地殼演化簡史

1、第五章：地殼演化簡史 姓名：唐曉峰專業(yè)：人文地理學(xué)學(xué)號：2014110802004學(xué)院：生態(tài)旅游學(xué)院教師：吳利華老師第一節(jié)：概述第二節(jié)：地殼歷史的研究方法第一節(jié)：概述 地殼的發(fā)展歷史簡稱地史。地球表面有廣闊的大洋、起伏的大陸、復(fù)雜多樣的自然環(huán)境、千差萬別的動植物群落，如此豐富多彩的自然環(huán)境都是地球發(fā)展演變的結(jié)果。為了了解地殼的發(fā)展過程和演化規(guī)律，就必須研究地史。長期以來，地質(zhì)調(diào)查主要局限于大陸部分，自20世紀(jì)50年代開始對海底的探測和地殼深部及上地幔的研究逐步開展，航天技術(shù)與遙感技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，為認(rèn)識地球提供了新線索和新領(lǐng)域，但這僅僅是開端，目前資料最多的仍舊是大陸殼的歷史。不過，在地球科學(xué)領(lǐng)

2、域，向地球內(nèi)部、向廣深海洋進軍的時代已經(jīng)開始。 地球經(jīng)歷了46億年的歷史。研究人類歷史有文字文物可考，研究地球歷史卻無任何文字和文物可鑒。但地球本身在特殊的“書頁”中記錄了自己的發(fā)展歷程，這些“書頁”就是地層。地層留下了歷史事件的痕跡，保存了不同時代的生物遺體和遺跡，遺留下環(huán)境變化的物質(zhì)憑證?；謴?fù)地球的歷史，主要是靠“閱讀”這些不是文字卻勝似文字的記錄，通過地層層序、構(gòu)造順序和古地理環(huán)境的分析來實現(xiàn)。全球統(tǒng)一的、客觀的時間標(biāo)尺，年代更是重建地球歷史的基礎(chǔ)。第一節(jié)：概述一、地層學(xué)理論的建立 地層即地殼上部成帶狀展布的層狀巖石或堆積物，是地殼演化歷史的物質(zhì)記錄。 人類對于地層的感性觀察與認(rèn)識可以追

3、溯到古代希臘、中國和阿拉伯世界，其共同的特征是把陸地高山上巖層中所含的化石， 作為“ 滄海桑田”海陸變化的證據(jù)。第一節(jié)：概述 古希臘的色諾芬尼提出，化石是海生動物被大水挾帶泥沙一起沖到陸地上堆積而形成。亞里士多德認(rèn)為“陸地和海洋的分布不是永恒的” ，海陸變遷是“按一定規(guī)律在一定時期發(fā)生的” 。阿拉伯學(xué)者阿維森納和比魯尼認(rèn)識到巖層中的化石是海陸變遷的證據(jù)，化石的形成要經(jīng)歷很長時間。中國晉代葛洪所著神仙傳中載有“東海三為桑田”的故事。唐代顏真卿，宋代沈括都把山崖中的螺蚌殼視為滄海桑田變化的見證。宋代朱熹明確指出，巖石“即舊日之土” ，化石螺蚌殼“即水中之物” ，他認(rèn)為由于地殼變動“下者變而為高，柔

4、者變而為剛” ，對地層和化石形成給予了科學(xué)的解釋。第一節(jié)：概述 歐洲人對化石和地層的細(xì)致觀察始于文藝復(fù)興時期。意大利著名畫家、科學(xué)家達.芬奇將貝類化石和現(xiàn)代貝類進行比較，得出化石是過去生物遺體的正確結(jié)論。在其筆記一書“地球和?！币徽轮?，反復(fù)論述了是地殼運動把含有生物化石的巖層抬升到高處。 科隆納F區(qū)分了化石的保存類型，并將化石分為陸生、海生兩大類。在持化石生物成因觀點的學(xué)者中，不少人將化石與諾亞洪水聯(lián)系起來。英國的伍德沃德J在地球自然歷史初探(1695)中提出全球性洪水造成大部分生物死亡，化石就是它們的遺體。這種“洪積說”觀點曾為人們普遍接受。第一節(jié)：概述 對地層的科學(xué)研究做出重要貢獻的是丹麥

