第一章-地層學(xué)緒論2010

1、“地層學(xué)原理和方法”課程安排 課程性質(zhì)：地質(zhì)學(xué)、或相關(guān)專業(yè)專業(yè)高年級選修課 講課：24學(xué)時，課堂實習(xí)：6學(xué)時，讀書報告匯報：2學(xué)時 教材：地層學(xué)基礎(chǔ)與前沿龔一鳴，張克信主編 （中國地大出版社） 主講教師：張雄華教授 電話QQ：1065250198,第一章 緒論,一、地層學(xué)的定義 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+時代，考慮到了巖層形成的時代。,巖層、地層（水平地層）,3、地層的主要屬性： 巖性、 生物化石、 地質(zhì)時代、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

2、度時空關(guān)系及其變化的一門基礎(chǔ)學(xué)科。,二、地層學(xué)研究的主要目的和應(yīng)用性 目的：地層時空關(guān)系的研究 地層劃分 地層對比 應(yīng)用性：確定不同地區(qū)的地層是否一致，是否等時。,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)的主要研究內(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)、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（天文事件對地球的影響）=旋回地層學(xué)（高精度地層學(xué)） 形成環(huán)境、形成方式及地質(zhì)歷史。,四、地層學(xué)研究簡史,1、萌芽

3、階段（17世紀(jì)18世紀(jì)中葉） Steno（16311687）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（17111765）論地層地殼生降引起海陸變遷，化石是另一個時期的生物遺體。,Nicholas Steno（1631-1687）,2、地層學(xué)的形成時期（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)(James Hutton (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、

4、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。,三個重要的理論 進(jìn)化論：拉馬克（1744-1829）認(rèn)為物種之間是過渡的，低級屬種逐漸向高級發(fā)展的結(jié)論。 達(dá)爾文（C. Darwin, 180

5、9-1882)的物種起源（1859）變異,自然選擇,漸變,無躍進(jìn)。 均變論：賴伊爾（C. Lyell, 1797-1875) 地質(zhì)學(xué)原理，現(xiàn)實主義原理。 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,Charles Lyell,現(xiàn)實主義原理: 現(xiàn)在是打開過去的鑰匙 均變論,3、地層學(xué)發(fā)展的新時期 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)

6、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）,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)。(全球性的烴源巖,D3),第二章 地層學(xué)的基本理論,一、地層學(xué)的幾個基本原理 1、原始水平原理(Princople of orginal horizontality)（Steno（1669）提出）：沉積形成的地層當(dāng)時沉積時都是水平的，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

7、平的 前積層也不是原始水平的,2、原始側(cè)向連續(xù)原理 （Principle of original lateral continuity) 地層在一定范圍是連續(xù)的。對于范圍不大的地區(qū)，該原理有效， 但對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),3、疊覆原理（Principle of superposition): 指巖層按正常層序自下而上有先、后或老、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)造搞清楚的情況下應(yīng)用。 造山帶地區(qū)不適用。,老,新,4、穿切關(guān)系原理（Principle of cross-cutting

8、relationships):由郝頓（1795）提出：凡穿切另一個地質(zhì)體的巖石單位，其時代后于被穿切的巖石單位。,5、包含物原理（Principle of inclusions)萊伊爾提出：指被包含在一個大巖石體內(nèi)的小碎塊其年齡必然老于包含小碎塊的那個大巖石體。,通過礫石研究源區(qū)的地質(zhì)史,6、生物層序律（Principle of Faunal Succession ）： 史密斯（1815）提出，不同時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)時代相同。 年代越老的地層，化石構(gòu)造越簡單，與現(xiàn)代生物的差別越大。,Sketch by Baron Cuvier (1769-1832),7、變質(zhì)

9、原理：在任何地方，變質(zhì)作用晚于地層沉積或形成的作用。,8、瓦爾特相律：相鄰沉積相縱向和橫向上的變化是一致的。,Johannes Walther (1860-1937),灰?guī)r,頁巖,泥質(zhì)粉砂巖,砂巖,瀉湖,近濱,海灘,礁,海侵（Marine Trangression）,Walthers Law,陸,海,海退（Marine Regression）,陸,海,瓦爾特相律,Vertical sequences of sedimentary facies result from superposition of laterally adjacent depositional environments,9、

10、穿時普遍性原理： 穿時：基于實物性地層屬性的地層界面與時間界面不一致、或斜交的現(xiàn)象。 穿時普遍性原理(Shaw)：全部側(cè)向可識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的。,山西太原石炭-二疊系巖石地層穿時,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面，一般是傾斜的；（2）地層主要通過側(cè)向加積作用堆積在原始傾斜的等時面；（3）由于側(cè)向加積和進(jìn)積，沉積物一般是在物質(zhì)搬運的方向上堆積。,三角洲的側(cè)向堆積,二、地層學(xué)中的時間概念,一）概念：是指地層學(xué)中各種地質(zhì)事件的時間或同時性的估價。 等時與穿時：年代地層對比、地質(zhì)事件的認(rèn)識、與時間相關(guān)的圖件的制作

11、 地質(zhì)時間的測定與估計：地層厚度、海水含鹽度、地球冷卻時間 有關(guān)地球年齡的爭議,完全同時 不完全同時 不同時,地質(zhì)事件的對比,二）時間標(biāo)志,1、古生物標(biāo)志 （1）化石：生物層序律確定相對年齡。 （2）某些海生動物的生長紋飾：珊瑚；頭足類（一天一根，一月一房室)。,珊瑚的生長紋,（3）樹木年輪：1064-1065年間美國一火山爆發(fā)的確定。最老的樹：4千多年,4）地衣的生長變化：某些地衣的直徑可測出生長的年齡，1937、30mm；1650、140mm；1580、170mm。 （5）氟的含量：動物骨骼中的氟含量隨時間而增加。1912年的辟爾唐人。 （6）氨基酸的消旋作用：活體生物體的氨基酸左旋，死后

12、慢慢變?yōu)椴恍琇型氨基酸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：100000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。 （2）考古中的天文學(xué)方法（五星聚合、仲康日食、天再旦） （3）裂變徑跡：U238、 U235、Th232自然衰變成比較小的原子核通過絕緣物質(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。 磷灰石、鋯石,鄂爾多斯盆地東北部AFT年齡解析,（4）天然放射性： （5）礦物熱發(fā)光(TL)：礦物加熱后會發(fā)光，在同等溫度下其發(fā)光的程度

13、與礦物曾得到的輻射劑量（年齡）有關(guān)。地質(zhì)年齡的測定及相對年代的確定。(第四系測年、熱釋光、光釋光),(6)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,形成不配對電子, Si懸鍵上有一個電子自旋.其數(shù)量與年輻射量及地質(zhì)年齡有關(guān). (7)天然剩余磁性（磁性地層學(xué)）,二）時間的測定,主要的方法：氨基酸消旋法及天然放射性法。,對測定元素的要求：1）半衰期大致與地球的年齡是一個數(shù)量級；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。,SHRIMP定年，ICP-MS-U-Pb測年,沉積巖中碎屑鋯石測年的意義,C14的形成過程,在第四系測年中非常重要,在考古中也有