嵩山地区第四系分布在嵩山南北两侧的山麓地带，尤以南麓分布广泛。由松散的碎屑沉积物组成，局部呈半胶结状态。以冲积、洪积、冰碛为主，次为风积、残积、坡积、沼泽及牛轭湖相沉积等，多为复合成因类型。第四系总厚度为27～102m。
根据古生物组合、成因类型、岩性、岩相、地貌特征、层位关系和考古资料等，将嵩山第四系自下而上划分为：
嵩山地质博览
现由下而上逐层介绍如下。
1.下更新统冰碛层（
下更新统冰碛层是1989年河南区调队在1∶5万登封幅区域地质调查报告中提出来的，由于工作范围所限，只在登封（东经113°）以东做了调查，登封以西及嵩山其他地区尚无人研究。故叙述以嵩山东南部为重点。在登封大龙尾沟、茶庵沟、申半坡、十里铺、北新庄、杨岗村等地的岗垄顶部都可看到冰川堆积物。而冰蚀地貌多在嵩山南坡的沟谷山岭间。冰碛层以唐庄桑树坡及韩村小牙沟两地保存较好。
登封韩村小牙沟下更新统冰碛层剖面（图10-7）：
图10-7 登封市小牙沟下更新统冰碛层剖面图（引自河南区调队，1989）
（未见顶）
下更新统冰碛层（
3.下部为褐红色含砾亚粘土层，上部为红、褐红色粘土层 4.0m
2.灰绿色泥砾岩，夹绿色透镜状粘土层。砾石以石英岩、石英砂岩、脉石英为主，次为片岩、片麻岩等，砾径5～3cm，大者50cm，表面有擦痕，砾石大小混杂，无分选，次棱角状，胶结物为砂、泥质 9.0m
1.灰绿色致密块状粘土，夹亚粘土，湿时具滑感，干时坚硬易裂，具水平层理 4.0m
不整合
下伏地层 新第三系洛阳组（N1l）粉砂岩
下更新统为一套灰绿、红、棕红色冰碛泥砾层，是由冰川搬运来并沉积下来的，为粘土、砾石、碎屑物质的混杂堆积。砾石成分以石英岩、石英砂岩、脉石英为主，次有绢云石英片岩、片麻岩、花岗岩等。砾径5～30cm，巨大的漂砾直径可达1～5m。砾石分选性，滚圆度较差，呈次棱角状和半滚圆状，砾石大小混杂，形态各异排列无序，有不少砾石长轴直立。砾石含量不均，约20%～70%。从剖面和区域情况看，冰碛层下部为粘土层与砾石层交替出现的冰碛泥砾层；上部为粘土层夹泥砾层的冰水沉积，反映气候后期逐渐变暖的趋势。泥砾结构是冰碛的典型特征。
泥砾层中的砾石成分比较单调，多来自嵩山、玉寨山地区的岩层，以嵩山群石英岩为主。砾石具压坑、猴面石、扭曲、钉头鼠尾状擦痕、刻槽、弧形壳状刻蚀痕（图10-8）及平行排列的压裂裂隙。砾石表面附有泥膜（泥包砾）或铁锰质薄膜，以上均反映了典型的冰碛特征。在冰川堆积区，到处可见直径达1～5m左右的冰川漂砾，只有冰川作用，才能将这些巨大的砾块搬运到距山麓较远地带，一般的洪积作用是无能为力的。
图10-8 登封市下赵家沟石英岩冰川漂砾素描图（引自河南区调队，1989）
在嵩山地区发现的冰碛地貌包括终碛、侧碛和冰碛垄岗。终碛在嵩山南麓山岳冰川发育较好，在冰川前缘呈向南突出的弧形展布，堆积于大龙尾沟、上沟、赵家庄、东十里铺、党家沟、吴岗等地，形成垄岗地貌（图10-9）。前缘呈陡坎地貌。东西长约20km，由于后期河流下切可看到天然的冰碛层剖面。终碛垄厚12～25m，由褐红、灰黄色泥砾堆积而成。侧碛分布于寺里沟两侧，在孙窑、高庄两地保存较好，是寺里沟冰川所遗留的侧碛物。呈南东向延伸，长约700～1000m。侧碛分布于海拔370～420m的高度，高出现代河水面50～65m，内侧坡度31°～34°，顶部纵向坡度30～5°，在泥砾层之上留有巨大的冰川漂砾。区内冰碛垄岗较多，主要分布于大龙尾沟、茶庵、十里铺、杨树村等地。冰碛层呈帽状不整合覆盖于基岩之上。呈近南北向和南东向放射状展布，高出现代河床70～106m，由冰碛和冰水堆积而成。
