自然地理学(王加虎)6地史与地层.ppt

第六讲 地史与地层,地史地质年代地层 大地构造,地史,概念又称历史地质学 主要研究岩石圈，即地壳和部分上地幔的发展历史及其规律性研究内容主要包括沉积发育史、生物演化史和构造运动史,地史学的主要分支及研究内容：地层学及地质年代学地壳表层岩石的形成年代、各地质时期生物群的特征以及地层划分与对比古地理学地史时期地层形成时的地理环境及其分布特征，重塑古地理（如海陆分布、气候条件、生物地理区分布及古生态等）历史大地构造学地壳的构造发展史以及与构造演化有关的岩浆活动和变质作用确定地层的沉积类型及其接触关系，推断其形成的构造条件，划分不同的构造区。,地层学,地层学研究岩层层序的建立及其相互间时间关系的确定，即地层系统的建立和地层的划分与对比。地层层序律说明地层沉积的原始位置近于水平，老者在下，新者在上。主要分支：年代地层学、岩石地层学和生物地层学；磁性地层学、地震地层学、事件地层学、层序地层学等。,地层概念在地壳发展过程中形成的各种成层和非成层岩石的总称 物质组成地层可以是固结的岩石（包括沉积岩、火山岩和变质岩），也可以是没有固结的堆积物，时间性层有老有新，具有时间的概念 在正常情况下，先形成的地层居下，后形成的地层居上（地层叠覆律、地层层序律）层与层之间的界面可以是明显的层面或沉积间断面，也可以是由于岩性、所含化石、矿物成分、化学成分、物理性质等的变化导致层面不十分明显,地层接触关系整合接触沉积作用不断进行，地层间没有明显的、截然的岩性变化，呈逐渐过渡状态（连续）沉积过程中，有一段时间沉积过程停止，但没有发生明显的大陆剥蚀作用，而后又接受沉积（地层的间断）不整合接触假整合接触（平行不整合）新老地层相互平行，但二者之间缺失了一些时代的地层，并由显著的侵蚀痕迹不整合（角度不整合）沉积层不但上升为侵蚀区，还发生了褶皱运动遭受变形，之后又下降开始新的沉积，新老沉积层之间呈截交关系,地层接触关系侵入接触如果岩浆岩在沉积岩形成之后侵入，在侵入体接触带上会出现烘烤变质等现象，侵入岩中往往残留有围岩的捕掳体，有时还被与侵入体共生的岩脉所贯入沉积岩层老于侵入岩体沉积接触如果侵入岩冷却凝固，由于剥蚀作用露出地表，其上又被新的沉积岩层覆盖，这时二者呈沉积接触关系侵入岩体老于沉积岩层,花岗岩B与地层A为侵入接触，与地层C为沉积接触花岗岩D与地层A、C均为侵入接触,地层的划分概念按地层的各种属性（如岩性、化石、不整合面等）把地层剖面分为大小不同的单位,构造复杂的变质岩系、单斜的沉积岩层按岩性的不同又可划分为四层,地层划分与地质事件,70年代末美科学家L.W.阿耳瓦雷茨等对白垩系与第三系之间界线含“铱”量研究，发现在界线处稀有元素铱异常值突然增高，提出在界线处发生过外来天体撞击地球事件的假说。就在白垩-第三系界线上全球的恐龙灭绝,海洋中的菊石动物永远消失，一部分有孔虫、珊瑚及超微生物死亡。据统计，界线下的白垩纪末期有各类生物2868个属，界线之上的第三纪初期仅有1502个属，以此线为界，近一半生物绝灭。75物种消失。,地内事件：生物绝灭、地磁极倒转、海平面升降、火山喷发及火山灰降落、洋中脊体积变化、地壳运动、气候变化、沉积环境变化、缺氧环境出现、浊流和风暴等；地外事件：陨星和彗星撞击地球、超新星爆发、太阳辐射强度变化等。