《地史的研究方法》PPT课件.ppt

第五章地壳演化史,地层的划分与对比岩相古地理分析构造历史分析,地质年代指地质体形成或者地质事件发生的时代。分为：,1.相对年代根据生物的演化顺序和岩石的新老关系，确定地质体形成或地质事件发生的先后顺序。,2.绝对年代依据同位素年龄测定地质体形成或地质事件发生时距今多少年。,在描述地球历史或地质事件的年代时，两者都很重要。,研究地壳历史的依据,1.火成岩、沉积岩和变质岩，三大岩类的岩石性质和分布特点。（恢复当时的形成环境）,17.1 地质年代的确定（相对年代）,2.生物化石的特性（时代和环境）,3.地质构造（产生的时间，形成时的环境）,一、相对年代的确定,地层层序律：沉积岩是按先后顺序一层层地依次沉积下来的，因此正常的地层是老的在下，新的再上（即下老上新），这是确定地层新老顺序的一般规律，叫地层层序律。,（一）地层层序律,（二）化石层序律（生物层序律）,化石埋藏在岩层中的古代生物遗体或遗迹。,生物的演化是从简单到复杂，低级到高级不断发展的，岩层中所含的化石也具有一定的规律，岩石年代越老生物化石越原始、越简单、越低级。岩石年代越新、生物化石越复杂越高级。,化石层序律根据新老不同的地层中的化石（特别是标准化石等），就可以确定化石之间的相对新老关系，并以化石来确定地层的相对新老关系的方法。,（三）切割律或穿插关系,1.喷出岩相对年代确定根据地层层序和其上、下地层中的化石来确定。,2.侵入岩相对年龄确定：根据侵入、包裹、切割或穿插关系来确定。侵入关系：侵入者年代新、被侵入者（围岩）年代老。切割或穿插关系：切割或穿插者年代新、被切割或被穿插者年代老。包裹关系：包裹者年代新、被包裹者年代老。,二、同位素年龄（绝对年龄）的测定,根据地层中所含放射性元素及其衰变产物的含量比例，再根据其衰变常数（半衰期）来计算出矿物或岩石的年龄。,不是所有的同位素都能使用，一般是用半衰期较长的同位素；一般用钾氩、铷锶、铀铅等来测定较古老岩石的地质年龄。,而碳14半衰期较短，专用于测定最新的地质事件和考古材料。,同位素年龄具有一定的误差，但对于无化石的前寒武纪以及火成岩、变质岩等的年代是非常重要的依据。,第一节 概述,一、地层学理论的建立地层：地壳上部的层状岩石或松散堆积物（剖面呈带状展布）地层层续律：化石层续律：不同的岩层有不同的化石，可按照地层的顺序判别地层的顺序。岩层对比定律：沉积环境随时间推移在空间上也相应发生改变地层学体系：（包括：岩石地层学、生物地层学、磁性地层学、事件地层学、地震地层学、层序地层学等）,叠置率下老上新原始连续律地层未变动则呈横向连续延伸，逐渐尖灭。原始水平率地层未经变动时则呈水平状态。,第一节 概述,二、时间标尺的建立相对时间标尺：（依靠三个基础理论）“地层三定律”、“大地质旋回理论”、“化石层序律”绝对地质年龄：用放射性同位素测定地质年代表（P306，表51）,“地层三定律”叠置率下老上新原始连续律地层未变动则呈横向连续延伸，逐渐尖灭。原始水平率地层未经变动时则呈水平状态。,“大地质旋回理论”地球表面永远处于不断变化状态从岩石中可以了解地质历史岩层是由古老沉积物演化而来的“化石层序律”可按照地层的顺序判别地层的顺序由老到新，由低级到高级，由简单到复杂,地质年代表主要内容各年代单位的先后顺序同位素地质年龄生物演化特征构造活动事件,第二节 地壳历史的研究方法,一、地层的划分与对比二、岩相古地理分析三、构造历史分析四、地层系统,一、地层的划分和对比,地球经历了46亿年的历史。地球发展过程中的各种信息，记录在自己的“书页”地层之中。