第四系底界問題

趙洪

摘要：第四系下界(Q/N界線)問題是第四系研究中的最基本問題之一,一個(gè)世紀(jì)以來爭(zhēng)論激烈,大概可分為:(1)第四系取消論;(2)Q/N界線在350~300萬年;(3)在240萬年左右;(4)在150~190萬年間;(5)70萬年。在中國(guó)以M/G界線為Q/N界線的意見已占優(yōu)勢(shì),但國(guó)際上仍以170萬年為主.為了對(duì)這一問題作出中國(guó)的貢獻(xiàn),有必要在中國(guó)的黃土地層、河湖相地層中選幾個(gè)界線層型剖面,以便加強(qiáng)此工作。

關(guān)鍵詞：第四系下界，研究，問題

1. 歷史的回顧

第四系(Quaternary)是Arduino G于1759~1760年間創(chuàng)立的[2],當(dāng)時(shí)他把地質(zhì)歷史分為;第一紀(jì)(Primary)相當(dāng)于現(xiàn)在的晚古生代;第二紀(jì)(Secondary)相當(dāng)于現(xiàn)在的晚中生代;以及第三紀(jì)和第四紀(jì)。其第四系指的是地表表層疏松的沖積物.但這一概念長(zhǎng)期被人們淡忘了,后來才被法國(guó)地質(zhì)學(xué)家Desnoyers J(1829)重新起用。

著名地質(zhì)學(xué)家萊伊爾(Charles Lyell)1833年從上新世區(qū)分出了一個(gè)相當(dāng)于第四系的新上新世。他首次運(yùn)用了生物地層學(xué)的方法,把西西里的沉積中現(xiàn)生海生軟體動(dòng)物占90%~95%的叫第四系。1873年他又首次將生物地層與氣候地層學(xué)方法相結(jié)合,將含有喜冷動(dòng)植物出現(xiàn)的英國(guó)Gromer forest beds置于第四系而將意大利北部陸相的維拉方(villafranchian)層置于第三系。

1846年Forbes E認(rèn)為更新世相當(dāng)于冰期。1909年P(guān)enk A和Bruckner E將阿爾卑斯四次冰期全歸于第四系并根據(jù)河谷侵蝕速度估算,首次給出了第四系的期限是66萬年。

1911年Haug提出以真馬(Equus)、真牛(Bos)和真象(Elephas)所謂E-B-E同時(shí)出現(xiàn)作為第四系開始的標(biāo)志。

人為萬物之靈,是自然界發(fā)展的最高產(chǎn)物,是第四系的重要特征,因此,早在1779~1796年間,DeSaussure H B S便使用過靈生代(Psychozoic Era)一詞來稱呼第四系。稍后,Gruner于1806年提出入類系(Anthropogene)一詞,意欲代替第四系。(一說認(rèn)為是前蘇聯(lián)的巴甫洛夫于1922年提出的)。由于人類生產(chǎn)力之迅猛發(fā)展,日益成為改造大自然的重要營(yíng)力。因此,很多學(xué)者(特別是前蘇聯(lián)學(xué)者)主張將第四系改為人類系。李基(Louis leakey)1959年根據(jù)“東非人”地層的研究將第四系下界劃在1.75MaBp,1999年德國(guó)Crutzen P J和美國(guó)Stoermer EF共同提出把18世紀(jì)下半葉1784年瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)以來叫作Antropocene即“人類世”[3]。它可能延續(xù)到今后5萬年,這些都是強(qiáng)調(diào)人類在第四系的作用。

1932年INQUA第二屆大會(huì)決定將第四系下界放在維拉方層和當(dāng)時(shí)認(rèn)為與之相當(dāng)?shù)囊獯罄喜康暮Ｏ郈arabrian的上面,相當(dāng)于英國(guó)Cromer層的下界和中國(guó)周口店組的下界,約為79萬年。

