中国陆相第四系萨拉乌苏阶综合研究报告

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闵隆瑞1 朱关祥2 关友义1

(1.中国地质科学院地质研究所,北京 100037; 2.中国地质科学院,北京 100037)

1 萨拉乌苏阶阶名及其名称由来

萨拉乌苏阶由第二届全国地层委员会第四系工作组在1999年12月全国地层委员会召开的十三陵断代工作组工作会议期间提出(全国地层委员会,2001),2002年正式列入中国区域年代地层表中。阶名源自同名岩石地层单位“萨拉乌苏组”。萨拉乌苏组命名于内蒙古萨拉乌苏河(又名红柳河)流域。20世纪20年代E.桑志华、P.德日进首次将流域内出露的一套河湖相地层称为萨拉乌苏河建造,其时代定为更新世晚期(表1)。 1959年全国地层委员会正式建为萨拉乌苏河组,后于1964年改称萨拉乌苏组。萨拉乌苏组内含有著名的“鄂尔多斯人”(或称“河套人”)、人类活动遗迹和丰富的哺乳动物化石而闻名中外,是我国北方第四系更新统上部河湖相代表性地层。60~80年代期间中国科学院古脊椎动物与古人类研究所、地质研究所和沙漠研究所等单位进行了两次大规模的挖掘和考察,对萨拉乌苏组的认识更加深化,萨拉乌苏组被解体为下部萨拉乌苏组(狭义)和上部城川组。

表1 萨拉乌苏组地层划分对比沿革表

2 萨拉乌苏阶的层型剖面位置

萨拉乌苏阶建阶层型剖面,位于内蒙古乌审旗无定河镇米浪沟湾下游2 km的萨拉乌苏河左岸,酒房台西侧陡壁处(图1)。地理坐标:北纬37°46′,东经108°33′,顶部海拔1283 m。从陕北榆林、靖边或内蒙古乌审旗均有公交车到无定河镇。

此外,前人在建阶层型剖面上游,滴哨沟湾、范家沟湾和米浪沟湾均做过大量工作,建立了较好的地层剖面。这些剖面为酒房台建阶层型剖面的岩石地层、生物地层、年代地层和气候地层等研究提供了重要资料、数据。

图1 萨拉乌苏河流域萨拉乌苏阶层型剖面位置图

3 萨拉乌苏阶的层型剖面描述

酒房台建阶层型剖面是由萨拉乌苏河左岸酒房台陡壁第四系松散沉积物组成(图2)。地层连续性好,总厚度达61.61 m。根据沉积物颜色、岩性、结构构造和与下伏地层的接触关系等,将剖面自下而上划分为32层(图3)。在划分的32层基础上,根据沉积旋回和岩相特征及测年数据,归并为更新统中部离石组;更新统上部的下部萨拉乌苏组(狭义),更新统上部的上部城川组和全新统。

萨拉乌苏组 厚32.77 m,自下而上又分为5段

1段:黄褐色、灰褐色粉砂质粘土与灰黄色、杂色粘土质粉砂互层,夹多层红棕色薄古土壤层,底部为黄棕色粉细砂层。含软体动物化石。厚11.11 m。与下伏中更新统离石组顶部红棕色古土壤层呈整合接触。

