中国第四纪地质学与地貌学的形成与发展凝聚了我国老一辈第四纪地质学家和地貌学家的心血，其中李四光、杨钟健、袁复礼、任美锷、刘东生、施雅风等一批中国第四纪地质学与地貌学的奠基人做出了巨大贡献。中国第四纪地质与地貌的研究主要集中在第四纪冰川和地貌、海岸带第四纪和地貌、西北黄土地区第四纪地质和地貌、古人类、活动构造等方面。 第四纪冰川及古环境研究在第四纪冰川研究方面，自 20 世纪 80 年代以来取得巨大进展，其中包括南极冰盖和北极冰盖的考察研究，青藏高原冰心研究，山岳冰川编目以及冰川融水径流研究，中国西部的冰川地貌，中国东部第四纪冰川遗迹与环境的新认识等等。中国科学家对南极的研究起步较晚，1982 年谢先楚首次在澳大利亚凯西站越冬考察，对末次冰期冰心做了大量细致研究。到 2008 年，中国已组织了 24 次南极考察，并建立了长城站和中山站。1990 年秦大河首次横穿南极大陆做科学考察，研究深入到稳定同位素 δ18O，δD 和过量氘(ex D)分布特征变化及其与古气候记录的意义。这些相关研究表明我国南极冰川学研究登上新的台阶。2004 年 7 月在挪威的斯匹次卑尔根群岛的新奥尔松建成了我国北极第一个科学考察站———黄河站。与此同时，在 80 年代中期展开了对祁连山敦德冰帽的冰心研究，取得了比孢粉等其他资料更加详细的全新世气候波动的证据。1992 年，姚檀栋等又对西昆仑山古里雅冰帽(6300m，中亚最大的冰帽)进行了冰心研究，钻取了时间跨度 10 万年以上的冰心，这对于重建青藏高原晚更新世以来的气候和环境变化具有重要意义。由施雅风主编出版的 《中国冰川与环境》(2000)一书总结了我国西部地区第四纪冰川和环境研究的重要成果。关于中国东部第四纪冰川遗迹的争论，在这一个时期也做了些工作。李四光于 20 世纪 20 年代提出在太行山、庐山、黄山等中低山存在第四纪冰川遗迹，并可划分为4 次冰期。他的冰期划分一直作为中国东部冰期划分的标准沿用至今。1980 年开始，部分冰川学家通过大量野外考察，并联系黄土沉积、孢粉分析、古脊椎动物、红色风化壳等研究，提出了不同的认识(施雅风等，1989)，其成果反映在 《中国东部第四纪冰川与环境问题》一书中。近年来关于中国东部第四纪冰川的争论已经逐渐冷却下来。 西北黄土地区第四纪地质研究中国第四纪研究的突破在于中国黄土研究方面的进展，建立起第四纪环境变迁的时间序列。目前全球变化研究中已建立了多种多样的环境变化时间序列，其中中国黄土、深海沉积和极地冰心是第四纪研究中的三大支柱。而黄土由于其特殊的地理位置和形成方式，成为一种第四纪古环境、古气候信息的非常理想的载体。中国的黄土研究，大致经历了如下 4 个大阶段。近代黄土研究 中国黄土研究的开端与外国地质学家的参与密不可分。19 世纪，庞培利(R Pumpelly)打开了中国黄土研究的大门，他提出了黄土湖泊沉积说。李希霍芬(F VonRichthofen)否 定 了 庞 培 利 的 湖 泊 沉 积 说， 成 为 黄 土 风 成 说 的 鼻 祖。 奥 勃 鲁 契 夫(B A Obruchev)将黄土分为热黄土和冷黄土，第一次揭示了黄土的二元性和区域性意义。中国地质学家从1920 年开始黄土研究。1930 年，德日进(P Teilhard de Chardin)和杨钟健对黄土做了地层与古生物方面的研究。在这一开创性的工作中，他们将黄土划为两大部分: 上部马兰黄土，下部红色土 A、B、C 带; 并按其中所含古脊椎动物化石将第四纪划分为早、中、晚期。20 世纪 50 年代，中国黄土研究的新高潮 为中国黄土研究做出巨大贡献的刘东生院士在这个时期做了很多工作。1957 年，刘东生院士等分出老黄土(早于马兰黄土)和新黄土(马兰黄土及其以后黄土)，他与张宗祜院士(1962)将早、中更新世黄土命名为午城黄土和离石黄土，并于 1964、1965、1966 年分别出版了 《黄河中游黄土》、《中国的黄土堆积》和 《黄土的物质成分和结构》，奠定了中国黄土研究的基础。朱显谟、石元春等研究表明，黄土层所夹的红色条带，实质上是一种褐色土型的古土壤层。这一成就，使人们对黄土有了一个全新的认识，从而确认了巨厚的黄土高原是由 260Ma 以来沙尘暴的形式沉积而成的; 而干旱的沙尘暴时期中间又有多次气候变得温暖湿润的时期，形成古土壤。在这个时期，张宗祜院士对黄土高原黄土的工程性质进行了细致的研究。20 世纪 70 年代以来，测量实验阶段 随着古地磁学、地球化学、同位素地球化学、年代学等新学科新技术的发展，黄土的研究从肉眼观察进入到观察与测量实验相结合的阶段。磁化率开始被当作反映第四纪环境变化的气候替代性指标，并进一步促使将黄土与深海沉积、冰心进行全球对比。20 世纪 80 年代中期以来，定量化和对比研究阶段 安芷生院士提出黄土和古土壤分别代表古气候环境冬季风和夏季风的模式，将研究的主要方向对准了黄土与古土壤的形成以及解译其环境信息。其后，丁仲礼院士利用黄土和古土壤中粒径为 002～ 010mm 的颗粒含量比值作为冬季风搬运强弱的代用指标; 并得到与深海氧同位素吻合的粒度曲线。郭正堂利用黄土与古土壤中的 FeO 和 Fe2O3所代表的风化强度比值作为夏季风的代用指标，亦可与深海氧同位素进行对比。丁仲礼院士经过对比研究发现: 黄土与古土壤序列的变化自 180 万年以来，与深海沉积物氧同位素的旋回几乎可以一一对比，从而将大陆冰盖和海冰同内陆气候变化联系起来。在 1985 年，刘东生等出版了 《黄土与环境》一书，是对这个阶段早期研究的总结。后来，张宗祜等出版了 《中国黄土》(1989)一书。孙建中出版了 《黄土学》(2005)，论述了黄土的各个方面。目前黄土研究的领域，主要集中在粒度、古生物学、地球化学、环境磁学等方面。这些方面的进展标志着中国黄土的研究已经处于世界领先地位。 青藏高原第四纪地质和地貌研究虽然在 20 世纪 50 ～60 年代我国 4 次组织了对青藏高原的科学考察，并取得了一些显著的成果，但限于当时的条件，考察的地区和内容都比较局限。1973 年，中国科学院再次组织了队伍庞大且考察内容广泛的青藏高原综合科学考察，并出版了 《青藏高原科学考察丛书》。其中相关的第四纪地质与地貌的考察成果主要反映在 《西藏第四纪地质》、《西藏冰川》、《西藏地貌》、《青藏高原隆起的时代、幅度和形式问题》等书中，这是新中国成立以来最重要的成果之一。1993 年，由诸位院士领导的 “青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究” 的国家攀登项目，再次把青藏高原研究推向高潮，并取得了一系列的重大进展，又出版了 《青藏高原研究丛书》。