冷宇坤 謝遠云 康春國 遲云平 孫磊 吳鵬 魏振宇 魏春艷

摘 要 前人將黑龍江賓縣居仁鎮(zhèn)的砂礫石層（居仁剖面）視為羅家窩棚組，成因類型為早更新世早期的冰磧物堆積。然而，居仁剖面和羅家窩棚組的研究極為薄弱，極大限制了該地層所記錄的區(qū)域構造—地貌—氣候—水系演化信息。選擇居仁剖面為研究對象，對其沉積學、礦物學和元素地球化學特征進行研究。結果表明，居仁剖面礫石風化程度較低、分選差、磨圓較好、無定向性，礫石成分以陸源碎屑巖（43%）、花崗巖（28%）和石英質（26%）為主，凝灰?guī)r和流紋巖少量出現。重礦物組成以綠簾石（42%）和銳鈦礦（9.9%）占絕對優(yōu)勢，其次為白鈦石（8.7%），重晶石（15.2%）、黃鐵礦（14.5%）和螢石（11.3%）在個別樣品中大量出現，其他重礦物含量較少。元素地球化學揭示了居仁剖面沉積物弱—中等的化學風化程度，大部分沉積物經歷了首次循環(huán)以及其長英質的母巖屬性。與羅家窩棚組標準地層的沉積學特征對比，沉積物的顏色、固結程度、沉積物結構、地層結構、沉積物成因類型以及地貌特征等都存在顯著差異。因此，居仁剖面不是羅家窩棚組，成因類型為湖濱或河流入湖三角洲沉積。上述研究對于哈爾濱地區(qū)第四紀地層的劃分和早更新世區(qū)域環(huán)境的重建有重要意義。

關鍵詞 地球化學；化學風化；礫石；羅家窩棚組；居仁剖面

第一作者簡介 冷宇坤，女，1998年出生，碩士，第四紀地質與環(huán)境變化，E-mail： 291197935@qq.com

通信作者 謝遠云，男，博士，教授，E-mail： xyy0451@hrbnu.edu.cn

中圖分類號 P531 文獻標志碼 A

0 引言

碎屑沉積物有揭示歷史地質過程的巨大潛力，其沉積學、礦物學和地球化學特征為研究源區(qū)古風化作用[1-3]、源巖組成[4-5]、分選與再循環(huán)過程以及沉積環(huán)境等提供了重要信息[6-7]。傳統(tǒng)的沉積學手段適用于沉積物的宏觀特征研究，而地球化學方法更適用于細顆粒沉積物的微觀特征研究，重礦物可以理解礦物組成對元素分布的控制，并能夠很好地反映物源。因此，亟需整合沉積學、礦物學和地球化學等手段，以克服不同手段在重建物源和古沉積環(huán)境過程中的多解性和復雜性[8]。

哈爾濱是我國東北第四系發(fā)育典型地區(qū)，許多學者在此做過大量的第四紀地層、古生物以及考古等研究工作。其中對哈爾濱地區(qū)的上更新統(tǒng)（顧鄉(xiāng)屯）和中更新統(tǒng)（上荒山組）的研究已經有半個多世紀的歷史[9]，但對哈爾濱地區(qū)的下更新統(tǒng)（羅家窩棚組、關家窩棚組、白土山組）研究較少，尤其是對羅家窩棚組的研究尚未涉及。居仁剖面是哈爾濱地區(qū)下更新統(tǒng)的典型剖面，為一套砂礫石層，前人對其的認識僅限于沉積學特征，缺乏礦物學和地球化學地層屬性特征的認識。區(qū)域地質資料認為該地層屬于下更新統(tǒng)的羅家窩棚組，其成因類型為早更新世早期的冰磧物堆積[9]。

本文在野外考察的基礎上，利用沉積學、礦物學和地球化學特征對居仁剖面進行研究，對其化學風化程度、沉積再循環(huán)特征和母巖性質以及沉積環(huán)境進行討論，最后分析了居仁剖面是否屬于羅家窩棚組標準地層。這項工作對于哈爾濱地區(qū)第四紀地層的劃分，早更新世區(qū)域環(huán)境的重建以及對構造—地貌—氣候—水系演化信息的挖掘等有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