2段:黄土状土,为黄色粉砂层,致密块状,含钙质结核较多。厚3 m。

3段:黄褐色粘土质粉砂层,夹细砂和钙板层,含软体动物化石,具冻融褶皱。厚7.4 m。

4段:黄褐色中、细砂层,具水平层理和交错层理。厚4.75 m。

5段:灰褐、灰绿色粘土质粉砂层,含软体动物化石。底部是泥质砾石,顶部为红棕色古土壤层。厚6.51 m。

图2 萨拉乌苏河酒房台剖面地质地貌景观

上述5段中,萨拉乌苏组底部的黄棕色砂层,下部的灰褐色粉砂质粘土层(或淤泥层)、中部冻融褶皱层和顶部棕色古土壤层均可作为标志层。

城川组 厚25.19 m,自下而上又划分为3段

1段:灰黄色粉细砂层夹灰褐色粉砂层,具水平层理和交错层理,夹钙板层。近底部含披毛犀化石。厚12.69 m。与下伏地层呈侵蚀接触关系。

2段:灰绿色、灰黄色粉细砂层,具水平层理,底部为中、细砂层。顶部和中部发育冻融褶皱,含软体动物化石。厚7.19 m。

3段:灰黄色粉、细砂层夹灰褐色粉砂层和钙板层,具水平层理和交错层理。厚5.31 m。

上述3段中,第2段中部两层含软体动物化石的冻融褶皱层可作为标志层。

从沉积相分析,萨拉乌苏组第1段以湖沼相沉积为主,底部发育黄棕色砂层,代表古湖泊开始的沉积物,湖沼相沉积物中发育多层古土壤层和含软体动物化石,表示水体较浅。第2段为堆积黄土状土,湖泊消失。第3段为黄褐色粘土质粉砂层,代表水进。第4段为厚层黄色中、细砂层,是河和风的堆积物,湖泊暂时被河、风堆积物取代。第5段为沉积的泥砾层和含软体动物化石的灰绿色粘土质粉砂层,代表又进入到湖泊发育时期,直至顶部棕色古土壤发育,萨拉乌苏湖再次消失。

城川组1段,发育风成砂和砂丘间洼地沼泽相沉积物。较高角度大型板状交错层理是风成砂结构构造的标志;具水平层理的灰褐色粉砂质粘土条带层是砂丘间洼地沼泽相的沉积物。洼地沉积物顶部干涸后,常常发育钙板层。城川组2段沉积物颗粒较粗,反映水量较充沛,又进入到湖泊发育阶段。湖泊沼泽中发育较多的软体动物,水体不深。城川组3段,又被风成砂和砂丘间洼地沼泽相沉积代替。可见,萨拉乌苏组和城川组,总共经历了4次较为明显的水体扩张,4次较为明显的风成砂袭击。

4 萨拉乌苏阶的底界界线定义

萨拉乌苏阶底界位于酒房台剖面萨拉乌苏组(狭义)第3段底,其标志是:

4.1 岩性、沉积相

萨拉乌苏阶底部为黄褐色粉细砂和粘土质粉砂层,具明显冻融褶皱,含较多的软体动物化石,属湖沼相沉积。其中冻融褶皱在萨拉乌苏河流域展布广,是明显的标志层。

图3 内蒙古萨拉乌苏河流域萨拉乌苏阶层型剖面综合柱状图

4.2 同位素年龄

据李保生等人资料,萨拉乌苏阶底部冻融褶皱层顶部年龄为(148000±12500)a(TL)。因而,推算其底界年龄约为0.15Ma,略大于更新统上部底界128000 a的年龄。

4.3 古脊椎动物化石和文化遗物

萨拉乌苏阶底界之上发现具代表性的古脊椎动物化石是Homo sapiens(鄂尔多斯人)和Sinomegac-eros ordosianus(河套中国大角鹿)、Bubalus wansjocki(王氏水牛)、Palaeoloxodon naumanni(诺氏象)等。据资料,1922~1923年首次在邵家沟湾距河面10 m的砂层中,发现 “河套人” 和 “河套文化”层。1978~1979年董光荣等在原生层位中发现了河套人颌骨、臼齿等,其层位在距河床10余米的萨拉乌苏组下部。另在范家沟湾剖面萨拉乌苏组的粉砂质粘土和粉砂层中,发现了大量小型旧石器。

由此可见,这些古人类化石和文化遗物及河套中国大角鹿、王氏水牛等脊椎动物化石,可作为萨拉乌苏阶底界的古生物标志。

4.4 孢粉特征

孢粉分析表明,酒房台剖面萨拉乌苏组第3段,即萨拉乌苏阶底部,孢粉较为贫乏。底部有少量Pinus(松属)、Artemisia(蒿属)、Chenopodiaceae(藜科); 中部出现少量 Betula(桦属)、Quercus(栎属);上部菌孢较多。反映气候由凉干转为温湿。

