第四纪基本问题第四纪地层及阶段划分

第 四 纪 湖 相 沉 积
湖泊沉积年纹层
东北龙岗火山区四海龙湾沉积物岩芯中的纹层
第 四 纪 剖 面 中 的 交 错 层 理
沉 积 物 中 的 砂 楔 构 造
第四纪黄土剖面
厚度 (m)
马兰黄土 古土壤
120 m
离石黄土上部
离石黄土下部 午城黄土
250º
刘东生先生1961年 参加华沙VI届 INQUA大会报告的 论文中的黄土剖面 (山西午城)
刘东生, 刘敏厚, et al. (1962). "气候标志及中国第四纪地层的划分."
中国第四系的划分
上 Upper
黑垆土 黄土L1-S1
中 “Ionian”
0.78
Calabrian Qp1 下
2.588
Gelasian Piacenzian
0.0117 0.126
19
0.781
1.806
103 2.588
【第四纪综合-多重地层划分方法】
在实际工作中，应充分利用岩石学方法、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。
【第四纪综合-多重地层划分方法】
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。
第四纪地质学基本问题
• 内容
– 第四纪沉积物及其成因 – 第四纪年代学 – 第四纪气候基本特征及其研究 – 第四纪生物界特征及其研究意义
• 人类的出现与演化阶段
– 第四纪地层及阶段划分
思考题
• 名词
– 同期异相，全新世，泥河湾组，周口店组
• 简述第四纪地层划分的原则和方法 • 了解我国第四纪划分方案 • 了解我国黄土-古土壤划分方案
（1）第四纪（系）为一个完全正式的地 层单元，为新生代（界）的一个纪（系） 处于新近纪（系）和古近纪（系）之上；
（2）第四纪（系）的下限置于Gelasian 阶的底部，对应MIS103，其年代为2.588 Ma；
（3）更新世下限与第四纪一致，位于 Gelasian阶的底部；
（4）之前选定的意大利南部的弗里卡 （Vrica）剖面（之前上新世/更新世界限 的层型剖面）的卡拉布里阶 （Calabrian）作为更新世的第二个阶。
四、中国的第四纪地层
1 华北区
（1）生物地层 （2）黄土-古土壤地层
2 华南区-东南区 3 西南区
• 有一张中国第四纪分区图就好了…
1 华北区（1）生物地层
①下更新统泥河湾组（Q1）
– 地点：代表性剖面在河北省阳原——蔚县盆地的泥河湾。 – 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/真马动物群) – 时代：早期认为广义的泥河湾组均为Q1 。后来将其一分为
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
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 面的沉积物，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
• 可追索
（4）岩石学方法
• 自然分层只能在野外进行，无法搬运，它是今后 一切综合研究的基础
• 利用第四纪沉积物的颜色、岩性、不整合面、结 构、粘土矿物、构造成因和风化程度的差异来划 分地层。该方法是根据堆积物形成的气候-作用时 间长短不同来划分。只要有变化，就可将其分成 不同的层
最稳定矿物(%)+稳定矿物(%)
K= 不稳定矿物(%)+较稳定矿物(%)
最稳定矿物：锆石、金红石，电气石，尖晶石、褐铁矿、黄玉、白 铁矿、锐钛矿、锡石、独居石、刚玉、石英、高岭石、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。
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。
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。
C组
中
国
猿
人 化
B组
石
产
地
南
北
剖
面
（
据
贾
兰 坡
A组
B. 地貌高低：适用于河谷区、海湖岸、山前洪积区，
通过确定各种阶地类型及高程。
2 第四纪地层划分的原则与方法
（1） 生物地层学原则 • 根据生物演化的不可逆性和间断性来划分对比第
四纪地层。难点在于难于找到一定数量的有鉴定 价值的化石。 • 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、更新世特有种与现生种的百分比。 – 古人类。
（2）研究第四纪地层的特殊性
– 短距离内岩相变化大（陆相地层，未固结）， 不同时代的地层直接接触
– 第四纪时期的时间很短，动、植物的演化的特 征不明显，缺乏老地层中的标准化石
第四纪地层
1. 第四纪地层划分的原则和方法 2. 第四纪下限 3. 第四纪分期方案 4. 中国的第四纪地层
一、第四纪地层划分的原则和方法
岩石地层单位：
宇（Eonothem） 界（Erothem） 系（System） 统（Series） 阶（Stage）
时间地层单位：
宙（Eon） 代（Era） 纪（Period） 世（Epoch） 期（Age）
地层系统的建立、划分与对比
地层划分与对比
• 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
鄱阳—大姑间冰期 鄱阳冰期
存在的问题：
• 1、并列的统的时间尺度相差很大。 • 2、无年代学数据。 • 3、未反映气候的多波动性。 • 4、仅反映了Q/N下限为0.7~0.8 MaBP的冰期方
案。 – 以上是方案固有的和以后研究进展反映出的种种不
足。在新方案提出之前对这一个国际方案还应有所 了解。
（2） 气候地层学原则
• 第四纪全球性气候波动的重要特征是冷暖、干湿的
多节奏性变化。这种气候的波动可以引起动植物群 的迁徙和古沉积环境的巨大变化。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。
