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1、第九章地壳演化简史,第一节 概述,一，地层学理论的建立（一）地层1、概念：地层是地壳上部成带状展布的层状岩石或堆积物，是地壳演化历史的物质记录。2、地层留下了历史事件的痕迹，保存了不同时代的生物遗体和遗迹，遗留下环境变化的物质凭证。恢复地球的历史，主要是靠“阅读”和分析这些地层。（二）地层学的重要基础原理 1、地层层序律（Steno N，1669，天然固体中的坚质体）叠置律：地层未经变动时则上新下老；原始连续律：地层未经变动时则呈横向连续延伸并逐渐尖灭；原始水平律：地层未经变动时则呈水平产状。2、化石顺序律（Smith W，1796）是根据不同层位中所含化石及其出现顺序来确定地层相对地质年代的
2、原理。并指出相同的层总是发现有相同的叠置次序并且包含相同的特有化石，这说明化石顺序律与地层层序律是一致的。,3、岩相对比定律（Walther J，1894，历史性科学地质学导论）也称瓦尔特定律，是把岩相横向变化同海侵作用联系起来,说明了沉积环境随时间的推移在空间上的变化，解释了时间界面同岩相界面的关系。（三）地层学的分支岩石地层学、生物地层学、年代地层学、磁性地层学、事件地层学、地震地层学、层序地层学二，时间标尺的建立（一）时间难题（Time Dilemma）判断地球的年龄、建立地层和各种地质事件的时间标尺，是19世纪四五十年代以前急需要解决的时间难题。（二）相对时间标尺1、1788年，Hut
3、ton J提出“大地质旋回”理论，指出到成层的岩石中去找答案的方向，并明确了地球历史是漫长的，但没指出地球的具体年龄。2、1796年，Smith W提出根据生物化石来鉴定地层时间顺序的想法，并于1815年在英格兰和威尔士地质图中予以了实践。3、18301833年，Lyell论述了沉积地层建立地质相对时间年表的依据。4、1874年，Schimper W P提出古新统。到此，以欧洲地质调查资料为基础的地质相对时间年表已初步建立，是地质学进入了有相对时间标尺的年代。,1.沉积相在横向（同一时期，不同地区）和纵向（同一地区，不同时期）上的变化称之为相变。简言之，相变是指沉积相在时空上的变化。2.只有在
4、横向上相邻的相，才能在纵向上相依，简称为瓦尔特定律。瓦尔特相律的基本思想是均变原则，在地层中接触关系是连续整合的。因而在一套整合的地层中相律才适用。,（三）绝对时间标尺 4、1903年，Curie M等提出利用天然放射性物质测量地质年代的可能性。5、Boltwood B B利用铀铅法测出第一批沥青铀矿的年代数据。这标志着地质学进入了同位素地质年代研究的阶段。到20世纪五六十年代，不仅地质相对时间表得到绝对年代的填充，而且测出地球的年龄为45.646.7亿年。（四）地质年表（或称地质年代表、地质时代表）的编制标志着地球演化时间标尺的建立6、1913年，Holmes A提出了第一个带有同位素年龄数
5、据的地质年表。在相对地质年代的基础上，应用同位素地质年代进行准确地测年，所得到的地质年表不仅反映了地球历史发展的顺序、过程和阶段，而且能确定地质时代无机界和生物界的演化速度。,第二节 地史的研究方法,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(Stratigraphic division and correlation)地层的划分和对比是建立在地层层序的确立的基础上的。而地层层序的确立是依据地层层序律和生物层序律原理。,（一）地层划分的依据 1、几个概念地层：在地壳发展过程中形成的各种成层岩石的总称，包括变质的和火山成因的成层岩石。从时代上讲，地层