总结了青藏高原的隆升过程及其环境变化、青藏高原隆升过程对中国的季风形成和发展的影响，提出了 340 万年以来的 3 次构造运动(青藏运动、昆黄运动、共和运动)，青藏高原在第四纪时期不同阶段的高度，在距今 80 万～60 万年全面进入冰冻圈，才真正发育成为地球上的第三极。青藏高原隆起引起了其周边的新构造运动，形成了一系列的活动断裂，其中东缘的断裂活动异常强烈，形成了我国地震活动强烈的南北地震带，2008 年 5 月 12 日的汶川 0 级大地震就发生在该带上。有关青藏高原在第四纪是否存在大冰盖的问题一直存在争议，其焦点是: 一是否存在过?二如果存在，那是在什么时代? 这些问题还有待今后的深入工作来解答。 长江和黄河的研究青藏高原的研究也带动了对我国两大河流———长江和黄河的形成演化研究。长江发育的历史一直是地貌学家关注的问题，沈玉昌(1965)对长江上游河谷地貌进行了研究，总结了金沙江河谷地貌的特征，袁复礼(1958)、任美锷(1959)等对金沙江石鼓湾是否由河流袭夺而成进行了研究。长江三峡的切穿是实现长江全线贯通的关键河段，研究表明三峡的切穿时间应在早更新世晚期到中更新世的初期，研究还表明金沙江的全线贯通也大体发生在这个时期。2006 年，杨达源等出版了 《长江地貌过程》 一书，对长江地貌和形成过程进行了总结。黄河的研究在这个时期也取得一系列的进展。黄河三门峡的贯通与长江三峡的贯通具有同等的意义，虽经过众多的科学家研究，但在贯通的时间上尚没有达成一致的意见，不少的学者认为三门峡的切穿发生在早更新世晚期到中更新世初期，与长江三峡的切穿时间基本同时。其次是黄河上游地区的几大峡谷的切穿，龙羊峡在约 15 万年前切穿，若尔盖的古湖消失在晚更新世晚期，在晚更新世末期黄河延伸到现今的黄河源区。在晚更新世，黄河上游地区发生了水系的重大调整。这个时期还研究了长江和黄河的演化过程与青藏高原隆升的关系。 古人类的研究在20 世纪初，北京周口店地区 “北京人”的发现被认为是我国在20 世纪古生物化石研究方面最重要的两大发现之一，她的发现不仅填补了东亚地区古人类化石的空白，而且把人类的历史向前推进了几十万年，更有意义的是发现了最早的人类用火痕迹。后来，钱方在云南元谋发现了 “元谋人”(1965)，把人类的历史推进到距今约 170 万年。在 20 世纪 70 ～90 年代，在湖北、重庆、安徽、江苏、陕西等地发现了丰富的直立人化石和石器，尤其是在湖北建始发现的 “建始人”和重庆巫山发现的 “巫山人”，揭示我国人类历史超过了 200 万年。这些发现确立了中国东部地区在人类演化历史中占有重要的地位。在百色盆地、汉水流域、蓝田盆地发现了手斧，从而否定了 “莫氏线”的存在，证实在东亚地区同样存在手斧文化。思考题1)第四纪地质学与地貌学研究的价值?2)从第四纪地质学和地貌学的发展历程我们能得到哪些启示?3)中国对第四纪地质学与地貌学的贡献?
第四纪地质学与地貌学的研究，不仅可以丰富地球科学的基础理论，而且在国民经济建设和生态环境保护和治理中发挥着重要作用，因此第四纪地质学与地貌学的研究既有理论意义，也有实际意义。下面重点论述它的实际意义，主要包括以下几个方面。 矿产资源勘查第四纪沉积物中蕴藏着各种砂矿，如金、金刚石、锡石、钨矿、独居石、金红石、钛铁矿、锆石等砂矿。砂矿的形成不同于原生矿产，由于砂矿的形成和赋存与第四纪沉积物及地貌关系密切，因此在第四纪砂矿的勘查过程中，必须应用第四纪地质学及地貌学的原理来寻找矿床，分析砂矿形成的条件，砂矿层的成因、岩性及分布，砂矿埋藏的古地貌特征，恢复现代水文网的发展和演变，并根据古代埋藏谷地、阶地、岩溶等为勘探砂矿提供可靠依据，弄清砂矿的物源和原生矿床的位置，正确地对砂矿进行评价。许多特殊的第四纪沉积物本身就是矿产资源，如泥炭、石膏、岩盐、钾盐、石英砂等。 水文地质第四纪地质和地貌是水文地质和工程地质的基础资料。随着国家经济建设和工业的发展，以及人们生活水平的提高，工农业用水和生活用水量日益增加，其重要的水源之一是地下水，而大量地下水储存于第四纪堆积物中。第四纪沉积物的岩性、厚度、成因和年代，对地下水的形成、分布、埋藏、水质、水量和运动规律都有直接影响。我国地域辽阔，环境复杂，不同地区存在不同性质的地下水资源的开发和利用问题，如华北平原的埋藏古河道问题，沿海平原地区在海平面升降交替过程对地下水水质的影响，我国西南广大岩溶地区的地下水利用等，都会遇到一系列的地貌与第四纪地质问题。 工程地质勘探第四纪沉积物是各种工程建筑的基础，如在水坝、水库、渠道、港湾、楼房、工厂和电站等建设中，都需要了解沉积地层的工程力学性质、岩性的三维变化、地基的稳定性、断层的活动性。各种工程的设计和管理，要求避开不利的因素，如滑坡、泥石流、地面塌陷、活动断层等。在大型工程修建之前，需要进行地震危险性研究，如断裂的活动性质、地壳的升降幅度、地震的危害性等，还要进行有关工程稳定性的第四纪地质研究。 环境地质和灾害地质第四纪以来的火山活动、地震活动和构造运动的研究，对预防自然灾害有重要意义。环境地质、地貌问题的研究对港口、城市规划与建设可以提供重要的基础地质资料。另外，一些地方性疾病与第四纪沉积物的成因、岩性以及地貌位置等密切相关，如碘缺乏症多发生在山区，氟中毒症多出现在干旱的平原区，肝炎和肝癌多分布在地形低洼水流不畅的沼泽和三角洲地带。近年来，人类活动对地质地貌动力的影响，以及对气候变化、海平面升降的影响也日益引起人们的注意。 农业生产不同地貌类型和第四纪沉积物对热量、光照、水分和土壤性状有着直接影响。地形高低、坡向和坡度、地面物质结构是形成不同农业生产类型的重要因素。农业生产的物质基础是土壤，而不同的气候带形成了不同的土壤类型，不同岩性决定了土壤的物质成分，不同地貌位置影响了土壤的厚度和含水性。因此，第四纪地质和地貌研究成果，往往可以对农业生产规划的编制、农田水利建设、水土保持等起到重要的指导作用。
