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1、地貌及第四纪地质学,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（Quaternary System）,并将形成这套堆积物的时代命名为第四纪（Quatern
2、ary period），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（Pleistocene epoch）和全新世（Holocene epoch），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
3、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（Quaternary Geology）。,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
4、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
5、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
6、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
7、，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
8、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
9、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
10、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
11、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。,第四纪的下限问题,对
12、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Globorotalia miocenica 的底部带。在古地磁表中，划在Gilbert世的底界。距今3.4 Ma。（2）西欧的中Vilafranchian层之下，接近Gauss 世的边界，大致为2.5 Ma。,（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Vilafrantia chian沉积物之下。海洋剖面中，划在Globarata trancatulinoides 带的底部；位于古地磁的Olduvai 事件范围内，
13、距今1.87-1.67 Ma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
14、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
15、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。,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
16、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(Proboscidipparion sinensisEquus sp)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Proboscidipparion sinensis(长鼻三趾马),Elasmotherium sp.(板齿犀)等，第四纪属种大量出现，如Equus sanmeniensis（三门马）,Equus sp.（马）,Bi
17、son palaeosinensi（野牛）,Elephas sp.（象）,Euctenoceros boulei（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、陕西榆林一带的上榆林组，它们也是早更新世和河湖相沉积。在黄土高原广泛分布的午城黄土亦属早更新世的堆积物。,周口店组（Q2）,周口店组位于北京西南房山县西山山麓，是文明遐迩的中国猿人产地，以发育在奥陶纪灰岩中的洞穴堆积为代表
18、。该组同样可以分为上、下两部分。上部为含厚层砂层和灰烬的灰岩角砾堆积；下部为含薄层钟乳砂层和灰烬的红色风化灰岩角砾堆积。周口店组含有北京猿人肿骨鹿动物群（Sinanthropus pekinensis Megaloceros pachyosteus），动物群的组合特点是第三纪动物群仅有少数残留，,如Megantereon inexpectatus（剑齿虎）,早更新世出现的动物群仍然繁盛，中晚更新世特有的新种如Magaloceros pachyostueus,Pseudaeus grayi（葛氏斑鹿）,Ursus spelaeus（洞熊）,Crocuta ultima（洞穴鬣狗）等大量出现，而且
19、还有少量的现代种出现如Canis lupus等。,与周口店组同期沉积的地层有离石黄土、泄湖组及龙骨山冰碛层。泄湖组标准地点在陕西蓝田的塬上和灞河的第III、IV 级阶地上，该组产“蓝田猿人”，且由于蓝田公王岭人化石较“北京猿人”老一些，所以泄湖组下部的形成时代可能要比周口店组老一些。,图2-2 北京猿人洞穴堆积及其所反映的古气候曲线（引自杨怀仁等）,龙骨山冰碛层：在北京地区主要出露于周口店和西山潭寺一带，其分布范围不如朝阳冰期广泛。如在北京东郊的平原底部，冰碛物最远延至双桥附近，向东则大部分为冰水沉积。孢粉组合组合中出现大量松科花粉，并以云杉为主，属暗针叶林类型，气候寒冷潮湿。龙骨山冰期相当于
20、南方的大姑冰期。,碧云寺冰期冰碛层：仅在周口店、碧云寺、百花山等地的山间盆地中，为松散的黄色泥砾和黄色融冻泥石流堆积，该冰期相当于南方的庐山冰期。,（3）丁村组（Q3）,丁村组丁村组标准地点在山西襄汾县丁村至柴庄间的汾河（三级阶地底部的砂砾层），因该剖面中挖掘出大批脊椎动物化石、人类化石及文化遗物而驰名。其石器已有部分经过第二次加工，并有两面打制和使用的薄石片等，属旧石器时代中期。与丁村文化伴生的哺乳动物有纳玛象(Elephas cf.namadicus)、原始牛(Bos primigenius)、三门马(Equus sanmeniensis)、野驴(Equus hemionus pallas
21、)、披毛犀(Coelodonta antiquitatis)、梅氏犀(Rhinoceros mercki)、大角鹿(Sinomeceros sp.)、水牛(Bubalus sp.)等，还有大量河蚌。,萨拉乌苏组该组标准地点在内蒙古河套的萨拉乌苏，以黄、灰黄、灰绿色粉细砂为主，夹含钙质结核的黄土状砂质粘土及粘质砂土，具水平层理和交错层理，为河湖相沉积。在这一地层中发现的了“河套人化石”，及“纳玛象-晚期鬣狗动物群（Elephas-Hyaena）”，后者又称萨拉乌苏动物群，为中国北方晚更新世标准动物群。萨拉乌苏组广布于黄河中游和华北其它地区。马兰黄土马兰黄土在华北地区分布广泛，尤其在黄土高原地区。
22、一般认为其成因以风成为主，局部有坡积、冲积和洪积等成因。,(4)近代沉积（Q4）,根据北京郊区的埋藏泥炭层的孢粉分析，可以划分为三组：刘斌屯组：泥炭层的下部，以松属花粉为主，气候温凉。14C测定年龄为9515230年。相当于前北方期和北方期，地质时代属早全新世。华北平原上该期以河流、河湖相为主。尹各庄组：泥炭层中部，阔叶花粉大量出现，气候温暖。相当于大西洋期和亚北方期，时代属中全新世。华北平原上以河湖相和海相为主。肖家河组：泥炭层上部，以松属花粉为主，气候温凉。相当于亚大西洋期期，时代属晚全新世，华北平原以湖相沉积为主。,在渤海湾地区也可划出相应的三层：泥炭或沼泽沉积层：埋深16.2（12.1
