北京大學(xué)-地史學(xué)1章-地層系統(tǒng)和地質(zhì)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(lái)-巖層柱（地層柱），就有可能建立起地球歷史的時(shí)間框架了。TABCDEFGabc海進(jìn)序列成因示意圖海進(jìn)序列成因示意圖隨著海平面不斷上升，A點(diǎn)的沉積由相對(duì)近岸型逐漸變?yōu)檫h(yuǎn)岸型。在垂向上，而呈現(xiàn)沉積物“上細(xì)下粗”的特點(diǎn)。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(duì)A點(diǎn)來(lái)說(shuō)，隨著時(shí)間的推移，沉積由相對(duì)遠(yuǎn)岸型變?yōu)榻缎汀Ｔ诖瓜蛏?，沉積物“下細(xì)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(dāng)一個(gè)海進(jìn)序列緊接一個(gè)海退序列時(shí)，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(duì)稱(chēng)分布的現(xiàn)象-沉積旋回沉積旋回 (cycle of sedimentation)。沉積旋回海進(jìn)序列海退序列TABCDEFG地層劃分地層劃分地層對(duì)比地層對(duì)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(gè)大的階段（I、II），反映了該地區(qū)地層發(fā)育經(jīng)歷的兩個(gè)構(gòu)造演化階段； II階段又可根據(jù)巖性變化劃分為4個(gè)次級(jí)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(xì)分兩個(gè)更次級(jí)的階段，反映生物演化的階段性在地層對(duì)比中，巖石學(xué)方法（巖石學(xué)方法（無(wú)論是巖性法還是沉積旋回法）只能在具有相同地質(zhì)發(fā)育歷史的地區(qū)，即同一大地構(gòu)造背景控制的沉積盆地內(nèi)使用。巖性

3、法優(yōu)點(diǎn)是直觀(guān)和方便，缺點(diǎn)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(gè)盆地范圍。在同一個(gè)沉積盆地范圍內(nèi)，盡管不同地點(diǎn)某一時(shí)段內(nèi)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(xué)巖石地層學(xué)ABCDEFGabcdefg？A地點(diǎn)地點(diǎn)B地點(diǎn)地點(diǎn)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(shí)性的關(guān)系 建立在生物層序律基礎(chǔ)之上，根據(jù)地

4、層中生物化石的異同進(jìn)行地層劃分對(duì)比的地層學(xué)研究方法。 生物層序律的理論基礎(chǔ)是生物進(jìn)化的不可逆性：愈古老地層中生物化石愈原始、愈低級(jí)；愈新的地層中生物化石愈先進(jìn)、愈高級(jí)。相同時(shí)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(zhì)歷史中都只出現(xiàn)一次，并有其特定的分布時(shí)限兩個(gè)地區(qū)的地層可通過(guò)它們所含的相同或相似的化石或化石組合建立起地層對(duì)比的關(guān)系。實(shí)際工作中有兩種對(duì)比實(shí)際工作中有兩種對(duì)比方法：方法：標(biāo)準(zhǔn)化石法：標(biāo)準(zhǔn)化石法：分布時(shí)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(duì)地層中所有的化石進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，根據(jù)生物化石各門(mén)類(lèi)、各屬種組合的不同進(jìn)行地層的劃分和對(duì)比的方法

5、。未知地區(qū)的地層可通過(guò)所含化石與已知地區(qū)地層對(duì)比，而知道地層的時(shí)代或?qū)游弧Ｍ?，陸相地層與海相地層可以通過(guò)同時(shí)期既含有陸生植物化石也含有海洋無(wú)脊椎動(dòng)物化石的海陸過(guò)渡類(lèi)型地層建立起對(duì)比關(guān)系。生物地層學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化石法的優(yōu)缺點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)化石法的優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)便易行，適合野外調(diào)查和初步的大致對(duì)比；有時(shí)會(huì)由于先驅(qū)或孑遺的情況造成對(duì)比的不精確；對(duì)比適用范圍相對(duì)局限。單一生物分布的局限性化石組合法的優(yōu)缺點(diǎn)：化石組合法的優(yōu)缺點(diǎn)：提高對(duì)比的精確度。避免了單一生物先驅(qū)和孑遺產(chǎn)生的誤差；對(duì)比適用范圍相對(duì)廣泛不便于野外工作采用生物地層學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)不同沉積盆地之間的地層對(duì)比電測(cè)井曲線(xiàn)電測(cè)井曲線(xiàn)地層對(duì)比的地層對(duì)比的原理示意圖原理示

6、意圖3）地球物理學(xué)方法：）地球物理學(xué)方法：a. 利用與巖性有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)，如電導(dǎo)率、放射性、聲波等參數(shù)進(jìn)行地層對(duì)比的方法。實(shí)際是巖石學(xué)方法的外延。如電測(cè)井對(duì)比，地震剖面對(duì)比地震剖面對(duì)比原理示意圖地震剖面對(duì)比原理示意圖b. 古地磁極性對(duì)比古地磁極性對(duì)比地球磁場(chǎng)的磁極在地質(zhì)歷史中曾多次發(fā)生反轉(zhuǎn)，這種變化記錄在巖石之中。每一次極性反轉(zhuǎn)事件都是全球性的等時(shí)事件，因此這種方法實(shí)際上時(shí)間對(duì)比。通過(guò)測(cè)定巖石的地磁強(qiáng)度變化確定古地磁的極性變化。歷史時(shí)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(lái)的沉積連續(xù)的地層。ln ( 1 + DPt1)4）同位素年齡對(duì)比：）同位素年齡對(duì)

