緒論及地層學(xué)原理(1-2章).ppt

綜合地層學(xué) 主講人 肖傳桃 地球科學(xué)學(xué)院 ctxiao 作業(yè) 寫一份綜合地層學(xué)讀書報(bào)告 要求作課件發(fā)言 并上交 課程作業(yè) 三礦還要考試 2周內(nèi)做好 題目 1 自定 最好是結(jié)合導(dǎo)師的課題等做一個(gè)較具體綜合地層學(xué)報(bào)告 2 化學(xué)地層學(xué)原理與方法3 分子地層學(xué)原理與方法4 同位素地層學(xué)原理與方法5 數(shù)學(xué)地層學(xué)原理與方法6 定量地層學(xué)原理與方法 綜合地層學(xué)主要內(nèi)容 1 地層學(xué)基本原理2 巖石地層學(xué)基本原理3 生物地層學(xué)基本原理4 年代地層學(xué)基本原理5 地層學(xué)劃分對(duì)比方法6 生態(tài)地層學(xué)基本原理7 事件地層學(xué)基本原理8 層序地層學(xué)基本原理9 天文地層學(xué)基本原理10 磁性地層學(xué)基本原理11 地震地層學(xué)與測(cè)井地層學(xué)基本原理12 化學(xué)地層學(xué)基本原理13 火山地層學(xué)基本原理14 定量地層學(xué)基本原理 綜合地層學(xué)主要內(nèi)容 教材 1 龔一鳴 張克信 地層學(xué)基礎(chǔ)與前沿 2007 中國(guó)地大出版社2 吳瑞棠 張守信等 現(xiàn)代地層學(xué) 1989 中國(guó)地大出版社 一 概念 概述二 地層學(xué)研究的主要目的三 地層學(xué)內(nèi)容和分支四 地層學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史五 為何要學(xué)地層學(xué) 第一章綜合地層學(xué) 緒論 一 概念 概述1 巖層 野外成層的巖石 包括沉積巖 變質(zhì)巖和火山巖 2 地層 巖層 時(shí)代 考慮到了巖層形成的時(shí)代 綜合地層學(xué) 緒論 巖層 地層 水平地層 3 地層的主要屬性 多重屬性 綜合地層學(xué)基礎(chǔ)巖性 生物化石 地質(zhì)時(shí)代 地球物理特征 地球化學(xué)特征 形狀及分布 4 地層學(xué) Stratigraphy 研究層狀巖石的物質(zhì)屬性和特征的四度時(shí)空關(guān)系及其變化的一門基礎(chǔ)學(xué)科 按照系統(tǒng)科學(xué) 系統(tǒng)論的基本原理 綜合地層學(xué)的實(shí)質(zhì)就是 關(guān)于 地層的系統(tǒng)科學(xué) 高等地層學(xué) 地層學(xué)的各分支學(xué)科就是系統(tǒng)的組成要素或子系統(tǒng) 因此 綜合地層學(xué)就是由各組成要素所組成的有機(jī)統(tǒng)一體 地層系統(tǒng) 由于綜合地層學(xué)對(duì)應(yīng)的客觀物質(zhì)系統(tǒng)是地層實(shí)體本身 因此 地層學(xué)分支對(duì)應(yīng)的物質(zhì)要素就是地層實(shí)體的各種物質(zhì)屬性 時(shí)間屬性和成因特征 5 綜合地層學(xué)概念 二 地層學(xué)研究的主要目的和應(yīng)用性目的 地層時(shí)空關(guān)系的研究1 地層劃分 同一空間中時(shí)間先后關(guān)系 縱向找異 2 地層對(duì)比 不同空間中時(shí)間先后關(guān)系 橫向求同 應(yīng)用 確定不同地區(qū)的地層是否一致 是否等時(shí) 三 地層學(xué)研究的主要內(nèi)容和主要分枝學(xué)科根據(jù)地層的屬性確定地層學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容 巖性 巖性組合 礦物 巖石地層學(xué)生物化石 生物地層學(xué)生物化石 環(huán)境 生態(tài)地層學(xué)化石DNA 有機(jī)分子 分子地層學(xué)地球物理 地球化學(xué) 磁性地層學(xué) 地震地層學(xué) 