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早第三纪包括古新世、始新世和渐新世（见新生代）。古新世，古老的意思。这一时期持续了1000多万年，其最大特点是动物群中“古老”种类或“土著”类型占很大优势，与其后的动物群有着明显的区别。始新世持续了约1800万年，它表示了近代的黎明或启蒙时期。如果说古新世是哺乳动物的征服时代，那么始新世是哺乳动物的巩固时代。渐新世，这一时期的特点是生物界开始具有更近代化的面貌，是向现代转换的过渡时期。它持续了约1300万年。
1933年，英国科学家莱伊尔·C.，在研究法国巴黎盆地第三纪软体动物化石时，他发现地层愈新，其中含有的软体动物与现代种属相同的种类愈多。他根据地层中含有现代种属的百分比，将第三纪划分为始新世（1～5%）、中新世（20～40%）和上新世（50～90%）。由于各个地区的地层中所含生物相异，因此在对比上存在很大的困难。1854年，E.贝利希在德国发现早于中新世的沉积物，从而提出渐新世一名。1853年，M.赫奈斯依生物群和沉积物的相似性，将中新世和上新世合称晚第三纪；而1866年，K.F.瑙曼则把渐新世和始新世（当时包括了古新世）合称早第三纪。1874年，W.P夏姆珀根据巴黎盆地发现的植物化石，他认为含有这些化石的层位早于始新世，提出古新世以示区别。
早第三纪在地史上经历的时间相对较短，但在这段时间形成的沉积物与中生代有明显的不同。下第三系含有丰富的各种生物类群的化石。这些化石为下第三系的划分、对比以及标准层序和层型剖面的建立起著关键性的作用。世界上不少地区在早第三纪形成了界线较为分明的海相和海陆过渡相的地层，如西欧下第三系标准层序划分为11个阶。在北美中西部、亚洲中部等地区也形成了以河湖相为主的陆相沉积，尤以美国落基山脉的盆地分布区最为典型。
下第三系除以岩石地层、古地磁和同位素测定为依据外，主要采用古生物组合（或动物群）、层序和层型剖面等对比方法来划分。由于各门类生物进化速率不同，各地沉积并非同时，因此地层的划分常与上述研究提供的论证不相吻合，以致对比和界线常引起争议。如海相地层中的达宁阶（丹麦）和阿基坦阶（法国）的时代归属就有不同认识。有人认为达宁阶的棘皮动物（Echioids）等具有晚白垩世的特征，但是据克里米亚、高加索和里海周围地区以及丹麦、瑞典南部浮游有孔虫和棘皮动物化石的研究，它们与古新世类型有密切关系。因此较多的学者认为，中生界与新生界分界应置于马斯特里赫阶与达宁阶之间。但仍有一些学者认为，中生界与新生界界线应划在达宁阶与蒙蒂阶之间。阿基坦阶的归属问题，古生物学家从软体动物和哺乳动物研究认为，它的生物群与下部斯坦普阶的化石有著明显的继承关系，而与晚第三纪相比有一定的差异，他们主张阿基坦阶定为渐新世的顶界。但是阿基坦阶的海相微体化石与早中新世的波尔多阶的较近，它又代表了欧洲一次大的海侵时期，因此它作为新第三纪的底界是适当的。不少学者主张下第三系与上第三系分界应置于恰特阶与阿基坦阶间。相比之下，陆相下第三系的划分标准较为一致，一般与美国经典地区的层序为准。下第三系底界为贝尔卡阶之底，它标志了恐龙的消失，哺乳动物有胎盘类开始兴起；上界为维特奈阶之顶，它标志了哺乳动物群开始现代化的特点。
中国下第三系发育齐全。在全国数百个盆地中，广布了很有特色的陆相地层。世界上古新统的发现为数不多，主要以美国居多。亚洲在20世纪初仅在蒙古发现了一个地点。1960年以来，中国在8个省和自治区陆续发现了不少重要的古新统地点。中国陆相古新统以下部的上湖组和上部的池江组为代表。古新统已发现的动物化石几百种，其中含有脊椎动物100多种。始新统在中国有良好的发育，如内蒙古地区的典型层序阿尔丁曼阶和锡拉木仑阶已获国际上公认。渐新统的系统研究起步较晚，在内蒙古、宁夏、新疆、广西、云南等地已有较多的发现，这为健全渐新统的层序提供了良好的基础。中国陆相下第三系的下界大致相当含阶齿兽（Bemalambda）动物群的上湖组和望虎墩组之底；上界可能相当含副巨犀（Paraceratherium）－塔塔鼠（Tataromys）动物群的层位，如内蒙古伊克布拉格组之顶。
