第12章 第四纪地层

第十二章第四纪地层•一、导言言•二、第四纪地层划分的原则和方法•三、第四纪下限•四、第四纪分期方案•五、中国第四纪地层一、导言•一）研究第四纪地层的重要性•二）研究第四纪地层的特殊性•三）第四纪地层研究的主要内容地层是地壳发展过程中各种事件的综合记录，它包含了生物、气候、新构造运动、沉积物成因、人类活动等多种信息，换句话也就是说，地层是这些综合信息的载体，地层是所有地质学科必须首先和重点研究的对象。第四纪地质学也不例外，与第四纪有关的各种理论探讨和实践活动都应以地层研究作为基础。（一）研究第四纪地层的重要性•第四纪地层的研究方法与前第四纪有相似之处，也有其特殊性。•一方面是由于第四纪沉积物特征所决定 的。第四纪以陆相沉积为主，短距离内岩相变化大，不同时代的地层直接接触。（二）研究第四纪地层的特殊性•另一方面的原因是由于第四纪时期的时间 很短（2.0Ma左右），动、植物的演化的 特征不明显，很难发现象老地层中那样 动、植物的急剧变化（如白垩纪恐龙的绝 灭），所以很难象老地层那样用标准化石 确定地层的地质年代。•因此必须使用适合第四纪特点的地层研究方法。（二）研究第四纪地层的特殊性（三）研究第四纪地层的主要内容1、地层划分

是对同一条剖面或同一个地区的地层进行异时性分析和综合研究，划分出不同的时段来。（三）研究第四纪地层的主要内容2、地层对比是对不同地区不同剖面或同一地区不同剖面进行同时性研究，将研究区第四纪地层与其它地区研究程度较深的标准剖面进行比较研究，确定出不同剖面同一时期的地层来.二、

第四纪地层划分对比的原则 与方法•（一）局部地层层序 （相对顺序）的拟定•（二）、第四纪地层划分 对比的原则与方法（一）局部地层层序(相对顺序)的拟定

1、自然分层2、层序的拟定•1.自然分层–自然分层只能在野外进行，对剖面的仔细观察 和详细描述是非常重要的，它是今后一切综合 研究的基础。–根据第四纪沉积物的颜色、岩性、粒度、风化 程度、磨圆度、镜下特征、结构面（不整合 面）等变化进行自然分层，只要有变化，就可 将其分成不同的层。–室内综合研究时可根据野外分层进行适当的合并。（一）局部地层层序（相对顺序）的拟定第四纪湖相剖面第四纪剖面中的交错层理（一）局部地层层序（相对顺序）的拟定–2.层序的拟定

•(1)接触关系

•A切割关系

•新地层切割老地层

•B掩埋关系

•新地层掩埋老地层

•C过渡关系

•同时异相–

(2)地貌的高低

•

适用于河谷区、海湖 岸、山前洪积区，通过 确定各种阶地类型及高 程

–

(3)风化程度

•

风化程度越高，时代 越老，越低，时代越

新。第四纪地层划分对比的原则生物地层学原则气候地层学原则1、生物地层学基本原理利用生物演化的不可逆性和间断性（阶段性）对第四纪地层进行划分和对比。方法◆利用哺乳动物化石，其他化石作为辅助手段。◆利用哺乳动物群（组合）而不是“标准化石”。◆残余种、更新世特有（化）种、现（新）生种的百分比。◆古人类。

生物地层学原则是划分对比第四纪地层的主要原则之一，难点在于难于找到一定数量的有鉴定价值的化石2、气候地层学•第四纪全球性气候波动的重要特征是冷与暖、潮湿与干旱的多次节奏性的波动变化。这种气候的波动可以引起植物群的迁徙和古地理沉积环境的巨大变化。环境的改变和自然界一系列环境因素的连锁反应，在第四纪地层中留下了诸多气候因素的烙印，因此利用气候标志划分第四纪地层，既可行又可信。•可以利用反映气候特征的一切标志。2、气候地层学（1）冰期、间冰期地层的划分

