第四纪地层划分及区域分布概况

广布地球表面的第四纪地层记录了地球在这段时间的演化历史。第四纪地层的划分对比可根据各种标志或依据来进行，如沉积物的特征、生物化石特征、气候变化、地貌特征、人类遗存等等。因此，第四纪地层划分对比的方法就可以分为古生物学的方法、岩石学的方法、地貌学的方法、年代学的方法、考古学的方法、构造地质学的方法等。
1. 岩石学的方法
岩石学的方法是第四纪地层划分对比的基础，是利用第四纪沉积物的颜色、成分、结构、构造等特征进行第四纪地层的划分对比。在第四纪，由于自然环境的变化和地表营力条件的改变，导致在不同时期形成的沉积物的岩性特点不同，如沉积物粗细的变化，颜色深浅的变化等，我们可以依据这些特征进行第四纪地层的划分对比。
颜色(color)颜色是沉积物最直观的表现特征，是沉积物的成分、粒度、沉积环境和形成时气候的反映。沉积物的有机质含量高其颜色深，为黑色或灰黑色; 湖心的沉积物偏绿色、黑色或灰色(还原条件)，而湖边的沉积物偏红、棕色(氧化条件)。气候越是湿热，形成的沉积物就越红，反之，沉积物偏灰、黑灰色。沉积物颜色的深浅受三价铁含量的影响，三价铁含量越高，颜色越红。在地表的条件下，随着时间的推移，三价铁的含量是累计的，从早期到晚期，相同类型的沉积物有从红色→棕红色→黄色的变化趋势，在黄土中颜色的变化比较清晰(表10-1)。在华北地区，早更新世中期和中更新世中期是两次气候比较炎热和湿润的时期(夏季风作用比较强)，这个时期形成的沉积物比较偏红(红、深红色)，往往可以作为华北地区第四纪地层划分对比的标志。在南方，中更新世就形成了代表湿热环境的网纹红土。
表 10-1 我国不同时期黄土的颜色变化


成分(composition)在第四纪地层划分对比中主要是利用沉积物中的碎屑矿物种类和含量的变化来进行研究。碎屑矿物，根据其在地表环境下的稳定性，可分为稳定矿物、比较稳定矿物、不稳定矿物和非常不稳定矿物(表 10-2)。这些矿物在沉积物中的含量变化可以反映水动力环境和气候条件，因此也可作为第四纪地层划分对比的依据。如北京平原区的第四纪地层中碎屑矿物在不同时代有明显变化(图 10-1)。还可以用这些矿物含量的比值来进行地层的划分对比，如(稳定矿物 + 比较稳定矿物)/(不稳定矿物 + 非常不稳定矿物)，这个比值也被称为风化系数。该值越高，风化强度越大，反之就越弱。

图 10-1 北京平原区双堡头孔重矿物含量变化图(据 《北京幅和通县幅 1∶ 5 万区域地质调查报告》，1991; 修改)

表 10-2 常见碎屑矿物稳定性分类



图 10-2 不同时期冰碛中玄武岩碎屑风化皮厚度变化图(据 Cpepheu 等，1975; 转引自曹伯勋等，1995; 修改)n 为砾石个数，图中数字为平均值和标准差

结构与沉积构造(texture and structure)沉积物颗粒的大小、分选性以及形态也可作为第四纪地层划分对比的标志。比如在进行河谷阶地地层划分对比时，常可利用这一特征，对每一级阶地砾石层的砾石成分、大小、风化程度、分选性等特征进行统计，找出它们的相似性和差异性，就可以进行地层的划分及对比。有时还可以利用砾石风化皮的厚度进行第四纪地层的划分和对比(图 10-2)。
特殊的标志层(key bed)在第四纪地层中，由于当时环境的变化，可形成一些特征比较特殊的标志层。这种标志层既可以是沉积层，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，如在黄土剖面中的古土壤层、午城黄土与离石黄土的侵蚀面等。
2. 古生物学的方法
古生物学的方法是最为常用的一种地层划分对比的方法，也是一种传统的方法，它是利用了生物演化的规律。尽管在第四纪地层中有很多种类的生物化石，但通常利用最多的是哺乳动物化石，因为哺乳动物是第四纪时期演化更替最快的一种动物，伴随着进步种的出现和原始种的灭绝，不同时期地层中具有不同的组合，据此可进行第四纪地层划分及对比。如我国泥河湾组、元谋组、周口店组的建立和对比，第四纪下限的确定，都充分地利用了哺乳动物的生物地层学的方法(图 10-3)。
3. 地貌学的方法
这种方法是在确定地貌形成先后次序的基础上，再进行第四纪地层的划分及对比。地貌相对先后次序的确定是根据它们之间的切割、过渡和掩埋等关系，如果地貌的先后次序确定了(图 10-4)，那么构成这些地貌的第四纪地层的先后次序也就确定下来了。这种方法在平原地区、河谷地区和盆地地区的阶地地层的划分对比，岩溶地区溶洞中的地层划分对比，以及夷平面的对比比较有效。在高海拔的山岳地区和高纬度的大陆地区，根据冰碛地貌(如终碛堤、侧碛堤)也可进行地层的划分与对比。
但在岩溶地区利用地貌学的方法进行地层划分对比时要注意洞穴形成年代与洞穴内沉积物形成年代的不同。一般情况下(地壳的上升地区)，溶洞的位置越高，年代就越早，但其洞内的沉积物不完全有这种规律。有可能会出现高位置溶洞中的沉积物时代反而晚，这是由于早期的沉积物被冲刷掉，后来再沉积形成的。在平原区利用地貌学方法进行地层划分对比时，也要注意地貌的掩埋关系: 新地貌覆盖了老地貌。如果是钻孔揭露的第四纪地层，则要根据沉积韵律的特点，如河流阶地的二元结构，洪积扇的多元结构，进行地层的对比。

