04第四纪沉积物的研究方法
地貌和第四纪地质学第四纪沉积物及其成因
地貌和第四纪地质学第四纪沉积物及其成因第三章第四纪沉积物及其成因1.简述第四纪沉积物的基本特征，并讨论其原因第四纪沉积物的概念：沉积在陆地或水盆地中的松散的矿物质颗粒或有机物质，如砾石、砂、粘土、灰泥、生物残骸等。
多来源于母岩风化产物、火山喷发物、有机物、宇宙物质等。
第四纪沉积物具有一定的空间形态(沉积体)，具有一定的成分、结构、构造特征(与一定的沉积环境相联系)，一般具有成层性(沉积地层) 第四纪形成的松散岩石一般称之为“堆积物”、“沉积物”、“沉积层”河流：冲积物、冲积层洪流：洪积物、洪积层岩性松散习称“松散堆积物”，也有胶结甚至固结的成因多样岩性岩相变化快同期沉积物可在短距离内发生相变，厚度小而多变(山顶到山脚)，划分对比困难，研究难度大厚度差异大不同程度地风化含哺乳动物化石和古人类2.第四纪沉积物成因判定标志有那些，如何应用成因标志沉积学标志岩性、沉积结构、沉积构造、产状、沉积体形状地貌学标志直接地貌标志：根据堆积地貌的形态可以判别堆积物的成因河流－－阶地洪流－－洪积扇间接地貌标志：利用剥蚀地貌推断其相关沉积物的成因和时代相关沉积物环境标志（1）物理环境标志包括对沉积形成有重要影响的气温、降水、外动力作用类型、强度及其方向、古地磁环境等参数黄土、岩盐、石膏－－干旱红土风化壳－－温暖、潮湿（2）化学环境标志与沉积物有关的水体、大气、土壤和地下水等的化学成分与区域地球化学性质（3）生物环境标志与沉积物形成有关的指示性动物植物化石和遗迹海相化石淡水化石其他陆相生物化石3.简述砾石的研究内容与研究方法内容砾性砾径砾向砾态砾石表面特征风化程度研究方法选择层位或地点研究区：1m2为宜分区分块（10×10cm）统计砾向、砾经、表面特征，然后（打碎砾石），研究其岩性和风化程度记录并制图第四纪地质学研究距今二三百万年内第四纪沉积物、生物、气候、地层、构造运动和地壳发展历史规律的学科地貌学研究地表的形态特征、成因、分布和形成发展规律的学科研究对象及学科地表自然环境的重要组成部分演变历史研究地表环境的重要学科简述第四纪沉积物成因类型分类记两个数字：全新世：1.17万年第四纪：2.588百万年第一章绪论（讲课2学时）第二章地貌学基本概念（讲课6学时）第三章第四纪地质学基本问题（讲课10学时）第四章第四纪主要沉积物与地貌（讲课10学时）第五章新构造与新构造运动（讲课2学时）第四纪生物界特征及其研究意义牙式，植被的垂直分带，古文化，文化层，文化期，石器，文化遗存，植被带平行移动牙式：上下齿类各一半的齿序和齿类数植被的垂直分带在任何一个纬度带，第一带与地面相同，往上分别相当于此带以北的带。
第四纪沉积物研究
2、第四纪沉积物成因类型确定的原则和方法
• （1）原则： 根据所造成沉积物的主要动力条件。
单一成因 一种动力 al 复合成因 两种以上动力dlp、alp、pld 成因不明 pr
• （2）方法： A、综合分析法； B、比较分析法； C、数学地质－－定量法。
3、第四纪沉积物成因分析及其分类
• （1）第四纪沉积物成因类型分析过程图
一、第四纪沉积物的特征
• 1、基本特征
（1）岩性松散
是确定第四纪沉积物的重要特征。除海滩岩、火 山岩、强钙质胶结的沉积物外。
1、基本特征
• （2）成因多样 • 几乎包括了所以外力成因的沉积物。
1、基本特征
• （3）岩性岩相变化快
eluvium
dl pl
al alp l
1、基本特征
• （4）厚度差异大 • 厚度从0米到数百米。
物
冲湖积物
类 型 成因亚类
gl
终积 侧积 底积等
gfl
lgl
ts
石海 融冻泥石流
eol
eol-ls
eld
eld
alp
all
第四纪沉积物成因类型分类 续2
大类 成因组
成 因 类 型 成因亚类
海陆
河口堆积物
mcm
过渡 海陆交互 泻湖堆积物
mcl
系统
三 角 洲 堆 积 物 dlt
类 型 成因亚类
el
各种风化壳
pd
现代土壤 古土壤
col
dp
sl
dl
pl
扇顶 扇形 边缘相
al
河床 河漫 牛轭湖
df
ca
化学 角砾 骨化石
cas
call
第四纪沉积物影像岩石单元野外调查的内容有哪些？ TerraSAR-X数据 卫星制图 三维制图
从遥感角度而言，第四纪沉积地层易于解译划分，这主要与其空间分布与成因联系密切相关。
基本表现出不同成因类型的沉积物在卫星图像上以特定的影像单元特征显示。
因此，以其为基础建立的影像岩石单元具有地层单位划分意义。
而且，代表着特定的成因类型或复合成因类型。
所以说第四纪沉积物的野外地质调查，也就是对影像岩石单元的调查。
由于第四纪沉积物的成因类型复杂、沉积物的岩性、物质组成、结构、构造以及所含动、植物群和含矿性均是有一定的差异性，在调查中观察的内容和要点不同，但总体上大同小异。
(1)岩性调查。
对不同岩性的第四纪沉积物，应观察描述其厚度、产状、颜色、结构、构造及变化情况。
(2)成因类型调查。
主要依据影像岩性单元特征，结合第四纪沉积物岩性、结构、构造及所含动、植物群进行成因类型的判定。
(3)含矿性调查。
当发现的泥炭、砂矿等矿产时，应查明其产状、分布规模，并进行适量的样品采集，为进一步工作提供资料。
(4)生物化石采集。
在适当的地点和沉积物类型中注意寻找哺乳动物化石或孢粉样、微体古生物样品的采集。
(5)新构造运动表现。
从阶地结构特点、剥夷面的变化、第四纪变形以及地形切割强度等方面研究新构造运动的性质和强度。
(6)地形地貌的特征。
通过第四纪沉积物地形地貌特征变化，总结影像岩石单元特征变化
规律，进行成因与形成年代分析。
第四纪沉积物的成因划分标志
图1 剥离红土后的网纹显示出根系特征 根据照片绘制, 图中标尺为10 cm. (a) 九江, (b) 赣州, (c) 宣城
图2 网纹白色部分的中心含有根系中柱(Stele)遗迹 根据实物绘制, 图中标尺为1 cm, 样品采自江西九江.
