，而张广才岭广泛发育该类岩石（张立仕等，2021），推测三截地剖面源岩主要来源于张广才岭。

4.4　沉积环境

从沉积学和元素地球化学的角度可对沉积环境进行分析（李忠等，2004）。此外，还可从形成水动力、砾石磨圆度、砾石砾径等进行判别（王昆山等，2014）。三截地剖面砾石砾径在20~200 mm；磨圆度以次棱角—次圆为主（占89.79%）；剖面中含有棕黄色泥质—粉砂质夹层；斜层理特征明显（图2a）；存在河漫滩典型的二元结构（图2c）。曲流河砾石磨圆度较好，分选中等；发育平行层理、斜层理；一般为泥砂沉积；多发育在河流中下游的河漫滩平原（常西玲等，2023）。因此，推断三截地剖面为曲流河沉积。

Ni/Co和V/Cr、U/Th和V/(V+Ni)比值是判断沉积物氧化还原环境的可靠指标（宋立军等，2016），相对而言Ni/Co和V/Cr比值对缺氧或还原环境判别准确（Jones and Manning，1994）。当Ni/Co大于5、V/Cr小于2处于富氧环境；Ni/Co大于7、V/Cr大于4.5处于缺氧环境（马明等，2016）。在图解中，三截地剖面样品大多落在含氧—还原的过渡区间，指示氧化的沉积环境（图9a）。Ce/Ce^*可以灵敏地反应沉积环境的氧化还原条件（吴子杰等，2024）。Ce/Ce^*大于1，指示为还原环境；Ce/Ce^*小于1，指示为氧化环境。三截地沉积物的Ce/Ce^*的比值介于0.65~0.88，平均值为0.79。综上表明三截地剖面的沉积环境为氧化环境。

碎屑岩的化学风化参数（CIA）可以定量地表征其风化程度进而反映气候条件（Nesbitt and Young，1982）。其中CIA=50~65表示气候干燥；CIA=65~85表示气候温暖湿润；CIA=85~100表示气候炎热潮湿（Fedo et al.，1995；张衡等，2019）。三截地剖面沉积物的CIA值介于60~69，平均值为63，处于干燥的气候环境。再结合SiO₂-（Al₂O₃+K₂O+Na₂O）图解，图解中沉积物位于干旱区域，表明三截地剖面干旱化的沉积环境（图9b）。Sr/Cu可作为古气候变化的灵敏度指标。Sr/Cu比值介于1.3~5.0指示温湿气候，比值大于5.0指示干热气候（Parrish，1980；彭治超等，2018）。三截地剖面沉积物Sr/Cu比值介于10.73~17.55，表明其干热的气候条件。

综合沉积学特征和元素地球化学数据，推测三截地剖面属于干旱的氧化条件下的曲流河沉积物。

4.5　构造背景

稀土元素及一些惰性元素在沉积成岩作用中稳定性较好，常用于物源区属性和大地构造背景研究（Bhatia and Crook，1986；张茜等，2020）。三截地剖面沉积物稀土元素各元素比值（表2）（Bhatia，1985）对比表明，沉积物介于被动陆缘和活动陆缘之间，更接近于被动陆缘。不同构造背景下的沉积岩微量元素La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10图解可以有效地识别被动大陆边缘、活动大陆边缘、大洋岛弧、大陆岛弧等构造背景（Bhatia and Taylor，1981；靳立杰等，2022）。三截地剖面样品在图解中均落在被动大陆边缘区域，揭示了三截地剖面形成于大陆边缘（图10）。

