第四纪下限的确定

第四纪下限的确定——以华北区为例
摘要
第四纪是地质历史上最年轻、与人类关系最为密切的一个时代，有着气候变化频繁、人类出现等重大地质事件的发生，历来受到地质工作者的关注。

研究第四纪，首先要判定它从什么时间开始?其底界划分的标志是什么? 目前，国际上对第四纪下限主要存在两种划分方案：第一种认为第四纪下限为1.80Ma B.P.；第二种则把下限确定在2.60Ma B.P.左右。

在本文中，笔者将根据华北地区泥河湾的两个地层剖面、晋东南王宁剖面和北京平原新 5孔的钻孔资料，得出第四系下限的确定答案。

关键词：第四纪；地层；下限
ABSTRACT
Quaternary is the youngest and the most closely related to the human era in geological history, because of climate change frequently, human occuring and other major geological events, quaternary has always been concerned among the geologists. Study quaternary geology, we must determine what time is the beginning of quaternary at first and the end of the demarcation’s sign is what? Nowadays, there are two major Quaternary division scheme: The first is 1.80Ma BP; The second put the lower limit in 2.60Ma BP. In this article, the author will be based on two NiHeWan stratigraphic section,WangNing stratigraphic section of the southeastern Sanxi Province and Beijing plain New 5 hole of North China to get a lower limit of quaternary.
Key words：quaternary;stratum; lower limit
目录
1 前言 (1)
1.1确定第四纪底界的原则........................................................................................ 错误!未定义书签。

1.2第四纪下限划分方案 (1)
2 地层证据 (2)
2.1泥河湾地区地层剖面 (2)
2.1.1区域简介 (2)
2.1.2蔚县剖面 (2)
2.1.3红崖剖面 (3)
2.2晋东南地区地层剖面 (4)
2.2.1相关概况 (4)
2.2.2王宁R红土剖面 (4)
2.3北京平原 (5)
2.3.1相关概况 (5)
2.3.2北京平原第四纪底界 (5)
3 结论 (5)
参考文献 (7)
1 前言
第四纪作为地质历史上最年轻的、与人类关系最为密切的一个时代，有着气候变化频繁、人类出现等重大地质事件的发生，历来受到地质工作者的关注。

研究第四纪，首先要判定它从什么时间开始?其底界划分的标志是什么? 对这些问题的研究不仅关乎到对地壳运动、气候变化、生物演化等地质理论认识上，更关系到资源开发、工程建设、环境保护等人类关注的问题。

1.1确定第四纪底界的原则
第四纪下限问题争论不休的原因，在于缺乏一个在全球范固内适用的原则与标准。

根据全国地层委员会地层指南，提出以下划分第四纪底界的原则：
(1) 关键在于找出能够代表更新世而又不同于上新世的根本特征；
(2) 必须具有较大区域代表性，便于横向上的延展和地层对比；
(3) 需要考虑技术上的可行性和实用性，易于野外识别；
(4) 确定的底界要有利于国际学术交流；
(5) 要汇总不同地质的数据进行综合分析研究。

1.2第四纪下限划分方案
目前，国际上对第四纪下限主要存在两种划分方案：一是以海洋地质工作者为主根据对洋盆沉积物的研究认为第四纪下限为1.80Ma B.P.；二是根据2.60Ma B.P.出现的许多重大地质事件，如古地磁M/G界线、中国黄土开始堆积、北极球盖出现、新构造运动第一次强化、人属(Homo)中的能人开始出现等，认为第四纪下限应该定在2.60Ma B.P.，我国的地质学家基本都采纳后者（图1-1）。

图1-1 国际上主要的两种第四纪下限划分方案
那么第四纪的下限到底在哪里？在本篇读书报告中，笔者将根据前人的研究资料，通过对比多个地层剖面，得出一个较为确实的结论。

2 地层证据
2.1泥河湾地区地层剖面
2.1.1区域简介
泥河湾是河北省张家口市阳原县东部的一个小村庄，位于桑干河上游的阳原盆地，内有多处旧石器时代遗址（图2-1）。

