第四纪环境研究方法进展论文

早在1909年，彭克（Penck）和布留克涅尔（Brǔckner）根据阿尔卑斯山区的冰碛物，将第四纪划分为4次冰期与3次间冰期，这是将第四纪进一步划分的首次尝试。

在国际第四纪联合会第二届会议（1932）上，人们提出以生物地层学为基础将第四纪划分为早更新世、中更新世、晚更新世和全新世4个阶段。其中早、中更新世界线（Q2/Q1），其划分标准为早更新世动物群中更新世特有的属占多数，同时还有较少数新近纪残余种和少数现生种；而中更新世动物群则包括大量的更新世特有种，同时还有大量的现生种，可能还有极少数第三纪残余种。据此标准，早、中更新世界线一般置于左右。1973年，国际地层委员会主席威内尔雷姆（Wenner-Grem）推荐以古地磁布容（B）/松山（M）时的界线作为早、中更新世的分界，其时间也在左右，与生物地层学分界大体一致。中、晚更新世界线（Q3/Q2），晚更新世动物群包括大量现生种，只有少量更新世特有种，已不存在新近纪残余种。地层学界线大致在左右。

1940年，国际第四纪联合会苏联分会，又进一步将此方案与阿尔卑斯山的冰期进行了对比（表）。

表 阿尔卑斯冰期与第四纪生物地层学分期的对比

（据夏正楷，1997）

这两个方案至今仍为流行。我国第四纪划分主要采用前者，而以冰期作为第四纪划分的方案，未被广泛采用。

西欧的第四纪地质学家，根据西北欧冰缘沉积特征及间冰期喜暖植物群与动物群的存在，加上同位素及古地磁测年，建立了一个第四纪分期模式，该模式目前通用于西北欧（表）。

表 西北欧地区第四纪分期表

（据林景星，1984）

近年来，随着黄土、冰心和深海氧同位素测年研究工作的深入，对第四纪更新世的内分开展了进一步的对比研究。里奇蒙（Richmond）认为，以深海氧同位素第5阶段和第6阶段的分界线及巴哈马、新几内亚最后一次高海面时间作为中、晚更新世的界线，时间大致在～；晚更新世下界放在末次间冰期之始，时间大致在～，它与深海氧同位素第5阶段下界一致，也和黄土剖面S1古土壤层相一致。

由于黄土-古土壤序列时间标尺具有与深海沉积、极地冰心氧同位素阶段古气候冷暖旋回变化的可对比性，已成为全球气候环境变化研究的三大支柱基石之一。我国黄土高原巨厚的风成黄土堆积，自上而下可数出33层古土壤（S0—S32）和33层黄土（L1—L33）相互成层。L2—L15为中更新世离石黄土，S15—L33为早更新世午城黄土，其下为新近纪黏土。

（1992）也曾明确指出中国黄土的地层结构、磁化率曲线及粒度曲线表明：中国黄土所记录的古气候演化历史与全球气候变化具有紧密的联系，地球轨道变化可能是黄土-古土壤反复叠置的驱动机制，这为黄土剖面的轨道调阶时间标尺的建立提供了充分的依据。

刘东生等（2000）、丁仲礼等（1994）、刘嘉麒等（2000），根据黄土地层与深海氧同位素记录均存在明显的米兰科维奇轨道周期的事实，以宝鸡黄土-古土壤序列剖面为代表，分别就黄土-古土壤序列及粒度曲线与国际公认的深海氧同位素曲线进行了对比，开展了以气候变化为标志的中国第四纪地层的对比，得到以来与深海（DSDP607孔、DSDP677孔）氧同位素阶段（Marine Isotope Stages，MIS）相互对应的年龄标尺（见图）。

目前，国际地层表第四纪通常采用二分即更新世和全新世。但更新世又分Calabrian期、Sicilian期和Tyrrhenian期，实际上也是三分。我国和其他许多国家多采取三分的方案：

