地貌和第四纪地质工作方法

第十六章　地貌和第四纪地质工作方法

在航空和卫星照片判读的基础上进行野外观察研究，是地貌与第四纪地质最基本和最重要的工作方法。在开发和掌握前人研究资料及航空、卫星照片提供的信息之后，要做到心中有数。观察路线要穿越河流阶地、山前、山坡、分水岭和第四纪沉积物天然与人工露头发育的河流侵蚀及人工切坡等地段。在平原（盆地）区要有一定数量浅钻揭露平原下伏第四纪沉积物，必要时可以运用物探方法（地震法、电测法等）了解地下（或水下）一定深度的松散沉积物岩性、厚度和构造特征。各种研究成果都应汇集编制成第四纪地质图或地貌图。

第一节　3S技术的应用

一、航空、卫星照片在地貌和第四纪地质研究中的应用

1.宏观研究

每幅卫星照片拍摄的地面面积约185km×185km，相当于1∶5万航空照片千余张，有利于区域地貌和第四纪地质研究，便于对各类地貌形态和第四纪沉积物的组合及其分布规律进行综合性分析对比，对编制小比例尺第四纪地质图和地貌图极为有利。

2.多方式成像，信息丰富

除常见光成像的航空照片外，多波谱卫星照片（第4谱段为0.5～0.6μm，第5谱段为0.6～0.7μm，第6谱段为0.7～0.8μm，第7谱段为0.8～1.1μm）及红外影像，假彩色合成照片和雷达扫描照片等，可为第四纪地质和地貌研究提供丰富的信息。

3.动态研究

根据不同时期的航空、卫星照片可以对冰雪线、冰川、海岸线、河道、沙丘、三角洲和湖泊等的变化进行定性或定量研究。

4.光照条件有利，可以获得较好的立体感

航空照片立体镜下判读太阳高度角为25°左右拍摄的卫星照片，均可以获得地貌形态较好的立体感，对地貌研究有利。

5.提高编图速度

利用航空和卫星照片可以提高各种比例尺第四纪地质图和地貌图的编制速度。

二、地貌、笫四纪沉积物判读标志

（一）地貌判读标志

地貌的形态特征与其成因和空间分布，是航空和卫星照片地貌判读最重要的直接标志。各种外力作用的侵蚀地貌和堆积地貌，如河流的河道类型、河漫滩、阶地、水系、三角洲、牛轭湖；洪流的冲出锥、洪积扇或洪积平原；海岬与海滩、沿岸流、沙嘴、沙洲；冰川侵蚀地貌和堆积地貌；风蚀和风蚀地貌；岩溶地貌；湖泊地貌；火山与熔岩地貌和夷平面等，都可在航空照片或不同谱段卫星照片上根据形态、空间分布、相互关系和成因条件等识别及圈定。

（二）第四纪沉积物判读标志

1.直接标志

各种沉积物在航空、卫星照片上反映的色调（10级：白、灰白、淡灰、浅灰、灰、暗灰、深灰、淡黑、浅黑、黑，可目视判读或用仪器判读）和沉积物地貌形态特征是直接判读的标志。均匀白—灰白色调通常为粗粒沉积物、干砂砾或干土壤；均匀灰黑—暗色一般为黏土、有机质沉积物和含水砂砾等。不均匀色调（如斑状色调），反映沉积物粒度不均匀，表面地形崎岖，冻土局部融化，冰碛物表面积水等。带状色调与沉积物的空间分布形状有关，如天然堤、河漫滩、阶地、洪积扇和湖岸沉积物等有关。“花生外壳”状影像反映地表岩溶发育。紊乱色调反映沉积物岩性变化无一定规律或堆积地形表面微地貌复杂等。此外，也要考虑色调的多因素引起的可能变化。

2.间接标志

间接标志主要指沉积物上生长的植被、发育的土壤和某些人工标志（如耕地）。这些间接标志随沉积物成因类型、岩性岩相变化和地形起伏而变化。

采用多谱段卫星照片对比分析，如一般第5谱段和第7谱段卫星照片可用于研究区别含水和不含水的新、老沉积物，第5谱段对海水透视能力较强（一般达10m，有时可达几十米），可用于研究海岸线、湖岸线和三角洲。红外照片由于能摄下不同物体或同一物体不同时间的热辐射，可用于研究地表岩溶和地下河。雷达扫描照片对了解干燥沉积物及其内部结构有一定的价值。应用假彩色合成照片或利用彩色密度分割判读技术，则会取得更为丰富的信息。

