1、 地貌及第四纪地质学第一章 绪论 一、第四纪地质学及地貌学的由来1. 第四纪地质学（Quaternary Geology ）定义：研究第四纪时期发生在地球表层的各种地质事件及其动力机制的一门学科。第四纪特点：(1)人类出现(2)大规模的冰川作用 (3)活跃的地壳运动2. 地貌学（ Geomorphology）地貌学:研究地球表面各种形态及其发生、发展和分布规律的科学。二、 第四纪地质学及地貌学的研究内容第四纪地质研究内容：地层、古气候、生物、海平面变化、新构造运动等。（1）认识第四纪沉积物的形成，第四纪地层的划分和对比，拟定第四纪地质年代表。（2）研究第四纪环境，包括地壳运动的特征、气候的演化
2、及生物界的发展历史，并由此产生一系列分支学科：新构造运动学、古冰川学、第四纪古地理学、古人类学等。地貌学的研究内容：地球表面各种形态特征、塑造地表形态的动力、地貌发育演化规律以及地貌的内部结构及地貌的空间分布规律，并根据地貌发育演化的规律来利用改造自然。三、地貌学及第四纪地质学的研究意义第四纪距今只 2-3Ma，地球上发生了一系列重要事件：人类出现与发展、冰期出现、全球气候的冷暖交替、频繁强烈的地壳运动、海平面大幅度的升降等等。上述变化直接或间接影响人类发展与演化，因此第四纪与人类的关系最为密切。第四纪地质学 19 世纪从地质学中分离出来，逐渐成为一门独立的学科。四、第四纪地质学与地貌学之间的
3、关系地貌学与第四纪地质学的联系：1、地貌学与第四纪地质学均属于地球科学。它们阐述地球最近代的历史。地貌学的研究在很大程度上是研究剥蚀与堆积的关系，而目前地表形态大都形成于第四纪，第四纪地层正是近期地貌演变的天然记录，因此，地貌学与第四纪地质学有着不可分割的联系。 在地表形态形成过程的同时，也就形成了第四纪沉积物的形成过程。2、地貌学与第四纪地质学不仅研究的时空范围一致、研究对象和内容类同，而且研究方法亦有许多相似的地方。区域调查、沉积物岩性、岩相分析、动力分析、地球物理方法、同位素测年、遥感遥测等新技术等，都是两者共同的研究方法。3、在理论和生产实践上它们也有紧密联系。地貌工作者必需具有较充实
4、的第四纪地质理论基础，才有可能对地貌发展的趋向进行预测性的研究研究第四纪地层时又往往借助于地貌学的方法。相辅相成，互相促进，成为兄弟学科。第二章 第四纪地质学与地貌学的基本问题一、第四纪地质学的基本问题 1、确定第四纪下限的依据：冰川活动、气候变冷、动物化石（主要是哺乳动物化石，因为无脊椎动物在第四纪演化的阶段性不明显） 、人类出现和人类文化（这个时代与目前比较通用的第四纪下限年代相当） 、沉积-构造事迹（黄土堆积是在东亚季风的冬季风加强的结果，三趾马红土是在夏季风的条件下形成的）等。 2、第四纪下限的方案：（1）1.81.9MaB.P.，1948 年-2008 年沿用，此划分是依据意大利地中
5、海沿岸的卡拉布里层底部出现北方喜冷软体动物冰岛北极蛤和喜冷有孔虫波罗的透明虫为标志。 （2）2.52.6 MaB.P.这个分类方案目前采纳的人数较多，此划分是依据全球发生了大幅度的降温北极冰盖发生了明显的扩张北大西洋沉积物中的冰筏屑数量明显增多欧亚地区植被发生明显变化，涌现大量的针叶树和草本植被预示气候的恶化在哺乳动物群方面，真马、真象、真牛出现在非洲出现石器青藏高原隆升加速，黄土堆积开始。3、冰期是第四纪期间一次气候寒冷的时期，全球性降温，冰川扩大。冰期的主要特征表现：冰川扩展（高纬向低纬、高山向低海拔） 、生物迁移（高纬向低纬、高山向低海拔，包括动物和植物） 、全球降温（中纬地区最明显）