4.5 介形类化石特征

介形类化石分析表明,酒房台剖面萨拉乌苏组第3段,含少量Leucocythere plethora(丰满白花介)。属湖沼相沉积环境。

总之,萨拉乌苏阶底界为湖沼相层,含智人和河套中国大角鹿、诺氏象、王氏水牛等哺乳动物化石,孢粉贫乏,有少量丰满白花介等介形类,以此作为底界标志。

5 阶的单位层型内生物地层序列及特征描述

5.1 哺乳动物化石

截至目前,本区邵家沟湾,杨树沟湾、滴哨沟湾、范家沟湾和酒房台等地,除人类化石外,在萨拉乌苏阶内共发现哺乳动物化石34种,鸟类11种(表2)。

其中已灭绝的有:Palaeoloxodon naumanni,Crocuta ultima,Camelus knoblochi,Coeoldonta antiquita-tis,Spirocerus kiakhtensis,Sinomegaceros ordosianus,Bubalus wansjocki,Bos primigenius 等8种;而Palae-oloxodon naumanni,Spirocerus kiakhtensis,Sinomegaceros ordosianus,Bos primigenius 仅见于萨拉乌苏阶下部的萨拉乌苏组内。

5.2 孢粉组合特征

自下而上孢粉组合特征是:

(1)萨拉乌苏组1段

底部:花粉含量少,但菌孢较多,气候温湿。

中部:孢粉贫乏,仅有少量Pinus,Artemisia,Chenopodiaceae,气候凉干。

上部:孢粉丰富,木本植物花粉占38.3%~62.1%,草本植物花粉占37.9%~61.7%。木本植物花粉以 Pinus为主,占37.3%~57.6%,另有少量Ulmus,Betula等。草本植物花粉以Artemisia为主,占19.7%~35.3%,其次为Chenopodiaceae等,反映以针叶林为主、针阔叶混交林草原植被景观,气候较暖湿。

表2 萨拉乌苏动物群

(2)萨拉乌苏组2段

孢粉以Pinus(占37.3%),Artemisia(占53.3%)为主,气候较凉干。

(3)萨拉乌苏组3段(即萨拉乌苏阶下部开始)

下部:孢粉贫乏,仅有少量Pinus,Artemisia,Chenopodiaceae,气候凉干。

中部:有少量Betula,Quercus等,上部菌孢较多,反映中、上部气候温湿。

(4)萨拉乌苏组4段

下部:孢粉以Pinus(占89.8%),Artemisia(占6.8%)为主,气候较温湿。

上部:孢粉贫乏,气候凉干。

(5)萨拉乌苏组5段

下部:孢粉贫乏,仅有少量Pinus,Artemisia,Chenopodiaceae,气候较凉干。

上部:孢粉以Pinus(占72.2%),Abies(占16.5%)为主,气候较温湿。

(6)城川组1段(即萨拉乌苏阶上部开始)

孢粉贫乏,仅有少量Pinus,Artemisia,Chenopodiaceae气候较冷干。

(7)城川组2段

孢粉丰富,木本花粉以Pinus为主,可占47%~81%,其次为Picea(占12%~14%),Abies(占10%~12%); 另有Quercus(占7%),Ulmus(占3.1%)。草本花粉以Chenopodiaceae(占11%~13%),Artemisia(占8%)为主,另有水生草本花粉Typha和菌孢等。

反映以针叶林为主的针阔叶混交林草原植被景观,气候以暖湿为主。

(8)城川组3段

下部:孢粉丰富,木本花粉以Pinus(占15%~52%)为主,草本花粉以Artemisia(占22%~28%)为主。此外,尚有水生草本Typha(占10%)等。反映针叶林草原植被景观,气候温湿。

