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05地质地貌实习
地理科学2015,2016级本科生鄂尔多斯高原地质与地貌野外实习指南
华南师范大学地理科学学院地貌研究室
本次实习的地区是内蒙古鄂尔多斯高原毛乌素沙漠，侧重的重要实习地点是位于高原东南部边缘的萨拉乌苏河流域。
一、鄂尔多斯地质构造框架概述
鄂尔多斯高原，地处青藏高原外围的东北部，是我国中纬度脆弱生态地带的中间位置（图1），海拔高度1300—1400m，最高逾1700m。
新生代以来受构造运动特别是喜马拉雅
图1鄂尔多斯在中国北方生态脆弱地带的分布位置
运动第二幕的强烈影响，鄂尔多斯高原（图2）本身表现出整体抬升，而高原周边则发生差异性隆起或断陷，形成许多断陷盆地如汾渭盆地、银川盆地、河套盆地等，并在盆地中堆积了新生代以来的沉积物。
按中国大地构造单位，位于鄂尔多斯东南部边缘的萨拉乌苏河流域属华北台块之鄂尔多斯台向斜中部偏北区域，也即大致在该地块内中生代陕北台凹的中央地带。
鄂尔多斯台向斜在中生代以前的发展历史与华北相似，中生代成为独立的由SE向NW倾斜的碟状盆地。
萨拉乌苏河流域中生界有如这一台凹的其它区域，具有数千m厚的陆相碎屑与含煤建造，与下伏的二迭系呈连续堆积（图3）。
此构造运动的时间在中新世—上新世。
中新世—上新世也可以视为新构造运动鄂尔多斯台向斜的准平原化时期。
这一准平原化作用可能导致今日所见的长城南北的地块在其地势上基本大同的特征，其情形正如王乃樑先生对鄂尔多斯描述的（王乃樑，1980）“尽管黄土堆积时期及其前后，本区经历过多次侵蚀阶段，以至于形成今天支离破碎的塬、梁、峁地形，但由于中生代下伏基岩面是准平原化的
地面，总的形态仍然没有失去原先起伏不大的高原特征。
现在黄土高原的地势，除沿长城的白于山高到海拔1800m左右以外，一般多在1000—1500m，内部没有特别高起的山峰。
长城以北的伊克昭盟高原（地貌上的鄂尔多斯高原—编者注），更是起伏微弱。
”
图2鄂尔多斯高原及周边地貌轮廓
1基岩山地；2沙漠；3黄土；4河流；5冲洪积与湖积平原；6季节性河流；7戈壁；8湖泊；9长城
进入第四纪以后的一个非常漫长的时期，大约3000~220kaBP，这个在前期被准平原化的鄂尔多斯地台可能是新构造活动的一个相当宁静的时代。
这一时期我们称之为以萨拉乌苏河流域清水沟湾命名的“清水稳定阶段”。
其时，鄂尔多斯南部的黄土高原、中部的白于山普遍发育早—中更新世主要呈水平和近水平产状的黄土—古土壤序列。
在相同时期，北部的鄂尔多斯高原则广泛发育主要呈水平和近水平产状的风成砂和/或黄土—古土壤序列而少见流水堆积。
这种情形已分别由我们熟知的洛川、西峰、郭家梁和榆林等地层剖面的“层态”所证实。
萨拉乌苏河流域这一时期的地层基本亦然，其中下游地区主要发育水平和近水平产状的风成砂和/或黄土—古土壤序列，但在靠近黄土丘陵—黄土高原，则风成砂显著减少而以水平和近水平产状的黄土—古土壤序列为其主要特征。
其时包括萨拉乌苏河流域在内的鄂尔多斯地台的地形基本上是平坦的，地表虽有湖泊河流，却多属浅薄者。
在这个前期的准平原化的原面上基本上沉积发育且不断加积的是风成砂和黄土及其古土壤序列。
这种现象说明，3000~220kaBP流域及其所在的鄂尔多斯地台处在一种稳定的且极为缓慢的上升阶段。
图3内蒙巴音浩特至陕西府谷横剖面地质图[据中国科学院地质研究所（1958）略作改编]
在大约220kaBP，特别是150—2kaBP的晚第四纪，萨拉乌苏河流域地壳基本上处于缓慢的下沉—堆积阶段。
这一时期，记录了众多的地质—古生物与古人类现象。
2kaBP以来，该河流域地壳活动逆转抬升，在地壳平静期与活跃期交替作用下，形成了6级基座阶地。
二、萨拉乌苏—人类晚第四纪地球科学与史前文化的宝库和历史沿革