23、）14.7（9.5）m，南排河口上淤泥层14C测年为9120175年，相当于刘斌屯组。海相层：埋深14.7（9.5）5.0（2.0）m,海侵范围大致相当于天津至黄骅一带的4m等高线的地区。天津静海四党口淤泥层14C测定结果为7920655年。山东海兴高湾上泥炭层为5030150年，相当于尹各庄组。沼泽沉积层：埋深5.0（2.0）0m，天津巨葛庄第三贝壳堤14C测定为3400115年，相当于肖家河组。北方区全新世的古文化可以陕西大荔的中石器时代的沙苑文化，新石器时代的仰韶文化，龙山文化和殷墟文化为代表。,东北区第四纪地层,东北区包括黑龙江、吉林、辽宁三省。本区主要特点是黑土广泛分布，一般地表有2
24、m厚的黑土堆积；火山活动频繁。松辽平原的第四系较厚，以湖相和湖沼相堆积为主，厚数十至200余米。大兴安岭以冰积为主。,（1）下更新统白土山组埋深100-120m，上部为棕褐色砂质粘土、含少量铁锰质结核、砂砾和碎石；下部为砖红色磨圆度较差的砂砾、卵石及白色细砂层，夹粘土透镜体，厚5-80m。大兴安岭地区与其同期冰碛物物为块砾、卵石、砂和粘土等组成的褐色泥砾。,2）中更新统大青山组本组广泛分布于松辽平原，以灰绿色粉、细砂层为主，夹薄层灰绿色粘性土透镜体，水平层理和交错层理较发育。在黑龙江省东部和北部的高平原地区，为淡黄色、棕黄色或黄褐色的亚粘土荒山组。,3）上更新统诺敏河组广泛分布于大兴安岭东麓，
25、属冰川、冰水堆积，此外同期沉积还有广布于黑龙江东部和北部高平原的哈尔滨组（以黄色亚粘土为主）、见于黑龙江西南部低平原区的林甸组（黑色淤泥质亚粘土为主）、广布于松辽平原的顾乡屯组（黄色和灰绿色中、细砂或粉、细砂）。,（4）全新统为现代冲积层、湖沼堆积、风成砂堆积。主要分布在河床、河漫滩，由中、细砂组成，在下游为细、粉砂夹泥炭，厚5-15m。在黑山地区有玄武岩形成；辽河平原黑土广布。老黑山玄武岩，分布于德都五大连池。1719年和1721年曾两度爆发，岩性为黑色碱性玄武岩，还有火山角砾岩与火山弹等组成的火山碎屑岩。,1.3.3 南方区第四纪地层,南方区包括秦岭、大别山以南和青藏高原以东的广大地区。华
26、南区气候湿热，第四纪以来大多没有经历过冰川作用，普遍发育红色风化壳。南方区第四纪沉积类型多样，有冲积、湖积、残积和冰碛等，现以长江中下游和四川盆地为代表。,（1）下更新统龙川组冰碛层伏于云南元谋组之下，具擦痕和压裂等现象的泥砾，已半成岩，并经构造变动而发生变形，磁性年龄为距今300余万年。元谋组分布于云南元谋盆地，为一套以粘土、砂层、砂砾层等为主的河湖相沉积，厚659m。元谋组上部含有元谋猿人（Homo(Sinanthropus)erectus yunmouensis），旧石器和哺乳动物化石如云南马（Equus yunnanensis）、中国爪兽（Nestoritherium sinense）
27、、上新鹿（Cervoceros novorossiae）、桑氏鬣狗（Hyaena licenti）和鹿（Cervus sp.）等。动物群的特点是残留有第三纪动物如中国爪兽、上新鹿；出现早更新世典型动物，如桑氏鬣狗、云南马。元谋组的孢粉分析揭示从下到上，逐渐由热带、亚热带的气候转为凉爽。距古地磁测定，该组距今150万-310万年。,鄱阳冰期冰碛层见于江西庐山地区，为一套降色泥砾，胶结紧密，砾石风化很深，剖面网纹发育，白色高岭土条带小而密集，氧化铁和铝土约占13%以上，硅石含量65%左右。与其同期的堆积有湘西雪峰山桐木冰期的红色泥砾，大别山第一冰期的深风化泥砾等。鄱阳大姑间冰期堆积是南方地区河湖相
