第四纪地质学

简单概述

研究第四纪时期的地质过程、环境演化、生物界演化以及人类起源和发展的学科。地质学的一个分支。第四纪的时间范围从上新世末（距今约248万年）至今。第四纪冰川广布、火山活动频繁、地势高差显著，绝大部分沉积物没有固结成岩，出现了人类。第四纪的新构造运动，沉积物的形成、环境气候的变迁、动植物的演替与今天人类经济活动密切相关。第四纪地质的研究对地质灾害的预测和防治、国土整治、环境保护、工程建筑选址、第四纪矿产资源勘查等有重要意义。

气候及其内容

19世纪末、20世纪初，在欧洲建立的第四纪4次冰期学说，对冰川作用、气候变化等方面的研究产生了广泛影响。南斯拉夫数学家米兰科维奇（M.Milanko-vich）1920年提出气候变化的天文学说，地球轨道周期成为探讨第四纪气候变化及冰期形成的重要理论依据。

1899年奥地利地质学家休斯（E.Suess）建立海平面变化理论，经过不断充实、发展，1934年美国学者戴利（R.Daly）提出冰川—海面控制论。1961年费尔布里奇（R.W.Fairbridge）将海面变化归为3种类型：①构造—海面升降运动；②沉积—海面升降运动；③冰川—海面升降运动。20世纪50年代以来，放射性碳、钾氩法、铀系法、裂变径迹法测年及氧同位素测温等技术的应用，使第四纪地质研究达到新水平。1963年考克斯（A.Cox）建立古地磁年表，为第四纪地层的划分与对比提供了依据。大陆与大洋沉积序列研究，更新了传统的4次冰期概念，支持了米兰科维奇的气候变化天文学说。

1977年库克拉（G.Kukla）等对捷克布尔诺黄土的研究证明，在奥尔杜韦古地磁事件以来的170万年里出现了17次间冰期，平均每10万年有1次冰期—间冰期气候旋回。印度洋、赤道大西洋、加勒比海的海洋沉积研究，也得出相近的结论。中国第四纪黄土研究揭示出最近70万年以来有13次气候旋回。

20世纪60年代以来实施的许多国际研究计划，如DSDP（深海钻探计划）、CLIMAP（长期气候研究、制图与预测计划）、IGCP（国际地质对比计划）等，已在第四纪古气候、冰期形成、冰期气候特点、海洋环境变化等方面取得重要成果，从而推动了第四纪地质学的发展。

发展简史

第四纪地质作为科学对象进行研究始于18世纪的欧洲。第四纪冰川沉积和古气候变化始终是第四纪地质学研究的主体。其发展历史可分为3个阶段。

①初期阶段。时间在18世纪至19世纪末。主要研究分布于基岩之上的松散沉积物，当时称为漂积物，认为是圣经上所说大洪水带来的泥砂堆积而成的。19世纪初极地探险工作开展后，开始认识到它们可能是冰流搬运和堆积的物质。19世纪下半叶正式确定所谓漂积物是冰流堆积，并称第四纪为“冰河期”。

②发展阶段。指20世纪上半叶。在20世纪初，德国A.彭克和E.布吕克纳研究阿尔卑斯山冰川沉积，提出第四纪经历了4次冰期的概念。这一概念推动了第四纪地质学的发展，世界各地相继建立了相应的4次冰期。中国地质学家李四光于30年代建立了中国的4次冰期系统。这个时期从世界各地的第四纪地层中发现了许多重要的哺乳动物化石群和古人类化石，对它们的研究不仅促进了进化论的发展，也成为划分第四纪地层的重要依据。与此同时，许多学者对河流、湖泊、海滨、洞穴、火山、黄土和沙漠等开展了广泛的研究，为第四纪地质学的建立奠定了基础。

③成熟阶段。第二次世界大战以后，各种测定年轻地质年龄的方法不断完善，古环境的指标得到确定，对以前很少涉及的地区，如深海、南极、北冰洋开展了大量的调查。1955年C.埃米利亚尼根据深海沉积氧同位素测定，提出近30万年以来曾发生7次冰期旋回，成为第四纪研究新的里程碑，从而建立了第四纪气候变化的新模式。研究表明，240万年以来，地球至少经历了24个气候旋回。第四纪地质学已进入全球对比和全球变化研究的新阶段。一方面要实现各大陆和海洋第四纪地层以及古气候记录的对比。另一方面要把地球作为一个整体，研究岩石圈、水圈、生物圈、大气圈相互作用相互影响的全过程，预测未来环境和气候变化的趋势。这些都标志着第四纪地质学已日渐成熟。

划分

第四纪是地质史上时间极短的一个纪，至今尚未终止。第四纪从什么时候开始，没有一致的看法。过去一般认为它的年龄只有100万年左右。近年来由于古人类学和旧石器时代考古学的新发现，以及年代测定技术的发展，人们普遍认为它的年龄要大得多，有的认为是180—200万年，也有人认为是248万年，还有人认为已经超过了300万年。

长期以来，人们一直在努力寻求放之四海而皆准的第四系的标准地层，但是没有能够实现。因为第四纪的沉积物具有很强的区域性，同一时期在不同的自然环境里和不同的地貌单元上，可以形成各不相同的地层；不同时期，在相似的自然环境里和同样的地貌单元上，可以形成彼此相似的地层。因此，不可能单纯依据岩石本身的性质来划分第四纪地层。

第四纪通常以气候的更替划分为冰期和间冰期，或雨期和间雨期。但是世界上有许多地方古气候的变化证据是很缺乏的，因此很多地方一直应用脊椎动物和海洋软体动物的古生物方法确定第四纪的分期和地层划分。在古人类和古文化材料丰富的地区，应用人类学和考古学的方法效果是比较明显的。

