太原盆地位于山西断陷带中段，其第四纪地层分布广、厚度大、岩相复杂。部分学者和研究单位利用孢粉分析方法对太原盆地第四纪地层进行划分，并对古环境进行研究。刘东生^[1]在我国黄土研究中首次提到有关本区黄土地层的划分。山西省地质局石油普查勘探队于1978年在太原盆地开展的石油普查与勘探中取得部分晚新生代地层和孢粉资料，对本区埋藏第四纪地层作出较系统的划分。山西省地质矿产局区域地质调查队在总结前人工作的基础上对太原盆地第四纪地层进行更加系统的划分^[2]。此外，王乃樑等^[3]对山西地堑系的晚新生代地层作出系统划分，也涉及到太原盆地。

以上工作中，关于太原盆地第四纪地层的研究主要集中于盆地东部出露的第四纪地层，对本区埋藏第四纪地层的划分主要是依据石油普查与勘探中的孢粉组合资料。为了建立太原盆地北部埋藏第四纪地层剖面，在太原市长风西街省展览馆内布设控制性钻孔，通过钻孔地层剖面的岩性分析、地层年代学样品测试和孢粉带研究，并对比太原盆地已有的第四纪地层钻孔剖面，划分太原盆地埋藏第四纪地层，为太原盆地埋藏第四纪地层和古环境等方面的研究提供相关依据。

1 控制性钻孔所在区域的构造地貌

太原盆地总体上呈现走向北东、北部走向近南北的不规则平行四边形，盆地基底以田庄断裂为界分为南北两个部分，南部为盆地深断陷区，晚新生代以来断陷幅度最深达3 800~4 000 m；北部断陷幅度一般为数百米^[4]。控制性钻孔所在区域(目标区)的地貌受新构造运动控制，其构造地貌有两个基本类型：一是分布于目标区东西两侧，晚新生代以来一直持续隆起并遭受剥蚀的低-中起伏碎屑岩中山区(Ⅰ)；二是分布于目标区中部，上新世太原盆地形成以来一直持续断陷的沉降堆积平原区(Ⅱ)。目标区的冲积平原上堆积巨厚的第四纪沉积，即目标区埋藏第四纪地层，控制性钻孔就位于该地貌内(图 1)。

2 控制性钻孔岩芯剖面及样品测试 2.1 岩性特征

根据颜色、矿物成分、粒度和层理等，将控制性钻孔岩性从上到下分为70层，分层厚度及岩性特征见图 2。

2.2 测年结果

根据岩性和剖面深度对控制性钻孔采用¹⁴C和光释光两种方法测年。¹⁴C测年样品在0~40 m深度范围内的淤泥层及黑色土层中采集；光释光测年样品在全孔范围内采集。最终共采集14个光释光年龄样和4个¹⁴C年龄样，测试结果见表 1。分析测年结果可知，¹⁴C年龄样品年代覆盖全新世和晚更新世晚期，光释光年龄样品年代覆盖整个晚更新世。由于技术原因(测试原因)，未得到第四纪早期的年龄样品。

2.3 孢粉分析

本研究共测试187个孢粉样品，得到14 485粒孢粉，分属63个科、属。钻孔剖面孢粉组合特征为：乔木植物花粉较多，占孢粉总数的12.9%~90.9%，其中又以松、冷杉及桦较多；灌木及草本植物花粉次之，占孢粉总数的80%~85.3%，其中又以蒿、藜、麻黄、禾本科及狐尾藻等较多；蕨类植物孢子少，占孢粉总数的0.9%~14%，其中以水龙骨科及水龙骨属较多。本文孢粉组合总体上具有华北地区第四纪孢粉组合的特征。

2.3.1 孢粉带

根据乔木、灌木及草本植物花粉和厥类植物孢子含量的明显变化，自上而下将剖面划分为7个孢粉组合带，详见图 3。将控制性钻孔沉积时期的古植被和气候分为对应的7个时期及7个段。

2.3.2 孢粉地层划分

孢粉组合结果可用于第四纪地层划分与对比^[5]。一般情况下，第四纪晚期孢粉的主体形态明显，压扁程度相对较差；第四纪早期孢粉主体形态差，压扁程度强，颜色较深^[6]。控制性钻孔不同深度的孢粉形态特征为：最底层的Ⅰ带(深226.0~248.1 m)和Ⅱ带(深204.0~225.1 m)孢粉的压扁程度较强，颜色较深，立体性较差，与我国华北地区早更新世的孢粉形态及颜色很相似。因此，将Ⅰ、Ⅱ孢粉带的沉积划分为早更新世。

华北和西北地区孢粉研究表明^[7-9]，早更新世晚期为较寒凉、较湿或较干的气候环境，该时期植被多为大量冷杉及松等针叶裸子植物组成的针叶林；灌木及草本(多为藜、蒿、麻黄及草本植物)代表草原或荒漠草原环境。对比之下，控制性钻孔第Ⅲ孢粉带的孢粉组合明显具有早更新世晚期的古环境特征。

