第四紀(jì)地質(zhì)與地貌

1、第四紀(jì)地質(zhì)與地貌,授課教師：邱世藩2013年上學(xué)期,廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院市政工程系,0. 緒論,1. 第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué)的由來0.1.1 第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)第四紀(jì)（Quternary）：第四紀(jì)是地質(zhì)歷史中最新的一個紀(jì)，包括更新世（Pleistonce）和全新世（Holocene），是指最近260萬年以來的一段地質(zhì)歷史時期第四系（Q）：是指形成于第四紀(jì)地質(zhì)時期的松散堆積物（地層）第四紀(jì)地層的劃分,新生代地質(zhì)年代表,地質(zhì)年代的劃

2、分,年代單位 地層單位宙 Eon 宇 Eaves代 Era 界 Group 紀(jì) Period 系 System世 Epoch 統(tǒng) Series期 Age

3、 階 Stage,What is the Quaternary,The Quaternary is a subdivision of geological time (the Quaternary Period ) which covers the last two million years up to present day. (The exact duration is a matter of

4、 debate with estimates of the onset of the Quaternary Period placed at between 1,8 million years and 2,6 million years by different authors) The Quaternary and the Tertiary Periods together form the Cenozoic Era. The Qua

5、ternary can be subdivided into two epochs: the Pleistocene (two million years to ten thousand years ago) and the Holocene (ten thousand years ago to the present day).Today the term Quaternary (Desnoyers,1829) is virtual

6、ly identical in meaning to the term Pleistocene, although the Pleistocene (Lyell,1839)is defined as having ended 10 000 radiocarbon years ago and is followed by the Holocene Series (which replaced ‘Recent’ in 1885) in wh

7、ich we still live. However, the term Quaternary has remained current because it efficiently describes the whole period, i.e. Pleistocene + Holocene. Retention of this term, determined by historical priority and long usag

8、e, is therefore essential because it identifies this specific period.The Quaternary Period has been one of extraordinary changes in global environment as well as the period during which much of hominid evolution took pl

9、ace.,1829年，英國地質(zhì)學(xué)家C.Lyell將當(dāng)時第三系上部那套70%以上的腕足均為現(xiàn)在屬種的地層層位更新統(tǒng)，將形成這套地層的時代叫做更新世（Pleistonce） 。后來他又將更新統(tǒng)頂部生物殘骸中由現(xiàn)代屬種組成的那套地層稱為全新統(tǒng)，相應(yīng)的年代為全新世（Holocene）第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)：研究第四紀(jì)地殼、氣候和生物界演化歷史及其分布規(guī)律的科學(xué)，叫做第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)（Quaternary Geology）,第四紀(jì)的環(huán)境演變,一、新構(gòu)造運(yùn)動與

10、現(xiàn)代地形輪廓的形成二、現(xiàn)代季風(fēng)的形成和溫帶荒漠的發(fā)展三、第四紀(jì)氣候的冷暖變化四、黃土堆積五、海平面變化六、生物群和自然地帶的變化（人類的出現(xiàn)）,第四紀(jì)的突出特征是氣候變冷，環(huán)境變遷，出現(xiàn)了人類。,第四紀(jì)科學(xué)的性質(zhì)和任務(wù),第四紀(jì)是地球演變的最新時期，第四紀(jì)科學(xué)是地球科學(xué)中最活躍的一個分支，它承襲了傳統(tǒng)的地球科學(xué)，又與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多新領(lǐng)域新進(jìn)展緊密關(guān)聯(lián)，從圈層相互作用到全球變化，從地學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)等自然科學(xué)到人類學(xué)和社會可

11、持續(xù)發(fā)展， 當(dāng)今人類社會面臨的資源、能源、環(huán)境、災(zāi)害等許多問題無不與第四紀(jì)科學(xué)相關(guān)，解決這些重大問題是第四紀(jì)科學(xué)工作者責(zé)無旁貸的歷史責(zé)任和社會責(zé)任。第四紀(jì)科學(xué)研究的走向是向著精細(xì)、集成、系統(tǒng)化和全球化發(fā)展,0.1.2 地貌學(xué)地貌：即地球表面各種形態(tài)的總稱，也叫做地形(landform）中國最早的地貌學(xué)著作是關(guān)于大禹治水的《禹貢》，它是《尚書》的一部分，著于公元前21世紀(jì)至20世紀(jì)。它將中國劃分為九州（冀州、袞州、青州、徐州、揚(yáng)州、荊