后來人們認(rèn)為這樣第四系的下界就過于年輕了,于是,1948年倫敦18屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)便決定將此界線移至維拉方層下界處,中國(guó)也將之移向可與之對(duì)比的泥河灣層的下界,從此,中國(guó)便確立于泥河灣層的下更新統(tǒng)地位。

這次會(huì)議還制定了一項(xiàng)氣候地層學(xué)的原則,以“第一次氣候惡化”或第一次氣候變冷作為劃分新近系與第四系界線的原則。如在卡拉布里層中出現(xiàn)了北方喜冷動(dòng)物冰島美人蛤(Arctica is Landica)和波羅的透明蟲(Hyalinea balthica),但后來的工作證明卡拉布里層只相當(dāng)于維拉方層的上部。

2. 當(dāng)前爭(zhēng)論的現(xiàn)狀

20世紀(jì)后半葉第四系研究更加活躍,各種意見紛紛出臺(tái),爭(zhēng)論十分激烈。關(guān)于第四系下界方面的意見,主要可以歸納為以下幾種意見。

(1)第四系取消論,認(rèn)為第四系時(shí)間很短,生物演化和各種地質(zhì)事件與上新世沒有太大的差別,沒有成為一個(gè)獨(dú)立的系的價(jià)值(Flint,1974;王乃文,1983)這種意見以后幾乎沒有人再提了。

(2) 350~300萬年,在南美的南端阿拉斯加、冰島都出現(xiàn)了300萬年以前的冰磧物,在海洋氧同位素曲線上也有明顯的變化,巴拿馬地峽形成截?cái)嗔颂窖蠛痛笪餮蟮乃疅峤粨Q,改變了北半球洋流的旋回,從東西向熱帶赤道環(huán)流改變?yōu)槟媳毕蜓罅髦訌?qiáng),向北半球輸送了更多的水汽,促進(jìn)了北半球冰蓋之?dāng)U大。

在中國(guó),一些冰川學(xué)者認(rèn)為元謀組之下有“龍川冰磧層”,榆社群底部有“任家垴冰磧層”,泥河灣層之下有“紅崖冰磧層”(曹照垣等)[4],以此為準(zhǔn)認(rèn)為第四系下限應(yīng)為300萬年,但這些冰磧層卻遭到了強(qiáng)烈的質(zhì)疑,薛祥煦[5]認(rèn)為“綠三門”中游河動(dòng)物群中雖有三趾馬(Hipparion houfenense)、祖鹿(Cervavitus sp)等上新世的代表成分,但也有生活于第四系的真象科的游河象(Elephas youheensis)等,根據(jù)“新種屬的出現(xiàn)往往要比舊種屬的存在對(duì)決定地層時(shí)代更有意義”的原則,將游河組劃歸第四系,其下界約300萬年,陽原群(泥河灣層)[1]底部的“東窯子頭動(dòng)物群”也與之相當(dāng),也被湯英俊(1980)置于第四系底部.在華北平原(楊子庚,1979)、陽原群底部(周昆叔,1983)、在上海400 m以下(劉金陵,1973,竹淑貞等,1980)以及游河組底部都發(fā)現(xiàn)了云杉、冷杉等喜冷植物的孢粉組合,年齡都在300萬年左右,因而被作為第四系的開始。

(3) 250萬年,1977年INQUA Q/N界線小組建議以意大利南部Vrica Q/N界線層型剖面上出現(xiàn)喜冷的鈣質(zhì)底棲有孔蟲;波羅的透明蟲(Hyalineabalthica)為標(biāo)志,。所以將第四系下界放在240萬年(Boellstorff J,1978)。在中國(guó)20世紀(jì)80年代以后主張240萬年左右為第四系下界的人漸多,如劉東生(1985)[6]認(rèn)為應(yīng)以綠泥河灣與黃泥河灣的界線為Q/N界線,年齡約為240萬年。在北京順義鉆孔中于428~475 m深度上發(fā)現(xiàn)了喜冷的波羅的透明動(dòng)物群,其年齡約為226萬年。因此,主張以松山/高斯界線為Q/N界線(林景星,1981;李鼎榮,1982;王乃文,1983;安芷生[7])。張宗枯等[8]主張以“黃三門”與“綠三門”的分界為N/Q界線,也與M/G磁性界線相近。

