本节由夏正楷执笔。夏正楷，北京大学城市与环境学院。
自 1924年巴尔博 (G. B. Barbour)将盆地东端泥河湾村附近的灰绿色河湖相地层命名为 “泥河湾层”以来，地质学家、地理学家围绕泥河湾层的划分与对比做了大量的工作，提出众多的地层划分方案。但由于泥河湾层相变十分复杂，再加上区内构造活动相当活跃，给地层的划分与对比带来极大的困难，因此，至今为止尚未建立一个为大家所公认的地层划分方案。
一、泥河湾层的建立
1924年，法国传教士桑志华 (E. Lieent)与德日进 (Teilhard de chardin)对河北阳原盆地泥河湾村附近发现的动物化石极为关注，通过当地教堂，他们收购了大量的哺乳动物化石 (俗称龙骨)，并送往设在天津的北疆博物馆 (Musee Hoang Ho paiho，Tiensin)进行地层学与古生物学方面的研究，并将部分化石携至法国做进一步的工作。
1924年，桑志华等又在泥河湾村附近的桑干河岸边，位于红黏土层之上黄土层之下的泥灰岩中发现有厚蚌壳 (Lamprotula)化石。经美国古生物学家达路 (Daloo)研究，认为它们不是现代的种属，推测产出这些化石的地层应属早更新世。1924 ～ 1925年，巴尔博 (G. B. Barbour)、桑志华、德日进等人又先后在该层位采集到丰富的厚蚌壳和哺乳动物化石。据此，巴尔博将这套泥灰岩定名为 “泥河湾层”，并认为其年代属上新世后期或更新世早期，与欧洲的维拉弗朗期 (Villafranchian)相当 (G. B. Barbour，1924，1925)。
1929年，德日进和皮俘托 (Piveteau)发表《泥河湾哺乳动物化石》 一书，列出泥河湾动物群的化石名单，这一名单一直沿用至今 (Chardin，1930)。
1933年，杨钟健提出，桑干河流域由淡水灰泥、细砂及黏土组成的泥河湾堆积，为一套真正的湖相堆积，无论就地层而言或就化石性质而言，其应归于上新统的最上部，亦即第四纪之最下部。若以马修 (Mathew)提出的以 “马之初现”作为第三纪与第四纪的分界标准，则把泥河湾层划归第四纪更为稳妥 (杨钟健，1933)。
1948年第十八届国际地质大会建议把欧洲的维拉弗朗层 (Villafranchian)作为更新世的下界，并认为中国的 “泥河湾层”与维拉弗朗层相当，可作为中国更新世的下界，这个意见被我国地学界所接受。从此，“泥河湾层”作为我国北方早更新世的标准地层而驰名中外。
二、泥河湾层时代的重新厘定
泥河湾层作为我国北方早更新世 “标准剖面”的地位，在近十几年来受到了明显的挑战。从已故王乃A先生提出了泥河湾层上部可能包括中更新统地层的看法 (王乃A，1958)以来，有关生物化石、古地磁测量和年龄测定等方面的大量资料表明，泥河湾层不仅仅包括早更新世，而且还包括上新世晚期、中更新世和晚更新世。
(一)生物化石
泥河湾层的哺乳动物十分丰富。著名的泥河湾动物群主要发现于盆地东端的泥河湾村和下沙沟附近，它的主要成员与维拉弗朗动物群相仿，被认为是早更新世的典型动物群(Chardin，1930)。
近 20年来，除了原有的泥河湾动物群继续得到补充之外，在泥河湾层中又相继发现了东窑子头动物群 (汤英俊等，1983)、辛窑头动物群 (刘锡清，1983)、小长梁动物群(尤玉柱等，1980)、许家窑动物群 (卫奇，1976)等几个重要的哺乳动物群，它们分别生活于从上新世晚期到晚更新世的不同时期，这些动物群的发现表明，泥河湾层是一个穿时地层单位。
