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0912第四纪地层

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0912 第四纪 地层
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地貌学及第四纪地质学第十二章第四纪地层第四纪地层• 第四纪地层是研究第四纪期间各种地质现象和地质事件的基础,是重建古地理和恢复古自然环境的依据。• 因为第四纪期间所发生的各种地质事件的遗迹,均保存在地层中。• 关于划分上新世和更新世的界限问题,即古近纪和第四纪的划界问题,存在很多分歧。• 在划分古近纪和第四纪界限时,必须以多方面的标志作依据。• 1948年在伦敦召开的国际地质会议上对第四系的下限,讨论通过了比较一致的意见.就是以意大利北部的 维拉弗朗层 ( 为第四系的开始。• 维拉弗朗层含意很广,是指属于下更新统的一套河流相砂层,其中含有更新世开始出现的哺乳动物化石,如马、牛和象等,也含有第三纪残留种。• 地层中的气候标志反映出有开始变冷的趋势。• 我国也接受了国际地质学会的建议,将我国的 泥河湾组 作为第四系的开始。新近纪古近纪一、 第四纪地层的划分原则和方法• 第四纪地层划分的标志与古老地层有共同之处,但也有其若干特点。• 第四纪时期较短,动植物演化的特征不甚明显,海陆轮廓已基本奠定,大陆上多属陆相沉积,岩相变化显著。• 第四纪气候变化明显,温度普遍较低,北半球的中高纬度地区普遍发育了冰川,气候有较大幅度的波动式变化,地球上的气候分带现象显著。• 所有这些特点都反映出第四纪地层的划分标志有其独特的方面。(一)生物地层学原则• 这是划分任何时代地层的最主要根据。1. 根据哺乳动物化石 划分地层 。• 第四纪是哺乳动物高度发展的时代,哺乳动物的演化阶段往往标志着第四纪发展史的重要阶段,尤其是陆生哺乳动物化石是第四纪地层划分的重要依据。• 对第四纪地层中的哺乳动物化石进行种属鉴定,进行哺乳动物群体组合的分析,来确定所在层位的时代。• 在决定动物群的时代问题上,要统计一个动物群中各个种属所占的百分比。• 一般来说,一个时代新出现的种属具有重要意义。2. 第四纪海相地层用无脊椎动物群及微体动物群划分地层层序 ,并根据它们的生态变化所反映的第四纪古气候波动曲线,将第四纪海洋沉积进行分层和断代。3. 陆相地层中的软体动物化石 ,过去已收集了丰富资料,这些软体的螺蚌化石对于研究当时的沉积条件具有较重要意义,但在划分地层上有一定限制。4. 植物化石 。植物群组合是反映古气候和古地理的最显著最灵敏的标志,尤其是孢子花粉的研究,对于阐明第四纪古气候和古地理提供了有价值的材料。(二)气候地层学原则1. 利用冰期和间冰期遗留在地层中的各种痕迹划分地层。• 欧美大陆第四纪冰川发育地区早巳建立了第四纪冰期和间冰期的序列及与其相关的地层层序。• 在中低纬度的干旱和半干早地区建立了相应的雨期和间雨期序列,及与其相关的部分更新世地层。• 我国的第四纪地层,也已采用古气候法分层。(三)岩性、岩相法• 在现在的大陆上,第四系主要为陆相松散沉积,只有沿海平原地带有海相沉积。• 陆相沉积无论从空间分布或时间顺序来说变化都非常复杂。• 首先要确定沉积物的岩石性质以及它们在空间上的分布规律和时间上的变化规律。• 从而推断当时的沉积环境。• 在研究岩性岩相的过程中,关键是找出具有代表性的 标志层 ,再 以标志层作为划分地层顺序和相对年龄的对比标志 。(四)古人类与考古法• 第四纪的主要特点之一是人类及其文化的出现和发展。• 人类化石以及人类活动遗留下来的石器和其他文化遗迹,都具有划分时代的意义 。• 猿人时代属于早更新世到中更新世,• 古人时代属于中更新世末期到晚更新世初期,• 新人时代愿于晚更新世末期• 石器时代的分期和第四纪的分期可以综合对比 。