图 10-3 周口店太平山东洞、西洞、上店洞、东岭子洞的地层对比(据程捷等，1996)


图 10-4 新疆库车的库车河康村北五期洪积扇的切割关系素描图

4. 年代学的方法
随着科学技术的发展和研究精度要求越来越高，在现今第四纪地层划分对比中，一般都需要年代数据。这种方法就是对第四纪地层进行测年，根据所测得的年代数据再进行第四纪地层的划分对比(图 10-5)，该方法在精度上较其他方法更高。
5. 古气候学的方法
古气候学的方法是根据第四纪地层记录到的气候波动规律而进行地层的划分与对比，如在高山地区可根据冰碛物与流水沉积物的交替，或冰川地貌和流水地貌的交替，进行第四纪地层的划分与对比(图 10-6)。在低纬度地区，如在湖相、海相、河流相或洞穴等沉积物中，可根据气候的冷暖波动进行地层的划分与对比。

图 10-5 第四纪地层划分对比的年代学方法(据曹伯勋等，1995，有修改)


图 10-6 第四纪冰期与间冰期旋回的地层(据曹伯勋等，1995)

6. 构造地质学的方法
构造地层学的方法即根据在第四纪地层中的平行不整合、角度不整合以及地层的皱褶和断裂而进行地层的划分和对比。这种方法在对新构造运动活动比较强烈的地区的第四纪地层进行划分是比较有效的，如在新疆南天山，下更新统的西域砾石层发生倾斜、皱褶和断裂，并与上新统之间形成角度不整合(图 10-7)。
7. 古人类与考古学的方法
古人类与考古学的方法主要是依据人类进化过程和人类文化发展的阶段性而进行的第四纪地层的划分和对比。在不同的时期，具有不同古人类化石和古文化特点(图 10-8)，如在早更新世早期为能人和奥都韦文化。这种方法最好有年代数据，以增加其准确性。

图 10-7 新疆库车卡普斯浪河第四纪地层接触关系及构造变形(据程捷，2007)


图 10-8 中国几个重要的古人类化石地点的对比

8. 其他方法
除了上述的方法外，目前还利用地层中的其他标志进行第四纪地层的划分，主要有地球化学的方法、同位素地球化学的方法、事件地层学的方法等。在地球化学方法中，经常利用CaCO3、氧化物的含量变化进行地层的划分与对比。在同位素地球化学的方法中，目前利用比较多的是氧同位素(沉积物、化石)和碳同位素(有机的、无机的)，它们在黄土、深海沉积物、湖相沉积物等研究中都得到应用。事件地层学的方法主要依据在第四纪发生的一些重大地质事件 进 行 第 四 纪 地 层 的 划 分 与 对 比，如 强 烈 的 火 山 爆 发、陨 石 撞 击 事 件(如 在2. 60MaB. P. 、1. 10MaB. P. 、0. 70MaB. P. )、气候剧烈变化事件(如冰筏屑沉积事件)。
在对一个地区第四纪地层进行划分对比时，常常不是采用一种方法，而是利用多种方法，综合分析和划分对比第四纪地层(图 10-9)，以期增加地层划分对比的准确性和可靠性。另一方面，地球表层系统中各因子是互相联系和相互作用的，系统中某一因子的变化都会引起其他因子的响应，因此各种因子的变化具有相关性，它们都将在地层中留下 “烙印”，所以利用多种指标综合划分对比第四纪地层亦显示了地球表层系统的统一性和协调性。