它是中国能够与欧洲维拉方期动物群直接对比的最丰富和最具代表性的一个动物群，它在我国第四纪研究，特别是在其下限的界定上具有重要意义。

泥河湾地区是我国北方晚新生代地层最为发育的地区，已有几十年的研究历史，闻名于国内外。

图2-1 泥河湾区位图
2.1.2蔚县剖面
汤英俊等(1983)根据河北蔚县东窑子头剖面建立了东窑子头组及伴生的东窑子头动物群，该动物群的化石包括假河狸(? Dipoides sp.)、轭齿象(Zygolophodon sp.)、贺风三趾马(Hipparion cf. houfenense)、进步古麟(Palaeotragus progressus)、蔚县旋角羚(Antilospira yuxianensis)、轴鹿 (? Axis sp.)等，它们都是生活于上新世的代表，三门马(Equus sanmeniensis)、四不像鹿(ELaphurus)及中国古野牛(Bison palaeosinensis)等典型的第四纪种类在东窑子头动物群中还未曾见到，因此将东窑子头动物群划归上新世。

李毅(1984)在东窑子头组之上的地层中(泥河湾组)发现鬣狗(Hayena sp.)、直隶狼(Canis chihliensis minor)、贾氏獾(Mels chiai)、狐狸(Vues sp.)、三门马(Equus sanmeniensis)、泥河湾东方鼠(Orientalomys nihowanicus)、小拉氏兔(Ochotona lagrelii minor)等化石。

这些哺乳动物化石几乎都是泥河湾动物群的主要成员，并且三门马（真马）在该剖面首次出现，所以蔚县东窑子头剖面中
第四纪的底界应该划在泥河湾组与下覆的东窑子头组之间，经吴佩珠等(1995)利用氨基酸测年方法研究，其年龄为2.60Ma B.P.左右。

备注：真马首次出现事件与2.60Ma B.P.的许多重大地质事件同时，如古地磁M/G界线，中国黄土开始堆积、北极冰盖出现、新构造运动第一次强化、人属(Homo)中的能人开始出现等。

真马的出现是由于北极冰盖出现所伴随的海平面下降，导致白令海峡露出水面，欧亚大陆和北美大陆得以连通，在北美起源并在进化上取得成功的真马迅速扩散至欧亚大陆等地。

因此，真马首次出现可以作为确定欧亚大陆第四纪底界的一个显著标志。

这一标志在实际使用中比古地磁或其他测年法更直观并易于野外识别。

2.1.3红崖剖面
(一) 红崖剖面地层简述
红崖剖面以红崖村命名，位于阳原县辛堡乡红崖村公路旁，露头好、地层全，各地质界线清楚，具有一定的代表性。

红崖剖面除底部侏罗纪紫红色砂砾岩和顶部晚更新世马兰黄土以外，根据岩性特征自下而上分为四个层段（Ⅰ—Ⅳ），总厚约115m 。

简述如下：第Ⅰ层段
岩性主要为厚层状黄绿色粘土质粉砂和灰褐色粉砂质粘土，夹灰白色砂砾和钙质层。

本层段含软体动物化石、微体化石以及孢粉。

厚19.5m。

第Ⅱ层段
与第Ⅰ层段呈过渡接触关系。

主要为黄绿色粉砂、粘土质粉砂和灰褐色粉砂质粘土夹灰白色砂砾和钙质层。

下部粘土较发育，上部粉砂较发育。

粘土层和粉砂层均富含微体化石和孢粉。

厚67.5m。

第Ⅲ层段
与第Ⅱ层段为不整合接触。

岩性主要为红褐色粘土夹黑色粘土、黄褐色粘土质粉砂和砂砾。

本层段含小哺乳动物化石、鱼化石、软体动物化石(蚌、螺)、微体化石和孢粉以及石膏和铁结核等。

厚l6m。

第Ⅳ层段
与第Ⅲ层段为不整合接触。

下部为杂色角砾 (冰碛)。

中部为三门马红土，富含钙质和铁锰质结核，呈层状分布。

上部为紫红色含砂砾透镜体的粉砂质粘土。

本层段含三门马（真马属）和大唇犀。

厚12m。

(二) 红崖剖面第四系底界
根据红崖剖面综合资料分析，古气候从温暖潮湿转变为寒冷干旱的明显变化是在Ⅱ、Ⅲ层段分界处，以此界线作为第四系底界。

古地磁测定此界线年龄为2.60Ma B.P.。

此外，在该第四系底界附近发现一含炭煤层，考虑到云南元谋层相应层位有含炭层，推测可能反映一次重大地质事件（2.60Ma B.P.非洲森林火灾事件），它为泥河湾地区第四系底界的确定提供了一个旁证。