注意研究不同第四纪沉积物之间色调界线的性质，如两者截然分开，一般为不同成因或不同时代的沉积物；两者逐渐过渡，则可能反映同一时代沉积物的岩相逐渐变化或难以划分。

第二节　野外观察研究

一、地貌的观察、分析与描述

野外地貌观察研究的主要内容包括地貌形态特征、形态测量、物质组成、成因证据和确定地貌类型之间的相互关系，并在地形图（或航空、卫星照片）上标定。

1.地貌形态的观测与描述

对地貌形态应从定性、定量两个方面进行观测和描述。定性观察主要包括地貌的几何形态（如扇形、三角形、锥形等）、规模（面积、长度、宽度）、空间分布及切割程度等。地貌形态记录应有选择地采用摄影、作剖面或素描图等，并附以必要的文字描述。定量测量主要是测量地貌形态的相对高度和地形面坡度（图16－1）。必要时利用地形图或航空、卫星照片对地面割切深度和割切密度进行统计。

图16－1　地貌形态测量记录略图

由于观察到的地貌有不同的相对等级和组合，记录时一般都遵循由远及近、由大到小、先整体后局部的顺序进行。

2.分析地貌成因

对堆积地貌，首先要查明组成该地貌的第四纪沉积物的成因和时代，同时认真观察其地貌形态、地貌组合，并结合与其相关的剥蚀地貌进行综合分析。对于剥蚀地貌要根据地貌形态特征与动力作用、地质构造和岩性的关系，以及相关沉积物的成因进行综合分析研究。

3.确定地貌形成顺序

根据不同地貌形态的分布、相对高度、接触关系（对接、切割、叠置、掩埋等）划分出地貌形成的相对顺序。地貌形成的相对顺序是确定地貌形成地质时代的基础。

二、第四纪地质的观察研究

在野外调查中对于出露的剖面（天然的或人工的），按下列顺序进行观察研究。

首先应对露头进行必要的清理工作，用铁铲去掉表层最新风化与重力滑塌覆盖物；其次，在地形图（或航空、卫星照片）上标出露头位置，然后对剖面按颜色、岩性、结构、构造、产状和内含物等进行详细的分层及编号；最后，及时对各层按下述要求进行详细描述、测量、制图、取样和采集化石等。

（一）沉积物的颜色

沉积物的颜色分为原生色（形成时的颜色）和次生色（生成后由于风化等作用形成的颜色），前者一般比较均匀，后者常呈斑点或斑纹状，在裂缝或空洞处更加明显。一般以描述原生色为主，并指明干、湿色。若单色不足以鉴别，多用深、浅程度对主、次色进行描述，如浅黄色、灰绿色、浅灰蓝色等。必要时应按统一色标对照描述。

（二）岩性

1.砾石层

研究砾石的砾性、砾径、砾向、砾态、表面特征和砾石风化程度（表16－1）。

表16－1　砾石测量统计表

为了较准确、客观地反映砾石层的上述特征，野外常用砾石统计方法。即在重要剖面（或地点）的不同层位砾石层中，各选一代表性露头，清除出约1m2的新鲜露头面，上置1m2大小线网（网格单位为10cm×10cm），按网格逐个测量研究砾石100～300个。研究最好按下列工序进行：测砾石扁平面（有时还要测a轴）产状→砾径（以mm为单位）→砾态→砾石表面特征→打碎研究砾石岩性和风化程度。5～20cm大小的砾石测量结果有较好的代表性，巨砾因在水体中易于旋转，巨砾间细砾为后期充填物，二者对砾向研究无意义。

此外，还须认真地观察砾石层的充填物（或胶结物）和固结程度。应指出胶结物的成分（如砂、黏土、钙质、铁质等）；胶结物与砾石之间量的对比关系；沉积结构（如颗粒支撑组构、基质支撑组构等）；胶结程度（松散、微固结、半成岩和成岩等）。

2.砂和土状堆积物

对于砂层，可根据其粒径分为：粗砂（0～0.5mm）、中砂（0.25～0.5mm）、细砂（0.1～0.25mm）、极细砂（0.05～0.1mm）、粉砂（0.005～0.05mm）。并借助于放大镜观察砂的成分和圆度。土状堆积一般野外观察时可分为：砂土、亚砂土、亚黏土、黏土，其野外鉴别方法如表16－2所示，再用室内粒度分析资料订正。

