第十一章第四紀地層

第四紀地層劃分原則和方法中國的第四紀地層

第四紀地層是地質(zhì)歷史時期，自然地理環(huán)境與地殼變動的記錄。關(guān)于第四紀地層的劃分和對比，對生產(chǎn)建設(shè)有重要意義。由于第四紀陸相地層多為松散堆積物，形成時間短，巖相變化大，地層劃分對比方法和原則，一般應(yīng)用古氣候冰期與間冰期、古人類與考古學(xué)方法以及綜合應(yīng)用各種測試手段等。

第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法1．生物地層學(xué)法這是劃分對比第四紀地層的基本方法。利用生物發(fā)展的不可逆性，判別第四紀地層的新老關(guān)系，同時應(yīng)用生物組合方法，劃分與對比第四紀地層，建立起生物地層層序。生物的演化發(fā)展落后于環(huán)境變化，出現(xiàn)生物孑遺與先驅(qū)問題，如同一種動物化石可以出現(xiàn)于不同的地層中，要利用生物化石的組合特征，作為地層劃分的依據(jù)。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法2．古氣候?qū)W法第四紀的特征之一是氣候冷暖交替變化。全球性冰期與間冰期出現(xiàn)，促使生物界與古地理環(huán)境發(fā)生巨大變化，也促進人類的出現(xiàn)與發(fā)展。因此，冰期與間冰期是劃分第四紀地層的主要依據(jù)。海侵地層是第四系劃分與對比的標志之一。古土壤、化學(xué)元素分析方法，作出古氣候波動曲線圖，成為第四系劃分與對比的原則和方法。

第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法

3．古人類與考古學(xué)法第四紀是人類出現(xiàn)與發(fā)展的時代。古人類化石與文化遺跡的研究程度較高，石器的演化較明顯，所以用這種方法確定第四紀下限，并進行地層劃分對比，是非常重要的。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法4.地貌學(xué)方法第四紀地層與地貌密切相關(guān)，不同地貌部位，第四紀沉積物不同。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法5．同位素年齡測定方法用同位素年齡劃分第四紀地層是應(yīng)用較廣泛的方法，并逐漸建立起第四紀地層年代表。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法

(1)放射性碳(14C)法有一定初始14C濃度的地質(zhì)樣品，在停止14C交換后，樣品中14C放射性衰變引起14C濃度下降，依此即可測到樣品年齡。測定年齡范圍500至70000年，是研究全新世和晚更新世后期較有效的方法。測定材料是木材、泥碳、貝殼、骨、角(或化石骨、角)，淤泥、土壤和有機碳酸鹽。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法5．同位素年齡測定方法

(2)鉀—氬(40K-40Ar)法根據(jù)巖漿巖及有關(guān)地層中的放射性40K逐漸蛻變成為40Ar的數(shù)值計算它的年齡。測定年齡范圍為50一100萬年。隨著超真空，快中子活化等技術(shù)的發(fā)展，近年測量時間上限已達25Ma，能測定全新世的大部分年齡。測定樣品是長石、云母、海綠石和玄武巖等含鉀礦物和巖石，主要用于火山灰地層以及考古和古地磁的研究o

第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法5．同位素年齡測定方法

(3)鈾系法根據(jù)長壽命同位素234U、235U蛻變的中間產(chǎn)物在沉積物與其母體之間的放射性平衡變化程度，測定沉積物年齡。測定材料是珊瑚、鮞石、石灰華、骨頭化石和貝殼等，主要應(yīng)用于測定海相生物碳酸鹽沉積物年齡、海面升降、河流、湖泊階地年齡等。測定范圍5000年至1Ma。

第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法5．同位素年齡測定方法(4)熱發(fā)光法根據(jù)礦物、巖石加熱后發(fā)光強度與其以往所接受的總輻射劑量間成正比關(guān)系，輻射量積累與時間顯函數(shù)關(guān)系，可估計其年齡。測定材料是長石、石英、碳酸鹽礦物、古陶瓷、火山玻璃、隕石、黃土等。主要用于測定考古、火山活動、地層對比和古氣候等。測定的年齡范圍是2Ma或大些。

第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法5．同位素年齡測定方法

6、古地磁方法巖石受地球磁場影響發(fā)生磁化，分析巖石中的天然剩磁，可以了解巖石形成時的地磁極性。地磁極性、磁偏角、磁傾角等都隨時間發(fā)生變化。地球上同一年齡的巖石，不論其類型、地區(qū)如何，具有相同的地磁性，或同是正極性(古地磁極性與現(xiàn)代地磁極性一致)，或者是反極性(古地磁極性與現(xiàn)代地磁極性相反)。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法

6、古地磁方法地質(zhì)歷史時期，地磁極性呈現(xiàn)一系列不等頻正、反交替變化，極性時間保持在1Ma左右者，稱極性期，分正極性期和反極性期；極性時間保持在1萬到10萬年左右者，稱極性事件，亦分為正極性事件和反極性事件，極性事件從屬于極性期。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法