早更新世（泥河湾期）（Qp1）/中更新世（周口店期）（Qp2）界线

早更新世（Qp1）/中更新世（Qp2）界线通常划在布容正向期/松山反向期（B/M）转换界线上，时间为，相当于深海氧同位素的19/20阶，黄土剖面的L8层中或S7底界，也恰为周口店组的底界和泥河湾剖面中小渡口组的顶界。

从早更新世（Qp1）/中更新世（Qp2）界线到第四系底界（Qp/N2界线）属于早更新世（Qp1），这段地质历史很长（～），如何进一步划分，目前研究得尚少。有人建议，以古地磁贾拉米洛（Jaramillo）亚时（时限为）和奥尔都维（Oldo-vai）亚时（时限为）为界，划出早早更新世（ ）、中早更新世（ ）和晚早更新世（ ）。

中更新世（周口店期）（Qp2）/晚更新世（萨拉乌苏期）（Qp3）界线

中更新世（Qp2）/晚更新世（Qp3）界线，近年来研究成果比较一致地划在末次间冰期起始的时间即，相当于深海氧同位素阶5e的起始时间，从这时起发生了第四纪以来全球最大的一次海侵；中国黄土地层中为S1/L2的界线，也为周口店组的顶界和萨拉乌苏组的底界。

晚更新世（萨拉乌苏期）（Qp3）/全新世（Qh）界线

多年来，人们一直把10000a以来这段地质历史称作全新世。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（Younger Dryas）突冷事件。根据新近发表的资料，这个事件结束于约11050a前，而等测定为10700a前，根据在苏格兰的研究结果，新仙女木事件为约12900～11000a前，等对挪威西海岸海相沉积研究给出新仙女木事件介于约12300～11000a前。

全新世从新仙女木事件之后开始，其年龄约为11000a。根据深海岩心中有孔虫介壳氧同位素O18/O16值建立的同位素期，将第1期定为全新世。我国以黄土堆积比较普遍且稳定、到处可见的全新世古土壤（S0）与晚更新世马兰黄土（L1）为界，也恰为萨拉乌苏组的顶界，其时限一般为11000a。江苏建湖庆丰湖相沉积剖面给出全新世底界14C年龄为10085a（未做日历年龄校正）。

综上考虑，我国和其他许多国家认为晚更新世（Qp3）/全新世（Qh）界线定在11000a较为合适。

在中华人民共和国成立之前，尽管有些高僧、专使和近代国外探险家等对黄河源区进行过考察（玛多县志编委会，2001），但他们主要涉及政治、文化、军事等方面的调查以及探险活动，而对黄河源区的第四纪地质和环境调查研究则始于中华人民共和国成立之后。1952年，在中央有关部门（黄河水利委员会）的指示下，组织了一个黄河河源勘查队，对黄河源区进行了多方面的考察研究（青海省地方志编纂委员会，2000），主要涉及水文、动植物、地貌、文化、宗教等，这为后来的黄河源区考察研究奠定了一定的基础。后来，于1978年青海省政府和省军区联合多部门专家组成考察探险队，对黄河源的“两湖”（鄂陵湖和扎陵湖）及源区进行大规模的考察，较为详细地调查了该区的水文、地貌、动植物以及提出了源头河流（卡日曲）（青海省地方志编纂委员会，2000）。

上述工作主要集中在自然地理和人文地理方面的调查，而在第四纪地质和生态环境研究方面还是比较粗浅，但为后来的第四纪地质工作奠定了基础。该区的第四纪地质和生态环境研究主要是从20世纪80年代开始。王天祯（1989）根据测年、孢粉、地貌等资料，将黄河源区的第四纪地层划分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。边纯玉等（1990）总结了黄河源区的冻土地貌的类型，并讨论了它们的形成条件。王绍令等（1990、1992）报道了在鄂陵湖北岸第四纪沉积物中发现了形成于末次冰期的埋藏冰，并将下更新统划分为上、下两部分。青海省区调队和水文地质队在开展黄河源区的1：20万地质和矿产调查以及公路勘查过程中，对黄河源区的第四纪地质、地貌、古冰川活动等进行研究（青海省区域地质调查综合大队，1986，1992，1993；青海省第二区域地质调查大队，1994），如沉积物成因类型和时代的划分和对比，它们的分布范围和规律的研究，第四纪冰川活动的研究等。由于受当时条件所限，尽管他们的工作有待深入，但对后来的第四纪研究是一个良好的开端。

