地质学基础第六章地层.ppt

1,第六章 地 层,2,一、地层概念和地层层序律二、地层的划分和对比三、地层单位和地质年代表四、地层的构造分析五、稳定地区和活动地区六、各地质发展历史简介,3,一、地层概念和地层层序律,地层就像一部万卷巨著，记录和保存了地球形成的45亿年以来地球发展和演化的历史事实。地层中又蕴藏着丰富的沉积矿产资源。把野外见到的成层岩石，包括沉积岩、火山岩及其变质岩，这种成层岩层，泛称岩层；地层(Stratum)：是指具有某些共同特征和属性，与相邻岩层存在明显差异、具有一定地质年代的岩层或岩石组合；地层除具有一定的形体和岩石内容外，还有时间顺序的涵义。,4,地层层序律：丹麦医生斯坦诺（N.Steno）根据意大利北部的野外观察，于1669年提出的，其内容是：年代较老的地层在下，年代较新的地层叠覆在上。也就是上新下老，这就是著名的地层形成的时间顺序规律地层叠覆律（Law of Superposition）。不同岩层中所含的化石各不相同，可以根据相同的化石来对比地层并证明是同一时代。这就是后来受到一致推崇的化石层序律（Law of faunal succession）。地层层序律和化石层序律是确定地层层序的主要方法。,5,二、地层的划分和对比,（一）、基本概念 1、地层划分（Subdivision）：根据地层各种属性和特性（如岩性、化石、接触关系、地球物理特征、地球化学特征、同位素年龄等），按照地层的原始顺序，系统地把一个地区的地层划分为各种地层单位。2、地层对比（Correlation）：根据地层各种属性和特征（如岩性、化石、接触关系、地球物理特征、地球化学特征、同位素年龄等），对不同地区的地层单位进行比较，找出这些地层单位的相应关系和分布规律。在地层学的意义上是表示地层特征和地层位置的相当。3、地层划分与对比：确定地层的相对新老关系及其分布规律。,6,地层有多少种属性，就有多少种地层划分对比的方法，因此，地层划分对比的方法很多。但最常用的方法有：岩石地层学、生物地层学、地球物理学等方法。1、岩石地层学方法 基本原理：岩层的岩性（颜色、成分、结构、构造等）、岩石叠置顺序、沉积旋回和岩相特征等，都可以作为地层划分和对比的依据，这是地层学中重要的方法之一，在油气勘探的地层划分对比中得到广泛有效的应用。,（二）、地层划分对比的方法,7,（1）岩性法 沉积岩的岩性特征反映了其形成时的古地理环境。在一个剖面上，岩性的变化意味古地理环境随着时间推移而改变。在地面露头和钻井地质剖面中，常常根据岩性特征来划分对比地层，这种划分对比在一定区域范围内是准确的，这就是常用的岩性法来划分对比地层。,8,地层岩性对比图,9,（2）沉积旋回法 沉积旋回是指在纵剖面上一套岩层按一定生成顺序，有规律地交替重复，如岩石粒度由粗到细，再由细到粗的变化，通常把利用沉积岩的这种规律性交替出现的现象来划分对比地层的方法叫做沉积旋回法。海相沉积旋回的连续性表现为一个海侵序列逐渐过渡到海退序列，在纵向剖面上岩石粒度自下而上由粗到细为海侵序列，而从细到粗为一个海退序列。陆相沉积中湖水进退同样也可以造成岩性出现规律变化的沉积旋回。在一定范围内用沉积旋回法来划分、对比地层是行之有效的。,10,（3）标志层法 在复杂的岩层中有一些特殊的岩层，它们具有厚度不大、岩性特征突出、在区域地层中分布比较稳定等明显特征，这种岩层可称为标志层。,11,基本原理：著名的英国地层学之父Smith根据自己的长期实践于1815年提出：不同岩层中所含的化石各不相同，可以根据相同的化石来对比地层并证明是同一时代。