第四纪地质，不仅直接与人类矿产资源寻找、生态环境保护和地质灾害防治有关，而且陆相沉积成因类型多样、分布零散、对比困难、持续时间短，在研究时必须综合采用多学科方法，如沉积地层学、生物地层学、气候地层学、磁性地层学，以及各种精确测年的年代地层学、考古学等。
第四纪地质调查内容很多，如第四纪时期的构造运动及其性质、幅度、主要标志和时代等；地貌特征及其形态、规模、产状及延伸；第四纪沉积物的岩性、成因类型、空间分布范围、与地貌条件的关系，及其地层划分和时代的确定；第四纪古气候和古环境的分析及其研究手段，以及第四纪气候，古生物演化、土壤发育、沉积韵律等影响；第四纪年代和分期、第四纪人类发展和文化遗迹；第四系中赋存的矿产（如砂金、泥炭等），查明矿产赋存层位等。
第四纪沉积物的成因类型一般分为：残积、坡积、崩积、滑坡堆积、泥石流堆积、洪积、冲积、沼泽堆积、湖积、海积、冰川堆积、灰华堆积、人工堆积、混合类型等。
第四纪地层划分的方法很多，概括起来主要有岩石地层学、生物地层学、气候地层学、地貌地层学、磁性地层学、同位素地层等地层学方法和考古学方法等。一般说来，第四纪地层的划分与对比，仍应遵循地层指南中的程序规定和有关原则。在第四纪地层不太发育的地区填图，以采用非正式单位为宜。

洞庭湖盆地第四系沉积物覆盖了绝大部分地区，分布面积达19740km²。仅个别盆中残丘有前第四纪地层出露。沉积厚度总的变化趋势是湖盆周边较薄，而中心部位较厚，一般边缘区厚5～20m，而盆地中心为200～260m，全区平均厚度为117.00m，可见最大厚度为334.05m（图3-11）。由于湖盆自第四纪开始便接受沉积，而且盆地在漫长的地质年代中处于不均衡地壳沉降中，故第四纪各时段的岩石地层层序发育齐全。根据区内地表出露及钻孔揭露的第四纪地层岩性结构、重矿物组合、粘土矿物成分、孢粉组合、岩土化学成分、古地磁极性、¹⁴C测年、光释光测年、ESR测年、古文化遗迹年代、地层剖面组合及所处地貌部位等资料，综合运用岩石地层学、生物地层学、气候地层学、磁性地层学、年代地层学等多学科方法，建立洞庭湖区第四纪沉积地层序列。

根据岩石地层分布特点可划分为阶地露头区和沉降覆盖区，在沉降覆盖区按其构造条件将盆地区内第四纪地层划分为五个次级沉积湖盆地：澧县、临澧、安乡-常德、沅江-湘阴、广兴洲-钱粮湖湖盆沉积。湖盆岩石地层厚度变化情况见表3-4和图3-11。

图3-11 洞庭湖区第四系沉积厚度等值线图

（据湖南省地质调查院水工环二所，2002）

表3-4 第四纪地层沉积厚度及变化情况表

湖盆地区第四纪沉积厚度大，一般为连续的沉积，现据以往钻孔资料及本课题新施工钻孔的测年结果在沉降区建立地层层序由老至新如下：更新世早期（Qp₁）为华田组下段（Qp₁ht¹）、华田组上段（Qp₁ht²）、湘阴组（Qp₁xy）；更新世中期（Qp₂）为洞庭湖组下段（Qp₂dt¹）、洞庭湖组中段（Qp₂dt²）、洞庭湖组上段（Qp₂dt³）；更新世晚期（Qp₃）为安乡组（Qp₃a）；全新世早期（Qh₁）为沅水组（Qh₁y）；全新世中期（Qh₂）为团洲组（Qh₂t）、全新世晚期（Qh₃）为赤沙组（Qh₃c）。

1.更新统（Qp）

（1）华田组下段（Qp₁ht¹），2.58～2.40 Ma（B.P.）

一般在钻孔中底部出现，主要分布于澧县、临澧、汉寿-目平湖、沅江-湘阴、广兴洲几个独立的湖盆中部，湖盆之间均由隆起的台地分隔。岩性上部为紫灰、浅紫、紫红色为主的杂色粘土、灰白色粘土、黄色粘土、砂质粘土；下部为砂、砂砾石等组成的上细、下粗的韵律组合，一般沉积厚度20～50m，最大厚度123.28m。全区平均厚度35m左右，分布面积达5400km²。