通常根据地貌和沉积物之间变化的关系来划分。例如：利用冰川谷中的谷中谷地貌、冰水沉积物的排列与破坏情况以及不同地貌单元中沉积物的特征划分地层。以沉积物、生物化石为主要证据，地貌为主要的引证。2、气候地层学（2）干、湿气候地层的划分A、植物化石B、沉积物C、化学元素气候地层－－干湿气候地层的划分A、植物化石草本植物：代表干旱气候木本植物：代表潮湿、温暖气候气候地层－－干湿气候地层的划分B、沉积物风成黄土：干旱气候红土风化壳、石钟乳、冲积层：潮湿气候气候地层－－干湿地层划分C、化学元素•CaCo3含量的变化：含量高代表气候干旱，低代表潮湿;•SiO2/Al2O3比值：比值越小，越湿热。3、地貌学方法•地貌发展具有一定的阶段性，形成一系列层状地貌，利用分布于这些不同高程地貌的沉积物的研究，可进行第四纪地层的划分。•该方法主要适应于湖、海岸，溶洞以及河谷、阶地比较发育的地区。•在利用这种方法时，不仅要考虑高程，还要综合分析沉积物的岩性、结构构造和风化程度。将可能出现的洞穴高度与其中堆积物时代不协调和沉积物间断现象排除。第四纪地层划分对比的方法古生物学方法古气候学的方法地貌学方法岩石学方法年代学方法构造地质学的方法古人类古文化及历史考古法其他方法1、古生物学方法最常见的一种地层划分对比的方法，也是一种传统的方法，它利用生物演化的规律。通常利用最多的是哺乳动物化石。2、古气候学的方法根据第四纪地层记录到的气候波动规律而进行地层划分与对比。3、构造地质学的方法根据在第四纪地层中的平行不整合、角度不整合及地层的褶皱和断裂而进行地层的划分和对比。在新构造运动活动比较强烈的地区的第四纪地层进行划分比较有效。4、地貌学方法在确定地貌形成先后次序的基础上，再进行第四纪地层的划分及对比。地貌相对次序的确定是根据他们之间的切割、过度、掩埋关系5、比较岩石学方法利用第四纪沉积物的颜色、岩性、结构、构造成因和风化程度的差异划分地层的方法称为岩石地层学方法。该方法是根据堆积物形成的气候—时间不同，沉积物的上述特征不同的原则划分对比地层。主要根据下面几个指标：比较岩石学方法（1）颜色

沉积物颜色的影响因素很多，如果某个地区露头主要受时间和风化作用因素的影响时,随着风化程度的加深，颜色的深浅具有时代意义。颜色深—时代老，颜色浅—时代新深红色----红色---红黄色---黄色---灰色，具有从老----新的地层意义。

比较岩石学方法（2）砾石的风化程度

A、风化砾石百分比含量•风化砾石

•

未风化砾石B、砾石风化圈厚度

•平均值

•均方差

比较岩石学方法（3）重矿物风化系数（K） 重矿物主要指相对密度>2.9的矿物最稳定矿物(%)+稳定矿物(%)不稳定矿物(%)+较稳定矿物(%)

(K值越大,重矿物组合风化程度越高.)(4)粘土矿物

高岭土、伊利石、蒙脱石等K=常见碎屑沉积物中重矿物抗风化能力分类最稳定的矿物锆石、金红石，电气石，尖金石、褐铁矿、黄玉、白铁矿、锐钛矿、锡石、独居石、刚玉、石英、高龄石、石榴石稳定矿物

透辉石、透闪石、白云母、绿泥石、黝帘石、褐帘石、绿帘石、金云母、硬石膏、硬绿泥石、夕线石、钾长石、酸性斜长石常见碎屑沉积物中重矿物抗风化能力分类较稳定矿物磁铁矿、赤色矿、钛铁矿、符山石、榍石不稳定矿物辉石、普通角闪石、蓝闪石、硅辉石、橄榄石、基性斜长石、黑云母、钠闪石6.年代学方法