第四纪海洋动物群变化较慢，尤其是在大洋里，几乎没有什么改变，只有某些高纬度的内海区域，如地中海、里海等地，存在群组的迁移，当冰期来临时，北方寒冷生活条件下的种类向南迁移而间冰期到来时，它们则又回到了北方。但脊椎动物特别是陆生哺乳动物，进化速度却较快，而且在某一阶段的一定自然地理区域里动物群具有相对的一致性。在第四纪脊椎动物化石中，搜集得最多的是第四纪哺乳动物，其研究也比较详细。因此，第四纪哺乳动物不仅对陆相地层的划分和对比具有重要的意义，而且对恢复当时的古气候和古地理环境对探讨古人类的生存时代和生活条件等都起着特别重要的作用。

关于第四纪地层的划分世界上没有取得一致意见。中国第四纪地层的划分，按照1959年全国地层会议讨论的草案，第四系包括下更新统、中更新统、上更新统和全新统，其时代分别与第四纪的早更新世、中更新世、晚更新世和全新世各阶段相对应。

研究内容

第四纪地质学主要包括下列研究内容：

①新构造运动。研究第四纪地壳运动类型、运动方式和速度、地震活动规律性，以及它们与工程建设的关系。

②沉积物形成与地层划分。确定第四纪沉积物的分布和成因、物质成分与特性、沉积环境等，根据沉积物的时代、沉积相和物质特征等进行地层划分和对比。

③矿产与其他资源。勘查第四纪时期形成的贵重与稀有金属、非金属砂矿，如金刚石、砂金、独居石、锆石等砂矿，以及岩盐、石膏、泥炭等。调查水利、草场、荒地、旅游风景区等各种资源。

④环境与气候变迁。研究第四纪时期气候变化、环境变迁、海面升降等，探索它们变化的原因并预测未来发展趋势。

⑤动植物演替。研究第四纪沉积物中保存的各种生物化石，尤其是哺乳动物、软体动物、有孔虫、介形虫、孢粉等。划分第四纪动物区系、动物群组合，鉴别新生种属与某些种属的绝灭，了解植被发育与演变过程，从而确定古环境历史，为第四纪地层划分提供依据。

⑥人类起源与演化。通过研究古人类化石的解剖特征，追溯人类起源及演化历史。研究古人类使用的生产工具和其他活动遗迹，探讨劳动的起源与人类文明的发展过程，为进化论和辩证唯物主义提供科学依据。

研究方法

第四纪地质学除采用地质学的一般研究方法外，还应用同位素地质年代学方法，如放射性碳测定、热释光法、裂变经迹法、钾－氩法等，精确测定第四纪地层和地质事件的年龄。通过哺乳动物化石、孢粉化石、软体及微体动物化石鉴定，确定不同时代、不同地区动物群组合特征。使用孢粉分析、氧同位素测定、古土壤类型划分等方法，重建第四纪古环境及古气候变化历史。利用古人类化石比较解剖学方法，结合旧石器考古、新石器和历史考古学方法，探索人类起源、演化和迁徙过程。应用大地测量及定点观测方法研究新构造运动，使用遥感遥测手段进行资源调查及环境监测。

生物

第四纪是哺乳动物和被子植物高度发展的时代，人类的出现是这个时代最突出的事件。因此，有人也把第四纪称之为人生纪或灵生纪，甚至还有人把它从新生代中独立出来并列为人生代或灵生代。第四纪的哺乳动物具有明显现代化的特征。

早更新世时期，第三纪三趾马动物群中的许多科，如鼬鬣狗(Ictitheriidae)、无角犀（Aceratheriinae）、长颈鹿（Giraffidae）等都绝灭了。

有的第三纪的残留种类如剑齿虎(Machairodontinae)、蹄兔(Hyracoidea)、乳齿象(Mastodontidae)、剑齿象 (Stegod ontinae)、三趾马(Hipparion)、爪兽（Chalicotheriidae）、鼠（Mimomys）等几乎都处于绝灭的过程中。标准的第四纪种属大量出现，如猫熊(Ailuropoda)、真象（Elephantinae）、真马(Equus)、腔齿犀（Coelodonta）、板齿犀(Elasmotherium)、牛(Bos)、野牛(Bison)、水牛(Bubalus)、丽牛(Leptobos)、四不象鹿(Elaphurus)等。

重要意义

第四纪地质学与许多相邻学科有密切关系。例如第四纪新构造运动和沉积相分析以地质学、沉积学、地貌学为基础，第四纪地层划分需要应用地层学、古脊椎动物学、地质年代学的理论和方法。重建第四纪环境历史和古气候变化过程时，需要运用气候学、气象学、天文学、孢粉学、土壤学、动植物学的有关知识。探索人类起源与演化时，人类学、旧石器考古学、历史考古学方面的研究是不可缺少的。资源和矿产普查普遍应用矿物学、矿床学、地理学的理论和遥感遥测技术。

旧石器时代考古的野外调查、需要应用第四纪地质知识，如恢复更新世古地理环境，确定在适合于古人类生存的条件下形成的第四纪地层等。发掘工作只有在充分认识第四纪地层的基础上才能顺利进行，特别是对于埋藏在河湖相沉积层里的古人类文化地点，只有采取第四纪地质的工作方法才是有意义的。对古人类文化遗物时代的确定，第四纪地层的划分对比和对哺乳动物的分析判断在目前仍然是主要的方法。当然，古人类文化遗物也是第四纪地层划分的一项重要依据。

该页面最新编辑时间为 2023年8月9日