中国海相下第三系见于喜马拉雅山区、塔里木西缘和东海陆架——台湾岛。喜马拉雅山区有特提斯型古新统和始新统，古新统包括宗浦组下部，下、中始新统包括宗浦组上部和遮普惹组，它们含大有孔虫、介形虫和软体动物化石。塔里木西缘下第三系主要是喀什群，包括古新统、始新统，另外，渐新统包含于乌恰群底部，它们含有孔虫和软体动物等化石，属于中亚副特提斯海区。台湾北港地区钻孔中发现古新统云林组，有钙质超微化石，西部山麓带和中央山脉带有始新世毕禄山组、十八重溪组、达见组，晚始新世—早渐新世西村组，早渐新世四棱组、中、晚渐新世水长流组、花港组和五指山组，它们主要以有孔虫、钙质超微化石和软体动物化石为时代依据。东海陆架下第三系发育良好，其中古新世灵峰组、始新世瓯江组有孔虫、钙质超微化石序列完整，为西太平洋地区最完善的海相地层序列。
此外，为了使典型层序逐步完善和具有一定的代表性，仍需加强界线和全球性事件的研究。早第三纪地层对比简表，其中有些地层单元的对比关系尚不够了解，如海相与陆相有关层位的对比等，这在阐明区域或国际间有关层位相互关系带来一定的困难。
随著白垩纪结束，气候显著的变化给植物生命带来了转机，在景观上增加了多样性。被子植物在早白垩世时出现，到早第三纪极度繁盛。以前由古代羊齿和各种松柏组成的植被逐渐为被子植物所替代。这时的被子植物基本上是乔木，无论从新科、新属，还是从个体数量较之中生代有很大增加，整个植物群面貌有了较大的改观。热带、亚热带植物如棕榈等远远深入到北极地区。显花植物和草类的发展给动物界（如昆虫、脊椎动物）的繁荣，创造了必要的条件。
大陆漂移、气候的分带和气温变化，对生命的进化、发展和生态环境产生深远的影响。动物界有海生、陆生和适应半咸水的种类。其中以脊椎动物的变化最为突出。中生代晚期分布广泛的海生爬行动物，如蛇颈龙类、海生蜥蜴类等，在早第三纪被小型鲸类、海狮等海生哺乳类替代。在陆上，中生代占统治地位的恐龙基本消失；而中生代不占突出地位的哺乳动物得到了迅速繁衍，它们占有爬行动物以往的各种生态领域。各大陆和岛屿上充满了各种接近现代面貌的鸟类。从中生代爬行动物占优势过渡到早第三纪哺乳动物的繁盛，这是地球上生命历史变革中的一件大事。关于恐龙为什么大量毁灭仍是一个谜。有的科学家认为是一颗彗星或其他星体陨落在地球上，导致气候骤变或者引起大量酸雨的降落，造成群体动物——恐龙的灭绝。另一些科学家认为是火山喷发、气候变化导致植物界骤变，引起物种的灭绝。[1]
早第三纪是哺乳动物历史上一个很重要繁衍和进化时期。在晚白垩世时，哺乳动物共有10多个科，但古新世时却增加到40多个科。这些哺乳动物除白垩纪已有的多瘤齿兽目、食虫目、目和踝节目外，更重要的是各种古老和土著类型的有胎盘类大量发展和分化。它们绝大部分与现代哺乳动物各目都没有直接的系统关系；有许多种类是离奇的或特化的。始新世的哺乳动物科一级的总数比古新世约增加80%；奇蹄目和偶蹄目两大现代目是动物群中的重要角色。此外，啮形动物、食肉目也有了较大的发展和繁衍。渐新世哺乳动物群具有更近代化的面貌。它显示了过渡的特点，一方面是“古老”或“土著”类群的大量衰退、绝灭；另外是近代类群的兴起和开始发展。其他脊椎动物如软骨鱼类、硬骨鱼类、鳄、龟鳖类和蜥蜴类在早第三纪也是常见的化石；鸟类化石也时有发现。至于无脊椎动物，其中双壳类如牡蛎、蚶、海扇和珠蚌异常繁盛；腹足类属种繁多，分布广泛；介形类主要有浪花介、土菱子介、金星介和达尔文介等。叶肢介属种单调，主要是雕饰叶肢介、狭叶肢介等，已处于衰落时期；有孔虫和棘皮动物在世界上分布很广，大有孔虫主要有圆盘虫类、货币虫（Nummulites）类等。由于古地中海区海相早第三系中广布大型原生动物货币虫，故在欧洲常称早第三纪为货币虫纪。而昆虫化石群基本面貌与近代昆虫相似。