第四纪地质学与地貌学的研究，不仅可以丰富地球科学的基础理论，而且在国民经济建设和生态环境保护和治理中发挥着重要作用，因此第四纪地质学与地貌学的研究既有理论意义，也有实际意义。下面重点论述它的实际意义，主要包括以下几个方面。 矿产资源勘查第四纪沉积物中蕴藏着各种砂矿，如金、金刚石、锡石、钨矿、独居石、金红石、钛铁矿、锆石等砂矿。砂矿的形成不同于原生矿产，由于砂矿的形成和赋存与第四纪沉积物及地貌关系密切，因此在第四纪砂矿的勘查过程中，必须应用第四纪地质学及地貌学的原理来寻找矿床，分析砂矿形成的条件，砂矿层的成因、岩性及分布，砂矿埋藏的古地貌特征，恢复现代水文网的发展和演变，并根据古代埋藏谷地、阶地、岩溶等为勘探砂矿提供可靠依据，弄清砂矿的物源和原生矿床的位置，正确地对砂矿进行评价。许多特殊的第四纪沉积物本身就是矿产资源，如泥炭、石膏、岩盐、钾盐、石英砂等。 水文地质第四纪地质和地貌是水文地质和工程地质的基础资料。随着国家经济建设和工业的发展，以及人们生活水平的提高，工农业用水和生活用水量日益增加，其重要的水源之一是地下水，而大量地下水储存于第四纪堆积物中。第四纪沉积物的岩性、厚度、成因和年代，对地下水的形成、分布、埋藏、水质、水量和运动规律都有直接影响。我国地域辽阔，环境复杂，不同地区存在不同性质的地下水资源的开发和利用问题，如华北平原的埋藏古河道问题，沿海平原地区在海平面升降交替过程对地下水水质的影响，我国西南广大岩溶地区的地下水利用等，都会遇到一系列的地貌与第四纪地质问题。 工程地质勘探第四纪沉积物是各种工程建筑的基础，如在水坝、水库、渠道、港湾、楼房、工厂和电站等建设中，都需要了解沉积地层的工程力学性质、岩性的三维变化、地基的稳定性、断层的活动性。各种工程的设计和管理，要求避开不利的因素，如滑坡、泥石流、地面塌陷、活动断层等。在大型工程修建之前，需要进行地震危险性研究，如断裂的活动性质、地壳的升降幅度、地震的危害性等，还要进行有关工程稳定性的第四纪地质研究。 环境地质和灾害地质第四纪以来的火山活动、地震活动和构造运动的研究，对预防自然灾害有重要意义。环境地质、地貌问题的研究对港口、城市规划与建设可以提供重要的基础地质资料。另外，一些地方性疾病与第四纪沉积物的成因、岩性以及地貌位置等密切相关，如碘缺乏症多发生在山区，氟中毒症多出现在干旱的平原区，肝炎和肝癌多分布在地形低洼水流不畅的沼泽和三角洲地带。近年来，人类活动对地质地貌动力的影响，以及对气候变化、海平面升降的影响也日益引起人们的注意。 农业生产不同地貌类型和第四纪沉积物对热量、光照、水分和土壤性状有着直接影响。地形高低、坡向和坡度、地面物质结构是形成不同农业生产类型的重要因素。农业生产的物质基础是土壤，而不同的气候带形成了不同的土壤类型，不同岩性决定了土壤的物质成分，不同地貌位置影响了土壤的厚度和含水性。因此，第四纪地质和地貌研究成果，往往可以对农业生产规划的编制、农田水利建设、水土保持等起到重要的指导作用。
（一）第四纪地质学科学术语 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）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。
近年来，在社会主义现代化建设蓬勃发展的我国，第四纪地质学及地貌学正日益广泛地被用来解决各种生产实践问题。在进行水文及工程地质勘察时，不同类型的地形形态和第四纪堆积物在空间上分布的资料是非常重要的。例如，水库坝址和库区的选择，首先要考虑河谷形态和第四纪堆积物的分布。坝址宜选在峡谷和第四纪堆积物较少的地段，库区则宜座落在宽谷地段等等。在进行地质测量和找矿时，地形形态和第四纪堆积物分布的资料，能够作为分析地质构造和矿产分布的重要依据，其中对砂矿、石油和盐类矿产的找寻和勘测最为重要。第四纪堆积物的成分和岩相资料，能够提供找寻和评价地下水、工程建筑原料和工程地基的依据。第四纪堆积物的含水性，是与其粒度密切相关的。砂砾石层是含水层，粘土和亚粘土则是隔水层；为细粒物质所充填的角砾或砾石堆积物是一种稳定的地基，而含有机质的淤泥层，则需要采取措施才能进行工程建筑等等。在地质调查和找矿方面，也应考虑第四纪堆积物的分布资料。例如，对残积物的分析研究，可以用来推断被覆盖的基岩情况，结合其它方面的资料可以帮助确定地质情况和矿产分布情况。新构造运动的特点可以表现在新地质构造、地形、第四纪堆积物和现代外力地质作用等方面，这些表现能够为矿产找寻和勘探，以及水文地质和工程地质勘察提供理论基础。新构造运动，地形和第四纪堆积物的成因，在很大程度上决定着水文及工程地质条件。例如，冰积物基本上是不透水的；风成的黄土比其它成因类型的黄土具有更大的湿陷性；砂矿的成因类型，与其所赖以存在的第四纪堆积物的成因类型是一致的等等。为正确地评价水文及工程地质环境，找寻矿产和确定矿产的成因类型，还需要研究地形形态、第四纪堆积物和新构造运动的发展历史。对一些长远的水文及工程地质措施而言，尤为重要的是研究地形，第四纪堆积物和新构造运动的进一步发展趋势。地震，是断裂运动的一种伴生现象。断裂活动性的确定，需要地形和第四纪堆积物的资料。为预测地震，需要研究新断裂运动。研究新断裂运动，需要同时研究与新断裂运动伴生的其它各种新构造运动。研究新构造运动，就必需研究新构造运动在地形和第四纪地质现象上的各种表现。研究地质学的一个非常重要的现实主义原理是“将今论古”，即用研究现代地质作用和现象的方法去了解地质历史时期的地质过程。为研究前第四纪的地质历史，第四纪地质学和地貌学的研究，乃是必须的。土壤的形成与第四纪气候、地形、堆积物、水文和植物群落直接相关。所以，第四纪地质学和地貌学的研究，也可为土壤学提供理论依据。人类的出现、演化和生活的环境，是第四纪地质历史的一部分。所以，古人类学的研究，不能脱离第四纪地质学和地貌学的研究。在研究人类现代生活环境方面，第四纪地质学和地貌学的研究，尤为重要。现代动物和植物群，是第四纪动物群和植物群的直接延续。为了有效地从历史的观点去研究现代生物，第四纪地质学和地貌学的研究，是必不可少的。现代气候的变化所带来的生态环境以及其它方面的变化，已经引起人们的巨大关注。例如，气候变化所引起的南极、格林兰、高山地区（包括我国天山和喜马拉雅高山地区）的冰川的融解，海面的变化，干旱和沙漠的发展等等，已经直接波及人类的环境。为理解气候变化的规律，不进行第四纪地质学和地貌学的研究，是不可设想的。第四纪地质学、地貌学和新构造运动学的实践和理论意义，不限于上述，它是非常广泛的。为此，世界各国都非常重视作这方面的研究。