利用各种年代学方法可直接划分年代地层，这是目前国际上广泛应用的一种方法，国内也力求往这方面发展。 年代学方法主要可分为三大类：（1）、物理年代法（2）、同位素年代法（3）、其它方法7、古人类、古文化及历史考古法•由于人类发展在地球各大陆大体相似， 石器演化明显，分布广泛，研究程度较 高，故古人类—考古学资料可用以帮助 确定第四纪下限或比较精确地划分对比 第四纪地层。•具体方法可利用新旧石器时代古文化遗 存及历史考古资料等，同时结合测年资 料。第四纪地层划分对比的综合性应综合考虑在沉积物中保存的各种事件的证据，以岩性记录为基础，以各种年代学方法为必要条件，以气候、古环境与古生物事件作为补充来进行。第四纪地层划分对比的综合性应充分利用比较岩石学方法、地貌法建立起局部地区的有效层序，再利用生物地层法和古气候学法，并参考古人类—考古学成果，较准确地确定第四纪地层的地质年代以及与其它地区地层的对比关系。第四纪地层划分对比的综合性

古地磁法和其它各种第四纪年代学方法，应该而且只有同前述各种方法结合才能发挥更大的作用；第四纪历史的研究必须充分利用各种年代学资料，才能使第四纪地质事件的时间和空间概念更为精确和可靠，才有利于对比。三、第四纪下限问题•第四纪下限问题就是上新世（统）与更新统的分界（N/Q）问题。•这是第四纪研究中一个长期未能解决的基本问题。出现多种意见的原因：一是：众多的学者都力图用同一种全球性事件（如气 候或生物）的等时线来定义第四纪下限，但由于这 些事件在地球上各部分出现的穿时和时差现象，因 而至今国际上关于上新世与更新世分界问题尚未取 得一致意见。三、第四纪下限问题二是：不同学者研究的地区不同、领域不同、获得的证据不同，因而认为第四纪下限的位置不一样。如古冰川派、古气候学派等等。三是：第四纪沉积物以陆相沉积为主，岩相复杂、连续性差，研究起来困难更大。（一）国际第四纪下限•1、0.70~0.80MaBP–主要是冰川学派支持该观点，其依据主要是冰川证据，主要是早期欧洲搞冰川研究的地质学家在研究阿尔卑斯地区第四纪冰川而得出的结论。（A.彭克,W.彭克父子俩）•在古地磁表里,73万年时,出现了松山反向极性时与布容正向极性时，古地磁此时发生了倒转，表示了重大地质事件的发生。•30~40年代该学派占优势。•把70万年以来叫短更新世年表。2、1.80MaBP•主要是古气候学家依据气候证据提出的，因为

180万年正好是气候转化厉害的时间，证据有：

–①意大利地中海沿岸卡拉布里层底部海洋沉 积里出现了喜冷的有孔虫（饰带透明虫）和

冰岛北极蛤。–②同位素研究表明整个地球温度下降，比现在低5℃，气候变化的标志是比较清楚的。–③界限处K-Ar法年龄1.6-1.8Ma，与古地磁奥 尔都维极性事件（松山反极性时中的正极性

事件，1670-1870Ka）相当，说明该时期地球 发生了大的气候变化。

2、1.80MaBP•因此，1948年，国际第四纪地质会议（伦敦）以180万 年为第四纪的底界。方案如下：•时代海相陆相•Q卡拉布里阶（冰岛北极哈）维拉坊组（象、马、牛的出现）

–~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~180万年~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~•N2阿斯蒂阶？••

2、1.80MaBP1972年方案：时代海相陆相Q卡拉布里阶上、中维拉坊组（冷维拉坊）~~~~~~~~~~~~~~~180万年~~~~~~~~~~~~~~~~~~~N2阿斯蒂阶下维拉坊组（暖维拉坊）1972年的方案为大多数人所接受，将180