6、、降雨的变化（中、高纬度地区减少） 、气候带的迁移（纬度和高度上的） 、海平面下降（最后两次下降最大） 、冰阶与间冰阶的的旋回（冰期中次一级的冷暖波动） 。间冰期是第四纪相对温暖湿润的时期。 4、冰期与间冰期、干旱期与湿润期、雨期和间雨期的对比5、第四纪沉积物的成因标志研究：（沉积学、地貌、环境） A、沉积学标志： a. 砾石的成因标志：砾性（岩性单一/复杂；近源/ 远源） ；砾径（a、b、c 轴） ；砾态（圆度、球度、扁平度、表面特征） ；砾石表面特征（擦痕、擦口、压痕、撞痕、砸痕） ；风化程度（全/半 /未） 。 b. 砂和粘土的成因标志：成因分析（在一定程度上可以反映形成时的地质营力特征
7、） ；粒度分析（最常用的方法之一） （直方图的形态与粒级组距大小以及粒级边界选取有很大的关系，粒级的 值必须与边界选择一致，否则无可比性） ；沉积构造（主要形成于流动的地质营力环境）地质营力与层理类型的关系。B、地貌标志：直接地貌标志（堆积地貌，地貌成因与沉积物成因相同。如倒石锥、坡积裙、洪积扇、阶地分别指示了它们的堆积物形成于重力、片流、洪流、河流作用） ；间接地貌标志（成因复杂） 。C、环境标志：物理（指示沉积物形成时的气温、降水、外营力类型、动力强度等物理标志） （如红色-气候炎热、黄色-较干冷的气候、风成沙-干旱环境、砖红壤-炎热湿润、粗碎屑沉积物-较强的动力条件、细碎屑沉积-较弱动力
8、等等） ；化学（如 CaCO3 的含量变化可以指示水体的咸淡、气候的干冷；夹杂石膏层显示水体显著变化；Fe2O3 含量高指示温暖湿润） ；生物（如海相沉积相化石只能形成于海相环境、淡水无脊椎动物化石只能是陆相成绩环境、云杉和冷杉等植物化石显示气候寒冷） 二、地貌学的基本问题（地貌形态、成因、年代确定、演化理论）A、地貌形态： 1、地貌形态要素：地形面（构成地貌的表面） 、地形线（两个地形面相交的线） 、地形点（两条或是两条以上的地形线相交的点） 。2、地貌形态分类： （1）地貌组合关系分类：单个、组合； （2）地貌相对关系分类：正形态、负形态； （3）地貌规模的分类：星体、巨型、大型、中型、小
9、型。 3、地貌形态测量：坡度（陡坡50，中等坡 2550，缓坡25） 、高度（相对、海拔） 、地面的切割程度（单位面积内水系长度或沟谷面积所占的百分比，其切割程度是水土流失和土地利用评价的重要指标之一） 。B、地貌成因： 1、地貌形成的物质基础：（1）岩石：成分、结构构造、节理（2）地质构造：地层产状、断裂、褶皱。 2、地貌形成的动力因素：（1）内动力：构造运动、火山作用（2）外动力：地面流水、地下水、冰川、湖泊、海洋、风等。3、地貌成因分类：内动力地貌、外动力地貌、人工地貌。三、地貌年代的确定 1、地貌年代：地貌形成的时间，一个完整的地貌形成后距今的年代。2、地貌年代的确定： （1）年代相对
