地质年代与地质作用.ppt

第四章 地质年代与地质作用,北京人头盖骨,第一节 地质年代第二节 地质作用,第四章 地质年代与地质作用,第一节 地质年代 地质年代（geologic time）：是指地球上各种地质事件发生的时代。其含义有：一、是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；二、是指各地质事件发生的距今年龄，主要是运用同位素技术测定，称同位素地质年龄。这两方面结合，才构成对地质事件及地球、地壳演变时代的完整认识，地质年代表正是在此基础上建立起来的。,地质年代表,一、相对地质年代的确定 研究地质年代必须研究岩石中所包含的年代信息。确定岩石的相对地质年代的方法通常是依靠以下三条准则。（一）地层层序律：地层（stratum）：地质历史上某一时代形成的层状岩石称为地层。它主要包括沉积岩、火山岩及变质岩。地层层序律：地层形成时的原始产状一般是水平的或近于水平的，并且总是先形成的老地层在下面，后形成的新地层盖在上面，这种正常的地层叠置关系称为地层层序律。,当地层因构造运动发生倾斜但未倒转时，倾斜面以上的地层新，倾斜面以下的地层老。当地层经剧烈的构造运动，层序发生倒转时，上下关系则正好颠倒。,（二）化石层序律 地质学上常常利用保存在地层中的生物化石来确定地层之间的新老关系。古生物化石：地质历史上的生物称为古生物，保存在地层中的古代生物遗体和遗迹，被钙质、硅质等充填或交代（石化）后即称为化石。,生物演化规律：即生物演化的总趋势是从简单到复杂，从低级到高级（进步性）；以往出现过的生物类型，在以后的演化过程中绝不会重复出现（不可逆性）。化石层序律（生物群层序律）：不同时代的地层中具有不同的古生物化石组合（阶段性），相同时代的地层中具有相同或相似的古生物化石组合（同时期的一致性）；古生物化石组合的形态、结构愈简单，则地层的时代愈老，反之则愈新。,生物演化律,利用地层层序律和生物演化律确定岩石的相对年龄,柱状图右侧标出的符号代表不同的化石及其组合，不同的层位有不同的化石组合，图中同一年代的地层用虚线相连。,鹦鹉螺,菊石,腕足类,三叶虫,植物,角石,（三）地质体之间的切割律 侵入岩与围岩的关系，总是侵入者年代新，被侵入者年代老，这就是切割律。也就是说较新的地质体总是切割或穿插较老的地质体，即切割者新、被切割者老。,二、同位素地质年龄的测定 利用放射性同位素的蜕变规律测定岩石的绝对年龄的方法，称为同位素地质年龄测定法。放射性同位素的蜕变规律：放射性元素在自然界中自动地放射出（粒子）、（电子）或（电磁辐射量子）射线，而蜕变成另一种新元素，且各种放射性元素都有自己恒定的蜕变速度。同位素的衰变速度通常是用半衰期（T1/2）表示。所谓半衰期，是指母体元素的原子数蜕变一半所需要的时间。,例如，镭的半衰期为1622年，如果开始有10g镭，经过1622年后就只剩下5g；再经过1622年仅只有2.5g依此类推。因此，自然界的矿物和岩石一经形成，其中所含有的放射性同位素就开始以恒定的速度蜕变，这就像天然的时钟一样，记录着它们自身形成的年龄。,当知道了某一放射性元素的蜕变速度（T1/2）后，那么含有这一元素的矿物晶体自形成以来所经历的时间（t），就可根据这种矿物晶体中所剩下的放射性元素（母体同位素）的总量（N）和蜕变产物（子体同位素）的总量（D）的比例计算出来。其公式如下：式中：为蜕变常数，与蜕变速度（T1/2）有关。关系式为=0.639/T1/2，N、D 值是在实验室中用质谱仪测出。,自然界放射性同位素种类很多，能够用来测定地质年代的必须具备以下条件：具有较长的半衰期，那些在几年或几十年内就蜕变殆尽的同位素是不能使用的。该同位素在岩石中有足够的含量，可以分离出来并加以测定。其子体同位素易于富集并保存下来。,用于测定地质年代的放射性同位素,铷锶法,铀（钍）铅法,钾氩法,14C 法,钐-钕法,40Ar-39Ar 法,人们对地球表面最古老的岩石进行了年龄测定，获得了地球形成年龄的下限值为40 亿年左右，如南美洲圭亚那的古老角闪岩的年龄为（41.301.7）亿年、格陵兰的古老片麻岩的年龄为36 亿40 亿年、非洲阿扎尼亚的片麻岩的年龄为（38.71.1）亿年等等，这些都说明地球的真正年龄应在40亿年以上。综上所述，现在一般认为地球的形成年龄约为46亿年。