哈爾濱（44°04′～46°40′ N，125°42′～130°10′ E），位于松嫩平原東南緣，東鄰張廣才嶺西麓。大地構造處于中生代松遼斷陷盆地東南隆起區(qū)之北端，是我國東北第四系發(fā)育典型地區(qū)（距今約2.58 Ma）。居仁剖面位于哈爾濱市東部（圖1），地貌上處于濱東丘陵和平原的過渡區(qū)域，西與賓西鎮(zhèn)近鄰，北與滿井鎮(zhèn)接壤。該區(qū)全年盛行西南風，年均溫4.2 ℃，屬于中溫帶濕潤半濕潤季風性氣候，降雨量為550～700 mm。

1.2 樣品采集與研究方法

本文以出露較好的居仁鎮(zhèn)東興屯剖面為研究對象，從沉積學、礦物學和地球化學的角度，對剖面礫石和細顆粒沉積物（泥、粉砂、砂）夾層進行研究。共獲得34個樣品，5個樣品（礫石層中的粉砂和細沙夾層）用于重礦物分析，29個樣品（泥、粉砂和極細砂夾層）用于地球化學分析。采用網格法1 m×1 m，對礫石進行巖性、礫徑、礫向分選—磨圓和化學風化特征等統(tǒng)計工作。

樣品經過碎樣，手工淘洗，重液和電磁分離等操作后，在雙目顯微鏡下進行重礦物鑒定。具體步驟如下：樣品經粉碎烘干稱重后，將其浸泡48 h進行初淘，利用三溴甲烷進行輕重礦物分離，將分離出的重礦物用酒精反復沖洗，并將沖洗后的重礦物烘干后用電子天平稱重（精度為0.1 mg）；鑒定方法采用條帶法，以雙目顯微鏡為工具，分離出重礦物后，隨機挑選10個視域進行識別，為了縮小在分析過程中出現的誤差，對鑒定結果取平均值。每個重礦物樣品鑒定顆粒數均在600粒以上，然后計算出每種重礦物的顆粒百分比[10-12]。重礦物的測試在廊坊誠信地質公司進行。

樣品經過自然烘干后，用研缽研磨成粉末，過200目標準分樣篩，通過干篩法獲取小于63 μm粒度組分。并對采集的樣品進行了地球化學分析。常量元素的測試采用堿熔法，堿熔法耗時短且不會影響Si元素的測定，適合用于常規(guī)地質樣品常量元素的前處理[13]。微量元素與稀土元素的測試采用酸溶法，相比于堿熔法，酸溶法對樣品的消解更徹底，元素的提取更完全，誤差較小。常量元素測試采用X射線熒光光譜儀。微量元素和稀土元素測試采用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS），相對標準偏差分別小于±5%和±1%。樣品的測試在蘭州大學甘肅省西部礦產資源重點實驗室進行。

2 結果

2.1 沉積學特征

居仁剖面是一套弱固結的棕黃色砂礫石層（圖2a），呈條帶狀、短壟狀分布，走向與附近山脈分水嶺平行或垂直，礫石巖性以陸源碎屑巖、花崗巖、石英質為主。整個剖面厚20～30 m，剖面下部（0～3 m）夾有多層黏土—粉砂層（圖2e），成層性明顯，泥巖主要顏色為淺灰色、淺灰白色和灰綠色，見鐵銹色斑、微細層理（圖2e）、植物痕跡化石（圖2b）以及硅化木（圖2c）。在泥巖處測得的地層產狀分別為340°∠35°、2°∠13°和6°∠16°。中部見多個旋回遞變層理（圖2d），礫石的粒級和含量自下（粗砂和礫石）而上（細砂或黏土）逐漸減少，構成下粗上細的遞變層理。上部是紫紅色或棕紅色泥巖，風化破碎嚴重，形成泥球或泥礫結構。