6、有老有新，具有时间的概念。地层和岩层相似，但岩层一般泛指各种成层岩石，而不必具有时代概念。地层层序律：地层的上下或新老关系。正常层位：如果地层没有受过扰动，愈处于下部的地层时代愈老，愈处于上部的地层时代愈新。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。地层划分的任务：整理出地层的上下顺序，划分出不同等级的阶段和确定其时代。地层划分的依据：地区岩性、岩层的接触关系、古生物特征及放射性同位素年龄。通过地层的划分，建立本地区的地层剖面，可以了解本地区地壳运动和环境演变情况。2、沉积旋回和岩性变化标准剖面：地层出露完全、顺序正常、接触关系清楚、化石保存良好的剖面。对于一个地区的
7、地层进行划分时，一般要先建立一个标准剖面。,沉积旋回：海相地层往往表现出岩相由粗到细又由细到粗的重复变化，这样一次变化称一个沉积旋回，即每一套海侵层位和海退层位构成一个完整的沉积旋回。根据沉积旋回划分地层应当注意几点：因为地壳升降运动是波动性的，所以沉积旋回的级别有大有小，即一个大旋回中可以有几个小旋回，而一个小旋回中又可以包括几个更小的旋回，根据具体情况，划分的地层单位也有大有小。每一旋回中的海侵层位容易保存，而海退层位则不易全部保存或者根本不保存，因此一个沉积旋回不一定是完整的。每一沉积旋回一般总是由粗碎屑岩（通常是砾岩）开始，称底砾岩，因此，底砾岩的下部层面往往是两个地层单位的分界面。岩
8、性变化在沉积旋回不是很清楚的地层特别是陆相地层，可以根据岩性来划分地层。因为岩性变化在一定程度上反映了沉积环境的变化，而沉积环境的变化又往往与地壳运动密切相关。因此，根据岩性把地层划分成许多单位，基本上可以代表地方性的地史发展阶段。3、岩层接触关系 岩层间的不整合面是划分地层的重要标志。任何类型的不整合，都代表岩层的不连续现象，反映了地理环境的重大变化。两大沉积旋回之间往往存在一个不整合面。所以，根据不整合面和沉积旋回所划分出来的地层界限在一定范围内常是一致的。确定火成岩的新老顺序：,喷出岩：如果喷出岩夹于沉积岩层之间，只要把喷出岩上下沉积岩的时代确定出来，就能确定喷出岩的时代。侵入岩：必须根
9、据侵入岩和围岩的接触关系确定时代。侵入接触：即岩浆体侵入围岩之中，其特点是围岩接触部分有变质现象，火成岩中还往往有捕虏体存在。这种情况，可以确定侵入岩的时代晚于围岩。沉积接触：即侵入岩上升地表遭受侵蚀之后，又为新的沉积岩层所覆盖。其特点是上覆沉积岩层不可能有接触变质现象，而侵入岩中也不会有上覆岩层的捕虏体存在。这种情况可以确定侵入岩的时代早于上覆岩层的时代。多次侵入：即侵入体往往互相穿插，在这种情况下，被穿过的岩体时代较老，穿越其他岩体者时代较新。4、古生物（化石）沉积旋回、岩性变化和岩层接触关系只能确定各组地层间的界限和相对新老关系。利用上述依据划分出来的地层单位岩石地层单位。若确定各地层时
10、代则必须根据地层中所含的生物化石。利用化石所划分出来的地层单位年代地层单位。化石：保存在地层中的地质时期的生物遗体（如动物骨骼、硬壳等）和遗迹（如动物足印、虫穴、蛋、粪便、人类石器等）。形成化石的条件：,生物本身具有硬壳、骨骼等不易毁坏的硬体部分容易形成化石。只有在特殊条件下，硬体和软体才一齐被保存下来。生物死后必须尽快地被沉积物所掩埋，这样才能避免氧化腐烂或者被其他动物所吞食。第三，埋藏下来的生物遗体必须在较长时间内经历一定的填充（如疏松多孔的贝壳、骨骼等被水溶液中的CaCO2、SiO3等所填充）、置换（如有机体分子被SiO2、CaCO3等分子所代换）或升馏（如植物叶子、昆虫的几丁质外壳中的
11、氢、氧等成分挥发逸出，最后保留下来碳质薄膜）等作用才能形成化石。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。所以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。这样就有可能根据化石确定地层的地质年代。标准化石：那些演化最快（地层中垂直分布距离短）、水平分布最广的化石，才是鉴定地质年代最有价值的化石，这样的化石叫标准化石。,（二）地层的对比地层对比：在地层划分和层序建立的基础上，必须对同一时代在各地区形成的地层进行比较研究，以恢复该时代的地壳发展史。在地层对比的基础上才能了解广大地区的地
