一、第四纪地质学及其与地貌学的关系
1.第四纪地质学
第四纪是离我们最近的一个地质时代，也是地质历史中最短的一个纪，但时间虽短，只有近200万年或稍多，与地球46亿年的历史相比只是短短的一瞬间，却发生了两个重大事件：一是气候变化显著，多次出现冰川的大规模活动和消长；一是生物界发生了突变性的演化，为现代生物界奠定了基础，其最重要的标志是诞生了万物之灵的人类。因此，有人曾将第四纪称为“灵生纪”。
第四纪地质学是一门通过研究第四纪沉积物的岩性特征、成因类型、地层时代来揭示第四纪古生物、古气候、古环境、地壳运动（新构造运动）、地质演化历史及其应用于人类的生产与生活的实践学科。
2.地貌学
地球表面高低起伏，千姿百态，是自然环境和人类生存环境的载体。无论陆地洋盆，还是山脉盆地平原河谷陆架陆坡海山海沟等规模不一的巨型、大型、中型、小型地貌和微地貌，都是地球内（地壳运动、岩浆活动）外（风化、重力、流水、风、冰川等）动力相互作用的结果。
地貌学则是研究地球表面各种地貌形态的特征、成因、分布及发展规律的科学。
3.第四纪地质学与地貌学的关系
由于地貌学是研究地表形态及其成因的，而大部分地貌又是在第四纪时期形成并由第四纪沉积物所组成的，因而我们常常通过地貌形态和分布特征来直接或间接推断第四纪沉积物的形成作用、成因类型和堆积的先后顺序；反过来，也常常通过第四纪沉积物的研究，来认识地貌物质组成，判断地貌的时代与成因。
地貌学和第四纪地质学都以地表自然环境的重要组成部分及其演变历史为研究对象，都是研究地表环境及其演变规律的学科，从不同角度研究同一问题，研究结果互相补充，关系十分密切。
二、第四纪及其下限与分期
1.第四纪及其下限
在地质年代表中，1948年国际地质大会决议以距今1.8Ma的意大利卡拉布里的海相地层底部含北方型喜冷软体动物化石和喜冷有孔虫或陆相地层中含有最早出现象、马、牛等现生种的维拉方组底部作为其下界即与古近纪—新近纪的分界。在我国，虽基本上接受上述决议将第四纪下限定为在性质上与维拉方动物群相似的泥河湾组底部，但60多年来的研究实践表明，泥河湾组底部的时代要比1.8Ma老得多。近年来，我国不少学者将具有我国特色的黄土与三趾马红土的分界即磁性年代学中的松山反向期与高斯正向期的界线2.58Ma作为其下界。
2.第四纪分期与第四纪地层
第四纪是一个时间的概念，但同时也是包含自然事件、人类文明发展的综合概念。第四纪虽然是地质历史中最晚和最短的一个纪，但其特点十分鲜明，对于人类的意义十分重大。其主要特点是：陆相沉积十分发育，地壳运动显著，发生过多次急剧的冷暖气候变化和大规模的冰川活动，各种自然灾害频繁，奠定了现代气候的基础，人类诞生和人类文明迅速发展。
按照气候变化和生物演化，通常把第四纪（Q）分为4个时期，即早更新世、中更新世、晚更新世和全新世。早更新世与上新世、中更新世与早更新世、晚更新世与中更新世、全新世与晚更新世的分界年龄按磁性地层学与古气候研究结果，分别定为：高斯正极性世与松山反向极性世的分界线2.58Ma，松山反向极性世与布容正极性世的分界线0.78Ma，倒数第二次冰期与末次间冰期的分界线0.13Ma和末次冰期与冰后期的分界线0.01Ma。
与第四纪在时间上相应，在地层学上，第四纪地层被称为第四系，早、中、晚更新世和全新世地层被分别称为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。
三、第四纪沉积物
第四纪时期形成的松散物质通常被称为第四纪沉积物或堆积物，它是人类生存和发展的重要载体，农业生产、工程建设和资源与矿产勘查都离不开它。因此，第四纪沉积物是第四纪地质研究的主要对象，可以为我们提供丰富的地壳运动、气候与生物变化、沉积环境、资源等方面的信息和资料。
1.第四纪沉积物特征