測(cè)井地層學(xué) 化學(xué)地層學(xué)古代地質(zhì)事件 標(biāo)志 事件地層學(xué)海平面變化 層序地層學(xué)地球旋回性 天文事件對(duì)地球的影響 旋回地層學(xué) 高精度地層學(xué) 天文地層學(xué)形成環(huán)境 形成方式及地質(zhì)歷史 四 地層學(xué)研究簡(jiǎn)史 1 萌芽階段 17世紀(jì) 18世紀(jì)中葉 Steno 1631 1687 地層的三大定律 原始水平原理 原始側(cè)向連續(xù)原理 疊覆原理羅蒙諾索夫 1711 1765 論地層 地殼升降引起海陸變遷 化石是另一個(gè)時(shí)期的生物遺體 NicholasSteno 1631 1687 2 地層學(xué)的形成時(shí)期 18世紀(jì)末 19世紀(jì)中葉 魏爾納 A G Werner 1775 1817 水成論郝頓 G Hutton 1726 1797 火成論 角度不整合的發(fā)現(xiàn) JamesHutton 1726 1797 現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)之父 阿都伊若 G Arduino 1715 1795 將意大利北部巖石分為5類 1 原始的山系 不含化石 構(gòu)成山脈中心的片巖片麻巖 2 第二紀(jì)山系 大理巖和成層灰?guī)r組成 含海相化石 3 第三紀(jì)山系 礫石 砂 粘土和凝灰?guī)r組成 含豐富的海相化石 4 第四紀(jì)的沉積平原 平原上的土堆和石礁 5 火山噴發(fā)形成的熔巖 凝灰?guī)r 威廉 史密斯 W Smith 1769 1839 生物層序律 標(biāo)準(zhǔn)化石法 William Strata Smith 主要地層系統(tǒng)的建立 石炭系 白堊系 侏羅系 三疊系 志留系 寒武系 泥盆系 二疊系 奧陶系 三個(gè)重要的理論進(jìn)化論 拉馬克 1744 1829 認(rèn)為物種之間是過(guò)渡的 提出低級(jí)屬種逐漸向高級(jí)發(fā)展的論點(diǎn) 達(dá)爾文 C Darwin 1809 1882 的 物種起源 1859 變異 自然選擇 漸變 無(wú)躍進(jìn) 均變論 賴伊爾 C Lyell 1797 1875 地質(zhì)學(xué)原理 現(xiàn)實(shí)主義原理 將今論古原理 災(zāi)變論 居維葉 G Cuvier 1769 1833 論地球表面的革命 1813 1 變異有限 2 生物絕滅 3 災(zāi)變是地質(zhì)發(fā)展的主要特征 4 災(zāi)變的因素主要是海水進(jìn)退 5 神創(chuàng)論 CharlesLyell 現(xiàn)實(shí)主義原理 現(xiàn)在是打開過(guò)去的鑰匙均變論 3 地層學(xué)發(fā)展的新時(shí)期最近三十年的發(fā)展 多重地層劃分 與各學(xué)科的結(jié)合 事件地層學(xué) 新災(zāi)變論 層序地層學(xué) 旋回地層學(xué) 定量地層學(xué) 五 為什么要學(xué)地層學(xué)1 地層學(xué)是地質(zhì)科學(xué)的最基礎(chǔ)的學(xué)科 是從事其它地質(zhì)科學(xué)的理論基礎(chǔ) 以同斜褶皺和剝離斷層為例 地層新老關(guān)系確定前 后 2 重要地質(zhì)基礎(chǔ)理論的建立都與地層學(xué)有關(guān) 3 地層學(xué)是從事能源 礦產(chǎn)地質(zhì) 尤其是有機(jī)能源 石油 煤及其它沉積礦產(chǎn) 工作的基礎(chǔ) 第二章地層學(xué)的基本理論 一 地層學(xué)的幾個(gè)基本原理1 原始水平原理 Princopleoforginalhorizontality Steno 1669 提出 沉積形成的地層當(dāng)時(shí)沉積時(shí)都是水平的 基本與堆積其上的面平行 如果現(xiàn)在不平行 那是后來(lái)構(gòu)造作用的結(jié)果 但是有許多原始沉積是不水平的 如紅盆中的沉積 原始水平原理 