居仁剖面礫石的粒徑集中在20～250 mm（圖3a），分選較差；砂礫石層無明顯的定向排列；礫石風化程度（圖3b）以無風化（52%）和弱風化（37%）為主，其次為中等風化（11%）；磨圓度（圖3c）以次棱角（57%）和次圓（37%）為主，其次為圓（5%）和棱角（1%）；礫石成分（圖3d）以陸源碎屑巖（43%）、花崗巖（28%）、石英質（26%）為主，其次為凝灰?guī)r（2%）和流紋巖（1%）。

2.2 重礦物組成

居仁剖面共檢測出23種重礦物，包括鋯石、螢石、磷灰石、重晶石、白鈦石、金紅石、銳鈦礦、黃鐵礦、閃鋅礦、石榴子石、電氣石、綠簾石、鈦鐵礦、赤/褐鐵礦等（表1），其中榍石、方鉛礦、獨居石、毒砂、輝石、角閃石、黃銅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦只在個別樣品中偶爾出現。剖面樣品的重礦物組成變化較大，以綠簾石（42%）和銳鈦礦（9.9%）占優(yōu)勢，其次白鈦石（8.7%），重晶石（15.2%）、黃鐵礦（14.5%）、螢石（11.3%）和赤/褐鐵礦（25.1%）在個別樣品中大量出現，其他重礦物含量較少。

為了更加準確地反映物源，表1中列出了ATi指數和GZi指數[14]。ATi指數與磷灰石的風化作用呈負相關，值越高，風化越弱。GZi指數用來反映石榴子石的母巖組成。沉積物的ATi在0～96.10%變化（平均為45.25%），GZi在0～32.80%變化（平均為9.06%）。

2.3 常量元素

研究樣品具有高硅富鋁和富鉀貧錳的特征（圖4a），主要化學成分為SiO2、Al2O3和K2O，其次為Fe2O3和Na2O，而MgO、CaO、TiO2、P2O5、MnO含量較低。與UCC（上陸殼）[15]的平均化學元素組成相比，砂巖中TiO2和K2O明顯富集，CaO、MgO和Na2O明顯虧損；粉砂巖和泥巖中K2O明顯富集，Fe2O3、MgO、CaO、Na2O、MnO和P2O5明顯虧損；其他元素表現出不同程度的富集或虧損，SiO2和Al2O3含量與UCC相當。

2.4 微量元素

與UCC相比（圖4b），對于過渡微量元素（TTE），砂巖中Zn和Ga富集，Co、Ni、Cu表現出不同程度的富集或虧損；粉砂巖和泥巖中Ga富集，Co、Ni、Cu虧損，Zn表現出不同程度的富集或虧損；但Sc、V、Cr組分含量基本和UCC相當。對于高場強元素（HFSE），砂巖中U 明顯富集，Y、Zr、Hf、Th 組分含量基本和UCC 相當；粉砂巖中Zr、Hf、U 富集，Y 和Th 含量與UCC相當；泥巖中Hf、U富集，Y、Zr、Th含量與UCC相當；但Nb和Ta卻表現出明顯的虧損。對于大離子親石元素（LILE），砂巖、粉砂巖和泥巖中Sr虧損，Cs明顯富集，Rb和Ba組分含量基本和UCC相當，Pb表現出不同程度的富集或虧損。

2.5 稀土元素

樣品的REE分配模式呈左陡右緩的分布趨勢（圖4c），說明物源相同且穩(wěn)定。La-Sm曲線較陡，Eu處呈明顯的V字形，Dy-Lu曲線較平緩顯示出輕稀土富集、重稀土虧損以及Eu明顯負異常的分布特征。稀土元素ΣREE介于129.84～298.79 μg/g，平均為195.72 μg/g，高于UCC和PAAS（后太古宙頁巖標準值）[15]的稀土元素總量。Σ LREE 為113.13～270.85 μg/g，平均為176.31 μg/g，ΣHREE 為12.58～27.95 μg/g，平均為19.41 μg/g，LREE/HREE 為5.98～12.24，平均為9.13，同樣說明輕稀土富集，稀土元素球類隕石的歸一化模式與UCC、PAAS相似。LaN/YbN比值為6.41～14.01，平均為9.43，說明輕重稀土分異明顯，輕稀土富集；LaN/SmN比值為2.87～6.71，平均為3.83，說明輕稀土元素分餾程度明顯；GdN/YbN比值為1.27～2.12，平均為1.64，說明重稀土元素分餾程度明顯。