,三、地质年代表 地质学家和古生物学家，通过对全球各个地区新老不同的地层及其所含的古生物化石进行对比研究后，逐渐认识到地球和地壳在整个发展进程中，生物界的演化及无机界的演化均表现出明显的自然阶段性。于是，他们以地球演化的这种自然阶段性为依据，配合同位素地质年龄的测定，编制出了在全球范围内能普遍参照对比的年代表，即地质年代表。,（一）地质年代单位及地层单位的划分,地质年代单位是记录相对地质年代的时间尺度，国际上通用的地质年代单位由大到小包括宙、代、纪、世、期五个基本单位。年代地层单位是每一地质年代单位内形成的地层的总和。年代地层单位由老至新包括宇、界、系、统、阶五个基本单位。,地质年代单位 年代地层单位宙（eon）宇（eonothem）代（era）界（erathem）纪（period）系（system）世（epoch）统（series）期（stage）阶（stage）,对应关系,地质年代表,地质年代表,寒武纪：是古生代的第一个纪。“寒武”源自英国威尔士的古拉丁文。因为是首先在那里研究的，寒武纪开始于距今5.42亿年，延续时间为5370万年。奥陶纪：古生代第二个纪，约开始于5亿年前，结束于4.4亿年前。在此期间形成的地层称奥陶系。是英国地质学家C.拉普沃思于1879年用Ordovices命名的，Ordovices是威尔士地区的一古民族名“奥陶”一词。志留纪：早古生代的最后一个纪，也是古生代第三个纪。本纪始于距今4.38亿年，延续了2500万年，威尔士地区的一古民族。泥盆纪：晚古生代的第一个纪，从距今4亿年前开始，延续了4000万年之久。是英格兰西南半岛上的一个郡名。石炭纪：是植物世界大繁盛的代表时期。石炭纪开始于距今3.5亿年，延续了约6500万年。由于这一时期形成的地层中含有丰富的煤炭，因而得名“石炭纪”。二叠纪：是古生代的最后一个纪，也是重要的成煤期。二叠纪开始于距今约2.95亿年，延至2.5亿年，共经历了4500万年。三叠纪：是爬行动物和裸子植物的崛起，是中生代的第一个纪。始于距今2.5亿年至2.03亿年，延续了约5000万年。侏罗纪：约1亿9960万年前到1亿4550万年前，名称源于法国和瑞士交界的侏罗山。白垩纪：是中生代地最后一个纪，始于距今1.37亿年，结束于距今6500万年，其间经历了7000万年。,岩石地层单位：有些地区，常因化石依据不足或研究程度不够等原因，只能按地层层序、岩性特征及构造运动特点来划分地层单位，称为区域性地层单位或岩石地层单位。岩石地层单位一般包括群、组、段三级。群：范围可相当于统-系，甚至可大于系，群与群之间常有明显的地层不整合面分开。组：一般是指岩性较均一或几种岩性有规律组合在一起形成的岩石地层单位，其范围通常小于或等于统。段：通常反映一个组中具有相同岩性特征的某个特殊层位。,（二）地质年代表及其生物特征 由老到新简要介绍如下：1、冥古宙（Hadean Eon）：是地球发展的初期阶段，目前在地球表面尚未见到或确证这一时期形成的岩石，这可能是该时期的地表岩石绝大部分已被后期改造的缘故。2、太古宙（Archaeozoic Eon）：是已有岩石记录的最古老地质年代，这一时期的岩石一般是变质程度很高的变质岩，这一时期的生物仅有极原始的菌藻类。,3、元古宙（Proterozoic Eon）：为较古老的地质年代，它包括古元古代、中元古代和新元古代三个代。其中，中元古代和新元古代在我国被分为四个纪，由老到新依次为：长城纪（ChangchengPeriod）：名称来自于我国的万里长城；蓟县纪（JixianPeriod）：名称来自于我国天津市的蓟县；青白口纪（QingbaikouPeriod）：名称来自于我国北京市附近的青白口镇；震旦纪（Sinian Period）：“震旦”是我国的古称。,元古宙的生物：主要为各种原始的菌藻类，包括蓝藻、绿藻、红藻及一些细菌，此外还有少量海绵动物、水母及蠕虫等。,蓝藻化石,绿藻,水母,海绵化石,蠕虫类化石,4、显生宙（Phanerozoic Eon）：开始出现大量较高等生物。分为古生代、中生代和新生代。