在嵩山地区发现保存较完整的冰蚀地形有：冰斗、“U”形槽谷、悬谷、冰坎、鱼脊（刃脊）、角峰等地貌形态。这些冰蚀地貌与上述冰碛地貌相配套，共同组成典型的冰川地貌。“U”形谷在嵩山南麓分布有几条，其形迹完整，大多呈“U”字形。因嵩山长期处于上升阶段，遭受侵蚀后在“U”谷底部形成“V”字形的谷中谷。会善寺“U”谷长约2.5km，宽约250m，老君殿沟“U”谷长约1.8km,宽约200～300m，寺里沟“U”谷长约2.3km，宽约150～220m。“U”谷之上游多有冰斗分布，“U”谷一般谷宽底平，谷壁陡峻，谷坡上残留有冰碛物。悬谷分布范围与“U”谷相同。悬谷多平直伸展，横断面呈“U”型，与主谷交汇处陡然而下，呈悬谷景观。如卢崖瀑布由石英岩组成陡坎，高差达250m，寺里沟陡坎高差可达110m。冰斗在嵩山地区平行分布于海拔850～890m高度的山地上。如青岗坪后沟冰斗，形态保留完整，易辨认。其分布标高在海拔850m以上，冰斗呈簸箕状，南、西、北三面石壁陡直（冰蚀崖），谷坡70°～75°。斗壁由罗汉洞组石英岩组成，谷底为五指岭组绢云石英片岩。斗底平坦开阔并有冰碛物残存，斗径约450m，向南东开口，在冰斗前缘有卢崖瀑布——冰坎。典型的鱼脊岭跑马岭，由罗汉洞组坚硬的石英岩组成，山脊呈锯齿状，近南北走向，长约3.2km。两坡陡直，是由冰川相夹刨蚀或两侧冰斗溯源刨蚀而成的。区内还有灯盏锅、羊旦山及龙山等鱼脊岭，山脊呈近南东走向。角峰系由数条“U”形谷溯源掘蚀形成金字塔状尖峰。灯盏锅角峰海拔高1334.7m，白石尖角峰海拔高1068m，均由罗汉洞组石英岩组成。呈尖棱状角峰，峰顶高耸，峻秀挺拔，景观壮丽，突出山脊线150～240m，周围为冰斗所包围。早更新世嵩山为冰层覆盖，因重力作用，冰川自高处向下滑动。在嵩山南麓由于冰川的刨蚀，还形成了冰蚀斜坡，坡度30～50，涉及范围半径达8～13km。斜坡基底为太古宇—新生界第三系及石秤花岗岩体等。在斜坡上现保留有鼓丘、羊背石等冰蚀遗迹。因后期地壳不断上升，伴随着断裂活动和河流下切，把斜坡割成许多块段，破坏了冰川斜坡的完整性。
图10-9 嵩山第四纪冰川遗迹分布图
从层位关系来看，嵩山冰碛层不整合覆盖于第三系之上，其上与中更新统呈斜坡式不整合接触（图10-10）。该套冰碛层分布于海拔380～410m的垄岗丘陵地带，高出现代河面80～110m。冰碛物之顶面未见新的沉积物，只有一些棕红色粘土和冰川漂砾散落其上。
图10-10 登封市韩村东沟下更新统与中更新统接触关系素描图（引自河南区调队，1989）