小型盆地中部分沉積不是原始水平的前積層也不是原始水平的 美國(guó)科羅拉多州大峽谷國(guó)家公園 地層新老 2 原始側(cè)向連續(xù)原理 Principleoforiginallateralcontinuity 地層在一定范圍是連續(xù)的 對(duì)于范圍不大的地區(qū) 該原理有效 但對(duì)于大的范圍有一定的限制 原始水平 原始側(cè)向連續(xù)性和疊覆作用 Steno 陸相地層中地層往往不連續(xù) 尤其是河流沉積 3 疊覆原理 Principleofsuperposition 指巖層按正常層序下老 上新的順序關(guān)系 在一定的范圍內(nèi)適用 在大的范圍內(nèi)不適用 在地質(zhì)構(gòu)造搞清楚的情況下才能應(yīng)用 倒轉(zhuǎn)地層 老 新 在一定的范圍內(nèi)適用 在大的范圍內(nèi)不適用 4 切割關(guān)系原理 Principleofcross cuttingrelationships 由郝頓 1795 提出 凡切割 穿切 另一個(gè)地質(zhì)體的巖石單位 其時(shí)代晚于被穿切的巖石單位 即切割者新 被切割者老 5 包含物 包裹 原理 Principleofinclusions 萊伊爾提出 指被包含在一個(gè)大巖石體內(nèi)的小碎塊其年齡必然老于包含小碎塊的那個(gè)大巖石體 即包裹著新被包裹者老 通過(guò)礫石研究源區(qū)的地質(zhì)史 華南地區(qū)南沱組冰成巖 泥盆紀(jì)底礫巖 6 生物層序律 PrincipleofFaunalSuccession 史密斯 1815 提出 不同時(shí)代的地層含有不同的化石群 相同或相近的化石群其地質(zhì)時(shí)代相同 年代越老的地層 化石構(gòu)造越簡(jiǎn)單 與現(xiàn)代生物的差別越大 反之 化石構(gòu)造越復(fù)雜 SketchbyBaronCuvier 1769 1832 7 變質(zhì)原理 在任何地方 變質(zhì)作用晚于地層的沉積或形成的作用 二期變質(zhì)作用早于一期 8 瓦爾特相律 相鄰沉積相在縱向和橫向上的變化具有一致性 JohannesWalther 1860 1937 灰?guī)r 頁(yè)巖 泥質(zhì)粉砂巖 砂巖 瀉湖 近濱 海灘 礁 海侵 MarineTrangression Walther sLaw 陸 海 瀉湖 近濱 海灘 礁 海退 MarineRegression 陸 海 瓦爾特相律 用在沉積相垂向分析 Verticalsequencesofsedimentaryfaciesresultfromsuperpositionoflaterallyadjacentdepositionalenvironments 9 穿時(shí)普遍性原理 穿時(shí) 基于實(shí)物性地層屬性的地層 巖石地層 界面與時(shí)間界面不一致 或斜交的現(xiàn)象 穿時(shí)普遍性原理 Shaw 全部側(cè)向可識(shí)別和追索的非火山成因的陸表海沉積的巖石地層單位都是穿時(shí)的 山西太原石炭 二疊系巖石地層穿時(shí) 10 側(cè)向堆積原理大多數(shù)的沉積巖是由側(cè)向加積堆積而成 1 堆積物的表面是等時(shí)面 一般是傾斜的 2 地層主要通過(guò)側(cè)向加積作用堆積在原始傾斜的等時(shí)面上 3 由于側(cè)向加積和進(jìn)積 沉積物一般是在物質(zhì)搬運(yùn)的方向上堆積 三角洲的側(cè)向堆積 二 地層學(xué)中的時(shí)間概念 一 概念 是指地層學(xué)中各種地質(zhì)事件的時(shí)間 等時(shí)與穿時(shí) 地質(zhì)時(shí)間的測(cè)定與估計(jì) 完全同時(shí)不完全同時(shí)不同時(shí) 二 時(shí)間的標(biāo)志 1 古生物標(biāo)志 1 化石 生物層序律確定相對(duì)年齡 2 某些海生動(dòng)物的生長(zhǎng)紋飾 珊瑚 頭足類 一天一根 一月一房室 珊瑚的生長(zhǎng)紋 不同門類化石生長(zhǎng)紋計(jì)算出的地球各種年齡的變化過(guò)程 3 