(a), (b)为纵切面, (c)为横切面
F 颗粒的表面特征 擦痕、 擦口、压痕、撞痕、砸痕
G 风化程度 全风化 半风化 未风化
（3）第四纪碎屑沉积物特征的统计与 分析
I. 砾石统计分析
砾石测量记录表
扁平
砾砾 砾 径
面磨
石石
产状
编 成 长 轴中 轴短 轴倾 倾园
号 分 （a） （b） （c） 向 角
度
其他特征
（风化程度 等）
年月 日
测量人：
记录人：
砾石测量资料的统计方法
Ⅱ 粒度分析
A 、粒度特征研究
a 粒度分析——资料获取
筛析法 移液法 激光粒度分析
b 资料整理
图件：
① 直方图 ② 频率曲线 ③ 累积频率曲线 ④ 正态概率曲线 ⑤ C-M图解
⒈ 频率
曲线；
三
⒉ 累积
Q3
曲线；
种
⒊ 对数
中国科学家从我国的地质情况出 发赞成将底界放在松山／高斯磁 极性界线处(2．6Ma)(安芷生、 艾莉，2005)，即赞成将格拉斯 阶归入第四系。
进一步研究和值得注意的问题
第四纪下限问题 全球气候显著变冷 人类出现
N-Q连续沉积剖面 找出显著降温的界限——下限
准确的定年 对界限进行准确定年
………
厚度
① 沉积物的岩性描述
第四纪古环境研究方法
antiquitatis)、鼠兔(Ochotona)等
喜暖型
中国犀(Rhinoceros sinensis)、巨貘(Megatapirus)、剑齿象(Stegodon)、大熊猫
(Ailurus)、竹鼠(Rhizomys)、豪猪(Hystris)、水牛(Bubalus)、象(Elephas)等
北方型（古北界） 田鼠(Microtus)、鼢鼠(Myospalax)、鼠兔(Ochotona) 、猛犸象(Mammuthus)、
T＝5.441－0.079X1+0.073X2+0.04X5－0.08X7－0.056X8－0.013X9－0.014X10+0.018X12 式中：R 为降雨量，T 为年平均温度，X1 为桦属，X2 为栎属，X3 为核桃属，X4 为榛属，X5 为松属，X6 为鹅耳枥属，X7 为云杉，X8 为莎草科，X9 为麻黄属，X10 为蒿属，X11 为藜科， X12 为菊科，X13 为禾本科。
地貌类型 冰斗 古冰楔
冻融皱褶
表 11－5 一些特殊地貌的气候指标 形成条件
形成于雪线附近 形成于多年冻土区，气候寒冷 形成于多年冻土区，气候寒冷
指示年均气温（上限） 可与现今雪线气温比较
低于-5C～-9C 低于 0C
冰斗
温度变化＝H冰斗高度变化值km×6.0
（2）几种特殊地貌
古冰楔
砾石层中古冰楔
第四纪古环境研究方法
一、沉积学方法 二、古生物学方法 三、地貌学方法 四、矿物学方法 五、地球化学方法 六、同位素方法 七、磁化率方法 八、植物硅酸体方法 九、有机高分子方法
一、沉积学方法
1、沉积构造 沉积构造可以反映水动力条件和沉
积环境
第四纪沉积物年代测定方法
第四纪沉积物年代测定方法第四纪沉积物年代测定方法第四纪沉积物是指第四纪时期因地质作用所沉积的物质，一般呈松散状态。
在第四纪连续下沉地区，其最大厚度可达1000米。
第四纪沉积物中最常见的化石有哺乳动物、软体动物、有孔虫、介形虫及植物的孢粉。
这些化石，有助于确定第四纪沉积物的时代和成因.第四纪沉积物年代测定方法主要有物理年代学方法、放射性同位素年代法、其他方法一、物理年代学方法物理年代学方法是利用矿物岩石的物理性质（如热、电、磁性等）测定沉积物的年龄的方法。
如古地磁法、热释光（TL）、光释光(OSL)、电子自旋共振（ESR）、裂变径迹法等。
1、古地磁学方法古地磁学方法是利用岩石天然剩余磁性的极性正反方向变化，与标准极性年表对比，间接测量岩石年龄的方法。
他的实质是相对年代学和绝对年代学方法的结合——运用古地磁数据建立极性时（世、期）和极性亚时（事件）的相对顺序，再运用同位素（主要是K—Ar法）测定他们各自的年代，继而建立统一的磁性年表。
（1）基本原理A．过去地质历史时期与现代一样，地球是一个地心轴偶极子磁场。
B.含有铁磁性矿物的岩石，在形成过程中受到地磁场的作用而被磁化，磁化方向与当时的磁场方向一致。
a.沉积岩：沉积剩余磁性。
b.火成岩：居里点之下，称为热剩磁。
居里点温度一般在500~650℃（表）C.不同时期磁场是变化的,因此保存在沉积物中的磁场特征也是变化的：变化包括磁极移动（106—109年）和磁场倒转（104-106）。
（2）古地磁极性年表（A.Cox）古地磁极性年表是根据一系列主要用K-Ar法测定年龄的不同时间尺度的极性变化事件编制的地磁极性时间表。
目前用于第四纪研究的极性年表是A.Cox 等1969年根据陆地和大洋已有的140多个数据拟定的5MaB.P.以来的地磁极性时间表，后经许多研究者补充修正，综合成表。
(3) 测年范围及应用条件：无时间限制，整个第四纪都可以。
剖面沉积连续、厚度巨大的细粒沉积层。
第四纪沉积物年代测定方法
第四纪沉积物年代测定方法第四纪沉积物是指第四纪时期因地质作用所沉积的物质，一般呈松散状态。
在第四纪连续下沉地区，其最大厚度可达1000米。
第四纪沉积物中最常见的化石有哺乳动物、软体动物、有孔虫、介形虫及植物的孢粉。
这些化石，有助于确定第四纪沉积物的时代和成因.第四纪沉积物年代测定方法主要有物理年代学方法、放射性同位素年代法、其他方法一、物理年代学方法物理年代学方法是利用矿物岩石的物理性质（如热、电、磁性等）测定沉积物的年龄的方法。
如古地磁法、热释光（TL）、光释光(OSL)、电子自旋共振（ESR）、裂变径迹法等。
