Question

第四纪地质学及地貌学的研究内容

Answer 1

（一）第四纪地质学

1.科学术语　第四纪（Quaternary period）一词由法国地质学家Desnoyers于1829年引入地质学。他是作为对当时通用的地质时代划分——第一纪、第二纪、第三纪的附加提出来的。Desnoyers研究巴黎盆地地层，将覆于第三纪地层之上的一套松散堆积物称为第四系（Quatornary System），将形成这套堆积物的时代名为第四纪。稍后，Rebonl于1833年将第四系一语的含义引伸为包括含有现时仍在生活的动物群和植物群残骸的沉积物顺序。Rebonl认为，这一特点可以与第三系加以区别。第三系所含有的化石种属现时很多都已灭绝，这样使第四系（纪）一语具有生物地层学的意义。

差不多在同一时期（1830—1833），著名地质学家Lyell根据第三纪地层中所含腕足类化石中的现代种属所占的百分比，于1839年提出更新世（Pleistocene period）和更新统（Pleistocene Series）。Lyell把含有腕足类化石的70%以上为现代种属的一套地层，命名为更新统；将形成这套地层的时代，相应地叫做更新世。更新世和更新统又分别叫做后上新世（post pliocene epoch）和后上新统（post pleistocone series）以及后第三纪（post tertiary period）和后第三系（post tertiary system）。更新世（后上新世、后第三纪）的时间，由地球上出现人类开始。Lyell还提出全新世（Holocene）一词。认为全新世形成的沉积物中所含的生物残骸，全部为现代种属，全新世即更新世的晚期。Lyell的定义，使第四纪具有人类考古学的意义。

1907—1911年间，Haug对上述第四纪和更新世等术语的定义加以补充。Haug以牛（Bos）、象（Elephas）和马（Equas）在欧洲的突然出现作为划分更新世下限的根据（等于第四纪下限的根据）。Haug在1921—1922年间的著作中，也认为人类是第四纪的一个特点。

这就是第四纪的岩石地层学、生物地层学和人类考古学方面的定义背景。

1837年，Schimper根据气候的变化，提出了冰川纪（Eiszeit）一语。1846年，Forbes将更新世与冰川世（Glacialepoch）相对比，即更新世是一个北半球的大部分经受过酷冷气候和冰川作用的时代。更新世是世界冰川作用地区的冰川反复地出现和消失、扩大和退缩的时期，概称为第四纪冰期。在第四纪以前的地质历史中，只有少数几次冰川达到这种规模。Forbes并分出冰后期（Post glacial），并将其叫做现代（Recent）。这样，就出现了更新世的气候定义。1856年，Marlot又将第四纪划分为两个世——更新世（Pleitocene epoch）和全新世（Holocon epoch），并将更新世和全新世分别与冰期和冰后期进行对比。

气侯定义很快被广泛采用，但“现代”一语，却直到1885年才得到国际地质学会的承认。虽然，在这之前，全新世已被应用于地质文献中。

现已公认，更新世和冰川世，不像Forbes所引伸的那样是两个同义语。经证明，所说的第四纪冰川作用发生于第四纪开始之前，较精确地说，不应当叫做第四纪冰川，而应当叫做晚新生代冰川。此外，冰川环境尽管在地质上是第四纪气候变化的一种最明显的结果，但却是与同等重要的非冰川地区的环境和海洋环境的变化伴随的。所以，冰川世一语并不足以代表第四纪全面的自然环境，其中包括地质环境。

虽然十九世纪中叶划分的“第一纪”和“第二纪”，很久之前已经不再见于地质文献之中，然而，第三纪和第四纪却仍被保留下来，并合并成为新生代。所以，在时代意义上，“第四纪”是一个陈旧的术语。但由于这一术语已经广为流传，并被国际地质学会所接受，因此，虽然在逻辑上有矛盾，却仍然未被抛弃。

现时国际通用的新生代地质划分如表1-1所列。

表1-1　新生代标准世界地层年代表（主要划分单位）

2.研究内容　第四纪是地质历史上最晚近的一个纪，也是时间最短暂的一个纪（大约160—200万年）

第四纪的时间虽然短暂，但在地质和其它方面的变化，如气候的变冷和变暖以及冰川的形成和消失；构造运动、岩浆活动和海面震荡；以及地形、沉积物、生物界的演化等却非常显著。人类出现并发展于第四纪中。研究第四纪地质现象以恢复第四纪地质历史的学科，就是第四纪地质学（Quaternary geology）。第四纪地质学是地史学的一个部分，自五十年代以来，它已经逐渐发展成一门独立的学科。第四纪地质学之所以能成为一门独立学科，有以下原因。