母岩结晶时代和区域母岩来源可以通过碎屑锆石U-Pb年龄体现（李林林，2018）。三截地剖面周围区域有大兴安岭造山带、小兴安岭造山带和张广才岭造山带，为了判断其剖面沉积物的源区，对比分析剖面锆石年龄与三者已有锆石年龄资料。大兴安岭的锆石年龄主要集中在145~120 Ma（鲍庆中等，2007；葛文春等，2007），小兴安岭的锆石年龄谱主要有两个阶段：260~290 Ma和160~171 Ma（孙德有等，2000，2004），张广才岭的锆石年龄主要集中在175~222 Ma（刘建峰等，2008；陈雷等，2009）。因此，通过锆石U-Pb年龄谱可以发现，三截地剖面的碎屑锆石年龄大致与张广才岭和小兴安岭的锆石年龄相似。但是由于200 Ma的锆石比例过高使得小兴安岭不符合三截地剖面的源区。因此，说明三截地剖面的主要物源区为张广才岭。

在中侏罗世，张广才岭位于中亚造山带的东段，东侧大洋板块持续俯冲，形成具壳幔混合成因的I型花岗岩（任永健，2019；杨浩等，2022）。张广才岭是佳木斯地块和松嫩地块俯冲—碰撞造山带，180~160 Ma牡丹江洋闭合，佳木斯地块和松嫩地块碰撞—拼合产生了大量的岩浆活动，形成了火山弧花岗岩和碰撞构造环境（张国宾等，2022）。三截地剖面位于张广才岭西侧，其碎屑锆石U-Pb年龄主要分布在134.2~220.3 Ma，年龄峰值在~168 Ma，这为佳木斯地块和松嫩地块间碰撞—拼合和东侧大洋板块持续俯冲作用提供了新的证据。这表明当时的源区经历了强烈的构造隆升，形成了大陆边缘地质背景。此外，黑龙江杂岩大部分锆石为岩浆锆石，其峰值在早—中侏罗世（185~165 Ma），说明当时经历了快速构造抬升（董玉，2018），这也与三截地剖面锆石年龄峰值（~168 Ma）相对应。

4.6　地层对比与划分

在早期的研究中将三截地剖面归纳为哈尔滨地区第四系下更新统（下限）最老的地层——罗家窝棚组，其地层年龄被确定为约2.3~2.6 Ma（孙磊，2023）。罗家窝棚组是炎热气候条件下的洪积物堆积，反映的是一套气候地层；在源—汇过程中也反映了一定的构造抬升，指示松嫩平原周围山脉可能在2.3 Ma开始隆升（孙磊，2023）。将三截地剖面与罗家窝棚组进行分析对比，发现其在沉积学和地球化学等方面存在显著差异。

首先是沉积环境，罗家窝棚组是炎热气候条件下的冲洪积沉积；三截地剖面是干旱气候条件下的曲流河流沉积。其次从元素地球化学方面，罗家窝棚组的CIA值介于72~95，平均值为84，化学风化程度强烈；三截地剖面的CIA值介于60~69，平均值为63，反映弱—中等的化学风化强度，两者在成熟度和再循环方面同样也存在着差异。最后观察基质，罗家窝棚组和三截地剖面的基质性质分别为紫红色黏土（图11a）和棕黄色黏土（图11b）。从沉积环境和沉积物颜色可以推断出三截地剖面的形成年龄晚于罗家窝棚组。

此外，从沉积学特征来看，三截地剖面是一套棕黄色弱固结砂砾石堆积（图1b）；罗家窝棚组的磨圆度（次圆与圆占21%）明显低于三截地剖面的磨圆度（次圆与圆占85%）；罗家窝棚组的砾石岩性以砂岩—粉砂岩（44%）为主，流纹岩和玄武岩（1%）最少，三截地剖面的砾石岩性以花岗质（46%）+石英质（28%）为主。从地层结构来看，罗家窝棚组存在透镜体细颗粒物质，而三截地剖面中存在细粒含泥质夹层，并且夹层的层理特征明显（图2a）。其次从重矿物角度对比来看，罗家窝棚组以赤铁矿/褐铁矿（87.5%）为主，不稳定矿物几乎不见，三截地剖面以榍石（65.1%）占绝大优势，不稳定矿物（凝灰石、绿帘石）存在其中。构造地貌单元方面，罗家窝棚组处于山间平原区域；三截地剖面处于山间平原和滨东丘陵的过渡区域。在物源区地质背景方面，罗家窝棚组解释指示了佳木斯地块和松嫩—张广才岭地块俯冲碰撞过程以及牡丹江洋的闭合（孙磊，2023）；三截地剖面记录了佳木斯地块和松嫩地块间碰撞—拼合和东侧大洋板块俯冲作用。