1、古地磁学方法古地磁学方法是利用岩石天然剩余磁性的极性正反方向变化，与标准极性年表对比，间接测量岩石年龄的方法。
他的实质是相对年代学和绝对年代学方法的结合——运用古地磁数据建立极性时（世、期）和极性亚时（事件）的相对顺序，再运用同位素（主要是K—Ar法）测定他们各自的年代，继而建立统一的磁性年表。
（1）基本原理A．过去地质历史时期与现代一样，地球是一个地心轴偶极子磁场。
B.含有铁磁性矿物的岩石，在形成过程中受到地磁场的作用而被磁化，磁化方向与当时的磁场方向一致。
a.沉积岩：沉积剩余磁性。
b.火成岩：居里点之下，称为热剩磁。
居里点温度一般在500~650℃（表）C.不同时期磁场是变化的,因此保存在沉积物中的磁场特征也是变化的：变化包括磁极移动（106—109年）和磁场倒转（104-106）。
（2）古地磁极性年表（A.Cox）古地磁极性年表是根据一系列主要用K-Ar法测定年龄的不同时间尺度的极性变化事件编制的地磁极性时间表。
目前用于第四纪研究的极性年表是A.Cox 等1969年根据陆地和大洋已有的140多个数据拟定的5MaB.P.以来的地磁极性时间表，后经许多研究者补充修正，综合成表。
(3) 测年范围及应用条件：无时间限制，整个第四纪都可以。
剖面沉积连续、厚度巨大的细粒沉积层。
(4) 应用情况：方法成熟，广泛应用。
探索第四纪钻探岩心沉积物颜色测量新方法
第40卷 第4期2018年8月地 震 地 质SEISMOLOGY AND GEOLOGY Vol.40,No.4Aug.,2018doi:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.04.014探索第四纪钻探岩心沉积物颜色测量新方法何付兵1,2) 徐锡伟1) 郑桂森3) 孙永华2)张 巍2) 李 莉2) 李瑞杰2)1)中国地震局地质研究所,北京 1000292)北京市地质调查研究院,北京 1001953)北京市地质矿产勘查开发局,北京 100195摘 要 文中提出1种基于数字图像分析法测量第四纪沉积物颜色的新方法,其操作简单快捷,可节省测试成本和时间,提高沉积物颜色研究效率。
为论证该方法的可行性,对其测量成果同传统色度测量方法进行了对比。
结果表明:1)传统沉积物颜色测量方法和数字图像颜色测量方法都受沉积物颗粒粒级制约。
细砂及其以细颗粒可开展沉积物颜色研究,中砂、粗砂误差较大。
同传统测量方法相比,数字图像法可减小粗碎屑沉积物颜色继承色干扰;2)碎屑沉积物粒级和含水量影响数字图像法沉积物颜色数值。
一般来说,数字图像法获得的湿色数值低于使用分光测色仪所获得的干色数值,且颜色数值变化幅度更大,色度/亮度曲线表现出更大波状起伏;3)同传统沉积物颜色测量方法相比,数字图像法颜色测量红度、黄度具有较好一致性,而亮度受光照不均一影响,产生一定误差。
采用沉积物数字图像提取沉积物颜色信息一定程度上可替代室内实测方法,用于建立更加复杂的沉积环境下较为完整的沉积物颜色序列,为第四纪地层划分、古气候研究、古土壤识别和古地震事件识别提供数据资料,拓展色度学在地质方向的应用。
关键词 钻孔岩心 第四纪沉积物 色度测量 数字图像分析 地学应用中图分类号:P597文献标识码:A 文章编号:0253-4967(2018)04-0920-15〔收稿日期〕 2017-08-21收稿,2018-01-13改回。
〔基金项目〕 国家自然科学基金(91214201)和北京市优秀人才培养资助项目“北京平原区第四纪沉积物颜色特征定量研究及其古气候意义”共同资助。
第四纪沉积物的光释光测年
第四纪沉积物的光释光测年第四纪沉积物是地球上相当普遍的现象，主要包括冰川、海洋、湖泊、风沙等各种不同类型的沉积物。
而对这些沉积物的年代测定，是了解地质历史和地球演化的重要方法之一。
其中，光释光测年是比较常用的一种方法。
光释光测年法是通过测量沉积物中放射性元素在受压缩的条件下释放出的光的强度，来推算出沉积物的年代，其原理是通过放射性核素的衰变产生的电子在晶体的能级中被激发并存储了一定的能量，当这些电子被外部光激发和释放出能量时，可以计算沉积物的年代。
由于不同类型的沉积物受到质地、孔隙度等因素的影响，其光释光测年的应用也各有不同。
对于河流沉积物，其物质组成相对单一，早期研究发现主要受水力因素控制。
当然，近年多因其他因素的介入，比如生物作用等等，可能导致河流产沉积物的方式也有所变化。
不过，河流沉积物本身属于不透明性渐新世石英发光物质，因此受热时间比较短，同时晶格中元素掺杂也比较少，易于研究。
对于湖泊沉积物，其组成和河流沉积物相比更加复杂。
由于受到河流输入物质的影响，经过复杂形成过程的湖泊沉积物包括有机物、矿物、碎屑等多种物质，对于其光释光测年的研究也相对较为困难。
不过，湖泊沉积物的研究价值也同样十分重要，可以用来研究气候变化、生态环境变化等。
对于滨海沉积物而言，其年代的测定除了综合其他因素以外，特别是受到潮汐作用及生源碎屑变质过程的影响，所以光释光测年的选单更为繁琐和复杂。
同时，由于滨海沉积物的成分多样且生活物质也相对较多，很多时候研究者需要应用多种年代测定的方法进行分析。
总之，在进行光释光测年研究的同时，需要考虑物质组成、沉积环境、沉积层次及沉积古地理等因素，同时进行多种年代方法的对比与综合，以获得最为可靠的研究结果。
第四纪沉积物的光释光测年
