第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-

第九章地殼演化簡史第九章1第一節(jié)概述一，地層學理論的建立（一）地層1、概念：地層是地殼上部成帶狀展布的層狀巖石或堆積物，是地殼演化歷史的物質記錄。2、地層留下了歷史事件的痕跡，保存了不同時代的生物遺體和遺跡，遺留下環(huán)境變化的物質憑證?；謴偷厍虻臍v史，主要是靠“閱讀”和分析這些地層。（二）地層學的重要基礎原理1、地層層序律（StenoN，1669，《天然固體中的堅質體》）疊置律：地層未經(jīng)變動時則上新下老；原始連續(xù)律：地層未經(jīng)變動時則呈橫向連續(xù)延伸并逐漸尖滅；原始水平律：地層未經(jīng)變動時則呈水平產(chǎn)狀。2、化石順序律（SmithW，1796）是根據(jù)不同層位中所含化石及其出現(xiàn)順序來確定地層相對地質年代的原理。并指出相同的層總是發(fā)現(xiàn)有相同的疊置次序并且包含相同的特有化石，這說明化石順序律與地層層序律是一致的。第一節(jié)概述一，地層學理論的建立2

3、巖相對比定律（WaltherJ，1894，《歷史性科學—地質學導論》）也稱瓦爾特定律，是把巖相橫向變化同海侵作用聯(lián)系起來,說明了沉積環(huán)境隨時間的推移在空間上的變化，解釋了時間界面同巖相界面的關系。（三）地層學的分支巖石地層學、生物地層學、年代地層學、磁性地層學、事件地層學、地震地層學、層序地層學二，時間標尺的建立（一）時間難題（TimeDilemma）判斷地球的年齡、建立地層和各種地質事件的時間標尺，是19世紀四五十年代以前急需要解決的時間難題。（二）相對時間標尺1、1788年，HuttonJ提出“大地質旋回”理論，指出到成層的巖石中去找答案的方向，并明確了地球歷史是漫長的，但沒指出地球的具體年齡。2、1796年，SmithW提出根據(jù)生物化石來鑒定地層時間順序的想法，并于1815年在英格蘭和威爾士地質圖中予以了實踐。3、1830－1833年，Lyell論述了沉積地層建立地質相對時間年表的依據(jù)。4、1874年，SchimperWP提出古新統(tǒng)。到此，以歐洲地質調查資料為基礎的地質相對時間年表已初步建立，是地質學進入了有相對時間標尺的年代。3、巖相對比定律（WaltherJ，1894，《歷史性科31.沉積相在橫向（同一時期，不同地區(qū)）和縱向（同一地區(qū)，不同時期）上的變化稱之為相變。簡言之，相變是指沉積相在時空上的變化。2.只有在橫向上相鄰的相，才能在縱向上相依，簡稱為瓦爾特定律。瓦爾特相律的基本思想是均變原則，在地層中接觸關系是連續(xù)整合的。因而在一套整合的地層中相律才適用。1.沉積相在橫向（同一時期，不同地區(qū)）和縱向（同一地區(qū)，不4（三）絕對時間標尺 4、1903年，CurieM等提出利用天然放射性物質測量地質年代的可 能性。 5、BoltwoodBB利用鈾－鉛法測出第一批瀝青鈾礦的年代數(shù)據(jù)。這 標志著地質學進入了同位素地質年代研究的階段。 到20世紀五六十年代，不僅地質相對時間表得到絕對年代的填充， 而且測出地球的年齡為45.6－46.7億年。（四）地質年表（或稱地質年代表、地質時代表）的編制標志著地球演化時間標尺的建立6、1913年，HolmesA提出了第一個帶有同位素年齡數(shù)據(jù)的地質年表。在相對地質年代的基礎上，應用同位素地質年代進行準確地測年，所得到的地質年表不僅反映了地球歷史發(fā)展的順序、過程和階段，而且能確定地質時代無機界和生物界的演化速度。（三）絕對時間標尺5第二節(jié)地史的研究方法一、地層的劃分與對比二、巖相古地理分析三、構造歷史分析四、地層系統(tǒng)第二節(jié)地史的研究方法一、地層的劃分與對比6一，地層的劃分和對比