(五)构造、地貌法• 新构造运动在时间上具有周期性和节奏性的特点,在广大地区表现有共同性的规律。• 因此在第四纪地层中往往出现不整合关系,或有明显起伏的侵蚀面。• 地层之间的不整合接触关系和侵蚀面,可作为划分第四纪地层的标志。• 第四纪以来各种类型沉积物的形成,都与地貌有着密切关系。• 不同类型的沉积物分布在不同的地貌部位上。• 它们的分布位置和分布高度都是有一定规律的。• 河流冲积物,在山区或丘陵区,越老的分布的位置越高,越新的分布的位置越低。• 在平原地区 (或地壳下沉地区 ),越是古老的沉积随着地面的不断下沉而逐渐被埋藏在较深的地方,而新的沉积物则覆盖在上面。(六)同位素年龄测定法• 六十年代以来,第四纪年代学得到了迅速的发展。• 现在能够测定的时间范围几乎包括了整个第四纪。年龄/ 号 国际地质年表 国际推荐的中国第四系 磁 极 δ18O 阶黄土界线0h) 全 新 统 全 新 统1 0 1 M a l a n )H u a n g t u a n )5 0 1 10 . 1 2 8T y rr h en i a 20 . 40 . 6i ci l i a C h o u k o u t i a n )上Br u n h 8 7 81 . 0离石黄土泥河湾组( N i h o w a n )下1 . 21 . 41 . 6C a l a b ri a 8 82 . 02 . 22 . 4P)ce n zi a 城 黄 土( W u ch en g )J a ra m i l l oO l d u v a iR eu n i o 42 . 6 6a n cl e a n 红粘土G a u 下更新统( 与中更新统( 线• 距今 70万年,相当于布容和松山极性世的界限。• 上更新统 ( –中更新统 ( 线• 上更新统 ( –中更新统 ( 线 , 相当于深海氧同位素5 从这时起发生了第四纪以来全球最大的一次海侵;在中国黄土地层中为 2的界线 。全新统 ( –更新统 ( 界线• 多年来 , 人们一直把 10000年以来这段地质发展史称作全新世 , 从这个时期开始 , 自然界和生物界趋于现代化 , 气候也从冰后期开始转暖 ,结束了新仙女木突冷事件 。• 根据新近发表的日历年龄 , 这个事件结束于约11050a 而 W. A. 新仙女木事件为约 12900~, S. 2300~83]。 全新世从新仙女木事件之后始 , 其年龄为 • 中国黄土剖面全新世古土壤 ( 与上更新统马兰黄土 ( 有较明显的界线 , 渭南剖面 1的时限 为 11,000。 江苏建湖庆丰泻湖相沉积剖面给出比较完整的全新统 , 其底界 140,085a( 未做日历年龄校正 ) 。• 综上考虑 , 全新统与更新统的界线 (p) 定在 全新统内部可分为下 、 中 、 上 3个阶 , 其时限分别为 11000~ 8000~(七)古地磁地层法• 用古地磁学方法专门研究第四纪地层学以及与此相关问题的学科,称为第四纪古地磁地层学。• 古地磁地层法测定的对象主要是火山岩,其它研究对象有黄土、古土壤、红色粘土、湖相纹泥、粉砂粘土等等。• 近年来,我国在这方面的研究取得了显著成绩,在地层年代、层序等方面,获得了一系列数据和资料。二、中国各地区的第四系• 中国地域广阔,新生代地层极为发育。• 尤以华北地区的新生代地层沉积厚度最大,露头良好,化石丰富,相变显著。是我国多年来研究新生代地层的理想之地。(一)华北各山间盆地的新近系和第四系• 华北有一系列的断陷盆地,诸如桑干河盆地、汾河盆地、黄河谷地和渭河盆地等。• 这些盆地大多数是在喜马拉雅运动时断陷而成,盆地聚水成湖。• 尤其是在上新世和早更新世,河湖广阔,并随着断陷盆地的不断下沉,在其中堆积了厚层的河湖相地层,在盆地边缘发育了洪积冲积层及各种类型的土状堆积。