第四纪沉积物的光释光测年第四纪沉积物的光释光测年第四纪沉积物是指在第四纪时期经过风化和运移后，沉积在陆地和海洋中的一种沉积物，包括冰碛岩、沙石、淤泥、泥炭等。
光释光测年是一种通过测定某些物质吸收自然或人工光后释放出的能量大小，来确定该物质形成或曾经受到过辐射的年代的方法。
下面将介绍第四纪沉积物光释光测年的原理、方法和应用。
一、原理光释光测年的原理主要是利用放射性元素如铀、钍、钾等在周围环境中辐射照射下，使沉积物中的矿物质发生捕获电子。
这些捕获的电子会在被光子激发后重新回到电子的基态，从而释放出固定的能量。
这些能量的大小与光子激发的时间长短、光子的强度等相关。
通过测量物质释放的光子数和大小，可以计算出当初放射性元素辐射照射到物质时的时间，从而确定物质的年代。
二、方法第四纪沉积物的光释光测年通常采用的是石英或长石中的能量陷阱信号。
具体方法如下：1. 样品制备：在选取样品时，需要注意样品中对应的矿物质应尽可能稳定，同时需要清理掉附着在样品表面的沉积物和氧化膜等物质。
然后经过机械、化学等处理，使样品的体积尽可能均匀，表面光洁。
2. 光释光测量：将样品置于黑暗环境下，利用激光、LED等光源进行激发，然后测量样品释放的光子数和大小。
3. 数据处理：根据样品释放出来的光子数和大小，利用计算机绘制出释光剖面图。
然后通过校准样品，将温度对测年结果的影响进行校正，最后得到样品的年代数据。
三、应用1. 确定岩石风化速率：通过光释光测年，可以计算出岩石中的富含石英的矿物质受到辐射照射的时间，从而确认该岩石表面的风化速率。
2. 确定海平面变化：利用从海洋底下采集的沉积物中的石英等矿物质，可以计算海洋沉积物的年代，从而确定岩石和海洋底部过去的海平面高度。
3. 确定冰川活动历史：通过采集冰川中的石英沉积物，在确定沉积物中石英矿物质年代的基础上，就可以推断出冰川活动的历史。
总之，第四纪沉积物的光释光测年可以在许多地质研究领域中发挥重要作用，并对我们认识地球历史和未来的变化具有重要的科学意义。
第四纪沉积物
洪积物的颗粒虽
因搬运过程中的分选 作用呈现渐变现象,但 由于搬运距离短,颗粒 的磨圆度仍不佳。此 外，山洪是周期性产 生的，每次的大小不 尽相同，堆积物质也 不一样。因此，洪积 物常呈现不规则的层 理构造，如具有夹层、 尖灭或透镜体等产状。
第四纪沉积物
1.表土层 2.淤泥夹粘 土透镜体
土 的 层 理 构造
第四纪沉积物
（四） 冲积层
定义： 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的
坡积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积 物。
特点： 呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带
棱角颗粒经滚磨、碰撞逐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离 越长，则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积 物，可分为平原河谷冲积层和山区河谷冲积层等。
第四纪沉积物
（三） 洪积层
定义：
由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具 有很大的剥蚀、搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物 质堆积于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。
特点:
离山渐远，颗粒变细，分布范 围逐渐扩大。其地貌特征是靠山近 处窄而陡，离山远处宽而缓，形如 锥体，故称为洪积锥（扇）。由相 邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。
第四纪沉积物
（一） 残积物
定义：
残留在原地未被搬运的那一部分原岩 风化产物。
特点： 颗粒未被磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土。残积物与基岩
之间没有明显界限，通常经过一个基岩风化带而直接过渡到新 鲜岩石，其矿物成分很大程度上与下卧基岩一致。
分布： 残积物主要分布在岩石出露地表，经受强烈风化作用的山
区、丘陵地带与剥蚀平原。 由于残积物没有层理构造，裂隙多，均质性很差，作为建筑物 地基应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。
第四纪古环境研究方法
（2）统计分析
利用啮齿动物计 算温度和降雨量
T＝ 2.73Sp＋20.09（T 为古温度，单位为C；Sp 为 ping 科动物的富庶度，种数） T＝ 1.15Sp＋9.15（T 为古温度，单位为C；Sp 为鼠科动物的富庶度，种数） P＝84.4Sp＋3（P 为古降雨量，单位为 mm；Sp 为鼠科动物的富庶度，种数）
常年流水：好 暂时性流水：差 注意分选性在剖面上的垂向变化。
（5）粒序层理：
正粒序 反粒序
2、成因类型
（1）干旱：黄土、风成砂、洪积 物、盐类沉积。
（2）湿润：湖泊、河流、石钟乳 沉积。
（3）湿热：红粘土。 （4）干冷：黄土、岩石碎屑、洞
穴角砾、冰碛物。
（5）湿冷：黑色土、沼泽土。
黄土
钙板层
角砾石层 钙板层
