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第四纪地质学笔记整理.doc 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International Stratigraphic Chart,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 ?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”。 ?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”。 ?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。 ?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) ?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 ?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。 ?成因多样 ————几乎包括了所以外力成因的沉积物。 ?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 ————厚度从厘米级到数百米。 ?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 ?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。 1 第四纪地质学笔记整理 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 ?.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) ?.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 ?.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 ?.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 ?.层理 ?.楔状体 ?.结核 ?.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 2 第四纪地质学笔记整理 (1)有机环境标志 ?.海相化石 ?.淡水化石 ?.其他陆相生物化石 (2)无机气候标志 ?.黄土、岩盐、石膏,,干旱;红土风化壳,,温暖、潮湿 ?.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 斜坡组 滑积物 dp ,重力, 土流堆积物 sl 大 坡积物 dl 陆 洪积物 pl 扇顶 扇形 边缘相 沉 流水组 冲积物 al 河床 河漫 牛轭湖 积 泥石流堆积物 df 系 溶洞堆积物 ca 化学 角砾 骨化石 统 泉华 cas 地下水组 地下河堆积物 call 大类 成因组 成 因 类 型 成 因 亚 类 地下湖堆积物 cal 冰川堆积物 gl 终积 侧积 底积等 湖积物 l 淡水 咸水湖积物 冰水堆积物 gfl 湖沼组 冰川冻土 沼泽堆积物 fl 冰湖堆积物 lgl 大 融冻堆积物 ts 石海 融冻泥石流 陆 沉 风积物 eol 风力组 积 风成黄土 eol-ls 系 残坡积物 eld 统 坡冲积物 eld 大类 成因组 成 因 类 型 成 因 亚 类 混合成因 冲洪积物 alp 海陆 河口堆积物 mcm 冲湖积物 all 过渡 海陆交互 泻湖堆积物 mcl 系统 三角洲堆积物 dlt 滨岸堆积物 mc 海洋 海岸生物堆积物 mr 海洋沉积 系统 浅海堆积物 ms 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 人工堆积物,a) 他 化学堆积物ch 生物堆积物(b) 3 第四纪地质学笔记整理 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。 4 第四纪地质学笔记整理 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. Williams M.A.J. et al.Quaternary Environments.刘东生等[译]第四纪环境.北京:科学出版社,1997:13-21. 5 第四纪地质学笔记整理 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) 1.放射性定年法 (1)宇宙成因核素 14?C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 1414适用于C测年的样品品种多且容易找到。C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100a BP~50ka BP.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 14于分析14C的样品量少至10毫克甚至几十微克,从而开拓了C法研究的新天地。如夏商周 14断代的年龄框架就是通过C年龄测定建立的。 1026?Be和Al 1026Be和Al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 1010910初始Be浓度的各种因子及海洋沉积物Be /Be值,完善了深海沉积物及锰结核的Be的 261026101026测年方法,由于Al的产生行为与Be相似,这方面也用Al /Be的值。