3.有机沉积物

应分为泥炭、有机质淤泥和含有机质碎屑等进行描述，并指出有机沉积物的含水性、有无大型植物化石（如树干、叶、果实）等。

表16－2　野外砂－土状沉积鉴定特征表

续表16－2

4.化学沉积物

除描述成层的化学沉积物之外，更应注意对薄层铁壳、铁锰结核、钙质结核、薄层石膏等进行观察与描述。

（三）结构和构造

沉积物的结构、构造，对确定成因和环境有重要的价值。野外工作中应着重于以下两个方面的观察与描述。

应区分层理的类型，如水平层理、斜层理、交错层理、透镜状层理、波状层理等，并对层理的产状和物质组成进行测量和描述。

剖面中各种沉积物配置所反映的特征性构造，如冲积层的“二元结构”，冻土的“扰动结构”“古冰楔构造”“古地籐楔”，冰水湖的“纹泥构造”和古冻土的“多角形构造”等。

（四）厚度测量

第四纪沉积物厚度一般较小且变化大，对重要的沉积物厚度，要求测量到厘米，注意厚度变化，并确定厚度变化的性质。一般将层理厚度超过500cm的称为巨厚层，10～50cm的为厚层，2～10cm的为中厚层，0.2～2cm的为薄层，小于0.2cm为微细层。

（五）接触界线

详细观察层与层的接触界线性质和起伏。特别要注意侵蚀面、角度不整合面、层与层间过渡性质等的研究和描述。

（六）采集化石和试样

第四纪陆相堆积物（如洞穴和河湖相沉积物）中有时含丰富的小哺乳动物化石，可用筛选法（把含化石土放在筛子里浸于水中轻洗）可获得有价值的化石材料。所釆集的化石和各种试样应分类编号，并及时标在剖面图上。各种样品均应附有标签，并装入样品袋和保留标签存根。

三、作剖面图

剖面图是野外地貌和第四纪地质调查研究工作的原始资料，也是研究成果的重要基础。一切剖面图应有图名、比例尺、方向、高度和图例等基本要素。第四纪剖面图的比例尺应选择适当，可用大比例尺描绘，水平与垂直比例尺可不相同。应客观地反映剖面上第四纪沉积物的岩性和产状、相关的地貌、基岩主要特征和各种取样点与化石采集位置。地貌、第四纪剖面图有以下几种类型。

1.实测剖面图

实测剖面可用经纬仪或皮尺测制，前一方法用于大型工程剖面，后一方法经常在野外研究时应用。图上应如实标明所观察到的第四纪沉积物的岩性、结构、构造、地层的相互关系和产状等，必要时还要局部放大表示细微的结构、构造。地貌内容包括堆积物组成的地貌形态及下伏古地形特征。基岩内容一般只表示主要的岩性、产状和时代。由于第四纪沉积物岩性、岩相、厚度和产状变化大，在测大比例尺第四纪剖面时，应该在露头上布置若干点，用皮尺控制上述各方面的变化，不要在实测剖面图上信手勾描。

2.信手剖面图(www.xing528.com)

这种剖面图的内容、图式与实测剖面完全相同，只不过它是用目估或步测的方法信手完成的。它不是把整个剖面上所有的内容都准确地按比例表现在剖面上，而是经过概括后，表现最主要的地质内容，在野外观察中要经常作信手剖面图（图16－2）。

图16－2　羊山东沟信手剖面图

3.综合剖面图

综合剖面图是在野外调查工作过程中或基本完成的时候，作者在分析大量实际资枓的基础上加以科学抽象概括而编制成的一种综合性工作图件，不是成果图件。综合剖面图既能反映工作区的地貌和第四纪沉积物的类型，形成时代，发生、发展和分布情况，同时也能体现出作者对该区地貌和第四纪地质发生、发展规律的认识，综合剖面只有垂直比例尺，水平方向则只要求表示地貌的相对规模大小。

这种剖面图上不同时代的各种类型地貌与沉积物的分布、接触关系及与地貌单元的关系应按高度表示清楚。

4.编制剖面图

在山间盆地和平原区，由于第四纪沉积厚度大，各时期的地层互相叠加，地形起伏小，切割微弱，无法直接测制地质剖面时，常利用露头和钻孔资料编制第四纪地质剖面。编制剖面图时应注意下列问题：

应认真研究盆地和平原边缘的第四系发育特点，对推断平原和盆地内第四纪地层的成因及地层划分极为重要。

详细研究和掌握钻孔资料，先根据单个钻孔中的岩性、颜色、风化程度、古土壤特征等，进行地层划分和成因分析。然后再对钻孔作横向对比和连接。应根据标志层或地层分界线从边缘开始，逐渐移向盆地或平原中心进行连接。