水牛(Bubalus)、野猪(Sus scrofa)、麂(Muntiacus)等。
荒漠型
大耳猬(Hemiechinus auritus)、小沙鼠(Gerbillus)、沙鼠(Meriones)、五趾跳鼠
(Allactaga sibirica)、骆驼(Camelus)等
喜干型
田鼠(Microtus)、鼢鼠(Myospalax)、毛足鼠(Lasiopodomys)、鼠兔(Ochotona) 、
北京平 原区一 钻孔的 第四纪 地层划
分
五、地球化学方法
用于生态环境分析的有：Fe3+、 Fe2+、Al2O3、SiO2、MnO2、CaCO3、 TiO2等。
1、风化强度指数
Harnois的化学风化指数
CIW= Al2O3x100(Al2O3+CaO+Na2O)
总的趋势：风化指数越小，气候 越干冷；反之，气候就越温暖。
第四纪地质学与地貌学
第四纪是地球发展历史中距现今最近的一个纪，延续的时间比较短暂，距今2.60ma以来的历史。
第四纪地质学是研究在第四纪时期发生在地球表层的各种地质事件及其动力机制的一门学科。
地貌学是研究固体地球表面的形态特征成因演化和分布规律的一门学科。
第四纪地质学的研究对象主要是第四纪沉积物。
第四纪沉积物主要是记录发生在第四纪时期各种地质事件的良好载体，是第四纪研究天然的实验室，含有丰富的地质信息。
地貌学的研究对象是地表形态即地形，地形即地表的高低起伏坡度切割程度等方面的特征。
研究任务：1)通过各种研究手段，提取各种信息，重建第四纪时期的地质演化历史，探究演变规律，预测未来变化。
2)将理论研究应用于实践，解决实际问题，减灾防灾，改善生活环境。
研究内容：1)第四纪沉积物的岩性成因分布及工作方法。
2)第四纪气候变迁和海平面波动。
3)第四纪生物界的构成和演化以及人类及其文化演化的研究。
4)第四纪地层和年代学。
5)地球表层地貌形态特征成因分布演化。
6)第四纪构造运动。
7)应用第四纪地质的研究。
第四纪下限就是指第四纪的起始时间或者新近纪与第四纪的分界。
确定第四纪下限的依据：1)冰川运动2)气候变冷3)动物化石4)人类出现和人类文化气候旋回：与新近纪相比，第四纪气候不仅有明显的降温，而且干湿或冷暖交替，并有一定的周期变化。
（一次冰期与一次间冰期组成一个气候旋回）冰期是第四纪期间一次气候寒冷的时期，全球性降温，冰川扩大。
冰期主要特征表现在以下几个方面：1)冰川扩展2)生物迁移3)全球降温4)降雨的变化5)气候带移动6)海平面下降7)冰阶与间冰阶的旋回间冰期是第四纪气候相对温暖的时期。
第四纪沉积物的基本特征：1)岩性松散2)成因多变3)岩性岩相多变4)厚度差异大5)含有化石及古代遗迹6)形成多种地貌形态第四纪沉积物的成因分类：根据沉积物形成环境：陆相沉积、海相沉积、海陆过度相沉积。
地貌标志：直接地貌标志、间接地貌标志。
地貌形态要素：地形面、地形线、地形点。
第四纪地质填图理论与方法.pdf
第六章第四纪地质填图理论与方法第一节第四纪地层的基本概念及产出特点一、第四纪地层的基本概念第四纪是地质历史上最新的一个纪，它是地质历史上发生过大规模冰川活动的少数几个纪之一，又是哺乳动物和被子植物高度发展的时代，人类的出现是这个时代的最突出的事件。
因此也有人称第四纪为人类纪或灵生纪。
第四纪一词是法国学者德斯诺伊尔斯在1829年创立的。
他在研究巴黎盆地的地层时，将原第三系上的松散沉积物划分出来，命名为第四系，这样便有了第四纪。
二、第四纪沉积物的特征及产出特点第四纪最突出的特征是人类的出现和进化，冰川现象广布、气候冷暖多次变化，大陆面积增大、新构造运动活跃，沉积类型繁多、在大陆上出现的主要是未完全固结成岩的松散堆积，且成因多样、岩性岩相多变、厚度差异大、含有化石及古文化遗存、形成多种地貌形态。
第四纪沉积物不仅记录了地球表层的环境变迁和发生过的地质事件，而且为人类生存提供了重要的资源，如其表层为供植物生长的土壤，部分沉积物是重要的矿产，有些沉积物可直接作为建筑材料，沉积物中富含地下水。
除沉积物外，还有火山喷发形成的火山岩等。
第四纪沉积物的岩性比较复杂，根据物质组成和形成动力特征可分为：碎屑沉积物、化学或生物化学沉积物、生物沉积物、火山碎屑沉积物和人工堆积物。
其中碎屑沉积物是陆地上分布最广、最为常见的沉积物，如在河谷、盆地、平原区都可见到，也是第四纪地质研究的重要对象。
第二节第四纪地层单位及沉积类型一、第四纪地层单位划分第四纪地质，不仅直接与人类矿产资源寻找、生态环境保护和地质灾害防治有关，而且陆相沉积成因类型多样、分布零散、对比困难、持续时间短，在研究时必须综合采用多学科方法，如沉积地层学、生物地层学、气候地层学、磁性地层学，以及各种精确测年的年代地层学、考古学等。
第四纪地质调查内容很多，如第四纪时期的构造运动及其性质、幅度、主要标志和时代等；地貌特征及其形态、规模、产状及延伸；第四纪沉积物的岩性、成因类型、空间分布范围、与地貌条件的关系、及其地层划分和时代的确定；第四纪古气候和古环境的分析及其研究手段，以及第四纪气候，古生物演化、土壤发育、沉积韵律等影响；第四纪年代和分期、第四纪人类发展和文化遗迹；第四系中赋存的矿产（如砂金、泥炭等），查明矿产赋存层位等。
第四纪古环境研究方法
T＝（H 古－H 现）×5.5℃/100 T 为古年均温；H 古为古暗针叶林生长的海拔高度（m） ；H 现为研究区现今暗针叶林生长的 海拔高度（m） 。
（3）植物大化石的应用
A、叶缘：
全缘叶 浅裂型叶 锯齿型叶 升 高