这些事件既有突变的,也有灾变的;既有地质历史上极罕见的，也有周期性出现的。,地层的划分划分方法构造学方法根据角度不整合面、平行埠整合面把上下地层划分开岩石学方法根据上下地层岩性的不同或岩石物理、化学性质的不同划分古生物学方法根据上下地层中所含化石的不同来划分不同时代的地层含有不同的化石，含有相同化石的地层其时代是相同的（生物层序律）,地层单位两大系统物质性地层单位系统着重体现地层实体固有特性岩性、电性、化学性具穿时性时间地层单位系统着重体现地层时间属性,岩石地层单位层等级最低，由岩性、成分、生物组合特征划分段组具有岩性、岩相和变质程度的一致性可包括两种或多种岩性单层群最大分类单位群内不允许有重要的间断或不整合存在,时间地层单位宇最大的高级时间地层单位冥古宇（46亿年38亿年前）无地质记录太古宇（38亿年25亿年前）元古宇（25亿年5.7亿年前）显生宇（5.7亿年前现在）生物门类繁多，能分泌硬壳或骨骼，化石丰富,生命低级阶段，化石很少,时间地层单位界划分依据全球生物界大阶段总体演化面貌下古生界海生无脊椎动物繁盛上古生界鱼类、两栖类、蕨类植物和海生无脊椎类并存中生界爬行类、裸子植物和菊石类新生界哺乳类、被子植物和软体动物,时间地层单位系划分依据全球生物界演化总貌如三叶虫时代（寒武纪带壳动物群中三叶虫占优势）、鱼类时代（泥盆纪以脊椎动物中的鱼类最为繁盛）等统第四级时间地层单位阶基本时间地层单位时带最小的时间地层单位,具区域性特征,地质年代研究地球和地壳发展历史时所需要的时间概念绝对年代真正时间，以年为单位确定方法：反射性元素法（同位素法）根据放射性元素蜕变速度反推矿物或岩石的形成时间 Pb210100年内（沉积动力分析）C1423万年（考古）U系数亿年（地质分析）相对年代地层相对的新老关系或形成顺序地层学方法（沉积叠加原理；接触关系）古生物学方法（标准生物化石）,地质年代划分宙隐生宙太古代、元古代显生宙古生代、中生代、新生代,宙 代 纪 世,地质年代表,P58,南京地区地层综合柱状图,地史简介,时代、环境、特征,震旦纪（Sinian Period）,罗哩山虫,蠕形动物,震旦纪（Sinian Period）,8亿6亿年前。华南广泛发育浅海，碳酸盐岩建造。早期：以紫红色砂岩和砾岩为常见，并有火山岩及火成碎屑岩。晚期：大面积冰川作用，广泛分布的冰碛层。,后生软体动物：蠕形动物和类水母动物为代表后生植物：文德带藻类为代表。晚震旦世生物群最基本的特征：后生动物的大量出现和门类多样化。寒武纪生物群发展的前奏。震旦纪之前，在中国曾有晋宁运动、有大量岩浆活动。形成了中国境内古地理格局，许多地区隆起为陆,寒武纪Cambrian Period 65亿年前。,三叶虫,“寒武纪生物大爆发”海洋中生活着各类低级植物，大量原始无脊椎动物和原生生物（陆地上基本上无生物活动）。“三叶虫时代”。三叶虫(Trilobite)节肢动物甲壳类,在寒武纪繁殖最盛,其数量占生物分类总数的6070。植物方面，有各种藻类（如海带）、叠层石(Strmatolite)、孢子（Spore）、疑源类(Acri-tarcha)以及细菌等。