1. 上新统( 华北各盆地的上新统以河湖相沉积层和三趾马红土堆积层为代表。• 三趾马红土 多分布在盆地边缘,成因类型不一。• 红土中含有典型的 三趾马动物群 。• 上新统下部的红土称为保德红土 ,或保德组。• 上新统上部的红土称为静乐红土 ,或静乐组。• 三趾马红土的岩性岩相特征:• 红土以深红色或红色砂质粘土为主,• 比较致密坚硬,合有大量白色钙质结核,结核的形状多为花生状密集成团,混杂在红土之中。• 有时偶见铁锰结核。• 三趾马红土中含有丰富的动物化石,其中以哺乳动物化石最多、称为 三趾马动物群 。• 三趾马动物群的性质,代表温暖的森林草原环境。• 上新统的河湖相地层广泛出露在晋陕一带的盆地中。• 岩性特征是:• 在古湖心或水较深的部位,主要为灰绿色、灰蓝色和灰白色的粘土岩和泥灰岩,富含钙质。• 在平静的浅水区,因氧化条件较好,多为紫褐色及灰紫色的粘土岩及砂质粘土岩。• 总厚度由几十米至数百米。• 河湖相地层中富含的动植物化石包括哺乳类、鱼类、昆虫、爬行类和两栖类,以及植物化石和微体化石。2. 第四系• 华北各地第四系极为发育,分布广泛,不论山间盆地、广阔平原以及山前地带都有第四纪的河湖相沉积和土类堆积。• 第四纪早期华北各山间盆地继续发展,范围扩大,淡水湖泊发展到了全盛时期,湖水深,湖面广。• 在现今的桑干河、汾河、渭河以及黄河中游各盆地中,当时皆为湖泊所占据,沉积了巨厚的湖相地层。• 由于湖面的涨落变化,常常引起河流与湖泊的交替;出现湖相沉积与河流沉积的交互现象。• 中更新世,大部分湖泊消亡,湖盆逐渐变成河谷,发育冲积层。• 自中更新世至晚更新世,我国北方由于气候渐趋干旱,风积黄土发育,堆积了厚达几十米至近 200米的黄土地层,构成了我国独特的黄土高原。• 全新世以来各个盆地中河流作用占优势,山麓地带以洪水及坡面流水作用为特征,形成了全新世的冲积层及洪积层。( 1)下更新统( 泥河湾组• 标准地点:河北与山西交界的桑干河盆地,以河北省阳原县泥河湾村命名。• 泥河湾组以湖相沉积为主要特征。• 岩性:以灰绿、灰蓝、灰白和杂色的粘土、泥灰岩和砂质粘土为代表。• 岩相:沉积颗粒分选均匀,砂砾石的磨圆度良好,水平层理发育。• 分布:分布于桑干河流域及其支流壶流河的断陷盆地中。此外,汾河盆地,延庆、怀来盆地都有分布。• 厚度:厚度可达数百米。• 地层产状基本近于水平或略有倾斜。• 化石:泥河湾动物群以及软体动物化石。• 河北阳原县桑干河北岸虎头梁剖面,自上而下:(13)黄土状沉积与砾石层,该层发生融冻褶皱,厚 2— 3米。(12)具斜理的黄褐色粉细砂及砾石层。(11)灰黄色亚砂土,底部具细砾。(10)灰黄色细砂层(9)褐色亚粘土。(8)具斜层理的黄褐色粉砂层。(7)棕色中、细砂层,含小砾。(6)灰褐色砾石层。(5)灰黄色砂土层,具薄层理。(4)石膏层(3)灰黄色砂土层,具细纹层。(2)灰黄色份砂质粘土央细砂层,具薄层理。(1)灰白色及灰绿色泥灰岩及粘土层,含鱼化石。未见底。• 中更新统• 中更新统以红色土堆积为主,并有洞穴和河湖相堆积,标准地层有周口店组、离石黄土及泄湖组。• 地点 : 北京房山县周口店第一地点• 岩性:洞穴堆积,主要为角砾岩• 地层厚度 50米,原划分出 13层• 第一及第二层为含化石的角砾岩层,中间夹有砂土及石钟乳,厚约 4米。• 第三层为含化石的粗角砾岩层,下有巨大的石灰岩块,代表洞穴顶部崩塌的部分,厚约 3米。• 第四层:为含化石的灰烬层,内有烧骨和烧石,所以骨、石都变成黑、蓝、灰等色。含啮齿类化石较多,肉食类较少,并含有数量极多的石器和用火的痕迹,又叫 上文化层 .厚 6米。• 第五层:一部分为含化石的黑色硬灰,一部分是角砾岩层,或为上文化层的底部,厚约 1米。• 第六层:含化石的角砾岩层,大石块较多,石器极少,厚约 5米。