根据钻孔中所产孢粉反映早时为干冷—温凉—温湿气候，晚时为温湿—暖湿气候。

（2）华田组上段（Qp₁ht²），2.40～1.78 Ma（B.P.）

主要分布于澧县、南县-汉寿、沅江-湘阴、广兴洲、临澧等五个湖盆沉积的下部，除临澧和广兴洲湖盆为独立湖盆外，其他湖盆均互相连通。总分布面积较华田组下段大大增加，达9500km²。主要岩性为上部杂色粘土与下部之砂砾石组成，一般由1～2 个韵律组成，厚度30～50m，最大厚度为123.30m，平均厚38.60m。早时为温凉气候，晚时为湿热-干热气候。

（3）湘阴组（Qp₁xy），1.78～0.78 Ma（B.P.）

盆地中部深埋于更新统洞庭湖组及其他上部地层之下，一般厚度40～80m，边缘区较薄20～40m，平均43.91m，最大厚度为汨罗白塘，厚达127.64m。以赤山到明山一线为界分为东、西两个大沉积区，东为沅江-湘阴区，西为安乡-汉寿区，另有澧县、临澧、广兴洲-钱粮湖等沉积区。总的岩石特征由砂、砂砾石与粘土呈多韵律组合，砂砾石的圆度一般较差，东西两区之沉积特点的差异，主要是东部多以花岗质碎屑沉积物为主，其中长石多风化成灰白色高岭土，但仍多保留其晶体外貌，而西部则比较少见花岗质碎屑成分，沉积物颜色特点是粘土类多以灰、浅灰绿、灰白色占主导，砂、砂砾石则多以灰、浅灰绿色为主，在盆地中心部位砂砾石中泥质含量较多，胶结紧密，多呈假成岩状，具多韵律组合。本组分布面积17500km²。早时为温凉、温湿气候，晚时为暖湿气候。

（4）洞庭湖组下段（Qp₂dt¹），0.78～0.50 Ma（B.P.）

盆地中部均埋藏于本组中段地层及其他上部地层之下，分布面积13700km²。岩性主要为灰、灰褐、灰白色粘土、砂质粘土、粉砂、砂及砂砾石，组成上细下粗的正序韵律，多时可达3～4个组合。本层厚度为盆地中心一般20～40m，边缘多小于20m，全区平均厚度25.88m，最大厚度91.18m。早时为寒冷气候，中时气温升高，湿度增大，晚时为温偏干气候。

（5）洞庭湖组中段（Qp₂dt²），0.50～0.28 Ma（B.P.）

盆地中埋藏于洞庭湖组上段及其上部地层之下，分布面积达16500km²。岩性主要由上部的粘土、粉砂质粘土与下部的砂、粉砂、砂砾石层组成，一般可见1～2个韵律层。粘土层结构紧密。总的砾石砾径较大，圆度较好，其成分以脉石英为主，次为石英岩、硅质岩、变质砂岩等。沉积厚度盆地中一般20～40m，边缘地区一般小于20m，全区平均25.50m，最大沉积厚度87.00m，东南部ZK238孔厚84.76m。早时为凉干气候，晚时为温湿-暖湿气候，末期又转为温凉气候。

（6）洞庭湖组上段（Qp₂dt³），0.28～0.128 Ma（B.P.）

本段地层在湖区内与中段相比发育程度较差，在湖盆中埋藏于安乡组及上部地层之下，分布面积11000km²。岩性上部为粘土、粉砂质粘土，下部为砂、砂砾石。本段地层与洞庭湖组中段及白沙井组较难区分。主要根据其出露标高及岩性地层组合关系进行划分。本层厚度一般十几至二十几米，由于处在湖盆活动衰减期，故范围较小，很多地方未见此段分布，全区最大厚度73.00m，平均厚23.24m。总体为冷湿—温湿—暖湿气候。到晚时气候环境变化为温凉气候为主，并逐步向较干寒的气候环境转化。

（7）安乡组（Qp₃a），0.128～0.011 Ma（B.P.）

盆地中部多为全新世地层所覆盖，但部分被现代河流切割出露。

安乡组厚度较薄，一般仅为几至十几米，最大厚度25.00m，全区平均为10.82m左右；分布面积8000～10000km²左右。其主要岩性上部为灰色、灰白色、灰黄色的粘土，具似网纹状构造，粘土黏性好，结构紧密，含较多的铁锰质结核；下部为黄色砂、细砂、粉砂、含砾砂，极少砂砾石，个别地区有古土壤层分布。已有ESR年龄为2.1×10⁴a、3.0×10⁴a、12.9×10⁴a。总体早时为冷湿，中时为温干、温湿气候旋回，但亦有偏凉气候段，到晚时进入末次冷期，冷干气候，大陆冰盖发育，致使海平面急剧下降至较现今低120m。