(4) 150~190萬年,這中間的意見很多,但影響最大的要算Pasini G和Colalang M L[9]兩人向1982年莫斯科INGUA大會(huì)提出的報(bào)告中的建議,他們根據(jù)INQUA1-a分會(huì)(Q/N界線分會(huì))和國(guó)際地質(zhì)對(duì)比委員會(huì)(IGCP)第41號(hào)項(xiàng)目工作組的建議在Vrica N/Q界線層型剖面進(jìn)行了大量工作,認(rèn)為介形亞綱中的爬行翼花介(Cytheropteron testudo)這個(gè)“第一位喜冷的來客”(First cold guest)或稱“冷水種”的初現(xiàn)層作為N/Q界線,其位置在奧都維亞時(shí)稍上的位置,年齡在160~170萬年,后來又延伸到180萬年。該作者們認(rèn)為應(yīng)該放棄“第一次氣候惡化的原則”,但又不能忽視具體的資料,實(shí)際上他們還是應(yīng)用了生物—?dú)夂虻貙拥脑瓌t。該建議在這次INQUA大會(huì)上以及1984年的國(guó)際地層會(huì)議上都得到了通過。

(5) 70萬年,主要是前蘇聯(lián)學(xué)者,他們認(rèn)為前蘇聯(lián)沒有早于明德冰期的冰川,而將Q/N界線置于70萬年,后來就很少有人提了?？磥沓唧w界線年齡的爭(zhēng)論外,還有一個(gè)以海相為標(biāo)準(zhǔn)還是以陸相為標(biāo)準(zhǔn)的爭(zhēng)論。

1990年在中國(guó)太原專門開了一個(gè)第四系下界學(xué)術(shù)會(huì)議,會(huì)后爭(zhēng)論就比較少了,看來以M/G界線為Q/N界線的意見占優(yōu)勢(shì),但國(guó)際上仍然是160~180萬年為主,遵守著國(guó)際會(huì)議的決議。

3. 討論

綜上所述,第四系下界的年齡由于各家所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同而所得年齡值各異,在南美有人根據(jù)冰磧物及深海巖心氧同位素測(cè)定主張第四系與第三系的界線放在3.00 Ma左右;在歐洲海相地層第四系與第三系界線,大多數(shù)人主張放在1.8 Ma,即奧爾杜維亞期的底部層位;歐洲陸相地層的第四系與第三系界線,很多人主張放在維拉方組底界K-Ar法年齡值為2.5 Ma。在中國(guó)黃土區(qū),若將第四系與第三系界線放在1.8 Ma,就必然把巖性上統(tǒng)一的黃土體從中截開,這在巖古地層學(xué)上矛盾很大。故大多數(shù)學(xué)者主張中國(guó)黃土區(qū)第四系下限采用古地磁的M/Ga界線,即2.48 Ma或2.40~2.55 Ma的界線為合理。

作者從現(xiàn)有資料分析認(rèn)為:最早的人類化石在非洲,然后向歐亞大陸擴(kuò)散,200萬年以前到達(dá)了亞洲,中國(guó)已在云南、安徽、江蘇泗洪、重慶巫山等地發(fā)現(xiàn)200萬年以前的古猿化石,接著是巫山人(200萬年),元謀人(170萬年)、藍(lán)田人(115萬年),陳家窩人(65萬年)以及北京人(60~23萬年)。在印尼有莫佐克托入(181萬年),在格魯吉亞有170萬年的人化石,人類到達(dá)澳洲為4萬年前,到達(dá)北美也大致相同,但到達(dá)南美南端僅1.35萬年。