(Stratigraphicdivisionandcorrelation)

地層的劃分和對比是建立在地層層序的確立的基礎上的。而地層層序的確立是依據(jù)地層層序律和生物層序律原理。一，地層的劃分和對比7（一）地層劃分的依據(jù)1、幾個概念地層：在地殼發(fā)展過程中形成的各種成層巖石的總稱，包括變質的和火山成因的成層巖石。從時代上講，地層有老有新，具有時間的概念。地層和巖層相似，但巖層一般泛指各種成層巖石，而不必具有時代概念。地層層序律：地層的上下或新老關系。正常層位：如果地層沒有受過擾動，愈處于下部的地層時代愈老，愈處于上部的地層時代愈新。地層劃分：按地層的巖性、古生物等特征及形成先后順序，對地層進行分層。地層劃分的任務：整理出地層的上下順序，劃分出不同等級的階段和確定其時代。地層劃分的依據(jù)：地區(qū)巖性、巖層的接觸關系、古生物特征及放射性同位素年齡。通過地層的劃分，建立本地區(qū)的地層剖面，可以了解本地區(qū)地殼運動和環(huán)境演變情況。2、沉積旋回和巖性變化標準剖面：地層出露完全、順序正常、接觸關系清楚、化石保存良好的剖面。對于一個地區(qū)的地層進行劃分時，一般要先建立一個標準剖面。（一）地層劃分的依據(jù)8第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-9沉積旋回：海相地層往往表現(xiàn)出巖相由粗到細又由細到粗的重復變化，這樣一次變化稱一個沉積旋回，即每一套海侵層位和海退層位構成一個完整的沉積旋回。根據(jù)沉積旋回劃分地層應當注意幾點：因為地殼升降運動是波動性的，所以沉積旋回的級別有大有小，即一個大旋回中可以有幾個小旋回，而一個小旋回中又可以包括幾個更小的旋回，根據(jù)具體情況，劃分的地層單位也有大有小。每一旋回中的海侵層位容易保存，而海退層位則不易全部保存或者根本不保存，因此一個沉積旋回不一定是完整的。每一沉積旋回一般總是由粗碎屑巖（通常是礫巖）開始，稱底礫巖，因此，底礫巖的下部層面往往是兩個地層單位的分界面。巖性變化在沉積旋回不是很清楚的地層特別是陸相地層，可以根據(jù)巖性來劃分地層。因為巖性變化在一定程度上反映了沉積環(huán)境的變化，而沉積環(huán)境的變化又往往與地殼運動密切相關。因此，根據(jù)巖性把地層劃分成許多單位，基本上可以代表地方性的地史發(fā)展階段。3、巖層接觸關系

巖層間的不整合面是劃分地層的重要標志。任何類型的不整合，都代表巖層的不連續(xù)現(xiàn)象，反映了地理環(huán)境的重大變化。兩大沉積旋回之間往往存在一個不整合面。所以，根據(jù)不整合面和沉積旋回所劃分出來的地層界限在一定范圍內常是一致的。確定火成巖的新老順序：沉積旋回：海相地層往往表現(xiàn)出巖相由粗到細又由細到粗的重復變化10噴出巖：如果噴出巖夾于沉積巖層之間，只要把噴出巖上下沉積巖的時代確定出來，就能確定噴出巖的時代。侵入巖：必須根據(jù)侵入巖和圍巖的接觸關系確定時代。