在蔚县盆地壶流河东岸东窑子头村的泥河湾层下部发现拟布氏田鼠 (Microtus brand-tioides Young，1934 )、 泥河湾 东 方 鼠 (Orientalomys nihowanicus sp. now )和 小 拉 氏 兔(Ochotona layrelii minor Bohlin，1942)等小哺乳动物化石。经研究和对比认为: 泥河湾层下部所含这些 “泥河湾动物群”的新成员，属上新世晚期 (郑绍华，1981)，这不仅增加了泥河湾动物群的古老色彩，而且也为同一时期欧洲动物群和亚洲动物群之间的对比提供了有力的证据 (表2-2)。
表2-2 泥河湾层中发现的哺乳动物化石群
(二)古地磁测量
迄今为止，不同学者已经分别在泥河湾层中进行过 4 次系统的古地磁测量 (程国良，1978; 李华梅，1983; 袁宝印，1996; 陈茅南，1981)，尽管大家在细节上有一些差别，但在总体时间框架上比较一致: 泥河湾层的下界低于 M/Ga 界线，相当于凯纳事件底部，其上界位于布容正极性世之内。整个剖面包括高斯正极性世的一部分，松山负极性世和布容正极性世的一部分。这一结论再一次证明泥河湾层是一个穿时地层单位，它包括上新世晚期、早更新世、中更新世和晚更新世。
近年来，朱日祥、邓成龙等对红崖、花豹沟等 9 个剖面进行了新的磁性地层测定和研究，结果显示除红崖剖面泥河湾组的底部接近 Gauss-Matuyama 地磁极性倒转界线外，郝家台-大田洼一带，泥河湾组出露只达到 Olduvai 亚时的底部 (表2-3)。
表2-3 泥河湾层古地磁测量结果一览表
(三)测年数据
近年来，泥河湾层研究中取得了一些新的测年数据，其中郝家台湖积地层顶部叠层石的测年数据 (U 系法)为距今 32 万年左右 (夏正楷，1993); 虎头梁湖积地层顶部两层叠层石的年龄据 ESR 和 U 系法测年分别为距今 13 万和 9 万年左右 (夏正楷，1993); 西目连湖积地层顶部叠层石的年龄据 U 系法测年为距今 22 万年左右 (闵隆瑞，1998); 许家窑湖积地层顶部哺乳动物化石的 U 系法测年数据为距今 10 万年左右 (陈铁梅，1982);盆地南部大田洼湖积地层顶部水菱镁矿的14C年龄为距今 2. 6 万年 (严润娥，1993)等。这些数据表明，泥河湾层的时代可以延续到中—晚更新世 (表2-4)。
表2-4 泥河湾盆地部分测年数据
三、地层划分与对比
以上材料表明，泥河湾层不仅包括有更新世早期的沉积，而且也包括有更新世中期和晚期的沉积，甚至还包括有上新世晚期的沉积。但由于泥河湾层厚度大，相变明显，断层发育，给地层的划分与对比带来许多困难，在长期的研究过程中，学者们从不同的研究领域出发，对地层的归属和划分对比提出了许多看法，归纳起来大致有 4 种意见:
1. 泥河湾层属早更新世
在泥河湾盆地研究的早期，人们的划分方案都把泥河湾层划归早更新世。如巴尔博把黄土之下，红土之上的河湖相地层统称泥河湾层，并据岩性特征把泥河湾层划分为上、中、下 3 个带: 下带称砾和砂带，中带称砂和黏土带，上带称白色泥灰岩带，相当于欧洲的维拉弗朗期 (Barbour，1927)。德日进把泥河湾层分为下维拉弗朗组和上维拉弗朗组(德日进，1924)。袁复礼认为泥河湾层属早更新世，并划分为上下两部分，其下部为砂砾石层夹黏土，含蚌鳃类化石; 上部为浅红、浅绿和灰白色砂层、黏土层和泥灰岩层。进而在分析了河北省蔚县全境泥河湾湖相沉积的层次和韵律的基础上，他认为泥河湾层自下而上可以划分为 5 个亚层，第一个亚层代表湖水面尚未形成的初期，属残坡积; 第二亚层为湖水初到的猛涨壅水期; 第三亚层为湖水宁静期，沉积了细纹理互层; 第四亚层代表湖中心的胶泥沉积期; 第五亚层代表水面缩小、钙质加浓期，沉积了石膏及薄层石灰岩，并为丽蚌生活造成有利条件。