地处内蒙鄂尔多斯高原毛乌素沙漠东南部边缘的萨拉乌苏河流域是我国北方晚更新世标准河湖相地层—萨拉乌苏组和“萨拉乌苏动物群”的最早命名地点，也是著名的“河套人”古乡。
自从1892年俄国科学院院士B.A.奥勃鲁切夫涉足萨拉乌苏河流域科学考察特别是1924年法国古生物学家德日进P.等在中国的土地上首次发现旧石器时代人类“OrdosManTooth”即河套人、创建萨拉乌苏组、命名萨拉乌苏动物群以来，国内外许多著名学者对该区地层、古生物、古人类及其文化进行了大量研究并取得了许多有科学意义的成果，使得“萨拉乌苏”一名经久不衰，广传博引。
2006年，华南师范大学有关学者与中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、内蒙古博物馆、甘肃博物馆和中国科学院古脊椎动物与古人类研究所有关学者合著《萨拉乌苏河晚第四纪地质与古人类综合研究》（初稿），全著展示了最近30年来的“萨拉乌苏”研究成果。
同年8月，内蒙古鄂尔多斯乌审旗召开“鄂尔多斯萨拉乌苏遗址国际学术研讨会”，国际著名的地质学家刘东生院士和著名的古人类学家吴新智院士莅临参加并指导，亚、欧、美许多学者参加，历时数天的讨论将“萨拉乌苏”的研究推向了一个新的高潮。
会议即将结束时，与会科学家的一个共同的展望是通过努力，“萨拉乌苏”有望成为人类晚第四纪地球科学与史前文化的宝库。
兹将萨拉乌苏的主要内容阐述如下：
早在1892~1928年，俄国科学院院士B.A.奥勃鲁契夫特别是法国学者E.桑志华和P.德日进等人就对萨拉乌苏进行了奠基性研究。
1929~1955年，以法国学者为主和中国学者对前期研究材料进行了深入工作，其名著见有1941年德日进的《东亚地质及人类原始》，将黄土与萨拉乌苏组相变的看法，进一步扩及中国北方，提出黄土沉积物的相变学说。
1955~1978年，中国学者汪宇平、刘东生、裴文中、贾兰坡等人开展了全面深入的研究工作；1978~2009年，我国十余个单位研究人员在毛乌素沙漠开展了第四纪考察研究阶段（1978~1979）、多学科综合科学考察研究阶段（1980~1987）、年代地层和气候地层再研究阶段（1988~2002）以及综合补充考察研究和总结阶段（2003~2009）的研究工作。
其中以华南师范大学有关学者对萨拉乌苏的研究最为深入全面，特别是米浪沟湾剖面和范家沟湾剖面的研究尤为突出。
萨拉乌苏河（图4）位于中国华北地区鄂尔多斯（Ordos）高原南部，分布在北纬37º10′-
图4萨拉乌苏河流域及其沿岸动物化石、古人类遗址等分布地点
A：
1地貌单元界线；2沙丘；3海拔高程点；4长城；5分别为黄土丘陵—黄土高原、鄂尔多斯高原东南部洼地和萨拉乌苏河流域西北部梁滩地区；6米浪沟湾地层剖面分布位置。
B：
1毛乌素沙漠沙丘；2梁滩地；3萨拉乌苏河；4湖泊或池塘；5由黑垆土或湖沼相构成的鄂尔多斯高原面；6陡崖；7窑洞；8居民点；9海拔高程（米）；10脊椎动物化石；11人类化石；12软体动物化石；13旧石器地点；14新石器地点；15古城遗址；16—米浪沟湾地层剖面位置
37º59′，东经108º10′-108º58′之间。
它发源于陕西西北部白于山北麓吴旗县境内，向北穿越长城，流经陕西省定边县和靖边县，在靖边县宁条梁东南的新桥一带流出黄土丘陵区，进入鄂尔多斯高原东南洼地后蜿蜒北上，在二层河滩附近进入内蒙古自治区鄂托克前旗清水
沟湾一带，再沿东北方向流入乌审旗，经滴哨沟湾、杨树沟湾、东沟湾、范家沟湾、杨四沟湾、邵家沟湾、刘家沟湾、米浪沟湾、康家沟湾、大石砭古城沟湾和三岔河沟湾等河道，在不足60公里的直线距离内行程110多公里到达巴图湾，继续东流与内蒙古纳林河、海流兔河和陕西省黑河、芦河、榆林河等汇合成为无定河，然后向东南流经米脂和绥德等县，在清涧县注入黄河，全长大约400公里。
萨拉乌苏河在科学文献中一般指的是内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗南部巴图湾以上河段。