侵入接觸：即巖漿體侵入圍巖之中，其特點是圍巖接觸部分有變質現(xiàn)象，火成巖中還往往有捕虜體存在。這種情況，可以確定侵入巖的時代晚于圍巖。沉積接觸：即侵入巖上升地表遭受侵蝕之后，又為新的沉積巖層所覆蓋。其特點是上覆沉積巖層不可能有接觸變質現(xiàn)象，而侵入巖中也不會有上覆巖層的捕虜體存在。這種情況可以確定侵入巖的時代早于上覆巖層的時代。多次侵入：即侵入體往往互相穿插，在這種情況下，被穿過的巖體時代較老，穿越其他巖體者時代較新。4、古生物（化石）沉積旋回、巖性變化和巖層接觸關系只能確定各組地層間的界限和相對新老關系。利用上述依據(jù)劃分出來的地層單位—巖石地層單位。若確定各地層時代則必須根據(jù)地層中所含的生物化石。利用化石所劃分出來的地層單位——年代地層單位?；罕４嬖诘貙又械牡刭|時期的生物遺體（如動物骨骼、硬殼等）和遺跡（如動物足印、蟲穴、蛋、糞便、人類石器等）。形成化石的條件：噴出巖：如果噴出巖夾于沉積巖層之間，只要把噴出巖上下沉積巖11第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-12生物本身具有硬殼、骨骼等不易毀壞的硬體部分容易形成化石。只有在特殊條件下，硬體和軟體才一齊被保存下來。生物死后必須盡快地被沉積物所掩埋，這樣才能避免氧化腐爛或者被其他動物所吞食。第三，埋藏下來的生物遺體必須在較長時間內經(jīng)歷一定的填充（如疏松多孔的貝殼、骨骼等被水溶液中的CaCO2、SiO3等所填充）、置換（如有機體分子被SiO2、CaCO3等分子所代換）或升餾（如植物葉子、昆蟲的幾丁質外殼中的氫、氧等成分揮發(fā)逸出，最后保留下來碳質薄膜）等作用才能形成化石。生物層序律：生物是從簡單向復雜，從低級向高級發(fā)展的，生物演化既具有不可逆性，又具有階段性。所以一定種類的生物或生物群總是埋藏在一定時代的地層里，而相同地質年代的地層里必定保存著相同或近似種屬的化石或化石群。這樣就有可能根據(jù)化石確定地層的地質年代。標準化石：那些演化最快（地層中垂直分布距離短）、水平分布最廣的化石，才是鑒定地質年代最有價值的化石，這樣的化石叫標準化石。生物本身具有硬殼、骨骼等不易毀壞的硬體部分容易形成化石。只有13第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-14（二）地層的對比地層對比：在地層劃分和層序建立的基礎上，必須對同一時代在各地區(qū)形成的地層進行比較研究，以恢復該時代的地殼發(fā)展史。在地層對比的基礎上才能了解廣大地區(qū)的地史發(fā)展過程的共性和異性，才能具體認識地層區(qū)域性特征，了解地層空間分異的情況。各地區(qū)的地層層序及特征，各不相同。因此地層對比必須以時間或地質年代作為客觀標準。地層對比圖（二）地層的對比地層對比圖15第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-16近年同位素地層學、磁性地層學、事件地層學、地震地層學等有了較大的進展，其成果逐漸用于地層的劃分和對比方面，起到了積極的促進和完善作用。層型指地層單位（如震旦系、泥盆系等）或地層界線（如震旦系與寒武系界線、白堊系與第三系界線等）所依據(jù)的典型剖面，即層型是地層單位或地層界線所依據(jù)的地層模式。層型可分為單位層型和界線層型，對其剖面選定有嚴格的要求，首先必須具有全球性；剖面地層要連續(xù)；剖面出露要清晰；構造要簡單；剖面要容易接近等。近年同位素地層學、磁性地層學、事件地層學、地震地層學等有了較17二，巖相古地理分析（一）沉積相的分類：海相、過渡相和陸相1，海相沉積海洋是接受沉積的最主要最廣闊的場所，古代沉積巖層有很大部分屬于海相沉積。由于海水深淺不同，物理化學環(huán)境（溫度、壓力、波浪作用力、化學成分等）不同，生物環(huán)境不同，沉積物也不相同。據(jù)此海相沉積又分為濱海相，淺海相，半深海相、深海相和非正常海相。二，巖相古地理分析18第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-19