Be和Al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。 36 ?Cl 36Cl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363636了Cl的测试精度,也使Cl法成为第四纪重要的年代学研究方法。在我国Cl已有一定的发展。 (2)放射性同位素法 40403940 ?K-Ar法和Ar-Ar法 40403940 K-Ar法和Ar-Ar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 40年来,超低底本超高灵敏惰性气体质谱仪的发展,提高了Ar的测限。激光显微探测技术使3940Ar-Ar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(1 mg即可),减小了分解矿物麻烦,且解决了样品非均性测年困难。 ?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1Ma BP。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(Thermoluminescence dating,简称TL)、光释光(Optic Stimulated Luminescence,简称OSL)和电子自旋法(Electron Spin Resonance,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。 ? TL法 TL法可用于确定陶器烧制的时代和确定烧过的燧石最后一次受热时间,也可测定深海沉积物、黄土和河湖相粉砂沉积的时代以及埋藏土壤埋藏时代。但对这些沉积物进行精确测年尚有不少问题需探讨,首先面临的就是热释光的晒退效应问题,另外沉积物的元素、矿物组成、粒度以及地下水的变动等许多因素也影响测年精度。目前,选用单矿物、选取特定波长范围的TL信号,有可能提高TL法测沉积物年龄的精度并拓延其测年范围。 6 第四纪地质学笔记整理 ? OSL法 OSL法是TL法测年的新进展。它排除了(至少降低) TL法中残余信号的干扰。近年的突出进展是单片技术的应用,解决了传统光释光测年的许多问题,它的应用为快速沉积不均匀晒退的沉积物,如洪积物、冰积物及风暴沉积物等的年代测定提供可能性。 ?ESR法 ESR测年的范围很广,包括骨骼、牙齿、软体动物壳体、磷灰岩晶体、石灰华、钟乳石、火山玻璃和长石晶体、石膏晶体及取自断裂带的变形石英颗粒等。ESR法主要优点是所需样品的规格小(约0.25 g)及可测物质年龄范围广(数百万年),因而随着该方法的发展,它有可能 14覆盖C的较老界限和其它同位素技术如K-Ar法年轻极限间的时间间隔。ESR法对第四纪冰碛物的测年具有重要的意义,据测年结果所建的沉积序列可与深海氧同位素阶段进行对比,对海岸风成沙的测年也具有可能性。 (4)裂变径迹法 238U自发裂变成两个碎片，它们在穿越固体时能在矿物晶格中崩裂形成一条严重损伤的狭窄径迹。径迹的数目与诱发它的铀的含量成正比，所以铀含量个径迹的密度是定年的两个必备条件。目前裂变径迹法主要用于火山灰的年龄测定，此外还应用于热事件、考古材料的定年以及测定地貌演化和海底扩张的年龄和速度。 2. 磁性地层法 地球磁场在过去以各种方式变化,包括地磁极的南北极倒转、极性漂移等,蕴含于这些物质中的磁性特征的测量可通过已建立的倒转和其他变化层序的对比确定其年代。极性倒转是地球磁场的重要特征之一。地质历史时期中地球磁场有规律地频繁发生过极性倒转,据此得出的全球性5 Ma以来的地磁极性年表,已广泛用于确定第四纪地层的地质年龄。除地磁性倒转外,还有磁性位置极短的移动,即偏移。古地磁年代学为第四纪地质年代表的建立奠定最重要的基础。 3.生物法 ?动植物演化 如孢粉分析法(第四纪沉积物中孢子花粉颗粒异常丰富和分布广泛,因而它们比其它任何化石更多地利用来建组合生物带)。另外发现于陆相第四纪沉积物中的脊椎动物化石(主要是骨骼和牙齿),在确定年龄上可能要比其他化石组合迅速一些。如今已证实软体动物对年龄测定有用,特别应用于第四纪早期的测年。 ?树木年轮法 它是利用气候周期性变化而形成的年轮计时的方法,当起始时间确定时,这也是一种可以给出准确年代的测年方法。 ?地衣生长法 地衣生长法是通过一定的手段推算出地衣的生长曲线,再以该曲线为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,确定出地衣生长的基物的年龄。 4.岩石地层法 此类方法是基于对比进行测年,如地层层序、构造期次仅用于确定地质体形成的时代和新老关系。如沉积纹层目前主要用于测定湖泊沉积物,建立古气候、古环境演化的时间序列。如把纹泥确定的相对年龄与用某种沉积物测量的日历年龄相结合,便可建立起高分辨率的古气候时间序列[4];而且这种季节纹泥不会因为测年技术的发展而改变其相对年龄值,据此也可研究太阳黑子活动的各种周期及一些更短的周期事件(如厄尔尼诺)。 5.考古法 第四纪沉积物所含有的人类活动的许多遗存,可以进行对比测年和数值测年。如沉积物中的“文化层”,陶器或铜器上粘附的烟炱、珍贵的甲骨、古藏经卷、岩壁上的画像文字本身 7 第四纪地质学笔记整理 等都可以用于人类出现后的年代测定。 6.其他方法 ?岩石漆 岩石漆中的显微层理有可能记录了古气候干湿变化的信息,而显微层理的结构是地貌面新老的一种反映,因此,岩石漆用于年龄测定具有重要的地质意义。 ?氨基酸外消旋法(AAR) 它是利用氨基酸对映(或非对映)异构体之间转化反应是温度和时间的函数的原理来计时的方法,适用范围是几百年至几百万。