28、堆积或红土化发育的一个主要时期。,中更新统大姑冰期冰碛层在庐山地区为红色泥砾，条纹石极多，较鄱阳冰期的泥砾松散、颜色较浅，风化较浅，也有网纹发育。与大姑冰期同期的堆积有雪峰山长迹冰期的棕红色泥砾、大别山第二冰期的虫状红色粘土等。大姑庐山间冰期堆积大姑庐山间冰期是第四纪以来中国南方湿热化最高的时期，促进了富硅铝化和富铝化红色风化壳的发展，堆积形成网纹红土，或使前期的冰碛及其它堆积经湿热风化而具网纹红土化现象。广布于我国南方中晚更新世的大熊猫剑齿象动物群，主要生存在这一阶段,庐山冰期冰碛层在庐山地区为棕黄色泥砾，无高岭土条带或白斑，上覆黄褐色粘土，结构疏松，未经湿热风化。,上更新统 庐山大理间冰期
29、堆积主要为河湖相和泥炭堆积，或形成风化壳。此期地层普遍含有大熊猫剑齿象动物群。大理冰期冰碛层以滇西北玉龙雪山海拔4000-5000m的冰碛为代表，其特点是冰蚀和冰碛形态保存完整，堆积物风化程度低，分布面积小，仅在云贵及川西高山地区零星分布。在川西、三峡和长江下游的南京附近，有风成的黄土状粘土、亚粘土和粉砂土堆积，分别称为成都粘土，巫山黄土和下蜀粘土。,成都粘土呈灰黄棕色，致密粘重，含大量钙质结核，厚愈数米至十余米，广泛分布于川西平原和川中的涪江、沱江流域，常呈被盖式掩覆在二级阶地以上的不同级别的阶面和阶坡上，或充填在丘陵区的古代冲沟坳沟底部，与网纹红土、雅安砾石层及其它前期沉积呈角度不整合接触
30、，有人认为，成都粘土可能是庐山冰期冰缘堆积。巫山黄土系黄土状粉砂土，呈浅灰黄色，多孔隙，垂直节理发育，含钙质结核，略有胶结，后约数米至20m，分布在长江三峡的巫山奉节和秭归地区，呈披盖式覆在在二级阶地以上的阶地和山坡上，曾发现有东方剑齿象。下蜀粘土的上层为灰黄色砂质粘土，下层为棕黄至棕红色粘土，风化较深，有时有底砾层，含钙质结核，广泛分布在长江下游两岸的山顶，谷坡和阶地上，与前期地层呈清晰的角度不整合。含有大量的陆生淡水腹足类化石，其中，76%以上为现代种。,在广西柳江县通天镇的洞穴内，发现了柳江人和大熊猫洞穴亚种、东方剑齿象、巨貘、中国犀、豪猪等哺乳动物化石。(4)全新统主要形成现代河床，河
31、漫滩，一级阶地和其它成因的最新堆积。以四川为例，可以划分以下几个时期。,资阳期阶地沉积：长江及其主要支流的一级阶地，以资阳人化石产地所在的资阳阶地和北培黄桷树阶地为代表，其共同特征是阶地形态保存完整，砾石排列整齐，砂或亚砂土充填，常具有规则的斜层理和水平层理，冲积二元结构极明显，古树14C测定为距今6740-7500年。在四川盆地的许多地点如潼南、乐至、人寿等地，同期的泥炭层内部层发现与资阳相同的东方剑齿象等哺乳动物群化石。,江北期次生胶结砂、砾石层：在长江及其主要支流的沿岸，洪枯水位边幅带和地下水滥出带内，为砾石、角砾、砂和亚砂土等松散沉积现代沉积：即晚全新世亚大西洋期以来的沉积。在主要河谷
32、带内河床和河漫滩的表层沉积，平原区常有湖沼沉积。,1.3.4 西北区第四纪地层,西北区指昆仑山、阿尔金山、祁连山以北，贺兰山以西的广大地区。包括新疆、青海、甘肃及宁夏的一部分。区内第四纪初期，湖相堆积普遍，晚期为风积。河西走廊第四系从老到新分别发育玉门砾石层（Q1），酒泉砾石层（Q2），湖沼相粘质砂土、砂质粘土及化学沉积（Q3-4），风成沙丘（Q4）。新疆库车一带第四系以西域砾石层最为典型，西域砾石层为一套灰绿色粗大砾石层夹夹黄色粉砂层，属冰川堆积。,1.3.5 西藏地区第四纪地层,西藏地区第四系最典型的特点是，代表寒冷气候的冰川作用和代表温暖气候的间冰期堆积在剖面上交替出现。这一特点是划分西
33、藏第四系的基本依据。从老到新，可以划分出西夏邦马冰期冰碛、帕里间冰期堆积、聂聂熊拉冰期堆积、加布拉间冰期堆积、珠穆朗玛冰期堆积。,（1）下更新统西夏邦马冰期。冰碛物分布于西夏邦马北坡和丘顶，为砂砾层夹湖相粉砂岩和粘土岩，厚210.7m。砾石表面具冰川擦痕。帕里间冰期堆积。堆积物为湖相,为灰白黄灰色砂砾岩，夹粘土及砂质粘土和黑褐色炭质层，含孢粉和植物化石，植被属于温暖气候条件下的针阔叶混交林，厚26.2m。,中更新统主要分布喜马拉雅山北坡到波曲河谷、雅鲁藏布江河谷一带，下部为聂聂熊拉冰期冰碛砾石层，属巨型的山麓冰川堆积。上部为加布拉间冰期湖相的亚粘土及湖滨相砂层、细砂层；上部为红色风化壳，由枯黄