12、州、豫州、梁州和雍州），描述了平原丘陵的起伏地形，各地區(qū)的土壤類型，并詳細(xì)地描述了黃河及長江三角洲地區(qū)地貌學(xué)真正作為地質(zhì)學(xué)與地理學(xué)之間的科學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展是在18世紀(jì)羅蒙諾索夫的時代里。羅蒙諾索夫（1711-1765年）是俄國也是世界地貌學(xué)的創(chuàng)始人。18世紀(jì)中葉，在他所著的《冶金學(xué)》第一篇第二節(jié)“關(guān)于地層”里提到了關(guān)于地形起伏的形成和變化的重要結(jié)論,羅蒙諾索夫關(guān)于地形起伏的形成和變化的理論主要有四點(diǎn)：1. 山岳和平原的形成是內(nèi)力和外力

13、相互作用的結(jié)果，而在地形形成當(dāng)中以內(nèi)力因素為要因素2. 內(nèi)外力相互作用的統(tǒng)一結(jié)果不僅僅能解釋大的的地形類型成因，同時也可以應(yīng)用在解釋小地形的成因上3. 地球表面處于不斷的變化中，因此應(yīng)該在地表地形的發(fā)展變化中去認(rèn)識它們4. 更重要的一點(diǎn)是，地形是在尋找埋藏地下深處的礦床當(dāng)中被人們認(rèn)識的，因此，它們今后的發(fā)展也不能脫離找礦的任務(wù)，而必須為找礦服務(wù),地球的內(nèi)力作用使巖石圈發(fā)生變形和巖漿活動，結(jié)果使地球表面起伏不平，形成明顯的地勢差。外

14、動力地質(zhì)作用使地球表面削高填低。河流的中上游地區(qū)以侵蝕為主，塑造了千姿百態(tài)的侵蝕地形；下游地區(qū)以堆積為主，形成各種堆積地形內(nèi)動力地質(zhì)作用造成了地表的起伏，控制了海陸分布的輪廓及山地、高原、盆地和平原的地域配置，決定了地貌的構(gòu)造格架。而外動力（流水、風(fēng)力、太陽輻射、大氣和生物的生長與活動）地質(zhì)作用，通過多種方式，對地殼表層物質(zhì)不斷進(jìn)行風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)和堆積，從而形成了現(xiàn)代地面的各種形態(tài)。簡而言之，內(nèi)動力確定了地貌的基本結(jié)構(gòu)，外動力則在這

15、個基礎(chǔ)上不斷對它們進(jìn)行雕塑,地貌是自然地理環(huán)境中的一項(xiàng)基本要素。它與氣候、水文、土壤、植被等有著密切的聯(lián)系。地貌與巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系尤為密切。當(dāng)?shù)貧ご蠓鹊纳仙龝r，會引起河流急劇下切，導(dǎo)致形成高山深谷的地貌形態(tài)。而地表形態(tài)的變化又導(dǎo)致山地的氣候、植被的垂直變化，結(jié)果形成各類地貌在地域上的組合和垂向上的分異研究地球表面各種地形形態(tài)、結(jié)構(gòu)及其發(fā)生、發(fā)展的科學(xué)，叫做地貌學(xué)（Geomophology）,0.2 第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué)的研究

16、內(nèi)容、方法,第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容包括第四紀(jì)地層、生物界、古氣候、海平面變化和新構(gòu)造運(yùn)動等地貌學(xué)的研究內(nèi)容：地球表面各種形態(tài)特征；形成地貌的內(nèi)外動力作用；地貌隨時間的演化規(guī)律；地貌內(nèi)部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及地貌的空間分布規(guī)律第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)的研究方法包括野外剖面描述、測繪和室內(nèi)研究，如遙感分析和堆積物分析。野外剖面描述包括顏色、厚度、分層、結(jié)構(gòu)、粒度、成因等。室內(nèi)分析包括粒度分析、成分、礦物、測年、考古和微觀分析等,0.2.1 野外研究方法野外