目前认为,深海沉积物和洞穴堆积物中的骨化石是较理想的测年材料。 二、古环境参数研究方法 古环境参数: 【物理】:温度、湿度、降水量、干燥度、大气微粒数、太阳黑子活动、地磁场等。 【化学】:大气CO、CH、S、NO，CFCs，降水、地下水、海水等的化学成分。 242 【生物】:生物种类、数量等。 (一) AAR测温法 (二) 稳定同位素法(C、O、H) 重点，展开论述 (三) 历史气候研究法 8 第四纪地质学笔记整理 第十章 第四纪气候变化和海平面变化 一、前第四纪气候变化概述 地史上5大冰期:早元古(~2.3Ga)、晚元古(800-600Ma)、O-S(500-450Ma)、C-P(~300Ma)、Q 五大冰盖:南极洲冰盖;格陵兰冰盖;斯堪的纳维亚冰盖;北美劳伦泰冰盖;西伯利亚冰盖。 二、第四纪气候变化 (一)第四纪气候标志研究 1.宏观标志 (1)岩石气候标志 岩性、结构、构造、成因。以下展开，如: A、颜色 紫 —— 红 —— 橙 —— 黄 —— 灰 暖 ————————————— 冷 B、成因类型 寒冷沉积物 冰碛物、冰川漂砾、深海浮冰砂、寒冻洞穴角砾等… 温暖沉积物 红粘土风化壳、珊瑚堆积、石钟乳、古土壤、沼泽沉积等… 干旱沉积物 风成沙、黄土、盐类沉积、风棱石等… (2)地貌气候标志 • 寒冷气候:冰川、冻土地貌 • 温暖气候:岩溶、河流、湖泊地貌 • 干旱气候:风蚀、风积地貌 具有重要意义的几种典型地貌: 冰斗——形成于雪线附近，年均温0:C，可推算冰期古雪线下降时的降温值。 古冰楔和冻褶构造——发育于永 久冻土层中，年均温-2~-9:C间。 沙丘和湖岸线——研究干旱、半干旱区干湿气候变化的重要标志。 (3)生物化石气候标志 原理:利用化石组合中的现代相似种的生存条件, 推测化石埋藏时的古气候与 古环境。 A、植物化石:植物是陆地上最敏感的气候标志。 Keywords:孢粉、植硅体、(树轮)、(木炭碎屑) a、生态分析 现生种属类比法;大气降温率推算法 b、叶片形态分析,叶相学 Dicher(1973)指出叶的大小与温度的关系，纬度的增加大型叶的种的比例减少，而小型叶的比例增加。 叶缘:全缘叶的统计，推测气候类型; 叶脉密度、形式:单位面积内的叶脉数量; 滴水尖:使叶面上的水迅速排放，而不致于叶子因渍水而腐烂。 c、孢子花粉分析 推断古气候的冷热演变: 推算古降温值:利用化石暗针叶林与现代林线的差值(类似于古冰斗的研究方法) d、年轮分析:年轮宽——湿热;年轮窄——干冷 B、哺乳动物化石:只能指出气候类型，且化石必须完整。 寒冷:猛犸象、披毛犀、北极狐动物群 9 第四纪地质学笔记整理 温暖:河马、亚洲象、大熊猫、犀牛 半干旱(草原环境):啮齿类、草食动物 C、海生软体动物化石、珊瑚化石: a、典型种属法:冰岛北极蛤(冷水种);牡蛎(温水种) b、组合比较法:根据生物化石反映的纬度变化来推测气候的变化 c、珊瑚化石:水温20:C ，水深<20m，盐度35 ‰。是良好环境的指示计。 D、其他微体动物化石: 包括海相有孔虫、介形虫等 窄温性示冷示暖有孔虫常用于第四纪海洋古气候的分析。 喜冷:饰带透明虫;喜暖:门氏元球虫 2、微观气候标志: 18(1)氧同位素(δO) 1816 冰期: 海洋沉积物中 O/O__高 1816 极地冰盖中 O/O__低 (2)粘粒分子率:SiO/AlO、SiO/FeO 223223 比值低——湿热、比值高——干冷 (3)CaCO:海洋中:冰期——CaCO高 33 间冰期——CaCO低 3 (4)微量元素:地球化学分析，如Sr/Ba比等 (5)磁化率:磁化率大——温湿 磁化率小——干冷 (6)沉积物粒度参数:如黄土粒度分析 (7)粘土矿物:高岭土——湿热 伊利石——干冷 其他如重矿物组合分析、石英砂SEM扫描等… (二)重要概念和参考文献 1、末次间冰期——全球平均年I气温比现今高2,3?，相当深海沉积物氧同位素的第5阶段(MIS5)，由三个温暖阶段(MS5a、c、e)和两个相对寒冷阶段(MIS5b、d)构成次一级的气候波动。( 75~130ka BP. ) 2. 末次冰期——末次冰期是于第四纪的更新世内发生的最近一次冰河时期。在北美被称为魏克塞尔，欧洲称威斯康星，在阿尔卑斯称雨木。历时约6.5万年(75,10ka BP)，相当深海沉积物氧同位素的第4、3、2阶段(MIS4、3、2)。 3、末次冰盛期(LGM)——从严格意义上讲是指最近一次冰盖体积最大的时期，并不一定是最近一次温度最低的时期，日历年龄约为21~18 ka BP(Bard, 1999)。聂高众等(1996)根据黄土粒度曲线认为LGM约在20~18 ka BP。 4、冰后期,,指末次冰期冰川作用之后，全球又进入到一个较温暖的时期。 5、小冰期(LIA)——全新世以来气温最低的一段时期，一般指公元1430~1850年。 6、中世纪暖期(MWP)——中世纪暖期(Medieval Warm Period，简称为MWP )，又称为中世纪气候最佳期(Medieval Climate Optimum)或中世纪气候异常期(Medieval Climate Anomaly)。10世纪至13世纪出现的相对温暖的时期，在欧洲的部分地区、北美洲和大西洋等地区最为明显，中国也存在此暖期的证据。中世纪暖期通常与全球变暖和温室效应的讨论有关。 7、新仙女木事件(Younger Dryas event): 新仙女木期是冰期向全新世过渡中发生的一次最重要的气候回返事件。在晚冰期后的急 10 第四纪地质学笔记整理 剧升温过程中，大约在距今11,10ka，气候突然出现短暂(持续约1.3ka)的逆转，这一现象被称为Younger Dryas事件(简称Y.D.事件)。 1.29万年前，北美长毛猛犸象、剑齿虎、骆驼和树獭、美洲狮突然灭绝，与此同时，克劳维斯人也突然消失。此后，地球经历了一个长达1300年的气候强变冷的“春寒期”，即新仙女木(Younger Dryas)期。 