中国第四纪地质学与地貌学的形成与发展凝聚了我国老一辈第四纪地质学家和地貌学家的心血，其中李四光、杨钟健、袁复礼、任美锷、刘东生、施雅风等一批中国第四纪地质学与地貌学的奠基人做出了巨大贡献。中国第四纪地质与地貌的研究主要集中在第四纪冰川和地貌、海岸带第四纪和地貌、西北黄土地区第四纪地质和地貌、古人类、活动构造等方面。 第四纪冰川及古环境研究在第四纪冰川研究方面，自 20 世纪 80 年代以来取得巨大进展，其中包括南极冰盖和北极冰盖的考察研究，青藏高原冰心研究，山岳冰川编目以及冰川融水径流研究，中国西部的冰川地貌，中国东部第四纪冰川遗迹与环境的新认识等等。中国科学家对南极的研究起步较晚，1982 年谢先楚首次在澳大利亚凯西站越冬考察，对末次冰期冰心做了大量细致研究。到 2008 年，中国已组织了 24 次南极考察，并建立了长城站和中山站。1990 年秦大河首次横穿南极大陆做科学考察，研究深入到稳定同位素 δ18O，δD 和过量氘(ex D)分布特征变化及其与古气候记录的意义。这些相关研究表明我国南极冰川学研究登上新的台阶。2004 年 7 月在挪威的斯匹次卑尔根群岛的新奥尔松建成了我国北极第一个科学考察站———黄河站。与此同时，在 80 年代中期展开了对祁连山敦德冰帽的冰心研究，取得了比孢粉等其他资料更加详细的全新世气候波动的证据。1992 年，姚檀栋等又对西昆仑山古里雅冰帽(6300m，中亚最大的冰帽)进行了冰心研究，钻取了时间跨度 10 万年以上的冰心，这对于重建青藏高原晚更新世以来的气候和环境变化具有重要意义。由施雅风主编出版的 《中国冰川与环境》(2000)一书总结了我国西部地区第四纪冰川和环境研究的重要成果。关于中国东部第四纪冰川遗迹的争论，在这一个时期也做了些工作。李四光于 20 世纪 20 年代提出在太行山、庐山、黄山等中低山存在第四纪冰川遗迹，并可划分为4 次冰期。他的冰期划分一直作为中国东部冰期划分的标准沿用至今。1980 年开始，部分冰川学家通过大量野外考察，并联系黄土沉积、孢粉分析、古脊椎动物、红色风化壳等研究，提出了不同的认识(施雅风等，1989)，其成果反映在 《中国东部第四纪冰川与环境问题》一书中。近年来关于中国东部第四纪冰川的争论已经逐渐冷却下来。 西北黄土地区第四纪地质研究中国第四纪研究的突破在于中国黄土研究方面的进展，建立起第四纪环境变迁的时间序列。目前全球变化研究中已建立了多种多样的环境变化时间序列，其中中国黄土、深海沉积和极地冰心是第四纪研究中的三大支柱。而黄土由于其特殊的地理位置和形成方式，成为一种第四纪古环境、古气候信息的非常理想的载体。中国的黄土研究，大致经历了如下 4 个大阶段。近代黄土研究 中国黄土研究的开端与外国地质学家的参与密不可分。19 世纪，庞培利(R Pumpelly)打开了中国黄土研究的大门，他提出了黄土湖泊沉积说。李希霍芬(F VonRichthofen)否 定 了 庞 培 利 的 湖 泊 沉 积 说， 成 为 黄 土 风 成 说 的 鼻 祖。 奥 勃 鲁 契 夫(B A Obruchev)将黄土分为热黄土和冷黄土，第一次揭示了黄土的二元性和区域性意义。中国地质学家从1920 年开始黄土研究。1930 年，德日进(P Teilhard de Chardin)和杨钟健对黄土做了地层与古生物方面的研究。在这一开创性的工作中，他们将黄土划为两大部分: 上部马兰黄土，下部红色土 A、B、C 带; 并按其中所含古脊椎动物化石将第四纪划分为早、中、晚期。20 世纪 50 年代，中国黄土研究的新高潮 为中国黄土研究做出巨大贡献的刘东生院士在这个时期做了很多工作。1957 年，刘东生院士等分出老黄土(早于马兰黄土)和新黄土(马兰黄土及其以后黄土)，他与张宗祜院士(1962)将早、中更新世黄土命名为午城黄土和离石黄土，并于 1964、1965、1966 年分别出版了 《黄河中游黄土》、《中国的黄土堆积》和 《黄土的物质成分和结构》，奠定了中国黄土研究的基础。朱显谟、石元春等研究表明，黄土层所夹的红色条带，实质上是一种褐色土型的古土壤层。这一成就，使人们对黄土有了一个全新的认识，从而确认了巨厚的黄土高原是由 260Ma 以来沙尘暴的形式沉积而成的; 而干旱的沙尘暴时期中间又有多次气候变得温暖湿润的时期，形成古土壤。在这个时期，张宗祜院士对黄土高原黄土的工程性质进行了细致的研究。20 世纪 70 年代以来，测量实验阶段 随着古地磁学、地球化学、同位素地球化学、年代学等新学科新技术的发展，黄土的研究从肉眼观察进入到观察与测量实验相结合的阶段。磁化率开始被当作反映第四纪环境变化的气候替代性指标，并进一步促使将黄土与深海沉积、冰心进行全球对比。20 世纪 80 年代中期以来，定量化和对比研究阶段 安芷生院士提出黄土和古土壤分别代表古气候环境冬季风和夏季风的模式，将研究的主要方向对准了黄土与古土壤的形成以及解译其环境信息。其后，丁仲礼院士利用黄土和古土壤中粒径为 002～ 010mm 的颗粒含量比值作为冬季风搬运强弱的代用指标; 并得到与深海氧同位素吻合的粒度曲线。郭正堂利用黄土与古土壤中的 FeO 和 Fe2O3所代表的风化强度比值作为夏季风的代用指标，亦可与深海氧同位素进行对比。丁仲礼院士经过对比研究发现: 黄土与古土壤序列的变化自 180 万年以来，与深海沉积物氧同位素的旋回几乎可以一一对比，从而将大陆冰盖和海冰同内陆气候变化联系起来。在 1985 年，刘东生等出版了 《黄土与环境》一书，是对这个阶段早期研究的总结。后来，张宗祜等出版了 《中国黄土》(1989)一书。孙建中出版了 《黄土学》(2005)，论述了黄土的各个方面。目前黄土研究的领域，主要集中在粒度、古生物学、地球化学、环境磁学等方面。这些方面的进展标志着中国黄土的研究已经处于世界领先地位。 青藏高原第四纪地质和地貌研究虽然在 20 世纪 50 ～60 年代我国 4 次组织了对青藏高原的科学考察，并取得了一些显著的成果，但限于当时的条件，考察的地区和内容都比较局限。1973 年，中国科学院再次组织了队伍庞大且考察内容广泛的青藏高原综合科学考察，并出版了 《青藏高原科学考察丛书》。其中相关的第四纪地质与地貌的考察成果主要反映在 《西藏第四纪地质》、《西藏冰川》、《西藏地貌》、《青藏高原隆起的时代、幅度和形式问题》等书中，这是新中国成立以来最重要的成果之一。1993 年，由诸位院士领导的 “青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究” 的国家攀登项目，再次把青藏高原研究推向高潮，并取得了一系列的重大进展，又出版了 《青藏高原研究丛书》。总结了青藏高原的隆升过程及其环境变化、青藏高原隆升过程对中国的季风形成和发展的影响，提出了 340 万年以来的 3 次构造运动(青藏运动、昆黄运动、共和运动)，青藏高原在第四纪时期不同阶段的高度，在距今 80 万～60 万年全面进入冰冻圈，才真正发育成为地球上的第三极。青藏高原隆起引起了其周边的新构造运动，形成了一系列的活动断裂，其中东缘的断裂活动异常强烈，形成了我国地震活动强烈的南北地震带，2008 年 5 月 12 日的汶川 0 级大地震就发生在该带上。有关青藏高原在第四纪是否存在大冰盖的问题一直存在争议，其焦点是: 一是否存在过?二如果存在，那是在什么时代? 这些问题还有待今后的深入工作来解答。 长江和黄河的研究青藏高原的研究也带动了对我国两大河流———长江和黄河的形成演化研究。