该河之南、东临黄土高原，北、西接毛乌素沙漠。
河流流经地区在大地构造上属鄂尔多斯台向斜陕北台凹之中部，基底为中生界下白垩系紫红色或灰绿色砂岩夹泥页岩。
地貌上横跨黄土高原和鄂尔多斯高原东南洼地，海拔从1800余米降至1200余米。
气候上属甘新温带干旱区与华北暖温带半湿润区之间的内蒙古东部半干旱区。
植被和土壤区划上相当于蒙新荒漠、半荒漠带与华北森林草原褐土带之间的干草原栗钙土和黑垆土地带。
因为萨拉乌苏河地区是处于半湿润森林草原与干旱荒漠草原之间的半干旱干草原过渡带位置，生态环境的最大特点是脆弱易变，风和流水以及生物化学作用强烈，广泛出现风成砂、黄土、土壤和河湖相沉积，在我国第四纪沉积的成因类型上被划为河湖相、风成砂与黄土交错分布的鄂尔多斯-黄土高原过渡区，也就是通常所说的沙漠－黄土边界带或农牧交错带的中部地区。
鄂尔多斯和黄土高原新近时期的构造抬升，河流相对下切。
在新桥以上的黄土丘陵区形成陡立的峡谷，谷宽数十至百余米，谷深几十米，河源区黄土高原最深达二百米以上。
在流出黄土丘陵区进入鄂尔多斯东南洼地之后，河谷宽展至200或300m，个别近1000m，谷深60～80m，流水面宽4～20余m，水深0.5～2m，出现由一系列由凹岸与凸岸基座阶地、离堆山、古河道和牛轭湖等组成的高原深切曲流（即当地人称的沟湾）。
沿岸第四纪地层广泛出露，尤以河湖相沉积及其埋藏的动物化石和古人类遗迹令人称奇。
四、萨拉乌苏河流域晚第四纪岩石地层、气候地层学框架—以该地米浪沟湾地层剖面研究结果为例
（一）米浪沟湾地层剖面概况
萨拉乌苏河流域晚第四纪地层广泛出露，以米浪沟湾地层剖面堆积的层序较多，称之为“典型地质记录”。
其中，晚第四纪主要沉积单元之间的时间界限、沉积环境及其演化阶段与
现今流行的北半球冰期间冰期波动框架模式的关系是尤其受到关注的焦点。
这一问题的解决
对于构建我国沙漠区域晚第四纪时间—环境事件年代表、进一步认识这一时期东亚季风演变机制将提供重要的科学依据。
米浪沟湾剖面位于萨拉乌苏河中游地区米浪沟湾村NE约500m的河流左岸（位置见图4），剖面顶部海拔1290m，108°33′5.4″E，37°45′47.2″N，堆积厚度约83m（图5）。
该剖面上更新统—全新统覆于以离石黄土和风成砂为主的离石组之上，自上而下依次为全新统大沟湾组和滴哨沟湾组、上更新统上部城川组、上更新统下部萨拉乌苏组（照片1）。
从现代流动沙丘顶部起算向下，该套层系堆积深度大致为0~56.16m，共计87个层序，含1层现代流动砂丘砂、36层风成的古流动砂丘砂、4层风成的古固定－半固定砂丘砂、37层河湖相和9层古土壤，几者呈相互迭覆。
若以古砂丘砂与之上覆的河湖相或/和古土壤构成的沉积旋回来计，则这一时段包括了39个沉积旋回（0MD和86LS分别属0.5个旋回）。
米浪沟湾剖面显示出26个年代标定点，其中，50D、60D、70FD的年龄均是近年新的测试结果。
迄今已对米浪沟湾剖面发现了16个含化石层位，其中含软体动物、脊椎动物和人类化石分别为11、7和1个层位（见图5）。
照片1萨拉乌苏河流域米浪沟湾地层剖面各组地层及其界线
（二）基于对MIS1-5年代认识所建立的上更新统—全新统的时间框架
为了建立起米浪沟湾剖面上更新统—全新统与MIS1-5年代对比关系，我们将其划分为MGS1....MGS6个层段；MGS5划分为MGS5a....MGS5e个亚层段。
诸层段沉积序列、深度、时间及其与MIS1....MIS5的对比见表1。
从米浪沟湾剖面年代地层框架不难看出，剖面上更新统—全新统无论是诸层段还是各个亚层段，几乎都存在风成砂丘砂与河湖相或/和古土壤互层现象，但相对而言，与MIS偶数和
表1米浪沟湾剖面上更新统—全新统诸层段分布深度、沉积序列、时间及其与MIS1—6的对比
层段与亚段
沉积序列
深度范围（m）
形成时间aB.P.