10、顺序的确定：切割关系（被切割的年代早） 、掩埋关系（被覆盖的年代早） 、过渡关系（同时） 。 （2）地貌地质年代的确定：放射性同位素测年、物理学方法（古地磁、热释光、光释光、电子自旋共振等） 、古生物学和考古学、年间法。 四、地貌演化理论 1、侵蚀旋回：戴维斯提出，地貌的发展具有阶段性和旋回性，从地貌的产生到发展再到消亡是一个逐渐发展的过程，但在不同的发展阶段，地貌的特征不同，这就是地貌发展的阶段性。当地貌动力发生改变时，地貌的发展可以重复前一个轮回，即地貌的旋回性。河流地貌的发展阶段可以分为三个阶段：幼年期- 壮年期 -老年期P38 2、斜坡发展： （1）平行下降说（2）平行后退说3、地文期
11、：指以侵蚀和堆积为主的相互交替阶段。第三章 风化壳、斜坡重力地貌及其堆积物一、风化作用与风化壳1、风化的概念：出露或接近地表的矿物和岩石，在大气、温度、水和生物的作用下，发生崩解和破碎，变为松散的碎屑物，这种在原地发生的物理(破坏)和化学变化(分解)称为风化作用(weathering)。 2、风化作用的类型及残积物物理风化指由气温、大气、水等因素引起的矿物、岩石在原地发生机械崩解的过程，故又称机械风化。在岩石裂隙和孔隙中的水冷却结冰时，体积增大9，这时对围岩的压力可达6000千克每平方厘米，如此冻融反复进行，对岩石产生巨大的破坏力，并使其崩解、破碎，这种作用又称冻融风化作用。 物理风化显著地区
12、：干旱气候区、寒冷气候区、气温剧烈变化区物理风化方式：温差风化、冰劈作用、盐类结晶、潮解作用化学风化指矿物、岩石表面在原地经过水、氧、二氧化碳、有机酸等作用下产生溶解、结晶、水化、水解，碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化的过程。生物风化指生物在其生长和分解过程中，使岩石矿物受到物理和化学作用。生物的物理风化作用包括植物根系发育(树根发育可对围岩产生10-15千克每平方厘米的作用力)，动物如蚯蚓、田鼠和蚂蚁等挖掘洞穴，使岩石矿物遭受机械破坏。残积物：风化作用使地表或近地表岩石破碎并形成覆盖在基岩面上的一层松散堆积物矿物、岩石碎屑：由物理风化作用形成的残积物粘土物质：由化学风化作用形成的残积物土壤
13、：生物风化作用形成的残积物，富含有机质三种风化作用在自然界往往不是单独进行的，而是同时交替进行。至于一个地区、个时期以哪种作用为主，则取决于具体的气候条件，如高山高纬地区以物理风化为主，湿热地区以化学风化为主，如果该地区植物繁密，则生物风化作用亦占重要地位。 3、影响风化作用的因素(1)气候因素 气候对风化的影响主要通过气温和降水量来实现。 气温的高低对矿物的溶解度、水溶液的浓度和化学反应速度等有很大影响。降雨量的多寡除影响地面冲刷外，对化学风化和生物风化起重要作用，因此不同气候带的风化作用有明显差异。 (2) 地形因素 坡度、高度和切割程度的不同，使风化的深度、厚度和强度有所差别。缓坡上的风
14、化强度和深度比陡坡强。不同坡向和不同高度通过温度、水湿条件差异，间接地影响风化。地形切割程度不同，不仅使地表和地下水的循环条件不一样，而且造成小气候差异，对化学和物理风化的进行有显著的影响。 (3) 地质因素岩石的矿物成分、结构、构造都直接影响风化作用。岩石的抗风化能力取决于组成岩石的旷物成分，而各种矿物对化学风化的抵抗能力，即它们的相对稳定性差别很大。 岩石的矿物结构也影响风化作用:由粗粒结构矿物组成的岩石比细粒的容易风化。 粒度差异大的比等粒矿物组成的岩石容易风化。致密等粒矿物组成的岩石，如花岗岩和玄武岩具有三组相互直交的原生节理，易形成球状风化及层层剥离现象。风 化 壳 风 化 带 ：地