,寒武纪的气候比较温暖、干燥中国西南、伊朗、西伯利亚中部和摩洛哥有岩盐和石膏等蒸发岩。中国北部和东北南部、巴基斯坦有红、紫色页岩、砂岩、食盐与石膏结晶和具有红紫色氧化外壳砾石的砾岩。气候温暖的另一证明，可以从全球广泛分布的鲕状灰岩、白云岩和海绿石推知。古杯动物生活的水温被认为应不低于25。寒武纪是地壳比较稳定的时期。例如中国华北和东北南部，在新元古代震旦纪时上升为陆（华北古陆），直至早寒武世后期始下沉，海水上升，超覆于元古宙中期的前震旦纪地层之上。,奥陶纪（Ordovician Period）5亿年4.4亿年前,笔石,鹦鹉螺,生物界奥陶纪海生无脊椎动物占绝对优势。由于浅海广布和气候条件适合，海生无脊椎动物进一步繁盛，生态分异更为显著。笔石奥陶纪大量繁盛，主要营漂浮生活方式，分布广，演化快而且容易保存，因而是奥陶纪重要的分带化石。早奥陶世早期以树形笔石为主，中期正笔石类中的无轴亚目大量繁盛，晚期有轴亚目的雕笔石出现；中、晚奥陶世是正笔石类的鼎盛时期。鹦鹉螺类最早出现于晚寒武世，奥陶纪属种繁多，体形较大，长可达1米以上,可能是奥陶纪海域中最凶猛的动物。,地层奥陶纪一般分为3个世:早奥陶世、中奥陶世和晚奥陶世，英国奥陶系分层标准用的是笔石带,中国的奥陶系沉积分布很广，包括华北、东北、华南和西部地区。沉积基本上可以分为2 种类型：活动类型沉积，如天山、兴安地槽区、祁连山地槽区和东南地槽区等；稳定类型沉积,如中朝地台,扬子地台以及塔里木地台等。中国北方地台区的奥陶系是碳酸盐沉积，中国东南地区有完好的笔石地层剖面，奥陶纪笔石带顺序清楚，已经基本上建立起中国以笔石相为准6个阶（期），含25个笔石带。,奥陶纪早、中期气候温暖、海侵广泛；奥陶纪晚期大冰期；南大陆发生了大规模的大陆冰盖和冰海沉积，寒冷的极地气候。全球海平面的下降，引起广泛的海退。北极应位于南太平洋，大陆地区基本上位于南半球。,志留纪Silurian Period 4.4亿年4.1亿年前,海百合,腕足类的壮年期,陆生植物的出现则是志留纪生物革新的一个重要标志。志留纪时代被誉为腕足类的壮年期：在浅海平底底栖生物中常占有绝对优势。与奥陶纪相比，志留纪鹦鹉螺明显减少，内角石类至志留纪时绝灭了。曾称霸于寒武纪的三叶虫，到志留纪明显衰落。海百合类是志留纪发育最成功的一种棘皮动物，志留纪的鱼最早鱼类，但比较原始，数量不多。最早的陆生植物化石记录。志留纪后期出现大面积海退，半陆生的裸蕨类植物进一步繁育。,志留纪地层在世界范围内分布很广。浅海海域广泛分布于亚洲、欧洲和北美洲的大部分地区，以及澳大利亚、南美洲的一部分地区。陆地非洲和南极洲。中国的志留系除中期地块外，分布较广。在扬子地区：初期为含笔石的黑色页岩和页岩；中、晚期普遍出现壳相层和碳酸盐地层；晚期在扬子地区的北缘出现生物岩礁和海相红层。,志留纪时期全球主要的地块有冈瓦纳、劳伦、欧洲（波罗的海）、西伯利亚、科累马、哈萨克斯坦、中朝、塔里木、华南等 9个。其中最大的是冈瓦纳地块，集中在南半球的高纬度区。其他地块则分布在当时的中、低纬度区，特别是低纬度区。中朝与华南两个板块之间为秦岭洋。