3 討論

3.1 化學風化特征

化學風化作用是沉積過程的先驅，是影響沉積物地球化學組成的重要過程之一[16]。通過沉積物的化學風化特征研究，可以為確定物源和重建古氣候演化提供依據[17-19]。風化作用雖然是物質發(fā)生改變的催化劑，但元素的存在與否仍然取決于自身的性質。比如Al3+等穩(wěn)定的陽離子具有惰性，大多會被保存下來；鈉鉀鈣等不穩(wěn)定的陽離子相對活躍，與外部環(huán)境中的元素發(fā)生化學反應，大部分會流失或發(fā)生改變。因此，Nesbitt et al.[3]提出使用化學蝕變指數CIA來衡量源區(qū)風化程度，其公式如下：CIA=100×[Al2O3（/ Al2O3+CaO*+Na2O+K2O）]式中：常量元素含量用摩爾濃度表示，CaO*是硅酸鹽中的CaO含量?；瘜W風化程度與CIA值呈正比，按照程度的大小可以分為四個等級：未風化、初級風化、中等風化、強烈風化，其對應的CIA值域分別為0～50、50～60、60～80、80～100。居仁剖面樣品的CIA值分布范圍為54～71，平均為59，高于上陸殼平均值48，表明這些沉積物經歷了弱—中等的化學風化。

Nesbitt et al.[3]提出并創(chuàng)建了預測大陸化學風化趨勢的A-CN-K三角模型圖，此模型圖依據質量平衡原理，參照長石淋溶實驗的結果，采用礦物穩(wěn)定性的熱力學計算數據，真實地反映化學風化趨勢。A-CN-K圖解（圖5a）顯示，樣品全部分布在斜長石與鉀長石連線的上方，分布在UCC與PAAS之間，個別樣品靠近PAAS，表明了弱—中等的化學風化。UCC指向陸源頁巖的方向代表了典型的大陸風化趨勢[20]，樣品的化學風化趨勢基本與A-CN連線平行，這是理想的風化趨勢，說明早期斜長石最先風化，風化產物為蒙脫石和伊利石，與UCC→PAAS風化趨勢大致一致。樣品數據點分布集中，說明樣品經歷了一個穩(wěn)定的化學風化過程[21]，相比于砂巖，粉砂巖和泥巖的分布更集中，這也說明粉砂巖和泥巖經歷了更加穩(wěn)定的化學風化過程。

化學風化趨勢和強度也可以用MFW來表征（圖5b），該圖主要包括八個元素，相比于A-CN-K三角圖解，MFW 圖能更敏感地反映沉積物的化學風化程度[16]。M和F頂點分別表示未風化的鎂鐵質和長英質巖漿巖，而W頂點表示巖漿母巖的化學風化程度。在MFW三元圖解中，數據點分布在花崗巖風化趨勢線附近，大部分樣品向F點靠近，5個砂巖樣品向W點靠近，遠離M點。除了兩個砂巖樣品的W值在73～75以外，其余樣品的W值在15～58之間變化，平均值為35.7，表明了樣品弱—中等的化學風化程度。這與A-CN-K三角圖解反映的結果一致。

風化促進氧化，在不斷的風化侵蝕下，即使是難溶的U4+也難以避免U元素的氧化，而轉變成U6+。因此，Th/U值隨著風化作用的增強而增加[7]。當其值大于4時與風化作用有關[22]。被研究樣品的Th/U值為1.46～3.98（圖6），平均值為2.84。大部分砂巖樣品Th/U<3.0，并接近虧損地幔，說明其較低的化學風化程度；少數樣品的Th/U 值與上地殼平均值（3.8）接近，反映其弱的化學風化程度。

在表生環(huán)境中，Rb 與Sr 有不同的地球化學行為，Rb容易淋濕，而Sr在風化過程中較穩(wěn)定，所以可以利用Rb/Sr比值來評價化學風化強度[23]。Rb/Sr越高，化學風化作用越強。研究樣品的Rb/Sr 值為0.43～1.35，平均值為0.76，略高于UCC的平均值，反映沉積物弱的化學風化程度。另外，樣品的高ATi值，也表明沉積物弱的化學風化程度。

