国内外第四纪下限研究的历史与现状

第四纪下限是第四纪研究的基本理论问题之一。自从1829年法国地质学家德努瓦耶首次提出第四纪这一名称以来，这个问题已经争论了180多年，至今尚没有一个定论。

2.2.1.1 国际上第四纪下限研究的历史与现状

由于各国所处地理位置不同，各家研究的对象亦不同。因此，以往国际上对于选用什么标准作为第四纪的开始，存在着不同的意见：

（1）以人类的出现作为第四纪的开始

人类的出现是第四纪的头等大事。因此，不少学者以人类的出现作为第四纪的下限。开始，人们以埃塞俄比亚东南奥莫河谷和坦桑尼亚奥尔都维（Oldovai）的材料为依据，把第四纪的下限放在1.8Ma。后来，科宾（Coppens，1971）根据东非新发现的人类化石，把第四纪的下限划到3.0Ma。

（2）以古冰川的出现作为第四纪的开始

长期以来，欧洲一直把阿尔卑斯山恭兹（Gunz）冰期冰川的出现（1.1Ma）作为第四纪开始的标志。近年来研究证明，在恭兹冰期来临之前，地球上已有变冷现象发生。例如，在阿尔卑斯山发现了比恭兹冰期更古老的拜伯（Biber）和多瑙（Donau）冰期的冰碛物；在阿拉斯加南部，发现3.6～2.7Ma的冰碛物。最近，有人甚至发现8.0Ma（上新世）的山地冰川作用的证据。因此，以古冰川的出现作为第四纪的开始，仍有许多的不确定性，还有待于古冰川学的进一步研究。

（3）以冷水型有孔虫某些种属的出现作为第四纪的开始

两种有孔虫的出现被认为是第四纪的开始。一种是饰带透明虫，它是一种冷水型底栖有孔虫。最初测定它首次出现在1.8Ma，后来库克拉（Kukla）测定的年龄为2.2Ma。我国测定的年龄数据为早于2.3Ma。另一种有孔虫为截锥圆幅虫，它是一种冷水型浮游有孔虫。1980年，贝尔格林（Berggren）认为它最早出现于1.8Ma，与奥尔都维极性事件下界相当。斯波罗维埃（Sproviel）认为它出现的时间要更早一点，可能要在2.5Ma左右。

（4）以古动物演变为标志

一般以三趾马的绝灭和真马、真象、真牛的出现作为第四纪的开始，称为豪格（Haug）线。但在运用这一标准时，具体界线的划法不太一致。凯勒（Keller）测定三趾马绝灭于2.90Ma，而真马出现于1.8～1.6Ma。因此，他主张以真马的出现作为划分的标准，把第四纪下限划在1.8Ma或1.6Ma。奥多科（Opdocke）测定三趾马在2.47Ma开始绝灭，但残存种可以一直生活到1.6Ma，甚至0.9Ma。而真马从2.47Ma开始出现，因而他主张以三趾马开始消亡、真马开始出现作为划分标准，把第四纪下限划在2.47Ma。

（5）以古植物的演化为标志

西欧学者中有人提出依据古植物群的更替作为第四纪的开始。他们以梯伯恩线（Tiberian Limit）作为第四纪的下限。在此界线以下，存在红杉、枫香、落羽杉、日本金松和紫树等植物；在此线以上，上述植物属种绝灭，而首次出现山核桃、枫杨、铁杉、蒂格利恩满江红等种属。但这一界线存在局限性，它不适用于我国，因为我国上新世植物群的上述属种，在第四纪不仅没有绝灭，而且一直延续到今天。

（6）以古温度变化为标志

深海研究的深入和古温度测量技术的兴起，使古温度变化成为划分第四纪的依据。艾米利安尼（Emiliani）根据古海水平均温度，提出把第四纪下限放在1.8Ma。此界线以下海水平均温度为23～25℃，而界线以上为15℃。

以上6个标准，不仅各自出现的时间有先后之分，而且同一标准在世界各地出现的时间也很不一致。由此，造成了第四纪下限划法上的不同。

1932年，国际第四纪联合会（INQUA）第二届会议决定将第四纪下限划在意大利维拉方层（Villafranchian）和卡拉布里层的上界，相当于英国克罗默层（Cromerian）下界和我国周口店组下界，其年龄约为0.73Ma。