综上所述，嵩山地区的这期冰川为山岳冰川，冰碛层发育，规模较大，且有一套完整的冰蚀和冰碛地貌相配套。上述地貌特征，决非由季节性河流和洪积、泥石流所能塑造而成的。我们称此次冰期为“嵩山冰期”，将其归属于早更新世，该冰期大体与我国北方的朝阳冰期和南方的鄱阳冰期相当。嵩山冰蚀地貌和冰碛物的发现，对研究中原地区早更新世的古气候变化和古地理变迁有着十分重要的意义。
2.中更新统冲-洪积层（
该统主要分布于颍河河谷之Ⅲ级阶地，及嵩山山麓地带。与下伏下更新统呈斜坡式不整合接触，与上覆上更新统为假整合接触。
登封市方家沟中更新统剖面（图10-11）：
上覆地层 上更新统（
假整合
中更新统（
3.褐红色亚粘土，夹粗砂层透镜体，具水平层理，垂直解理发育，含钙质层及钙质结核 6.1m
2.褐红、紫红色砂砾层，砾石以石英砂石、石英岩、片岩、花岗岩等为主，砾径3～5cm，分选及磨圆度良好，砾石定向排列，未胶结 1.0m
1.褐红色粘土层夹灰褐色亚粘土层，底部为30～40cm厚的洪积碎石层，粘土中采得Palaeoloxodon namadicus（纳玛古菱齿象） 2.5m
不整合
下伏地层 三叠系刘家沟组（T2l）石英砂岩
中更新统底部为红、棕红色含碎石粘土层，下部为青灰、褐灰色砂、砾石层，夹亚砂土层；上部为褐黄、棕红、红色粘土、亚粘土层，夹砂层透镜体，富含钙质。具水平层理，河谷Ⅲ级阶地具二元结构。砂层中斜层理发育。底部碎石呈次棱角状，成分各地不一。该层厚度变化与地貌部位相关，一般厚6～24m。中更新统形成于湿热与干燥气候周期性变化的条件下，属冲-洪积物。其中夹古土壤5～7层，且厚度大，结构完整。其特征与黄河中下游地区的中更新世次生黄土和离石黄土相同。近年来，在登封县方家沟、库庄、安窑、西十里铺及密县牛店等地发现丰富的脊椎动物化石，为地层时代确定提供了依据。登封方家沟棕红色粘土中采获古菱齿象，安窑红色亚粘土中产安氏驼鸟等化石（以上化石据登封县文物管理所资料）。在邻区荥阳等地产安氏驼鸟、水鹿、中华缟鬣狗等。以上化石经中国科学院古脊椎和古人类研究所鉴定，时代属中更新世。综上所述，脊椎动物为中更新世常见的化石，其时代应属中更新世。
图10-11 登封市方家沟中更新统剖面图（引自河南区调队，1989）
图10-12 登封市双庙沟上更新统剖面图（引自河南区调队，1989）
3.上更新统冲积层
主要分布于颍河两侧，组成河谷Ⅱ级阶地，呈带状展布。另外在山前丘陵地带也有少量分布。与下伏中更新统和上覆全新统均为不整合接触。
登封告城双庙沟上更新统剖面（图10-12）：
上更新统（
3.表土层为腐殖土及耕作层，含介形虫、腹足类化石 0.2m
2.灰黄、浅灰色黄土状粉砂质重亚砂土夹不规则的钙质结核（4～5层），夹层厚0.15～0.9m不等，含介形虫、轮藻、腹足类、双壳类化石 3.0m
1.灰、浅灰黄色黄土状粉土质重亚砂土，疏松状，含有石英及少量暗色矿物 ＞0.2m
（未见底）
剖面中上部黄土状粉砂质重亚砂土夹钙质结核层中采得的介形虫组合中有布氏土星介、双折土星介相似种、爬虫介未定种、胖真星介、新奇玻璃介相似种、球星介未定种等；腹足类有中国蜗牛、直立中国锅牛、下蜀钻子螺、幼鼠蛹形螺等，均属晚更新世常见分子。