地层年代的概念，必须建立在生物地层学的基础上。只要地层所含化石或化石组合相同或相似，它们的地质时代就相同或大致相当，这就是使用古生物化石划分对比地层的理论依据。古生物学方法是确定地层相对地质年代的基础。,2、生物地层学方法（古生物学方法）,12,W.史密斯（17691839），英国测量工程师，在参加开凿运河的土地测量工作时热心收集古生物化石，在此基础上提出了化石层序律。,13,（1）标准化石法 在一个地层单位中，选择少数特有的生物化石，它们在该地层上下层位中基本上没有，该种化石只在该段地层里出现，它们是特定地质时代的产物，这些化石就叫作标准化石。根据标准化石来进行地层划分和对比的方法叫做标准化石法。所谓标准化石也是相对的，但它具有明显特征：生物生活时代短；分布范围广；数量多；保存完好，易于鉴定。标准化石在海相地层划分对比中发挥着重要作用，化石带往往可以作为洲际对比。,14,（2）化石组合法 与标准化石法用单一化石属种划分对比地层不同，化石组合法是用生物群划分对比地层。在地质历史中，同一生活环境中不只有一类生物，而是多种生物共生在一起组成一个生物群。在不同时代不同环境中，由于各种生物适应能力不同，产生的组合就不相同。生物群及其演化，在一定程度上，反映了该地层形成时期生物群的总体面貌。因此利用生物群组合来划分地层界线，用来对比地层，也是十分可靠的。,15,同位素：原子是由原子核和壳层电子组成的，原子核除氢外都是由质子和中子构成，质子数相同，中子数不同的元素称为同位素。上个世纪初，发现放射性元素都是自动的、恒定的速率逐渐衰变为非放射性的子体同位素，并释放出能量来。如：U23886206Pb U23574207Pb 其基本原理是基于放射性元素有固定的衰变常数，即每年每克母体同位素能产生的子体同位素的克数。因此，分别测定岩石中矿物所含的放射性同位素（母体同位素）及由其蜕变产物（子体同位素）的含量，就可以计算出该矿物从形成到现在的实际年龄。,3、同位素地质年龄的测定,16,计算公式：t被测矿物或岩石的年龄；衰变常数，即单位时间内母体同位素衰变出子体同位素的原子数；D为t时间内由原始总数为P0的母体同位素所产生的子体同位素原子数；P为在t时间后剩余的母体原子数。同位素种类很多，能用来测定矿物或岩石年龄的必须满足条件是：（1）衰变常数必须准确地测定；（2）先要确定现存子体同位素丰度；（3）母体或子体同位素不受外界影响而发生增加或丢失。,17,目前利用放射性同位素测定矿物的年龄，进而推断岩石或地层形成的年龄，已经成为一个独立学科，称为地质测年学（Geochronometry）。常用的方法由铀铅法、铷锶法、钾氩法。,18,地球是一个磁性体。岩石的磁性特征（尤其是剩余磁性）是地球物理参数中唯一能够测量及评价地球过去磁场分布状态的参数。岩石中的磁性矿物所具有的剩余磁性是一种类似于化石作用的磁性，它记录了岩石形成时期的地球磁场特征，也就是过去地磁场历史存在岩石中的“录音机”。,4、古地磁方法,19,地磁事件是指地质历史时期内，地磁场强度随时间变化所发生的极性倒转或偏移。是构成磁性地层学的基础。也就是地球磁场的极性并不是固定不变的，每隔几万年或几十万年，地磁场的极性就会发生一次倒转，即地磁北极变为地磁南极，地磁南极变为地磁北极。这些变化记录在岩石中，利用保存在岩石中的地球磁场极性变化来划分对比地层。,20,21,在石油天然气勘探中已普遍采用地震、测井等地球物理学方法，它们在地层对比工作中也发挥着重要作用。测井技术在开发地质和油田细分层中发挥着主力作用，在区域地层对比中也有重要意义。