3.2 成熟度和分選再循環(huán)特征

碎屑顆粒在搬運和沉積過程中，由于其不同的水力行為，會發(fā)生機械分選作用，一定程度上影響陸源沉積物的地球化學組成和物源的判別。而沉積再循環(huán)主要控制沉積物的成熟度，可能影響其化學成分和化學風化程度的判別[24]。所以在物源判別之前，對沉積物的成熟度和分選再循環(huán)特征展開討論十分必要。ICV指數（Index of Compositional Variability）常用來診斷母巖巖石類型和評估沉積物的成分成熟度[24-25]，其公式如下：

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

式中：ICV>1，表明沉積物中黏土礦物含量較低，成熟度低；ICV<1，表明沉積物中黏土含量較高，成熟度高。泥、粉砂和少部分極細沙樣品的ICV<1，表明中等的成熟度，而大部分極細沙樣品的ICV>1，表明較低的成分成熟度（圖7a）。

風化指數WIP常用于估算沉積物的化學風化程度，甚至可以區(qū)分初次沉積和沉積再循環(huán)[3]。盡管WIP與CIA相關性良好，但WIP比CIA更敏感地反映了化學風化強度，其公式如下：

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

式中：CaO*為硅酸鹽部分的含量。根據WIP 定義，WIP與CIA呈負相關。即使風化程度很高，首次循環(huán)的沉積物CIA/WIP比值也很少高于10，而再循環(huán)的沉積物CIA/WIP比值一般高于10。研究樣品的WIP值為50～92，平均值為73。近年來，CIA結合WIP的二元圖解（圖7b）常被用來辨析沉積物的初次循環(huán)、再循環(huán)沉積和化學風化[26]。本次所有的樣品均落在UCC化學風化趨勢線之上，大部分樣品CIA/WIP比值小于1，表明了首次循環(huán)的沉積物。

Th/Sc與Zr/Sc二元圖解是經典的反映沉積物分選和再循環(huán)作用的地球化學手段[7]。沉積物中的重礦物會因分選再循環(huán)作用而富集，Zr通常富集在穩(wěn)定性強的鋯石中[16]，而Sc正好相反，因此Zr/Sc比值可以用來反應鋯石的富集程度。Th和Sc一般富集在酸性巖和基性巖中，并且不隨沉積再循環(huán)變化，可以用來反映巖漿分異過程。當Zr/Sc和Th/Sc比值的變化趨勢相似時，即沉積物沿巖漿成分趨勢線呈線性分布[27]，說明是首次循環(huán)的沉積物；當Zr/Sc比值變化范圍很大，Th/Sc比值變化范圍很小時，即沉積物偏離了巖漿趨勢線，并沿著分選和沉積再循環(huán)趨勢線分布時，說明是再循環(huán)的沉積物。對于研究樣品來說，絕大部分樣品沿巖漿分異趨勢線分布（圖8a），表明其受分選和沉積再循環(huán)的影響很小，這些沉積物來自首次循環(huán)；個別粉砂巖樣品偏離了巖漿趨勢線，具有較高的Zr/Sc值（>30），表明經歷了一定程度的沉積再循環(huán)。

3.3 母巖組成

確定源區(qū)物質的組成和形成背景是以分析、鑒定碎屑沉積物的化學成分為依據的[31]。對于本研究來說，絕大部分樣品經歷了弱的化學風化程度和首次循環(huán)，所以其地球化學組成可以很好地指示母巖特征。Girty et al.[32]研究表明，Al2O3/TiO2值可用于初步確定沉積物的母巖成分。當Al2O3/TiO2<14時，反映其來源于鎂鐵質巖石，當Al2O3/TiO2值介于19～28 時，反映其來源于長英質巖石[32]。研究樣品的Al2O3/TiO2值為18.96～32.84，平均值為24.26，指示了居仁剖面沉積物的長英質母巖屬性。