本统上部为灰黄、灰褐色黄土状亚砂土，夹灰黑色淤泥层及透镜状砂砾；下部为青灰色砂层、砾石层。黄土状亚砂土颗粒均匀，疏松质轻，垂直节理发育，多孔隙，湿陷性强，含钙质结核及白色钙质网纹。钙质结核在黄土中呈星散状分布。结核直径一般为5～10cm，呈姜疙瘩状，表面光滑，固结较差，易碎。黄土中还夹有1～3层棕色古土壤层。下部砾石成分各地不一，分选性及磨圆度良好，砾石扁平面多倾向河流上游。砂层中水平层理和斜层理发育。河谷Ⅱ级阶地具二元结构。黄土是在比较干冷草原环境中形成的，褐土型古土壤层是在比较温湿的森林草原环境中形成的。本统岩性特点与黄河中下游晚更新世的马兰黄土和次生黄土相同，层位相当，可以进行对比。
据上述岩性、岩相和生物群特征分析，晚更新世时嵩山地区为湿热—干冷气候周期性波动条件下的河流-牛轭湖泊沉积环境。沉积厚度受地貌部位严格控制，在河谷Ⅱ级阶地沉积厚度为5～20m，山前丘陵地带厚达10～40m。
4.全新统冲积层（Qh）
广泛分布于嵩山南北各大河流两侧及河漫滩中，组成河流Ⅰ级阶地及河床，按其岩性地貌特征，可将全新统划分为下部冲积层及上部冲积层。兹分述如下。
全新统下部冲积层呈带状、串珠状分布于颍河、双洎河两侧，组成河谷平台Ⅰ级阶地。不整合于上更新统及更老地层之上。全新统下部冲积层二元结构十分明显。下部是在横向环流作用下形成的一套粗砂砂砾层，自下而上粒度变细，斜层理发育，属河床相沉积；上部是在洪水期间由河水漫出河槽而形成的一套薄层亚砂土和亚粘土互层，往往具微细的水平层理，属河漫滩相沉积环境。粗粒河床相与细粒河漫滩相有规律的组合，构成了冲积层特有的二元结构。砾石扁平面倾向上游，呈叠瓦状排列，中间为砂所充填，是河流相冲积物的典型特征。
登封芦店河西全新统下部剖面（图10-13）。
图10-13 登封市芦店河西全新统下部冲积层剖面图（引自河南区调队，1989）
（未见顶）
全新统下部冲积层（
3.灰黄、褐灰色亚砂土层夹砂、砾石层透镜体，具水平层理 3.1m
2.青灰色粉—细砂层，水平层理及斜层理发育 0.8m
1.青灰色砾石层，砾石成分以石英岩、石英砂岩、片岩、脉石英为主，砾径5～10cm，磨圆度及分选性较好，砾石扁平面向北倾，倾角20°～30° 1.2m
不整合
下伏地层 三叠系和尚沟组（T1h）紫红色泥岩
全新统上部冲积层主要分布于颍河及其各大支流的河床及河漫滩，与下伏全新统下部冲积层呈叠瓦状或斜坡式不整合接触。河漫滩岩性多为浅灰黄色砂层、粉砂及亚砂土，局部夹淤泥层。河床为砂砾、卵石层。本统厚度各地不一，一般厚1～5m。
第四系全新世晚期以来，地壳仍处于缓慢的升降运动中，特别是在河面宽广、曲流发育的地段，如颍河的东金店、告城段，富集大量砂层。这些河沙是良好的建筑用砂。砂砾层中，还含有丰富的有益重矿物，如石站山金异常，黄家岭—张光沟、缸瓷窑的辰砂异常，中岳庙后沟的铅异常等，均富集于全新统上部冲积、坡积残积层中。研究全新统冲积层对寻找原生矿床具有重要意义。
综上所述，颍河河谷第四系发育完全，地质工作者在登封马寺庄，横切河谷画了一张剖面图，可以形象地表现从早更新世到全新世各期沉积物的相互关系（图10-14）。
图10-14 登封市马寺庄—上沟颍河河床第四系剖面图（引自河南区调队，1989）