5、學(xué)者斯泰諾N 。他在天然固體中的堅質(zhì)體(1669)一文中，論述了地層、山脈的形成過程，并提出了地層學(xué)的重要基礎(chǔ)原理地層層序律，具體包括：a、疊置律，地層未經(jīng)變動時則上新下老；b、原始連續(xù)律， 地層未經(jīng)變動時則呈橫向連續(xù)延伸并逐漸尖滅；c、原始水平律，地層未經(jīng)變動時則呈水平產(chǎn)狀。第一節(jié)：概述 根據(jù)不同巖層所含化石的出現(xiàn)順序確定地層相對順序的原理稱為化石順序律。這一原理是法國吉羅-蘇拉威1777年首先發(fā)現(xiàn)的，但由于當(dāng)時的歐洲處于水成論和火成論激烈爭論的年代，所以這一原理并沒有受到重視。1796年，英國的史密斯獨立的提出了“ 每一巖層都含有其特殊的化石， 根據(jù)化石可以鑒定地層順序” 的論斷， 并成為

6、這一原理的實踐者。但是他兩所確立的化石順序律還只是經(jīng)驗性的，直到1859年達爾文發(fā)表物種起源確立了生物進化論，才賦予化石順序律以科學(xué)性。生物進化不可逆性和階段性的規(guī)律與化石順序律的結(jié)合，奠定了生物地層學(xué)的理論基礎(chǔ)。第一節(jié)：概述 19世紀(jì)末，人們發(fā)現(xiàn)同時期形成的地層在不同地點具有不同的巖性，這種變化導(dǎo)出了巖相橫向變化的概念。1894年，德國學(xué)者瓦爾特在歷史性科學(xué)地質(zhì)學(xué)導(dǎo)論一書中把巖相橫向變化與海侵作用聯(lián)系起來，說明了沉積環(huán)境隨時間的推移在空間上的變化，解釋了時間界面同巖相界面的關(guān)系，提出了著名的巖相對比定律，稱為瓦爾特定律。第一節(jié)：概述二、時間標(biāo)尺的建立 地球歷史年齡以及相對時間標(biāo)尺的建立，主要

7、要靠地質(zhì)學(xué)三大基礎(chǔ)理論的建立，才得以實現(xiàn)。a、“地層三定律”b、“大地質(zhì)旋回”的理論c、 “化石順序定律” 第一節(jié)：概述 地質(zhì)年表（或稱地質(zhì)年代表、地質(zhì)時代表）的編制標(biāo)志著地球演化時間標(biāo)尺的建立。在相對地質(zhì)年代的基礎(chǔ)上， 應(yīng)用同位素地質(zhì)年代進行準(zhǔn)確的測年，二者相輔相成，所得到的地質(zhì)年表不僅可以反映地球歷史發(fā)展的順序、過程和階段，而且能夠確立地質(zhì)時代無機界和生物界的演化速度。第一個帶有同位素年齡數(shù)據(jù)的地質(zhì)年表是英國地質(zhì)學(xué)家霍姆斯于1913年提出的，以后又陸續(xù)出現(xiàn)不同時間、不同國家、不同學(xué)者提出的地質(zhì)年表。第一節(jié)：概述 時代單位（宙、代、紀(jì)、世）相對應(yīng)的地層單位（宇、界、系、統(tǒng)），如太古宙形成的地

8、層稱太古宇，古生代形成的地層稱為古生界，寒武紀(jì)形成的地層稱為寒武系，早、中、晚寒武世形成的地層分別稱為下、中、上寒武統(tǒng) 各個地質(zhì)時代單位都標(biāo)有英文字母代號，宙（宇）的符號采用兩個大寫字母，如太古宙（宇）的代號為AR；代（界）的代號也是兩個字母，但第一個字母大寫，第二個字母小寫，如古生代（界）的代號為Pz； 紀(jì)（系）的代號都是采用一個大寫字母，如奧陶紀(jì)為O，志留紀(jì)為S等等，這些代號都是各自英文名稱的縮寫。冥古宙太古宙震旦紀(jì)遺留下來的地貌三葉蟲化石奧陶紀(jì)海底樣貌志留紀(jì)泥盆紀(jì)鄧氏魚“巨蟲時代”石炭紀(jì)二疊紀(jì)植物群落侏羅紀(jì)“恐龍時代”白堊紀(jì)海陸分離第四紀(jì)第二節(jié)：地殼歷史的研究方法一、地層的劃分與對比（一

9、）地層劃分的依據(jù) 所謂地層是在地殼發(fā)展過程中形成的各種成層巖石的總稱，包括變質(zhì)的和火山成因的成層巖石在內(nèi)。從時代上講，地層有老有新，具有時間的概念。地層和巖層這兩個名詞相似，但巖層一般是泛指各種成層巖石，而不必具有時代的概念。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法 地層既然具有時代的概念，所以地層就有所謂上下或新老關(guān)系，這叫做地層層序，也就是相當(dāng)于一本書的頁次。如果地層沒有受過擾動，愈處于下部的地層時代愈老，愈處于上部的地層時代愈新，叫做正常層位。這種上新下老的關(guān)系叫地層層序律。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法地層劃分的主要依據(jù)：1、沉積旋回和巖性變化2、地層接觸關(guān)系3、古生物（化石）第二節(jié)：地殼歷史的研究方法