万年作为第四纪下限称为“长更新世年 表”。3、2.40MaBP•该方案主要是研究古植物的学者提出和支持。主要是依据植物群的变化，证据有如下4个方面：•①根据对欧洲和俄罗斯地台的植物群的研究，在2.4MaBP植物群发生了重大的改变。•②南极大冰盖从240万年已开始出现。•③在240万年左右，也有一次古地磁极性的倒转。(松山反极性时/高斯正极性时).•④认为1972年IUNQUA提出的方案是对的，只是测年错了，180万年应为240万年（该证据有点荒唐）4、3.00~3.50MaBP•主要证据–考虑古人类的出现：–非洲出现较早的古人类（南方古猿），如肯利亚 东非裂谷1470号人头骨化石下伏图鲁博尔火山灰 年龄3.18MaBP（K-Ar法）。

•前苏联称第四纪为人类纪。

•所以古人类学者主张N/Q的界限放在300万年。

4、3.00~3.50MaBP•古地磁倒转期：•高斯正极性时

•吉尔伯特反极性时–同时考虑气候、古植物的变化：

•在阿拉斯加发现3.5MaBP的冰碛物，亚洲北部 喜暖植物成分（如银杏、枫扬）减少，都反映 了气候的变化。3.5Ma–这些证据正好说明第四纪有四条大的界限：冰 川、动物、植物、古人类，这正是第四纪研究的核心内容。–第四纪下限的确定，正是生物地层学、气候地层学两大原则的结合。–总的趋势是：界限越来越往下移，但目前还无把第四纪放在400万年的。–四条界限都有古地磁的事件，地磁的倒转导致了几个事件的出现。（二）中国第四纪下限问题•1、北方–1948年，以周口店第一地点下部作为第四纪下限（73万 年），通过生物群的研究，现在改为Qp2的标准剖面。–1949年，中国依照第18届国际地质会议拟定，根据生物 地层学原则，将长鼻三趾马——真马动物群的泥河湾组 与维拉坊组对比（均为陆相地层），将第四纪下限划在 泥河湾组底部。（二）中国第四纪下限问题•1、北方–1959年，全国地层学会议肯定了上述意见。–70年代，由于冰川派的盛行，泥河湾下部发现一 套冰碛物（古地磁年龄310万年左右），划为“红 崖冰期”，认为中国北方第四纪下限应放在红崖 冰期的底部，标志着中国北方第四纪的开始。另 在华北平原钻孔（顺义县盆地）中找到饰带透明 虫（喜冷的），古地磁年龄为240万年。（二）中国第四纪下限问题•2、南方–第四纪标准剖面在云南元谋盆地，将元谋组与泥 河湾组对比，界限划在元谋组的底部，后来又是 冰川学派，在元谋组下部发现一套冰碛物（70年 代），定为“龙川冰期”，认为第四纪下限应下移 至龙川冰期的底部。（二）中国第四纪下限问题•近些年来，随着国际国内第四纪下限问题的深入研究，中国第四纪下限出现了上提和下移的2种趋向：

–上移：Qp1的泥河湾组、三门组，南方的元谋组一 分为二，并把N/Q分界上提到Qp1地层的中部，其根 据或哺乳动物化石或古地磁年龄。–下移；冰川证据（红崖冰期，龙川冰期），主张中国第四纪下限大于300万年。•中国第四纪下限问题与国际上一样，未取得统一意见。五、中国第四纪地层（一）华北区

