北京大學-地史學1章-地層系統(tǒng)和地質年代

1、如果將最老到最新的巖石按它們形成的先后順序排列起來-巖層柱（地層柱），就有可能建立起地球歷史的時間框架了。TABCDEFGabc海進序列成因示意圖海進序列成因示意圖隨著海平面不斷上升，A點的沉積由相對近岸型逐漸變?yōu)檫h岸型。在垂向上，而呈現(xiàn)沉積物“上細下粗”的特點。在橫向上，晚期沉積物分布范圍大于早期沉積物-超覆(onlap)AAAS1S2S3t1t2t3對A點來說，隨著時間的推移，沉積由相對遠岸型變?yōu)榻缎?。在垂向上，沉積物“下細上粗”在橫向上，晚期沉積物分布范圍小于早期沉積物-退覆 (offlap)海退序列成因示意圖海退序列成因示意圖 當一個海進序列緊接一個海退序列時，就形成了地層中沉積物成

2、分、粒度、化石等特征有規(guī)律的鏡像對稱分布的現(xiàn)象-沉積旋回沉積旋回 (cycle of sedimentation)。沉積旋回海進序列海退序列TABCDEFG地層劃分地層劃分地層對比地層對比地層劃分地層劃分 上述地層露頭剖面可根據(jù)不整合面劃分為兩個大的階段（I、II），反映了該地區(qū)地層發(fā)育經歷的兩個構造演化階段； II階段又可根據(jù)巖性變化劃分為4個次級階段（-），反映了沉積環(huán)境變化的階段性；又可根據(jù)含化石的不同再細分兩個更次級的階段，反映生物演化的階段性在地層對比中，巖石學方法（巖石學方法（無論是巖性法還是沉積旋回法）只能在具有相同地質發(fā)育歷史的地區(qū)，即同一大地構造背景控制的沉積盆地內使用。巖性

3、法優(yōu)點是直觀和方便，缺點是適用范圍有限。只能在局部地區(qū)（同一沉積盆地中的相同沉積相）使用。沉積旋回法可適用于整個盆地范圍。在同一個沉積盆地范圍內，盡管不同地點某一時段內形成的巖石有所差異（沉積相不同），但它們的沉積旋回變化是同步的。巖石地層學巖石地層學ABCDEFGabcdefg？A地點地點B地點地點T依據(jù)地層層序律可以在不同地區(qū)建立的各自的地層柱。但是不同地區(qū)地層柱之間巖層的形成先后順序又是如何確定的？(William Smith， 1769-1839)和 （Principle of biologic succession）在不同地區(qū)的地層中建立等時性的關系 建立在生物層序律基礎之上，根據(jù)地

4、層中生物化石的異同進行地層劃分對比的地層學研究方法。 生物層序律的理論基礎是生物進化的不可逆性：愈古老地層中生物化石愈原始、愈低級；愈新的地層中生物化石愈先進、愈高級。相同時代的地層含有相同（或相似）的化石或化石組合。任何一種生物在地質歷史中都只出現(xiàn)一次，并有其特定的分布時限兩個地區(qū)的地層可通過它們所含的相同或相似的化石或化石組合建立起地層對比的關系。實際工作中有兩種對比實際工作中有兩種對比方法：方法：標準化石法：標準化石法：分布時限短，地理分布廣，特征明顯的化石化石組合化石組合分析分析法：法：對地層中所有的化石進行系統(tǒng)的分析研究，根據(jù)生物化石各門類、各屬種組合的不同進行地層的劃分和對比的方法

5、。未知地區(qū)的地層可通過所含化石與已知地區(qū)地層對比，而知道地層的時代或層位。同理，陸相地層與海相地層可以通過同時期既含有陸生植物化石也含有海洋無脊椎動物化石的海陸過渡類型地層建立起對比關系。生物地層學標準化石法的優(yōu)缺點：標準化石法的優(yōu)缺點：簡便易行，適合野外調查和初步的大致對比；有時會由于先驅或孑遺的情況造成對比的不精確；對比適用范圍相對局限。單一生物分布的局限性化石組合法的優(yōu)缺點：化石組合法的優(yōu)缺點：提高對比的精確度。避免了單一生物先驅和孑遺產生的誤差；對比適用范圍相對廣泛不便于野外工作采用生物地層學方法可以實現(xiàn)不同沉積盆地之間的地層對比電測井曲線電測井曲線地層對比的地層對比的原理示意圖原理示