7、比：利用放射性同位素的衰變現(xiàn)象測(cè)定巖石、礦物的年齡進(jìn)行地層對(duì)比。5）地球化學(xué)方法：）地球化學(xué)方法：一些特殊的地質(zhì)事件如火山噴發(fā)、隕石撞擊等會(huì)對(duì)沉積環(huán)境地球化學(xué)特征產(chǎn)生明顯的影響，而在地質(zhì)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(huì)使一些元素或同位素在沉積物中的豐度發(fā)生波動(dòng)。地質(zhì)記錄中這些元素和/或同位素的異常波動(dòng)在特定的情況下可以用于地層對(duì)比。 O、C、Sr等同位素，Ni、Ir、Ce、La等元素。這種方法目前尚無(wú)法獨(dú)立使用，尚須借助其他方法。6）層序地層學(xué)方法：）層序地層學(xué)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(gè)體系域進(jìn)行地層劃分對(duì)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(shí)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(kāi)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(kāi)始海退時(shí)期形成的沉積。Time上升翼下降翼F1FR凝縮斷凝縮斷（H） ：時(shí)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(duì)比的結(jié)果就產(chǎn)生了一個(gè)地區(qū)甚至全球的地層系統(tǒng)。地層系統(tǒng)的組成有兩個(gè)要素：a. 地層單位； b. 地層單位的級(jí)別關(guān)系 地層單位的類(lèi)型：地層單位的類(lèi)型：a. 物質(zhì)性地層單位物質(zhì)性地層單位：反映地層的物質(zhì)屬性特征，如巖性，生物化石等。b.

9、 非物質(zhì)性地層單位非物質(zhì)性地層單位：反映地層的非物質(zhì)屬性特征-時(shí)間。 巖石地層單位的特點(diǎn)巖石地層單位的特點(diǎn)-穿時(shí)性和地方性：穿時(shí)性和地方性： 巖性界面不一定是等時(shí)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(cè)向加積。在大洋和大型湖泊的中心地區(qū)，沉積作用是通過(guò)垂向加積進(jìn)行的，其巖性界面具有等時(shí)性。在河流和三角洲等環(huán)境中，沉積作用是通過(guò)側(cè)向加積進(jìn)行的，其巖性界面是穿時(shí)的。在海侵或海退過(guò)程中，濱淺海環(huán)境中的沉積作用也是通過(guò)側(cè)向加積進(jìn)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(nèi)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(lèi)型：a. 組合帶 (assemblage zone)：幾類(lèi)生物或某類(lèi)生物的幾個(gè)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(lèi)生物的繁盛。生物地層單位之間不含化石的層段稱(chēng)為間隔帶間隔帶 (interval zone)。生物地層單位的特點(diǎn)： 生物帶無(wú)等級(jí)和從屬關(guān)系 不是普遍建立的地層單位。 為年代地層單位服務(wù)abc3. 年代地層單位年代地層單位 （time-strata

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

12、時(shí)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(shí)帶 (Chronozone)地質(zhì)年代單位：地質(zhì)年代單位： 宙 (Eon) 代 (Era) 紀(jì) (Period) 世 (Epoch) 期 (Age) 時(shí) (Chron) （2）地質(zhì)年代單位：）地質(zhì)年代單位：與年代地層單位相對(duì)應(yīng)的時(shí)間單位從理論上講，同一年代地層單位在不同地區(qū)應(yīng)具有嚴(yán)格的等時(shí)性，并在全球具有通用性。但實(shí)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(shí)性的意義。（3）地質(zhì)年代系統(tǒng)：）地質(zhì)年代系統(tǒng)：在全球地層劃分和對(duì)比基礎(chǔ)上，依據(jù)生物的演化階段建立起來(lái)的、用地質(zhì)年代單位表示的全球通用劃分地球地質(zhì)歷史的時(shí)間格架地質(zhì)年代表。地質(zhì)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(guó)際地科聯(lián)所屬?lài)?guó)際地層委員會(huì)提出了采用GSSP GSSP (Global Boundary Stratotype Section and Point)(Global Boundary Stratotype Section and Point)來(lái)來(lái)的確定和規(guī)

14、范國(guó)際年代地層單位主要界線(xiàn)的理念和方法全球通用的與地質(zhì)年代系統(tǒng)中地質(zhì)年代單位（紀(jì)和世）對(duì)應(yīng)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(lái)，它們的界限和內(nèi)涵缺乏嚴(yán)格的定義，存在時(shí)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(zhì)年代單位界限的全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。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(guān)系巖石地層單位與年代地層單位的關(guān)系1) 巖石地層單位的穿時(shí)性和年代地層單位的非穿時(shí)性2）地層單位上下界線(xiàn)與時(shí)間面的關(guān)系3）展布范圍不同4）年代地層單位沒(méi)有固定具體的巖石內(nèi)容 年代地層單位反映了全球統(tǒng)一的地質(zhì)發(fā)展階段性； 巖石地層單位反映了一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)發(fā)展階段性。不整合接觸關(guān)系的形成過(guò)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