,泥盆纪Devonian Period 4.1亿年前3.6亿年前,鱼类时代,泥盆纪被称之为“鱼类时代”最明显的特征是水生脊椎动物的发展，出现了盾皮鱼类、总鳍鱼类、胴甲鱼类、肺鱼等,演化出陆生四足动物。陆生植物开始繁盛是另一特点。原始石松甚为发达，楔叶和真蕨普遍出现，晚期乔木状植物已占相当优势。造礁生物大量发育，腕足动物、双壳类和腹足类的科属数量达到极盛。三叶虫逐渐减少。在奥陶纪、志留纪繁盛的笔石类延续至早泥盆世后期灭绝，头足类的菊石纲，与漂浮的竹节石类占据着洋面。,中国泥盆系北方主要分布于天山、兴安岭、准噶尔、内蒙古草原等区，以地槽型火山碎屑沉积为主。中朝地块和塔里木地块大部为剥蚀区，仅局部发育陆相红色碎屑沉积华南泥盆系最为发育，具有多种沉积类型，以地台型浅海和滨海沉积为主。碳酸盐台地占据大部分，其间为纵横交错的海盆切割。沿江南古陆南缘则发育宽广的近岸型碎屑碳酸盐岩沉积。西南区沉积比较复杂,发育有火山岩且部分变质。秦岭-龙门山区沉积状况近似华南区。泥盆系内部除宁夏运动见于祁连山外，尚未发现造山运动。中泥盆世中期的造陆运动十分显著，席卷整个华南区。,古地理泥盆纪时年和日的长度与今天不同，据各类化石（珊瑚、层孔虫、双壳类）生长纹数的测定，每年平均400天，每昼夜约为2122小时。泥盆纪时,月球和地球之间的距离大约是现今的一半。全球性生物事件在泥盆纪内部反复发生：由海平面变化、缺氧事件以及可能的天体撞击造成。主要表现为生物的突然灭绝和大量辐射。它们多与特殊的黑色岩系出现密切关联。泥盆纪内部至少有 8次全球性生物事件被识别。其中特别重要的有3次。世界古生代石油和天然气约50以上赋存于泥盆系。其中，俄罗斯乌拉尔-伏尔加地区和加拿大阿尔伯达地区的储量约占 75,石炭纪Carboniferous Period 3.6亿年2.9亿年前,成煤时期,陆生植物、昆虫和脊椎动物的发展,石炭纪是重要的成煤时期，该纪地层上部常含分布广泛的工业用煤。石炭纪的生物进入一个新的发展阶段。海洋热带底栖生物繁殖，钙藻、层孔虫、床板珊瑚、四射珊瑚和苔藓虫可以形成礁体。陆地上的生物也得以迅速发展。陆生植物、昆虫和脊椎动物的发展。石炭纪繁盛较高级的石松类、节蕨类和种子厥，在沿海和沼泽地区形成茂密的森林、低矮的灌木，它们与科达类和木贼类构成丰富的成煤物质。随着陆生植物的大发展，昆虫开始发生古翅类(Paleoptera)，晚石炭世的大型蜻蜓，展翅宽约5060厘米，创古今昆虫中身体最大的记录。石炭纪为两栖动物大发展时期，以肺呼吸，四肢爬行，最常见的是迷齿类(Labyrinthodontia)，它们广泛适应成煤的沼泽环境。,石炭纪早期地球上有了大陆块互相靠近，石炭纪末 3个陆块终于形成一个泛大陆。劳亚大陆和冈瓦纳大陆之间是向东扩展的特提斯海（古地中海）。北美晚石炭世油页岩和石油。中国石炭系也是油气勘探的重要层位。中国新疆、甘肃、宁夏中部石炭系含有石膏及蒸发岩矿床。石炭纪碳酸盐岩沉积分布广泛，世界各地开采石灰岩和白云岩作为石灰和水泥的原料,二叠纪Permian Period 2.9亿年前2.5亿年前,许多动物门类整目或整亚目在二叠纪末消亡。蜓类在晚二叠世尚存40多个属，该世结束时则全部绝灭。