（1）古生代（Palaeozoic Era）：包括六个纪，由老到新依次为：寒武纪（Cambrian Period）奥陶纪（Ordovicean Period）志留纪（Silurian Period）泥盆纪（Devonian Period）石炭纪（Carboniferous Period）二叠纪（Permian Period）,古生代生物：早古生代是海生无脊椎动物繁盛的时代，包括三叶虫、珊瑚、海绵动物、苔藓虫、腕足类、笔石类、水母、海百合等。,正笔石化石,三叶虫,海百合化石,角石,苔藓虫化石,珊瑚化石,三叶虫化石,腕足类化石,早古生代后期开始出现鱼类，末期，原始的植物开始登陆，但主要是一些在海边生存的半陆生低等植物，主要为蕨类孢子植物。,鱼化石,晚古生代：虽然海生无脊椎动物仍较繁盛，但脊椎动物的发展表现更为突出。鱼类在泥盆纪得到充分发展，并在泥盆纪晚期逐渐演化成原始两栖类。石炭纪是两栖类的繁盛时代，石炭纪中、晚期开始出现原始的爬行类。在二叠纪爬行动物得到进一步发展。晚古生代陆生植物群蓬勃发展，主要为蕨类孢子植物，泥盆纪时期开始出现小型森林，到了石炭、二叠纪，各种高大的乔木类植物如节蕨、石松类、种子蕨、真蕨、科达类等开始形成高大森林，为成煤提供了良好的物质基础。,木化石,（2）中生代（Mesozoic Era）：分为三个纪，由老到新依次为：三叠纪（Triassic Period）侏罗纪（Jurassic Period）白垩纪（Cretaceous Period）中生代是爬行动物空前繁盛的时代，如恐龙。这个时期，鸟类、哺乳类动物开始逐渐形成。在无脊椎动物中，菊石、箭石类软体动物得到充分发展。中生代的植物以裸子植物占统治地位。,恐龙化石,鸟类化石,菊石化石,箭石化石,裸子植物化石,（3）新生代（CenozoicEra）：包括第三纪（Tertiary）和 第四纪（Quarternary）。中生代末期，原来极其繁盛的爬行动物恐龙类突然全部绝灭，海洋中盛极一时的菊石、箭石类也几乎同时全部绝灭。而中生代逐渐形成的哺乳动物及鸟类，由于其适应性较强而逐渐取代了恐龙的位置。新生代是哺乳动物大发展的时代，其中绝大部分生活在陆地，但有的则生活于海中（如鲸鱼、海豚等）和空中（如翼手类）。新生代晚期开始出现人类，这是地球上生物演化史的一次最重大飞跃。新生代的植物以被子植物占统治地位。,哺乳动物,古人类头骨化石,人类下颚骨碎片,“许昌人”遗址又发现一批距今8万-10万年人类头骨化石及石器,珙桐,荷花,被子植物中的活化石,动物演化小结 早古生代:是海生无脊椎动物繁盛的时代,后期开始出现鱼类。晚古生代:脊椎动物发展突出，鱼类演化成原始两栖类，石炭纪中、晚期开始出现原始的爬行类。在二叠纪爬行动物得到进一步发展。中生代:爬行动物空前繁盛，鸟类、哺乳类动物开始逐渐形成。新生代:是哺乳动物大发展的时代，晚期出现人类。,植物演化小结 早古生代末期:植物为原始的蕨类孢子植物。晚古生代:陆生植物群蓬勃发展，主要为蕨类孢子植物 中生代:植物以裸子植物占统治地位。新生代:植物以被子植物占统治地位。,显生宙,隐生宙,第二节 地质作用 地球自形成以来，在漫长的地质历史过程中一直处于永恒的不断运动变化之中。例如，火山活动、地震等。地质作用（geological process）:地质学把自然界引起地壳或岩石圈的物质组成、结构、构造及地表形态等不断发生变化的各种作用称为地质作用。地质营力:引起地质作用的各种自然动力称作地质营力。地质作用既有破坏性，又有再造性，这对矛盾在其发展过程中不断改造着地壳或岩石圈。,一、地质作用的能量来源 能量来源主要包括地球外部的能源和地球内部的能源两种。（一）地球外部的能源：主要是太阳辐射能和日月引力能。1、太阳辐射能：能引起大气圈、水圈、生物圈的物质循环运动，形成风、流水、冰川等地质营力。2、日月引力能：与地球旋转能共同作用可产生潮汐现象。此外其它星体作用及陨石的撞击等也起着一定的作用。,（二）地球内部的能源：主要包括重力能、地热能、地球旋转能及化学能、结晶能等。1、重力能：能使物质从高位能的地方向低位能的地方运动。2、地热能：是地球内部散发出的热量，这种热量认为有以下几个来源：上地幔中放射性元素蜕变产生的热能；地球体积在逐渐收缩过程中，一部分重力能转变而来的热能；地球形成时一部分动能转变而来并保留在地球内部的热能；地壳运动过程中，动能转变而来的热能。,3、结晶能和化学能：是在地壳及地幔内部化学成分的转变以及结晶过程中产生的，常以热能的形式表现出来。