MIS1-6时间（aB.P.）
MGS1
0MD—19FL
0—8.76
0—11000
1
0—10000
MGS2
20D—30D
8.76—13.63
23000—11000
2
23000—10000
MGS3
31S—49FL
13.63—28.42
59000—23000
3
58930—23000
MGS4
50D—60D
28.42—36.95
75000—59000
4
73000—58930
MGS5
5a
61LS—66LS
36.95—40.10
86500—75000
5a
87000—73000
5b
67FD—71D
40.10—43.95
100500—86500
5b
95000—87000
5c
72FL—76S
43.95—46.67
111000—100500
5c
105000—95000
5d
77D—79D
46.67—47.72
114000—111000
5d
114000—105000
5e
80LS—84S
47.72—51.93
135000—114000
5e
132000—114000
MGS6
85D和86LS
51.93—56.16
15000—135000
6
190000—132000
MIS5b、MIS5d相当的那些阶段和亚阶段，古砂丘砂沉积显著，颗粒粗化；与MIS奇数和MIS5a、MIS5c、MIS5e相当的那些阶段和亚阶段，河湖相和古土壤较发育，颗粒亦相对较细。
这种看起来由沉积相指示的干湿变化是否在气候的冷暖变化性质上也记录了有如大陆冰川或深海氧同位素诸阶段的类似情形？
（三）SiO2、AL2O3和AL2O3/SiO2的分布
在分析的常量元素含量中，以SiO2含量最高，变化于39.10—90.50％，平均为77.32％，AL2O3次之，4.43—14.11％，平均为7.69％。
由于这两类氧化物对于说明气候有指示意义，故可以将其作为主化学元素对环境及其变化进行讨论。
首先，将该剖面上更新统—全新统SiO2、AL2O3、AL2O3/SiO2在不同沉积相和不同层段的分布范围和平均值分别列于表2和表3，其各个样点在不同层位、层段的分布见图1。
兹根据分析结果并结合表2、表3和图1就其分布特征及其变化阐述如下：
表2米浪沟湾剖面上更新统—全新统不同沉积相SiO2、AL2O3含量（％）分布与AL2O3/SiO2比值
沉积类型
样品数（个）
SiO2（％）
AL2O3（％）
AL2O3/SiO2
Min
Max
Av
Min
Max
Av
Min
Max
Av
砂丘砂
183
72.83
90.50
81.52
4.43
9.28
6.77
0.05
0.12
0.08
河流相
52
67.33
86.50
78.23
5.56
9.03
7.60
0.07
0.13
0.10
湖沼相
99
49.78
86.45
71.96
4.75
10.74
8.71
0.07
0.17
0.12
古土壤
41
39.10
86.84
70.32
7.21
14.11
9.49
0.08
0.36
0.14
注：
Min－最小值；Max－最大值；Av－平均值
可以看出，上更新统—全新统除了MGS6以外的凡是以砂丘砂沉积为主要特征的层段和MGS5之亚层段，差不多都具有高—较高的SiO2和低—较低的AL2O3含量与AL2O3/SiO2比值，反之，凡是以河湖相和古土壤为主要特征的层段和MGS5之亚层段，差不多都具有低—较低的SiO2和相对较高的AL2O3含量与AL2O3/SiO2比值（表3）。
这种情形就使得SiO2—AL2O3曲线在诸层段与MGS5之各个亚层段的分布特征上呈现出互为消长的态势（见图5）：