6、意圖3）地球物理學方法：）地球物理學方法：a. 利用與巖性有關的物理、化學性質，如電導率、放射性、聲波等參數(shù)進行地層對比的方法。實際是巖石學方法的外延。如電測井對比，地震剖面對比地震剖面對比原理示意圖地震剖面對比原理示意圖b. 古地磁極性對比古地磁極性對比地球磁場的磁極在地質歷史中曾多次發(fā)生反轉，這種變化記錄在巖石之中。每一次極性反轉事件都是全球性的等時事件，因此這種方法實際上時間對比。通過測定巖石的地磁強度變化確定古地磁的極性變化。歷史時間可以根據(jù)極性變化分為極性正向期和極性反向期這種方法目前只適用于5 Ma以來的沉積連續(xù)的地層。ln ( 1 + DPt1)4）同位素年齡對比：）同位素年齡對

7、比：利用放射性同位素的衰變現(xiàn)象測定巖石、礦物的年齡進行地層對比。5）地球化學方法：）地球化學方法：一些特殊的地質事件如火山噴發(fā)、隕石撞擊等會對沉積環(huán)境地球化學特征產生明顯的影響，而在地質記錄中表現(xiàn)為一些元素和同位素的異常；周期性的氣候變化則會使一些元素或同位素在沉積物中的豐度發(fā)生波動。地質記錄中這些元素和/或同位素的異常波動在特定的情況下可以用于地層對比。 O、C、Sr等同位素，Ni、Ir、Ce、La等元素。這種方法目前尚無法獨立使用，尚須借助其他方法。6）層序地層學方法：）層序地層學方法： 以海平面升降旋回的不同階段的把地層劃分成若干個體系域進行地層劃分對比低水位體系域低水位體系域（F1-R

8、） ：最大海平面下降及其后緩慢上升時期形成的沉積。海侵體系域海侵體系域（R-H） ：從低水位體系域之上的最初海泛面開始到出現(xiàn)最大海侵面期間形成的沉積。高水位體系域高水位體系域（H-F） ：從最大海侵面到開始海退時期形成的沉積。Time上升翼下降翼F1FR凝縮斷凝縮斷（H） ：時間上介于海侵體系域和高水位體系域之間，在陸棚中下部至盆地等地形成的特殊沉積。H 地層劃分、對比的結果就產生了一個地區(qū)甚至全球的地層系統(tǒng)。地層系統(tǒng)的組成有兩個要素：a. 地層單位； b. 地層單位的級別關系 地層單位的類型：地層單位的類型：a. 物質性地層單位物質性地層單位：反映地層的物質屬性特征，如巖性，生物化石等。b.

9、 非物質性地層單位非物質性地層單位：反映地層的非物質屬性特征-時間。 巖石地層單位的特點巖石地層單位的特點-穿時性和地方性：穿時性和地方性： 巖性界面不一定是等時面。 自然界中，沉積巖層的沉積作用方式是隨沉積環(huán)境及沉積作用的不同而變化。地層的沉積作用方式分為垂向加積和側向加積。在大洋和大型湖泊的中心地區(qū)，沉積作用是通過垂向加積進行的，其巖性界面具有等時性。在河流和三角洲等環(huán)境中，沉積作用是通過側向加積進行的，其巖性界面是穿時的。在海侵或海退過程中，濱淺海環(huán)境中的沉積作用也是通過側向加積進行的。2. 生物地層單位（生物地層單位（biostratigraphic unit） 以地層中的化石內容和特