4、地球旋转能：是由地球绕地轴自转和绕太阳公转而产生的能量。,二、地质作用的类型 地质作用可根据能量来源和发生部位分为表层地质作用和内部地质作用两大类。（一）表层地质作用（外力地质作用）：由地球以外的能源引起的各种地质作用。外力地质作用主要发生在地表，它使地壳表层原有的矿物和岩石不断遭受破坏，又不断形成新的矿物和岩石；它还促使某些元素不断富集或分散，并形成可供开采利用的矿产；同时也引起地表形态不断变化。,海浪的地质作用 海洋里的 潮流的地质作用 海洋的地质作用 浊流的地质作用 风的地质作用 地面流水的地质作用 大陆上的 地下水的地质作用 冰川的地质作用 湖泊的地质作用 块体的地质作用,外力地质作用分类按照作用介质：,物理（机械）风化作用 风化作用 化学风化作用 生物风化作用,按作用方式：外力地质作用可划分为风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用。风化作用：是指在地表或近地表环境下，由于气温、大气、水及生物等因素作用，使地壳或岩石圈的岩石、矿物在原地遭受分解和破坏的地质作用。,剥蚀作用：是指各种地质营力（如风、水、冰川等）在其运动过程中对地表岩石产生破坏并将破坏物剥离原地的作用。剥蚀作用 按方式：机械、化学、生物剥蚀作用 按营力：地面流水（片流、洪流、河 流）、地下水、湖泊、海洋、冰川、风的剥蚀作用,搬运作用：是指经风化作用、剥蚀作用剥离下来的产物，随运动介质从一地搬运到另一地的作用。搬运作用 按方式：机械、化学、生物搬运作用 按营力：地面流水（片流、洪流、河流）、地下水、湖泊、海洋、冰川、风的搬运作用,沉积作用：是指各种营力搬运的物质，在介质动能减小或物化条件发生改变以及生物作用下，在新的场所堆积下来的作用。沉积作用 按方式：机械、化学、生物沉积作用 按营力：地面流水（片流、洪流、河流）、地下水、湖泊、海洋、冰川、风的沉积作用。成岩作用：是指使松散沉积物固结形成沉积岩的作用。成岩作用的过程分为压实作用、胶结作用、重结晶作用。,（二）内部地质作用（内力地质作用）是由地球内部的能源引起的地质作用。内部地质作用一般起源和发生于地球内部，但常常可以影响到地球表层，如火山作用、构造运动等。内部地质作用主要包括岩浆作用、变质作用和构造运动。,1、岩浆作用 岩浆：是地下深处主要由硅酸盐组成的高温熔融体。岩浆作用:岩浆从形成、运动、直至冷凝固结成为岩石的全过程中,岩浆本身的变化及其对围岩的影响称为岩浆作用。岩浆的侵入作用：从岩浆侵入围岩到在地下一定深度冷却形成岩石的全过程称为岩浆的侵入作用，所形成的岩石称为侵入岩。岩浆喷出作用:岩浆向上运动喷出地表，则称岩浆喷出作用（火山作用），所形成的岩石称喷出岩。,2、变质作用：在发生地壳运动时，原来的岩石沉积岩、岩浆岩或者是变质较轻的岩石，受到定向压力或高温、高压的作用，使岩石的原始特征发生改变，形成新的岩石的过程称为变质作用。变质岩：变质作用形成的岩石称变质岩。正变质岩：由岩浆岩变质而成的岩石叫正变质岩。负变质岩：由沉积岩变质而成的岩石叫负变质岩。,大理岩,板岩,片麻岩,变质岩,3、构造运动 构造运动是由内力引起地壳或岩石圈物质的一种机械运动。这种运动表现有两种形式，即水平运动和升降（垂直）运动。水平运动:是组成地壳的物质沿地球切线方向的运动。它主要引起地壳的拉张（大洋中脊的扩张）、挤压（板块的消减、碰撞）、平移甚至旋转等，从而使岩层发生弯曲和断裂，地形上则形成山脉和盆地。,岩石圈板块运动,升降（垂直）运动：是地壳物质在铅直方向的缓慢上升和下降运动，有些地方表现为升降运动的交替，所以又称为振荡运动。升降运动可以引起海洋和陆地的变迁，地势高低的改变，岩体的垂直位移以及层状岩石中的大型平缓弯曲等。水平运动和垂直运动，两者不能截然分割开来，无论在空间上、时间上都是相互联系又相互制约的，只是在不同地区，不同时间有主次的关系。,地震作用：是地壳的快速机械震动。当地内机械能长期积累，达到一定限度而突然释放时，地壳就会受到猛烈冲击，发生震动，强烈地震会对地面产生严重破坏作用。,汶川8.0级地震共发生余震7000多次。,各种内力地质作用不是孤立的，而是存在内在的联系。一般说来，内力地质作用以构造运动为主，构造运动形成断裂，断裂活动可诱发地震，同时，断裂可作为岩浆上升的通道，热的岩浆上升又可引起围岩变质。,