菊石在晚二叠世的12个科中，有10个科绝灭于二叠纪末二叠纪地层有效的分层和对比化石。腕足类在晚二叠世140个左右的属,至二叠纪末所余极少。绝灭变化事件尚未有完满的解释。最可能的解释是影响生物演化进程的各种因素的特定结合，如海水进退，沉积消长，气候变化，造山作用，洋流变化，星体陨击，生态系列营养结构的变化，病毒、寄生虫和瘟疫的出现等。,菊石,蜓类,三叠纪Triassic Period 2.50亿年前2.08亿年前,三叠纪：生物群广泛更新的时代大面积陆地出现的时代联合古陆开始破裂的时代。特提斯洋开始扩张，陆地面积空前扩大气候比较炎热的时期。在中、低纬度的海侵范围增大,海生无脊椎动物菊石演化迅速，三叠纪初期仅有一支耳菊石和外盘菊石，整个三叠纪近460个属。腕足类初期衰落，中三叠世开始重新激增。此外，六射珊瑚，特别是石珊瑚目,也是中、晚三叠世繁盛的一类。在北纬30至南纬30间形成礁体。脊椎动物中、晚三叠世，大量的新类群包括两栖类迅速发展起来了。最原始的哺乳类出现。古植物群松柏、银杏和中生代类型的种子蕨植物兴起并进入三叠纪，裸子植物成为优势群落。,侏罗纪Jurassic Period 2.08亿年前1.35亿年前,恐龙时代,侏罗纪,地层海相侏罗纪地层富含化石，其中菊石类特征明显、保存精美，中国的侏罗系：主要分布于青藏高原、黑龙江东部和湘粤、台湾地区。以陆相沉积为主。东部沿海地区出现巨厚的陆上中基、中酸性火山喷发-沉积组合,内部包含多个不整合面。西部大型稳定内陆盆地以发育河湖相细碎屑、泥质沉积组合为代表，不含火山岩。,裸子植物的发展在侏罗纪已进入极盛期，苏铁、银杏和松柏类都占有重要地位，种子蕨则仅有残存代表。爬行动物中的恐龙类最繁盛，在陆地上居统治地位。类型可分为蜥龙类和鸟龙类，是地史上最巨大的陆生动物。同时，爬行类也成功地生活于海中（鱼龙、蛇颈龙）和飞翔于空中（翼龙）、云南禄丰，四川盆地自贡挖掘出各种恐龙、蛇颈龙、翼龙等化石个体数百个。四川盆地的上沙溪庙组马门溪龙 长约 22米，估计体重达3040吨，是蜥脚类恐龙繁盛期的典型代表。德国南部发现始祖鸟化石，代表了爬行类与鸟类之间的演化过渡环节，在生物演化史中有重要意义。海生无脊椎动物有菊石、箭石、有孔虫、放射虫、双壳、六射珊瑚、腹足和腕足类等。,古气候骼氧同位素测温也证明当时海水表面温度较现在高 7。早期和晚期温度相对较高，中、晚侏罗世末温度相对有所下降。中侏罗世末的降温事件在欧亚大陆许多地方均有反映。中、上侏罗统界线层中发现了地内罕见的铱、锇异常，可能代表小星体的撞击事件。特提斯海于侏罗纪晚期已经扩张到最大规模。西段南欧阿尔卑斯地区，东段藏南雅鲁藏布江一带。矿产侏罗纪的煤炭资源在陆相地层中占有重要地位，新疆哈密大南湖煤田单层煤厚达182米,白垩纪Cretaceous Period 1.35亿年前0.65亿年前,白垩层是一种极细而纯的粉状灰岩，颗石藻的钙质超微化石和浮游有孔虫化石构成。大西洋迅速开裂和火山活动频繁的时代，后期地势低平发生了广泛的海侵。晚白垩世被子植物代替裸子植物在陆上占优势，是植物界的一大变革。