34、色、红色粘土带组成，属温暖湿润气候。,（1）上更新统珠穆朗玛冰期冰碛层，分布于热久藏布河东西两岸，为山谷冰川。冰碛砾石层构成拔河300m左右的宽大侧积垄。（2）全新统下部为亚里期石灰华堆积，含新石器和哺乳动物化石；中部绒布德寺小冰期冰碛；上部为冰川终碛湖相淤泥、泥炭及河流相砂砾等。,2.第四纪生物界,理论教学4学时。掌握第四纪生物界的主要特点及其研究意义；掌握第四纪哺乳动物的特征；了解中国第四纪哺乳动物群了解人类发展的主要阶段；了解考古时代的划分及与人类发展阶段的对应关系；了解人类的演化特征；一般了解中国古人类；了解第四纪植物群的总体面貌及中国植被区域的总体特征。本章重点是第四纪哺乳动物特征及
35、在第四纪地层划分中的作用。难点是中国不同地区不同时期几个重要动物群,2.1 概述,第四纪生物界的总体面貌和现代生物界是基本相似的，其原因是第四纪所经历的时间太短仅相当于地质年代中的二个单位时间（单位时间为100万年）而已。第四纪生物界是在第三纪生物界基础上发展起来的，早更新世生物面貌与第三纪生物面貌虽有差别，但联系仍为密切。这表明喜山运动之后早更新世，全球的生物地理环境并未发生剧烈的变化。从演化的进程来看，第四纪生物界比植物界要明显一些，而且陆生生物比海洋生物要显著一些，其中陆生脊椎动物特别是哺乳动物要比陆生无脊椎动物明显一些。因此，在第四纪地层划分和对比中，哺乳动物化石有着举足轻重的作用。,
36、2.2 第四纪哺乳动物,2.2.1 第四纪哺乳动物的特征新生代是哺乳动物的时代，在经历温暖的第三纪之后，进入第四纪由于气候周期性的冷暖变化，第四纪哺乳动物发生大规模迁徙，此间通过优胜劣汰，一些种属先后绝灭，同时出现一些能适应新环境的新属种，构成第四纪哺乳动物演变的一个主要特征。,上新世晚期，欧、亚、非广大地区大陆上的温带及热带地区的哺乳动物仍是“三趾马动物群”的后代，它们居住在气候相当温暖、雨量充沛的森林草原地带，热带草原区，低温平原和森林丛生的宽阔河流、湖泊、沼泽地区的属种。代表性的有三趾马、双角犀、鹿、貘、河马、大骆驼、乳齿象、剑齿象等。,更新世早期，在亚洲北部和欧洲，上新世亚热带的喜暖型
37、动物大多绝灭，代之而起的是能适应温和气候的新群组，主要代表有：南方象、啮齿象、巨大的马以及上新世的残遗者如野牛和双角犀等。由于白令海峡地区陆桥的存在，欧亚大陆与北美洲大陆哺乳动物能经过它往东或往西迁移，使全北区（Thenius 将全球分为5个动物地理区，即全北区、新热带区、古热带区、澳大利亚区和南极区，其中全北区包括劳亚大陆和北美大陆）动物群总体面貌基本相似，这种现象一直持续到近代。,更新世中期，由于北半球大陆性气候加强，无森林地带不断扩展，动物群的性质也随之改变，出现了能适应大陆性气候和草原气候的动物群，代表性的属种有长角野牛、大角鹿、训鹿、巨大的骆驼、高鼻羚羊、大型南方马和小型北方马等。当
38、冰期出现时在北半球冰盖的南部地区出现了能适应极地环境的喜寒动物群，如披着密毛的猛犸象、披毛犀、麝牛、北方鹿、北极狐等。这种喜寒的、以猛犸象和披毛犀为代表的动物群随着冰川的发展，一直延续到晚更新世。,更新世晚期，原始牛和短角野牛分布很广，并在后来演化成两支，一支是草原型的美洲野牛；另一支是广布于美洲和欧洲的森林型高加索野牛。属于森林型的还有赤鹿、褐熊、獾、野猪、河狸等，属于草原型的动物有羚羊、马、金花鼠和跳鼠等。全新世动物群的面貌与现代的基本一致。此外，由于青藏高原等东西向山系在第四纪的快速崛起，导致亚洲东南部哺乳动物与全北区存在明显的差异，构成古热带区。新生代的大陆分裂和漂移，出现了两个相对独
39、立的动物区系，即南美和部分中美洲新热带动物区系和澳大利亚、新几内亚以及相邻岛屿组成的澳大利亚区，由于大洋的隔离，出现了一些特殊的动物群如有袋类、鸭嘴兽等。,2.2.2 中国第四纪哺乳动物 2.2.2.1 更新世哺乳动物群图2-1 中国第四纪四种象类化石（1）华北地区哺乳动物群，在华北地区为长鼻三趾马真马（ProboscidipparionEquus）为代表的“泥河湾动物群”。该动物群主要特征有：首次出现了第四纪特有的种属，如真马、野牛（Bison）、象（Elephas）、狼（Canis）、熊（Ursus）、羚羊（Gazella）、和羊（Oris）;保存有上新世“三趾马动物群”的残余，如长鼻三趾