• 第七层:深灰色砂层,化石保存完整,以野猪化石最多,鹿、羊次之,肉食类很少,厚约 2米。• 第八层和第九层:含化石的角砾岩层,化石丰富完整,夹有厚薄不同的灰烬。这两层埋藏的石器和北京猿人化石最丰富,完整的北京猿人头骨化石即出于此层,所以又称为 下文化层 ,厚约 6米。• 第十层:上部为含化石的红色土层,下部是一薄层灰烬 (底文化层 ),厚约 2米。• 第十一层:红色砂层,含灰质结核,化石呈白色,厚约 2米。• 第十二层:含化石的角砾岩层,厚 2米。• 第十三层:成层的泥砂层,夹有红色或灰色砂凸镜体,底部多巨大石块,化石较少,上部有较厚的鬣狗粪化石层,厚约 2米。• 第十四层:棕红色粘土质砂及砾石混杂的粘土砾石层,下部砾石减少,这就是过去所称的底砾层,可见厚度约 4米。• 第十五层:棕红色粉砂砾石层及含砾细砂层。厚约 1米。• 侵蚀面• 含周口店动物群• 上更新统的标准地层有萨拉乌苏组和丁村组。• 萨拉乌苏组• 岩相为河湖相沉积• 主要岩性为灰黄色细粒粉细砂沉积• 含萨拉乌苏动物群化石及人类化石12. 粉砂与粘土质粉砂,灰黄色,具水平层理及斜交层理,厚 1. 5米。11. 粉砂质粘土,灰绿及灰白色,局部含炭质,显黑色,土质坚硬,垂直节理发育,选极好,含铁锈班及钙板和钙结核,水平层理发育,中央斜交层理, 厚 7米。9. 粉砂质粘土,灰黑色及灰绿色,厚 . 黄色细砂,厚 6. 5米。7. 粘土质粉砂,灰黑及灰绿色,厚 . 黄色细砂,厚 10. 5米。5. 粉砂质粘土与粘土质粉砂互层,灰绿及灰黄色,具厚层水平层理,顶部变为紫红色粘土,总厚28米。4. 粉砂与粘土质粉砂互层,水平层理,厚 7米。3. 粘土质粉砂,灰绿灰白色,厚 2米。2. 细砂与粘土质粉砂互层。1. 粘土质粉砂,未见底。• 总厚 72米。• 在 1— 5层中发现了丰富的动物化石东北地区的第四系• 第四纪地层主要分布在平原区及山前地带。• 东北地区第四纪以来气候寒冷,发育了冰川、冰缘和冻土堆积,但在温暖期则发育了河流与湖沼沉积,沉积厚度可达 100余米。• 在长白山区和黑龙江的五大连池还有火山喷出物夹于第四系之中。• 哺乳动物群以喜冷的猛犸象、披毛犀动物群为代表。1. 下更新统白土山组 :上部为灰白色和灰黄色砂砾石层,其中含有以松桦为主的花粉。• 中部为灰白、灰及灰黑色粘土及砂砾层,含有桦栎为主的阔叶树花粉。• 下部为灰白、灰色亚粘土及砂砾层,含有松、冷杉、桦及云杉等针阔叶树花粉。• 在松辽平原遍及全区,埋深在 100一 120米以下。2. 中更新统荒山组 :由深黄色、棕黄色或黄褐色的亚粘土组成,含少量砂砾石。• 下部为灰绿、灰褐色湖相亚粘土及黄色砂砾石层。3. 上更新统顾乡屯组 :标准地点在哈尔滨西南松花江的阶地上,松辽平原均有分布。• 顾乡屯组上部为灰黄色亚粘土及粉细砂层,下部为粉细砂及砂砾石,夹深灰色淤泥,并有冰缘现象。• 动物化石丰富,为猛犸象一披毛犀动物群。• 142000— 40000 年之间。• 全新统 :下部为砂层,中部为黑土,上部为玄武岩 (五大连池 )。其它地区为风砂及河流湖沼沉积层。长江中下游地区的第四系1. 下更新统雨花台组• 标准地点在南京雨花台和菊花台。• 雨花台组泛指南京一带位于玄武岩之下的一套砾石层,分布在长江两岸的阶地上,一般组成高 50— 60米的第三级阶地。• 岩性为棕黄色、棕红色的砂砾石层,砾石磨圆度及扁平度极好,粒径 2— 8 厘米,定向排列,砂层中有单向斜层理,砾石成分以石英岩为主,次为燧石、玛瑙及火山岩及变质岩等。• 属于河流相沉积。• 中更新统网纹红土• 分布于长江中下游,在南京附近出露较好,为棕红色混有较多碎屑的粘土,有的含豆粒状的铁锰结核。• 上部 以棕红色粘土、亚粘土为主,夹砾石层,• 铁锰膜发育,具有灰白色网纹。• 中部 为网纹粘土层,岩性为红色粘土、碎石及粉砂,粘土中有宽达 2厘米的粗大网纹,• 底部 为砾石层。