樹木年輪 樹輪年代學(xué) 1064 1065年間美國(guó)一火山爆發(fā)的確定 對(duì)比不同地區(qū)兩個(gè)大樹 發(fā)現(xiàn)缺1年輪 4 地衣的生長(zhǎng)變化 某些地衣的直徑可測(cè)出生長(zhǎng)的年齡 5 氟的含量 動(dòng)物骨骼中的氟含量隨時(shí)間而增加 6 氨基酸的消旋作用 活體生物體的氨基酸為左旋 死后慢慢變?yōu)椴恍?L型氨基酸 D型氨基酸 只存在于死亡的生物 不同的氨基酸的半消旋期是不一樣的 天門冬 5700年 異白氨酸 10萬(wàn)年 2 物理標(biāo)志 1 季侯泥 淺色夏季季侯泥 深色的冬季季侯泥 石膏層 硬石膏層 其紋層周期被認(rèn)為與天文因素相關(guān) 與歲差等周期相關(guān) 米蘭科維奇旋回 2 裂變徑跡 U238 U235 Th232自然衰變成比較小的原子核 通過(guò)絕緣物質(zhì) 云母 玻璃 留下的痕跡 裂跡的密度與礦物年齡及礦物的含量呈正比 一般用氫氟酸 氫氧化鈉和苛性鉀處理 2 物理標(biāo)志 3 天然放射性 衰變半衰期各不相同 不受外界變化干擾 4 礦物熱發(fā)光 TL 熱釋光 光釋光 礦物加熱后會(huì)發(fā)光 在同等溫度下其發(fā)光的程度與礦物曾得到的輻射劑量 年齡 有關(guān) 地質(zhì)年齡的測(cè)定及相對(duì)年代的確定 第四系測(cè)年 5 電子自旋共振 ESR 含F(xiàn)e Mn Al等雜質(zhì)的石英在放射性的作用下產(chǎn)生電離損傷 Si O鍵斷裂 形成不配對(duì)電子 Si懸鍵上有一個(gè)電子自旋 其數(shù)量與年輻射量及地質(zhì)年齡有關(guān) 6 天然剩余磁性 磁性地層學(xué) 二 時(shí)間的測(cè)定 主要的方法 氨基酸消旋法天然放射性法 地質(zhì)年代學(xué) D P elt 1 Radioactiveparent Stabledaughter D P l 天然放射性法 Radioactiveparent Stabledaughter D P l Radioactiveparent Stabledaughter D P l AfteronehalflifeD P Halflife 40K40Ar and40Ca 1 25Ga87Rb87Sr48 8Ga238U206Pb4 47Ga235U207Pb704Ma147Sm143Nd106Ga 幾種天然放射性同位素具有適合地質(zhì)年代測(cè)定的半衰期 對(duì)測(cè)定元素的要求 1 半衰期大致與地球的年齡是一個(gè)數(shù)量級(jí) 2 母元素有足夠的數(shù)量 3 子元素有好的保存條件 常用的方法 鈾 釷 鉛法 銣 鍶法 鉀 氬法 C14法 離子探針照片 鋯石U Pb測(cè)年 SHRIMPU Pbapplications TheAcastaGneiss Canada theoldest knownrockintheworld Bowring Williams 1999 Howdoesanionmicroprobework 離子微探針工作原理 C14的形成過(guò)程 宇宙射線產(chǎn)生的中子與大氣中的氮核發(fā)生核反應(yīng) 生成天然C14 在植物光合作用和動(dòng)物對(duì)食物中碳的吸收過(guò)程中天然C14就進(jìn)入生物圈 活體生物體內(nèi)C14濃度與大氣中的C14濃度大致平衡 一旦死亡后 生物體中C14得不到新的補(bǔ)充 其C14濃度隨著時(shí)間的推移按指數(shù)定律減少 根據(jù)樣品現(xiàn)存的C14含量 推算生物死亡年齡 適用于 測(cè)量距今300年至5萬(wàn)年含碳物質(zhì)年齡 測(cè)量精度為1 2 誤差一般為50 200年 在第四系測(cè)年中非常重要 在考古中也有大量應(yīng)用C14半衰期 5730年 C14含量 小數(shù)表示 Ae rte為自然常數(shù)e 2 718281828459 A為總量 在這里A 1 r為衰竭比 在這里r 0 00012096809433856 即每年減少0 012096809433856