第四纪沉积物具有如下特征：沉积物松散，岩性岩相变化大，成因多样，厚度差异明显，具有不同程度的风化，常含哺乳动物化石及古人类文化遗存。
2.第四纪沉积物的岩性
第四纪沉积物的岩性主要有：碎屑沉积物、化学沉积物、生物沉积物、火山堆积物和人工堆积物等5种沉积物类型。其中，在大陆和浅海地带以碎屑沉积物分布最广，对人类生产和生活影响最大，是第四纪沉积物研究的主要对象。
3.第四纪沉积物的成因
第四纪沉积物的成因研究对于工程建设、水文地质、环境分析和寻找砂矿等工作均具有重要意义。
第四纪沉积物是在地质营力、地貌条件和沉积环境下形成的。反过来说，现在所看到的沉积物特征反映了沉积物形成时的地质营力、地貌、沉积环境状况和过程，留下了许多标志性特征。因此，我们可以从沉积物的沉积学标志、地貌标志和环境标志的观察研究入手，直接或间接分析沉积物成因类型。
第四纪沉积物的成因可分为如下系统：大陆沉积系统、海陆过渡沉积系统、海洋沉积系统及其他成因类型。与本研究区有关的成因类型是大陆沉积系统，主要包括：残积组的残积物（el）和土壤（pd），斜坡（重力）组的崩积物（col）、滑坡堆积物（dp）和土流堆积物（sl），流水组的坡积物（dl）、洪积物（pl）、冲积物（al）和泥石流堆积物（df），地下水组的溶洞堆积物（ca）、泉华（cas）、地下河堆积物（call）和地下湖堆积物（cal），湖沼组的湖积物（l）和沼泽堆积物（fl），冰川-冻土组的冰川堆积物（gl）、冰水堆积物（fgl）、冰湖堆积物（lgl）和融冻堆积物（ts），风力组的风积物（eol）与风成黄土（eol-ls）以及混合成因组的残坡积物（eld）、坡冲积物（dal）、冲洪积物（alp）和冲湖积物（all）。列入其他类型的有火山堆积物（vl）、地震堆积物、人工堆积物（s）、生物堆积物（b）、化学堆积物（ch）以及成因不明堆积物（pr）等。
四、第四纪古气候变化
第四纪时期的一个重要特征是古气候曾发生过多次急剧的冷暖气候变化和大规模的冰川活动，从而引起古地理环境和生物界的巨大变化，也促进了人类的出现和发展。
1.冰期与间冰期的概念
（1）冰期。第四纪时期，全球气候曾发生多次剧烈降温，从而使高纬度和高山地区以固体形式的降水不会当年完全消融而积累起来，积雪年复一年地在阳光、重力、融冻等的作用下逐渐由粒雪、雪冰变为具有可塑性的冰川冰并向低处移动，当冰川的消融不足以抵消冰川的前进时，冰川便会大规模地向低纬度和低海拔地区推进，这一时期被称为冰期。冰期时，雪线普遍下降数百米甚至1000m以上，年均温降幅度达8℃～13℃。
（2）间冰期。在两次冰期之间的气候温暖时期称为间冰期。间冰期时，全球气候迅速而大幅度地增温，从而使冰川的消融速度远远地超过了冰川的前进，冰川便会很快地向高纬度和高海拔地区退缩，冰川规模大大缩小甚至在中纬度地区完全消失。
第四纪时期曾发生多次冰期间冰期的更替，经典的阿尔卑斯4次冰期称为贡兹冰期、民德冰期、里斯冰期和玉木冰期，我国东部的4次冰期称为鄱阳冰期、大姑冰期、庐山冰期和大理冰期，青藏地区的冰期间冰期分别为早更新世希夏邦马冰期和帕里间冰期，中更新世的聂聂雄拉间冰期、加布拉间冰期与珠穆朗玛冰期Ⅰ（古乡冰期）和晚更新世的珠穆朗玛冰期Ⅱ（白玉冰期）（赵希涛等，1976；郑本兴、施雅风，1976；中国科学院青藏高原综合科学考察队，1986）。末次冰期以后的气候温暖时期被称为冰后期，相当于全新世。
2.冰期与间冰期对古地理环境与生物界的影响
第四纪冰期与间冰期的气候变化，在很大程度上控制着第四纪沉积物的沉积环境，并影响着生物群、地形和土壤的形成与发展。