Th/Sc和Zr/Sc在沉積循環(huán)中一般不發(fā)生改變，因此可以用來恢復母巖性質。居仁剖面的樣品分布在安山巖和花崗巖之間區(qū)域，個別樣品向花崗巖靠近，表明了中—酸性母巖的屬性特征。在基于常量元素診斷的四種物源屬性的F1-F2[33]判別圖解中（圖8b），幾乎所有的樣品落在長英質火成巖區(qū)域和石英巖沉積物區(qū)域。

La/Th與Hf圖解經常被用作沉積分選、再循環(huán)以及母巖屬性的判別[34]，在該圖解中，樣品分布在酸性長英質島弧區(qū)域和花崗巖之間（圖8c）。另外，在La/Sc與Co/Th母巖屬性判別圖解[35]中，樣品具有較低的Co/Th值和較高的La/Sc值，大部分落在長英質火山巖、花崗巖、UCC、PAAS、TTG之間，并且有向花崗巖過渡的趨勢（圖8d）。

長英質母巖具有較高的LREE/HREE比值，Eu負異常，而鎂鐵質母巖具有較低的LREE/HREE比值，Eu正異常[16]。樣品的LREE/HREE較高，平均為9.1，Eu負異常，表明母巖組成與長英質火山巖密切相關。GZi指數主要用來反映物源區(qū)的母巖組成[36]，重礦物結果顯示樣品的GZi指數較低，平均值僅為9.06%，反映其母巖組成與火山巖密切相關。礫石統(tǒng)計結果也表明居仁剖面礫石成分以陸源碎屑巖、花崗巖、石英質為主，這與地球化學顯示的結果一致，共同反映了居仁剖面沉積物的長英質母巖組成。

3.4 沉積環(huán)境

沉積物的結構是一個廣泛而復雜的問題，采用一些統(tǒng)計學方法揭示沉積物的沉積過程顯得十分必要[37]。其中礫巖的分選性、磨圓度、成分以及排列方式，特別是礫石粒徑、排列和磨圓度是揭示礫巖形成的水動力條件和礫石成因類型等的重要標志[38-40]。居仁剖面的礫石粒徑粗，個別粒徑甚至高達170～250 mm，盡管分選差，沒有定向的排列，但有較好的磨圓度（次圓和較圓占比高達42%）。礫石顆粒之間的基質主要是砂。礫石的這些特征表明當時存在很強的水動力條件，且礫石經過長距離搬運或水流的反復沖刷。另外，剖面中存在泥巖或粉砂夾層，層面及層理特征明顯，在這些夾層中能看到植物的痕跡化石和硅化木以及正粒序層理，這些特征均表明了長期定向水流的作用。顏色是巖石最醒目、最易區(qū)分的標志，也是鑒定巖石和開展環(huán)境分析的重要依據之一，能夠用來初步評估巖石形成的沉積環(huán)境[41-42]。居仁剖面泥巖顏色主要為淺灰色和灰綠色，說明是一個長期被水淹沒的還原環(huán)境。

穩(wěn)定性重礦物的抗蝕力強，能有效保存源巖屬性，因此能夠用來指示沉積物的來源及搬運條件，從而為沉積物的沉積演化提供定量依據[43-51]。居仁剖面沉積物中的黃鐵礦和重晶石含量較高，這兩種礦物都是在一定水深條件下還原環(huán)境的產物。同時，地球化學結果反映的沉積物弱的化學風化程度，也和還原條件相匹配。綜合以上沉積學、重礦物和地球化學特征，我們推斷居仁剖面地層可能是湖濱或河流入湖三角洲沉積。

3.5 與羅家窩棚組標準地層的對比

早期的研究將居仁剖面視為羅家窩棚組，并認為其成因類型為早更新世早期的冰磧物堆積[9]。羅家窩棚組是一套弱—中等固結的紫紅色礫石層，泥質基質主要存在于孔隙和顆粒的接觸面之間，具有顆粒支撐結構，局部含泥質和粉砂質/砂質透鏡體[52]。區(qū)域地質資料認為羅家窩棚組（牛頭山、拉林、居仁）為哈爾濱地區(qū)第四系（下限）最老的地層，直接覆蓋在白堊紀風化殼之上，地層年代為2.4～2.5 Ma[9]。盡管居仁剖面的年代學研究尚未展開，然而，經過我們的野外考察，發(fā)現居仁剖面與羅家窩棚組在沉積學特征上存在顯著差異。