上部:孢粉贫乏。

从上述孢粉组合可见,萨拉乌苏阶以针叶林为主的草原植被景观为主。

5.3 介形类组合特征

自下而上介形类组合特征是:

(1)萨拉乌苏组1段

底部:见有较多的Leucocythere plethora及少量Ilyocypris biplicata为湖沼相沉积环境。

中、上部未见介形类化石。

(2)萨拉乌苏组2段,未见介形类化石。

(3)萨拉乌苏组3段(即进入萨拉乌苏阶下部),仅在中下部的冻融褶皱层中见有少量Leucocythe-re plethora,属湖沼相沉积环境。

(4)萨拉乌苏组4段,未见介形类化石。

(5)萨拉乌苏组5段中、下部未见介形类化石,上部的灰绿色、灰褐色粘土质粉砂层中见有较多介形类化石,有:Cyclocypris serena,Ilyocypris biplicata,Ilyocypris dunschanensis,C andoniella suzini,C andoniella albicius等,属小溪、湖沼相沉积环境。

(6)城川组1段(即进入萨拉乌苏阶上部),未见介形类化石。

(7)城川组2段冻融褶皱层中见有较多的C andoniella albicius,C andona kirgizica,Cypris subeiensis等,其上黄褐色砂层中见有Limnocythere dubiosa。反映湖沼相沉积环境。

(8)城川组3段下部见有Cyprinotus sp.,Eucypris inflata,Leucocythere plethora等,反映湖沼相沉积环境。

总之,从已获介形类的属种分析来看,大部反映湖沼或小溪、小池的沉积环境。

6 同位素年代地层、磁性地层研究

6.1 萨拉乌苏阶底界年龄

(1)祁国琴(1975)、周昆叔(1982)和原思训(1983)等,依据旧石器文化遗址的年代和古脊椎动物化石及孢粉组合,认为萨拉乌苏组的时代不早于晚更新世中期。

(2)董光荣等(1983、1986),经区域对比后,认为萨拉乌苏组相当于距今10万~7万年的玉木—里斯间冰期,城川组相当于距今7万~1.2万年的玉木冰期。1998年,董光荣等进一步确定,萨拉乌苏组形成于140~70 ka,城川组形成于70~10 ka,分别与末次间冰期和末次冰期对比。

(3)李保生等(2001、2004),据米浪沟湾剖面热释光年龄测定,认为萨拉乌苏组年龄为150~70ka,城川组为70~10 ka。

2004年,进一步确定前者为150000~75000 a,可与黄土高原S1和深海氧同位素5阶段对比; 后者为75000~10000 a,可与黄土高原L1和深海氧同位素2~4阶段对比。

(4)郑洪汉(1989)对滴哨沟湾剖面下部年龄测定结果为:(177±14)ka(TL),认为萨拉乌苏动物群年龄为160~180ka。

(5)孙继敏(1996),对滴哨沟湾剖面近底部的地层进行测定,其年龄为136000 a(TL)。

(6)樊行昭等(2002)对滴哨沟湾剖面进行岩石磁学研究,认为萨拉乌苏组年代大致为180~10 ka。

(7)靳鹤龄等(2007),将滴哨沟湾右岸剖面与其他剖面对比后认为,萨拉乌苏组时代为80~140ka,城川组时代为11.5~80 ka。

(8)闵隆瑞等(2007)对酒房台剖面萨拉乌苏组底界进行了光释光测定,确定为≥130 ka(由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室测定)。

上述大量年龄数据表明,由于对萨拉乌苏组区域地层对比看法不一致、底界标志的确定与测年方法的不同等等,目前对萨拉乌苏组底界年龄存在两种意见,即140~150 ka和180 ka。作者根据大于130 ka测年数据、沉积速率和萨拉乌苏组内发育多层古土壤层特征分析,以及与米浪沟湾剖面的对比,偏向后者的年龄数据。但萨拉乌苏阶底界应在酒房台剖面萨拉乌苏组第3段底,其年龄值约为150 ka。