地震资料对比地层在区域地层对比中更是举足轻重。,5、地球物理学方法,22,麻柳场含气构造嘉陵江组嘉四3地层对比图,23,地震勘探中获得的反射波资料是地层的地震响应。同一反射界面的反射波有相同或相似的特征，如反射波振幅、波形、频率、反射波波组的相位个数。根据这些特征，沿横向对比追踪出同一反射界面的反射，也就实现了对同一地质界面的对比。反射波组对应的地层层位是根据钻井资料和地质资料来标定的。利用地震资料对比地层有其不可取代的重要作用，如覆盖区地层的划分对比，在一定条件下，它正确地揭示出岩石地层学和生物地层学方法的缺陷与弊端，并予以修正。,24,25,三、地层单位和地质年代表,（一）岩石地层单位及其级别,岩石地层单位分为四级：群、组、段、层，这是主要单位。组：是最重要的基本岩石地层单位。其含义在于具有岩性、岩相和变质程度的一致性。组由一种岩石构成，或者以一种岩石为主，夹有重复出现的夹层；或者由两三种岩石交替出现所构成；还可能以很复杂的岩石组合为一个组的特征，而与其它比较单纯的组相区别。组的厚度无固定的标准，可以由1m到几千米不等。,26,群：比组高一级的岩石地层单位，常用的最大岩石地层单位。由两个或两个以上经常伴随在一起而具有某些统一的岩石学特点的组联合构成的，或由一大套厚度巨大，岩类复杂的地层组成。群的顶底界线即其顶底组的上下界，而不应当从组内穿过；群内不允许有重要的间断或不整合存在。群在必要时可以再分成亚群，或合并为超群。群的名称通常取自典型剖面附近的地名。,27,段：是低于组的岩石地层单位，必须具有与组内相邻岩层不同的岩性特征，且分布广泛，对研究区域地层有用。组是否要分段应根据其内部有无分段的岩性条件和区域地层研究的需要来定，有的组可全部划分为段；也可仅指定组的某一部分为段，其余部分不正式命名为段；有的组可不分段；有的组在某一地区分段，在另一地区不分段。层：等级最低的岩石地层单位。它一般由岩性、成分、生物组合等特征显著而又明显区别于相邻岩层的地层构成。它的厚度不大，可以从数厘米、数米至十余米。层是组内或段内的一个特殊单位层，在岩性上与相邻岩层显著不同。,28,（二）生物地层单位 生物地层单位是根据地层中所含有的生物化石内容和特征所划分出来的地层单位。以含有相同化石内容和分布为特征，并与邻层化石有别的三度空间岩层体。在地层层序中，却有许多不含化石的部分，它们就不具有生物地层的特征，那么就不是生物地层划分的对象。生物地层单位的最大特点，在于它们具有指示相对年龄的作用。生物地层单位有三种类型：组合带、延限带、顶峰带，还有间隔带。,29,（三）年代地层单位及其级别,按地质历史中生物演化阶段可建立六个级别的年代地层单位及其对应的地质年代单位。宇 Eonthem 宙 Eon 界 Erathem 代 Era 系 System 纪 Period 统 Series 世 Epoch 阶 Stage 期Age 时带 Chronozone 时 Chron 年代地层单位是指在特定地质时间间隔内形成的岩石体。其顶底界线都是以等时面为界的，因此，这种地层单位及其界线是全球等时的。每一个年代地层单位与相应的地质年代单位严格对应。