1989年以来，兰州大学地理系的部分师生对黄河源区的古冰川及冰川地貌进行过多次考察和研究，并提出黄河源区有冰盖存在（周尚哲等，1991，1994），并认为巴颜喀拉山地区在更新世期间曾发生过4次（从早到晚分别为黄河冰期、野马滩冰期、尕拉拉错冰阶、巴颜喀拉山冰阶，后两个阶段属末次冰期）规模不同的冰川作用（周尚哲，1995）。末次冰期晚期冰川只发育在巴颜喀拉山主脊附近，早期扩展到山麓地带。根据在巴颜喀拉山南的清水河和北部的野马滩保存着大量的冰碛与漂砾，推测倒数第二次冰期为大型冰帽或小冰盖，倒数第三次冰期时，冰川规模最大，面积达80000km2（周尚哲，1995）。

郑本兴等（1996）对黄河源区的冰碛物和冰川地貌研究认为，该区在第四纪至少存在3次明显的冰川作用，并根据古冰斗、终碛垄、冰碛湖等地貌，推测末次冰期古冰斗底部高约4800m，比现代雪线低约400m。倒数第二次冰期，在巴颜喀拉山北面的宽大冰川槽谷下切入山顶夷平面——查拉坪高冰碛平台150～200m，这次冰期雪线海拔约4600m，比末次冰期低200m。倒数第三次冰期的冰川漂砾广泛分布于巴颜喀拉山中段山顶夷平面上和山麓，漂砾多为风化很严重的花岗岩、花岗闪长岩，并认为在倒数第三次冰期，形成以布青山、阿尼玛卿山、巴颜喀拉山等高山为中心的大型冰帽，南北距离约105km。对于在倒数第三次冰期，冰川活动达到最大范围这一点上，周尚哲等和郑本兴等的观点是相同的，所不同的是对末次冰期的冰阶划分上。

在黄河的上游地区，河流的弯曲形态极不平常，引起地质及地理学家的关注，认为可能存在河流的袭夺。王云飞等（1995）在对若尔盖RH孔古湖沉积中心附近的连续沉积物研究结果表明，在38～35ka BP黄河的溯源侵蚀作用袭夺了若尔盖古湖，使黄河增长。杨达源等（1996）对黄河上游地区的贵德盆地和共和盆地中的阶地研究发现，往上游方向阶地级数是递减的，根据测年认为龙羊峡切开的时间为60ka BP，而其上游的唐乃亥峡于20ka BP贯通。黄河源区的多石峡的切开时间可能更晚。李长安等人（1998、1999）对东昆仑地区的地貌和沉积盆地研究认为，在晚第四纪黄河上游地区发生过较大的水系调整，大约150ka BP前后，柴达木盆地的加鲁河、诺木洪河、格尔木河等的溯源侵蚀强烈，切过布尔汗布达山，袭夺了近东西向的大河。全新世以来，随着东昆仑的隆升，加鲁河上游的强烈溯源侵蚀使布青山分水岭向南推移了6～10km。

在20世纪90年代后期到21世纪初，除对地貌演变进行一些研究外，对第四纪环境变迁也做了些工作。张玉芳等（1995、1999）依据一个钻孔的资料，研究了黄河源区全新世的植被特点和气候特征。于庆文等（1999）依据孢粉资料恢复了托索湖地区的晚第四纪的植被类型和古气候特征。程捷等（2001a、b、c，2002b，2003）对黄河源区的冻土地貌、第四纪地层、古气候做了研究，尤其对玛多县附近的一个浅井剖面研究较为详细，根据孢粉、粘土矿物、有机碳等资料恢复了黄河源区全新世的植被面貌和古气候特征，并指出在大暖期黄河源区的气温比现今高2～3℃，而且在大暖期期间发生了一次快速降温事件，降温幅度达6～7℃（Cheng et al.，2005；程捷等，2006），这是前人没有提到过的。