,（一）地层划分的依据,地层在地壳发展过程中形成的各种成层岩石的总称。地层与岩层的区别：岩层一般是泛指各种成层岩石，不具有时代含义；地层有老有新，具有时间含义。地层层序（律）地层上下或新老关系。标准剖面地层出露完全、顺序正常、接触关系清楚、化石保存良好可供进行地层划分、对比等研究的剖面。,地层划分的依据（续）,地层划分按地层的岩性、古生物等特征及形成先后顺序，对地层进行分层。地层对比将不同地区同一时代的地层进行比较。,1.沉积旋回和岩性变化,沉积岩的岩性，包括组成成份、粒度大小、浑圆度、颜色、结构、构造等。岩性特征：从各个侧面反映沉积岩形成的沉积环境。,沉积旋回海相地层中，往往岩相由粗到细又由细到粗的重复变化称一个沉积旋回。一个完整的沉积旋回，由一套海侵层位和一套海退层位构成。,沉积旋回（续）,华北燕山区中、上元古代地层剖面长城群下部为砂页岩，上部为白云岩；蓟县群以石灰岩为主，顶部为页岩；青白口群下部为页岩、粉砂岩，上部为白云岩。这一剖面由下而上代表了一个巨大的沉积旋回。在这个大旋回中，每一个群又代表了一个次一级的旋回。沉积旋迥反映了地史中古地理环境的规律性变化。,2.地层接触关系,岩层间的不整合面是划分地层的重要标志。对于侵入岩，必须根据侵入岩和围岩的接触关系确定时代。侵入接触；沉积接触。如有多次侵入，侵入体往往互相穿插，则被穿过的岩体时代较老，穿越其他岩体者时代较新。,地层的五种接触关系,确定火成岩在地层中的新老顺序,喷出岩时代的确定,喷出时代在P1后，P2前,确定火成岩在地层中的新老顺序,侵入接触时代的确定,侵入时代在K后,确定火成岩在地层中的新老顺序,沉积接触时代的确定,3.古生物化石,化石保存在地层中的地质时期的生物遗体和遗迹。化石形成的条件：标准化石生存时间短、演化快、分布地区广、个体数目多的生物种类所形成的化石。,生物层序律,生物是从简单向复杂，从低级向高级发展的，生物演化既具有不可逆性，又具有阶段性。一定种类的生物或生物群总是埋藏在一定时代的地层里，而相同地质年代的地层里必定保存着相同或近似种属的化石或化石群。,（二）地层的对比,在地层划分的基础上，根据岩性、古生物和构造运动特征，进行地层对比，建立区域性的地层新老关系和年代顺序。,地层的对比示意图,如图，为数个出露不全的地层剖面的自然露头，根据岩性等特征进行对比后，得到这一地区完整的地层综合剖面。,地层对比图,二、岩相古地理分析,沉积相沉积物特征、生物特征及其历代表的生成环境的总和。生物相指反映一定沉积环境的生物群的生态特征。岩相指反映一定沉积环境的岩性特征，包括矿物组成、化学成份、粒度大小、分选性、磨圆度和结构、构造等。沉积相分为：海相、陆相、（海陆）过渡相。,（一）沉积相的分类,1.海相沉积,滨海相、浅海相、半深海相和深海相。此外还有非正常海相。,1）滨海相,位于低潮线和高潮线之间及其临近地带的狭长滨海区。潮汐和波浪作用占主导。可分为潮上带、潮间带和潮下带。沉积物以碎屑物如砾石、砂等为主；由于波浪作用强，所以磨圆度和分选度较好，常具交错层、波痕、干裂等，含海生动物贝壳，但多破碎。近年认识到在滨海区还可以形成碳酸盐岩沉积。潮上带碳酸盐岩中常夹石膏，具碎裂纹理及泥裂，缺乏生物。在潮间带，常有介壳滩、鲕状及生物碎屑灰岩，间有白云岩及石膏层。有时在潮上带被冲碎的岩块又冲到潮间带，胶结形成竹叶状灰岩，常具有泥裂及生物钻孔潜穴。潮下带水动力条件平稳，常呈水平层理灰岩，化石完整丰富。,2）浅海相,海面到深200m左右的浅海区，相当于大陆架上的海洋部分。一般为：砂岩页岩泥灰岩石灰岩。