15、壳最上部发生风化作用的地带。风化带的深度由于风化作用的因素、方式和强度的不同而不同，从地表向地下依次出现全风化带、强风化带和弱风化带。 残积物(eluvium)风化作用使地球表面和接近地表的岩石圈遭受物理破坏和化学分解，有的仅在结构上发生变化，有的成分亦发生变化，并在原地生成松散的堆积物，称残积物，其岩性与原来基岩相似，但又不完全相同残积物的特征、岩石成分、矿物成分、化学成分和下伏基岩有密切的联系；、是基岩风化破碎后留在原地的风化物质，未经搬运磨圆，未经分选，不具层理；、残积物经长期风化，所形成粘土矿物，常粘附在石英砂的表面；、残积物的结构等特征向下伏基岩逐渐过渡；、由上而下风化程度逐渐减弱，
16、颗粒由细变粗。 风化壳(weathering crust)由残积物所组成的覆盖于地壳表面的整个复杂剖面的总体，称为风化壳(weathering crust)。因此残积物是风化壳的一部分，而风化壳则是岩石圈的一部分。2、剖面结构3、风化壳类型按平面形态可分为面状、线状及囊状风化壳：面状风化壳多发育在岩性单一的母岩上线状风化壳沿断裂带发育囊状风化壳多发育在灰岩地区 古风化壳风化壳形成后，被后来的各种堆积物覆盖，而保留下来的风化壳称为古风化壳(paleo-weathered crust)，在一定的地形构造条件下，可形成多层古风化壳。4、成土作用(soil forming process)成土作用是指
17、残积物的表层在一定条件下发育成土壤的过程。 土壤与残积物的区别土壤是残积物的表层，经成土作用发育而成，即经有机酸对残积物发生生物化学作用，使土质富含腐殖质而具有肥力。 残积物与土壤最根本的区别是它不具有肥力。 土壤形成速度比风化壳和残积物的形成快得多。在湿热气候条件下，形成一个完整的风化壳，需要几十万年到几百万年，而在同样气候条件下，形成土壤剖面只需几十年或几百年。 现代土壤 现代土壤是指在现代成土条件下发育而成的土壤。森林土壤 是在湿润、半湿润区域森林植被下发育的土壤。草原土壤 草原土壤是在半干旱草原区形成的土壤。 荒漠土 干旱地区发育的土壤。 古土壤(paleosoil) 古土壤是指非现代
18、成土条件下形成的土壤。古土壤形成于第四纪及第三纪末，具有埋藏或非埋藏的表面。二、斜坡重力地貌及其堆积物（一）斜坡重力作用及其分类1、斜坡的分类斜坡是地表分布最广泛的地貌基本形态，包括山坡和岸坡。 可按不同特征进行分类，物质成分：基岩斜坡、碎屑坡；斜坡形态：凹形坡、凸形坡、直线坡、复合坡（凹-凸形坡）岩石倾向与斜坡的关系：顺向坡、反向坡;斜坡成因：侵蚀坡、剥蚀坡、堆积坡和人工截坡；凹-凸形斜坡块体运动定义：斜坡上的岩体或松散的土体（统称块体）在重力作用下沿斜坡往下运动的过程称块体运动。块体运动是引起斜坡不稳定的主要原因。稳定性：K= 抗滑力/下滑力K1, 块体稳定K45） ，坚硬岩石组成的边坡，特别是地震区。大规模的崩积物，可堵塞山谷，构成一条天然堆石坝，在坝堤后形成堰塞湖。如 1933年四川叠溪地震引起山崩，崩积物使岷江堰塞成大、小海子。崩积物特点：未分选，成分简单，由具棱角的大小不一的岩块和岩屑组成，其中的巨型岩块有时可被误认为是基岩露头。其成分与山坡上部基岩成分一致。剖面结构下粗上细，不具层理。 （1）崩塌堆积地貌