黄河源区的生态环境变化是从20世纪90年代的后期才引起人们的注意，中国科学院、青海省国土资源厅、兰州大学、中国地质大学（北京）等单位对该区进行了一些研究（康维新，1998；李来兴等，1998；魏振铎，1998；叶春梅，1998；李万寿等，2000；沈渭寿等，2000；郑新民，2000；王根绪等，2000，2001；程捷等，2001b，2001c；沙占江等，2001；庄永成等，2001），并认为该区的生态环境、土地沙化和水土流失有加重的趋势，如土地沙化面积增加、草场退化、保水能力下降、地下水位下降，等等。现将黄河源区的第四纪地质、地貌和生态环境研究历史总结在表1-3中。

表1-3 黄河源区第四纪地质及环境研究历史Table1-3 Showing the history of Quaternary geological and environmental researches in the source area of the Yellow River

续表

实际上，尽管有不少人在黄河源区做过工作，但与其他地区相比，黄河源区的第四纪地质和古环境研究还非常薄弱，很多问题有待深入研究，需要做大量的工作。该区第四纪地质和古环境研究目前存在的主要问题有以下几个方面。

1）第四纪地层的层序还不完全清楚，缺少测年数据，因此目前还没有建立一个比较确切的第四纪地层系统。这无疑影响了该区第四纪地质研究的深入，也为第四纪的生态环境研究带来一定的困难。

2）对于该区第四纪冰期的划分还存在不同的意见，对倒数第二、三次冰期的确定意见还比较一致，主要的分歧是晚更新世的冰期划分，划分为一期还是两期。在欧洲地区，有些人认为末次冰期是从115ka BP或120ka BP开始的（即末次冰期从MIS5 d到MIS2），包括雨木冰期和里斯-雨木间冰期的后半部分，把末次冰期分为早雨木冰期（117～62ka BP）或早魏克塞尔冰期和晚雨木冰期（42～13ka BP）或晚魏克塞尔冰期（Zubakov et al.，1990），而末次间冰期（艾姆间冰期，Eamian或Eemian）只限制在MIS5e（Riser，2002），这与我们通常说的末次冰期从75ka BP开始是不同的。如果在黄河源区倒数第一次冰期划分两期的话，那么末次冰期的时间就比较长，这就与欧洲相似。

3）黄河源区在第四纪是否被青藏高原“大冰盖”所覆盖，这涉及到：一是在青藏高原是否存在过大冰盖；二是如果存在过大冰盖，那么是在什么时期形成的；三是黄河源区存在过局部冰盖，而青藏高原没有统一的大冰盖。王明业等（1965）、（1987，1988，1991）、韩同林（1991）、Gupta等（1992）、徐道明等（1995）都认为在青藏高原发育过大冰盖，时间在末次冰期，但施雅风等（1994，1996，1997）、郑本兴等（1996）、周尚哲等（2001）不赞成这种观点，认为在晚更新世，青藏高原只能满足形成山岳冰川的水汽条件。如果青藏高原存在大冰盖，也只有可能在中更新世早期（施雅风等，2000）。刘东生等（1999）利用计算机模型，模拟了青藏高原的冰盖情况，认为青藏高原是有可能存在冰盖的。看来这个问题比较复杂，这涉及到古冰川确定遗迹的鉴定上以及它们的指示意义上。

4）黄河源区的第四纪生态环境变迁研究非常薄弱，除对全新世有少量的研究外（张玉芳等，1999；于庆文等，1999；程捷等，2002），更新世的研究几乎是空白。要研究更新世的气候和生态环境变迁，首先要有良好的地层剖面。由于黄河源区地势平缓，相对高差小，第四系露头不好，这也是造成这方面研究薄弱的一个原因。因此需要实施钻孔，才能获得理想的第四纪地层剖面，对更新世的古气候和环境研究才有可能。