（1）第四纪与以前其它时期地质纪相比较，具有明显的特点：其中最明显的特点是第四纪冰川的出现和消失；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联系密切，最突出的特征是人类的出现等等。

（2）与第四纪地质现象的特点相适应，有一些不同于前第四纪地质历史的研究方法。例如，冰期和间冰期划分的方法、地貌学的方法以及考古学和古人类的研究方法等等。

（3）第四纪地质现象与人类的关系特别密切，因而具有特殊的实践意义。

（4）第四纪地质现象保留完好，而且其地质过程仍在继续进行。研究这些现象和过程，有助于揭示和理解第四纪以前的地质历史，具有特殊的地质理论和方法学的意义。因为，研究现代以理解过去。是地质学的一个最基本的原理和方法。

（二）地貌学

地球岩石圈的表面不是平坦的，具有一定的起伏的。这些起伏的规模是不同的。但作为一个整体，地球是一种近似椭球形的巨大星体。地球表面分为大陆和洋盆两种最大的地形。在大陆和洋盆中，还包括许多较小的和更小的地形。例如，在大陆上，可以分出高凸的山岳和低缓的平原。在山岳和平原中，又可细分出河谷和分水岭（或谷间地带）等地形。在河谷中，还可以分出谷坡和谷底等形态要素。所有这些大大小小的地形形态，构成了岩石圈表面的现状。

各种地形的形态、成因（或起源）和发展过程（历史）是不同的，但却并不是无秩序的、零乱的，而是在一定的空间和时间领域内，具有一定的联系。

例如，在图1-1中，河谷和山岭（分水岭）是两种地形。河谷是凹下的；分水岭是凸起的。这是它们在形态（包括空间分布）方面的特点。但是相邻的河谷和分水岭，是互相联系和依存的。河谷的一坡，也是分水岭的一坡，河谷的凹下的形态，是借助分水岭（山岭）的高凹才显示出来的；反之，分水岭的高凸也是依靠河谷的凹下才出现的。

分水岭是由斜坡和顶部所组成的。分水岭的斜坡的一部分是由河流侵蚀作用造成的，一部分与地质构造有关，它可以是岩层层面和节理面。河谷的谷坡和谷底是由河流的侵蚀和冲积作用形成的。这是分水岭与河谷地形在成因方面的特点。但分水岭斜坡与谷坡是联接在一起的。分水岭和河谷在形成过程中，都与河流的地质作用有关。河流的切割在形成分水岭斜坡的同时，既产生了高凸的分水岭，也出现了凹下的河谷。这就是河谷与分水岭在成因方面的联系。如图1-1，分水岭是由单斜层在构造运动上升陆续被抬高的过程中，伴随着河流的陆续深切和河谷逐步加深而逐步变高的。在分水岭变高的过程中，其斜坡和顶部的形态都要发生变化；河谷在加深过程中，谷坡和谷底的形态也在发生变化。这是分水岭与河谷在发展方面的特点。同时，河谷加深必然伴随着分水岭的相对变高；河谷加宽必然伴随着分水岭变窄。这是河谷和分水岭在发展方面的联系。

图1-1　示明分水岭和河谷在形态、成因和发展方面关系的图块

研究地球表面各种地形形态、成因和发展的科学，叫做地貌学（Geomorphology）。

从字源上看，地貌学一词是由三个希腊文字根——地球、形态、科学组成的。

由于最初研究的主要是陆地地形形态，所以，长期以来，地貌学被看作是一门研究陆地形态的科学。但是，这个定义是不全面的。因为地球表面形态应是整个地球岩石圈表面（即地壳表面）的形态，既包括陆地的地形形态，也包括洋底的地形形态。所以，地貌学应当是一门研究整个地球表面形态的科学。

十九世纪前的地貌学文献，大部分是一些直观的和明显的地形形态的描述，诸如河谷、山脊等地形形态的描述，特别是一些交通要道附近的一些特殊地形形态的描述。因而有叙（描）述地貌学（Descriptive geomorphology）之称。目前叙（描）述地貌学仅是地貌学的一个分枝。我国是叙述地貌学发展很早的国家，《水经注》、《徐霞客游记》等古代名著，都记述了我国一些地区地形的形态特点。