• 全缘叶
Lobed浅裂
serrated锯齿型
叶缘形态与气候的关系
• • • • 热带雨林 副热带雨林 亚热带雨林 温热带雨林 全缘叶 比例 75％ 57－75％ 40－50％ 0－35％
气候干冷：伊利石、蒙脱石含量高 气候温湿：高岭石含量高
表 10－2 常见碎屑矿物稳定性分类 稳定类型 稳定矿物 比较稳定矿物 不稳定矿物 非常不稳定矿物 碎 屑 矿 物 石英、金、白云母、金刚石、刚玉、锆石、金红石、锡石、电气石、石榴子石等 长石、磁铁矿、赤铁矿、磷灰石、钛铁矿等 角闪石、辉石、橄榄石、黑云母、黄铁矿、红柱石、黄铜矿等 方解石、石盐、石膏等
过去200年贺兰山树轮－纤维素的 δ13C序列和树轮宽度对比（据马利民 等，2003）
采样要求：
（1）一个采样点至少要采集20棵相同树种的样本；
（2）悬崖优于石壁，迎风坡优于背风坡，陡坡优于缓 坡，山脊优于山谷；
（3）宜选择树龄较长、年轮纹印清晰、敏感度高、伪 轮和样品断裂较少的针叶树种； （4）树芯样本的采集使用生长锥在距离地面130cm左 右钻取树木横截面上的树芯； （5）圆盘样本的采集使用长柄龙锯或油锯在距离地面 30～40cm高度截取树木横截面圆盘样本。
表 11－5 一些特殊地貌的气候指标 地貌类型 冰斗 古冰楔 冻融皱褶 形 成 条 件 形成于雪线附近 形成于多年冻土区，气候寒冷 形成于多年冻土区，气候寒冷 指示年均气温（上限） 可与现今雪线气温比较 低于-5C～-9C 低于 0C
第四纪沉积物的野外调查
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
第四纪沉积物的野外调查
1. 岩性分类（表9）。
表9 第四纪松散沉积物分类命名表
2. 野外观察要点。
（1）观察点一般布置在地层、地貌特征分界处，对样品采集点进行详细描述。
（2）岩性观察：厚度、产状、颜色、结构、构造及变化情况，如为砾石沉积，应注意。
描述砾石的圆度、成份、分选性、排列方向、表面特征，统计砾石、卵石、漂砾、砂和粘土含量等。
（3）成因类型：根据沉积物岩性、结构、构造、及所含动、植物群，并结合地貌特征划分成因类型。
续表9 第四纪松散沉积物分类命名表
（4）含矿性：如泥炭、高岭石、砂矿及其它建筑材料，应查明其产状和分布情况。
并采集有关样品。
（5）生物化石：注意寻找哺乳动物化石和采集孢粉样。
（6）古生壤：颜色、厚度、成份、结构、构造及与上下岩性层的关系。
（7）新构造运动的表现：从阶地结构特点，夷平面的变化、第四纪变形（褶皱、断裂、倾斜产状等）、阶地形切割强度等方面研究新构造运动的性质和强度。
（8）地貌描述
①确定地貌类型，然后进行地貌单元特征描述。
②地貌单元的产状、规模、分布范围等准确地标在地形图上。
③据地貌形态特征及堆积物岩性、结构、构造变化规律，进行成因与年代。
第四纪沉积物进展-地球科学
第四纪沉积物1.中国第四纪沉积物的分类中国第四纪沉积物分布广泛,种类繁多I’2〕,大部分陆地表面为第四纪沉积物所覆盖，即使在老地质体出露的地方,也有第四纪的风化物依存其上,它们是万物赖以生存的基础,人类活动的大部分空间是在第四纪的土地上。
从陆地到海洋,大部分第四纪沉积物分布在相对负地形地带,如河谷、盆地、平原、拗陷和海湾等。
中国第四纪沉积物以陆相沉积为主,海相沉积除海域、陆架和岛屿之外,在陆地内部少见。
按其成因第四纪沉积物大体可分为下列一些类型:1.1风成黄土风成黄土是中国第四纪最典型的陆相沉积,主要分布在中纬度地带,介于北纬34一42。
之间,形成了广阔的黄土高原,总面积达63万平方公里,沉积中心集中在陕、甘、宁和晋四省区,沉积厚度从几米几十米到几百米。
在靖远曹崛黄河6级阶地上黄土厚达505m。
有许多好的地层剖面分布在洛川、西峰、宝鸡、渭南和兰州等地,有连续的时间记录,贯穿了整个第四纪。
与黄土密切相关的还有沙漠,多数沙漠分布在黄土高原北侧内蒙古和宁夏一带,如巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠等[l”,20],在新疆还有世界第二大沙漠—塔克拉玛干沙漠。
.22河一湖相沉积河一湖相沉积既包括已经干枯的盆地,也包括正在接受沉积的湖泊。
晚新生代以来,中国存在许多拗陷和断陷盆地,它们多处于地堑中。
这些盆地在地史时期曾接受了大量沉积。
有的较早干枯停止接受沉积,有的一直延续到近代和现代,形成比较完整的第四纪剖面,例如地处汾渭地堑系东北端的泥河湾盆地和南端的三门峡盆地，以及云南横断山系的元谋断陷盆地都有较厚的第四纪沉积l:2]。
根据钻孔资料,河北蔚县泥河湾湖相地层厚达294m,元谋的湖相杂色粘土厚109m,与元谋湖相地层相当的川西昔格达层最厚达694m。
在雷琼地区早更新世形成的一些玛洱湖,如田洋、九斗洋和罗经盘等,也接受了上百米的沉积物,田洋钻孔岩芯厚达220余米3z[]。
在这些湖泊沉积物中,以泥河湾地区的剖面最为完整,且含有丰富的化石,是中国第四纪河一湖相沉积的代表,与国际标准剖面意大利的Vinafrnachina有很好的对比性,许多中外学者在那里做了研究工作。
第四纪沉积物野外观测和纪录
第四纪沉积物野外观测和纪录首先要注意露头中的地层产状是原始的，还是后期经过变动和移动过的。
当地层的产状是原始的，而且是水平时，在任何方面上的剖面都可以利用它来观测，若产状是非水平时，在任何方面上的剖面都可以利用它来观测，若产状是非水平时，就要尽可能利用垂直走向的剖面来观测它的厚度和产状，不然就要按倾角的大小进行改正。