,30,（四）、地质年代表,宇：冥古宇 Hadean Eonthem 太古宇Archaeozoic Eonthem 太古宙 Archaeozoic Eon 元古宇 Proterozoic 显生宇 Phanerrozoic,31,32,33,下古生界 寒武系 Cambrian()三分1 2 3 奥陶系 Ordovician(O)三分O 1O2 O3；或四分：O1宜昌统、O2扬子统、O3艾家山统、O4钱塘江统 志留系 Silurian(S)三分S1、S2、S3；或四分：S1、S2、S3、S4,34,上古生界 泥盆系 Devonian(D)三分D1、D2、D3 石炭系 Carboniferous(C)二分C1、C2；欧洲：狄南系、西里西亚系；北美：密西西比系、宾夕法尼亚系 二叠系 Permian(P)二分P1、P2；或三分：P1乌拉尔统、P2瓜达卢普统、P3乐平统,35,中生界三叠系 Triassic(T)三分T1、T2、T3侏罗系 Jurassic(J)三分J1、J2、J3白垩系 Cretaceous(K)二分K1、K2,36,新生界 第三系 Tertiary(R)：下第三系 Paleogene(E)、上第三系 Neogene(N)。下第三系古近系，上第三系新近系 古新统 Palaeocene(E1)始新统 Eocene(E2)渐新统 Oligocene(E3)中新统 Miocene(N1)上新统 Pliocene(N2)第四系 Quaternary(Q)更新统 Pleistocene 三分：Q1下更新统、Q2中更新统、Q3上更新统 全新统 Holocene(Q4),37,四、地层的构造分析（一）地层的沉积相（二）沉积厚度（三）地层接触关系,38,五、稳定地区和活动地区,地台：地壳上巨大的构造稳定区，术语来源于东欧俄罗斯平原。地台具有双层结构基底和盖层，基底是由古老的结晶变质岩系组成，并强烈褶皱变形和岩浆侵入，盖层不整合于基底之上，由一套厚度不大，构造变动轻微，岩浆活动很微弱的未变质的沉积岩层组成。,39,地台上缺失沉积盖层、变质基底直接出露地表的部分称为地盾；沉积盖层发育巨厚的断陷带称为裂陷槽。地槽：地壳上垂直沉降接受巨厚海相沉积，最后又回返褶皱并上升成山系的巨型槽状凹陷带。地槽两侧的稳定地块称为前陆。地槽内部又可区分出次一级的地向斜（凹陷带）和地背斜（隆起带）。接近前陆的地槽外带不含大量火山岩，称为冒地槽；远离前陆的地槽内带含大量火山岩，称为优地槽。,40,构造旋回：地槽发展过程分为地壳下降和接受沉积，并含基性火山岩喷发为主的早期阶段；以及回返褶皱、酸性岩浆侵入和山脉升起的晚期阶段。把一个地槽发展的全过程称为构造旋回。,41,构造旋回和构造阶段，地史中地壳的不同部位曾经多次出现，各地出现的起始时间和发展模式不完全相同。从全球各圈层整体演化和统计学观点来看，可以发现大致每隔1.51082108年，总有相当一批造山带经历各自的构造旋回。与此相应，地球上各大地台的发展史也在此期间出现巨型的升降和海水进退旋回，全球生物界演化过程中的繁衍和绝灭也呈现出阶段性。这种全球性的构造作用旋回现象称为构造旋回，并把发生这种构造旋回的地质阶段称为构造阶段，后者在时间尺度上与地质年代表的代大致相当。,42,关于构造旋回和构造阶段的划分和命名，与传统槽台学说的研究历史密切相关。一般遵循以经典造山带所在地名来命名的原则。例如根据欧洲早古生代末形成的加里东造山带，晚古生代形成的海西（华力西）造山带和中新生代形成的阿尔卑斯造山带，相应划分出早古生代加里东旋回和加里东阶段，晚古生代海西（华力西）旋回和海西（华力西）阶段以及中新生代阿尔卑斯旋回和阿尔卑斯阶段。根据中国及东亚中新生代岩石圈构造演化特点，可以进一步分出三叠纪时期的印支旋回和印支阶段，侏罗、白垩纪的燕山旋回和燕山阶段和新生代的喜山旋回和喜山阶段。