地貌及第四纪地质学课件

0.绪论•理论教学2学时。•了解第四纪地质学及地貌学的概念、研究内容、研究方法以及二者间的相互关系；•一般了解第四纪地质学和地貌学的研究现状和发展趋势；•了解第四纪地质学及地貌学在水文地质及地质工程、环境地质及矿产开发研究中的意义。•了解第四纪沉积物的基本特征。•地质学及地貌学、研究内容及其在水文地质及地质工程、环境地质及矿产开发研究中的意义。0.1第四纪地质学及地貌学的由来•第四纪地质学•1829年，法国地质学家Desoyes在研究巴黎盆地时，将覆于第三纪地层之上的一套松散堆积物称为第四系（QuaternarySystem）,并将形成这套堆积物的时代命名为第四纪（Quaternaryperiod），与当时通用的地质时代—第一纪、第二纪和第三纪并列。•1839年，英国著名地质学家Lyell将当时第三系上部那套70%以上的腕足均为现在属种的地层称为更新统，将形成这套地层的时代叫做更新世。后来，他又将更新统顶部生物残核全由现代属种组成的那套地层称为全新统，相应的年代为全新世（Holocene）。•继Schimper(1837)与Forbes(1846)对气候和冰川的研究，Marlot于1856年正式将第四纪划分成两个世—更新世（Pleistoceneepoch）和全新世（Holoceneepoch），并分别与第四纪冰期与冰后期对应。•经过一百多年的变革，第一纪、第二纪已被废弃，但第三纪与第四纪却被广大的地质学家接受，近年来，人们试图用晚近纪和新近纪分别来取代第三纪与第四纪，但到目前为止还未得到广泛的认可。•研究第四纪地壳、气候和生物界演化历史及其分布规律的科学，叫第四纪地质学（QuaternaryGeology）。地貌学•地球岩石圈又叫构造圈，地球的内力作用使岩石圈发生变形和岩浆活动，结果使地球表面起伏不平，形成明显的地势差。外动力地质作用在地球表面削高填低，河流中上游区域以侵蚀为主，塑造千姿百态的侵蚀地形。下游区域以堆积为主，形成各种堆积地形。本世纪对大洋的深入研究表明，洋底地形同样丰富多彩，既有绵延数万千米的洋中脊系，又有延伸数百千米、海拔数千米的岛链和深达数千米到万余米的深海沟系。•这些复杂多样的地表形态的特征、成因及其演化规律是地球科学研究的范畴，并逐渐成为地球科学的一个重要分支。•研究地球表面各种地形形态、结构及其发生、发展的科学，叫做地貌学（Geomorphology）.0.2第四纪地质学及地貌学的研究内容•第四纪经历了多次重大变化。并以各种形式记录下来，要重塑第四纪演化历史，必须对它们进行详细研究。具体来讲，包括第四纪地层、生物界、古气候、海平面变化和新构造运动等。•地貌学的研究内容：地球表面各种形态特征、形成地貌的内外营力作用、地貌随时间的演化规律、地貌的内部结构及地貌的空间分布规律。0.3地貌学及第四纪地质学的研究意义•地貌学及第四纪地质学均是研究第四纪（地史中最新、延续时间最短的一个纪），其之所以成为一门独立的学科，概括起来有以下几方面的原因：•（1）第四纪与以前其它地质时期相比，最大的特点是大规模冰川的出现与消失；其次是第四纪堆积物覆盖于地表，并且大部分是松散的；第三点是第四纪生物群与现代生物群关系密切，最突出的特征是人类的出现等等。•（2）与第四纪地质现象相适应，有一些不同于前第四纪地质历史的研究方法。例如，冰期和间冰期划分、地貌学以及考古学和古人类学的研究方法等。•（3）第四纪地质现象与人类的关系特别密切，因而具有特殊的重要意义。•（4）第四纪地质现象保留完整，而且其地质过程仍在继续进行，研究这些现象和过程，有助于揭示和理解第四纪以前的地质历史，具有特殊的理论和方法学的意义。•（5）第四纪地层中蕴藏着丰富的矿产。•（6）在进行水文地质和工程地质勘察时，不同类型的地形形态和第四纪堆积物在空间上的展布资料非常重要。如在山区道路工程设计中，铁路和公路通常是顺河修建，就是利用了河谷纵比降小的特点。0.4第四纪地质学与地貌学之间的关系•第四纪地质学与地貌学间有着密切关系。