第四纪地质学笔记整理

第四纪地质学笔记整理第一章绪论（略）表1第四纪地质年代表（据InternationalStratigraphicChart,2009.表格中数据为下界年龄）第二章第四纪地貌和地球环境变化动因概述一、第四纪的基本特点①人类出现：由猿演化为人是哺乳动物演化中的重大事件,是最近几百万年的事,因此有人把第四纪称为“人类纪”或“灵生纪”。②大规模冰川作用：第四纪时期,地球两极均存在大陆冰盖,因此第四纪又称“冰川时期”。③海平面变化：第四纪时期由于气候的冷暖波动,发生了频繁的、大幅度海平面升降。④活跃的地壳运动：水平运动(如印度大陆向喜马拉雅山的移动)垂直运动(如青藏高原的强烈隆升和华北平原等的大幅度下降)⑤其他：如广泛堆积陆相沉积物和矿产；人类活动增强以及各种灾害改变人类生存环境。二、第四纪沉积物(一)第四纪沉积物基本特征①岩性松散(除海滩岩、火山岩、强钙质胶结的沉积物外)——是确定第四纪沉积物的重要特征。②成因多样————几乎包括了所以外力成因的沉积物。③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④厚度差异大————厚度从厘米级到数百米。⑤不同程度地风化——如早更新世：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⑥含哺乳动物化石及古文化遗存——多存于洞穴堆积、河湖相堆积。(二)第四纪沉积物岩性第四纪沉积物岩性有：碎屑沉积物、化学沉积物、生物沉积物、火山堆积物、人工堆积物。表2碎屑粒级分类与Φ值关系(三)第四纪沉积物成因研究1、第四纪沉积物的成因类型标志1）沉积学标志(1)岩性Ⅰ.砾石((2mm))a.砾性(不同成因的沉积物砾石的岩性不同)b.砾径c.砾向d.砾态（圆度球度扁平度）e.表面特征（擦痕擦口压痕撞痕砸痕）f.风化程度(全风化半风化未风化)Ⅱ.砂和粘土(2mm)砂、亚砂土、亚粘土、粘土a.粒度特征b.石英砂的表面特征(2)沉积结构Ⅰ.流动营力结构a.定向结构叠瓦式河流b.非定向结构离散式急流快速堆积弥散式无数细小角砾弥散分布在砂土中片流充填式巨砾间充填无数后续水流的细砾河流和洪流Ⅱ.非流动营力结构a.定向结构冰楔式(冻融作用挤压)多边形式(冻融作用)b.非定向结构架堆式(重力堆积以点接触)层间式(假层理)(3)沉积构造Ⅰ.层理Ⅱ.楔状体Ⅲ.结核Ⅳ.网纹构造（蠕虫构造)中国南方亚热带第四纪红土中的一种普遍次生构造。特征是白色粘土条带穿插于红土中。2）地貌标志(1)直接地貌标志河流－－阶地洪流－－洪积扇(2)间接地貌标志相关沉积物：地貌与沉积物的相关性3）环境标志(1)有机环境标志Ⅰ.海相化石Ⅱ.淡水化石Ⅲ.其他陆相生物化石(2)无机气候标志Ⅰ.黄土、岩盐、石膏－－干旱;红土风化壳－－温暖、潮湿Ⅱ.粘土矿物2、第四纪沉积物成因类型及其分类大类成因组成因类型成因亚类残积物el各种风化壳土壤pd现代土壤古土壤残积组崩积物col滑积物dp斜坡组（重力）土流堆积物sl坡积物dl洪积物pl扇顶扇形边缘相冲积物al河床河漫牛轭湖泥石流堆积物df流水组溶洞堆积物ca化学角砾骨化石泉华cas地下河堆积物call地下水组地下湖堆积物cal湖积物l淡水咸水湖积物大陆沉积系统湖沼组沼泽堆积物fl大类成因组成因类型成因亚类冰川堆积物gl终积侧积底积等冰水堆积物gfl冰湖堆积物lgl冰川冻土融冻堆积物ts石海融冻泥石流风积物eol风力组风成黄土eol-ls残坡积物eld坡冲积物eld冲洪积物alp大陆沉积系统混合成因冲湖积物all大类成因组成因类型成因亚类河口堆积物mcm泻湖堆积物mcl海陆过渡系统海陆交互三角洲堆积物dlt滨岸堆积物mc海岸生物堆积物mr浅海堆积物ms海洋系统海洋沉积深海堆积物md成因不明堆积物pr内力作用堆积物（火山、古地震）其他人工堆积物（a)化学堆积物ch生物堆积物(b)附：各种成因沉积物的野外鉴定1、坡积物：（1）分布：山坡坡脚。