早第三纪初期，由于海底扩张，北大西洋断裂把劳亚古陆切开与北极海相通，当时海生动物大致形成北海、地中海和印度-太平洋3个主要分布中心。而陆上生物因大陆之间象现代这样的连接形式在早第三纪时尚未完成，它的传播与现代仍有明显的不同。根据对脊椎动物的研究，当时的动物地理区大致分为如下区域：古北区，包括欧洲、地中海区域、亚洲中部和北部；新北区，包括北美洲；新热带区，包括南美洲和中美洲；埃塞俄比亚区，包括非洲大部分；澳洲区，包括澳大利亚、新西兰和邻近的一些岛屿；东方区，包括东印度和南亚。
当时古地理特点：冈瓦纳古陆进一步分裂，澳大利亚与南极大陆分开，逐渐向北转移；印度地块在始新世与亚洲腹地相接，形成南亚次大陆；非洲北部逐渐向东赤道位置靠近；南、北美洲在“巴拿马地峡”时而相接，引起两地动物群部分种类的迁徙和交流。欧亚大陆在早始新世前仍有“乌拉尔海”和喜马拉雅海的阻隔，可能到中始新世前后浅海逐渐消失，欧亚大陆的动物群渐趋相近。第三纪初期，欧亚大陆东西两部与北美相连；亚洲和北美之间通过“白令陆桥”的交流直到晚期才逐渐形成北半球陆生动物群传播的主要路线。格陵兰和斯堪的纳维亚已漂移到接近如今的位置。阿拉伯半岛与非洲分开，后同亚洲相连，红海出现。非洲东部开始出现一个巨大的断裂带。早第三纪中后期，亚洲大陆的最后形成以及中国东部边缘海域的形成奠定了中国现代地势的框架。[2]
由于海底扩张、古陆解体，对世界上整个地质构造格局、古地理环境产生了重大的变化。早第三纪时，古地中海（特提斯海）最终消失，亚洲大陆最后形成，青藏高原的升起，阿尔卑斯山、喜马拉雅山、落基山和安第斯山等现代山系相继形成，吐尔盖海峡和巴拿马地峡的出现或消失，气候分带渐趋明显，地球上的自然环境向著多样性发展。
早第三纪由于各大陆的位置与现代不同，板块漂移、古纬度变化、气温与近今也不同。白垩纪后期到古新世北半球年平均气温曾下降3℃左右；到古新世后期，气温一度回升；而始新世晚期气温又有下降趋势，直至以后才逐渐回升到原有水平。在早第三纪晚期，中国气候有明显的南北分带，如南北为两个潮湿带，中部为干旱带。气候带的展布与纬度斜交。[3]
早第三纪最引人注目的是喜马拉雅运动的影响，这一阶段是青藏高原开始隆起时期，同时也是中国西部规模较大的山前拗陷和东部沉积中心形成的时期。尽管世界各地大规模的中生代火山活动带到晚白垩世后期有了减弱，但一般说来早第三纪火山活动仍较频繁，主要以基性为主的火山喷发。但西藏冈底斯山到拉萨一线见有中酸性的火山物质；台湾同样有酸性熔岩的分布。[4]
早第三纪由于沉积环境多样化，在中国不仅形成了巨厚的磨拉石建造，而且在广大地区形成了各种成因类型的陆相、海相、海陆过渡相的沉积物。这些沉积物中蕴藏的资源相当丰富，主要有石油、煤、油页岩、含铜砂岩和各种盐类。生成石油的原始物质是有机物。由于早第三纪有大量动植物遗体的堆积，不仅在海相地层而且在陆相地层中都有油田的存在。石油主要见于长期下沉的拗陷和大中型湖泊沉积盆地，如早第三纪初、中期有关层位中（见石油成因）。煤受一定的构造和气候因素控制，常见于暖温（亚热带）地区，因气候温暖潮湿适宜于煤的形成和聚集（见煤化作用）。早第三纪是一个重要的成煤时期，在中国主要见于秦岭以北，贺兰山-六盘山以东地区和南岭以南珠江-右江地区。同时含煤层位中大都含有油页岩层，如中国抚顺、茂名均见有较厚的油页岩层。早第三纪盐类沉积相当丰富，主要有石膏、岩盐、芒硝、天然碱和钾盐等。盐类的形成除具备深坳而封闭较好的盆地外，更重要的是要具有较长期干旱气候的环境。早第三纪时，中国干旱带占有相当大的地区，是盐类富集的天然场所。此外，还有含铜砂岩、铀的氧化物等沉积。