• 厚约 15米。• 上更新统下蜀组• 下蜀组又称下蜀黄土,无论其岩性或成因都与马兰黄土相似。• ( 在晚更新世,长江中下游一带位于从中亚干旱沙漠地区吹来的西风急流路径之中,西风携带的粉尘最后在南京附近地区沉降下来,堆积成下蜀黄土 , 但颗粒较马兰黄土更细 )• 南京燕子玑剖面厚 16米,分为上下两段。• 上段为棕黄色粘土,结构紧密,粘性大,含铁锰膜,古土壤痕迹清楚,透水性差。• 下段为灰黄色黄土质粘土,结构紧密,垂直节理良好,钙质含量很高,并有结核,适水性较好,古土壤痕迹较差,略具铁锰膜,孔隙发育。西南地区的第四系• 我国西南地区地势崎岖,多高山峡谷及小型山间盆地,石灰岩分布普遍,多发育洞穴。• 第四系沉积层以冲积、湖积和洞穴堆积为主。• 第四系地层中发现了许多哺乳类化石和人类化石及文化遗迹。• 最著名的有云南省的元谋组和四川省的盐井沟组。1. 下更新统元谋组• 地点:昆明西北方的元谋盆地• 岩相:厚层河湖相沉积• 厚度:约 700米• 化石:元谋动物群,元谋人及石器• 岩性:分为四段 28层,• 第一段,包括 层,厚 109. 7米,以杂色粘土为主,并与亚粘土层、薄层砂层呈互层。• (所谓杂色粘土层,就是有规律的依次由棕红、粉红、棕、棕黄、黄、黄绿、灰绿、灰、黑等色组成的粘土层,色彩鲜艳分明。)• 该段沉积韵律明显,多夹有两层以上的黑色炭质钻土。粘土层局部被钙质胶结。砂层以细砂和粉砂为主,有铁质和钙质结核,局部为铁质和钙质胶结。• 第一段为典型的 湖相沉积• 第二段,包括 5— 7层,厚 314米,是一套杂色粘土层、亚粘土层、粉砂亚粘土、粉砂层和砂层的交互沉积,韵律层十分明显。砂层中发育有流水相和湖相交错层,有些砂层中夹有小砾石和粘土球,钙质和铁质胶结。• 杂色粘土层色泽灰暗,常间有灰绿色、灰黑色• 和黑褐色含腐殖质的粘土薄层,某些层含有褐铁矿和硫化物。• 是以湖相为主的河湖交替沉积 。• 第三段,包括第 18— 23层,厚 149米,• 为棕灰色、棕黄色粗砂层、中砂层、细砂层和棕色、灰棕色、棕红色粉砂亚粘土层;亚粘土层、粘土层的互层沉积。• 含腐植质的粘土层显著减少,但每一沉积韵律层的厚度增大,粒度普遍变粗。• 这一段是以河流冲积相为主的河湖相沉积 。• 第四段,包括 24— 28层,厚 米,是一套砂砾层、粉砂亚粘土层、亚粘土层和粘土层的互层。• 砾石为钙质胶结,粘土或亚粘土层中含有少量铁锰结核和钙质结核。• 元谋人牙齿化石就产在该段第 25层。• 是以 河流相为主的沉积 。• 元谋人化石年代用古地磁法测定距今 170万年 左右。• 元谋组地层的年代为 153— 312 万年 。中国的黄土和黄土地层• 以往人们习惯于将黄色土状堆积物称之为黄土;• 后经刘东生等人的研究,中国黄土主要为 风成黄土 ,又称 典型黄土 ,简称 黄土 ,• 其他成因的黄土(水成黄土、残积黄土、冰川黄土等)称为 黄土状土。(一)黄土的分布• 中国黄土主要分布在我国北方的广大地区。• 在地理位置上,界于北纬 34° 之间,呈东西向带状分布。• 黄土分布还与东西向山脉的走向大体一致, (昆仑山、秦岭、泰山一线以北黄土分布广泛)。• 在黄河中游地区,黄土厚度最大,分布最普遍,形成黄土高原。• 在气候带上,黄土区属于干旱和半干旱气候区,以西、以北与沙漠相连。• 中国黄土的总面积为 380, 840平方公里,黄土状沉积的总面积为254, 440平方公里。• 中国黄土分布的高度变化很大,从海拔数十米直到 3000米均有黄土分布。天山北麓 1500000总之,中国黄土分布以黄河中游为中心,向周围扩展,尤其以东西向延伸最为明显。• 各时代的黄土分布面积,由早期至晚期,逐渐扩大,连续超覆,特别是马兰黄土掩埋了它以前的所有黄土及一些低缓起伏的地形。• 这种现象可能同第四纪以来气候逐渐变干与风力作用不断加剧有关。