6.2 萨拉乌苏阶上、下之间界线

据李保生(2004)资料,城川组底的年龄为(75080±7400)a(TL)。 闵隆瑞(2007)获得顶部土壤层之下灰绿色粘土质粉砂层的年龄为:≥80ka(OSL)。因而推测萨拉乌苏阶上、下之间界线年龄约为75 ka。

6.3 萨拉乌苏阶顶界年龄

据李保生(2004)资料,城川组顶部(约距顶界1.7 m处)年龄为(14458±867)a(TL)。上覆全新统之底部年龄为(9880±900)a(TL)。故萨拉乌苏阶顶界年龄约为10~11 ka。

7 古气候特征

随全球变化研究的开展及区域性气候变化研究的深入,不少学者对萨拉乌苏组气候演变的研究做了探讨。 以董光荣、李保生为代表,认为萨拉乌苏组与末次间冰期相当; 城川组则与末次冰期对比,其中间可划分出间冰段气候期。李保生近年来对米浪沟湾剖面做了大量化学元素百分含量等方面的研究,进一步将萨拉乌苏组与MlS5对比,城川组与MlS2-4对比。郑洪汉将萨拉乌苏组下部与MlS6阶段对比,代表一个寒冷时期,其上可与MlS5阶段对比,代表一个温暖期。总之,学者们对萨拉乌苏组和城川组古气候特征做了大量的研究,成绩是显著的。但正如上述关于萨拉乌苏阶年代框架讨论中所说,萨拉乌苏阶底界年龄目前仍在做工作。 因此,本文仅根据地层岩性、岩相及古生物特征等粗略地论述其演化特征(图2)。

萨拉乌苏组第1段气候由温凉转为较暖湿,特别是上部湖沼相层中夹有多层红棕色古土壤层,含软体动物化石及少量阔叶植物花粉,反映较暖湿气候环境。第2段为黄土状土堆积,气候凉干。但第1、第2段均未进入萨拉乌苏阶时限内。萨拉乌苏组第3段,开始进入萨拉乌苏阶下部,为湖沼相沉积,内含软体动物化石和少量阔叶植物及发育大量脊椎动物化石,代表温湿气候,但中部湖相沉积层沉积后曾经历一次寒冷气候事件,使之发育冻融褶皱。上部含钙板多,气候变干。第4段黄色中、细砂层,孢粉中木本植物松属含量较高,气候较湿润。第5段湖相沉积,含大量软体动物化石,顶部有一层较厚的棕色古土壤层,是气候温湿的标志。

萨拉乌苏阶上部,城川组第1段是风成砂和砂丘间洼地沼泽相沉积,反映气候冷干环境。第2段湖相沉积,沉积物颗粒可达中细砂级,含喜暖湿的软体动物化石,孢粉中有阔叶类植物及水生草本植物花粉,反映气候暖湿,在2段顶部和中部有2层冻融褶皱,表明在这2层湖沼相层沉积后分别经历两次冰缘冷气候的事件。第3段的古气候特征基本上与第1段相似,但早期,孢粉显示较为湿润。

总之,从萨拉乌苏阶的岩性、岩相、古生物及孢粉组合分析结果看,萨拉乌苏阶以温湿气候与凉干气候交替出现,其中曾有2次冰缘冷气候事件发生。

8 对比关系

8.1 与深海氧同位素曲线对比

据李保生对本区米浪沟湾剖面化学元素的研究,将萨拉乌苏组(狭义)第5段分别与深海氧同位素第5阶段a、b、c、d、e对比;又据古生物资料,将城川组第3段与深海氧同位素第2~4阶段对比。

8.2 与华北晚更新世地层对比

萨拉乌苏阶在华北地区是一套河湖相夹风成相地层,分布广,具很好的对比性。在黄土高原河谷中,往往见萨拉乌苏组(狭义)夹于马兰黄土与离石黄土上部之间,如乾县剖面;在内蒙古大青山南麓包头附近台地或阶地上亦见有萨拉乌苏组和城川组,如万水泉、后水沟等剖面;河套盆地南缘达拉特旗瓦窑、昭君坟、王爱召地区和河套盆地东北托克托中滩地区及内蒙古广兴源西拉木伦河一带,同样也有可与萨拉乌苏河流域对比的剖面。此外,山西汾河流域丁村组地层中含有的丁村人化石与鄂尔多斯人同期或略早于鄂尔多斯人。