1）濱海相：發(fā)育于低潮線和高潮線之間及其臨近地帶的狹長濱海區(qū)。濱海區(qū)可以分為高潮面以上的潮上帶、高潮面與低潮面之間的潮間帶和低潮面以下的潮下帶，然后過渡到開闊的淺海區(qū)。特點是潮汐作用和波浪作用占主要地位。在陸源碎屑物供應較多的情況下，沉積物以碎屑物如礫石、砂等為主；由于海水時進時退，波浪作用力強，所以磨圓度和分選度較好，常具交錯層、波痕、干裂等，含海生動物貝殼，但多破碎。當有適量陸源碎屑供應時，在濱海區(qū)常形成大體與海岸平行的傾斜非常平緩的地區(qū)，通稱潮坪。在此地區(qū)，一方面陸源物質從陸向海運移，一方面淺海及潮下物質又從海向陸運移，形成復雜的沉積分異方式。在潮上帶，主要沉積以泥質為主的細粒物質；而在潮間帶，則以泥砂混合物沉積為主；到了潮下帶，則以砂質沉積為主。這種沉積分異序列，恰與正常淺海沉積分異序列相反。

2）淺海相：存在于海面到海面下200m左右的淺海地區(qū)，約相當于大陸架上的海洋部分。特點是波浪作用力減小，陽光充足，底棲生物繁盛，所以沉積物以陸源細碎屑物質及化學和生物化學沉積物質為主，富含生物遺體，但也常含有海盆中形成的內碎屑。一般是從砂巖、頁巖過渡到泥灰?guī)r和石灰?guī)r，并常夾有Al、Fe、Mn等膠體沉積，以及磷塊巖等生物化學沉積而成的礦產(chǎn)，有時含特有的鮞狀結構和含有典型的海相沉積礦物海綠石，生物化石種類多而且豐富。地質時代的海相地層絕大部分屬于淺海相。1）濱海相：203）半深海相和深海相：存在于半深海（海面下約200—2500m）和深海（約2500m以下）地區(qū)，即相當于大陸坡及海盆底地帶。深海沉積物中有一種特殊沉積物，少含或基本不含有陸屑物質，主要是由具有灰質和硅質硬體的微小浮游生物遺體堆積而成，稱為生物軟泥，古代地層中很少這類沉積物。在大陸坡及部分深海地區(qū)，還有一種帶陸源碎屑的具有沉積韻律的沉積物，即濁流沉積物，在古老地層中也發(fā)現(xiàn)同類沉積物。近年來，廣泛分布于深海底的鐵錳結核得到極大重視。其中含有錳、鐵、鎳、鉆、銅、鉛等40種以上的元素。只以結核中錳儲量而言，即相當于陸地錳儲量的182倍。近年還在2000—4000m海底發(fā)現(xiàn)有含金屬硫化物的“重金屬泥”，其中含Au、Ag、Pt、Cu、Sn、Fe、Mo、Pb等多種元素。這種物質來源可能與海底火山噴發(fā)以及海底地下含礦熱水噴出有關。4）非正常海相：

淡化海：水域較深，最深處達2400m，大部為陸地所包圍，有大量淡水注入，使海水淡化。表層水密度小，水的垂直循環(huán)不暢甚至停止，因此形成海底缺氧的和滯流的還原環(huán)境。水面浮游及漂流生活的生物死亡下沉，形成富含有機質黑色泥質沉積。

咸化海：在干燥氣候條件下的內海，蒸發(fā)量大于淡水補給量，內海海面降低，使外海海水不斷溢入。由于不斷蒸發(fā)和海水溢入的結果，含鹽量增高，形成咸化海。這種海一般規(guī)模較小，海水較淺，不易形成還原環(huán)境，常形成缺少生物化石的膏鹽或白云巖沉積。3）半深海相和深海相：212，過渡相沉積（海陸混合相沉積）

1）三角洲相：存在于河流入海處，特別是在河流含砂量大、海底較淺而且比較穩(wěn)定的地區(qū)，常常形成三角洲。特點是具有向海洋方向傾斜的斜層理，以砂質沉積為主，陸生植物、淡水動物和海生動物化石混雜一起。三角洲底部，沉積物質變細，以粉砂及粘土為主，層理水平，富含海生動物化石。