与罗家窝棚组进行分析对比说明三截地剖面沉积环境、地貌单元和构造背景等方面存在差异。因此，早期把三截地剖面归纳进罗家窝棚组是不正确的。经过前人资料研究表明比罗家窝棚组更晚的地层：关家窝棚组、白土山和下荒山组。从沉积类型来看，关家窝棚组属于更新世初气候回暖转湿条件下发育的湖沼相堆积物，其形成年龄在1.8~2.1 Ma（王恩宝，2012）；白土山组属于河流改造作用下发育的冲—洪积物，其形成年龄在0.8~1.0 Ma（缪振棣等，1984）；下荒山组为冷干气候条件下发育的河湖相—湖滨相沉积，其形成年龄在0.781~0.900 Ma（孙建中，2005）。因此，根据沉积环境和沉积类型推测三截地剖面可能是白土山组在哈尔滨西部的同期异相，形成年代较为接近。但是仅仅依据沉积环境和沉积类型对三截地剖面进行地层划分无法确定其剖面准确形成时间，还需要更加精确的测年方法加以确定。

5 结论

收起

（1）三截地剖面沉积物以棕黄色砂砾石为主，夹杂泥质夹层，局部可见斜层理。砾石分选中等，无明显定向排列，以弱风化（48.94%）和中等风化（40.43%）为主，砾石磨圆度以次圆（75.32%）为主，砾石岩性以花岗质岩石（46.31%）、石英质岩石（28.19%）为主。

（2）结合化学风化指标（CIA和PIA）、A-CN-K和A-CNK-FM三元图解、Fe/Mg比值表明三截地剖面沉积物经历了弱—中等化学风化。综合ICV、WIP、CIA/WIP和K₂O/Na₂O比值和Th/Sc-Zr/Sc图解，表明三截地剖面沉积物为初次循环产物。

（3）综合稀土元素、微量元素比值图解，砾石岩性组成和矿物学分析，三截地剖面沉积物来源于中—酸性岩浆母岩。古气候分析表明三截地剖面经历了干旱的沉积环境，再结合沉积学判断三截地剖面沉积物是干旱的氧化环境下的曲流河流沉积物。

（4） La-Th-Sc、Th-Sc-Zr/10图解判断三截地剖面处于大陆边缘的构造背景。对比锆石年龄谱认为三截地剖面的物源区来源于张广才岭。碎屑锆石年龄（~168 Ma）为佳木斯地块和松嫩地块间碰撞—拼合和东侧大洋板块持续俯冲作用提供了新的证据。

（5）三截地剖面与罗家窝棚组在沉积物颜色、沉积环境、地貌单元和构造背景等方面存在差异。三截地剖面的形成时间可能晚于罗家窝棚组，推测三截地剖面是白土山组在哈尔滨西部的同期异相，形成年代较为接近。

基金

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国家自然科学基金项目(42171006)
国家自然科学基金项目(41601200)
黑龙江省自然科学基金项目(ZD2023D003)

参考文献

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文献

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2026年第44卷第1期

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文章信息

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2024.026

接收时间：2023-12-12
首发时间：2026-09-17
出版时间：2026-02-10

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作者

出版历史

收稿日期：2023-12-12
修回日期：2024-02-06
录用日期：2024-03-14

基金

National Natural Science Foundation of China(42171006)

国家自然科学基金项目(42171006)

国家自然科学基金项目(41601200)

Natural Science Foundation of Heilongjiang Province(ZD2023D003)

黑龙江省自然科学基金项目(ZD2023D003)

作者信息

^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

通讯作者:

迟云平，男，副教授，第四纪地质学和地球化学，E-mail: 1982cyp@163.com

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/cjxb/CN/10.14027/j.issn.1000-0550.2024.026

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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