有些是在广阔的陆表海中沉积形成。陆表海又称内陆海，深度小于200m，沉积分异明显，如有海侵海退，沉积旋回也比较清楚。,3）半深海相和深海相,即相当于大陆坡及海盆底地带。深海沉积物少含或基本不含有陆屑物质，以各种碳酸盐岩为主。现代深海沉积有较多的由具有灰质和硅质硬体的微小浮游生物遗体堆积而成的生物软泥，及铁锰结核。铁锰结核的物质来源可能与海底火山喷发以及海底地下含矿热水喷出有关。,2.陆相沉积,大陆上相对低洼部位接受沉积，形成陆相地层。各种陆相地层沉积物的特点：残积相和坡积相为土状铁、锰、铝组成个风化壳；洪积多为砾岩、砂岩等粗碎屑岩。冲积相多由砾岩、砂岩、粘土岩等组成，磨因度好，形成于河床、河漫摊，水平层理、斜层理和交错层理均较发育。湖泊相以细秒岩、粉砂岩及粘土岩为主，常具有极薄的层理。冰川相沉积物分选性差，不具层理，砾石多成棱角状。风成相沉积物以砾岩和粉砂岩为主。,3.过渡相沉积（海陆交互相沉积）,形成于滨海地区，包括三角洲相和潟湖相。三角洲相河流的三角洲。砂质沉积为主，具向海洋方向倾斜的斜层理；陆生植物、淡水和海生动物化石混杂。底部沉积物变细，以粉砂及粘土为主，层理水平，富含海生动物化石。潟湖相滨海地区的潟湖。湿润气候下，形成砂页岩和泥炭层，具薄的水平层理；干燥炎热气候下，形成白云岩、石膏、石盐等。,（二）岩相分析的主要依据,指相化石（群）代表特殊的地理环境，且指示特殊岩相的化石（群）。不同的化石指示不同的古地理环境。则：珊瑚化石指示清澈温暖的浅海环境。破碎的贝壳指示滨海环境。不同的植物化石指示不同的陆相环境，如苏铁气候湿热；银杏气候温和等。,1.生物化石,2.岩性特征和结构,岩性特征、结构和构造等是一定环境下沉积物的表现形式。因此，是岩相分析的重要根据。红色岩层氧化环境；黑色页岩并含黄铁矿还原环境；交错层、不对称波痕流动浅水地区；干裂滨海、滨湖环境；鲕状赤铁矿和石灰岩温暖气候下的动荡浅海；竹叶状灰岩波浪作用所及的潮上和潮间带、浅海环境或风暴环境；盐假象气候干燥环境等。,3.特殊矿物,有些矿物形成于一定环境下，可以起指相作用。海绿石较深浅海环境；石膏、石盐干燥环境；白云岩（指形成于古生代以后者）并少含化石咸化海或潟湖环境。,（三）岩相分析的原则现实类比法,莱伊尔的现实主义原理：“以今证古”、“现在是认识过去的钥匙”。认为：今天的自然作用及其产物在种类和规模上与过去的并无不同“一致论或均变论”。地质发展史上曾起过进步作用，但没有考虑到地质作用过程中的突变因素。这种现实主义与历史分析相结合，用历史发展的辩证观点研究地史的方法，叫现实类比法。,现实类比法需要考虑的因素,自然界演化的不可逆性 地壳历史中，大气圈、水圈和岩石圈及生物界是不断发展的。如大气圈在地史初期，火山活动强，CO2含量比现在多；石炭二叠纪，大规模森林出现，光合作用，使大气成分CO2减少，O2增加。在生物界，如地质时期海百合生活于亚浅海区，现代却生活于深浅海区。又如白云岩为咸化海或潟湖沉积，但寒武纪前却广泛地形成于正常海中。时间因素 有些地质作用，短期作用和长期作用的结果有很大的差异。如，地质时代海相沉积物的机械分异普遍；现代海洋沉积中，由于时间短促机械分异不明显。沉积物的后生变化古老的沉积岩都经历了长期的后生作用，已改变了沉积时的面貌；而现代沉积还不能看到后生变化，尽管环境相似，地质作用的结果不一定完全相同。,岩相分析图,（四）古地理图,古地理图对一定地区一定时代的地层进行岩相分析之后，把当时的海陆分布、地形、气候等情况综合起来绘成的图件。,三、构造历史分析,构造历史分析根据岩相的垂直变化、岩层厚度、岩层接触关系等，重塑地壳构造运动。