如研究第四纪堆积物成因类型时只有在重视地貌条件的分析才能获得准确的结论；同时期地层的分布往往与地貌条件是分不开的，地层的出露通常在地形上的一定部位，如果一个地区的标准地层已经确定，运用地貌方法可以进行地层的横向对比；根据第四纪地层恢复古地理时，如果缺乏地貌学的观点是很难建立的，对于冰期中冰川范围之恢复更是如此；新构造运动的研究取决于地貌的研究成果，特点是构造运动的幅度和速率的确定。同样，离开第四纪的研究，地貌学研究也很难深入，无法获得显著的进展。0.5地貌及第四纪地质学的研究进展•地貌学研究地貌学研究•80年代和90年代相继出版的1：100万地貌图是地貌研究取得一系列成果的的基础上完成的。近年来3S技术和地貌测年技术的应用，大大地提高了地貌学的研究效率和质量，使研究内容在宏观和微观两方面均有重大进展。•第四纪地质学研究•首先是第四纪地层学研究方面，岩石地层学和生物地层学由于地表剖面和钻孔资料增多、沉积岩石学、测试技术及大地构造理论的发展对岩石地层学的认识更加全面、细致和客观。•第四纪测年学进展日新月异。•第四纪海洋地质学的研究揭示第四纪海岸线经历了多次大的波动，这与深海氧同位素的研究结果和第四纪冰川的消长呈很好的对应关系。•第四纪生物学的研究无论是无脊椎动物还是脊椎动物都有较大的进展，更多的属种被发现，生物区系划分更细。•古人类的研究更是硕果累累，发现点不断增多，出现的时代逐渐向前推进。第四纪生物学的研究无论是无脊椎动物还是脊椎动物都有较大的进展，更多的属种被发现，生物区系划分更细。古人类的研究更是硕果累累，发现点不断增多，出现的时代逐渐向前推进。古人类的研究更是硕果累累，发现点不断增多，出现的时代逐渐向前推进。第四纪生物学的研究无论是无脊椎动物还是脊椎动物都有较大的进展，更多的属种被发现，生物区系划分更细。古人类的研究更是硕果累累，发现点不断增多，出现的时代逐渐向前推进。•古气候学研究方面，随着新技术的应用以及地学各学科领域的发展，第四纪古气候中的一些重大问题如冰期成因、洋面变化、气候地层学等均有新的进展。1.第四纪地层划分•理论教学4学时。•（1）掌握第四纪地层划分标志（古气候、古生物、古人类与考古、构造和地貌；岩性和岩相、同位素年龄、古地磁等）；•（2）掌握第四纪划分及各世的绝对年代界限；•（3）掌握第四纪一些常用的测年方法。•（4）掌握中国第四纪地层的基本特征；•（5）掌握华北及华南地区的第四纪地层系统；•（6）了解东北、西北、西藏地区第四系基本特征。•本章重点是第四纪地层划分方法及第四纪地层划分。•难点是中国不同地区第四纪地层系统的建立。1.1第四纪地层划分1.1.1第四纪地层划分方法•（1）岩石地层学方法•岩石地层学方法是根据第四纪地层的岩石学特征来划分地层，是一种直观、实用的方法。与古生代地层不同，第四纪陆相地层所占比重较大，这就决定了这种方法在使用上的局限性，即只能在一定的区域范围内进行对比。•（2）生物地层学方法•第四纪生物群的一个显著特点是含有现代生物种属，尽管有许多第四纪生物属种发生了明显的演化，但由于第四纪时限短，通常是根据生物共生组合如大熊猫―剑齿象动物群来划分第四纪地层。•（3）年代地层学方法•岩石地层学及生物地层学方法一般是区域性的，要建立洲际性的对比必须运用年代地层学方法。年代地层单位是指在一定地质时间内形成的所有地层。由于它不涉及具体的岩性，有利于洲际间的地层对比，由于这种资料依赖于测年资料，测年的精度直接影响到对比的精度。近年来，国际上测年技术有了长足的发展（见附录2），使测年的精度和可靠性有了较大的提高。•（4）地貌学方法•层状地貌的研究如夷平面、剥夷面、阶地及层状溶洞的研究在区域地层对比方面具有十分重要的意义。•（5）气候地层学方法•冷暖交替是第四纪气候的主要特点，根据这一特点，可将第四纪地层划分成一系列的暖期地层单位和冷期地层单位，这在区域性地层划分和对比中非常实用。1.1.2第四纪的下限问题•对于第三纪与第四纪之间的界限位置，有以下几种观点。