形成坡积裙（2）岩性：以砂、粉砂和亚粘土为主。角细砾以棱角—次棱角状为主，成分与斜坡上基岩一致。（3）结构与构造：平面上近坡部分以粗粒为主，夹细粒碎石砂土透镜体，宽度和厚度不大。中部以亚砂土或亚粘土为主，夹少量碎石透镜体，宽度和厚度最大。近谷底部为亚粘土，厚度不大；有时过渡为坡积——冲积层。垂直坡面上：形成自下而上由碎石——亚砂土——亚粘土构成的韵律层。表面常发育古土壤。坡积物层理与坡面倾向、倾角大体一致，岩屑扁平面多顺坡向排列，长轴与坡向近垂直。（4）厚度与斜坡形态和坡面流速有关。2、洪积物：（1）分布：冲沟口。形成洪积扇；泥石流的扇形地貌不明显，冲沟中堆积物较多。注意与冲积扇的区别（2）岩性：主要是砾石、砂、粘土混合物，很少发现化学沉积物。砾石的磨圆差，粒径大小悬殊。泥石流的砾石悬殊更大，表面泥质更多。洪积物具有相带性，泥石流沉积物不具有相带性。（3）结构与构造：具“多元结构”：槽洪相粗粒沉积物成条状由扇顶伸入，剖面上呈各种透镜状，常与细粒沉积物交互，呈现不连续层状，称“多元结构”。砾石透镜体代表古河道位置。砾石ab面逆指上游。洪积物的磨圆度较低,一般介于次圆状和次棱角状之间。洪积物的层理不发育3、冲积物：（1）分布：河谷及谷坡。形成台阶地貌。（2）岩性：主要是砾石、砂、粘土。具有明显的分层特征。砾石层、砂层、粘土层分开。砾石成分复杂,往往具叠瓦状排列。砂和粉砂的矿物成分中不稳定组分较多。碎屑物质的分选性较好。碎屑颗粒的磨圆度较高。（3）结构与构造：冲积物层理发育，类型丰富，层理一般倾向河流下游。冲积物常呈透镜状或豆荚状，少数呈板片状。冲积物往往具有二元结构，下部为河床沉积，上部为河漫滩沉积。4、冰碛物和冰水沉积物：（1）分布：冰碛物比较复杂。冰水沉积物多分布在低处。（2）岩性：主要是砾石和粘土。杂乱堆积。具有泥包砾现象。砾石大小相差悬殊。磨圆和分选多很差。砾石的表面具有压坑、擦痕、磨光面。五角状、三角状、熨斗状（3）结构与构造：无层理，杂乱堆积。砾石的a轴平行冰川运动方向。野外需要测量a轴的方向。5、重力堆积物：（1）分布：陡壁下。形成倒石锥或倒石堆。（2）岩性：主要是角砾石。粘土极少。砾石大小相差悬殊。磨圆和分选多很差。具有撞击痕迹。（3）结构与构造：无层理，杂乱堆积。无磨圆和分选性。砾石之间为架状接触。6、洞穴堆积物：（1）分布：岩溶洞穴或裂隙。应区分洞穴堆积和裂隙堆积。洞穴堆积分布溶洞中。裂隙堆积分布裂隙中。（2）岩性：主要是砾石、角砾石、粘土、钙板、钟乳石。流水沉积：砾石层、粘土层；重力堆积：角砾石；化学沉积：钙板、钟乳石（3）结构与构造：流水沉积：层理发育，砾石磨圆和分选性较好。重力堆积：无层理，砾石棱角状。化学沉积：发育纹层层理。三、地貌(一)地貌形态地貌形态测量指标：高度坡度地面破坏程度(二)地貌成因地貌是内、外地质营力相互作用的结果。内力地质作用是地球内部深处物质运动引起的地壳水平运动、垂直运动、断裂活动和岩浆活动，它们是造成地表主要地形起伏的原因，其发展趋势是向增强地势起伏方向发展，如山岳平原的形成及其相对高度的增大变化。外力地质作用是太阳能引起的流水、冰川和风力等对地表的剥蚀与堆积作用，其作用趋势是“削高补低”向减小地势起伏，使其往近海洋水准面方向发展，这一过程塑造成多种多样的地表外力成因地貌。(三)地貌相对等级分类：(1)巨型地貌大陆、洋盆、大陆边缘(2)大型地貌山地、丘陵、平原(3)中型地貌山岭(分水岭)、谷地(河谷)(4)小型地貌断层崖、地震裂缝…(5)微型地貌山洞，岩峰…(四)地貌发展的旋回性美国地貌学W.M.Davis提出侵蚀旋回学说，即指假定有一地块，原始面非常平缓，在某一地质时期突然抬升，抬升后遭受河流的侵蚀和流水剥蚀，根据剥蚀程度，分为：a.幼年期：短暂而起伏迅速增加。峡谷V字型，高差大。b.壮年期：“起伏最强烈，地形变化最大”。河谷侵蚀，斜坡大量发育，峡谷变宽谷。c.老年期：起伏微弱而无限延长(指时间)。山坡消失，在分水岭之间残存有小小的残丘。形成老年期的时间需很长。