17、研究方法：形態(tài)研究包括形態(tài)的特征、組合、分布和測量；組成物質(zhì)研究包括物質(zhì)的顏色和形態(tài)特征（如球度、磨圓度等）；形成條件研究包括新構(gòu)造運(yùn)動狀況、地質(zhì)與構(gòu)造特征，各種外力特征；地貌過程的觀測；地貌成因分析等0.2.2 室內(nèi)研究方法室內(nèi)研究方法包括：地形圖分析、遙感分析、沉積物分析（粒度分析、礦物分析、掃描電鏡分析、化學(xué)分析），模擬分析、年代分析等,0.3 地貌學(xué)及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)的研究意義,（1）第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)與以前的其他地質(zhì)時期相比，最大的

18、特點(diǎn)是人類及大規(guī)模的冰川的出現(xiàn)與消失；第二是第四紀(jì)堆積物覆蓋于地表，并且大部分是松散的，與人類的生存與發(fā)展關(guān)系密切；第三是第四紀(jì)生物群與現(xiàn)代生物群關(guān)系密切（2）與第四紀(jì)地質(zhì)現(xiàn)象相適應(yīng)，有一些不同于前第四紀(jì)地質(zhì)歷史的研究方法。例如：冰期與間冰期的劃分，地貌學(xué)、考古學(xué)和古人類學(xué)的研究方法等,（3）第四紀(jì)第四現(xiàn)象與人類的關(guān)系特別密切，如地質(zhì)災(zāi)害的研究與防治是人類不可回避的問題，因而具有特殊的重要意義（4）第四紀(jì)地質(zhì)現(xiàn)象保留完整，而且其地質(zhì)

19、過程仍在繼續(xù)進(jìn)行，研究這些現(xiàn)象和過程，有助于揭示和理解第四紀(jì)以前的地質(zhì)歷史，具有特殊的理論和方法學(xué)意義（5）第四紀(jì)地層中蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)，如砂金礦。鈷鎳鉻砂礦、錫鎢砂礦、金剛砂礦等（6）在進(jìn)行工程地質(zhì)勘查時，不同類型的地形形態(tài)和第四紀(jì)堆積物在空間上的分布資料非常重要,（7）大量地下水賦存于第四紀(jì)松散沉積物之中，許多大型工程（如水壩、水庫、渠道、港灣、工廠和城鎮(zhèn)）都建立在第四紀(jì)沉積物和一定的地貌形態(tài)之上（如河流階地、洪積扇、盆地和峽谷

20、等）因此，第四紀(jì)沉積物的年代分布、巖性、厚度和成因?qū)Φ叵滤男纬?、分布、埋藏、水質(zhì)、水量和運(yùn)動規(guī)律有直接影響，與土層的工程力學(xué)性質(zhì)也有很大的關(guān)系。各種交通線路和管理工程要求避開不利因素（如山崩、地滑、泥石流和沼澤等），而某些地貌、第四紀(jì)對象（如溶洞、暗河、掩埋河谷、砂礫層等）則可以作為提供地下貯水空間的有利場所（8）其他方面：農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、地震研究、測量、軍事、航片和衛(wèi)片解釋等等都需要一定的地貌學(xué)及第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)知識（9）人類的經(jīng)濟(jì)

21、活動，在各種范圍內(nèi)都與地形及第四紀(jì)堆積物有關(guān)，利用地貌第四紀(jì)的資料能夠多、快、好、省 地進(jìn)行地質(zhì)測繪和找礦以及各種工程建設(shè),0.4 第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)與地貌學(xué)之間的關(guān)系,任何一種外動力地質(zhì)作用，在塑造地貌形態(tài)的同時，也形成第四紀(jì)堆積物。因此，在研究地貌時，必須要研究有關(guān)的的第四紀(jì)堆積物。地貌學(xué)、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)常從不同的角度去研究同一對象，或研究同一作用的兩個方面多年的研究表明，結(jié)合地貌學(xué)來研究第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)能取得很好的效果,0.5 地貌學(xué)及第四

22、紀(jì)地質(zhì)學(xué)的研究進(jìn)展,1. 氣候系統(tǒng)研究仍然是全球變化研究的主要課題2. 人類與自然的相互作用越來越突出3．從地球科學(xué)系統(tǒng)到地球系統(tǒng)科學(xué)4. 海洋研究方興未艾5. 精細(xì)測量與實(shí)驗(yàn)觀測6. 應(yīng)用研究,從上個世紀(jì)80年代末實(shí)施的國際地圈生物圈計劃（IGBP）推動了全球變化研究，該計劃已實(shí)施18年，卻還要進(jìn)行下去，表明全球變化研究是個長期任務(wù)。在這項(xiàng)任務(wù)中，氣候系統(tǒng)研究是它的主要課題，因?yàn)闅夂蜃兓怯啥喾N因素引起的，對整個自然界和人