40、马、剑齿虎、爪兽、猎狗和犀牛等；出现一些特殊的种类，如丁氏田鼠（Siphneuo tingi）、双岔鹿（Cervus(Elephnurus)bifureatus）、小鹿（Cervus boulli）和水鹿（Cervus（Rusa）elegans）等。泥河湾动物群属森林草原动物群，其中森林性动物群多于草原性动物群。,图2-2 中国第四纪三种鹿类化石步氏鹿：更新世早期；扁角肿骨鹿；更新世中期；河套大角鹿；更新世晚期,（2）南方区动物群 以云南“元谋动物群”为代表。该动物群的最大特点是既有大量第四纪属种又有相当数量的上新世“三趾马动物群”分子。2.2.2.2 中更新世动物群 华北区称为“中国猿人肿骨
41、鹿”（SinanthropusSinomegaceros）动物群，即周口店动物群。该动物群的主要特点为：,中更新世新种的出现，如中国猿人北京种（Sinanthropus pekinensis）、肿骨鹿(Sinomegaceros pachyosteus)和纳玛象(Elephas cf.namadicus)（图2-1，2-2）等。许多现代的属种在此时首次出现步氏鹿：更新世早期；扁角肿骨鹿：更新世中期；河套大角鹿：更新世晚期现，如食虫类的白鼹（Scaptochirus）,刺猬（Erinaceus）；食肉类的狼（Canis lupus）、狸狼（Nyctereutes）、豹（Felis pardus）
42、、野狸（Felis micortis）；啮齿类的野鼠（Cricetulus）、田鼠（Microtus）和鼠类(Mus rattus,Moschus,Macucus)等等。,有少量长鼻三趾马真马动物群的残留如中国鬣狗。华南地区中更新世哺乳动物群主要发现于四川、广西、云南、江苏和浙江等地的洞穴堆积物中，称为“剑齿象大熊猫动物群”或“黑猩猩大熊猫动物群（PongoAiluropoda）”动物群。典型地点在四川万县盐井沟。该动物群的主要特征有：动物群中有许多特殊的类型：猩猩（Pongo cf.satyrus）、巨猿（Gigantopithecus）、大熊猫（Ailuropoda）、巨貘（Megatap
43、irus）、中国犀（Rhinoceros sinensis）、东方剑齿象（Stegodon orientalis）等等。,动物群中出现了典型的南方种类，如猪獾（Arctonyx）、竹鼠(Rhizomwys)和水鹿(Rusa)等。有一些华北区的种类：虎(Felis tigris)、豺、水牛(Bubalus)、野猪(Sus)、熊及较多的小啮齿类。仍有一些上新世的残留分子，如乳齿象等。含中更新世常见的种类，如晚期鬣狗（Hyaena ultima）、纳玛象（Elephas cf.namadicus）。,2.2.2.3 晚更新世动物群（1）中国北方哺乳动物群分布于北方马兰黄土层中，称为萨拉乌苏动物群，即
44、纳玛象晚期鬣狗动物群。标准地点在内蒙古河套的萨拉乌苏。该动物群以纳玛象、原始牛、披毛犀、赤鹿、河套中国大角鹿、王氏牛等化石为代表。主要特点有：晚更新世的种类得到了充足的发展，数量增多，体形增大，如洞穴鬣狗、鄂尔多斯大角鹿和披毛犀等；出现现代的种类：新人、狸狼、方氏田鼠、蒲氏马、野驴、斑鹿和蒲氏羚羊等；一些属中更新世的属种如三门马、梅氏犀及中国鬣狗等在这个动物群中已经消失，绝灭种占32%。,（2）山顶洞动物群山顶洞动物群标准地点在北京周口店。动物群面貌上与撒拉乌苏动物群相似，但出现了一些南方型属种如猎豹（Cynailurus cf.jubatus），香猫(Paguma larvata)，真象(E