與羅家窩棚組紫紅色弱—中等固結的砂礫石（圖9a）相比[52]，居仁剖面的礫石為棕黃色弱固結（圖9b）。從礫石的磨圓度和風化程度來看，居仁剖面的礫石磨圓度（次圓與圓占42%）明顯好于羅家窩棚組（次圓與圓占22%），而風化程度顯著低于羅家窩棚組，羅家窩棚組礫石中等風化占26%，強風化占7%，居仁剖面礫石中等風化僅占11%，無強風化礫石[52]。

從礫石的巖性對比可以看出，羅家窩棚組礫石巖性以砂巖+粉砂巖（44%）和花崗質（37%）為主，其次為凝灰?guī)r（11%）、石英質（3.4%）、閃長巖（2%）、玄武巖（1%）、流紋巖（1%）[52]，而居仁剖面礫石巖性以陸源碎屑巖（43%）、花崗巖（28%）、石英質（26%）為主，其次為凝灰?guī)r（2%）、流紋巖（1%）。另外，兩者的基質也存在顯著區(qū)別，羅家窩棚組礫石層中的基質為紫紅色的泥（圖9c）[52]，而居仁剖面礫石中的基質為砂（圖9d）。從地層結構來看，羅家窩棚組的細顆粒物質是以透鏡體的方式存在（圖9e）[52]，而細顆粒沉積物（泥、粉砂和極細沙）在居仁剖面中以夾層的方式存在，夾層的層面及層理特征明顯，向兩側延伸很遠（圖9f）。從沉積物的成因類型來看，羅家窩棚組為洪積堆積[52]，而居仁剖面為湖濱或河流入湖三角洲沉積，但二者都可以反映山地的隆升、侵蝕、氣候以及地表水系的演化。從地貌特征來看，羅家窩棚組為峁狀地形，出露范圍較小[52]，而居仁剖面出露的范圍遠大于羅家窩棚組，由此可推斷其年代要早于羅家窩棚組。由于居仁剖面缺少第三紀地層，區(qū)域內大面積出露白堊紀地層，因此居仁剖面可以作為白堊紀的建組層型剖面[52]。

綜上所述，居仁剖面和羅家窩棚組在沉積物顏色、固結程度、沉積物結構（礫石與基質性質）、地層結構（夾層與透鏡體）、沉積物的成因類型以及地貌特征等方面存在顯著差異。且地貌特征表明居仁剖面老于羅家窩棚組，所以早期學者[9]將居仁剖面視為羅家窩棚組是不恰當的。

4 結論

本文建立了居仁剖面的沉積學、礦物學和地球化學屬性，探討了化學風化、分選再循環(huán)特征、母巖性質、沉積環(huán)境以及與羅家窩棚組標準地層的區(qū)別，取得如下認識。

（1） 居仁剖面是一套弱固結的棕黃色砂礫石層，剖面的下部夾有黏土—粉砂層，見鐵銹色斑、微細層理和植物痕跡化石以及硅化木。中部見多個旋回遞變層理，上部是紫紅色或棕紅色泥巖。

（2） 居仁剖面沉積物的化學風化程度較弱，大部分沉積物經歷了首次循環(huán)。長英質巖漿母巖為該剖面沉積物提供了重要物源，推測該套地層為湖濱或河流入湖三角洲沉積。

（3） 居仁剖面和羅家窩棚組在沉積學特征方面存在明顯差異，該剖面年代可能要早于羅家窩棚組，甚至可能達到白堊紀，可以作為白堊紀的建組層型剖面。

致謝 重礦物組成得到了廊坊誠信地質公司張佩萱老師的幫助，地球化學組成分析得到蘭州大學甘肅省西部礦產資源重點實驗室熊聰慧和閆曉麗老師的大力支持，研究生汪進秋、侯心茹和李秋杭參與了部分野外取樣工作，研究生魏振宇、趙倩、李思琪、孫建華、孫楊、徐園園和張瑞參與論文寫作討論，在此一并表示感謝。

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