此界线的标志是：界线之下主要为一套红褐色粘土夹黑色粘土、黄褐色粘土质粉砂和砂砾，含石膏层和泥灰岩，为淡水湖—河相沉积，局部有沼泽相沉积，哺乳动物化石有贺凤三趾马、古麟、蔚县旋角羚羊、轭齿象、副骆驼、山西轴鹿、
变异猞猁以及原鼢鼠、东方馍鼠等；界线之上主要为一套黄绿色粉砂、粘土质粉砂和灰褐色粉砂质粘土夹灰白色砂砾和钙质层，为微咸水湖—河相沉积，含三门马、披毛犀、中国羚羊、贾氏獾、直隶狼等化石。

此界线大致相当于华北地区介形虫、软体化石的Ⅰ、Ⅱ组合分界。

2.2晋东南地区地层剖面
2.2.1相关概况
王宁剖面位于晋东南浊漳河谷地榆社县王宁村正北1km的小分水岭上。

剖面向北1km是榆长公路榆社段与武乡段的交界。

剖面为一滑坡后壁，故剖面新鲜、R 红土层较厚，下伏和上覆地层关系明确。

全剖面地层总厚31.4m。

在山西省东南部榆社、武乡、沁县和襄垣一带的晚新生代沉积盆地里，广泛分布有一套深褐红色含粘粉砂质土状堆积。

其岩性与三趾马红土和黄土都有相似之处，但又与二者有别。

先行调查和报道这套土状堆积的地质学家P.Teilhard de Chardin和杨钟健在描述剖面时用“R”来表示该套土层，借以与上覆的红色土“r”及“黄土”相区别。

石宁（1994）认为R红土在堆积过程中，受到新构造运动的影响，曾一度发生过沉积间断，据此将R红土分为老R红土和新R红土。

王宁剖面即属老R红土。

2.2.2王宁R红土剖面
(一) 王宁剖面地层简述
剖面由下至上概述如下：
第Ⅰ层段
下更新统下部老R红土。

厚23.9m，含9层古土壤。

从远处观看，R红土总体为醒目的深褐红色，近看不同层次颜色有别。

上部和中部的R红土母质为红棕色,含粘粉砂质，均匀块状构造，具有固结不好的黑色铁锰质小斑块，直径l—2mm。

古土壤为深褐红色粘质粉砂，干燥时呈棱块状构造，有黑色根孔。

老R红土中古土壤条带密集，与R红土母质的岩性区别不如在新R红土和黄土中那样明显，但接近剖面仔细观察还是可以明确辨认的。

古土壤磁化率特征也明显不同于R 红土母质。

识别R红土中古土壤特征和数量是区分老、新R红土的重要一环。

在本剖面上，顶部的古土壤条带在侧缘斜坡下来与其下的几层古土壤斜交。

底部R红土和古土壤中有下伏地层的砂粒掺入，色调偏棕黄色。

底部两层古土壤的下部黑色铁锰结核球粒十分富集，直1—4mm，不整合覆盖在上新世张村组中段的白色中细砂层之上。

第Ⅱ层段
中更新世离石黄土。

浅褐色粉砂，较固实，有垂直节理，含两层古土壤，一
层在顶部，厚0.6m。

另一层在中下部，厚0.5m。

古土壤为红褐色粘化粉砂层，有根孔，底部有碳酸盐结核。

离石黄土总厚度3.2m ，不整合覆盖在R红土之上。

第Ⅲ层段
中更新世马兰黄土。

浅灰黄色粉砂—粗粉砂，块状构造，较巯松，具大孔性，垂直节理发育，厚3.6m，披覆在离石黄土和R红土之上。

第Ⅳ层段
全新世土壤层。

暗黄褐色粉质土，稍具团粒结构，有植物残根及根孔。

下部有白色菌丝状碳酸盐沉积，厚0.7m，发育在马兰黄土之上。

(二) 王宁剖面第四系底界
晋东南的黄土真马(Equus sp.)出现于老R红土层，其下的榆杜群只含三趾马,不含真马，据此确定其为该区第四系底界。

根据古地磁研究，老R红土形成于2.60—1.60Ma B.P.，即老R红土的底界年龄值为2.60Ma B.P.。

2.3北京平原
2.3.1相关概况
北京平原区的第四纪研究和全国一样，起步较晚，大都伴随着农田供水、城市供水地质勘查开展；至今没有建立起符合条件和要求的标准层型剖面，还待于今后进一步研究。