(二)中国黄土的厚度• 中国黄土的厚度各地不一,各时代的黄土厚度也不一致。• 黄土厚度变化受多种因素影响,其中以气候因素和地形因素以及所在的地理位置关系最大。• 黄土厚度主要取决于黄土粉尘物质距离源区的远近和可能在该区域沉降的数量。• 我国黄土堆积中心位于陕西省泾河与洛河流域的中下游地区,最大厚度可达180— 200米。(三)中国黄土地层• 中国黄土不仅分布广,厚度大,而且在沉积时代上也不同。• 各时期的黄土无论岩性、化石以及层位关系都有它们各自的特点,但又有共性。1. 下更新统( 午城黄土• 地点:山西省午城镇.• 黄土覆于一层砾石层之上,颜色较红,含红色埋藏土,底部的黄土层中偶夹小石粒,层理不清楚。• 化石:长鼻三趾马、三门马、中国貉和步氏大角鹿化石。啮齿类化石较少。• 从化石看,早更新世的环境较为湿润,自中更新世以后才逐渐变为干旱环境。2. 中更新世( 离石黄土• 地点:山西离石县陈家崖• 离石黄土分布面积广,厚度大,它是构成黄土高原的主要基础。• 离石黄土直接覆盖在午城黄土之上,或覆盖在不同时代的其它岩层之上。• 离石黄土一般厚约 100米左右。• 其特点是自上而下普遍含有红色的埋藏土壤层。• 根据其中存在一显著的不整合面,可将其分为上、下两部,即 离石黄土上部 和 离石黄土下部 。• 离石黄土上部 颜色为棕黄色,含有 5— 6层埋藏土,均较厚,间距较大, 地形上多成陡壁。• 离石黄土下部 颜色较红,土质较硬,含十几层埋藏土壤及钙结核,但古土壤层的厚度均较薄,间距较小,地形上 常成缓坡 。• 根据所含化石情况和地层接触关系,将下部的时代定为中更新世早期,而把上部定为中更新世晚期。• 离石黄土中孢粉的成分基本上以蒿属、藜科、禾本科占优势,木本植物极少,植被具有草原的性质。3. 晚更新世( 马兰黄土• 马兰黄土广泛分布在黄河中游地区、华北平原及山麓地带。• 岩性:淡灰黄色,较疏松,柱状节理发育,无层理,易产生陷穴和天然桥。• 马兰黄土中的化石一般石化不深,含有较多的鸵鸟蛋及蛋碎片,并含有方氏鼢鼠。陕西洛川黄土塬、黄土坪黄土塬黄土坪(四)黄土的岩石性质1. 黄土的粒度• 黄土中的颗粒以粉砂占优势,一般在50%以上,粘土占 15— 30%,细砂不到 30%。• 黄土的颗粒组成在不同地区各粒级所含的百分比不相同,但其变化是有规律的,即自北而南,自西而东,颗粒由粗逐渐变细。• 不同时代的黄土各粒级的百分含量也有差异,老黄土较细,新黄土较粗。• 黄土的粒度分类• 黄土中的细砂和粘土含量各地区变化很大,而粉砂含量比较稳定。• 根据细砂、粘土的含量变化可将黄土分为:砂黄土、黄土和粘黄土。• 砂黄土, 以柴达木盆地的黄土为代表,细砂含量高,变化大,粘土含量低。• 黄土, 以黄河中游黄土为代表,颗粒成分主要集中在 粘黄土,以山东黄土为代表,细砂含量低,粘土含量高。黄土的矿物成分包括碎屑矿物、粘土矿物及自生矿物。• 碎屑矿物主要有 石英、长石、和云母 三大类,也称轻矿物。• 这三类矿物的总含量占所有碎屑矿物含量的 80%。• 石英在黄土中的含量可超过 50%,主要出现在大于 重矿物中有辉石、角闪石、绿帘石、绿泥石、磁铁矿等。• 黄土中的碳酸盐类矿物含量较多.以方解石为主,占 20一 30%。• 粘土矿物主要有伊利石、蒙脱石、拜来石、高岭石、针铁矿和含水赤铁矿等。• 总之,中国各地黄土中的矿物成分与含量无论在水平方向或垂向上都十分类似,受当地的构造、岩性、地貌等条件影响不大,与附近基岩无甚关系。• 但在黄河中游地区马兰黄土中不同比重矿物自北而南有一定规律的变化,比重大的矿物自西北向东南逐渐减少,相反,比重小的矿物则逐渐增多。• 这种变化规律与颗粒成分的南北方向性变化是吻合的,反映出黄土物质来自西北方。• 另外,中国各地黄土矿物成分种类十分复杂,说明矿物成分不是来自某地区的某一种岩石,而是来自许多地区的多种岩石,在搬运过程中高度混合,形成既复杂又均匀的黄土矿物成分。