经过变动（断裂或挠曲等）和移运（滑坡或崩坍等）的地层剖面，就要从不同的方向来观测地层的变化。
其次要对剖面中的沉积物、根据不同的物质成分和结构等特点进行分层，从上而下地逐层进行观测和记录，其中主要有下述内容：一、地层厚度测量地形的厚度时，还要说明地层的情况，它是稳定、连续的，或是有变化的、成透镜体状或尖灭的。
二、地层产状地层的产状是水平的，还是倾斜的，波状起伏的，挠曲的或是破碎混乱的。
还要观测地层与上、下层间的接触关系：整合、不整合或假整合，有清晰的界面、或逐渐过渡，是不明显或是有侵蚀面，是侵蚀、剥蚀形成的，还是构造运动、或火山等原因形成的。
三、地层颜色沉积物颜色按成因分为三类：（1）继承色：碎屑沉积物的颜色主继承了其母岩的颜色。
（2）原生色：粘土或化学沉积物的颜色是在沉积过程中由原生矿物形成的颜色。
（3）次生色：沉积物堆积之后，由于后来的风化作用等使原来岩石的成分发生变化，生成新的次生矿，从而颜色也发生变化。
要研究颜色的成因，必须观察颜色在剖面上分布的特点，原生色与继承色的颜色均匀、稳定、分布面积广，并与层理符合；次生颜色不均匀，呈斑点状，在裂缝和空洞处颜色有变化，分布局限，与层理可不致。
观测沉积物的颜色，以干燥沉积物的新鲜面原生颜色为准，对于次生颜色和其他情况（如潮湿状态，或在阳光下等）的颜色也要观测和描述，具体描述颜色时常与标准的比色管或比色卡对比。
第四纪沉积物常见的颜色有黄、棕、褐、紫、红、灰、黑、白、兰和绿等。
假如单一颜色表示主色还不够时，常在前面加上次色和色调的深浅程度来补充，故一般用“深浅程度+次色+主色”的描述方式，如浅黄色、浅灰色、浅灰棕色、深灰兰色、深棕褐色、深黄棕色等，若夹有它色斑点和条带时，也要具体描述，如灰黑色含兰色斑步，深棕色夹杂淡灰色条带等。
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（b）砂和粘土的成因标志
※粒度分析
粒度参数
平均粒度 分选性
粗、细含量 峰值高低
标准差
偏度
峰态
σ值
等级
Sk值
等级
Kg值
等级
<0.35 0.35—0.5 0.5—0.7 0.7—1.0 1.0—2.0 2.0—4.0
4.0
分选极好 分选好
分选较好 分选中等 分选较差 分选很差 分选极差
+1.0—+0.3 +0.3—+0.1 +0.1—-0.1 -0.1—-0.3
分样
粒度分析步骤 洗样
洗盐：对海、泻湖和盐湖等样品，将样品置于高烧杯中， 加水用玻璃棒搅拌后静置过夜，第二天将杯中清水吸去， 再加清水，搅拌静置过夜，如此重复3次即可。 除去有机质：通过过氧化氢（H2O2）去处沉积物中的有 机质。在盛样品的高烧杯中加入6％的H2O2，用玻璃棒 搅拌，过一夜再加一次H2O2，直至没有气泡产生即说明 有机质已全部氧化，过量的H2O2用加热法排除。 去钙胶结物：盐酸去除；加10％左右盐酸于放有样品的 高烧杯，用玻璃棒搅拌后放置第二天，除去清液，再加 盐酸，如此反复至不再起泡，然后换清水，搅拌，过夜， 吸去清液，加水洗至无钙离子和氯离子为止。
式，推出沉积物的来源、搬运动力和沉积 环境
粒度分析步骤
• 样品预处理
– 分样：均匀将样品分成几份——缩分 – 洗样：洗去沉积物中的杂质
粒度分析步骤
将拌匀的样品平摊在纸上，在样 品上划十字，将样品分为相等的 四分，分别取对角的两分混和在 一起，就将样品缩分为一半了， 以此类推。 注意：缩分准确与否是决定分析 的样品是否真正具有沉积物代表 性的关键，故缩分必须有同一分 析人员亲自作。
2、第四纪沉积物的命名
第四纪沉积物的二元法命名
（砂砾沉积物）
第四纪沉积物的三元法命名
（砂、粉砂、粘粒沉积物）
3、第四纪沉积物与地貌的相关性
• －－剥蚀区地貌发展的同时在相邻的堆 积区一定有相应的堆积。
• 如何证明相关性？ • （1）岩性成分是否来自供源区； • （2）看每期沉积物的粒度变化；
粒度测试结果分析（图件）
• 直方图：常以粒径区间（组距）为横坐标，
以频率（或频数）为纵坐标做成的一种最
简单的统计图。它是以矩形面积代表频率
（或频数）的分布。可以一目了然的表示
出各样品粒度的变化，众数的位置和移动、
偏度情况等。
体积 (%)
6
5
4
3
2
1
0-3.3
-0.8
1.7
GWL-40, 2003年11月10日 15:06:42
（1）沉积学标志※
●A、岩性 ●B、结构 ●C、构造 ●D、产状 ●E、沉积体形状
（1）沉积学标志
●A、岩性 a、砾石 砾性 岩性单一/复杂？ 近源/远缘？ ★ 砾径 （a、b、c轴） ★ ★ 砾向 （ab面 a轴） ★ ★ ★ 砾态（圆度 球度 扁平度） ★ ★ ★ 砾石表面特征（擦痕 擦口 压痕 撞痕 砸痕） 风化程度 （全风化 半风化 未风化〕
粒度测试结果分析（图件）
概率累积曲线图
将累积曲线的纵坐标累积频率的算术值改为概率质作出 的图即是概率值累积曲线图。 沉积物的粒度成分因搬运方式不同，可分为推移、跃迁 和悬移3各粗细不同部分，它们各成对数正态分布，在 图上分为几个直线段，斜率代表分选程度，越大，分选 越好 优点：为沉积物的直接对比提供许多定量指标，便于肉 眼与正态分布作比较，还可以进一步说明颗粒的搬运状 态 缺点：不如直方图那样容易确定众数值和众数组
• 方法：筛析法、激光粒度仪 • 图件：
–直方图 –频率曲线 –累积频率曲线 –正态概率曲线 – C-M图