长江发育的历史一直是地貌学家关注的问题，沈玉昌(1965)对长江上游河谷地貌进行了研究，总结了金沙江河谷地貌的特征，袁复礼(1958)、任美锷(1959)等对金沙江石鼓湾是否由河流袭夺而成进行了研究。长江三峡的切穿是实现长江全线贯通的关键河段，研究表明三峡的切穿时间应在早更新世晚期到中更新世的初期，研究还表明金沙江的全线贯通也大体发生在这个时期。2006 年，杨达源等出版了 《长江地貌过程》 一书，对长江地貌和形成过程进行了总结。黄河的研究在这个时期也取得一系列的进展。黄河三门峡的贯通与长江三峡的贯通具有同等的意义，虽经过众多的科学家研究，但在贯通的时间上尚没有达成一致的意见，不少的学者认为三门峡的切穿发生在早更新世晚期到中更新世初期，与长江三峡的切穿时间基本同时。其次是黄河上游地区的几大峡谷的切穿，龙羊峡在约 15 万年前切穿，若尔盖的古湖消失在晚更新世晚期，在晚更新世末期黄河延伸到现今的黄河源区。在晚更新世，黄河上游地区发生了水系的重大调整。这个时期还研究了长江和黄河的演化过程与青藏高原隆升的关系。 古人类的研究在20 世纪初，北京周口店地区 “北京人”的发现被认为是我国在20 世纪古生物化石研究方面最重要的两大发现之一，她的发现不仅填补了东亚地区古人类化石的空白，而且把人类的历史向前推进了几十万年，更有意义的是发现了最早的人类用火痕迹。后来，钱方在云南元谋发现了 “元谋人”(1965)，把人类的历史推进到距今约 170 万年。在 20 世纪 70 ～90 年代，在湖北、重庆、安徽、江苏、陕西等地发现了丰富的直立人化石和石器，尤其是在湖北建始发现的 “建始人”和重庆巫山发现的 “巫山人”，揭示我国人类历史超过了 200 万年。这些发现确立了中国东部地区在人类演化历史中占有重要的地位。在百色盆地、汉水流域、蓝田盆地发现了手斧，从而否定了 “莫氏线”的存在，证实在东亚地区同样存在手斧文化。思考题1)第四纪地质学与地貌学研究的价值?2)从第四纪地质学和地貌学的发展历程我们能得到哪些启示?3)中国对第四纪地质学与地貌学的贡献?
一、名词解释地形线，地形面，地形点，卡拉布里阶，冰期与间冰期，冰阶与间冰阶，干旱期与湿润期，雨期与间雨期，地貌形态，地貌组合形态，正地形与负地形，地貌的年代，古地貌与现代地貌，地貌发展的阶段性，侵蚀旋回理论，平行下降说，平行后退说二、填空题根据第四纪时期的气候特点、生物特征、人类文化等，把第四纪进一步划分为______、______、______和______四个世。冰阶是______阶段中，冰川发育，气候更为寒冷的阶段；间冰阶是______中______的阶段。地貌形态的基本要素有______、______和______。根据地貌与周边地形的关系，将地貌形态分为______和______。根据地貌的成因、规模，把地貌分成______、______、______、______、______五个等级。地貌形态测量的主要指标有______、______和______。根据地貌形成的动力因素，将地貌分成______、______和______三大类。地貌形成的自然动力因素可分为______和______两部分。其中______使地表起伏增加，而______使地表起伏降低，即削高填低。根据戴维斯的侵蚀旋回理论，将河流地貌的发展划分为三个阶段，从早期到晚期依次为______、______和______。三、简答和论述题国际和中国第四纪下限的划分方案及依据是什么？研究第四纪冰期和间冰期具有什么意义？怎样理解内、外动力作用对地貌发育的影响？如何确定地貌的年代？简述戴维斯侵蚀循环理论。论述平行下降说和平行后退说理论对当今地貌研究的指导意义。分析中国地貌分布的基本特征及其动力机制。
中国第四纪地质学与地貌学的形成与发展凝聚了我国老一辈第四纪地质学家和地貌学家的心血，其中李四光、杨钟健、袁复礼、任美锷、刘东生、施雅风等一批中国第四纪地质学与地貌学的奠基人做出了巨大贡献。中国第四纪地质与地貌的研究主要集中在第四纪冰川和地貌、海岸带第四纪和地貌、西北黄土地区第四纪地质和地貌、古人类、活动构造等方面。 第四纪冰川及古环境研究在第四纪冰川研究方面，自 20 世纪 80 年代以来取得巨大进展，其中包括南极冰盖和北极冰盖的考察研究，青藏高原冰心研究，山岳冰川编目以及冰川融水径流研究，中国西部的冰川地貌，中国东部第四纪冰川遗迹与环境的新认识等等。中国科学家对南极的研究起步较晚，1982 年谢先楚首次在澳大利亚凯西站越冬考察，对末次冰期冰心做了大量细致研究。到 2008 年，中国已组织了 24 次南极考察，并建立了长城站和中山站。1990 年秦大河首次横穿南极大陆做科学考察，研究深入到稳定同位素 δ18O，δD 和过量氘(ex D)分布特征变化及其与古气候记录的意义。这些相关研究表明我国南极冰川学研究登上新的台阶。2004 年 7 月在挪威的斯匹次卑尔根群岛的新奥尔松建成了我国北极第一个科学考察站———黄河站。与此同时，在 80 年代中期展开了对祁连山敦德冰帽的冰心研究，取得了比孢粉等其他资料更加详细的全新世气候波动的证据。1992 年，姚檀栋等又对西昆仑山古里雅冰帽(6300m，中亚最大的冰帽)进行了冰心研究，钻取了时间跨度 10 万年以上的冰心，这对于重建青藏高原晚更新世以来的气候和环境变化具有重要意义。由施雅风主编出版的 《中国冰川与环境》(2000)一书总结了我国西部地区第四纪冰川和环境研究的重要成果。关于中国东部第四纪冰川遗迹的争论，在这一个时期也做了些工作。李四光于 20 世纪 20 年代提出在太行山、庐山、黄山等中低山存在第四纪冰川遗迹，并可划分为4 次冰期。他的冰期划分一直作为中国东部冰期划分的标准沿用至今。1980 年开始，部分冰川学家通过大量野外考察，并联系黄土沉积、孢粉分析、古脊椎动物、红色风化壳等研究，提出了不同的认识(施雅风等，1989)，其成果反映在 《中国东部第四纪冰川与环境问题》一书中。近年来关于中国东部第四纪冰川的争论已经逐渐冷却下来。 西北黄土地区第四纪地质研究中国第四纪研究的突破在于中国黄土研究方面的进展，建立起第四纪环境变迁的时间序列。目前全球变化研究中已建立了多种多样的环境变化时间序列，其中中国黄土、深海沉积和极地冰心是第四纪研究中的三大支柱。而黄土由于其特殊的地理位置和形成方式，成为一种第四纪古环境、古气候信息的非常理想的载体。中国的黄土研究，大致经历了如下 4 个大阶段。近代黄土研究 中国黄土研究的开端与外国地质学家的参与密不可分。19 世纪，庞培利(R Pumpelly)打开了中国黄土研究的大门，他提出了黄土湖泊沉积说。