在MGS1、MGS3、MGS5扩张（SiO2和AL2O3分别向低高极值方向移动），在MGS2、MGS4收缩（SiO2和AL2O3分别向高低极值方向移动）；在MGS5a、MGS5c、MGS5e扩张，在MGS5b、MGS5d收缩。
AL2O3/SiO2与这种变化表现出亦步亦趋的走势。
至于MGS6，虽
表3米浪沟湾剖面上更新统—全新统各个层段、亚段SiO2、AL2O3含量（％）与AL2O3/SiO2比值
层段
及亚层
样品数
（个）
SiO2（％）
AL2O3（％）
AL2O3/SiO2
Min
Max
Av
Min
Max
Av
Min
Max
Av
MGS1
59
39.10
90.08
78.35
4.43
14.11
7.33
0.052
0.361
0.099
MGS2
42
56.91
89.91
79.00
4.73
9.37
6.89
0.055
0.159
0.089
MGS3
101
57.70
90.35
77.23
4.86
10.86
7.41
0.057
0.188
0.098
MGS4
44
66.25
90.50
81.32
5.18
10.74
7.11
0.062
0.162
0.089
MGS5
105
49.78
88.58
74.68
4.75
12.68
8.58
0.067
0.218
0.117
MGS5a
26
49.78
81.19
73.77
4.75
9.96
8.27
0.091
0.147
0.113
MGS5b
20
72.55
88.58
81.99
5.56
8.84
6.98
0.067
0.115
0.085
MGS5c
16
58.23
84.77
73.14
5.65
12.68
9.32
0.068
0.218
0.132
MGS5d
10
67.56
84.59
75.02
7.90
10.05
8.88
0.100
0.149
0.119
MGS5e
33
60.68
82.21
71.62
7.82
11.48
9.35
0.099
0.189
0.132
MGS6
24
66.37
84.38
76.39
7.43
8.89
8.27
0.098
0.128
0.108
注：
Min－最小值；Max－最大值；Av－平均值
然SiO2、AL2O3和AL2O3/SiO2在其平均值与全平均值和砂丘砂平均值的比较上有如MGS1、MGS3、MGS5的情形，但在SiO2、AL2O3的曲线上与其后的MGS5相比却明显具有收缩的变化特征，AL2O3/SiO2相应表现为一相对的低谷。
（四）生物化石指示的古生态
萨拉乌苏河流域晚第四纪地层中富含脊椎动物、软体动物和孢粉化石。
其中，一些标志性生物化石指示的古生态可为米浪沟湾剖面主化学元素揭示的气候阶段提供直接的证据。
（1）22D、70FD、85FD中的安氏鸵鸟（Stuthioanderssoni）蛋碎片化石，代表了当时干冷的荒漠，这3个层位不仅在SiO2—AL2O3曲线上呈明显的收缩，且又恰分属于MGS2、MGS5b和MGS6。
（2）1S-LS、3LS、13LS、33LS、35LS、39LS、64LS、66LS、75LS都含有指示温暖气候的标志性软体动物化石。
这9个层位不仅在SiO2—AL2O3曲线上呈明显的扩张，且又恰属于MGS1、或者MGS3、或者MGS5层段。
据对软体动物化石最新的鉴定结果，凸旋螺Gyraulusconvexiusculus（Hutton）可见于MGS1中之1LS、13LS，MGS3中之33LS、39LS，MGS5a中之64LS、66LS，MGS5c中之75LS；岩间恰里螺Kaliellarupicola（Moellendorff）可见于MGS3中之33LS；似线旋螺Gryaulusfilaris（Gredler）可见于MGS5a中之64LS。
这几种化石的现生种，广泛分布于我国长江流域及其以南的热带亚热带极温暖的水域。