2.全新统（Qh），0.011～0 Ma（B.P.）

根据本区揭露的钻孔厚度统计，全新统广泛分布于区内平原，各河流谷地，总出露面积10300km²。沉积厚度一般小于20m，最厚的可达54.18m，平均厚度12.34m。本统沉积物颗粒普遍较细，主要为粘土、砂质粘土、淤泥、粉砂、细砂等，中粗砂成分较少，砂砾石沉积仅在个别地区底部可见。总体结构松散，沉积物中产出较多的螺蚌壳化石、植物残骸。沉积物颜色为褐色、灰褐色、灰黄色、灰黑色、棕褐色、灰绿色、红棕色等，砂砾石颜色较浅，多为灰、浅灰、灰白、灰黄色。在沉积中心部位沉积韵律发育，但总的多为细薄层交替出现。

按区内岩性地层组合特征、气候环境变化、沉积物形成的地质年代将本时期地层划分三组，由老至新为沅水组（Qh₁y）、团洲组（Qh₂t）、赤沙组（Qh₃c）。

（1）沅水组（Qh₁y），11000～（8000～7500）a（B.P.）

经钻孔揭露其分布范围主要为一近东西向的条带状，即湖区中部的牛鼻滩、三仙湖、大通湖、东洞庭湖广兴洲一线，另外在澧水的中下游、沅水下游、资水下游的益阳东部、湘江下游的荷叶湖、漉湖一带也有少数地区分布，分布面积约3000km²。岩性主要为灰黑色、灰绿色含粉砂粘土、粉砂质粘土、粘土质粉砂、粉细砂等，极少量砂、砂砾石。粘土矿物成分主要为伊利石、绿泥石、高岭石。沉积厚度一般小于10m，最大厚度34.73m，平均厚度12.4m，如按全新统分布区加权计算平均厚度为3.60m。部分钻孔中孢粉组合反映为气候温湿偏凉环境，沉积物中普遍见螺蚌壳化石及碎片、炭化植物残骸，¹⁴C测年为（7500～8000）至11000 a。

（2）团洲组（Qh₂t），（8000～7500）至（3000～2500）a（B.P.）

本组分布范围较沅水组扩大许多，据钻孔揭露主要分布于西洞庭湖区、大通湖、东洞庭湖广兴洲、澧水中下游、沅水下游、资水下游万子湖和横岭湖、南洞庭湖北部、湘江下游。沉积物岩性主要为黑灰色、灰黑色、灰色、灰棕色、灰褐色的粘土、粉砂质粘土、淤泥、粘土质粉砂、粉细砂，少量含砾粉细砂，结构松散，多具微层理，沉积韵律发育。沉积物中普遍见螺蚌化石及残片，个别地段为螺蚌壳化石层，含腐烂植物残骸、炭化木。粘土矿物主要为伊利石、绿泥石、高岭石、蒙脱石及粘粒级的石英、长石、方解石、赤铁矿等。沉积厚度一般小于10m，最大厚度26.20m平均厚度6.68m，加权平均厚度为4.89m，分布面积为7540km²。据沉积物孢粉组合分析其气候特征早期为温湿气候，晚期以温干气候为主。据¹⁴C年龄均在距今（8000～7500）至（3000～2500）a之间。

（3）赤沙组（Qh₃c），3000～2500 a至今

赤沙组沉积物广泛出露于区内低平原区及现代河、湖沉积表层，包括西洞庭湖区、南洞庭湖区、东洞庭湖区，周边河流河谷及河谷平原等地区，岩性为褐色、深灰色、棕灰色、褐黄色，部分为褐红色，偶见灰黑色、黑褐色的粘土、粉砂质粘土、淤泥、淤泥质粉砂、粘土质粉砂，仅个别见有含砾砂，在四口分流河道及其下游形成的沉积物中具典型的洪泛型微细层理。沉积物中普遍含螺蚌壳残体、腐烂植物层等。沉积厚度一般小于5m，中心地带5～10m，局部地区10m以上，最大厚度21.43m，全区平均厚度4.86m。本层底部及层中常见人类活动遗物。主要为汉、唐、宋以来年代产出的文物，¹⁴C年龄均在距今3000～2500 a以内。孢粉组合反映为温湿气候，但有温干、偏凉、干热气候段的波动。分布总面积为10300km²。