根据软体动物化石，黄宝玉将泥河湾盆地的泥河湾层划归早更新世，并划分为上中下3 段，其中下段软体动物化石丰富，瓣鳃类以 Lammprotula-Cuneopsis 组合为主，腹足类为Stenothyra-Parafossarulus; 中 段 以 Corbicula-Pisidium 为 主，腹足 类有 Radix grabaui-Gyraulus sibircus 组合; 上段瓣鳃类不多，腹足类丰富，以 Parafossarulus Striatulus-Radixteilhardii 组合为主 (黄宝玉，1981)。
王克钧、赵根模等把泥河湾层改称泥河湾组，仍属早更新世，并按岩性特征把泥河湾组划分为 4 段: 底部为灰黄色砾岩与砾状砂岩互层，含瓣鳃类化石; 下部为灰黄、棕黄色砂岩、砾状砂岩和亚黏土互层; 中部为灰绿、灰黄色黏土、亚黏土和泥灰岩; 上部为灰黄、黄绿、淡红色细砂、含砾细砂夹亚黏土 (王克钧，1964)。
中国科学院泥河湾新生代地层小组 1974年根据岩性特征和脊椎动物化石，把泥河湾层分为上下两层，下部为灰白、灰绿色细粒沉积，含鱼类化石; 上部为灰黄色粗粒沉积，含哺乳动物化石，其间存在有不整合面 (泥河湾新生代地层小组，1974)。黄万波、汤英俊根据岩性和哺乳动物化石，确认泥河湾组属早更新世，并划分为上、下两段 (黄万波等，1974)。
任振纪根据蔚县钻井剖面和红崖剖面的岩性特征，把泥河湾层划分为两个岩性段，并依据孢粉组合，认为泥河湾层属早更新世 (任振纪，1982)。
林永洲根据岩性和哺乳动物化石，把泥河湾层 (组)划分为上、下两段，其中下段还分为上下两部分，均属于早更新世 (林永洲，1984)。
刘金陵根据对虎头梁剖面下部含多刺鱼层的孢粉分析，认为划归早更新世比较合适(刘金陵，1980)。
2. 泥河湾层包括早更新世和中更新世
随着泥河湾研究的深入，人们开始注意泥河湾层中可能包括有中更新世地层。杨景春根据大同盆地中湖泊沉积与红色土的关系，提出泥河湾湖相沉积的时代，其下部属早更新世，上部属中更新世 (杨景春，1961)。
黄宝仁根据泥河湾盆地和怀来盆地介形虫化石的研究，认为泥河湾层下部以含Ilyocypris和 Leucocythere 为主，属早更新世; 其上部层位二分，下段以 Limnocyihere dubiosaDaday 和 L. sancti-patricii Brady 和 L. binada Huang 为主，上段以出现较多 Candoona-Ilyo-cypris-Cyprinotus 为特征，均属中更新世，称虎头梁组 (黄宝仁，1980)。
根据地层之间的接触关系、岩性特征、气候变化和脊椎动物化石等方面的证据，吴子荣、袁宝印、孙建中等将泥河湾层划分为 3 个岩性段，其中第一岩性段属早更新世早期;第二岩性段为早更新世晚期; 第三岩性段属中更新世 (吴子荣等，1980)。
周廷儒根据地层之间的接触关系、岩性特征、气候变化和水化学等方面的证据，提出把出露的泥河湾层的下段划入早更新世中、晚期，上段划入中更新世 (周廷儒，1991)。
3. 泥河湾层包括早、中、晚更新世
对于泥河湾层是否可能延续到晚更新世，一直是大家关心的问题。卫奇根据新发现的一系列哺乳动物化石和石器，尤其是许家窑文化遗址的发掘材料，对泥河湾层的归属提出质疑，认为泥河湾层不仅包括早、中更新世，而且还包括有晚更新世的地层，并建议采用“许家窑组”的命名 (卫奇，1978)。
刘锡清、夏正楷总结了前人的研究成果，明确提出泥河湾层包括早更新世、中更新世和晚更新世地层，其中早更新世还可以分为上中下 3 部分 (刘锡清等，1983)。
根据虎头梁剖面中叠层石的发现及其测年数据，夏正楷证实泥河湾层上部确实存在晚更新世地层 (夏正楷，1993)。