5）黄河源区的第四纪气候前人做了些工作（王绍令等，1992；周尚哲等，1994，1995；方晓敏等，1998；程捷等，2002b，2003），但由于缺少连续完整的第四纪地层剖面，这些研究只涉及到个别时段，在时间上是不连续的，很难连接形成一个能反映黄河源区第四纪气候的完整体系。

6）黄河源区两湖（鄂陵湖和扎陵湖）的形成时间和大湖期问题。鄂陵湖和扎陵湖是黄河源区最大的两个湖泊，它们何时形成？与黄河源区早期湖泊的关系如何？它们又是怎样形成？这些问题都有待解决。青藏高原在晚更新世晚期存在湖泊扩张时期（李炳元，2000；朱大刚等，2004），黄河源区是否也是如此？如果是，那么湖泊有几次扩张，在全新世是否有过大湖时期？等等。这些是众多科学家关注的问题。

7）黄河源区近期的生态环境研究还非常薄弱，只有少量的文章涉及（王根绪等，2000；程捷等，2001b，2001c；沙占江等，2001；庄永成等，2001），但深度远不够。该区生态环境恶化的原因、速度、趋势等还需要做更多的细致工作，只有把这些问题弄清楚了，才有可能预测未来生态环境变化的趋势，才能提出科学的防治措施和解决当地生态环境保护与社会发展矛盾的途径。

上述众多的问题或几个问题的解决无疑使黄河源区的第四纪地质和环境研究向前迈进一大步，对研究青藏高原的隆升及其环境效应、我国季风的演化、第一级阶梯与第二级阶梯之间的地貌演化、青藏高原的冰川发育历史和黄河源区的生态环境保护都具有重要的意义。但这些问题有的前人有所涉及，也进行了一些研究，不过尚未解决，而有些问题就涉及得很少，疑点很多，需要做更多的详细工作。本书就是对上述某些问题的进行了研究，提供了一些新资料，也获得了一些新认识。

一、内容概述

本项目为国土资源大调查中的基础地质调查与研究项目，属第四纪地质学的研究范围。

项目研究内容是以第四纪地质学的湖相沉积分析来解决湖泊演化、环境变化和青藏高原隆升问题，通过第四纪地质、地貌、湖泊、冰川等的野外调查和遥感影像解译，以及沉积学、矿物学、地球化学、同位素年代学与微体古生物学分析，提出第四纪晚期以来区域环境演化的基本规律、湖相沉积的研究方法和环境预测与评价的新思路。

综合应用区域地质构造背景、野外实测地层剖面、湖岸堤和湖岸阶地的水准仪测量方法，将第四纪地质调查与沉积建造、生物地层、年代地层的定性与定量分析研究相结合，是本项目的特点；确立和厘定了纳木错沿岸6级湖岸阶地和高位湖相沉积、藏北高原晚更新世古大湖，纳木错群湖相地层、古大湖泊演化时序与阶段划分、湖滩岩、湖面变化与环境演化、念青唐古拉山冰期划分、其他第四纪地质和经济地质，是本项目的10个重要进展。

对藏北高原古大湖演化、古河流、古砾石层和经济地质等，及其环境生态效应与青藏高原隆升的关系等方面，进行了系统的分析研究与探讨，首次建立藏北高原古大湖演化的时间序列和藏北高原内流区晚更新世—全新世湖相地层剖面，并将这套湖相地层命名为纳木错群。在野外地质调查中找到了确凿的证据，确认青藏高原腹地晚更新世曾存在直径达数百千米、面积达10万km2以上呈网络状分布的古大湖，并探讨了古大湖发育、青藏高原隆升与环境演化的关系，取得了突破性进展。