動(dòng)物也存在著一個(gè)擴(kuò)散問題,真馬是370萬年前出現(xiàn)在北美的,240~250萬年前擴(kuò)散到巴基斯坦、歐洲和非洲。而真象是大約400萬年前發(fā)源于非洲,280萬年前擴(kuò)散到西瓦里克(Lindsaye H,et al,1979)。

因此,同一種動(dòng)物在世界各地的出現(xiàn)也是穿時(shí)的,那么,有沒有一種不具穿時(shí)性的標(biāo)志呢?作者認(rèn)為:有,那就是古地磁標(biāo)志。地球是一個(gè)統(tǒng)一的磁場(chǎng),一旦地磁極轉(zhuǎn)換,地球每一個(gè)角落的磁場(chǎng)都要發(fā)生變化。人們已經(jīng)利用B/M線作為中/早更新世的界線,在可作為第四系下界的磁性標(biāo)志中奧都維等亞時(shí)的上、下界線等,都不如松山/高斯這個(gè)極性時(shí)的界線顯著,所以本人認(rèn)為它應(yīng)該受到重視,選為Q/N界線。

從磁療法可以治一些病,信鴿等鳥類直到體內(nèi)含有磁小體的趨磁細(xì)菌都要用地磁場(chǎng)導(dǎo)航等現(xiàn)象看,磁極性轉(zhuǎn)換可能對(duì)生物有很大的影響,在M/G界線附近又有一些事件發(fā)生:①紅土變?yōu)辄S土;②原鼢鼠變鼢鼠,三趾馬由繁盛到衰退只剩個(gè)別殘余種和特化種,真牛、真馬、真象走向繁榮與齊全,更接近于現(xiàn)代人的直立人走向昌盛;③在泥河灣地區(qū)一些典型的變熱帶植物,如含有楓香、栗、栲、山毛櫸等的常綠闊葉林為溫帶落葉闊葉林所代替(袁寶印,1996);④在南海的鶯——瓊盆地有Globorotaliamulticammerata絕天事件(汪品先,1991)。大家知道,白堊系與古近系界線(E/K界線)上的宇宙撞擊事件是導(dǎo)致恐龍滅絕的原因。M/G界線附近的這次撞擊事件與地極轉(zhuǎn)換及其他事件是否有內(nèi)在聯(lián)系,應(yīng)該深入研究。

1994年意大利學(xué)者Rio D等提出以西西里島的Monte San Nicola剖面代替Vrica剖面作為界線層型剖面,并將第四系下界移向M/G界線的建議。該建議未被國(guó)際地層委員會(huì)中的第四系分會(huì)(SQS)和晚第三系地層分會(huì)(SNS)通過,但可以看出以M/G界線作為第四系下界的呼聲很高,而且人們已向“層型剖面”一旦確定下來十年不變的傳統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)。

面對(duì)國(guó)際上的激烈競(jìng)爭(zhēng),中國(guó)應(yīng)該積極行動(dòng)起來,選擇中國(guó)的層型剖面加強(qiáng)工作以便為這一問題作出中國(guó)的貢獻(xiàn)。中國(guó)黃土地層發(fā)育十分完整并具有特色,所以劉東生[11]院士已于2000年提出洛川剖面為層型剖面。但是“界線層型剖面”有一個(gè)最基本的要求就是它必須含有你所追求的地層界線,必須是連續(xù)沉積的,洛川剖面午城黃土底部與第三系紅土交界處有一層黃土夾紅土碎屑混雜層,意味著這期間有短暫的侵蝕間斷,它可能已把真正的Q/N界線侵蝕掉了。所以它的M/G界線在黃土/紅土界線之下,而大多數(shù)其他剖面M/G界線是在黃土/紅土界線之上。所以最好另選其他沒有侵蝕間斷,沒有混雜層的剖面,以保證成功。此外河湖相層如三門群的武家堡剖面、榆社群的張村剖面、陽原群的紅崖剖面也應(yīng)在考慮之列?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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