地壳的发展是从一个旋回到另一个旋回的过程。地壳发展的过程，根据地槽发育构造旋回、海陆分布、生物演化、岩浆活动的阶段性变化等，可以划分为若干个构造旋回，或称构造阶段。,四、地层系统,岩性地层系统以岩性变化为主的地层划分系统，是区域性或地方性的地层单位。地层单位为群、组、段等。组凡岩相、岩性、变质程度大体一致，与上下地层间界限明确，在一定范围内比较稳定的地层，都以划分为一个组。组是地方性的最基本的地层单位。,（一）岩性地层单位,岩性地层单位（续）,群凡是厚度巨大、岩性较复杂、具有相似性，但又无明确界限可以进一步分组的一套岩系，都可划分成一个群。是比组大的地方性地层单位。群用专门地理名称命名，如阜平群，五台群。段组中进一步根据岩性特征划分的单位。如燕山地区蓟县系雾迷山组可以分成四个或五个段，分别称为雾迷山组第一段、第二段。这些地层主要以岩性为根据来划分，仅反映一定地理范围的沉积过程及沉积环境，只适用于一定地区，所以属于地方性的地层单位。,（二）年代地层单位,年代地层单位一定地质时期所形成地层总体的名称，是超越地区性具体差异的抽象概括。白垩系代表白垩纪这个地质时代所形成的地层总和。因这种地层划分是以地质时代为标准，所以称为年代地层单位。根据生物门类（纲、目、科、属、种）的演化阶段，地层可划分为大小不同的年代地层单位：宇、界、系、统、阶等。,年代地层单位（续）,阶根据地层中标准化石和化石组合，划分的年代地层单位。全国性或大区域性的年代地层单位。阶以地名命名，如华北地区上寒武统根据三叶虫的种类划分为崮山阶、长山阶、凤山阶。统根据地层中生物化石在科、目上的 变化划分的年代地层单位。比阶高一级的年代地层单位。全球性的年代地层单位。一个统包括数目不等的阶。统的名称冠以下、上或下、中、上字样。如下寒武统、中寒武统、上寒武统。,年代地层单位（续）,系比统高一级的年代地层单位。一般根据首次研究的典型地区的古地名、古民族名或岩性特征等命名，如寒武系、奥陶系、石炭系等。界根据生物门的演化阶段所划分的单位。如中生界爬行类；新生界哺乳动物。宇最高级的年代地层单位叫宇。根据生物的出现、最低硬壳化石带及较高级动物的大量出现，把全部地层分为3个宇，即太古宇、元古宇和显生宇。,（三）地质时代单位,地质时代单位从年代地层单位概括抽象出来的时间概念。,地层分类系统表,（四）地层符号,宇两个大写字母表示。冥古宇（Hadean）HD太古宇（Archaean）AR元古宇（Proterzoic）PT显生宇（Phanerozoic）PH界两个字母，第一个大写，第二个小写。古生界（Paleozoic）Pz中生界（Mesozoic）Mz新生界（Cenozoic）Cz系一个大写字母表示。志留系（Silurian）S泥盆系（Devonian）D,地层符号（续）,统在系的符号右下角加阿拉伯数字1、2或1、2、3字样，分别代表下统和上统，或下统、中统和上统。阶、群、组、段阶名的第一个字母或两个字母，放在统的符号之后（小写正体）。群下太古界密云群 Ar1m组段未作统一规定。有人采用在组名右上角加1、2等，表示第一段，第二段。,思考题,1.为什么说地层划分、对比和沉积相分析是地质调查和地质研究的重要基础工作?2.什么是地层划分和地层对比？地层划分和对比的依据是什么?3.掌握沉积相、岩相、生物相和相变的概念。4.沉积相可划分为哪些类型?说明各个奥型的特征。5.进行沉积相分析主要依据什么?为什么在沉积相分析时不能把现代和古代的沉积环境机械地类比?6.什么是岩相古地理图?图中应反映哪些内容?,