对埋藏的不同时代沉积体，如洪积透镜体、湖沼沉积、古河道及河间洼地沉积层等的形态要给予特别注意。如有必要时，可以岩性成分（%）、厚度、平均粒径、互层比特征等为变量，进行统计，作半定量分析，划分出上述各种沉积体。连接时应根据实际材料，并考虑各沉积体的合理布局，使其接近自然状态。

第三节　室内分析工作

现代第四纪和地貌研究的实验室分析项目甚多，大体有4类：常规分析、成因－环境分析、古气候分析和极性与年代测量（表16－3）。常规分析是为多种实践服务的，如地质、矿产、建材、农业、环境、土地利用和水文工程地质等，在经济条件允许时尽量满足其各项要求。一般情况下，成因－环境分析以砾石组构和砂土粒度分析为主（在软体化石丰富时可以软体化石的生态分析为主），其余为辅。孢粉分析是当前古气候研究的主要基础。古地磁和年代学测量数据是当代水平的第四纪研究成果和与国际接轨的一个重要标志。总之，应该根据任务和经济条件选择必要的室内研究项目，不必求多求全。

表16－3　第四纪和地貌研究室内分析表

续表16－3

第四节　第四纪地质图的编制

第四纪地质图是该地区第四纪地质综合研究的主要成果。第四纪地质图是在广泛的野外第四纪地质调査掌握了充足的实际资料（包括足够数量的观察点、路线剖面、实测剖面及主要的地层界线，在覆盖区，还应有必要的钻孔资料）基础上，结合遥感影像资料提供的信息，在选定比例尺的地形图上编制的。

一、第四纪地质图的基本内容

第四纪地质图主要是反映地表及一定深度第四纪地层的岩性、成因、地层时代及其产状的图件。对前第四纪基岩露头视其与第四纪地层的关系而分类归纳表示。第四纪构造、第四纪矿产点、人类文化遗存点、动植物化石点、各种采样点及区域第四纪主要事件（如古冰川分布线、海侵界线、火山、湖泊扩展界线等）也应表示在图上。

二、图例

第四纪地质的图例是按规定的地层代号、成因类型代号、岩性花纹符号和其他记号表示第四纪地质图的内容。

图例一般按地层时代、成因、岩性及专门性图例的次序安排。地层时代符号从上到下、由新及老；然后是第四纪不分层（Q）；最后是前第四纪基岩。如图例放在图的下方，则一般由左到右、从新到老排列。对成因类型图例的排列，一般把同一时代形成的不同成因类型按其分布的地貌位置，由分水岭向河谷或由山区向平原和湖与海的方向依次排列，如按残积、坡积、洪积、冲积、湖积或海积的顺序。对冰川、风积及岩溶堆积等特殊成因，可按其在不同地区所处地貌部位安排相应的位置。岩性图例多按碎屑沉积物、化学沉积物、生物沉积物的顺序排列。其中碎屑沉积物尚可按由粗到细划分的顺序排列。

凡图面上表示出的第四纪地质内容（或现象）均应无遗漏地以图例表示。图内没有的内容不可列入图例。

三、第四纪地质图编制方法

1.地层年代

一般按第四纪地层分期方案进行划分，地层时代用Qp1（下更新统）、Qp2（中更新统）、Qp3（上更新统）和Qh（全新统）表示。若研究深化，资料充足时尚可进一步将各时段细分，如全新统可进一步分为3个时段，分别表示为Qh1、Qh2和Qh3。时代合并的地层可以表示，如Q1＋2（表示下、中更新统因研究需要合并）。时代延续的未分地层表示如Q3—4（表示上更新统与全新统未分层）。第四纪未分层用Q表示。前第四纪基岩多按研究需要归纳表示，如中生代、古近纪、新近纪等。

2.成因类型

在单色图上用英文字母符号表示，如单成因冲积层的代号为：al—冲积层；pl—洪积层；dl—坡积层等。混合成因用两种代号的组合表示，如pal—洪冲积层（冲积为主）；dlp—坡洪积层等。成因不明的地层用pr表示。

在着色图（多色图）上，常用颜色表示沉积物成因，如坡积层用黄色，洪积层用橘黄色，冲积层用橄榄绿色等。用同一颜色的深浅，表示不同时代的相同成因的地层，年代越老，颜色越深。对混合成因则用相应的底色表示主要成因类型，次要成因类型用相应颜色的线条加在底色之上。如以橄榄绿色为底色，加上橘黄色的线条表示以冲积为主的洪冲积层。