笔者将根据郭高轩（2008）等人对平原区的钻孔（新5孔）的研究资料找出第四系底界所在。

新 5 孔 (五四坐标X：458585，Y：4424301) 位于永定河冲积扇的前端，北京凹陷的东坝次凹陷。

孔深862.66m，是为系统研究北京平原区新生代地层而设计的全孔取心孔。

2.3.2北京平原第四系底界
古地磁测试：钻孔岩芯剖面埋深96.59—246.79m以反极性带为主，其间夹有9个正极性带，对应松山反极性时，其地质时代为0.78—2.58Ma，属于早更新世；埋深246.79—413.64m以正极性带为主，其间夹有2个较薄的反极性带，对应高斯正极性时，其地质时代为2.58—3.58Ma,属于新近纪上新世。

孢粉分析：由中国地质科学院水文地质环境地质研究所测试中心范淑贤完成,推测第四系底界可能在293m 。

再综合地球化学和地球物理测井研究的测试结果，确定新5孔第四系底界划在295.87m处，时间距今2.58Ma。

3 结论
河北省泥河湾地区，蔚县东窑子头剖面中第四系的底界划在泥河湾组与下覆的东窑子头组之间，经氨基酸测年方法得到年龄值为2.60Ma B.P.；红崖剖面的资料显示，在三趾马红土顶界往上21m处是更新世与上新世的分界线，古地磁测定此界线年龄为2.60Ma B.P.。

此外，晋东南王宁剖面中包含真马(Equus sp.)的老R红土层经测年形成于2.60-1.60Ma B.P.，其底界年龄（2.60Ma B.P.）为第四纪下限。

北京平原区的新5孔第四系底界即孔深295.87m处，时间距今2.58Ma。

综合以上剖面资料，我们可以确定，在中国华北地区，第四纪的下限应该是在2.60Ma左右。

参考文献
[1] 邓涛,薛祥煦.重论真马（Equus属）首次出现可作为第四纪下限的标志[J].地层学杂志,1997,21（2）：109-116.
[2] 龙天才,王淑芳.泥河湾第四纪下限问题[J].第四纪研究,1991，3：109-116.
[3] 夏正楷.泥河湾层的研究现状和展望[J].第四纪研究,2001,21（3）：262-269.
[4] 邱占祥,薛祥煦.泥河湾哺乳动物群与中国第四系下限[J].第四纪研究,2000，20（2）：142-154.
[5] 郑绍华,蔡保全等.泥河湾盆地洞沟剖面上新世/更新世小哺乳动物[J].古脊椎动物学报,2006,44(4)：320-331.
[6] 王红强,邓成龙.泥河湾层磁性地层学研究回顾[J].地球物理学进展,2004,19（1）：26-35.
[7] 朱日祥,邓成龙.泥河湾盆地磁性地层定年与早期人类演化[J].第四纪研究，2007,27（6）：922-944.
[8] 蔡保全等.河北泥河湾盆地典型剖面地层学研究进展[C].地层古生物论文集, 28：267-285.
[9] 闵隆瑞等.河北阳原台儿沟剖面泥河湾组底界的确定[J].地层学杂志,2006,30（2）：104-108.
[10] 张宗祜等.河北省阳原台儿沟剖面泥河湾河湖相层岩石地层的划分[J].地质通报,2003,22（6）：379-383.
[11] 李强,郑绍华.泥河湾盆地上新世生物地层序列与环境[J].古脊椎动物学报,2008,46（3）：210-232.
[12] 石宁等.晋东南王宁R红土剖面的磁性研究及其形成年代和环境[J].第四纪研究,1994,2：183-191.
[13] 郭高轩,栾英波.北京平原第四纪下限问题研究[J].分析研究,2008,3（2）：13-16.
[14] 赵勇等.北京平原顺义ZKl2—2钻孔剖面第四纪磁性地层学研究[J].地质学报,2013, 3（2）：288-294.
[15] 赵井东,王杰.中国第四纪冰川研究的现状与争议[J].冰川冻土,2013,35（1）：119-125.
[16] 安芷生,艾莉.尚未完成的地质年代表——第四纪悬而未决的前程[J].地层学杂志,2005,29（2）：99-103.
[17] 景才瑞.论第四纪的下限问题[J].华中师范大学学报,1987,21(2)：269-275.
[18] 赵井东等.施雅风教授对中国第四纪冰川研究的贡献[J].第四纪研究,2012,32（1）：16-26.
[19] 吴翼等.蓝田盆地典型第四纪黄土剖面磁性地层学研究回顾[J].地球物理学进展,2011,26（1）：138-146.
[20] 王建.晚新生代气候变化特征与第四纪下限[J].海洋地层与第四纪地质,1991,11（2）：79-88.
[21] 王伟铭.中国新近纪植被和环境研究中的几个问题讨论[J].第四纪研究,2011,31（2）：589-596.。