李希霍芬(F VonRichthofen)否 定 了 庞 培 利 的 湖 泊 沉 积 说， 成 为 黄 土 风 成 说 的 鼻 祖。 奥 勃 鲁 契 夫(B A Obruchev)将黄土分为热黄土和冷黄土，第一次揭示了黄土的二元性和区域性意义。中国地质学家从1920 年开始黄土研究。1930 年，德日进(P Teilhard de Chardin)和杨钟健对黄土做了地层与古生物方面的研究。在这一开创性的工作中，他们将黄土划为两大部分: 上部马兰黄土，下部红色土 A、B、C 带; 并按其中所含古脊椎动物化石将第四纪划分为早、中、晚期。20 世纪 50 年代，中国黄土研究的新高潮 为中国黄土研究做出巨大贡献的刘东生院士在这个时期做了很多工作。1957 年，刘东生院士等分出老黄土(早于马兰黄土)和新黄土(马兰黄土及其以后黄土)，他与张宗祜院士(1962)将早、中更新世黄土命名为午城黄土和离石黄土，并于 1964、1965、1966 年分别出版了 《黄河中游黄土》、《中国的黄土堆积》和 《黄土的物质成分和结构》，奠定了中国黄土研究的基础。朱显谟、石元春等研究表明，黄土层所夹的红色条带，实质上是一种褐色土型的古土壤层。这一成就，使人们对黄土有了一个全新的认识，从而确认了巨厚的黄土高原是由 260Ma 以来沙尘暴的形式沉积而成的; 而干旱的沙尘暴时期中间又有多次气候变得温暖湿润的时期，形成古土壤。在这个时期，张宗祜院士对黄土高原黄土的工程性质进行了细致的研究。20 世纪 70 年代以来，测量实验阶段 随着古地磁学、地球化学、同位素地球化学、年代学等新学科新技术的发展，黄土的研究从肉眼观察进入到观察与测量实验相结合的阶段。磁化率开始被当作反映第四纪环境变化的气候替代性指标，并进一步促使将黄土与深海沉积、冰心进行全球对比。20 世纪 80 年代中期以来，定量化和对比研究阶段 安芷生院士提出黄土和古土壤分别代表古气候环境冬季风和夏季风的模式，将研究的主要方向对准了黄土与古土壤的形成以及解译其环境信息。其后，丁仲礼院士利用黄土和古土壤中粒径为 002～ 010mm 的颗粒含量比值作为冬季风搬运强弱的代用指标; 并得到与深海氧同位素吻合的粒度曲线。郭正堂利用黄土与古土壤中的 FeO 和 Fe2O3所代表的风化强度比值作为夏季风的代用指标，亦可与深海氧同位素进行对比。丁仲礼院士经过对比研究发现: 黄土与古土壤序列的变化自 180 万年以来，与深海沉积物氧同位素的旋回几乎可以一一对比，从而将大陆冰盖和海冰同内陆气候变化联系起来。在 1985 年，刘东生等出版了 《黄土与环境》一书，是对这个阶段早期研究的总结。后来，张宗祜等出版了 《中国黄土》(1989)一书。孙建中出版了 《黄土学》(2005)，论述了黄土的各个方面。目前黄土研究的领域，主要集中在粒度、古生物学、地球化学、环境磁学等方面。这些方面的进展标志着中国黄土的研究已经处于世界领先地位。 青藏高原第四纪地质和地貌研究虽然在 20 世纪 50 ～60 年代我国 4 次组织了对青藏高原的科学考察，并取得了一些显著的成果，但限于当时的条件，考察的地区和内容都比较局限。1973 年，中国科学院再次组织了队伍庞大且考察内容广泛的青藏高原综合科学考察，并出版了 《青藏高原科学考察丛书》。其中相关的第四纪地质与地貌的考察成果主要反映在 《西藏第四纪地质》、《西藏冰川》、《西藏地貌》、《青藏高原隆起的时代、幅度和形式问题》等书中，这是新中国成立以来最重要的成果之一。1993 年，由诸位院士领导的 “青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究” 的国家攀登项目，再次把青藏高原研究推向高潮，并取得了一系列的重大进展，又出版了 《青藏高原研究丛书》。总结了青藏高原的隆升过程及其环境变化、青藏高原隆升过程对中国的季风形成和发展的影响，提出了 340 万年以来的 3 次构造运动(青藏运动、昆黄运动、共和运动)，青藏高原在第四纪时期不同阶段的高度，在距今 80 万～60 万年全面进入冰冻圈，才真正发育成为地球上的第三极。青藏高原隆起引起了其周边的新构造运动，形成了一系列的活动断裂，其中东缘的断裂活动异常强烈，形成了我国地震活动强烈的南北地震带，2008 年 5 月 12 日的汶川 0 级大地震就发生在该带上。有关青藏高原在第四纪是否存在大冰盖的问题一直存在争议，其焦点是: 一是否存在过?二如果存在，那是在什么时代? 这些问题还有待今后的深入工作来解答。 长江和黄河的研究青藏高原的研究也带动了对我国两大河流———长江和黄河的形成演化研究。长江发育的历史一直是地貌学家关注的问题，沈玉昌(1965)对长江上游河谷地貌进行了研究，总结了金沙江河谷地貌的特征，袁复礼(1958)、任美锷(1959)等对金沙江石鼓湾是否由河流袭夺而成进行了研究。长江三峡的切穿是实现长江全线贯通的关键河段，研究表明三峡的切穿时间应在早更新世晚期到中更新世的初期，研究还表明金沙江的全线贯通也大体发生在这个时期。2006 年，杨达源等出版了 《长江地貌过程》 一书，对长江地貌和形成过程进行了总结。黄河的研究在这个时期也取得一系列的进展。黄河三门峡的贯通与长江三峡的贯通具有同等的意义，虽经过众多的科学家研究，但在贯通的时间上尚没有达成一致的意见，不少的学者认为三门峡的切穿发生在早更新世晚期到中更新世初期，与长江三峡的切穿时间基本同时。其次是黄河上游地区的几大峡谷的切穿，龙羊峡在约 15 万年前切穿，若尔盖的古湖消失在晚更新世晚期，在晚更新世末期黄河延伸到现今的黄河源区。在晚更新世，黄河上游地区发生了水系的重大调整。这个时期还研究了长江和黄河的演化过程与青藏高原隆升的关系。 古人类的研究在20 世纪初，北京周口店地区 “北京人”的发现被认为是我国在20 世纪古生物化石研究方面最重要的两大发现之一，她的发现不仅填补了东亚地区古人类化石的空白，而且把人类的历史向前推进了几十万年，更有意义的是发现了最早的人类用火痕迹。后来，钱方在云南元谋发现了 “元谋人”(1965)，把人类的历史推进到距今约 170 万年。在 20 世纪 70 ～90 年代，在湖北、重庆、安徽、江苏、陕西等地发现了丰富的直立人化石和石器，尤其是在湖北建始发现的 “建始人”和重庆巫山发现的 “巫山人”，揭示我国人类历史超过了 200 万年。这些发现确立了中国东部地区在人类演化历史中占有重要的地位。在百色盆地、汉水流域、蓝田盆地发现了手斧，从而否定了 “莫氏线”的存在，证实在东亚地区同样存在手斧文化。思考题1)第四纪地质学与地貌学研究的价值?2)从第四纪地质学和地貌学的发展历程我们能得到哪些启示?3)中国对第四纪地质学与地貌学的贡献?