10、征所劃分出的地層單位。 生物地層單位的基本單位是生物帶 (biogenic zone)或化石帶。常用的生物帶 (biogenic zone)有3種類型：a. 組合帶 (assemblage zone)：幾類生物或某類生物的幾個屬種在地層的特殊自然組合。b. 延限帶 (range zone)：某一種生物的延續(xù)范圍。c. 頂峰帶 (acme zone)：某類生物的繁盛。生物地層單位之間不含化石的層段稱為間隔帶間隔帶 (interval zone)。生物地層單位的特點： 生物帶無等級和從屬關系 不是普遍建立的地層單位。 為年代地層單位服務abc3. 年代地層單位年代地層單位 （time-strata

11、 unit）、地質年代單）、地質年代單位位 (time unit)和地質年代系統(tǒng)和地質年代系統(tǒng)（1）年代地層單位）年代地層單位反映地層時間屬性的地層單位，而不是地層的物質屬性。地層的時間屬性是如何確定？或者說，年代地層單位的時代是如何確定的呢？為什么生物化石能夠確定地層的時代？ 依據(jù)地層層序律，以及地層的接觸和穿插關系我們可以確定一個地區(qū)地層形成的相對順序，但并不能說明地層的時代。時間的類型和時間的劃分：時間的類型和時間的劃分：物理時間和歷史時間物理事件和歷史事件 生物進化是不可逆的不可逆的歷史性事件，每種生物在地質歷史中只出現(xiàn)一次，不會重復出現(xiàn)。每種生物在地質歷史中都具有特定的時限含義特定的

12、時限含義。因此，每種生物的出現(xiàn)和消失都是歷史事件。年代地層單位：年代地層單位： 宇 (Eonthem) 界 (Erathem) 系 (System) 統(tǒng) (Series) 階 (Stage) 時帶 (Chronozone)地質年代單位：地質年代單位： 宙 (Eon) 代 (Era) 紀 (Period) 世 (Epoch) 期 (Age) 時 (Chron) （2）地質年代單位：）地質年代單位：與年代地層單位相對應的時間單位從理論上講，同一年代地層單位在不同地區(qū)應具有嚴格的等時性，并在全球具有通用性。但實際上，在年代地層單位中宇、界、系、統(tǒng)是全球性通用地層單位。只有依據(jù)分布廣泛的浮游、游泳生物

13、（如筆石、牙形石、菊石等）建立的階才具有全球等時性的意義。（3）地質年代系統(tǒng)：）地質年代系統(tǒng)：在全球地層劃分和對比基礎上，依據(jù)生物的演化階段建立起來的、用地質年代單位表示的全球通用劃分地球地質歷史的時間格架地質年代表。地質年代表（3）界限層型）界限層型(stratotype)和層型剖面和層型剖面(stratotype section)1976國際地科聯(lián)所屬國際地層委員會提出了采用GSSP GSSP (Global Boundary Stratotype Section and Point)(Global Boundary Stratotype Section and Point)來來的確定和規(guī)

14、范國際年代地層單位主要界線的理念和方法全球通用的與地質年代系統(tǒng)中地質年代單位（紀和世）對應的年代地層單位（系和統(tǒng)）最初都是由不同地區(qū)的一些地方性的巖石地層單位演變而來，它們的界限和內涵缺乏嚴格的定義，存在時間上間斷或重疊。界限層型：界限層型：劃分年代地層單位界限和地質年代單位界限的全球統(tǒng)一標準。層型剖面：層型剖面：界限層型確立所依托的剖面。 4. 巖石地層單位與年代地層單位的關系巖石地層單位與年代地層單位的關系1) 巖石地層單位的穿時性和年代地層單位的非穿時性2）地層單位上下界線與時間面的關系3）展布范圍不同4）年代地層單位沒有固定具體的巖石內容 年代地層單位反映了全球統(tǒng)一的地質發(fā)展階段性； 巖石地層單位反映了一個地區(qū)的地質發(fā)展階段性。不整合接觸關系的形成過程abc平行不整合接受沉積水平抬升后遭受剝蝕下降，再次接受沉積abc接受沉積褶皺抬升后遭受剝蝕下降，再次接受沉積角度不整合非整合接