第四纪地质与环境：第十章 第四纪地层

1、第十章 第四纪地层第十章 第四纪地层一、 概 述二、第四纪地层的野外研究三、第四纪地层层序建立的方法四、 中国第四纪地层一 概述 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

2、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（2.5Ma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。 图例说明1.现代土壤；2.卵石；3.黄土；4.亚粘土；5.古土壤；6.灰岩角砾；7.钙质结核；8.侵

3、蚀面；9.层号；10.古土壤编号。三福村上更新统实测剖面图（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.三福村剖面上更新统（Q2）与东岭子洞穴堆积对比图二、第四纪地层的野外研究1、自然分层2、剖面测量3、岩性描述4、层序拟定1、自然分层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。第四纪湖相剖面第四纪剖面中的交错层

4、理湖相的沉积旋回沉积物中的砂楔构造黄土中的古土壤塔奔乌拉全新世地层剖面舒特音好莱晚全新世地层剖面萨拉乌苏2、剖面测量3、岩性描述（1）沉积物成分：砾石、砂成分，充填物成分。（2）沉积物颜色：充填物成分（3）沉积物的分选性和磨圆度：主要对砾石（4）碎屑物的大小：主要的砾石（5）厚度及其变化：每一层的变化（6）沉积构造、砾石的排列、之间的接触关系（7）风化程度：主要对砾石（8）结构面特征：接触面、侵蚀面（9）含化石情况（10）成岩性4、层序拟定 (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)地貌高低适用于河谷区、海湖岸、山前洪积区，通过确定各种阶地

5、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。怒江道街坝贵州六硐陡崖溶洞三、第四纪地层层序建立和对比的方法标准剖面key section根据模式剖面（type section）在某个地区所选定的典型剖面。标准剖面必需具备几个条件：地层沉积连续好，有丰富的生物化石，有一定量的年代数据，有比较明确的上、下界线，还要经过专家和组织的考察和承认，这样才能成为一个标准剖面。河北阳原泥河湾盆地的泥河湾组剖面云南元谋盆地的元谋组剖面北京周口店中更新统的周口店组剖面意大利的弗利卡剖面泥河湾小长梁地层剖面元谋盆地中更新统的周口店组剖面(一）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

6、（二）第四纪地层划分对比的方法生物地层学方法气候地层学方法地貌学方法比较岩石学方法年代学方法古人类古文化及历史考古法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

7、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

8、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。4、比较岩石学方法利用第四纪沉积物的颜色、岩

9、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。(1)颜色我国不同时期黄土的颜色变化 时 代 与 黄 土颜色Fe2O3的含量（）（据刘东生，1985）全新世黄土灰黄色3.31晚更新世马兰黄土灰黄浅黄色3.893.24中更新世离石黄土棕黄浅红黄色4.9

10、93.23早更新世午城黄土红黄橙黄色4.903.72上新世红土红色5.5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早晚时代比较岩石学方法（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.) 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、

11、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、 钠闪石云南元谋盆地第四纪地层中碎屑矿物的变化与地层划分（据张宗祜，1992） （5）特殊的标志层（key bed）在第四纪地层中，由于当时环境的变化，形成一些特征比较特殊的标志层，它既可以是沉积层，也可以是构造界面，如古土壤层、火山灰层、砾石层、海积层、钠盐层、石膏层、钙板层、古风化壳面、侵蚀面、平行不整合面、角度不整合面等等。如在黄土高

12、原，古土壤层，午城黄土与离石黄土的侵蚀面；在西南地区的下更新统与中更新统的角度不整合。这些标志在对钻孔岩芯的划分对比上都起非常重要的作用。 5.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6、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。文化地层的

13、年代学研究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。 说明-优

14、势种1.含钙结核红土；2.砂砾；3.钙质结核及层状钙质结核层；4.亚粘土；5.灰黑色粘土及粉砂；6.砂；7.黄色亚粘土；8.红棕色粘土；9.石灰岩块砾太平山组（Q一t）柱状图第一地点剖面三福村剖面上更新统（Q3）与东岭子洞穴堆积对比图四、 中国第四纪地层地层分布具有明显的三维特征（纬度、经度和高度） 四、 中国第四纪地层成因类型复杂多样地面流水沉积物：东部的山前地带湖泊和沼泽沉积物：平原或高原地区冰川堆积物：西部高山风力堆积物：西北地区地下水和洞穴沉积：南方火山堆积：东北、西南和东南沿海地区海相沉积：中国东部海域海陆过渡相：中国东部平原的东端四、 中国第四纪地层岩性具有区域性特征黄土高原和华北

15、地区：粒度较细、颜色偏黄的黄土和河湖相沉积华南：经过强烈风化的红土及河流的砂砾层西部：颗粒粗大的冰川堆积和洪流沉积及风成砂东部：颗粒小的海相地层东北地区：颜色灰黑色的湖沼沉积。北部粒小黄满地，南部粒粗河湖洞，西为冰碛洪积物，东是海积冲平原，还有东北黑湖沼。 四、 中国第四纪地层华北区 西北区 青藏高原区 华东华南区 西南区 海区 四、 中国第四纪地层（一）华北区1、华北亚区2、黄土高原亚区3、东北亚区（二）华南区东南区（三）西南区（四）西北区（一）华北区1、华北亚区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）地点：代表性剖面在河北省阳原蔚县盆地的泥河湾。岩

16、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-真马动物群)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、华北亚区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2.4Ma BPN2-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、华北亚区（2）中更新统周口店组(Qp2)地点：代表性剖面是北京周口

17、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1-13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层第一地点剖面1、华北亚区（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。哺乳动物群:周口店动物群(中国猿人-肿骨鹿动物群)时代: 23-46万年,中更新世中晚期

18、,属布容正极性时。1、华北亚区（3）晚更新世萨拉乌苏组（Qp3）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: 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、黄土高原亚区划分依据：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）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

19、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2.58Ma，属于早更新世（Qp1）2、黄土高原亚区（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（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)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（Qp2）2、黄土

20、高原亚区（3）马兰黄土 地点：原指北京斋堂马兰峪次生黄土岩性：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.化石：较少。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。黄土地层的古土壤黄土层序列新黄土： L0马兰黄土： L1离石黄土： 上离石黄土： L5S1 下离石黄土： L15S5午城黄土： L33S15（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 地点：长江沿岸，宜昌南京，长江的第三级阶地，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） 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Qp2，Qp3底部仍有蠕虫状构造出现。（二）华南东南区3、下蜀组地点：南京