冰河世纪结束以后，地球气候于大约一万七千年前开始变暖，气温逐渐回升。两极、北美和北欧的冰川开始消融，海平面逐渐上升，渤海、黄海、挪威海的草原被水淹没。到了一万三千年前，北美和北欧的冰雪已经融化了相当大一部分，南北半球春暖花开，一片繁荣景象。但是，就在这时，在12640年前，气温又骤然下降了，世界各地转入严寒，两极和阿尔卑斯、青藏高原等地的冰盖扩张，许多本来迁移到高纬度地区的动植物大批死亡。这一次降温是很突然的，在短短十年内，地球平均气温下降了大约7、8?。这次降温持续了上千年，直到11500年前，气温才又突然回升。这就是地球历史上著名的新仙女木事件(The Younger Dryas Event,简称YD)。它的得名来由是，在欧洲这一时期的沉积层中，发现了北极地区的一种草本植物，仙女木的残骸。更早的地层里也有同样的两次发现，分别称为老仙女木事件和中仙女木事件。 8、哈因里奇事件(Heinrich event): 末次冰期在70000-l0000aB P中6次冷事件，分布呈准周期性。德国水文研究所的Heinrich 发现大西洋东北部水深4 000m 左右的13万年沉积中，有多次粗碎屑的冰筏沉积物和冷水浮游有孔虫相对含量的高峰同时出现，一共发现11层，其中尤以冰期的6层最为显著，这就是后人所说的Heinrich事件。哈因里奇层的两个显著特征是:?每层中含有快速堆积的丰富的碳酸盐碎屑物质;?6个哈因里奇层记录着当时海面海冰温度较低、盐度降低以及浮游有孔虫迅速减少的现象。 9、D-O旋回: Dansgaard等和Oeschger等指出了冰芯中 O与降尘含量的变化及其与欧洲湖泊记录的对应性，这类变化被Broecker称为Dansgaard-Oeschger事件( D/O事件)。冰芯中O曲线的这些峰值(变重)，指示温度的突然增暖，相当于6,7?C 的升温，同时降尘可以减少4倍之多。 10、厄尔尼诺(El Nino): 是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲，使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带来热带降雨。但这种模式每2—7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之便带走了热带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象”。 11、拉尼娜(La Nina): 指的是厄尔尼诺现象的反相。即赤道东太平洋海温较常年偏低。指由于暖水不断被送入西太平洋，导致东西海区的温差增加。这样，空气在西太平洋上升，而在东太平洋却下沉。这种纬向东流的加强使赤道信风越来越加强的结构发生作用，有时也可使东太平洋的水温出现显著下降。 重要文献: 刘东生,等. 以气候变化为标志的中国第四纪地层对比表. 第四纪研究,2000,20(2):108-128. 表四 以气候变化为标志的中国第四纪地层对比表(见下页) 11 第四纪地质学笔记整理 12 第四纪地质学笔记整理 三、第四纪海平面变化 (一)前第四纪海平面变化概况 表5 寒武纪以来全球海平面相对变化图(据Vail et al,1978，简化) (二)第四纪海平面变化标志 以上第四纪海平面变化标志分类简图，现详述如下: 1、沉积学标志 (1)泻湖沉积和泥炭 淡化泻湖:高于海平面。咸化泻湖:低于高海面。 泥炭(Peat):主要发育在平均低潮的高潮和大潮极端高潮之间的海岸部分。 淡水泥炭:其表面与海面处在同一高度或略高。 咸水泥炭:其表面与海面处在同一高度或略低。 它们重叠的接触面为古海平面的位置。 13 第四纪地质学笔记整理 (2)海滩岩 形成热带和亚热带沿海，形成的时间可以短暂，一般厚度几厘米到数米。 海滩岩胶结作用的上限至少是大潮平均高潮位，其下限相当于大潮平均低潮位。海滩岩的下限可作为海平面的位置。 2、地貌标志 (1)海蚀凹槽和海蚀穴 海蚀凹槽:是沿着海平面发育向陆地凹入的线状凹槽。海蚀凹槽最深的部位为 平均海平面位置，而上下的转折部分为高潮面和低潮面的位置。 若凹槽很宽--当时的潮差大;横剖面梯形--海平面垂直位移小于潮差;深窄的楔 形--指示海平面垂直位移小，海平面经历了较长时间的稳定。 海蚀穴:是形成于海平面附近,深度(向陆地方向)大于宽度(沿海岸线方向) 的洞穴。海蚀穴指示海平面位置与海蚀凹槽相似。 (2)海蚀崖和波切台 海蚀崖:在海蚀过程中，海岸线后退，海岸崩塌形成的悬崖峭壁。当海蚀凹槽不断扩大，其上面的岩石因失去支撑而倒塌，就形成海蚀崖。海蚀崖底部--海平面位置 波切台:是沿着平均海平面向陆地延伸并向海洋方向缓倾斜的基岩台地，有时有少量的砾石和沙粒的堆积物。波切台横剖面的中点，或沿海岸线波切台中点的连线基本上可以代表平均海面的位置，而顶部界线和下部界线是高海面和低海面的位置。 (3)砾滩和沿岸沙坝 砾滩形成高能区，分布于潮间带，且多沿高潮线分布，常形成平行于海岸线的砾石堤，所以是高海面的良好指示物。 沿岸沙坝沿海岸线分布，沙坝的底界基本与高潮线处在同一高度。 (4)贝壳堤 贝壳堤形成于海面稳定，河流提供较丰富的泥沙量，有明显的沿岸流的海岸区，其延伸方向与海岸线平行，位于高潮线位置。一般认为贝壳堤的底板(贝壳堤与下伏沉积物的界面)作为平均海面的位置比较恰当，而贝壳堤的顶部不宜作为海平面位置的标志。 3、生物标志 (1)珊瑚礁坪台 当海面稳定时，珊瑚礁平铺发展，但厚度不大;当海面上升或海底下沉时，形成的礁层厚度较大，礁体可发育成塔形、柱形，也有的礁体可深溺于海面以下成为溺礁。当海面下降或地壳上升时，形成的礁层厚度也不大，也有的礁体可高出海面成为隆起礁。指示:平均大潮低潮位。 (2)牡蛎礁和藤壶 牡蛎和藤壶岩石海岸的生物，生活在潮间带。