23、類社會有著密切關(guān)系和重大影響，好的氣候條件能給人類創(chuàng)造巨大財富，壞的氣候條件又會給自然與社會帶來嚴(yán)重災(zāi)難。第四紀(jì)科學(xué)既要研究古氣候又要與現(xiàn)代氣候相結(jié)合。而要做到這一點(diǎn)就必須進(jìn)行短尺度高分辨率的古氣候研究，找出個、十、百、千年尺度的變化規(guī)律，和人類觀測的記錄相銜接；識別突發(fā)氣候事件的表現(xiàn)特征，探討區(qū)域乃至全球的氣候變化規(guī)律，建立系統(tǒng)模型，找出系統(tǒng)的影響因子，把系統(tǒng)與全球變化有機(jī)地聯(lián)系在一起,環(huán)境演變促進(jìn)了人類進(jìn)化，人類生存和發(fā)展又反過來作

24、用和影響環(huán)境。在探討人類起源和進(jìn)化的過程中，必然要和當(dāng)時當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境緊密地結(jié)合在一起。隨著人口的不斷增加，人類活動的廣度和深度不斷擴(kuò)大，城市化和工程化加速，作用地球的面積超過50%，消耗的資源能源和產(chǎn)生的廢氣廢物急劇增長……人類活動已成為巨大的作用力改變著地球的面貌和生態(tài)環(huán)境，當(dāng)人類活動超越了自然營力，破壞了自然平衡，違背了自然規(guī)律，就必然引起異常的自然現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴(yán)重的自然災(zāi)害。因此，人類和自然如何協(xié)調(diào)發(fā)展是第四紀(jì)科學(xué)必須深入研究探討

25、的課題，而可持續(xù)發(fā)展不僅僅是科學(xué)問題，還牽扯方方面面的社會問題，需要在科學(xué)的基礎(chǔ)上通過社會的集成來解決,地球這顆巨大行星，無論是時間演化，空間發(fā)展，物質(zhì)組成，還是運(yùn)動能量，都構(gòu)成了一個完整系統(tǒng)。地球科學(xué)是門系統(tǒng)科學(xué)，地球系統(tǒng)科學(xué)又在更大的范疇內(nèi)把地球科學(xué)與人類學(xué)、生物學(xué)、環(huán)境學(xué)、天文學(xué)、動力學(xué)等聯(lián)系一起。許多重大問題，需要多學(xué)科綜合研究。例如青藏高原的出現(xiàn)和隆升不是一個單純的地質(zhì)事件，它與整個板塊運(yùn)動及歐亞大陸東緣的邊緣海，黃土高原，東

26、亞季風(fēng)的形成都有密切關(guān)系；同時也改變了大氣環(huán)流和氣候格局，對陸地和海洋生物的演替也有重要影響；高原周圍是幾大人類文明發(fā)祥地，暗示高原的形成與人類文明也有關(guān) 。第四紀(jì)科學(xué)研究最容易也應(yīng)該將地球表面各個層圈，各種自然作用，各個學(xué)科聯(lián)系起來海洋,海岸,灘涂有著廣闊的空間和豐富的資源，又與氣候環(huán)境演變密切相關(guān)，這方面工作需要進(jìn)一步加強(qiáng),現(xiàn)代自然科學(xué)的任何發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新都必須建立在精細(xì)的測量數(shù)據(jù)和詳細(xì)的觀測資料基礎(chǔ)上。譬如高分辨率的古氣候研究，就需

27、要有準(zhǔn)確的年齡測定和精細(xì)的氣候指標(biāo)（代用指標(biāo)）測量；而要模擬地質(zhì)時期的氣候環(huán)境變化特征和變化規(guī)律，又需要現(xiàn)今觀測資料的驗(yàn)證。高水平的測試數(shù)據(jù)來自高水平的實(shí)驗(yàn)室和高水平的技術(shù)人員，在進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和布局時必須給予高度重視，當(dāng)前最需要的是年輕的年代學(xué)研究。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多自然過程是可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和模擬的。針對某些研究問題和需要，建立長期穩(wěn)定的觀測點(diǎn)（站）和模擬實(shí)驗(yàn)室，是科學(xué)發(fā)展的需要和必然,任何一門科學(xué)的最終歸宿都是要服務(wù)于社會，