在第四纪地质图中，常将地层时代、成因类型综合表示，如Qp1al——下更新统冲积层，Qp2al——中更新统洪积层等。

3.岩性

通常用花纹符号表示出露于地表表层的一套第四纪地层的岩性。

4.年代资料

年代应在图例中说明。若有系统的古地磁极性资料，还应附上古地磁极性表；一般在柱状图上应标明各种年代方法及数据。

5.其他

人类文化遗存点、动植物化石点、第四纪矿产点、采样点、钻孔及重要的地貌界线和地貌标志等，都需用专门符号表示，有时还辅以数字说明。

第四纪地质图上表示地下掩埋地层（或沉积体）方法如图16－3所示。

图16－3　第四纪地质图上表示地面以下地层（或沉积体）的方法略图

（a）在陡坎下出露下伏较老地层时，可沿陡坎和侵蚀沟露头分布带扩大（每层不宽于1mm）表示；（b）平坦地区有钻探资料处，用同心圆法表示该孔揭露的地下地层，同心圆半径为除地表层外所有地下层厚度的总和，按比例表示；（c）有大量钻孔资料足以圈定地下地层（或沉积体）分布范围时，地表地层界线划实线，并表示其岩性，地下地层用不同的线段（或不同的颜色线条）表示其分布，其岩性表示与否视情况而定

第五节　地貌图的编制

地貌图按比例尺可分为大比例尺（大于1∶5万）、中比例尺（1∶10万～1∶50万）和小比例尺地貌图（小于1∶50万）。各种比例尺地貌图主要表示内容如表16－4所示。大比例尺地貌图应在野外地貌调查的基础上编制；中比例尺地貌图可部分实测，部分利用资料（如遥感资料）编制；小比例尺地貌图则综合各类资料编制而成，并适当进行野外路线验证。

表16－4　不同比例尺地貌图表示的内容表

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ为地貌相对等级。

一、普通地貌图

1.基本内容

普通地貌图主要表示研究区的地貌形态类型和特征、地貌成因和地貌形成时代，即一般所称地貌图，它和地貌分区图不同。

2.图例

普通地貌图的图例是用规定的颜色和符号表现地貌图的内容。图例能体现研究区的地貌研究程度及编者的指导思想和编图原则。

图例的安排一般先根据地貌相对等级和形成的物质基础与成因，划分出较大型的地貌单元（Ⅰ、Ⅱ…），再按构成地貌的岩性及形态类型，划分出次一级的地貌单元（Ⅰ1、Ⅰ2…；Ⅱ1、Ⅱ2…）。这些地貌单元一般都是地貌形态组合类型。如一级单元有构造侵蚀中山（Ⅰ）、构造剥蚀低山（Ⅱ）和堆积平原（Ⅲ）等；构造侵蚀山地可进一步分为变质岩中（低）山（Ⅰ1）、花岗岩中（低）山（Ⅰ2）、碎屑岩中（低）山（Ⅰ3）及穿越各地貌单元的河谷地貌单元等。

3.地貌图表示方法

地貌形态一般用地形等高线作底图，以表示较大的地貌形态特征、高度和坡度。若用无等高线底图，则应标明系统高程以反映地形的主要起伏。

地貌成因类型的表示方法用数字如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等表示地貌成因类型（地貌单元），也可以用线条符号和颜色来表示。一般把堆积地形与第四纪成因色谱协调起来，并在图例中加以说明。

地貌年代的表示方法对地貌的地质年代一般用地质年代代号（如Qp1、Qp2、Qp3、Qh）直接表示，并可以颜色深浅相区别，色深则表示时代老，色浅表示时代新。若地貌年代具有同位素年龄数据，则在图例中用数字表示说明。

二、专门地貌图

从实用角度以一种（或几种）成因地貌为主要对象，测编的地貌图属于专门地貌图。如河谷地貌图、地滑地貌图、岩溶地貌图、地面坡度图、地表割切密度图等。

专门地貌图一般选择与工程地质、地质灾害、农田水利、土地利用和砂矿等有关的地貌为主要研究对象，图上要求标测出与实践活动有关的主要地貌形态、成因及其发展阶段。此外，还应研究与工程（或矿产）有关的现代动力作用过程（图16－4）。

图16－4　冶海滑坡地貌成因类型图

1.滑坡；2.滑坡堆积物；3.堆石坝；4.滑动方向及次数；5.泉；6.等高线；7.村庄；8.道路

思考题

一、名词解释

地貌的几何形态；普通地貌图；专门地貌图。

二、简述

1.简述野外地貌观察研究的主要内容。

2.在野外调查中对于出露的剖面，应按什么顺序进行观察研究？

3.如何编制剖面图？

4.简述第四纪地质图的基本内容。

5.简述普通地貌图与专题地貌图的区别与联系。