2）潟湖相：濱海地區(qū)部分海水為砂堤隔絕可形成潟湖。在濕潤氣候條件下，常堆積成砂頁巖和泥炭層，具有薄而水平的層理；在干燥炎熱氣候條件下則往往產(chǎn)生白云巖、石膏、石鹽等化學沉積。3，陸相沉積在相對低洼部位接受沉積。陸相沉積類型多種多樣，橫向變化顯著，地層對比也比較困難。沉積物中以碎屑（礫、砂、泥）成分為主，有時含陸生動植物化石。陸相沉積對于氣候和地形的反映十分敏銳，在不同氣候、地形和外營力的條件下便有不同類型的沉積，主要有殘積、坡積、洪積、沖積、湖泊和沼澤沉積、風積、冰川和冰水沉積、洞穴堆積等。2，過渡相沉積（海陸混合相沉積）22第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-23（二）巖相分析的主要依據(jù)1，生物化石指相化石：凡是代表特殊的地理環(huán)境，而且指示特殊巖相的化石和化石群。標準化石和指相化石結合起來，是確定地層時代、巖相和重塑古地理環(huán)境的重要依據(jù)。如：珊瑚溫暖清澈的淺海；破碎貝殼濱海；植物陸相；蘇鐵氣候濕熱；銀杏氣候溫和。2，巖性和結構特征

巖性特征、結構和構造等是一定環(huán)境下的沉積物的表現(xiàn)形式，因此可以作為巖相分析的重要根據(jù)。

如：在海相地層中，粗粒、交錯層理、波痕、干裂濱海；細粒碎屑巖或生物化學巖（石灰?guī)r等）或鮞狀赤鐵礦淺海；紅色巖層氧化環(huán)境；黑色頁巖還原環(huán)境；鹽假象干燥。3，特殊礦物有些礦物是在一定環(huán)境下形成的，可以起指相作用。海綠石較深的淺海環(huán)境；石膏、石鹽干燥；白云巖咸化?；驗a湖相。（二）巖相分析的主要依據(jù)24地層綜合柱狀圖地層綜合柱狀圖25（三）巖相分析的原則——現(xiàn)實類比法

“現(xiàn)實主義原理”（Lyell）：利用這些知識從已知探求未知，從現(xiàn)在推求過去，以便了解地質時期自然環(huán)境的變化。在運用該原理時，必須注意：自然界演化的不可逆性：在地殼歷史中，大氣圈、水圈和巖石圈以及生物界總是不斷發(fā)展的。時間因素：有些地質作用，即使環(huán)境古今相同，但短期作用和長期作用的結果往往有很大的差異。沉積物的后生變化：古老的沉積巖層都經(jīng)歷了長期的后生作用，已經(jīng)改變了沉積當時的面貌；而現(xiàn)代沉積還不能看到后生變化。在具體運用以今證古的方法進行巖相分析時，必須充分考慮歷史條件、時間和環(huán)境，必須考慮到事物發(fā)展的漸變與突變。現(xiàn)實類比法：現(xiàn)實主義與歷史分析相結合，用歷史發(fā)展的辨證觀點研究地史的方法。（四）古地理圖古地理圖：對于一定地區(qū)、一定時代的地層進行巖相分析之后，把當時的海陸分布、地形、氣候等情況綜合起來所繪成的圖件。有時候利用巖性及古生物資料劃分出更詳細的單位，如濱海碎屑相、潟湖黑色頁巖相、淺?；?guī)r相、山麓角礫巖相等，借以表明古自然環(huán)境和巖相空間分布的變化規(guī)律，這種圖件稱巖相-古地理圖，它是巖相分析的總結。

（三）巖相分析的原則——現(xiàn)實類比法26第九章-地殼演化簡史-地質學基礎-國家級課程課件-27晚三疊世晚侏羅世晚三疊世晚侏羅世28三，構造歷史分析（一）構造歷史分析的目的進一步研究地殼構造運動的歷史及發(fā)展規(guī)律。（二）構造歷史分析的依據(jù)巖相垂直變化、巖層厚度及接觸關系。（三）構造層 地殼運動是長期性和階段性發(fā)展的，所以地殼構造的發(fā)展也具有旋回性。地殼的發(fā)展都是從一個旋回向另一個旋回發(fā)展的過程。每一個旋回所形成的全部地層，稱一個構造層。兩個構造層之間總是被廣泛的區(qū)域性不整合所分開。