,43,根据活动的地槽区最后转化为稳定的褶皱带的时间，将世界大陆地壳划分为以下大地构造区：地台区：由前古生代褶皱基底和古生代及其以后的沉积盖层组成；加里东褶皱带：形成于早古生代。基底是早古生代及更老的地层，盖层为晚古生代及以后的地层；海西褶皱带：形成于晚古生代。早阿尔卑斯褶皱带：形成于中生代。还可以进一步划分为印支褶皱带和燕山褶皱带，分别形成于三叠纪晚期和侏罗白垩纪。喜马拉雅褶皱带：形成于新生代。,44,六、各地质发展历史简介（一）太古宙的一般特征,1、时限距今3825亿年之间，延续了长13亿年之久。2、是具有明确地史记录的最初阶段。因它的历史久远，其原始生成环境的特征早已被改造得面貌皆非。3、太古宙的岩石几乎均遭受过不同的变质作用，形成变质岩。,45,4、太古宙已有生命存在，在地层中留下了记录。第一种是生物极其原始、低等，以菌藻类为主，晚期出现了无核细胞生物：蓝绿藻类，借助电子显微镜才能观察到；另一种经分析处理出的生命物质：氨基酸，脂肪酸。5、太古宙地层是我国重要的铁矿含矿层。6、早期地壳形成。,46,（二）元古宙地史特征 1、元古宙时限范围255.7亿年前的一大段地史时期，延续达19.3亿年。2、构造发展特征：形成各主要原始陆壳板块到大型稳定板块的最后形成，也就是原始板块的形成，并出现了构造分区。3、沉积发展特征：碎屑物质由海洋内部的火山岩及其不成熟沉积物供给到部分由陆地供给。出现大量原生白云岩。其地层特征是厚度大、火山岩夹层多和遭受微弱变质、变形等特征。,47,4、大气圈和水圈特征：由缺氧的大气成分和水介质到含氧的大气圈和水圈以及气候分带现象。5、生物演化特征：太古宙，最原始的原核生物已开始发育。中、新元古代又出现了真核生物（如菌、藻）并逐步繁盛。另外，中元古代早期已发现无硬壳的蠕形动物，直至震旦纪末才开始有少量带壳生物出现。,48,（三）早古生代主要地史特征,从古生代开始，地球历史的发展进入了一个新的阶段，在生物、沉积和地壳构造等方面均有显著的特征。1、早古生代代表显生宙的早期阶段，时限范围由5.74亿年前，延续时间1.7亿年。2、生物特征：早古生代的生物界以带壳海生无脊椎动物为主。从奥陶纪开始出现的无颌类直到志留纪晚期才逐渐适应淡水生活。晚志留世开始出现有颌类和适应半陆生生活的裸蕨植物是生物演化史上的重大事件。生物界的重大变革实质上是地壳演化阶段的划分标志。,49,3、沉积特征：沉积物以海相沉积物为主，生物成岩作用较前寒武纪更为普遍，但一般还未能形成大型生物礁和介壳滩。4、古气候特征：早古生代已存在明显的气候分带。在沉积物上有所反映，如在中低纬度温暖气候条件下，与寒武纪早期海侵有关的磷块岩及石煤沉积，中晚志留世真正的劣质煤；又如属于冈瓦纳古大陆的非洲、南美晚奥陶世时有大陆冰川沉积，为极地和高纬度地区寒冷气候条代；还有，代表干热气候的紫红色泥质沉积，含石膏和石盐假晶的钙泥质沉积。,50,5、地壳演化特征：整个古生代是联合古大陆形成的历史，一般认为早古生代初期，存在五个分离的古大陆：北美、欧洲、西伯利亚、中国和冈瓦纳古大陆。早古生代期间，前四个古陆基本上处于低纬度地区，彼此分离，海侵广泛，而冈瓦纳大陆是一个整体，经历了自中纬度向南半球高纬度的漂移，海侵局限。早古生代称加里东构造阶段。,51,（四）晚古生代的一般特征,晚古生代是重要地壳运动加里东运动之后新的地史发展阶段，无论在全球板块构造配置、海陆分布、沉积特征和生物演化方面均具有显著特点。1、晚古生代是地质历史时期中自400250Ma前的地史阶段，延续时间达150Ma之久。2、晚古生代是陆生生物大发展的新阶段。