1948年，第十八届国际地质大会提出以“第一次气候变冷”作为划分第四纪和第三纪的标准，并决定依此原则把第四纪下限下移到维拉方层和卡拉布里层的下界。在陆相维拉方层中含有新出现的真马、真象和真牛等化石，但也有第三纪的残留种——三趾马；而在海相卡拉布里层中，冷水型软体动物和有孔虫首次出现，一些喜暖的软体动物和有孔虫绝灭。

1972年的国际第四纪联合会第八届会议基本上维持了1948年的方案，把第四纪下限放在卡拉布里层下界，同位素测温表明当时海水温度比现在低5℃。这一界线经K-Ar法测定，其年龄为1.80～1.60Ma。

1977年，国际第四纪联合会的第三纪/第四纪（N/Q）界线小组建议以意大利卡拉布里地区的弗利卡海相地层作为第四纪与第三纪分界的界线层型剖面，并根据卡拉布里层以下火山灰堆积的年龄，把界线定在2.40Ma。

1982年，在莫斯科召开的国际第四纪联合会第十一届会议上，帕森尼和科拉龙哥等人组成的研究小组向大会报告了弗利卡剖面的研究成果，并提议把第四纪下限放在该剖面奥尔都维亚时上方0.01～0.02Ma的位置，年龄约为1.7Ma。

20世纪80、90年代，国际上第四纪下限的划法主要有以下4种意见：

1）以3.5～3.0Ma作为第四纪的下限，主要依据：①此界线与高斯正极性时/吉尔伯特负极性时（Ga/G）界限一致，极性倒转发生在3.5～3.0Ma左右；②在南美南端、北美阿拉斯加3.5Ma出现冰川，冰岛在3.0Ma出现冰川；③在深海岩心氧同位素曲线上，3.2Ma出现温度的明显下降；④巴拿马地峡形成，改变了北半球洋流的格局，东西向热带赤道环流体系被隔断，南北向洋流加强；⑤在亚洲北部，喜暖植物如银杏、山核桃、枫杨、木兰等消失，高原冻原植物、灌木及柔荑花序植物首次出现。

2）以2.5～2.4Ma作为第四纪的下限，主要依据：①此界线与松山反极性时/高斯正极性时（M/Ga）界限一致；②北美发现2.8～2.2Ma的前内布拉斯加（Pre-Nebraskan）冰碛层；③在俄罗斯，来源于北美和东亚孑遗种消失，出现许多草本植物的新种，在意大利卡拉布里（Calabrian），落羽杉花粉大量减少；④在意大利卡拉布里地区的弗利卡（Vrica）海相地层中，冷水型底栖有孔虫——波罗的透明虫大量出现，反映气候明显变冷；⑤在中国洛川、蓝田等地区的黄土地层底部相继发现大量微玻璃陨石及铱异常，证明发生过天体碰撞地球的事件。

3）以1.80～1.60Ma作为第四纪的下限，主要依据：①大致与松山极性时中的奥尔都维事件相当，极性事件的年龄为1.87Ma。②在东非发现“东非人”化石，其年龄测定为1.75Ma。③海洋中出现冷水型的爬行翼花介、波罗的透明虫、射乳玉螺、大洋桥石、厚壁新方球虫（左旋占优势）。④某些海洋生物种属绝灭，如布劳威盘星石、斜室似抱球虫内孔亚种和麦氏圆颗石等。

4）以0.7Ma作为第四纪的下限，主要依据：①大致与布容正极性时/松山反极性时（B/M）界限一致。②俄罗斯喜冷的冰缘动物群和植物群广泛分布。③出现天外星体碰撞地球的事件。

从各国第四纪研究的状况来看，这期间国际上大多数学者采用1.8～1.6Ma或2.5～2.4Ma作为第四纪的下限。

2.2.1.2 我国第四纪下限研究的历史与现状

1948年以前，我国将周口店北京猿人洞动物群作为早更新世，把第四纪下限置于周口店动物群和泥河湾动物群之间。1948年国际地质大会决定将第四纪下限下移到维拉方层下界，我国接受了国际地质大会的建议，将泥河湾层和三门组作为第四纪的开始。

过去我国关于第四纪下限的确定，归纳起来主要有以下4种意见：

1）认为第四纪下限的界线位于奥尔都维亚时的底部，距今约2.0～1.8Ma。在磁性地层学还未广泛应用之前，这种观点为大多数第四纪地质学者所接受。

2）认为第四纪下限的界线位于松山反向极性时的底部，距今约2.5～2.4Ma。赞成这种观点的人较多，特别是莫斯科国际第四纪联合会第十一届会议（1982）之后，持这种观点的人就更多了。