中国第四纪地质学与地貌学的形成与发展凝聚了我国老一辈第四纪地质学家和地貌学家的心血，其中李四光、杨钟健、袁复礼、任美锷、刘东生、施雅风等一批中国第四纪地质学与地貌学的奠基人做出了巨大贡献。中国第四纪地质与地貌的研究主要集中在第四纪冰川和地貌、海岸带第四纪和地貌、西北黄土地区第四纪地质和地貌、古人类、活动构造等方面。 第四纪冰川及古环境研究在第四纪冰川研究方面，自 20 世纪 80 年代以来取得巨大进展，其中包括南极冰盖和北极冰盖的考察研究，青藏高原冰心研究，山岳冰川编目以及冰川融水径流研究，中国西部的冰川地貌，中国东部第四纪冰川遗迹与环境的新认识等等。中国科学家对南极的研究起步较晚，1982 年谢先楚首次在澳大利亚凯西站越冬考察，对末次冰期冰心做了大量细致研究。到 2008 年，中国已组织了 24 次南极考察，并建立了长城站和中山站。1990 年秦大河首次横穿南极大陆做科学考察，研究深入到稳定同位素 δ18O，δD 和过量氘(ex D)分布特征变化及其与古气候记录的意义。这些相关研究表明我国南极冰川学研究登上新的台阶。2004 年 7 月在挪威的斯匹次卑尔根群岛的新奥尔松建成了我国北极第一个科学考察站———黄河站。与此同时，在 80 年代中期展开了对祁连山敦德冰帽的冰心研究，取得了比孢粉等其他资料更加详细的全新世气候波动的证据。1992 年，姚檀栋等又对西昆仑山古里雅冰帽(6300m，中亚最大的冰帽)进行了冰心研究，钻取了时间跨度 10 万年以上的冰心，这对于重建青藏高原晚更新世以来的气候和环境变化具有重要意义。由施雅风主编出版的 《中国冰川与环境》(2000)一书总结了我国西部地区第四纪冰川和环境研究的重要成果。关于中国东部第四纪冰川遗迹的争论，在这一个时期也做了些工作。李四光于 20 世纪 20 年代提出在太行山、庐山、黄山等中低山存在第四纪冰川遗迹，并可划分为4 次冰期。他的冰期划分一直作为中国东部冰期划分的标准沿用至今。1980 年开始，部分冰川学家通过大量野外考察，并联系黄土沉积、孢粉分析、古脊椎动物、红色风化壳等研究，提出了不同的认识(施雅风等，1989)，其成果反映在 《中国东部第四纪冰川与环境问题》一书中。近年来关于中国东部第四纪冰川的争论已经逐渐冷却下来。 西北黄土地区第四纪地质研究中国第四纪研究的突破在于中国黄土研究方面的进展，建立起第四纪环境变迁的时间序列。目前全球变化研究中已建立了多种多样的环境变化时间序列，其中中国黄土、深海沉积和极地冰心是第四纪研究中的三大支柱。而黄土由于其特殊的地理位置和形成方式，成为一种第四纪古环境、古气候信息的非常理想的载体。中国的黄土研究，大致经历了如下 4 个大阶段。近代黄土研究 中国黄土研究的开端与外国地质学家的参与密不可分。19 世纪，庞培利(R Pumpelly)打开了中国黄土研究的大门，他提出了黄土湖泊沉积说。李希霍芬(F VonRichthofen)否 定 了 庞 培 利 的 湖 泊 沉 积 说， 成 为 黄 土 风 成 说 的 鼻 祖。 奥 勃 鲁 契 夫(B A Obruchev)将黄土分为热黄土和冷黄土，第一次揭示了黄土的二元性和区域性意义。中国地质学家从1920 年开始黄土研究。1930 年，德日进(P Teilhard de Chardin)和杨钟健对黄土做了地层与古生物方面的研究。在这一开创性的工作中，他们将黄土划为两大部分: 上部马兰黄土，下部红色土 A、B、C 带; 并按其中所含古脊椎动物化石将第四纪划分为早、中、晚期。20 世纪 50 年代，中国黄土研究的新高潮 为中国黄土研究做出巨大贡献的刘东生院士在这个时期做了很多工作。1957 年，刘东生院士等分出老黄土(早于马兰黄土)和新黄土(马兰黄土及其以后黄土)，他与张宗祜院士(1962)将早、中更新世黄土命名为午城黄土和离石黄土，并于 1964、1965、1966 年分别出版了 《黄河中游黄土》、《中国的黄土堆积》和 《黄土的物质成分和结构》，奠定了中国黄土研究的基础。朱显谟、石元春等研究表明，黄土层所夹的红色条带，实质上是一种褐色土型的古土壤层。这一成就，使人们对黄土有了一个全新的认识，从而确认了巨厚的黄土高原是由 260Ma 以来沙尘暴的形式沉积而成的; 而干旱的沙尘暴时期中间又有多次气候变得温暖湿润的时期，形成古土壤。在这个时期，张宗祜院士对黄土高原黄土的工程性质进行了细致的研究。20 世纪 70 年代以来，测量实验阶段 随着古地磁学、地球化学、同位素地球化学、年代学等新学科新技术的发展，黄土的研究从肉眼观察进入到观察与测量实验相结合的阶段。磁化率开始被当作反映第四纪环境变化的气候替代性指标，并进一步促使将黄土与深海沉积、冰心进行全球对比。20 世纪 80 年代中期以来，定量化和对比研究阶段 安芷生院士提出黄土和古土壤分别代表古气候环境冬季风和夏季风的模式，将研究的主要方向对准了黄土与古土壤的形成以及解译其环境信息。其后，丁仲礼院士利用黄土和古土壤中粒径为 002～ 010mm 的颗粒含量比值作为冬季风搬运强弱的代用指标; 并得到与深海氧同位素吻合的粒度曲线。郭正堂利用黄土与古土壤中的 FeO 和 Fe2O3所代表的风化强度比值作为夏季风的代用指标，亦可与深海氧同位素进行对比。丁仲礼院士经过对比研究发现: 黄土与古土壤序列的变化自 180 万年以来，与深海沉积物氧同位素的旋回几乎可以一一对比，从而将大陆冰盖和海冰同内陆气候变化联系起来。在 1985 年，刘东生等出版了 《黄土与环境》一书，是对这个阶段早期研究的总结。后来，张宗祜等出版了 《中国黄土》(1989)一书。孙建中出版了 《黄土学》(2005)，论述了黄土的各个方面。目前黄土研究的领域，主要集中在粒度、古生物学、地球化学、环境磁学等方面。这些方面的进展标志着中国黄土的研究已经处于世界领先地位。 青藏高原第四纪地质和地貌研究虽然在 20 世纪 50 ～60 年代我国 4 次组织了对青藏高原的科学考察，并取得了一些显著的成果，但限于当时的条件，考察的地区和内容都比较局限。1973 年，中国科学院再次组织了队伍庞大且考察内容广泛的青藏高原综合科学考察，并出版了 《青藏高原科学考察丛书》。其中相关的第四纪地质与地貌的考察成果主要反映在 《西藏第四纪地质》、《西藏冰川》、《西藏地貌》、《青藏高原隆起的时代、幅度和形式问题》等书中，这是新中国成立以来最重要的成果之一。