• 黄土的矿物成分大都末受剧烈风化,风化程度很微弱。表明中国黄土是在极为干燥的气候环境中形成的,是由风力搬运而堆积的。(五)黄土的化学成分• 黄土的化学成分与其所含的矿物成分密切相关,其中二氧化硅占优势。• 其次为 六)黄土中的古土壤• 我国北方新生代晚期土状堆积物中常见有古土壤分布,其中尤以黄土高原地区黄土中最为普遍。• 古土壤条带是中国黄土发育的重要特征;以离石黄土中最为发育。• 黄土主要是风力作用堆积而成的土体,经常在大气环境影响下,所以有较多的成土机会,特别是当黄上堆积速度减缓时,土层裸露地面,在水、大气和生物的直接作用下,使之向土壤转化,因此,黄土层中形成了若干层古土壤。陕西渭南雷家堡晚更新统黄土中的红褐色古土壤黄土形成于干冷气候,土壤是植物作用的产物,利用埋藏古土壤可恢复古气候的演化。• 在黄土高原的黄土剖面中可见到极为醒目的红白相间的古土壤层,土层疏密不等,有的呈水平状,有的呈倾斜状,也有的相互交措,夹于黄土层中。• 古土壤层的顶面亦即当时的古地面。• 古土壤层的产状往往代表古地面的起伏状况。陕西合阳桥子沟中更新统黄土中的红褐色古土壤• 各地黄土中所出现的古土壤层数并不一致,各层间的间距也很不规律;• 各层古上壤的厚度也不一致,薄者 20多厘米,厚者可达 2米,一般厚约半米到一米。• 不同时代黄土层中的古土壤类型和化学性质也不同,这反映了当时沉积环境的差别。• 离石 —午城黄土中的古土壤属于褐色土型,以棕红色的粘化层和白色钙质淀积层为特征,土壤层可多达 30余层,少者也有十余层。• 钙结核• 在黄土古土壤层下部的白色钙质淀积层常以结核形式表现出现。• 结核的形状多种多样。• 结核的大小不一,一般长约 15— 25厘米,宽 5— 10厘米。• 结核的结构,包括两种,• 一种是结核生长较好形成的结构,断面为同心圆状。• 另一种是钙质富集于土体中,形成土块状。西安白鹿塬黄土钙质结核• 黄土中古土壤层的研究,不仅有助于了解黄土的堆积和演化,而且是研究第四纪古气候和重建古地理的主要依据。• 我国黄土地层所跨时间长,厚度大,分布广,古土壤发育,它记录了第四纪以来各阶段沉积环境的基本情况。• 每层古土壤代表一次沉积间断或黄土沉积速度小于成土作用的阶段。• 第四纪以来古气候变化的记录在黄土层中保存最为完整,可与大洋岩心记录相比拟。(七)黄土的物理性质与工程性质1. 黄土的孔隙• 黄土以粉土为主,颗粒之间结合得不紧密, 孔隙发育 ,孔隙向下作垂直延伸,使黄土的吸水能力加强,透水性增高。• 黄土的孔隙度一般常在 40一 50%之间。2.黄土的垂直节理• 黄土的垂直节理极为发育,往往引起黄土沿垂直节理发生大规模崩塌和急速溯源侵蚀,造成陡壁悬崖和沟谷以及水土流失,严重地影响着黄土地区人民的生产和生活。陕西洛川来望村黄土柱状节理3.黄土的渗透性• 黄土及黄土状岩石的渗透性,决定于黄土的孔隙、裂隙和机械成分。• 典型的黄土透水性强,黄土状岩石透水性弱。4.黄土的湿陷性• 黄土具有独特的沉陷性,特别是当黄土受水浸润之后,发生的湿陷最为明显,并形成各种黄土喀斯特地貌,严重地影响黄土地区的农业生产及交通等。(八)中国黄土同亚洲中部的沙漠和戈壁处于同一纬度带中,呈东西带状分布,形成北半球中纬沙漠 土带。• 中国的黄土集中在该地带的东部和东南部,以黄河中游地区最为发育。• 黄土颗粒自黄河中游向东至长江下游,逐渐变细。• 黄土带状分布和定向分布特征,反映了黄土物质极可能是由自西向东的定向风力搬运的粉尘堆积产物。• 大气环流对于黄土堆积和分布的影响是十分明显的,因为搬运黄土物质的风力系统必然受黄土物质来源区、搬运区和堆积区的大气环流控制。• 沙漠 5° 间,正值中纬盛行西风带的范围之内。• 黄土堆积时期气候较为寒冷,处于冰期气候环境期间,盛行西风带可能向南偏移,高空气流的频率和强度增大,更具有纬向特征,正如西风在冬季比夏季具有更强的纬向特征一样。