（四）構造階段 根據(jù)地槽發(fā)育的構造旋回，結合海陸分布、生物演化和巖漿活動的階段性變化，對地殼的發(fā)展過程，可以分為若干個旋回，或稱構造階段。如早古生代構造階段、晚古生代構造階段、中生代構造階段和新生代構造階段。三，構造歷史分析29四，地層系統(tǒng)地層劃分系統(tǒng)可有兩類：巖性地層分類系統(tǒng)是區(qū)域性或地方性的，以巖性變化為主的地層劃分。地層單位為群、組、段等。年代地層分類系統(tǒng)是國際性的、全國性或大區(qū)域性的，以時代為準的地層劃分。地層單位為宇、界、系、統(tǒng)、階等，與其相對應的地質時代為宙、代、紀、世、期等。四，地層系統(tǒng)30一）巖石地層單位（地方性）根據(jù)沉積旋回和巖性變化、地層接觸關系所劃分出來的地層單位，即巖性地層單位。主要有群、組、段等。組：是地方性的最基本的地層單位。凡是巖相、巖性大致一致與上下地層之間有明確的界限且分布穩(wěn)定的地層都可以劃分為一個組。。以初建組的地名命名，如：棲霞組。群：比組大的地方性地層單位。凡是厚度巨大、巖性較復雜而又具有一定的相似性，但又無明確界限可以分組的一套巖系，或者是連續(xù)的、在成因上互相聯(lián)系的幾個組的組合，都可以劃分成一個群。群也是用專門地理名稱命名的，如阜平群，五臺群。段：組還可以根據(jù)巖性特征進一步劃分為段。一）巖石地層單位（地方性）31二）年代地層單位（全球性）這種地層單位必須和地質時代單位相對應。換言之，這種單位是一定地質時期所形成地層總體的名稱，是超越地區(qū)性具體差異的抽象概括。由于這種地層劃分是以地質時代為標準，所以稱為年代地層單位。根據(jù)地層中生物化石所劃分出來的地層單位，即年代地層單位。由于生物化石分屬于不同的綱、目、科、屬、種，所以可以根據(jù)不同的化石分類級別，劃分出不同大小的年代地層單位。由大到小為：宇、界、系、統(tǒng)、階。階：根據(jù)地層中標準化石和化石組合，可以把地層劃分為階（每一個階還可以包括幾個生物帶）。階與階之間的生物在屬和種的范圍內有顯著差異。階以地名命名，是全國性或大區(qū)域性的年代地層單位。統(tǒng)：比階更高一級的年代地層單位。一個統(tǒng)可以包括數(shù)目不等的階。由于統(tǒng)所代表的時間較長，所以統(tǒng)與統(tǒng)之間的生物在科、目范圍內有顯著的變化，統(tǒng)是全球性的年代地層單位。統(tǒng)的名稱和系相同，另冠以下、上或下、中、上字樣，如下寒武統(tǒng)、中寒武統(tǒng)、上寒武統(tǒng)。二）年代地層單位（全球性）32系：比統(tǒng)更高一級的年代地層單位。一個系可以分為2—3個統(tǒng)。系與系之間的生物在目、綱范圍內有很大變化。系一般是根據(jù)首次研究的典型地區(qū)的古地名、古民族名或巖性特征等命名。界：根據(jù)生物界重大門類的演化階段所劃分的單位。一個界包括2—3甚至6個系。界以象征生物發(fā)展階段的古生、中生和新生等命名。宇：最高級的年代地層單位。據(jù)生物的出現(xiàn)和最低硬殼化石帶以及較高級動物的大量出現(xiàn)，把全部地層分為3個宇，即太古宇、元古宇和顯生宇，后者包括古生界、中生界和新生界。系：比統(tǒng)更高一級的年代地層單位。一個系可以分為2—3個統(tǒng)。系33三）地質時代單位不同級別的年代地層單位所代表的時間，即地質時代單位。因此，年代地層單位與地質時代單位存在著對應關系。即宇（宙）