– 1）冰期、间冰期地层的划分
– 2）干、湿气候地层的划分
（2） 气候地层学原则
三、第四纪分期方案
划分依据
按照生物地层学和气候地层学原则来划分。
• 生物地层学原则应理解为包括海、陆相生物地层。 • 古气候地层学则以暖冷气候旋回为原则。
INQUA，1932
全新统（Q4） 上更新统（Q3）
中更新统（Q2） 下更新统（Q1）
冰后期 大理冰期
庐山—大理间冰期 庐山冰期
大姑—庐山间冰期 大姑冰期
地层的基本知识
地层
各种层状岩石的统称，包括所有的沉积岩、部分火 成岩和变质岩。
地层学
研究层状岩石形成的先后顺序、地质年代、时空分 布规律（狭义）和形成环境条件及其物理、化学性 质的地质学分支学科
地层的基本知识
地层发展过程具有阶段性和不可逆性，是划分地质 年代的基础。
岩石地层 生物地层 年代地层
地层的基本知识
较稳定矿物：磁铁矿、赤铁矿、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。
D. 粘土矿物种类及组合
高岭土、伊利石、蒙脱石等。
硅酸盐矿物风化转变的一般阶段是： 钾长石→绢云母→水云母→高岭石（或蒙脱石）→氧化 铝； 辉石→绿泥石→水绿泥石→蒙脱石→多水高岭石→高岭 石→氧化铁； 黑云母→伊利石→蛭石→蒙脱石→高岭石。
亚利桑那纪念谷的红色风化岩
B. 砾石的风化程度
同一岩性或岩性相似的砾石 风化程度（百分比）或砾石 风化圈（皮）厚度的平均值 与标准差，可作为地层划分 依据
C. 重矿物风化系数（K）
• 重矿物主要指相对密度>2.9的矿物， 其各自百分含量的变化可反映 沉积物重矿物组合的总体风化程度。K值越大,重矿物组合风化程度越 高。
【第四纪综合-多重地层划分方法】
例1
深
冰
海
海
期
洋
氧
沉
同
积
位
素
阶
河
古
湖
人
相
类
沉
古
积
文
化
动
天
黄
物
文
土
群
周
百度文库
阶
演
期
化
【第四纪综合-多重地层划分方法】
例2
780
北京周口店猿人洞 剖面多重地层划分 图
二、第四纪下限问题
2008年的国际地质大会（33rd IGC, Oslo）上已经解决，第四纪被确立为一个 正式的地层单元, 取得的共识是：
– 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。
– 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,属布容正 极性时。
1 华北区（1）生物地层
②中更新统周口店组(Q2 )
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:
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） 气候地层学原则
2）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
1 局部地层层序（相对顺序）的拟定
2 第四纪地层划分对比的原则与方法 （1）生物地层学原则 （2）气候地层学原则 （3）地貌学方法 （4）岩石学方法 （5）年代学方法 （6）古人类及历史考古法
1 局部地层层序（相对顺序）的拟定
A.接触关系
– 切割关系
2
11
– 掩埋关系
2‘
– 过渡关系
同期异相:同一时代地层包括若干的不同沉积物成因类型 同相异期：一种沉积物成因类型划分在不同时代地层中
二，狭义的泥河湾组指不整合面之上部分，称之为上(黄) 泥河湾，以黄褐色砂砾及砂质粘土为主，含泥河湾动物 群；下(绿)泥河湾以灰绿色砂质粘土、粘土夹泥灰岩为 主，含东窑子头动物群。 – 汾渭谷地三门组与泥河湾组情况大体类似（黄三门、绿三 门）。
1 华北区（1）生物地层
②中更新统周口店组(Q2)
– 地点：北京周口店龙骨山第一地点(中国猿人 洞)
（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： A. 物理年代法 B. 放射性同位素年代法 C. 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 学资料可用以帮助对比第四纪地层。
0
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60 m
INQUA - the International Union for Quaternary Research
第四纪黄土-古土壤
S4 L5
S5 L9
L15
(photo by An Z. S.)
A. 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）。
• 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。
文化地层的年代学研究
1
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3
【第四纪综合-多重地层划分方法】
第四纪地球大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的 重大变化事件，都具有一定的内在联系，在进 行第四纪地层的划分和对比时，应综合考虑各 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。
• 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
地层研究的结晶
为什么要研究第四纪地层
（1）研究第四纪地层的重要性
– 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 科研和实践活动都应以地层研究作为基础。
）
1 华北区（1）生物地层
③晚更新世萨拉乌苏组（Q3）
– 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