12、史发展过程的共性和异性，才能具体认识地层区域性特征，了解地层空间分异的情况。各地区的地层层序及特征，各不相同。因此地层对比必须以时间或地质年代作为客观标准。,地层对比图,近年同位素地层学、磁性地层学、事件地层学、地震地层学等有了较大的进展，其成果逐渐用于地层的划分和对比方面，起到了积极的促进和完善作用。层型指地层单位（如震旦系、泥盆系等）或地层界线（如震旦系与寒武系界线、白垩系与第三系界线等）所依据的典型剖面，即层型是地层单位或地层界线所依据的地层模式。层型可分为单位层型和界线层型，对其剖面选定有严格的要求，首先必须具有全球性；剖面地层要连续；剖面出露要清晰；构造要简单；剖面要容易接近等。,二
13、，岩相古地理分析（一）沉积相的分类：海相、过渡相和陆相1，海相沉积海洋是接受沉积的最主要最广阔的场所，古代沉积岩层有很大部分属于海相沉积。由于海水深浅不同，物理化学环境（温度、压力、波浪作用力、化学成分等）不同，生物环境不同，沉积物也不相同。据此海相沉积又分为滨海相，浅海相，半深海相、深海相和非正常海相。,1）滨海相：发育于低潮线和高潮线之间及其临近地带的狭长滨海区。滨海区可以分为高潮面以上的潮上带、高潮面与低潮面之间的潮间带和低潮面以下的潮下带，然后过渡到开阔的浅海区。特点是潮汐作用和波浪作用占主要地位。在陆源碎屑物供应较多的情况下，沉积物以碎屑物如砾石、砂等为主；由于海水时进时退，波浪作用
14、力强，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。当有适量陆源碎屑供应时，在滨海区常形成大体与海岸平行的倾斜非常平缓的地区，通称潮坪。在此地区，一方面陆源物质从陆向海运移，一方面浅海及潮下物质又从海向陆运移，形成复杂的沉积分异方式。在潮上带，主要沉积以泥质为主的细粒物质；而在潮间带，则以泥砂混合物沉积为主；到了潮下带，则以砂质沉积为主。这种沉积分异序列，恰与正常浅海沉积分异序列相反。2）浅海相：存在于海面到海面下200m左右的浅海地区，约相当于大陆架上的海洋部分。特点是波浪作用力减小，阳光充足，底栖生物繁盛，所以沉积物以陆源细碎屑物质及化学和生物化学沉积物质为主
15、，富含生物遗体，但也常含有海盆中形成的内碎屑。一般是从砂岩、页岩过渡到泥灰岩和石灰岩，并常夹有Al、Fe、Mn等胶体沉积，以及磷块岩等生物化学沉积而成的矿产，有时含特有的鲕状结构和含有典型的海相沉积矿物海绿石，生物化石种类多而且丰富。地质时代的海相地层绝大部分属于浅海相。,3）半深海相和深海相：存在于半深海（海面下约2002500m）和深海（约2500m以下）地区，即相当于大陆坡及海盆底地带。深海沉积物中有一种特殊沉积物，少含或基本不含有陆屑物质，主要是由具有灰质和硅质硬体的微小浮游生物遗体堆积而成，称为生物软泥，古代地层中很少这类沉积物。在大陆坡及部分深海地区，还有一种带陆源碎屑的具有沉积韵
16、律的沉积物，即浊流沉积物，在古老地层中也发现同类沉积物。近年来，广泛分布于深海底的铁锰结核得到极大重视。其中含有锰、铁、镍、钻、铜、铅等40种以上的元素。只以结核中锰储量而言，即相当于陆地锰储量的182倍。近年还在20004000m海底发现有含金属硫化物的“重金属泥”，其中含Au、Ag、Pt、Cu、Sn、Fe、Mo、Pb等多种元素。这种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。4）非正常海相：淡化海：水域较深，最深处达2400m，大部为陆地所包围，有大量淡水注入，使海水淡化。表层水密度小，水的垂直循环不畅甚至停止，因此形成海底缺氧的和滞流的还原环境。水面浮游及漂流生活的生物死亡下