致 谢 在萨拉乌苏阶建阶研究期间,华南师范大学李保生教授和内蒙古乌审旗文物局范金山教师等为我们提供了大量资料、信息,在此一并表示衷心的感谢。

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乌审旗,旧称鄂尔多斯右翼前旗。位于内蒙古自治区鄂尔多斯市西南部,地处毛乌素沙地腹地。乌审旗北靠伊金霍洛旗、杭锦旗,东、南两面隔长城与陕西省接壤,西与鄂托克旗、鄂托克前旗搭界。全旗总面积11645平方公里,与鄂托克前旗并誉为“鄂尔多斯南大门”。

乌审旗是个什么样的城市?
现今,乌审旗紧抓西部大开发、长庆油田大发展机遇,围绕鄂尔多斯“二次创业”,牢牢把握发展这一兴旗富民要务,树立和落实科学的发展观,提出建设“绿色乌审”发展战略,按照人与自然和谐相处的原则,充分利用境内得天独厚的绿色资源,生产出更多更好的绿色产品,增加绿色收入,全力培植壮大工业支柱产业、农牧...

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广宁县15194056969: 田东英语培训
里净胆石: 学校隶属关系:山西省 电话:0351-6014470学校所在地:山西省太原市迎泽大街79... 人口、资源、环境和灾害问题大都属于综合性的地球科学研究课题,需要不同学科间...

广宁县15194056969: 专升本考中文系需要考什么科目? -
里净胆石: 中文系考试科目为政治、英语和大学语文.中文系属于文史类,各个类别考试科目如下: 1、文史类:政治、英语、大学语文. 2、艺术类:政治、英语、艺术概论. 3、理工类:政治、英语、高等数学(一). 4、经济管理类:政治、英语、高...

广宁县15194056969: 中国海洋大学的复试会不会刷人很多? -
里净胆石: 综述:一般不会刷很多人. 中国海洋大学复试一般不会刷掉很多人.其复试刷人的比例一般为1:1.2,所以参加复试通过的几率是很高的.另一方面,也不需要太紧张,能过线,说明你的实力还是很强的,好好复习,复试肯定也没问题. 中国...

广宁县15194056969: 物业经理上岗证可以直接报考物业管理师吗 -
里净胆石: 给你一个物业管理师的报考条件.一般情况下是从物业管理员开始报起,具体要看一下你的报考条件和哪个级别相吻合.国家职业资格物业管理师鉴定申报条件 根据劳动保障部...

广宁县15194056969: 新安股份的公司产业 -
里净胆石: 新安化工集团股份有限公司 农化事业部为新安化工集团股份有限公司2004年管理流程重组后新成立的部门,下属农化事业部办公室(下设安全环保办公室)、营销部、研究所、2家工厂(建德化工二厂、建德农药厂)是公司农药、化工产品的生...

广宁县15194056969: 介绍时我们要注意的要点是 . - 上学吧找答案
里净胆石: 专业考试内容 摄影(电影电视剧、图片摄影方向) 初试 ①提交摄影或绘画作品 ②面试:自我介绍,回答考官问题,图片摄影作品分析 复试 笔试: ①影片分析(3小时30分钟) ②绘画:a素描、b分镜头(就提供的一段文字故事用若干幅画面表...

广宁县15194056969: GMAT考试提前多久报名 -
里净胆石: GMAT最早可以提前6个月报名,当然越早越好,因为报名越早,考试的位置和时间就越好. 1,提前4个月以上报考,可在目标月的任意一天随时选择报考; 提前3个月报考,可以选择在目标月份的任何一天参加考试,但偶尔有几天(如上午)...

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