冰期时，气候寒冷，陆地上约占二分之一的广大地区曾为冰川所覆盖，从而使陆地上的地理环境和生物界发生了巨大变化。冰川对原有基岩和松散沉积物进行改造，并形成了冰川地貌和冰川沉积物。由于气候冷酷，在冰川作用区范围内，主要是冰冻物理风化作用盛行，化学风化和成土作用很难进行，这一时期形成的风化壳基本上是由机械风化的粗碎屑所组成，土壤不发育。大规模的冰川摧毁了原有的植物群落，使暖温带植物大量绝灭或南移；动物群有些种属灭绝、变异或向赤道方向迁移；冰期也产生了寒带（喜冷）动物群和植物群的新种属。在第四纪生物界中，进化最快、最特殊的是人类的出现，这与古气候的冰期变化有很大关系。
间冰期时，伴随大规模的冰川消融，气候明显转暖，生物茂盛，形成了以流水和湖沼作用为主的地貌和沉积物。此时，化学风化和成土作用较易进行。热带（喜暖）动物和植物群的分布范围再度扩大，并向两极方向迁移。间冰期中寒冷生物由于气候骤然变暖，可发生变异或绝灭。
冰期与间冰期的气候变化在海洋中特别是沿海地区也有所表现，如生物组合的变化或迁徙，沉积物的变化，尤其是冰盖的消长所引起的海面升降可达100～200m量级（赵希涛等，1979；赵希涛，杨达源，1994）。作为河流终极侵蚀基准面的海平面的升降变化，对于河流特别是其下游的侵蚀与堆积作用的进行起着很大的控制作用。同样，冰期与间冰期的气候变化对于干旱内流区的湖面变化和入湖河流的侵蚀、搬运与堆积作用也有着明显的影响。
3.青藏高原第四纪冰期-间冰期系列
世界屋脊青藏高原及其邻区，耸立着一系列全球瞩目的高山和极高山，因而在全球气候变化的大背景下，发生了几次冰期与间冰期的更替。尽管不同的研究者对青藏高原提出了不同的第四纪冰期划分系统，但迄今受到广泛关注的第四纪冰期和第四纪地层划分方案，是1966～1968年间中国科学院青藏科学考察队对珠穆朗玛峰地区的考察后所提出的（赵希涛等，1976；郑本兴、施雅风，1976），即早更新世希夏邦马冰期和帕里间冰期、中更新世聂聂雄拉冰期Ⅰ与Ⅱ和加布拉间冰期、晚更新世珠穆朗玛冰期Ⅰ与Ⅱ和全新世的绒布德小冰期。后来由于第四纪内部划分方案的变化，珠穆朗玛冰期Ⅰ与Ⅱ被发展为中更新世晚期的古乡冰期和晚更新世的白玉冰期（郑本兴，1976）。近几十年来，经过第四纪冰川研究者的不断努力，赵希涛等（1999，2002）对昆仑山、念青唐古拉山和玉龙雪山第四纪冰川作用遗迹的调查和冰碛和冰水沉积物的测年工作，从而建立了青藏高原及其邻区第四纪冰期的划分方案（表10-1）。
表10-1 青藏高原第四纪冰期对比表
A.赵希涛等，1976；B.郑本兴，施雅风，1976；C.郑本兴，1986；D.李吉均等，1986；E.伍永秋等，1999； F.郑本兴，1991；G.赵希涛等，1999 b；H.赵希涛等，2002c；I.吴中海等，2003
需要说明的是：①早更新世希夏邦马冰期的古冰碛目前仅发现于喜马拉雅山脉的主要高峰希夏邦马峰的北坡，在其他青藏高原的极高山上均未发现。造成这种现象的原因，一是由于其发生的时间太早，受到破坏最多，因而保存最少。二是人们认为青藏高原是第四纪期间隆升的，中更新世早期才进入冰冻圈，因而大部分高山和极高山早更新世时尚未进入冰冻圈，不可能发生冰川作用，从而无法找到冰川作用遗迹，而未加重视。但越来越多的证据表明（吴珍汉等，2009），青藏高原在中新世晚期，至少在上新世时期，其主要山脉已上升到冰冻圈以上。因此，建议从事第四纪冰川及有关问题的研究者今后多加注意。②目前，用宇宙成因核素法来测定冰碛漂砾暴露年龄的做法很盛行或时髦。遗憾的是，不少样品所测得的年龄数据非常年轻，大大地超出了地质上所能接受的程度。这从根本上打乱了，甚至推翻了我国现有第四纪冰川作用的体系。希望从事第四纪冰川作用研究、从事宇宙成因核素法研究及其他有关年龄测试的工作者，能在一起共同找出问题产生的原因和解决办法来。
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