本世紀50年代，由于地磁學(xué)的發(fā)展，使大陸漂移學(xué)說，再次受到重視，60年代以來，對于深海沉積物古地磁極性倒轉(zhuǎn)問題的研究，了解到古地磁極性倒轉(zhuǎn)變化速度比磁極的移動快得多，依據(jù)地磁極性變化所擬定的古地磁極性年代表，為第四紀地質(zhì)學(xué)研究提供全球性年齡獨立體系。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法6、古地磁方法7、重砂礦物方法第四紀沉積中的礦物，可分為重砂礦物(又稱碎屑礦物)與自生礦物。前者反映物源區(qū)特征，自生礦物是沉積環(huán)境的標志。因為重砂礦物化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，作為第四紀地層對比、恢復(fù)古地理環(huán)境的依據(jù)。第一節(jié)、第四紀地層劃分原則和方法

第三紀上新世，形成河北桑干河，山西汾河，陜西渭河等斷陷盆地，其中新生代河湖相沉積發(fā)育，厚度大。下更新統(tǒng)以泥河灣組，三門組為代表。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)

(1)、泥河灣組分布在河北陽原桑干河盆地地區(qū)，位于陽原縣東部的桑干河與壺流河的交匯處，并和蔚縣為鄰，海拔高度500一1000m，沉積物厚度約500—600m。是河流湖泊相沉積物。一般剖面露頭厚度是幾十米至100多米。泥河灣組是1924年由巴爾博(G．B．Barbour)建名的，建名地點是泥河灣村。泥河灣層位于黃土之下，“三趾馬紅土”之上。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)

泥河灣組以湖相沉積為主，夾河流相沉積，主要是灰綠、灰黃色砂層、砂礫層、粘土，粉砂質(zhì)粘土和粉砂層，局部地區(qū)上部夾石膏及泥碳層。厚約150m，鉆孔揭露500m以上。其中除了豐富的哺乳類動物化石外，還含有軟體動物與介形蟲化石。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)

河南三門峽一帶與渭河盆地中，與泥河灣組相當?shù)牡貙臃Q三門組，主要是由棕黃色礫石、砂、粘土質(zhì)砂、砂質(zhì)粘土、細砂、粉砂夾薄層泥灰?guī)r，厚200—400m。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)(2)雨花臺組分布在南京附近的雨花臺西善橋及江蘇江寧、六合、宿遷等地區(qū)。下部以礫石層為主，中部為砂、粉砂質(zhì)層，上部為微紅色粘土層。一般厚約50m，個別地點達100余米。不整合于新第三系浦鎮(zhèn)組之上,為上更新世黃土狀粘土與底礫層所覆蓋。它的形成是屬于網(wǎng)狀河系的砂壩堆積物。礫石多發(fā)育在階地上，礫石來源于長江及其支流，時代屬于早更新世。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)

主要分布在雷州半島和海南島北部。下部是砂層和灰黃色粘土互層，厚2—8m；上部是砂礫與灰色頁狀粘土互層，砂粒成分主要是石英，少量長石和云母，厚2—12m。湛江組的厚度隨地區(qū)不同差異很大，湛江組中普遍夾1—4層玄武巖。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)(3)、湛江組(4)元謀組位于云南北部，是南北向延伸的盆地，以河湖相堆積物為主，厚695m。以粘土、亞粘土、砂、砂礫為主，夾腐植質(zhì)粘土和褐煤。元謀組最上部發(fā)現(xiàn)元謀直立人化石，同位素年齡約為170±10萬年。經(jīng)古地磁測定，屬于高斯正極性期的下部，距今1．5—3.2Ma。在元謀盆地發(fā)現(xiàn)龍川冰期，距今約3．5Ma，是我國發(fā)現(xiàn)的較老冰期。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)(5)洞穴堆積早更新世的洞穴堆積，以廣西柳城巨猿洞為代表。溶洞高出地面90m，堆積物自上而下分為4層：

④、頂部鐘乳石厚殼。

③、含碎石的黃色土。

②、微紅黃土，鈣質(zhì)膠結(jié)。

①、松散的棕褐色土狀堆積上復(fù)鐘乳石硬殼。第二節(jié)、中國的第四紀地層1、下更新統(tǒng)(1)金牛山下組金牛山位于遼寧營口縣永安鄉(xiāng)，是一座拔地而起的孤立小山，海拔69．3m。1974年、1975年、1976年和1978年曾多次發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)了保存在兩個洞穴裂隙里的豐富哺乳類動物化石。金牛山下組上層是含碎石的棕黃一棕褐色亞粘土；下層為棕紅色角礫，兩層之間夾一層灰綠色粗砂層，厚度約5m。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(2)周口店組中更新世標準剖面，在北京周口店第一地點(又稱北京猿人地點)，厚43m。①、石灰?guī)r角礫層；②、片流粉砂、粘土和礫石(來自上礫石層)；③、河流細粉砂和細礫砂沉積物；④、古人類穴居活動形成的灰燼層；⑤、鐘乳石堆積。并發(fā)現(xiàn)73萬年前的古冰楔。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(2)周口店組古地磁測定結(jié)果為正向極性，相當古地磁極性時間表上的布容正向期。含北京猿人頭骨化石的第9層，用裂變徑跡法測得年齡是46萬年。

