Geologi Kuarter bagian Utara Jawa Tengah belum dipelajari secara rinci,
terutama dalam kaitannya dengan perubahan paleolingkungan termasuk proses
sedimentasi. Adanya fosil vertebrata serta fosil manusia di Jawa Tengah Bagian
Utara (Patiayam) dan Selatan (Jalur Kendeng termasuk Trinil dan Sangiran),
menunjukkan bahwa wilayah bagian utara Jawa Tengah juga sebagai wilayah
yang memiliki lingkungan purba yang baik dan cocok untuk perkembangan
kehidupan. Fosil vertebrata dan bukti sisa kehidupan manusia masa lalu yang
terdapat dalam lapisan sedimen di bagian utara Jawa Tengah bisa dijadikan dasar
penyusunan biostratigrafi vertebrata di wilayah tersebut.
Tujuan penelitian adalah rekonstruksi paleolingkungan, okupasi, dan jelajah
manusia purba selama Zaman Kuarter yang terdapat pada stratigrafi daerah
penelitian di bagian utara Jawa Tengah. Tahapan penelitian disertasi terdiri dari
studi pustaka, survey permukaan, ekskavasi, dan analisis laboratorium dengan
menggunakan metode analisis penginderaan jauh, petrografi, granulometri,
arkeometri, radiometri, Scanning Electronic Microscope (SEM), tomografi CT
Scan, dan analisis fitolit.
Stratigrafi daerah penelitian terdiri dari: Formasi Mundu merupakan satuan batuan
tertua yang terdiri atas endapan laut dangkal berumur Plio-Plestosen (N19 – N22
zonasi Blow), ditutupi secara tidak selaras oleh endapan Kuarter. Data penelitian
endapan Kuarter dibagi atas Formasi Lusi dan Endapan Teras Lusi berumur
Plestosen Tengah akhir sampai Holosen. Teras Lusi yang dijumpai berupa Teras
Morfologi yaitu Teras Lusi 1 dan teras-teras yang berisi endapan Sungai Lusi
yaitu Teras Lusi 2, Teras Lusi 3, Teras Lusi 4, dan Teras Lusi 5.
Lembah Sungai Lusi merupakan wilayah yang baik untuk perkembangan
lingkungan hidup suatu organisme, termasuk vertebrata dan manusia serta
budayanya. Fauna vertebrata yang ditemukan terdiri atas: Famili Bovidae,
Elephantidae, Stegodontidae, Rhinocerotidae, Cervidae, Crocodilidae, dan
Testudinidae. Fragmen fosil hominid ditemukan pada satuan batuan batupasir
sangat kasar konglomeratan “Formasi Lusi”. Berdasarkan analisis tomografi, fosil yang ditemukan tahun 2016 ini ditafsirkan sebagai bagian cranium bayi Homo
sapiens. Pentarikhan umur pada mineral feldspar yang diambil dari sedimen di
sekitar fosil dengan menggunakan metode IR-OSL menghasilkan umur 131.5 +
13.2 ka.
Di daerah penelitian ditemukan alat (artefak) yang terbuat dari kerang, tulang, dan
batu. Fosil vertebrata dan fosil manusia Homo sapiens beserta sisa budayanya
dalam Formasi Lusi berumur Plestosen Tengah Atas dan Teras Lusi 3 berumur
Plestosen Akhir di Lembah Sungai Lusi. Bukti sisa budaya di Formasi Lusi
berupa serpih – bilah besar batu andesit, alat tulang spatula, dan alat penumbuk
berbahan rangga, bercirikan teknologi Budaya Pacitanian. Selain itu di formasi ini
ditemukan alat cangkang kerang berupa serut cangkang kerang yang memiiki ciri
teknologi pemangkasan langsung. Sisa budaya hominid selain ditemukan di
Formasi Lusi juga ditemukan di Teras 3. Peralatan hominid pada Teras 3 yaitu:
alat batu kapak penetak, spatula tulang, dan serut tulang. Alat batu bercirikan
teknologi Budaya Pacitanian, sedangkan spatula tulang dan serut tulang memiliki
ciri teknologi Budaya Ngandong.
Penentuan paleo-iklim berdasarkan perhitungan fitolit yang menggunakan rumus
Indeks Elongasi, yaitu perbadingan antara jumlah seluruh fitolit sel elongasi
berbanding jumlah seluruh sel fitolit, lebih baik dari pada rumus yang selama ini
telah ada. Paleo-iklim berupa tingkat kelembaban sedang sampai agak kering dan
penelitian geologi, menunjukkan bahwa Lembah Sungai Lusi merupakan
lingkungan yang sesuai sebagai tempat okupasi hominid. Selain itu Lembah
sungai Lusi menjadi tempat singgah juga bagi hominid dan fauna vertebrata, saat
melakukan jelajah di Jawa Tengah dan sekitarnya. Hominid dan fauna vertebrata
melakukan penjelajahan yang memalui alternatif tiga jalur besar penjelajahan di
Jawa Tengah, yaitu: jalur tengah Jawa Tengah menjelajah ke Utara, jalur utara
Jawa Tengah mengarah ke Selatan, dan jalur jelajah di bagian Utara dan Selatan.