45、lephas sp.)，而且现代属种所占比重增加，绝灭种仅占12.1%。（3）猛犸象披毛犀动物群(MammuthusCoelodonta)在东北地区，晚更新世出现的动物群为猛犸象披毛犀动物群，标准地点在内蒙的扎赉诺尔、哈尔滨附近的顾乡屯和吉林榆林的周家油房。其特征有：典型的北方种类占优势，如猛犸象、披毛犀、驼鹿（Ales）,指示当时该区气候寒冷；含较多的现代属种；有现代已经绝灭的种类：原始牛、晚期鬣狗、三门马、梅氏犀、河套大角鹿、王氏水牛等。根据测年资料，猛犸象披毛犀动物群与萨拉乌苏动物群时代上相当，但在组成上，后者无猛犸象和野牛，气候上前者生存环境要冷于后者。,（1）含新人“大熊猫剑齿象”动
46、物群动物群出现于晚更新世中国南方，基本面貌与中更新世类似，在动物群中发现有早期智人化石或晚期智人化石。全新世动物群我国全新世初期的动物群仅在华北地区有所了解，其主要代表是四不象鹿（Elaphurus davidainnus），故称四不象鹿动物群。从此以后，即为现代动物群的形成时期，已超过本书讨论范畴，故不做进一步讨论。,2.3 人类的发展与石器,2.3.1 人类发展的主要阶段人类由古猿进化而来，划时代的标志有能制造和使用工具、并可能学会用天然火烹制食物和防御野兽、在共同劳动和生活中逐渐产生了语言。其发展可以划分为三个阶段，即猿人阶段、古人阶段和新人阶段。,1）猿人阶段还可进一步分为两个时期。直
47、立猿人（Pithecanthropus）时期，直立猿人的主要特点是脑容量较类猿人多，可达850ml（类猿人仅600ml），头型指数72.5，属长头型。颅高率为74，但额部仍旧低平。眉骨嵴高突，额短。整个头骨下宽上狭。头顶上的中始嵴也相当显著。头高105mm，头骨厚10mm。牙齿特点与类猿人相似。大腿骨更显得进步。表明这一时期，手足有了明确的分工，称为人类与类人猿间的过渡群体。,“中国猿人”（Sinanthropus）时期,中国猿人发现于北京周口店西南面42km的周口店石灰岩洞穴中。其骨骼的主要特点有：头盖骨还相当低平，两眼孔之间的眉骨嵴显著地突起，并且在鼻骨之上连接起来，所以眉间区特别隆起。在
48、眉骨与前额之间形成一条深沟。头骨高115mm，平均脑容量1075ml。其额倾角58（现代人72），头骨平均厚度9.7mm。（2）古人阶段生存于中更新世晚期至晚更新世，距今约420万年。其体质特征虽然仍保留一些原始性，但经过长期劳动，已有很大进步，脑容量增加至1,3001,600ml，骨质变薄，能完全直立等。,（3）新人阶段约出现在4万年前，其体征已与现代人基本相同。考古学上将第四纪划分为旧石器时代、中石器时代和新石器时代（表2-1）。旧石器所占的时间最长，几乎覆盖了整个更新世，中石器仅占更新世末期和全新世初期，新石器属全新世早中期，之后便是铜器时代、铁器时代和现代。,表2-1 地质时代、考古时
49、代与人类发展阶段对照表,旧石器是原始人类利用天然石料（特别是河床砾石），用手握石相互打击，劈裂而成，总称为打击器。进入旧石器晚期人类学会了结网捕鱼、人工取火、借助工具捕猎，并进入母系社会。中石器时代距今约7,00015,000年，大体已进入全新世早期。以磨制细小或打击精致的石器为特征，发明了弓箭，开始训养狗等动物，提高了狩猎的能力。新石器属全新世早中期，除打制石器外，已普遍使用磨制的各种定型石器和骨器，工具及样式都很多，同时陶器也很发达，有彩陶和黑陶等。,2.2.3 人类的演化特征,继南方古猿之后，古猿进一步演化到猿人阶段。猿人尽管在体质上仍保留了古猿的特征，如头盖骨低平、颅腔小、眉脊突出和下
50、颌不显等，但与古猿已有本质的不同。猿人能制造工具，如打击石器等，更重要的是猿人已经会使用火，火的使用使大脑得到了进一步的发展，脑容量从直立古猿时期的850ml增加到中国猿人时期的1075ml，几乎是南方古猿的两倍。,在距今20万至4万年间，人类发展进入了一个新阶段古人阶段。随着脑容量的增加，人工取火的实现，人类已能成功地适应各种复杂的环境，并通过制造定型的石器从事生产活动。距今4万年，人类跨入了新人（智人）阶段，在相貌、体态及脑容量上与现代人接近，通过制造复杂的石器，使人类的分工，获取事物的途径更加广泛、效率更高。距今一万年左右，人类进入了一个全新的时期现代人阶段，这一阶段人类在很短的时间经历