第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(3)、紅土堆積物華南，西南的低山丘陵與盆地地區(qū)，廣泛發(fā)育紅土堆積，這是熱帶與亞熱帶氣候條件下的產(chǎn)物。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)①、網(wǎng)紋紅土是指具有蠕蟲狀、指狀、管狀或黃白網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的紅色土。粘粒含量高，粗粒石英和少量云母呈星點狀散布其間，呈基底式膠結(jié)。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(3)、紅土堆積物①、網(wǎng)紋紅土粘土礦物以高嶺土類為主，形成蠕蟲狀條帶。其次是蒙脫石、伊利石，游離氧化鐵(主要是Fe203)含量較高，達70％左右，以膠膜形式包裹在土粒表面和充填在土?？障吨校雇馏w浸染成紅色。白色蠕蟲狀等網(wǎng)紋條帶，是未受游離氧化鐵浸染與鐵質(zhì)淋溶的殘余高嶺土類白色粘土。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(3)、紅土堆積物

網(wǎng)紋紅土形成于中更新世高溫之前，晚更新世以后，由于氣候變冷變干旱，氣候波動頻繁，時間較短促，已不能發(fā)育成高嶺土型的紅色風(fēng)化殼。網(wǎng)紋紅土分布在湖南南部、江西南部以及華南地區(qū)。廬山牯嶺附近1000—1300m也有分布。

第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(3)、紅土堆積物①、網(wǎng)紋紅土

分布在江西、湖南、福建、廣東、廣西等省200m以下的丘陵地區(qū)，部分可達300—600m高程。紅土中的粘土礦物主要有高嶺石、多水高嶺石、水白云母、蒙脫石與三水鋁土礦、水針鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦等。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(3)、紅土堆積物②、紅土

組成紅土的基本化學(xué)成分是SiO2(33—34％)、Al2O3(25—27％)、Fe2O3(22—-23％)。三者占78—84％。絕對遷移量隨著風(fēng)化時代不同而變化，時代愈老元素遷移量愈大。因此，對風(fēng)化殼與風(fēng)化時代的研究，有助于第四紀地層的對比。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(3)、紅土堆積物②、紅土

分布于廣東省雷州半島、海南島沿岸地帶和廣西北海、合浦等地區(qū)。在地貌上多成三級階地。最早發(fā)現(xiàn)于北海地區(qū)，因而稱為北海組。該組分為上、下兩層，間隔鐵質(zhì)結(jié)核層。上層粘土質(zhì)砂呈塊狀構(gòu)造，下層砂礫為層狀構(gòu)造和斜層構(gòu)造。厚度一般是5—10m，海南島儋縣螞蝗嶺，厚達80m。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(4)、北海組

北海組常不整合覆蓋在古生代地層、燕山期花崗巖以及湛江組地層之上，與湛江組呈平行不整合接觸。北海組中的玻璃隕石經(jīng)裂變徑跡法測年，是70—60萬年，古地磁測量是正磁化，屬于布容正向極性世。北海組是河流沉積，在廣西石頭埠北海組地層中發(fā)現(xiàn)海綠石，所以部分屬于濱海相。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(4)、北海組(5)洞穴堆積我國南方石灰?guī)r地區(qū)溶洞分布廣規(guī)模大，洞穴中堆積了古人類化石及石器等。如四川萬縣鹽井溝洞穴，其中堆積了10m厚的紅、黃色粘土與角礫，含豐富的哺乳類動物化石，屬中更新世，稱為鹽井溝動物群。第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(6)白沙井組在湖南長沙市近郊白沙井研究而得名。廣泛分布于湖南省與湖北東南部。上層是黃褐、棕紅色網(wǎng)狀紅土，風(fēng)化后其中的鈣、鋁質(zhì)淋溶流失，留下蜂窩狀構(gòu)造，一般厚約20余米；下層以石英燧石、石英砂巖為主，含少量砂巖、板巖等為成分的礫石層。先期是河湖相，后期是河流相。組成湘江流域的三級階地，具有二元結(jié)構(gòu)，階地面高出河面20—30m。

第二節(jié)、中國的第四紀地層2、中更新統(tǒng)(1)、丁村組位于山西襄汾縣城關(guān)鎮(zhèn)南5km的丁村組，1954年建立。丁村組位于下部的離石黃土與上部馬蘭黃土之間，上部為砂與