我国华北及西北地区已有的第四纪孢粉地层资料表明^[9]，第四纪早期及中期地层中通常含少量或微量的山核桃、枫香等第三纪亚热带残遗植物花粉，而第四纪晚期地层中则无这类残遗植物花粉。本控制性钻孔中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ孢粉带均有少量或微量这类第三纪亚热带残遗植物花粉，而第Ⅵ、Ⅶ孢粉带中则无这类残遗植物花粉。因此，第Ⅳ、Ⅴ孢粉带划为中更新世(Q₂)，而第Ⅵ、Ⅶ孢粉带分别划为晚更新世(Q₃)和全新世(Q₄)。

第四纪晚期气候研究表明^[7-9]，华北地区在晚更新世早期及晚期为寒冷、较干旱或较湿的气候环境，具有早更新世晚期特征。控制性钻孔第Ⅵ孢粉带中Ⅵ₁和Ⅵ₃亚带的古植物及其所反映的古气候特征与之类似，应属晚更新世晚期(Q₃³)和晚更新世早期(Q₃¹)，其在钻孔中的深度分别为18.0~44.1 m和86.1~100.0 m。

早更新世早期为冷湿或干凉的气候环境，相应的植被以松及冷杉等针叶裸子植物为主，灌木及草本次之，主要是藜、蒿及麻黄等草本植物，植被类型为草原或荒漠草原^[7]。但这一特征在控制性钻孔剖面底部显示不明显，该钻孔剖面可能缺失下更新统下部沉积。

综上所述，依据控制性钻孔柱状剖面孢粉组合特征及古环境特征，控制性钻孔柱状剖面沉积物的地质时代由下而上划分为：187.1~250.4 m为早更新世(Q₁)；101.0~187.1 m为中更新世(Q₂)；16.0~101.0 m为晚更新世(Q₃)；0.0~16.0 m为全新世(Q₄)。

3 讨论 3.1 第四纪地层综合划分

在控制性钻孔孢粉地层划分的基础上，结合钻孔岩芯岩性、完整沉积旋回、年龄样测试结果，并与太原盆地晚新生代地层孢粉组合及地层岩性^[10-11]进行对比，对地层划分进行如下修订。

3.1.1 全新统

由孢粉带划分的全新统底界深16.0 m。在实际钻孔柱状剖面上，11.5~23.0 m深度为褐色细砂层，全新统底界至少应划分到该层细砂底部23.0 m处。钻孔岩芯的¹⁴C测年结果表明，3.2~4.0 m深度年龄为2.77±0.18 Ka BP，23.5~24.5 m深度年龄为9.58±0.25 Ka BP，37.0 m深度年龄为9.77±0.26 Ka BP，38.15~38.30 m深度年龄为1.314±0.27 Ka BP。从年龄序列分析，9.77 Ka BP这一年龄值可能偏小。因此，全新统底界在23.5~38.3 m之间较为合理。

前述深度为11.5~23.0 m、厚11.5 m的细砂层之下是深度为23.2~30.5 m、厚7.3 m的褐灰色粉土层，粉土层之下为深30.5~31.6 m、厚1.1 m的细砂层，这层细砂层与其上覆粉土层组成一个由粗到细的小沉积旋回，其下伏沉积小旋回(Ⅲ)底部深度为47.8 m。一个小沉积旋回代表一次短期沉积环境变化周期，地层时代划分应取该时期的开始。综上，全新统底界应在23.0 m以下，由¹⁴C测年结果可知，全新统底界范围应在23.5~38.3 m之间，最后确定全新统底界在小旋回Ⅱ底界31.6 m处。

3.1.2 上更新统

控制性钻孔柱状剖面中，属于第四纪晚期的孢粉带为第Ⅵ、Ⅶ孢粉带。第Ⅵ孢粉带底界为100.0 m，该处位于钻孔剖面第27层中部。钻孔柱状剖面表明，第26~30层为一个小沉积旋回，该旋回自深度115.2 m沉积砾石层开始，继而沉积粗砂、中砂、粉质粘土，到96.76~95.5 m沉积粉土结束。深度95.5 m以下是另一个小沉积旋回。由此看来，将95.5 m定为上更新统底界较为合理。

上更新统可近一步划分为3个部分。控制性钻孔孢粉带的划分表明，第Ⅵ孢粉带可分为3个亚带，Ⅵ₁亚带底界埋深44.1 m，Ⅵ₂亚带底界埋深89.0 m，Ⅵ₃亚带底界埋深100.0 m。

在钻孔柱状剖面上，44.1 m位于第14层43.5~46.0 m内，该层为细砂层，其下第15层也为细砂层，同属一个沉积小旋回的开始阶段。第15层之下为另一个小旋回。因此，从保持沉积小旋回的完整性角度，将上更新统上部(Q₃³)底界划为第15层底界47.8 m较为合适，其顶界埋深即全新统底界为31.6 m。

第Ⅵ₂孢粉亚带底界深86.1 m，位于第25层中细砂层上部。第25层层厚12.8 m，与其上覆第24层粉质粘土层(层厚4.5 m)为一个沉积小旋回。Ⅵ₂亚带底界深度86.1 m，处于该沉积小旋回的结束阶段，因此取第24层顶面埋深78.2 m为上更新统中部的底界深度，则上更新统中部(Q₃²)深度范围为47.8~78.2 m。相应地，上更新统下部(Q₃¹)深度范围为78.2~95.5 m。