地貌旋回是美国人戴维斯（W.M.Davis）1899年提出的一种地貌发展的理论模式。一个平坦地区由于地壳运动而被抬升，其后在长期地壳稳定条件下，地貌受长期侵蚀作用，经历幼年期、壮年期、老年期的地貌发育阶段，称为一个侵蚀旋回。再一次的地壳运动后，准平原再度被抬升，地貌又进入一个新的侵蚀旋回，称侵蚀回春。后来戴维斯又考虑到其他外动力地质作用，划分了冰蚀旋回、干燥旋回、海蚀旋回等。这一学说，从发展的观点提出了地貌发展的阶段性，对地貌学的发展有着深刻的影响，但他所假设的构造运动条件过于简单、机械，对侵蚀旋回发育阶段仅用演绎的方法，是比较片面的。四、第四纪地球环境变化动因概述（展开论述Ref.）(一)第四纪气候变化Keywords:太阳辐射，大气环流与季风，洋流系统快速调整(二)新构造运动Keywords:地壳双模式分布，青藏高原隆升(例)(三)人类活动影响Keywords:荒漠化，盐碱化，CFCs，核冬天外因：太阳辐射量，地球轨道参数变化，彗星撞击等。内因：岩石圈板块构造Ref.WilliamsM.A.J.etal.QuaternaryEnvironments.刘东生等[译]第四纪环境.北京:科学出版社,1997:13-21.第九章第四纪沉积物年龄测定与古环境参数研究方法概述一、第四纪沉积物年龄测量方法（据Ref.）1.放射性定年法（1）宇宙成因核素①14C法14C测年是全新世及晚更新世最常用、一般也最可信的方法,其理论严格,技术成熟,而且适用于14C测年的样品品种多且容易找到。14C法可测对象包括树木、木炭、泥炭、粘土、贝壳、珊瑚、钙质结核、洞穴沉积物等。适用测年范围100aBP~50kaBP.近年来,由于小样品14C低本底测量技术的发展,以及AMS技术的应用,不仅使其测年下限可延长至7万年,而且用于分析14C的样品量少至10毫克甚至几十微克,从而开拓了14C法研究的新天地。如夏商周断代的年龄框架就是通过14C年龄测定建立的。②10Be和26Al10Be和26Al等宇宙成因核素作为第四纪计时器,是AMS研究热点。目前,通过研究控制初始10Be浓度的各种因子及海洋沉积物10Be/9Be值,完善了深海沉积物及锰结核的10Be的测年方法,由于26Al的产生行为与10Be相似,这方面也用26Al/10Be的值。10Be和26Al已被成功用来测定地表暴露、埋藏和沉积年龄,估计风化—侵蚀速率,探讨各种地表过程,适用于距今万年至数百万年的地质历史时期。③36Cl36Cl定年是近几十年发展起来的第四纪地质事件测年的新方法。由于AMS的应用提高了36Cl的测试精度,也使36Cl法成为第四纪重要的年代学研究方法。在我国36Cl已有一定的发展。（2）放射性同位素法①40K-40Ar法和39Ar-40Ar法40K-40Ar法和39Ar-40Ar法为常用于火山岩、变质岩和火成岩中含K物质的测量方法。近年来,超低底本超高灵敏惰性气体质谱仪的发展,提高了40Ar的测限。激光显微探测技术使39Ar-40Ar法测年可应用于岩石中的单矿物,并使得测年的样品用量降低(1mg即可),减小了分解矿物麻烦,且解决了样品非均性测年困难。②铀系不平衡法铀系不平衡定年方法是基于铀的母体和子体核素随时间增长或衰退，再在铀系中重新建立平衡，可用于各种含U、Th物质的定年。其测年范围可从现代到1MaBP。主要成功体现在对珊瑚礁及纯净未风化洞穴碳酸岩的测年，对深海沉积物和动物化石测年也取得成效。近年来TIMS和MC-ICP-MS的发展使测年所需样品量和测量时间大大减少，精度更高，且有进行微区测年的前景。（3）核辐射方法热释光(Thermoluminescencedating,简称TL)、光释光(OpticStimulatedLuminescence,简称OSL)和电子自旋法(ElectronSpinResonance,简称ESR)等方法的测年原理并非直接基于放射性核素的衰变过程,而是依赖于样品中石英、长石等在放射性射线辐射下的累积效应。①TL法TL法可用于确