1993 年，由诸位院士领导的 “青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究” 的国家攀登项目，再次把青藏高原研究推向高潮，并取得了一系列的重大进展，又出版了 《青藏高原研究丛书》。总结了青藏高原的隆升过程及其环境变化、青藏高原隆升过程对中国的季风形成和发展的影响，提出了 340 万年以来的 3 次构造运动(青藏运动、昆黄运动、共和运动)，青藏高原在第四纪时期不同阶段的高度，在距今 80 万～60 万年全面进入冰冻圈，才真正发育成为地球上的第三极。青藏高原隆起引起了其周边的新构造运动，形成了一系列的活动断裂，其中东缘的断裂活动异常强烈，形成了我国地震活动强烈的南北地震带，2008 年 5 月 12 日的汶川 0 级大地震就发生在该带上。有关青藏高原在第四纪是否存在大冰盖的问题一直存在争议，其焦点是: 一是否存在过?二如果存在，那是在什么时代? 这些问题还有待今后的深入工作来解答。 长江和黄河的研究青藏高原的研究也带动了对我国两大河流———长江和黄河的形成演化研究。长江发育的历史一直是地貌学家关注的问题，沈玉昌(1965)对长江上游河谷地貌进行了研究，总结了金沙江河谷地貌的特征，袁复礼(1958)、任美锷(1959)等对金沙江石鼓湾是否由河流袭夺而成进行了研究。长江三峡的切穿是实现长江全线贯通的关键河段，研究表明三峡的切穿时间应在早更新世晚期到中更新世的初期，研究还表明金沙江的全线贯通也大体发生在这个时期。2006 年，杨达源等出版了 《长江地貌过程》 一书，对长江地貌和形成过程进行了总结。黄河的研究在这个时期也取得一系列的进展。黄河三门峡的贯通与长江三峡的贯通具有同等的意义，虽经过众多的科学家研究，但在贯通的时间上尚没有达成一致的意见，不少的学者认为三门峡的切穿发生在早更新世晚期到中更新世初期，与长江三峡的切穿时间基本同时。其次是黄河上游地区的几大峡谷的切穿，龙羊峡在约 15 万年前切穿，若尔盖的古湖消失在晚更新世晚期，在晚更新世末期黄河延伸到现今的黄河源区。在晚更新世，黄河上游地区发生了水系的重大调整。这个时期还研究了长江和黄河的演化过程与青藏高原隆升的关系。 古人类的研究在20 世纪初，北京周口店地区 “北京人”的发现被认为是我国在20 世纪古生物化石研究方面最重要的两大发现之一，她的发现不仅填补了东亚地区古人类化石的空白，而且把人类的历史向前推进了几十万年，更有意义的是发现了最早的人类用火痕迹。后来，钱方在云南元谋发现了 “元谋人”(1965)，把人类的历史推进到距今约 170 万年。在 20 世纪 70 ～90 年代，在湖北、重庆、安徽、江苏、陕西等地发现了丰富的直立人化石和石器，尤其是在湖北建始发现的 “建始人”和重庆巫山发现的 “巫山人”，揭示我国人类历史超过了 200 万年。这些发现确立了中国东部地区在人类演化历史中占有重要的地位。在百色盆地、汉水流域、蓝田盆地发现了手斧，从而否定了 “莫氏线”的存在，证实在东亚地区同样存在手斧文化。思考题1)第四纪地质学与地貌学研究的价值?2)从第四纪地质学和地貌学的发展历程我们能得到哪些启示?3)中国对第四纪地质学与地貌学的贡献?
第四纪地质学的概念第四纪(Quaternary)是地球发展历史中最新的一个纪，延续的时间比较短暂，按现今多数从事第四纪地质学研究者的观点，是指距今 60Ma 以来的历史。如果把地球的历史缩短为365 天的话，那么第四纪即开始于除夕之夜的 19 点(图 1-1)。在地球演化的历史上，第四纪虽然时间短暂，但与人类的关系却非常密切。在这个时期，人类得到快速进化，成为地球上迄今最为高等和最为智慧的动物，而且还发生了很多重要的地质事件，如气候变迁、海平面波动、植被更替、火山喷发、青藏高原快速隆升等，这些事件都对我们赖以生存的环境和资源产生了重大的影响。第四纪这一名称曾在 2004 年出版的国际地层表中被取消了，但在 2008 年新出版的国际地层表中又恢复其名称，还是把它作为新生代中一个纪来处理。图 1-1 地球历史的划分(按 365 天计算)第四纪地质学(Quaternary geology)是研究在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。第四纪是地球历史中一个环境很不稳定的时期，地球表层的环境发生过巨大的变化，有些地区的面貌与现今大相径庭，如中国东部的渤海、黄海、东海等在第四纪的某些时期完全出露海面，是一片陆地景观，而有些时期，海岸线可深入到北京，上海是一片汪洋; 在某些时期，华北和西北地区为亚热带气候，曾有象群的分布，而有些时期，气候却非常的寒冷，在中国的东部山地可能有冰川发育，北美的大部地区被厚厚的冰川所覆盖，北欧也是一片冰原景观。第四纪地质学就要研究这些地质事件发生的背景、演变过程、驱动机制等，弄清这些地质事件发生的规律，以便预测地球表层未来可能发生的地质事件和环境变迁。 地貌学的概念地貌学(Geomorphology)是研究固体地球表面的形态特征、成因、演化和分布规律的一门学科。固体地球表面的形貌千姿百态，成因也各不相同。有海拔 43m 高的珠穆朗玛峰，也有位于海平面以下-11034m 深的马里纳亚海沟; 在陆地上，有高低起伏的崇山峻岭，也有一望无际的大平原; 在海底，有绵延 70000 多千米的巨大山脉(大洋中脊)，也有呈孤立状的海山; 在中国，有沟壑纵横的黄土高原，也有一马平川的华北平原。所以固体地球的表面是一幅由各种地貌镶嵌而成的美丽 “画卷”，同时也记录了固体地球表面的演变过程。地貌学不仅要研究这些地貌的形态特征和变化，而且还要研究各种地貌的分布规律和演变过程，研究地貌的形成和演变与各种动力的关系，以及地貌的未来发展。图 1-2 第四纪地质学与地貌学的关系按照现今的学科分类，第四纪地质学属于地质学的范畴，为地质学下属的一个二级学科; 而地貌学属于地理学的范畴，作为自然地理学的一个分支。尽管如此，第四纪地质学与地貌学关系密切，它们是从两个不同的角度研究地球表层的性质(图1-2)。任何一种外力地质作用，在塑造地貌的同时，也形成第四纪堆积物。第四纪地质学主要是从沉积物的角度研究地球表层的特性，如沉积物的形成和特点、构造运动、气候变迁、环境记录等，而地貌学是从地表形貌的角度研究地球表层的特性，如地形的高低、起伏、分布、演化等。在实际工作中，研究地貌的同时，也必须研究相关的第四纪沉积物，它们的研究成果互为补充，互为验证。