3）认为第四纪下限的界线位于古地磁马莫斯亚时底部或高斯正向时与吉尔伯特反向时的界线附近，距今约3.5～3.0Ma。

4）认为第四纪下限的界线位于距今4.5～4.0Ma，持这种观点的学者很少。

后三种观点多数是通过气候地层学和磁性地层学，结合动物化石资料得来的。

目前，我国关于第四纪下限即更新统（Qp）与上新统（N2）的界线（Qp/N2），主要有两种意见：一种是定在1.8Ma左右，另一种则定在2.6Ma左右。前者为国际地层委员会所推荐，比较通用，多为研究海相第四系的学者所赞同；后者主要是中国从事陆相第四系研究的学者所倡导，也得到一些国际同行的支持，正逐渐被国际地层组织所认可。这两种方案都有其立说的依据。

1）把第四纪下限的界线定义在1.8Ma左右的依据主要有3个：①生物地层。把海相沉积中盘星藻（Discoasters）灭亡、深海有孔虫（似截锥圆辐虫，Globorotaliotrun atulinoide）出现视为更新世开始，以意大利的Caiabrian组底为界，相当于氧同位素62/63阶界线；在陆相地层中则以含晚维拉方（Villafranchian）动物群的沉积层底界为第四系底界，其代表性地层为意大利的Vrica剖面，年龄为1.8～1.6Ma。在中国，泥河湾动物群与Villafranchian期的Olivola动物群最为接近，因此泥河湾层与Vrica具有可比性。②磁性地层。把Olduvai事件末作为第四纪的开始，其年龄介于1.79～1.77Ma。③气候事件。多瑙冰期开始时（约1.6Ma）作为第四纪的开始。

2）把第四系底界定在2.6Ma左右的主要依据为岩石地层和磁性地层证据。中国的午城黄土与底部红黏土有明显的界线，该界线恰为松山-高斯极性转变事件（M/Ga）的界线，其年龄定为2.6Ma，2.62～2.59Ma。由于从红黏土转变为黄土被认为是一种气候转型事件，而黄土序列通常被认为是第四纪的产物，因此把午城黄土底作为第四系底界是合适的。在中国南海北部陆架此界线附近发现有生物灭绝事件，出现浮游有孔虫（Globorotalia multicamerata）的末现面，说明此时也是生物演化的转折点。对此，西方的一些研究结果也有异曲同工之处。M.A.Maslin等指出，在2.6Ma发生的最重要的上新世变化，看来在全球范围内都有反映；此时相当于104氧同位素冷阶开始。S.A.G.Leroy等也指出，上新世中期的暖期（3.30～3.15Ma）之后逐渐变冷，从而导致北半球的冰期—间冰期旋回从2.6Ma就开始了，根据欧洲和西北非洲的孢粉分析成果，上新世第1个强冰期发生在2.6～1.8Ma。J.P.Suc等明确提出将更新统与上新统的界线（Qp/N2）置于松山与高斯的分界线（M/Ga），其理由是：①许多研究表明，从高纬度区到赤道，整个北半球最早的冰期是从高斯向松山转换时开始的，尽管在上新世3.5Ma前后发生过冷事件，但持续的时间并不长，温暖很快又重现。②从M/Ga极性转换开始，以地球轨道倾斜为主要驱动力，此时由倾角主导的41000a周期代替由岁差主导的20000a周期。③一些重要的哺乳动物事件最早也从此时出现，如人属、原齿象属和马属等。可见，2.6Ma的M/Ga界线是许多重要事件质变的转折点，是一个很重要的气候转型界线。按照国际流行的地质年表，2.6Ma属于上新世，如果考虑到气候、磁性等重要事件的发生，把2.6Ma作为一个新时代——第四纪的开始更合适一些，因为第四纪的一个重要特征就是气候变冷，出现冰期。对于磁性事件来说，Olduvai极性事件是在松山负极性期中的一个正向事件，显然没有松山期重要，把第四纪下限的界线置于M/Ga界线（2.6Ma）也比置于Olduvai 末合适。随着今后研究的深入，还会发现一些重要地质事件、气候事件、生物事件等与M/Ga界线存在关系，如重大天体事件、重大构造运动事件如青藏高原的迅速抬升及其东亚季风的形成等。因此，2.6Ma这个时间节点将越来越显得其重要。