17、沉，形成富含有机质黑色泥质沉积。咸化海：在干燥气候条件下的内海，蒸发量大于淡水补给量，内海海面降低，使外海海水不断溢入。由于不断蒸发和海水溢入的结果，含盐量增高，形成咸化海。这种海一般规模较小，海水较浅，不易形成还原环境，常形成缺少生物化石的膏盐或白云岩沉积。,2，过渡相沉积（海陆混合相沉积）1）三角洲相：存在于河流入海处，特别是在河流含砂量大、海底较浅而且比较稳定的地区，常常形成三角洲。特点是具有向海洋方向倾斜的斜层理，以砂质沉积为主，陆生植物、淡水动物和海生动物化石混杂一起。三角洲底部，沉积物质变细，以粉砂及粘土为主，层理水平，富含海生动物化石。2）潟湖相：滨海地区部分海水为砂堤隔绝可形成
18、潟湖。在湿润气候条件下，常堆积成砂页岩和泥炭层，具有薄而水平的层理；在干燥炎热气候条件下则往往产生白云岩、石膏、石盐等化学沉积。3，陆相沉积在相对低洼部位接受沉积。陆相沉积类型多种多样，横向变化显著，地层对比也比较困难。沉积物中以碎屑（砾、砂、泥）成分为主，有时含陆生动植物化石。陆相沉积对于气候和地形的反映十分敏锐，在不同气候、地形和外营力的条件下便有不同类型的沉积，主要有残积、坡积、洪积、冲积、湖泊和沼泽沉积、风积、冰川和冰水沉积、洞穴堆积等。,（二）岩相分析的主要依据1，生物化石指相化石：凡是代表特殊的地理环境，而且指示特殊岩相的化石和化石群。标准化石和指相化石结合起来，是确定地层时代、岩
19、相和重塑古地理环境的重要依据。如：珊瑚 温暖清澈的浅海；破碎贝壳 滨海；植物 陆相；苏铁 气候湿热；银杏 气候温和。2，岩性和结构特征岩性特征、结构和构造等是一定环境下的沉积物的表现形式，因此可以作为岩相分析的重要根据。如：在海相地层中，粗粒、交错层理、波痕、干裂 滨海；细粒碎屑岩或生物化学岩（石灰岩等）或鲕状赤铁矿 浅海；红色岩层 氧化环境；黑色页岩 还原环境；盐假象 干燥。3，特殊矿物有些矿物是在一定环境下形成的，可以起指相作用。海绿石 较深的浅海环境；石膏、石盐 干燥；白云岩 咸化海或泻湖相。,地层综合柱状图,（三）岩相分析的原则现实类比法“现实主义原理”（Lyell）：利用这些知识从已
20、知探求未知，从现在推求过去，以便了解地质时期自然环境的变化。在运用该原理时，必须注意：自然界演化的不可逆性：在地壳历史中，大气圈、水圈和岩石圈以及生物界总是不断发展的。时间因素：有些地质作用，即使环境古今相同，但短期作用和长期作用的结果往往有很大的差异。沉积物的后生变化：古老的沉积岩层都经历了长期的后生作用，已经改变了沉积当时的面貌；而现代沉积还不能看到后生变化。在具体运用以今证古的方法进行岩相分析时，必须充分考虑历史条件、时间和环境，必须考虑到事物发展的渐变与突变。现实类比法：现实主义与历史分析相结合，用历史发展的辨证观点研究地史的方法。（四）古地理图古地理图：对于一定地区、一定时代的地层进
21、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所绘成的图件。有时候利用岩性及古生物资料划分出更详细的单位，如滨海碎屑相、潟湖黑色页岩相、浅海灰岩相、山麓角砾岩相等，借以表明古自然环境和岩相空间分布的变化规律，这种图件称岩相-古地理图，它是岩相分析的总结。,晚三叠世,晚侏罗世,三，构造历史分析（一）构造历史分析的目的进一步研究地壳构造运动的历史及发展规律。（二）构造历史分析的依据岩相垂直变化、岩层厚度及接触关系。（三）构造层地壳运动是长期性和阶段性发展的，所以地壳构造的发展也具有旋回性。地壳的发展都是从一个旋回向另一个旋回发展的过程。每一个旋回所形成的全部地层，称一个构造层。两个构造
22、层之间总是被广泛的区域性不整合所分开。（四）构造阶段根据地槽发育的构造旋回，结合海陆分布、生物演化和岩浆活动的阶段性变化，对地壳的发展过程，可以分为若干个旋回，或称构造阶段。如早古生代构造阶段、晚古生代构造阶段、中生代构造阶段和新生代构造阶段。,四，地层系统 地层划分系统可有两类：岩性地层分类系统是区域性或地方性的，以岩性变化为主的地层划分。地层单位为群、组、段等。年代地层分类系统是国际性的、全国性或大区域性的，以时代为准的地层划分。地层单位为宇、界、系、统、阶等，与其相对应的地质时代为宙、代、纪、世、期等。,一）岩石地层单位（地方性）根据沉积旋回和岩性变化、地层接触关系所划分出来的地层单位，