陆生高等植物和陆生脊椎动物的鱼类、两栖类得到了发展。晚古生代海生无脊椎动物进入了新的发展阶段，其中以腕足类中的石燕贝类和长身贝类，四射珊瑚，蜓类和棱角菊石类的繁盛为特征。,52,3、晚古生代的全球气候分带逐渐明显，反映不同气候特征的沉积、生物标志也丰富多样。最令人注目的是晚石炭世至早二叠世，冈瓦纳大陆主体处于南半球高纬度带，形成了地质历史上著名的冈瓦纳大陆冰盖和广泛分布的冰碛物。在热带、亚热带低纬度区，常形成大型的生物礁和介壳滩，对油、气的聚集和多金属矿产的形成提供了有利条件。在陆上暖热潮湿气候区，滨海沼泽规模宏大，首次出现高大热带丛林，是地史上第一个重要聚煤期。,53,4、晚古生代期间，全球板块构造格局发生了历史性变化。随着各古大陆板块的运动及其相互间的复杂碰撞作用，造成了一系列古海域闭合消失和大陆面积的明显增加。终于在二叠纪末形成了全球规模的联合古陆基本轮廓，标志着地壳构造进入新的发展阶段。5、石炭纪、二叠纪是地史时期重要的成煤期。,54,（五）中生代地史特征,1、中生代是介于古生代与新生代之间的一个代，自25065Ma前的地史阶段，延续时间185Ma。2、中生代生物界有自己鲜明的特点：以陆生裸子植物、爬行动物和海生无脊椎动物菊石类的繁荣为特征，所以中生代也称为裸子植物时代、恐龙时代或菊石时代。白垩纪末出现了地史中著名的生物集群绝灭事件。3、中生代起陆相沉积类型大量广布，尤其在中国及亚洲的地史发展中占有重要地位。西欧地区是以海相沉积类型为主。,55,4、中生代是全球构造活动性增强的时代。三叠纪中期联合古陆达到了鼎盛时期，环太平洋带的直接影响始于晚三叠世，三叠纪末的印支运动导致古特提斯洋封闭和新特提斯洋扩张，联合古陆开始开裂。侏罗、白垩纪全球范围以联合古陆解体分裂、大西洋和印度洋等新海洋出现为特征。5、中生代期间全球的古地理和古气候也发生过显著变化。6、中生代是重要的成盐、成煤、形成油气的时期。,56,（六）新生代地史特征,1、新生代是地史发展的最近阶段，延续时间65Ma。2、新生代是地球岩石圈构造演化发生巨大变动的时期，是地壳变动很强烈的时代，称之为新阿尔卑斯或喜马拉雅构造阶段。3、新生代生物界以哺乳动物和被子植物大发展为特征，被称为哺乳动物时代或被子植物时代，总体面貌与现代逐渐趋近。第四纪以人类的出现和演化为特征，故称为人类时代。,57,4、新生代也是古气候发生显著变化和出现大冰期的时期。早第三纪气候干旱带横亘亚洲，占据中国西北和东南部，呈现出明显的南北气候分带。晚第三纪气候主要为温暖渐趋寒冷，最终进入第四纪冰期。5、我国新生界地层除少数地区有海相地层外，绝大部分都是陆相地层；另外，上第三系，一般来说尚未固结，或处于半固结状态；第四系基本上是未固结的松散物质。6、我国新生界地层是主要产油层系之一，这里主要是指第三系。无论海相、陆相或过渡相地层中都已发现有工业价值的石油资源。,58,本章小结 一、地层概念和地层层序律；二、地层的划分和对比：基本概念（地层划分、地层对比）、划分对比方法（岩石地层学方法、生物地层学方法、同位素地质年龄的测定、古地磁方法、地球物理学方法）；三、地层单位（岩石、生物、年代地层单位及地质年代单位）、地质年代表；四、地层的构造分析；五、稳定地区和活动地区；六、各地质发展历史简介（太古宙、元古宙、早古生代、晚古生代、中生代、新生代）。,59,复习思考题 1、熟记地质年代表；2、地层的概念？岩石地层单位、生物地层单位、年代地层单位、地质年代单位有哪些？3、地层划分对比的方法有哪些？,60,End of this chapter!,