3.1.3 中更新统

由前文分析可知，第Ⅳ、Ⅴ孢粉带属中更新世(Q₂)，且所在深度为101.0~187.1 m。187.1 m处位于第54层粉质粘土层内，也是一个由粗到细的沉积小旋回的结束阶段，其顶面深度为186.16 m。因此，将186.16 m确定为中更新统底界深度。

3.1.4 下更新统

孢粉地层划分表明，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ孢粉带属于早更新世(Q₁)。因此，基岩顶面深度就是早更新世沉积底面深度，即250.42 m。

3.1.5 与本区地层剖面对比

1983年山西省地质矿产局区域地质调查队对山西省境内以往晚新生代地层的调查研究工作(主要为在太原盆地开展的石油普查与勘探工作中钻探的19个钻孔)进行总结，划分了山西省第四纪地层剖面，该结果可以与本次剖面划分结果进行对比。

通过对比，得到太原盆地埋藏第四纪各地层单位特征如下：全新统厚30 m左右，岩性主要为浅土黄、浅褐黄色亚砂土、亚粘土，顶部为耕土，底部为灰黄色粉砂层；上更新统厚约50 m，岩性为浅灰色细砂层夹土黄色粉砂质粘土及黑色泥炭；中更新统厚度因盆地各地段断陷沉降的不同而存在差异，岩性为灰色细砂-中砂层，含少量粉砂及细砂；下更新统厚度变化也较大，在太原市一带下更新统岩性为灰、灰黑色粘土、粉质粘土与砂砾石互层。其中，与控制性钻孔距离较近的钻井第四纪分层厚度见表 2。

综上所述，本文控制性钻孔第四纪地层剖面可以代表太原盆地的第四纪地层。

3.1.6 第四纪地层划分结果

通过以上孢粉地层划分、¹⁴C与光释光年龄测定和小的沉积旋回等方面的综合分析，并对比已有的第四纪地层划分剖面，控制性钻孔第四纪地层划分方案如下：0~31.6 m为全新统(Q₄)；31.6~95.5 m为上更新统(Q₃)，其中31.6~47.8 m为上更新统上部(Q₃³)，47.8~78.2 m为上更新统中部(Q₃²)，78.2~95.5 m为上更新统下部(Q₃¹)；95.5~186.16 m为中更新统(Q₂)；186.16~250.42 m为下更新统(Q₁)。

3.2 第四纪环境演化

孢粉源于植物，而植物是一定环境下的产物，因此孢粉组合能灵敏地反映地质时期的植被和气候^[8]。本节根据沉积物颜色与粒度特征对太原盆地第四纪沉积环境作简要分析，气候环境则由孢粉分析结果给出。

控制性钻孔位于太原盆地较低洼的中心地带，因此将砂、砾石沉积和浅色的粉土、粉粘土、粘土作为河流相沉积，将深色，包括黑色、褐灰、棕褐色、棕红色的粉砂、亚粘土的细粒沉积作为湖相沉积。由钻孔剖面可知，早更新世控制性钻孔一带为河、湖交替的沉积环境，以河流环境为主，但每次湖泊环境持续时间稍长；中更新世沉积环境与早更新世类似，也为河湖交替、以河流为主的沉积环境，但河湖交替较早更新世频繁；晚更新世也为河流与湖泊环境交替出现，每次交替基本是河流环境持续时间较长；全新世初始阶段为湖相环境，其余大部分时间为河流沉积环境。与晚更新世相比，全新世时期湖泊已基本消亡，尤其在全新世晚期。

根据标准钻孔的孢粉分析结果推断沉积物形成时期太原一带的气候环境^[12]。早更新世气候属干湿交替的温带森林-草原季风气候，比上新世湿润、温凉；中更新世气候为温带半湿润半干旱森林草原气候，较早更新世干冷；晚更新世气候为温带半湿润、半干旱森林草原至草原气候；全新世为温带半干旱、温和湿润森林气候。

4 结语

1) 太原盆地第四纪地层从上到下依次划分为：0~31.6 m为全新统(Q₄)；31.6~95.5 m为上更新统(Q₃)，其中31.6~47.8 m为上更新统上部(Q₃³)，47.8~78.2 m为上更新统中部(Q₃²)，78.2~95.5 m为上更新统下部(Q₃¹)；95.5~186.16 m为中更新统(Q₂)；186.16~250.42 m为下更新统(Q₁)。

2) 从早更新世至全新世，太原盆地北部均为河、湖交替的沉积环境，早更新世湖泊环境持续时间稍长，晚更新世湖泊环境持续时间较短，全新世晚期湖泊已基本消亡。

3) 太原盆地北部早更新世气候属干湿交替的温带森林-草原季风气候，比上新世湿润、温凉；中更新世气候为温带半湿润半干旱森林草原气候，较早更新世干冷；晚更新世气候为温带半湿润、半干旱森林草原至草原气候；全新世为温带半干旱、温和湿润森林气候。