• 粒度参数
粒度分析步骤
• 获得基本的粒度资料，包括样品接收、处 理和进行机械分析
• 机械分析所获得的资料作成各种图表 • 计算各有关参数和绘制相关图式 • 用各种方法分析研究这些资料、数据和图
海滩环境
• 判别冰碛和冰水沉积环境公式
Y=-00256MZ+0.03501σ2+0.02578SK-0.01549KG 当Y <0.8133时，属冰水沉积环境， Y >0.8133时，
属冰碛环境
※石英砂表面微结构分析
• 石英砂的选择
– 选取0.5-0.25mm的中、细砂
• 石英砂的处理
– 筛分，选所需粒级，取3-5g样于浓盐酸 中，煮沸10分钟，蒸馏水洗净、烘干
-0.3—-1
很细偏 细偏
近于对称 粗偏
很粗偏
<0.67 0.67—0.9 0.9—1.11 1.11—1.50 0.50—3.00
>3.00
很宽 宽
中等 窄
很窄 非常窄
※粒度分析
• 判别风和海滩环境公式
应用
Y=-3.5688MZ+3.7016σ2-2.0766SK+3.1135KG 当Y <-2.7411时，属风成环境， Y >-2.7411时，属
• （3）蒸完放凉后加入适量10%HCl(1—2ml)，再靜置24小 时（溶解生物钙，生成CaCl2）滴管析出清液；
• （4）用pH试纸测试其pH值，加入蒸馏水稀释，直至沉积 物再次沉积（24小时）；
• （5）重复第四步，直至pH值呈中性；
• （并6用）超抽声去波蒸清馏洗水机，振加荡入100分.05钟m后ol上/L机的测Na量PO。3分散剂约10ml，
21 砾性：不同成因的沉积物砾石的岩性不同。
冰川漂砾
砾性
片流 简单 洪流 较简单 河流 复杂 冰川 较简单 重力 最简单
（1）沉积学标志
砾径
泥 石 冰 流 洪冲湖 风 碛 堆 积积积 积 物 积 物物物 物
大 砾径 小
冰碛物 差 分选 好
风成沙
23
砾态
圆度
24
砾态
圆度
海滩砾石
洪积砾石
河流砾石
方法：激光粒度仪
• 样品前处理步骤如下：
• （1）取0.5—1g（粗砂可适量增加）样品放入50ml烧杯中， 加入约烧杯容量1/2的自来水浸泡样品，加入2—3滴 10%H2O2，靜置24小时（有机质挥发，生成CO2）；
• （2）24小时后（无气泡产生），用电炉蒸样品，使反应 剩余的H2O2挥发出来；
粒度分布
6.3
8.3
10.3
粒度（Phi 单位）
12.3
14.3
分析（图件）
累积曲线图（又称累积百分含量图）
用来表示大于一定粒级的百分含量的统计图，以粒 度为横坐标，以粒度频率累积分布为纵坐标，由于 粒度分布一般属正态分布或对数正态分布，故其曲 线呈S形。 优点：可用分组或不分组的资料作图，曲线形状不 太受分组间隔大小的影响，可从曲线上读出分布的 四分位值或任意分位置，以供粒度参数计算用 缺点：不如直方图那样容易确定众数值和众数组
痕线、弯曲钩，磨圆度高，表面具贝壳状断口和
SiO2沉淀、具有方向性的溶蚀沟和溶蚀坑 – 大陆架砂：磨圆度好，溶蚀孔，Si质沉淀物，具
明显的成岩作用标志
※石英砂表面微结构分析
• 1、基本特征
（1）岩性松散
是确定第四纪沉积物的重要特征。除海滩岩、火 山岩、强钙质胶结的沉积物外。
1、基本特征
• （2）成因多样 • 几乎包括了所以外力成因的沉积物。
1、基本特征
（3）岩性岩相变化快
el
dl
pl al
all l
1、基本特征
• （4）厚度差异大 • 厚度从0米到数百米。
北京平原区 第四系厚度 等值线图
结合野外标志，运用统计方法，依据表 面特征组合解释沉积环境。
扫描电 镜下石 英砂的 观察
※石英砂表面微结构分析
• 石英砂粒的外形特征
– 磨圆度、扁平度等
扫描电镜下石 英砂的观察
• 石英砂的表面特征
– 原形特征：结晶条件直接遗留的一切迹象。
包括：颗粒的形态、结晶体生长形态、火山玻璃壳、 包裹体及作用、贝壳状断口、熔融痕迹
• 制样
– 任选15-20颗石英砂（能概括反映样品的 全部颗粒形态特点），固定在样品托上， 镀一层厚200的金钯合金。
※石英砂表面微结构分析
• 原理：高倍放大
• 基本原则：环境因素是沉积物上机械、 化学、物理和生物等影响反映的总体， 各种因素互相作用、干扰，改变颗粒的 原始特征（原生形），使颗粒获得特定 区域逗留的典型形状（它生形），故需 研究每种类型迹象、互相影响和颗粒表 面形态之间的联系。
1、基本特征
• （5）不同程度地风化 • 早更新世：全风化到半风化 • 中更新世：半风化 • 晚更新世：薄的风化皮 • 全新世：未风化
1、基本特征
• （6）含哺乳动物化石和古人类 • 尤其洞穴堆积。
2、第四纪沉积物的命名
• 砾石、砂、粘土。 • 进一步细分采取二元法命名。
– 例如：据砂和粘土的含量划分 – 砂、亚砂土、亚粘土、粘土。
粒度分布
4.2
6.7
9.2
粒度（Phi 单位）
11.7
14.2
粒度测试结果分析（图件）
频率曲线图
将直方图上各矩形上边中点连成一圆滑曲线，即 是频率曲线。也可直接从累积曲线上求得，即频
率曲线是累积曲线的微分
优点：能更准确的确定众数值和偏度的情况
7
6
5
4
3
2
1
0-1.7
0.3
2.3
4.3
GWL-40, 2003年11月10日 15:06:42
第四章 第四纪沉积 物的研究方法
第四章 第四纪沉积物 的研究方法
• 一、第四纪沉积物的特征 • 二、第四纪沉积物的成因研究方法 • 三、各种成因沉积物的野外鉴定