十九世纪以后，构成地质学和岩石学的资料被引进描述地貌学中。这些资料被用来解释地形成因，从而产生了一种新的概念和研究方法——地形的解释性描述（explanatory description）。地形不再简单地被记述其高度、坡度、面积和表面特点，而且还要解释其形成过程，恢复其发展历史。于是，产生了地貌学的另一个分枝——成因地貌学（Genetic geomorphology）或解释地貌学（Explanatory geomorphology）。在成因地貌学中，再分为侧重研究岩石对地形形态的形成和发展作用的岩石地貌学（Lithologic geomorphology）；侧重研究地质构造（包括地质构造形态和构造运动）对地形形态的形成和发展作用的构造地貌学（Structural geomorphology）；以及侧重研究控制各种外力过程（流水、冰川等等）的气候环境对地形形态的形成和发展作用的气候地貌学（Climatic geomorphology）。气候地貌学按控制地形的各种外力地质作用再分为流水地貌学（Fluvial geomorphology）、冰川地貌学（Glacial geomorphology）……等等。

由于各种地形形成过程在空间分布、成因和发展方面具有一定的联系，所以，各种地形的组合，一般都具有一定的区域性特点。系统地综合研究一个地区的各种地形，则构成了地貌学的另一分枝——区域地貌学（Regional geomorphology）。例如，海滨地貌学（Coastal geomorphology）、沙漠地貌学（Desert geomorphology）等等。

（三）新构造运动学

近数十年来的研究证明，在新第三纪和第四纪过程中，地球各部分的构造运动，与老第三纪以前的构造运动相比较，在运动类型、空间分布、强度和发展过程方面，都具有明显的差异。

发生于新第三纪—第四纪的构造运动，称新构造运动。由新构造运动所形成的地质构造（形态），称新地质构造。新构造运动决定着当代地形和新第三纪—第四纪堆积物的基本特点，并且与火山、地震、流水、海洋、冰川以及其它一些地质和地球物理过程有着密切的联系。研究新地质构造以及伴生的其它各种自然现象（地质、地貌、地球物理、水文学等许多方面的自然现象），供以研究新构造运动类型及其空间分布、强度和发展规律的科学，称新构造运动学（Neotectonics）。新构造运动学是大地构造学的一个组成部分，现已成为一门独立的学科，其理由是：

（1）与新第三纪以前的构造运动比较，新构造运动在空间分布、类型、强度和活动规律方面，具有明显的特点。

（2）新构造运动发生的时间短，而且其运动过程有的当前仍在进行，因此，其表现（地貌、新地质构造、新第三纪—第四纪堆积物等等地质现象以及其它各种伴生的自然现象）保留比较完整。

（3）由于新构造运动的表现清晰完整，而且当前仍在进行，所以在新构造运动的研究中，不仅可以采用一般大地构造学的研究方法，而且还可以采用比较精密的仪器，进行定量研究。

（4）新构造运动，特别是其中正在进行的现代构造运动，具有重大的理论的和现实的意义。

（四）第四纪地质学、地貌学以及新构造运动学之间的关系

第四纪地质学、地貌学和新构造运动学在研究对象、内容和方法以及研究成果的实践运用方面，都具有十分密切的联系。地貌学是研究地形形态形成和发展；第四纪地质学是通过研究第四纪气候变化和冰川现象、构造运动、地形、生物界，特别是通过第四纪沉积物的研究借以恢复第四纪地质史；新构造运动学，则是研究新构造运动的表现、类型、强度和发展规律。

现代地形形态主要形成于第四纪。它虽受前第四纪地形的一定影响在第四纪过程中前第四纪地形受到了很大程度的改造。因此，地貌学所研究的地形，大部分是第四纪地形。第四纪地形也是第四纪地质学的研究对象和内容。第四纪构造运动是新构造运动学的研究对象和内容，它也是第四纪地质学的研究对象和内容。第四纪的气候变化和冰川现象、生物界，特别是第四纪沉积物特征，以及地形形态特征都与新构造运动有关，也是研究新构造运动所必须同时研究的内容。

上述内容充分说明，地貌学、第四纪地质学和新构造运动学，在研究方法上，是相辅相成和相互为用的。即是说，可以根据地形、新构造运动、第四纪堆积物及其它第四纪地质现象之间在空间、时间和成因方面的联系，利用其中一种或数种研究成果和研究资料，去解决其它方面的研究问题。例如，可以利用地形成因类型的资料，来确定组成该地形的第四纪堆积物的成因类型；反之，也可以借助第四纪堆积物成因类型的资料，来确定由该堆积物所组成的地形的成因类型等等。

最后应当指出，在大多数场合下，对一个地区进行第四纪地质学、地貌学和新构造运动学等各方面的研究工作一般都是同时进行的。在教学上，把第四纪地质学及地貌学作为同一门课程讲授，并涉及部分新构造运动学的教学内容。