•（1）划在意大利剖面的Astian与Piacenzian层之下，在海洋剖面中，这一边界被划在Globorotaliamiocenica的底部带。在古地磁表中，划在Gilbert世的底界。距今3.4Ma。•（2）西欧的中Vilafranchian层之下，接近Gauss世的边界，大致为2.5Ma。•（3）含北极软体动物和底栖动物群的Calabrian沉积物质之下；陆相沉积物的上Vilafrantiachian沉积物之下。海洋剖面中，划在Globaratatrancatulinoides带的底部；位于古地磁的Olduvai事件范围内，距今1.87-1.67Ma前。国际地质大会推荐的这一边界得到许多地学工作者的认同。•（4）划在西欧的Cromerian层之下，古地磁Matuyama-Brunches边界之下，接近0.75Ma。•古地磁Mammoth事件底部，或Gauss-Gilbert世之间，3.15-3.4Ma.1.2第四纪的划分•第四纪划分为更新世（Pleistocene）和全新世(Holocene)。更新世形成的地层为更新统，包括至少四次冰期和三次间冰期形成的冰期堆积物和间冰期堆积物（表1-1）；全新世形成的地层为全新统，是冰后期的堆积物。•更新世可进一步分为早更新世、中更新世和晚更新世，对应的年代地层单位分别为下更新统、中更新统和上更新统。早、中更新世之间的界限划在倒数第二间冰期开始之前，古地磁Matuyama-Brunches磁世的边界，距今100万年,中晚更新世边界划在最近一次间冰期的底部,大约距今12.5万年,晚更新世和全新世间的界限一般划在距今1万年。1.3中国第四纪地层•在第四纪，中国亦存在着冰期，但由于中国所处的特殊地理位置，在第四纪时期更新世冰川发育时期，中国北方处在冰川和冰缘环境，而中国南方除少数高山地区发育山岳冰川外，大部分地区为非冰川环境。全新世中国绝大部分地区处在非冰川环境内。•从类型来看，以秦岭为界，南北分野明显。秦岭以南，以湿热气候为特征，除少数地区发育冰川外，大部分地区发育湖积、冲积、洞穴堆积与重力堆积，含热带动植物群残核。秦岭以北，则以风成砂、黄土和黑土发育为特征，所含动植物群既有寒带型，也有热带型，剖面上往往与冰期、间冰期对应。青藏高原的第四纪沉积物以冰川、冰水和冰水湖为主，形成了寒冷气候下的独特沉积区，永冻土发育，厚度大。1.3.1华北地区第四纪地层•华北区东至滨海，西达甘肃，北起内蒙古，南抵河南中部。第四系各统发育齐全，下更新统为泥河湾组及其同期沉积；中更新统为周口店组及其相当地层；上更新统为马兰组及其相当地层；全新统为近代堆积层。泥河湾组（Q1）•泥河湾组标准剖面在河北省阳原县泥河湾村，为一套河湖相沉积。泥河湾组可分上、下两段，其间存在一明显的侵蚀间断面。下段为浅红、棕色及微绿色砾石层及砂层为主，夹粉砂和粘土层，含淡水蚌壳，习惯上称为绿泥河湾组。上段为浅红、黄棕、浅绿、灰白色的砂层及粘土层、灰泥层，习惯上称为黄泥河湾组。该组中含有三趾马―真马动物群(Proboscidipparionsinensis―Equussp)及大量的软体动物化石，动物群的特点是第三纪的动物仅有少量的残留，图1-1泥河湾东窑子头大南沟口东壁地层（据杨英俊）•如Proboscidipparionsinensis(长鼻三趾马),Elasmotheriumsp.(板齿犀)等，第四纪属种大量出现，如Equussanmeniensis（三门马）,Equussp.（马）,Bisonpalaeosinensi（野牛）,Elephassp.（象）,Euctenocerosboulei（步氏大角鹿）等，代表森林草原环境。•泥河湾组广泛分布在河北、陕西、山西等省的大中型山间盆地和谷地中。在山西大同一带，泥河湾组中还穿插多层火山熔岩和火山碎屑岩，表明泥河湾组形成时大同盆地有过多次热事件出现。在华北地区，与泥河湾组相当的地层还有河南三门峡地区的上三门组、陕西榆林