陈茅南进一步提出泥河湾层应是一个 (群)的单位，它包括早更新世、中更新世和晚更新世，并分别命名为泥河湾组、小渡口组和许家窑组 (陈茅南，1988)。
4. 泥河湾层包括上新世晚期
泥河湾层的下界一直被认为是我国第四纪的下限。根据阳原盆地和大同盆地钻井提供的岩性、岩相、电性、生物化石组合和地层间的接触关系，韩云生把井下泥河湾层划分为上新统南榆林组和下更新统泥河湾组 (韩云生，1983)。由于缺乏测年数据和哺乳动物化石方面的可靠证据，目前赞同这一划分意见的人不多。
后来，汤英俊分析了泥河湾层底部发现的东窑子头动物群的性质，认为这一动物群属上新世—更新世之间的过渡动物群，有可能放入上新世顶部 (汤英俊，1983)。
卫奇根据桑干河盆地和怀来盆地的材料，提出泥河湾层包括有上新世的河湖相沉积(相当于红土层)、早更新世泥河湾组和晚更新世许家窑组 (卫奇，1996)。
杨子庚也认为泥河湾层应是一个 (群)的单位，并认为泥河湾群的下部属于上新世，称东窑子头组，泥河湾群的中部称泥河湾组，分上中下 3 部分，其中下部属上新世晚期，中部和上部属早更新世; 泥河湾群的上部称小渡口组，属中更新世，泥河湾群顶部称许家窑组，属晚更新世 (杨子庚，1996)。夏正楷根据野外剖面观测，提出泥河湾层底部具有上新世—更新世的过渡性质，以划归上新世比较合适，并建议命名为南沟组 (夏正楷，1993，1996)。
袁宝印通过对泥河湾层的古地磁测量，认为泥河湾层始于 3. 40 Ma，结束于 0. 13 Ma。并根据古气候分析，把泥河湾层划为 3 段，分别命名泥河湾组 1 段、泥河湾组 2 段和泥河湾组 3 段。其中 1 段对应于红黏土层，属上新世; 2 段和 3 段分别对应于午城黄土和离石黄土，属早更新世和中更新世 (袁宝印，1996)(表2-5)。
综合前人所提出的各种方案，并根据生物化石、古地磁测量和年龄测定等方面的新资料，我们拟提出以下的划分意见 (图2-10):
1. 泥河湾层底部 (南沟组)
传统的泥河湾层下界划在灰绿色河湖相地层和三趾马红土的界线上。20 世纪 70年代，在传统的泥河湾层底部发现了一套棕褐色由冲洪积相砾石层、粉砂层和泥炭组成的混杂堆积层，俗称栗色层，厚 15 m 左右。这套沉积在黏土矿物成分、主要化学组分和所含动物化石等方面都具有明显的过渡性 (夏正楷，1993)。根据本层与下伏上新世红土之间为侵蚀接触，其上又被含有泥河湾动物群的灰绿色河湖相地层所超覆，其中发现的动植物化石，含有较多的上新世古老种属，如轭齿象、三趾马和比泥河湾动物群成员要古老一些的种属，如变异猞猁、付骆驼、蔚县旋角羚羊等，推断其时代应属上新世晚期 (汤英俊，1980; 李毅，1984; 夏正楷，1993)。古地磁测定也表明本层位于凯纳事件底部之上，松山-高斯界限之下，距今约 3. 01 ～2. 48 Ma B. P. (程国良，1978)。该层在壶流河两岸，如红崖扬水站剖面、南沟剖面、北水泉铺路剖面有广泛出露，其中以红崖南沟剖面出露最为完整，故建议定名为南沟组，相当于上新世末—早更新世初的过渡时期 (王乃A等，1996)。沿河谷向南，在东窑头一带，泥河湾层下部为一套巨厚的河流砾石层，其中发现有东窑头动物群，汤英俊认为这一动物群具有明显的过渡性，在时代上属上新世末—早更新世初，与南沟组应属同一时代 (汤英俊，1980; 李毅，1984)。
表2-5 不同作者有关泥河湾层划分方案的对比
有的学者认为泥河湾层的下限应划在南沟组的顶面，年代为 2. 43 Ma B. P. (周昆叔，1983)，与第四纪下限一致。有的学者则认为泥河湾层的下限应划在南沟组的底面，年代3. 01 Ma B. P. ，把南沟组划入泥河湾层，这样泥河湾层的时代可以上溯到上新世晚期(夏正楷，1993; 袁宝印，1996)。对此目前尚未定论。