项目调查研究成果得到国内外地学界的极大关注。2004年1月出版了专著《西藏纳木错地区第四纪环境演变》，该书得到世界公认的第四纪学术泰斗、2002年“泰勒奖”、2003年国家科技进步最高奖获得者——中国科学院院士刘东生先生的大力支持和鼓励。著名第四纪地质学家施雅风院士在进一步确认“青藏高原及邻区高温大降水事件”（湖泊科学，2002年14卷1期）、提出“中国第四纪冰期划分改进建议”（冰川冻土，2002年24 卷6 期）、建立“MIS 3 晚期阶段”气候模型（第四纪地质研究，2003年23 卷1 期）时，引证了本项目的相关成果。“藏北高原古大湖发现”被列为中国地质调查局“地调科研2001年度的重大成果”之一：“在纳木错发现高出现代湖面 的巨型古高原湖，为研究青藏高原地质演化史及资源环境评价提供了新的基础资料”（寿嘉华，中国地质调查，2002，1 期）。与之有关的论文（20 篇）在SCI期刊（1 篇）、国内核心期刊（17 篇）、国内一般期刊（2 篇）上发表，并进行过多次学术交流和成果汇报，其成果被多次引用。该项目成果获国土资源部2005年度国土资源科学技术二等奖。

二、应用范围及应用实例

该研究成果直接推动了青藏高原1∶25万区域地质调查中第四纪湖相沉积工作的进展，对青藏高原晚新生代古大湖的确立和调查研究具有指导意义，在青藏高原已验收的1∶25万区域地质调查报告中，部分涉及青藏高原湖泊区的图幅，大都采纳了本项研究成果，对古湖泊演化及其湖相地层进行了划分。同时，还为纳木错国家地质公园的申请与建设提供了重要的基础资料。因此，该研究成果对深入研究我国内陆地区，特别是与湖泊相关的湖相沉积、地质地貌和环境气候变迁，有积极的促进作用。

该项目所取得的研究成果，为进一步研究西藏纳木错地区第四纪环境演化与青藏高原隆升提供了十分难得的实际资料，对全面开展青藏高原第四纪地质调查与研究能提供成熟的经验和可靠的实际依据，对开展1∶25万及1∶5万等填图中的第四纪地质与环境研究的技术方法，具有指导性意义和借鉴作用，同时也能给青藏高原环境变迁与全球变化的研究和未来地质环境演变趋势的预测与评价，提供基础性和战略性新成果、新认识和新思路，将为广阔的青藏高原全面开展第四纪地质环境调查研究工作，大大节省了时间、人力和物力，从而将收到显著的经济效益、环境效益和社会效益。

《西藏纳木错地区第四纪环境演变调查研究》专著以翔实的第四纪地质、地貌、冰川资料为依据，综合应用区域地质构造背景、遥感影像解译、野外实测地层剖面、湖岸堤和湖岸阶地的水准仪测量、地貌学、沉积学、矿物学、地球化学、同位素年代学与微体古生物学分析等方法，将第四纪地质调查与沉积建造、生物地层、年代地层的定性与定量分析研究相结合，对藏北高原腹地纳木错地区晚更新世以来的湖相沉积、湖泊演化、冰期划分、藏北高原古大湖变迁、古地貌、古河流、古砾石层和经济地质等，及其环境生态效应与青藏高原隆升的关系等方面，进行了系统的分析研究与探讨，阐述了本区第四纪晚期以来环境演化的基本特征，建立了该区湖相地层的标准剖面，进行了冰期划分与对比，推测了在藏北高原存在一个晚更新世古大湖——古羌塘湖，提出了区域环境演化的基本规律、湖相沉积的方法研究和环境预测与评价的新思路。该书是一部全面、系统介绍了西藏纳木错地区第四纪湖泊演化、冰川发育和环境演变的专著，汇集了项目组成员多年辛勤的研究成果。可供从事第四纪地质、地貌、冰川地质、环境预测方面学习与研究的地质或地理院校师生、科研人员和相关人员阅读与参考。

三、推广转化方式

媒体宣传、学术交流、技术咨询、研究生培养等。

技术依托单位：中国地质科学院地质力学研究所

联系人：张永双孟宪刚

通讯地址：北京市海淀区民族大学南路11号

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