特别是Gyraulusconvexiusculus（Hutton），不仅在我国两广地区广为分布，向南还可达东南亚和南亚各国。
另外，还有一种陆生蜗牛化石—赤琥珀螺Succineaerythrophana（Ancey），可见于MGS1中之3LS、MGS3中之35LS、39LS，MGS5c中之75LS。
这种化石的现生种虽然南北方皆有广泛分布，但也是极喜温暖潮湿环境的软体动物。
（3）从对滴哨沟湾剖面某些层位的孢粉分析结果似乎也说明有如上述的情形。
而最明显的例证则是不同学者在该剖面与MGS1、MGS3和MGS5相当的湖相层位中都发现有具有温暖气候指示意义的花粉，如大沟湾组底部之胡桃属（Juglans）、城川组中部和萨拉乌苏组中上部之山毛榉（Fagus）。
特别是在城川组中部的湖沼相，在总量为186粒的孢粉分析结果中，Fagus花粉就占1/10。
有趣的是，就是在这个层位同样含有软体动物化石Gyraulusconvexiusculus（Hutton）且大量分布。
与之伴生的还有大量的喜于温暖水域的属镌螺科Hydrobiidae的槲豆螺Bithyniamisella（Gredler）化石。
另外，一些学者也曾在该剖面与MGS5相当的萨拉乌苏组湖相层位中发现具有指示温暖气候的花粉化石，如山毛榉（Beech）、枫杨属（Pterocarya）、化香属（Platycarya）等。
然而，在滴哨沟湾剖面城川组之上下部以及米浪沟湾剖面MGS2、MGS4、MGS6中的砂丘砂，可能是由于当时气候干旱和风蚀等原因，几乎都不含孢粉。
从以上列举的古生物化石证据，也不难理解为什么王氏水牛（BubalusWansjocki）、诺氏象（Palaeoloxodonnaumanni）这类喜温暖的动物化石会在该地萨拉乌苏组河湖相中发现，而适应于干燥寒冷的诺氏鸵（Camelusknoblocki）、安氏鸵鸟（Stuthioanderssoni）和啮齿类等动物化石却较多地出现于晚第四纪砂丘砂中，看来这种现象并非是偶然的。
四、萨拉乌苏河流域地质与古生物现象
（一）地质现象多样、古生物典型、沉积构造突出
萨拉乌苏地质现象多样，地层古生物典型。
地层沉积方面，有层理明显的风成沙丘砂，有代表暖湿气候期的棕褐色土，有河湖相沉积以及出现在湖沼相层位的冻融褶皱，沙土楔等；古生物方面，有曾经生活在湖相地层中的腹足类动物化石，有华北地区广泛存在的“萨拉乌苏动物群”脊椎动物化石；在新构造运动方面，有全新世新近时代形成的多达6级的阶地。
2.1风成沙丘砂
2.1.1沙丘砂层理
根据野外观察，萨拉乌苏沙丘砂层理清晰,现代风成沙丘砂（照片2a杨四沟湾路边）和古流动沙丘砂（图照片2b范家沟湾剖面）层中多见板状斜层理、水平层理及其复合而成的板状交错层理。
流动沙丘砂中斜层理主要分为高角度与低角度板状斜层理两种类型，部分达到沙丘休止角（33º），表明它们很可能是北或西北风影响下的风成沙丘背风坡前积层沉积。
照片2萨拉乌苏河流域风成沙丘砂层理
沙丘砂水平－近水平层理多发育在斜层理之上，常以顶积纹层出现，其倾角一般变化于0º～5º之间，有的略高，但不超过10º。
板状交错层理即由斜层理及其与水平－近水平层理复合而成的层理构造。
无论斜层理、水平－近水平层理还是由几者复合而成的板状交错层理，除了纹层倾角和组合形式上的差别外，它们都具有以下共同特征：
（1）纹层间排列紧凑，呈水平－近水平或单斜平板状；
（2）纹层薄，厚度多在0.5~8mm之间，纹层面平直且相互平行或接近平行；（3）同一纹层内颗粒分选非常均匀，同一层组垂直方向上颗粒粗细变化也不大。
2.1.2石英砂表面结果特征
对米浪沟湾剖面的石英砂进行扫描电镜分析显示,其石英颗粒表面常见以下结构特
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