动物界在白垩纪末才发生重大变化，恐龙、菊石和其他许多生物类群大量灭绝，“地外事件”学说认为，地球上一些地方,白垩-第三系界线上的粘土岩中铱元素异常高含量，是宇宙中一颗巨大的流星碰撞地球产生的类似核冬天效应的结果。,生物界被子植物晚期在陆生植物中居统治地位，山毛榉、榕树、木兰、枫、栎、杨、樟、胡桃、悬铃木等都已出现，接近新生代植物群的面貌。脊椎动物中爬行类从极盛走向衰落，主要代表有霸王龙、暴龙、翼龙、青岛龙等。海洋无脊椎动物中浮游有孔虫异军突起，成为划分对比白垩纪中、晚期海相地层的重要依据，底栖大型有孔虫中也出现了许多标准化石。菊石和箭石演化迅速而明显，分布广泛，是传统的划分阶和带的标准化石。,陆相白垩系富含石油、煤、盐类等矿产以及各种淡水和陆生动植物化石。发育了陆相地层，以红色及杂色岩层夹火山碎屑岩和熔岩为主；东北下白垩统下部是含煤岩层，上部是湖相沉积，夹少许油页岩；上白垩统则是著名的含油岩系中国油气。地史特征联合古陆于2亿年前开始解体和漂移。产生了一条分割南美洲与非洲大陆的新裂谷，南大西洋白垩纪末已加宽到约3000公里；印度板块还与马达加斯加分开,而澳大利亚开始脱离南极板块。晚白垩世早期，发生了全球性大规模的海侵，使北冰洋与特提斯海贯通。特提斯海东段不仅淹没了西藏高原，还在新疆喀什地区伸进了一个狭长的海湾；太平洋板块剧烈活动，中国东部著名的郯庐断裂发生了巨大的平移，1500万年间平移了将近740公里,圣安的列斯断层平移了将近720公里，每年移动近5厘米。,新生代 Cenozoic Era，最近6500万年,哺乳动物时代,1760年，G.阿尔杜伊诺把岩石分成 3个纪：第一纪为结晶岩；第二纪为含化石的成层岩石；第三纪是半胶结的层状岩石，常含海相贝壳。第四纪：第三纪地层之上的松散沉积层。第一纪、第二纪已废弃，第一纪大致相当前寒武纪，第二纪相当古生代和中生代。新生代包括第三纪和第四纪，第三纪又分为早第三纪和晚第三纪，每个纪再划分为几个世，如表新生代的地质时代划分。,新生代开始时：古地中海比现代大，古欧亚大陆比现代小；古中国和古印度为古地中海所隔，古土耳其和古波斯为古地中海中的岛屿，这些陆块尚未与古欧亚大陆连接；红海尚未形成，古阿拉伯半岛是古非洲的一角；古南美洲和古北美洲相距遥远，而古北美洲与古欧亚大陆接近，有时相连。新生代开始后，地表各个陆块此升彼降，不断分裂，缓慢漂移，相撞接合，逐渐形成今天的海陆分布。印度与亚洲大陆结合发生在距今5000万年前的始新世；喜马拉雅山耸起则是最近200300万年的事，与此同时或稍早，欧洲升起了阿尔卑斯山，美洲升起了落基山。,早第三纪气候较此前的白垩纪冷，晚始新世和渐新世南极大陆出现小型冰盖，中新世中期那里形成相当现代冰盖2/3，更新世初北半球出现格陵兰冰盖，其后200万年间曾有多次冰期，冰川曾见于几个大陆。新生代被称为“哺乳动物时代”或“被子植物时代”。此前，中生代的恐龙和许多海生无脊椎动物绝灭了，哺乳动物得到空前发展，植物界达到被子植物繁盛阶段。哺乳动物的进一步演化，适应于不同的生态环境，分化为许多门类，到第三纪后期最高等的动物人类起源于亚洲或非洲,第三纪植物,第四纪动物,第四纪人类,思考,确定岩层时、空关系的方法整合、不整合接触与地壳运动关系地球演化的典型事件补充：多四季论董妙先,