23、即岩性地层单位。主要有群、组、段等。组：是地方性的最基本的地层单位。凡是岩相、岩性大致一致与上下地层之间有明确的界限且分布稳定的地层都可以划分为一个组。以初建组的地名命名，如：栖霞组。群：比组大的地方性地层单位。凡是厚度巨大、岩性较复杂而又具有一定的相似性，但又无明确界限可以分组的一套岩系，或者是连续的、在成因上互相联系的几个组的组合，都可以划分成一个群。群也是用专门地理名称命名的，如阜平群，五台群。段：组还可以根据岩性特征进一步划分为段。,二）年代地层单位（全球性）这种地层单位必须和地质时代单位相对应。换言之，这种单位是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。由于这
24、种地层划分是以地质时代为标准，所以称为年代地层单位。根据地层中生物化石所划分出来的地层单位，即年代地层单位。由于生物化石分属于不同的纲、目、科、属、种，所以可以根据不同的化石分类级别，划分出不同大小的年代地层单位。由大到小为：宇、界、系、统、阶。阶：根据地层中标准化石和化石组合，可以把地层划分为阶（每一个阶还可以包括几个生物带）。阶与阶之间的生物在属和种的范围内有显著差异。阶以地名命名，是全国性或大区域性的年代地层单位。统：比阶更高一级的年代地层单位。一个统可以包括数目不等的阶。由于统所代表的时间较长，所以统与统之间的生物在科、目范围内有显著的变化，统是全球性的年代地层单位。统的名称和系相同，
25、另冠以下、上或下、中、上字样，如下寒武统、中寒武统、上寒武统。,系：比统更高一级的年代地层单位。一个系可以分为23个统。系与系之间的生物在目、纲范围内有很大变化。系一般是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。界：根据生物界重大门类的演化阶段所划分的单位。一个界包括23甚至6个系。界以象征生物发展阶段的古生、中生和新生等命名。宇：最高级的年代地层单位。据生物的出现和最低硬壳化石带以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，后者包括古生界、中生界和新生界。,三）地质时代单位 不同级别的年代地层单位所代表的时间，即地质时代单位。因此，年代地层单位与地
26、质时代单位存在着对应关系。即宇（宙）、界（代）、系（纪）、统（世）、阶（期）。宙形成一个宇的地层所占的时间；代形成一个界的地层所占的时间；纪形成一个系的地层所占的时间；世形成一个统的地层所占的时间；期形成一个阶的地层所占的时间。,四）地层符号宇的符号：用两个大写字母表示，如太古宇AR界的符号：用两个字母表示，第一个大写，第二个小写，如中生代Mz系的符号：一般用一个大写字母表示，如志留系S统的符号：一般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，如上二叠统P2阶的符号：按照汉语拼音方案，采取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）。
27、在同一个统内，阶名第一字母有重复时，时代较老的阶用一个字母；较新的阶则在第一个字母后再加一个最接近的子音字母。如群的符号：在相应的统或系或界的符号后，加上群名汉语拼音第一个字母，或第一个字母后再加上最接近的子音字母（小写斜体）。组的符号：未作统一规定。现习惯上是按照汉语拼音方案，采取组名第一个字母或第一个字母再加最接近的子音字母（小写斜体），放在统的符号之后。如上石炭统船山组C2c段的符号：未作统一规定。有人采用在组名右上角加1、2、3等，表示第一段，第二段，第三段，如上石炭统船山组第三段C2c3,复习思考题,1，地层划分的依据是什么？为什么要进行地层对比？2，什么是标准剖面和层型？二者有何区别？3，滨海相和浅海相有何特点？根据什么来进行岩相分析？4，什么是岩石地层单位、年代地层单位和地质时代单位？,