牡蛎礁的顶面:指示低潮位位置。 藤壶:平均高潮位,平均低潮位之间。最高不超过最高潮位。 (3)有孔虫 利用有孔虫的组合进行海平面位置的确定。 (4)介形虫 有淡水和咸水。不同的水深介形虫的变异度(种的数目)和密度(标本的数目)不同。 潮间带:变异度和密度都非常低。潮上带:低变异度、高密度。海平面以下:变异度和密度变化的趋势相同 4、同位素地球化学标志 海洋沉积物(有孔虫壳体)的 值增加，海平面下降;其值降低，海平面上升。 14 第四纪地质学笔记整理 (三)海平面变化 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 一类称为全球性海平面变化，这是消除了海底的水均衡作用后的海平面变化，认为这是真正的海平面变化。另一种称为相对海平面变化，是指大陆与海洋水面之间的相对运动。 1、水圈体积型海平面变化 由于水圈的水量变化而引起的，认为火山喷发使地球的水圈水量增加，从而导致海平面变化，但不少学者认为地球上的水量没有多大的变化，火山喷发带来原生水，但沉积作用和化学作用地壳又吸收了一部水，两者处在平衡状态。这在地球的早期可能起作用，但随着地壳的增厚，作用已不明显了。 2、冰川型海平面变化 这种原因是由于气候变化导致陆地上冰量的变化，引起海平面的波动。基本的机制是，当冰期时，海洋中的一部分转移到大陆以冰川的形式存在，使海平面下降;而在间冰期时，陆地上的冰川融化注入海洋，使海平面上升。 3、构造运动型海平面变化 构造运动既可造成全球性海平面变化，也可引起局部的海平面变化。海底扩张，使洋盆容积增加，导致海平面下降。如果大洋脊体积增加，可导致海平面的上升。海底扩张具有节奏性，因而可引起海平面的阶段性的升降。大洋板块与大陆板块的挤压作用，可使海平面上升。另外，还有局部的构造运动造成海平面的局部变化。当地壳运动上升时，局部地区的海平面相对下降，如在一些上升海岸常出现高海面;当构造运动下降时，海平面相对上升，在海平面以下有埋藏的古海岸线。这些是局部的，不具有全球性。因此，在进行全球的海平面变化对比时应注意扣除这部分变化。另外，还有局部的构造运动造成海平面的局部变化。当地壳运动上升时，局部地区的海平面相对下降，如在一些上升海岸常出现高海面;当构造运动下降时，海平面相对上升，在海平面以下有埋藏的古海岸线。 4、大地水准面型海平面变化 全球的大地水准面不是一个平滑的曲面，而是凹凸不平的，这主要是由于地球重力和地球转动不均一性引起的。 5、海温型海平面变化 海水温度的变化使海水体积发生变化，从而引起海平面变化。当温度升高时，体积膨胀，海平面上升。可以肯定的是海水的温度变化可引起海平面变化。 6、洋盆体积型海平面变化 洋盆体积增大或减小，可使海平面下降或上升。引起洋盆体积变化的有海底扩展、洋脊的涨缩、沉积物的加积、火山喷发等因素，尤其重要的是构造运动尤其的洋盆体积变化。 7、均衡型海平面变化 由于地表覆盖物质减少后经重力调整而引起的地表面升高。在第四纪，一些高纬度地区，大冰盖融化后，地表的压力削减，地面抬升，海平面相对下降。 (四)第四纪海平面变化历史 1、前第四纪海平面波动概况 在亿年的尺度上，海面波动可达300m以上。 在新生代:三个高海面(古,始新世、中新世中期、上新世)，三个低海面(渐新世晚期、中新世晚期、第四纪)。 在我国出现了两个比较显著的高海面时期，一是始新世，全国多处发生海侵，是新生代最为温暖的时期，当时北京的年均气温为15,20?。二是上新世，当时中国东部发 15 第四纪地质学笔记整理 生大面积海侵，海水入侵到渭河、汾河流域。 2、中、早更新世海平面波动 在中更新世，出现了几次高海面，时间分别为640-590ka BP、520-460ka BP、360ka BP、300-260ka BP、220-180ka BP。 中国早、中更新世的海平面波动主要根据东部平原和大陆架上钻孔资料获得。在华 北平原，早更新世初的海侵可达北京东面的通州，称北京海侵(古地磁年龄2.43Ma B P)， 此后发生了渤海海侵(1.5Ma B P)，兴海海侵(1.0Ma B P)。在黄海、东海以及南海也 出现过高海面。 3、晚更新世海平面波动 晚更新世包括了一个末次间冰期和末次冰期，海平面总体上从早期到晚期是一个下 降过程，但期间存在一些波动。 (1)末次间冰期(130,75ka BP)相当深海沉积物氧同位素的第5阶段(MIS5)。 在中国的华北地区，这个时期发生了白洋淀海侵和沧州海侵，出现高海平面。在黄 海、东海、南海也发生海侵。 (2)末次冰期。末次冰期气候寒冷，相当深海氧同位素的第4、3、2阶段，这个 时期的海平面波动也非常的剧烈，总体上是一直下降，在25,15ka B P达到最低，而 后快速回升，但是在不同的时期海平面的高度还是不一样。 4、全新世海平面波动 三种观点:全新世海平面经历了上升,最高,下降的变化。初期海平面的上升较快， 在6ka BP达到最高，比现今高约2,3m，然后逐渐下降稳定在现今的海平面的位置上。 认为在全新世没有高海面时期，一直是逐渐上升到达目前的海平面位置; 还有的学者认为在5-3.6ka B P就达到了现今的海平面高度，而后就一直稳定到现 今。 经历了三个阶段，即上升,最高,下降 5、现代海平面变化趋势 指现代冰期结束之后20世纪以来的海平面变化。主要根据世界各地观测站的资料 进行研究。这些观测资料表明，近100多年以来，世界各地的海平面都是在上升。由于 温室效应的影响，两极地区的冰川正在融化，海平面有上升的趋势。 我国近几十年来的海平面变化周期约10年，幅度在10,40cm之间。从全新世海平 面变化规律来看，未来几十年或几百年中，海平面变化的幅度可能不会超过3m。 四、中国第四纪气候变化 据< Williams M.A.J. et al.Quaternary Environments.刘东生等[译]第四纪环境.