1、生物地层系统2、黄土—古土壤地层（二）华南区——东南区（三）西南区（四）西北区（一）华北区1、生物地层划分依据是生物地层学原则，利用哺乳动物群划分 地层。（1）下更新统泥河湾组（Qp1）①地点：代表性剖面在河北省阳原——蔚县盆地的泥河湾。 （图）②岩性：一套河湖相砂砾、砂、粘土沉积物。③哺乳动物群:泥河湾动物群(长鼻三趾马-真马动物群)④时代:早期认为泥河湾组（广义的泥河湾组）均为Qp1：（一）华北区1、生物地层划分依据是生物地层学原则，利用哺乳动物群划分地层。（1）下更新统泥河湾组（Qp1）后来将广义泥河湾一分为二，狭义的泥河湾组指不整合面之上 部分。Qp1上(黄)泥河湾:黄褐色砂砾及砂质粘土为主，含泥河湾动物 群

~~~~~~~~~~~~~~2.4MaBP~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~N2-Qp1下(绿)泥河湾:灰绿色砂质粘土、粘土夹泥灰岩为主，含 东窑子头动物群汾河—渭河谷地三门组与泥河湾组情况大体类似（黄三门、绿 三门）。1、生物地层（2）中更新统周口店组(Qp2)①地点：代表性剖面是北京周口店龙骨山第一地点

(中国猿人洞)②岩性：主要为石灰岩角砾与砂土交替沉积,夹砂砾 与石钟乳层,堆积物厚40多米。剖面共分17层,周口 店组指1-13层.1958年,贾兰坡根据解放后获得的新化石和对地层的 观察,将其合并为三部分:

上部(C组):1-3层,即洞顶崩塌的巨大的灰岩块以上部分.

中部(B组):4-10层,包括上、下文化层和最底部的灰烬 层。 下部(A组):11-13层1、生物地层（2）中更新统周口店组(Qp2)1978年,杨子庚等将沉积物特点归纳为4点:片流为 主、下部有线状水流、物源为近源、崩塌具阶段 性。③哺乳动物群:周口店动物群(中国猿人-肿骨鹿动物 群)④时代:23-46万年,中更新世中晚期,属布容正极性 时。1、生物地层（3）晚更新世萨拉乌苏组（Qp3）①地点：代表性剖面在内蒙古鄂尔多斯的乌审旗。②岩性：为一套湖相灰黄色砂质粘土夹风成砂，自下而上分为7层。③哺乳动物群:萨拉乌苏动物群。1、5层含化石，2层 顶部含旧石器时代的石器，7层为近代黄土，风化 面上含中石器时代的“细石器”。④时代:14C年龄为40Ka，为晚更新世。（4）全新统（Qh）含半坡动物群或殷墟动物群化石及新石器时代文化遗存的黄土、冲积层和湖积层。2、黄土—古土壤地层划分依据：黄土岩性、古土壤类型、特征和接触关系，并配合年代学方法。划分方案：刘东生（1985年，图）的划分方案。（1）午城黄土①地点：隰县午城柳树沟②岩性：颜色较红且均匀，岩性较致密（故有石质黄

土之称），含多层钙质结核。厚50米。③化石：产泥河湾动物群成分化石。④时代：位于松山/高斯（M/G）分界面附近，古地磁年龄为2.4Ma，属于早更新世（Qp1）

2、黄土—古土壤地层（2）离石黄土

①地点：山西离石县陈家崖②岩性：分为上下两部分：马兰黄土（Qp3)

~~~~~~~~~~~~~~~~~侵蚀面~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~离石黄土上部：色较浅,土质较疏松,含5-6层红色古土壤层,其间 距较大,古土壤结构较清晰。离石黄土下部：色较红,含十几层褐色土型古土壤,古土壤较薄， 间距较小,顶部为3层密集古土壤叠置的古土壤系. ~~~~~~~~~~~~~~~~~侵蚀面~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