白垩纪末，我国东部地区在早期燕山运动所形成的北北东向隆起与坳陷的基础上，又进一步产生了一系列的北北东向断裂及断陷带。东北一华北聚煤区的早第三纪含煤地层主要沉积于这些北北东向断陷带中，其次是沉积于松辽坳陷及华北坳陷的边缘部分。大、小含煤盆地达40余个。其中主要的有抚顺、梅河、沈北、永乐、依兰、舒兰、珲春、黄县等煤田。其中抚顺、依兰为长焰煤，其他均为褐煤。抚顺煤田含煤情况最好，含煤3层，单层最大厚度可达97m。著名的抚顺露天煤矿即主采此层。其次为沈北煤田，含煤二层，单层最大厚度18.5m。黄县煤田含煤4层，单层最大厚度9.88m。抚顺、依兰、沈北、黄县煤田还含有油页岩层。
在西南一华南聚煤区的南部亦有早第三纪含煤地层分布，其中主要的有茂名、南宁、百色等煤田。其含煤性较东北区为差。
我国的早第三纪含煤地层以陆相沉积为主，华南沿海地区虽有浅海相、泻湖相沉积，但仍为碎屑岩。不含岩溶水。其上覆地层及下伏地层亦无岩溶水的威胁。
早第三纪煤系堆积后，其沉降深度和上覆岩层厚度一般均不大，煤系岩层所承受的温 度、压力均较低；从成煤所经历的时间较短，所经历的构造运动也较少。故煤系岩石 的固结程度与石化程度均较低，组成岩石的颗粒之间的原生孔隙仍基本保存，砂质岩石呈松散或半松散状态，泥质岩还具有较大的塑性，裂隙一般不甚发育。煤系岩层中以含孔隙水为主，裂隙水只有局部意义。岩石的粒度组成、分选性及胶结程度对其含水性及透水性起主导作用。断层一般只对两盘的含水层、隔水层起着错位或对接作用，断层裂隙带及其导水作用一般不很显著。但东北的抚顺、依兰煤田，煤系岩石的固结程度与石化程度稍高，可呈半坚硬状态，裂隙亦比较发育，裂隙水也具有比较重要的地位，尤以风化带及断层带较为显著。但与古生代及中生代煤田相比，其裂隙发育程度及其导水作用仍有逊色。
开采早第三纪煤田时，往往在工程地质条件上遇到很大困难。一是流沙溃入井巷，二 是巷道严重变形，三是露天边坡不稳。
当未固结的饱水粉砂层含有一定数量的亲水矿物（如蒙脱石、伊利石、水云母等）时，这种粉砂层便称为流沙层。流沙的持水度很大而给水度很小，水、砂不易分离。一经 扰动或振动，便迅速液化，呈流体状态流动，其休止角近似于零。吉林省的舒兰煤田的煤层顶、底板存在多层较厚的流沙层，曾给煤田地质勘探、煤矿建设和生产造成不少困难。当巷道揭露流沙层或揭露通过流沙层的未封闭钻孔时，或当采区或巷道顶板冒落触及流沙层时，或煤层底板与下伏流沙层之间的隔水层厚度和强度不足以抵抗下伏流沙层的压力，使采区或巷道底板发生底鼓和破裂时，流沙就会大量溃入井巷，轻则吞没部分巷道及片盘，重则毁灭整个产井；还曾造成井下工人死亡；而且清除恢复井巷的工作异常困难。大规模的流沙冲溃，还可导致地表沉陷。危及地面建筑安全。
开采这类煤田时，必须采用特殊的方法提前很长的时间进行预先疏干，使流沙失去其流动性，方可安全开采。舒兰煤矿在与流沙层作斗争中已积累了比较丰富的经验。
至于一般的含水砂层（即所谓“假流沙”），虽也能溃人并充填部分巷道，但其流动与危害性要比真流沙小得多。且水、砂易于分离，疏干和治理也比较容易，只是水量较大而已。
早第三纪煤系中的粘土质岩层，具有较人的塑性，一经巷道揭露，便失其原米的静力平衡，向巷道缓慢移动，使巷道产生底鼓、顶垂、帮凸、断面缩小、支架折断、铁轨上拱和弯曲等现象，使井巷维护十分困难。辽宁省的沈北煤田、吉林省的梅河煤田、珲春煤田、山东省的黄县煤田、广东省的茂名煤田、广西壮族自治区的南宁、百色煤田，在矿井生产中都深以为患。
当用露天方法开釆第三纪煤田时，则边坡稳定性问题要比古生代及中生代煤田复杂得 多。由于岩性松软，其内摩擦角和凝聚力一般都很小，故边坡不易稳定。还由于粘土岩持水度大，具有塑性，易于膨胀、崩解及变形，承载力很低，在采矿机械及车辆作用下易于下陷或反浆；砂质岩层松散含水，粒度愈细时愈不易疏干，愈易流动。故用露天方法开采第三纪煤田时，须用较小的边坡角和较严的疏干措施。尤其当煤层底板存在蒙脱土、凝灰质粘土或含亲水矿物较多的粘土层、流沙层时，则问题更为复杂。抚顺露天矿煤层底板下面的凝灰岩（或凝灰质粘上），曾使露天边坡多次发生大规模滑动，造成重大损失。虽经过大规模的水文地质及工程地质工作，采取过各种疏干和治理措施，但犹未能彻底消除边坡滑动的隐患。