2. 泥河湾层下部 (泥河湾组)
本层以灰绿色粉沙质黏土和黏土质粉砂为主，夹黄绿色细砂和砾石层，属河湖相沉积，厚 50 ～60 m，有人称之为 “绿泥河湾层”，广泛出露阳原盆地的东南部和壶流河两岸，其中以红崖扬水站剖面下部 (第 3 岩性段)和郝家台剖面下部 (第 2 岩性段)最具代表性。
根据本层含著名的泥河湾动物群，近年又发现了辛窑子动物群，它们在组成上与欧洲的维拉弗朗动物群相近，属更新世早期的代表性动物群 (邱占祥，2000); 李华梅等人在红崖、郝家台等地，确定本层位于松山负极性时，并发现了奥杜威极性事件等 (李华梅，1982; 袁宝印，1996)。我们认为泥河湾层下部应属更新世早期。由于泥河湾层作为我国更新世早期的标准地层早已闻名于世，因此，尽管在原命名地点———泥河湾村附近该地层出露不全，但我们仍建议把泥河湾层下部定名为泥河湾组，以保持地层命名的连续性。
图2-10 泥河湾盆地主要代表性第四系地层剖面的划分与对比
3. 泥河湾层中部 (郝家台组)
本层以棕黄色黏土质粉砂为主，夹灰绿色粉砂质黏土、黄绿色细砂和砾石层，属河湖相沉积，有人称之为黄泥河湾层，厚 40 ～50 m。广泛出露于整个泥河湾盆地，其中以红崖扬水站剖面中部 (第 4 岩性段)和郝家台剖面上部 (第 3 岩性段)最具代表性。
根据本层中含有我国北方更新世中期动物群的重要分子，如桑干大角鹿、肿骨鹿、梅氏犀、丁氏鼢鼠、拟布氏田鼠等 (卫奇，1997); 大同西坪一带本层中所夹火山熔岩及其下伏烘烤层的热释光年龄数据在0. 38 ～0. 34 Ma B. P. 之间 (裴静娴，1981); 阳原盆地的大黑沟一带，本层与红色土水平相变 (袁宝印，1979); 在石匣里后沟和大田洼，本层又与上覆红色土逐渐过渡; 李华梅等人在红崖、郝家台、虎头梁等地，在本层位中发现了哈拉米洛极性事件和布容正极性时 (李华梅，1984; 袁宝印，1996)等，我们认为泥河湾层中部应属更新世中期。由于泥河湾层中部在郝家台剖面上部出露最为完整，故建议把泥河湾层中部定名为郝家台组。
4. 泥河湾层上部 (虎头梁组)
本层以棕黄色黏土质粉砂、细砂和砾石层互层为特征，属河湖相沉积，厚 40 ～50 m。主要出露于泥河湾盆地中心地区，其中以虎头梁剖面上部最具代表性。
根据本层中含有我国北方更新世晚期动物群的重要分子，如赤鹿、原始牛、河套大角鹿、野驴和方氏鼢鼠等 (卫奇，1997); 阳原许家窑出土的哺乳动物骨骼的铀系法测年数据为8. 8 ～11. 41 Ma B. P. (陈铁梅等，1982); 虎头梁剖面两层叠层石的 ESR年龄分别为123 000 a B. P. 和 93 000 a B. P. ，铀系法年龄为 132 000 a B. P. 和 94 000 a B. P. (夏正楷，1993); 大同盆地许堡水菱镁矿的14C年龄为 25 850 ± 300 a B. P. (严润娥，1987)，阳原盆地大田洼本层中所夹碳酸钙沉积的14C年龄为 27 700 ± 550 a B. P. ，虎头梁剖面上部钙结核的14C年龄为 27 676 ± 745 a B. P. (周廷儒，1991)，所夹泥炭层的14C年龄为40 000 a B. P. (周廷儒，1991); 大同西坪一带本层中所夹火山熔岩及其烘烤层的热释光年龄数据在0. 148 ～0. 34 Ma B. P. 之间 (裴静娴，1981)等，我们认为泥河湾层上部应属更新世晚期。由于泥河湾层上部在虎头梁剖面出露最为完整，故建议把泥河湾层上部定名为虎头梁组。