午城黄土(Qp1)③化石：下部含肿骨大角鹿,上部含较多的方氏鼢鼠化 石。④时代：中更新世（Q2）2、黄土—古土壤地层（3）马兰黄土①地点：原指北京斋堂马兰峪次生黄土②岩性：灰黄-姜黄或黄褐色,粒度较粗,质地疏松.层理不明显,垂直节理发育.③化石：较少。④时代：晚更新世（Qp3）(4)全新世黄土灰黄色粉砂质黄土,含有一层灰黑色古土壤层。（二）华南—东南区本区是中国上新世—第四纪红土的主要分布区。1、雨花台砾石层（图）①地点：长江沿岸，宜昌—南京，三级阶地，以南京雨花台最为典型。②岩性：灰白色、灰红色砂砾层，含少许玛瑙砾石，砾石磨圆度良好，称雨花台砾石层。③时代：早期划归Qp1，后来由于发现植物化石单子叶豆，于是主张划入N2，但部分研究者则认为雨花台砾石层中仍有部分属于Qp1。这个问题涉及的是早更新世有无长江的问题。（二）华南—东南区2、网纹红土（蠕虫状红土）①地点：长江及其主要支流谷地和丘陵区。②岩性：网纹（蠕虫）状红土、红土碎石或红色砂砾层，厚几米至30米不等。网纹状构造是湿热条件下，由于淋滤作用，在堆积物中形成的次生白色粘土条带。③时代：主要形成时期为Qp2，Qp3底部仍有蠕虫状构造出现。（二）华南—东南区3、下蜀组①地点：南京附近的下蜀镇。②岩性：黄色粘土、砂质粘土，含铁锰和钙质结核，垂直 节理发育，具有黄土性质，发育有1~2层古土壤。河谷 区，下蜀土具有冲积层的二元结构，下部为砂砾层，厚 度达20多米；在丘陵坡地和平原、湖区则为黄土状堆 积，有坡积和湖积，后者如“成都粘土”。③时代：晚更新世（Qp3）4、全新统以冲积砂砾和湖积相棕灰色、棕黑色粉沙为主夹灰色淤泥。昆明盆地：滇池组。下关盆地：松毛坡组。•元谋组（早更新世）①地点：标准地点在云南元谋盆地，龙江以东的东山山前地带②岩性：河湖相砂砾、砂与粘土互层，分为4段28层(695.4m)③化石：元谋动物群（第四段）。④时代：早期均划为Qp1(广义元谋组)现在已分开：元谋组（3、4段,元谋人牙，1.7Ma）~~~~~~~~~~~~~2.48Ma(古地磁)沙沟组（1、2段）（三）西南区•东元桥组（中更新世）①地点：标准地点在云南丽江盆地。②岩性：河相砂砾、砂层。③化石：东元桥动物群。含剑齿虎、轴鹿、真枝角鹿等昆明盆地：中营组剑川盆地：江尾河组•木坚桥组组（晚更新世）①地点：标准地点在云南丽江盆地。②岩性：河相砂砾、砂层。③化石：木坚桥动物群。含木坚桥人等元谋盆地：龙街组。昆明盆地：官渡组剑川盆地：甸南组。西域砾石层（Qp1）和玉门砾石层(Qp1)。酒泉砾石层（Qp2）。洪积砾石层（Qp3），戈壁滩。风成砂、冲洪积物（Qh）。•山地（昆仑山） 惊仙冰碛层（Qp1）纳赤台冰碛和冰水砂层（Qp2）西大滩冰碛（Qp3）和本木山（Qp3）冰盆地：冰水沉积物（Qh）（四）西北区第十一章第四纪气候变迁及其动力机制第四纪气候的基本特征：1、全球的降温。2、全球性的总降温过程中出现冷暖气候波动（起伏）。3、气候波动，中高纬地区和高山地区产生大规模的冰川活动。气候变化的意义：–气候变化对人类的居住环境、生物、地貌都具有重要的影响。研究第四纪气候变化的作用：–划分对比第四纪地层–研究古环境的变化–预测未来变化第四纪气候变化的标志1、宏观气候标志2、微观气候标志宏观气候标志（1）岩石气候标志（2）地貌气候标志（3）生物化石气候标志（1）岩石气候标志.A、颜色紫红橙黄灰暖冷.B、成因类型寒冷沉积物寒冷气候温暖沉积物温暖气候干旱沉积物干旱气候（2）地貌气候标志.寒冷气候：冰川、冻土地貌.温暖气候：岩溶、河流、湖泊地貌.干旱气候：风蚀、风积地貌（2）地貌气候标志具有重要意义的几种典型地貌：冰斗—形成于雪线附近，年均温0°C