北京:科学出版社,1997. > 总结。 1、早、晚第三纪时中国环境 中国现代环境格局是从新生代开始逐渐形成的，尤其在第四纪期间得到进一步发展(Liu,1996)。 中国古新世环境继承晚白垩的基本格局，气候主要受行星风系的控制，从而在18?N~35?N之间形成一条东西走向的干旱带，其标志是大量盐类和石膏沉积的发育。 始新世地貌格局与古新世类似，不过最南部一些地区含煤盆地的出现表明干旱发生北移。 渐新世东南部干旱区发生明显湿润化，各证据表明东南季风初步形成(Liu,1996)。 中新世是中国环境格局发生重大变化的时期。西南夏季风的形成，带来印度洋的水汽。此时，现代受东南夏季风控制的地区出现了丰富的煤层和森林，干旱气候指示物不再出现，表明了东南夏季风显著加强。当时，青藏高原和喜山可能开始抬升且达一定高度，因而阻碍了西南夏季风所携带的水汽的输送。中新世晚期，中国气候再次发生显著变化，8Ma BP时， 16 第四纪地质学笔记整理 印度夏季风强度剧增(Prell,Kutzbach,1992),这与太平洋中同位素组成的显著变化也是一致的(Shackleton,Hall,1995)。此时，中国北部开始发育第三纪红粘土，已发表古地磁表明其下界年龄为5~6Ma(Zhang et al,1992;岳天平,1995)。中新世晚期前后，我国北方大面积风尘堆积的出现是中亚地区干旱化和冬季风业已形成的重要标志。此时，中国干旱带明显向西北退缩。 2、第四纪时期环境空间格局 第四纪时期青藏高原的持续隆起，使中国形成6个不同的地质环境系统:?青藏高原寒冻剥蚀系统、?蒙新极干旱风化残积系统、?晋陕甘干旱大气沉积黄土系统、?辽冀沉降平原系统、?南方古老红土风化壳系统、?滨海大陆架淹没系统。以下按6个区系分别论述其气候变化特征。 ?青藏高原区 上新世末至早更新世初，青藏高原湖泊广布，是晚新生代一个重要的成湖期。孢粉组合反映温带森林草原、草原和荒漠草原(李炳元,1983,1994)。湖相沉积中的生物化石反映湖水为淡水环境，大多湖泊尚未成为封闭湖泊(李炳元,1994)。 早更新世末至中更新世初，青藏高原经历了一次较强隆升，平均高度>3000m，高山地区进入“冰冻圈”，开始大规模冰川作用时期。 晚更新世是中国大陆第四纪以来最干冷的时期，青藏高原演化为极其干寒的环境，冰川冻土成为第四纪地质过程的主要产物，高寒荒漠景观占主导地位。 全新世青藏高原已达现今高度，全新世大暖期时冰川退缩，湖泊扩大。 ?西北戈壁-沙漠区 西北地区早更新世已比较干旱，总体上较现今温润一些。 西北干旱区的山地在中更新世上升显著，普遍发育冰川，山麓地带形成较厚的砾石层。塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠已形成，塔里木盆地边缘的河湖平原明显缩小。 晚更新世，塔克拉玛干沙漠扩大到整个塔里木盆地。柴达木盆地湖泊基本消失，毛乌素沙漠、科尔沁沙地等的出现说明沙漠向东扩展。 西北干旱区在全新世经历一次较晚更新世湿润的时期，湖泊扩大、地表径流加强、沙丘固定等环境特征。如罗布泊、艾比湖、居延海等全新世都有一个高湖面期。 ?黄土堆积区 黄土高原在早更新世(甚至上新世晚期)，大气沉积作用受冬季风影响逐渐加强，已接受粉尘堆积，形成红粘土和午城黄土。 西北干旱化导致沙漠、戈壁的扩大，黄土高原的粉尘堆积明显向东南方向扩展，晚更新世达最广阔的范围。此时，马兰黄土向西北和东南两个方向发展，超覆在以前所有的黄土堆积之上。 黄土高原地区全新世堆积了厚约1m的黄土，其中发育黑垆土，代表了较潮湿环境，时代大致在9~7ka BP. ?东部平原区 早更新世，松辽平原沿山麓堆积洪积和冲积物，向平原中部过渡为河湖相沉积;中更新世沉积厚层的河湖相粘土层;晚更新世松辽平原上沉积亚粘土等河湖相沉积物。 华北平原沉积400~600m，以河流沉积为主，常夹湖相沉积层。 淮河和长江中下游平原沉积较薄。早更新世河流相粘土和沙砾层;中更新世湖泊和沼泽发育;晚更新世沉积河流相中的细砂和砂砾石层(周慕林，1988)。 ?南方红土区(秦岭-长江中下游以南，青藏高原以东) 早更新世，华中和华南属亚热带范围，地面广泛发育红土风化壳和喀斯特地貌。 中更新世，华中、华南气候湿热，喀斯特作用较强，大河两侧普遍形成砾石层，平原 17 第四纪地质学笔记整理 区广泛堆积粘土沉积层。 晚更新世，华中、华南地区广泛发育土状堆积，其中部分为风尘堆积，如下蜀土。晚更新世华中、华南地区的洞穴沉积较发育，其中埋藏较丰富的哺乳动物化石和古人类化石。 全新世，华中、华南以河流、湖泊沉积为主，形成一级阶地或高河漫滩湖滨阶地等，孢粉反映出暖湿气候环境。 ?浅海与大陆架区 末次冰期时海平面下降130m，大陆架多出露于海平面之上(朱永其等,1979,1981)，使中国大陆向东扩展几百公里，加剧了大陆内部的干旱化。 五、气候变化原因和未来气候与环境变化趋势问题探讨 (一)气候变化原因概述 Keywords:(据张强等,2005，全球气候变化及其影响因素研究进展综述) 构造尺度:板块构造、海道开闭、青藏高原隆升… 轨道尺度:米兰科维奇理论、宇宙沙尘浓度变化、温室效应、温盐环流„ 亚轨道尺度:如YD事件、H事件、D-O旋回、ENSO等的响应… 另考虑人类活动影响 注:米兰科维奇理论(注意现已由假说上升为理论) 米兰科维奇理论即是从全球尺度上研究日射量与地球气候之间关系的天文理论。该理论认为,北半球高纬夏季太阳辐射变化(地球轨道偏心率、黄赤交角及岁差等三要素变化引起的夏季日射量变化)是驱动第四纪冰期旋回的主因。这个理论的核心是单一敏感区的触发驱动机制,即北半球高纬气候变化信号被放大、传输进而影响全球。 米氏理论的起点是天文因素变化导致的地球轨道三要素(偏心率、地轴倾斜度、岁差)的周期性变化。地球轨道变化进一步引起地球大气圈顶部太阳辐射纬度配置和季节配置的周期性变化,从而驱动气候波动。