第四纪地层-PPT课件

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（ 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 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 (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 含量高代表 气候干旱，低代表潮湿 ; 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 具有从老 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 最稳定矿物 (%)+稳定矿物 (%) 不稳定矿物 (%)+较稳定矿物 (%) ( 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 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、 P 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。（ 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。 3040年代 该学派占优势。 把 70万年以 来叫 短更新世年表 。 2、 P 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： 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 。 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。 界限处 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当，说明该时期地球 发生了大的气候变化。 2、 P 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 斯蒂阶 ？ 2、 P 1972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 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、 P 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： 根据对欧洲和俄罗斯地台的 植物群 的研究，在 南极大 冰盖 从 240万年已开始出现。 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 ). 认为 1972年 是测年错 了， 180万年应为 240万年（该证据有点荒唐） 4、 P 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 前苏联称第四纪为人类纪。 所以古人类学者主张 N/00万年。 4、 P 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 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。 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 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： 泥河湾组、三门组，南方的元谋组一 分为二，并把 N/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（ 地点：代表性剖面 在河北省阳原 蔚县盆地的泥河湾。 （图） 岩性：一套河湖相砂砾、砂、粘土沉 积物。 哺乳动物群 :泥河湾动物群 (长鼻三趾马 动物群 ) 时代 :早 期认为泥河湾组（广义的泥河湾组）均为 （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（ 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。 (黄 )泥河湾 : 黄褐色砂砾及砂质粘土为主，含泥河湾动物 群 P 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 ( 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 ) 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 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 (:1即洞顶崩塌的巨大的灰岩块以上部分 . 中部 (:4包括上、下文化层和最底部的灰烬 层。 下部 (:111、生物地层 （ 2）中更新统周口店组 (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。 哺乳动物群 :周口店动物群 (中国猿人 群 ) 时代 : 23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（ 地点：代表性剖面在内蒙古鄂尔多斯的乌审旗。 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。 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”。 时代 : 140晚更新世。 （ 4）全新统（ 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 地点：隰县午城柳树沟 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。 化石：产泥河湾动物 群成分化石。 时代：位于松山 /高斯（ M/G）分界面附近，古地磁 年龄为 于早更新世（ 2、黄土 古土壤地层 （ 2） 离石黄土 地点： 山西离石县陈家崖 岩性： 分为上下两部分： 马 兰 黄 土（ 侵蚀面 离石黄土上部 ： 色较浅 ,土质较疏松 ,含 5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 ( 化石： 下部含肿骨大角鹿 ,上部含较多的方氏鼢鼠化 石 。 时代： 中更新世（ 2、黄土 古土壤地层 （ 3） 马兰黄土 地点：原指北京斋堂马兰峪次生黄土 岩性：灰黄 粒度较粗 ,质地疏松 不明显 ,垂直节理发育 . 化石：较少。 时代：晚更新世（ (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） 地点：长江沿岸，宜昌 南京，三级阶地，以南京 雨 花台最为典型。 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。 时代：早期划归 来由于发现植物化 石单子叶 豆，于是主张划入 部分研究者则认 为雨花台砾 石层中仍有部分属于 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） 地点：长江及其主要支流谷地和丘陵区。 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。 时代：主要形成时期为 造出现。 （二）华南 东南区 3、下蜀组 地点：南京附近的下蜀镇 。 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 12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”。 时代：晚更新世（ 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） 地点：标准地点在云南元谋盆地，龙江以东的东山 山前地带 岩性：河湖相砂砾、砂与粘土互层，分为 4段 28层 ( 化石：元谋动物群（第四段） 。 时代：早期均划为 义元谋组 ) 现在已分开： 元谋组（ 3、 4段 ,元谋人牙， 1. 7 地磁 ) 沙沟组（ 1、 2段） （三）西南区 东元桥组（中更新世） 地点：标准地点在云南丽江盆地。 岩性：河相砂砾、砂层。 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） 地点：标准地点在云南丽江盆地。 岩性：河相砂砾、砂层。 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（ 和玉门砾石层 ( 酒泉砾石层 （ 。 洪积砾石层（ ，戈壁滩。 风成 砂、冲洪积物（ 山地（昆仑山） 惊仙冰碛层（ 纳赤台冰碛和冰水砂层（ 西大滩冰碛（ 本木 山 （ 冰 盆地：冰水沉积物（ （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 色 紫红橙黄灰 暖冷 因类型 寒冷沉积