• 这与沙漠 因此,现代西风环流在黄土分布地区所表现的特征,可作为考虑黄土堆积时期大气环流状况的依据。• 中国黄土分布的高度主要在海拔3000米以下,并又以海拔 2000米以下为主,所以黄土粉尘物质主要由 3000米高空气流输送。2. 黄土的物质来源• 黄土中种类繁多的矿物成分,在各地含量又大体一致,这反映了补给区距离遥远,物质主要来自里海以东的中亚沙漠区。• 黄土中富含石英、长石及方解石,颗粒磨圆较好,石英颗粒还有类似于现代风砂的半磨圆颗粒,反映了它们经受过风力的磨蚀作用。• 黄土中还含有相当数量的共它不稳定矿物,如黑云母、斜方辉石和碱性角闪石等,都保存良好,表明它们来自于以物理风化为主的干燥气候环境。• 黄土中主要碎屑矿物自西北向东南粒径变小,不稳定矿物含量减少,风化显著,反映了风力搬运作用和黄土堆积时气候变化的特点。• 黄土的主要矿物颗粒石英、长石、云母和原生方解石共同构成了黄土的格架,并均匀分布。• 这反映了黄土物质在长距离搬运过程中得到高度的混合。3. 黄土物质的搬运和沉降• 由于黄土的基本碎屑物质是风力作用从内陆沙漠地区搬运而来的,因而造成:• (1)黄土、沙漠、戈壁成带状排列• (2)黄土产状与基岩地形无关• (3)黄土结构与成分的某种一致性;• (4)自西北而东南黄土颗粒逐渐变细,厚度逐渐变薄;• (5)埋藏土层的多次出现。• 黄土中的粉砂颗粒在干旱的源区,由不大的风将其吹扬至空中,遇到垂直上升的气流,把粉尘带到相当的高度,随着盛行西风向东飘移。• 在东经 100° 以西的干旱区上空盛行西风风速较大,具有足够的动能携带粉尘向东运行。• 当进入东经 100° 以东的半干旱区时,大气环流的各种要素发生变化,以及地形影响,使西风的主导风速减小。• 同时,这个地区上升气流出现的频率和强度远比源区小,直至消失,致使粉尘沉降。4. 黄土的堆积和演化• 粉尘堆积后不断受气候条件和其它自然因素的影响,发生后生变化。( 1)在一定的生物气候条件下,粉尘及其堆积物在生物化学风化作用下,发生成土过程,转变成黄土。• 在成土作用增强,堆积速度不断减小,和适宜的生物气候条件下,黄土可进一步向土壤转化。( 2)粉尘堆积物或形成的黄土堆积物,在流水作用下发生搬运和再沉积,形成“次生黄土”。• 黄土堆积时的生物气候条件• 中国黄土中占优势的啮齿类哺乳动物化石及草本植物孢粉化石,反映了黄土堆积时的干草原植被特征。• 黄土的物质成分和结构(如 酸盐含量等)都表明黄土是在弱碱性介质条件下堆积的。• 粉尘堆积随时间变化发生了黄土 黄土 — 古土壤系列的地质年龄及其所反映的古气候波动• 黄土是于冷生物气候下粉尘堆积及其次生碳酸盐化的产物,古土壤是温湿生物气候下黄土向高级成土阶段演化的产物。• 黄土和古土壤在地层剖面中的多次交替出现,不仅反映了干冷气候、温湿气候的多次波动,也显示出粉尘堆积和间断过程的多次交替,以及黄土和古土壤的演化系列。• 黄土 — 古土壤系列是大陆气候长期变迁的记录,也是全球性气候变迁的重要组成部分。• 根据我国黄土与古土壤剖面分析所得出的亚洲大陆第四纪气候变化曲线,其完整性和可靠性远远高于世界其它大陆。• 在离石、马兰黄土中,共发育了 13层古土壤,加上全新世的黑垆土共 14层古土壤,分别被 13层黄土隔开。• 这 27层黄土 — 古土壤系列,记录了由温湿森林至严重干冷的荒漠草原的生物气候环境的变迁。• 表明 70万年 (中更新世 )以来黄土高原至少有 13个气候小旋回。• 这些气候旋回与同期的大洋沉积物的气候记录以及日照曲线所反映的气候旋回相对应,表明中国黄土 — 古土壤系列的气候记录与全球性的气候记录是基本一致的。
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