但必须指出,如果将一年内大气圈顶部接受的太阳辐射沿不同纬度及不同季节加和的话,则不管轨道要素如何变化,其总量总是基本不变的,而变化的只是其纬度分配和季节分配。这就面临一个核心问题:地球轨道怎样的配置才有利冰期气候的出现? 对此,米兰科维奇的回答是,当地轴倾斜度减小,北半球夏季地球处在远日点时有利于冰期气候的出现。可以看出,这样的轨道要素配置将导致北半球高纬区夏季太阳辐射量的减小。因此,米氏理论可以概括为: 65?N附近夏季太阳辐射变化是驱动第四纪冰期旋回的主因。 18 第四纪地质学笔记整理 第十一章 第四纪生物、古人类与生物地理区 一、第四纪生物界的一般特征 1、北半球的变化明显于南半球 2、陆地上的变化明显于海洋 3、哺乳动物变化明显，而植物变化小 4、人类的出现 5、生物在空间上频繁的迁移 二、第四纪哺乳动物 (一)动物地理分区 1、全北界(包括古北界和新北界) 无长鼻目和犀科，特别有食虫目的鼹鼠科、啮齿目的河狸科等。(三趾马动物群) 2、东方界(东洋界) 现代主要有热带特有的印度象、印度犀、灵猫、竹鼠、水牛和大熊猫等。 3、热带界 主产河马、长颈鹿、羚羊、非洲象、非洲狮、鬣狗和狒狒，无鹿和熊。 4、澳洲界 以产袋鼠闻名，生存有单孔类的卵生动物(鸭嘴兽)和有袋类(具原始性)。 5、新热带界 发展了有袋目、翼手目、食肉目和灵长类(原始性+迁入物种) (二)哺乳动物化石特征(略) (三)第四纪各时期哺乳动物群特征(Ref.) (四)中国第四纪哺乳动物群的发展和特征(Ref.:Textbook) 1、中国北方第四纪哺乳动物群 早更新世:泥河湾动物群为代表(长鼻三趾马-真马动物群) 特有如桑氏鬣狗、板齿犀、步氏鹿、丁氏鼹鼠等 中更新世:周口店龙骨山第一地点为代表(中国猿人-肿骨鹿动物群，即周口店 动物群) 肿骨鹿、纳玛象、燕山犀、洞熊、中国鬣狗等 晚更新世:华北区萨拉乌苏动物群(赤鹿-最后鬣狗动物群;东北区称猛犸象-披 毛犀动物群) 河套大角鹿、赤鹿、普氏野马等 全新世:陕西半坡和殷墟文化遗址伴生动物，淮河流域四不像鹿等。 2、中国南方第四纪哺乳动物群 (1)元谋动物群 (2)大熊猫-剑齿象动物群(巨猿动物群、盐井沟动物群) (3)全新世神仙洞洞穴堆积 三、第四纪植物群及其气候意义 注:孢粉分析(据赵徐等，2010，孢粉分析在第四纪环境演变研究中的应用) 植物分为孢子植物和种子植物，它们的繁殖细胞是孢子和花粉，统称孢粉。植物孢粉产量大，抗酸碱，耐高温，能在地层中长期保存。 1、孢粉分析方法 (1)采样。孢粉样品可以采自天然剖面或钻孔岩心，避免上下层位及现代花粉污染，天然剖面要除去风化的表面，采集应自下而上，岩心要去掉表层以免污染。 19 第四纪地质学笔记整理 (2)提取与鉴定。加入氢氧化钾分解有机质，除去腐殖质;过滤掉植物残体和无机碎屑;加入氢氟酸溶解细粒的硅质物，醋酸水解植物纤维和其他多糖;孢粉颗粒染色以便识别。可能需要用舒尔茨溶液除去木植物或木质素，尽可能除去样品中的有机质组分。样品中含孢粉的有机组分较少时，用溴化锌之类的重液来分离有机和无机组分提取孢粉颗粒，在各分析阶段，样品要进行离心、富集，清洗掉溶液中的强碱、强酸。制备好的样品放入有甘油酯或硅油介质的薄片上，以备镜下观察。 (3)统计与解释。孢粉鉴定完成后，还需要统计各类孢粉的数量并计算它们相互间数量关系。每个样品所需统计的孢粉数量与研究目的有关，一般不少于150粒。孢粉统计结果由花粉图式表达。为了便于花粉资料的解释，一般将花粉谱划分为若干个花粉带，划带的主要原则是一个带内的花粉谱有一定的相似性，带内花粉谱之间的差别小于带之间的差别。 2、孢粉分析在第四纪环境演变中的应用 (Keywords:植被演变、气候环境演变、古人类活动) 四、第四纪软体动物和微体动物化石的气候与环境意义(Ref.) (Keywords:标志种;区域分布特征;深度分布;季节性变化;碳氧同位素…) 五、古人类与古文化期 人类进化的五个阶段 (1)南方古猿 400--100万年B.P，主要发育在南非和东非，所以又称南非古猿。代表性的有汤恩头骨 (南非)。特征:具有能直立的结构，脑量450cc,高1.2--1.3m,为纤细种体重20公斤。 (2)能人 脑容量可达700,800ml，生存时代为3,1.5Ma BP。 (3)直立人 脑容量为800,1200ml，语言能力增强，2,0.3Ma BP。“北京人”、“元谋人”、“南京人” (4)早期智人 国外代表:尼安德特人 国内代表:广东的马坝人(曲江县)、陕西的大荔人、湖北的长阳人、山西的丁村人等。 脑量可达1350cc, 媚骨不太突出，脑顶骨突起，牙齿比较粗状。此期不仅会用火，而且 会取火，保存火种，用兽皮缝制衣服。 时间:30--5万年前( Qp2-3 , Qp3) (5)晚期智人 时间:5万年B.P,现今。 国外代表:克鲁马农人(法国) 国内代表:山顶洞人(1.1~1.8万年，2.7~3.4) 特征:猿的特征基本消失，接近于现代人，男高1.74m, 女高1.59m，为旧石器晚期文化， 以石器为主，出现骨器，并出现装饰品，石器多为磨制而成，骨器和石器出现穿孔现 象。 (另综述文献如:吴新智.人类起源与进化简说.自然杂志，2010，32(2):63-66.) 六、中国第四纪生物地理区(略) 20 第四纪地质学笔记整理 第十二章 第四纪地层 一、第四纪地层划分对比方法 1、生物地层学方法 基本原理 利用生物演化的不可逆性和间断性(阶段性)对第四纪地层进行划分和对比。 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(化)种、现(新)生种的百分比。 古人类。 , 生物地层学原则是划分对比第四纪地层的主要原则之一，难点在于难于找到一定数 量的有鉴定价值的化石 2、气候地层学方法 第四纪全球性气候波动的重要特征是冷与暖、潮湿与干旱的多次节奏性的波动变化。这种气候的波动可以引起植物群的迁徙和古地理沉积环境的巨大变化。环境的改变和自然界一系列环境因素的连锁反应，在第四纪地层中留下了诸多气候因素的烙印，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 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)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) 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) CaCOSiO/AlO C、化学元素(含量的变化:含量高代表气候干旱，低代表潮湿;3223 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的沉积物的研究，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。将可能出现的洞穴高度与其中堆积物时代不协调和沉积物间断现象排除。 4、比较岩石学方法 利用第四纪沉积物的颜色、岩性、结构、构造成因和风化程度的差异划分地层的方法称为岩石地层学方法。该方法是根据堆积物形成的气候—时间不同，沉积物的上述特征不同的原则划分对比地层。 主要根据下面几个指标: (1)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 21 第四纪地质学笔记整理 ?深红色----红色---红黄色---黄色---灰色，具有从老----新的地层意义。 (2)砾石的风化程度 A 、风化砾石百分比含量(风化砾石、未风化砾石) B、 砾石风化圈厚度(平均值、均方差) (3)重矿物风化系数(K) 重矿物主要指相对密度>2.9的矿物 K= 最稳定矿物(%)+稳定矿物(%) 不稳定矿物(%)+较稳定矿物(%) ( K值越大,重矿物组合风化程度越高.) (4) 粘土矿物 高岭土、伊利石、蒙脱石等 (5)特殊的标志层(key bed) 在第四纪地层中，由于当时环境的变化，形成一些特征比较特殊的标志层，它既可 以是沉积层，也可以是构造界面，如古土壤层、火山灰层、砾石层、海积层、钠盐层、 石膏层、钙板层、古风化壳面、侵蚀面、平行不整合面、角度不整合面等等。如在黄土 高原，古土壤层，午城黄土与离石黄土的侵蚀面;在西南地区的下更新统与中更新统的 角度不整合。这些标志在对钻孔岩芯的划分对比上都起非常重要的作用。 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:物理年代法、同位素年代法、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确定第四纪下限或比较精确地划分对比第四纪地层。 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。 二、第四纪下限问题与第四纪第四纪地层分期方案 1、国际第四系下限划分方案(以往争论,注意现多参照新地层表，2009) 2、中国第四系下限划分方案 (1)北方 根据生物地层学原则，将长鼻三趾马——真马动物群的泥河湾组与维拉坊组对比(均为陆相地层)，将第四纪下限划在泥河湾组底部。 (2)南方 第四纪标准剖面在云南元谋盆地，将元谋组与泥河湾组对比，界限划在元谋组的底部， 3、第四纪分期 (1)划分依据:按照生物地层学原则和气候地层学原则划分。 生物地层学原则应理解为包括海、陆相生物地层。 古气候地层学则以从暖?冷的冰期气候旋回为原则。 (2)划分方案(见表1) 三、中国第四纪地层(Ref.) 整体框架把握参考 表四 以气候变化为标志的中国第四纪地层对比表 22 第四纪地质学笔记整理 第十三章 新构造运动 一、新构造运动概念 新构造运动:新第三纪以来发生的地壳构造运动;其中，有人类历史记载以来的构造运 动称为现代构造运动。 二、新构造运动的表现 1、地质表现:新地层的变形与变位 2、地貌标志:直接地貌标志(断层崖、断块山、断陷盆地等) 间接地貌标志(多级河流阶地，溶洞，夷平面等) 3、沉积物标志:堆积区/剥蚀区(分布、成因类型与岩相、厚度) 4、火山活动:火山活动带(环太、地-印、洋脊、裂谷) 5、地震:地震带(同火山:环太、地-印、洋脊、裂谷) 6、大地测量与地球物理异常 三角测量、水准测量、地形变异常;重力异常、磁异常 三、新构造运动的类型和强度(略，见普地、构造地质学) 四、新构造(简) (一)隆起构造 (二)拗陷构造 (三)断块构造 (四)挤压褶皱和断裂构造 (五)活动断层 五、新构造运动特征与分区(简) (一)中国新构造运动特征 1、中国新构造运动的间歇性 (1)地貌发育的阶段性 (2)第四纪沉积物的间断与韵律性 (3)断层的间歇性活动 (4)地震活动的韵律性 (5)火山活动的多期性 2、中国新构造运动的继承性与新生性 1)新构造运动的继承性 (1)构造格局的继承 (2)运动方向的继承 (3)构造类型的继承 2)新构造运动的新生性 (二)中国东西部新构造运动的差异 1、升降幅度差异 2、活动断裂构造样式与活动速率不同 3、构造盆地类型差异 4、岩浆岩类型差异 5、地震活动特征差异 (三)中国新构造运动区域特征 1、特提斯喜马拉雅新构造域 2、滨太平洋新构造域 23 第四纪地质学笔记整理 六、新构造运动的研究方法 表6 新构造研究的常用方法及研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 表 (据曹伯勋编，地貌学及第四纪地质学，1995:p273) 注:以上笔记根据中科院第四纪地质学考研大纲整理，主要参考书为: 曹伯勋主编.地貌学及第四纪地质学. 武汉:中国地质大学出版社,1995. 24