10、1、沉積旋回和巖性變化 對一個地區(qū)的地層進行劃分時，一般是先建立一個標(biāo)準(zhǔn)剖面。凡是地層出露完全、順序正常、接觸關(guān)系清楚、化石保存良好的剖面就可以作為標(biāo)準(zhǔn)剖面。如果是海相地層，往往表現(xiàn)出巖相由粗到細(xì)又由細(xì)到粗的重復(fù)變化，這樣一次變化稱一個沉積旋回，也就是每一套海侵層位和海退層位構(gòu)成一個完整的沉積旋回。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法2、地層接觸關(guān)系 地層之間的不整合面是劃分地層的重要標(biāo)志。任何類型的不整合（平行不整合和角度不整合）都代表巖層的不連續(xù)現(xiàn)象，反映了地理環(huán)境的重大變化。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法 地層劃分的對象一般是沉積巖，但對于火成巖也必須確定它的新老順序。對于噴出巖來說，如果噴出巖夾于沉

11、積巖層之間，只要把噴出巖上下沉積巖的時代確定出來，噴出巖的時代就知道了。（圖5-1）第二節(jié)：地殼歷史的研究方法 對于侵入巖來說，則必須根據(jù)侵入巖和圍巖的接觸關(guān)系確定時代。一種關(guān)系是侵入接觸，即巖漿體侵入圍巖之中，其特點是圍巖接觸部分有變質(zhì)現(xiàn)象，火成巖中還往往有捕虜體存在。這種情況，可以確定侵入巖的時代晚于圍巖（圖5-2）。另一種關(guān)系是沉積接觸，即侵入巖上升地表遭受侵蝕之后，又為新的沉積巖層所覆蓋。其特點是上覆沉積巖層不可能有接觸變質(zhì)現(xiàn)象，而侵入巖中也不會有上覆巖層的捕虜體存在。這種情況可以確定侵入巖的時代早于上覆巖層的時代（圖5-3）。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法 如果有多次侵入現(xiàn)象，則侵入體往

12、往互相穿插，在這種情況下，被穿過的巖體時代較老，穿越其他巖體者時代較新（圖5-4）。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法3、古生物（化石） 凡是保存在地層中的地質(zhì)時期的生物遺體（如動物骨骼、硬殼等）和遺跡（如動物足印、蟲穴、蛋、糞便、人類石器等） 都叫化石。生物是從簡單向復(fù)雜， 從低級向高級發(fā)展的， 生物演化既具有不可逆性，又具有階段性。所以一定種類的生物或生物群總是埋藏在一定時代的地層里， 而相同地質(zhì)年代的地層里必定保存著相同或近似種屬的化石或化石群。這種關(guān)系就叫生物層序律。這樣就有可能根據(jù)化石確定地層的地質(zhì)年代。猛犸象第二節(jié)：地殼歷史的研究方法（二）、地層的對比 地層劃分是指對一個地區(qū)的地層進行時代

13、的劃分，而地層對比是指不同地區(qū)的地層進行時代的比較。在地層對比的基礎(chǔ)上才能了解廣大地區(qū)地史發(fā)展過程的共性和異性，才能具體認(rèn)識地層區(qū)域性特征，了解地層空間分異的情況。例如，河北、山西、山東、河南、陜西等地區(qū)都各發(fā)育了一套地層，弄清哪些是同時代的，哪些不是同時代的，然后才能了解整個華北地區(qū)什么時候有海侵，范圍有多大，哪里最深或最淺，什么時候有海退，哪里變成了陸地，生物是怎樣演化的，各地區(qū)之間有什么共性和差異等。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法 例如，在甲、乙、丙3個地點均含有相同的化石，把含相同化石的地層用虛線連接起來，說明它們屬于同一時代的地層。有的剖面未見底部出露，有的剖面未見頂部地層，但把甲、乙、

14、丙3地的地層綜合在一起，就可以知道一個地區(qū)的全部地層順序、巖性、厚度、含化石情況等（如圖5-5右側(cè)綜合圖），同時對此進行分析，這一地區(qū)的古地理發(fā)展情況也就一目了然了。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法第二節(jié)：地殼歷史的研究方法二、巖相古地理分析（一）、沉積相分類 各種沉積物和沉積環(huán)境之間都有密切的內(nèi)在聯(lián)系。因此根據(jù)沉積環(huán)境可以把沉積地層分為海相、過渡相和陸相三類。1、海相沉積（1）、濱海相：發(fā)育于低潮線和高潮線之間及其臨近地帶的狹長濱海區(qū)，潮汐作用和波浪作用占主要地位。（2）、淺海相：存在于海面到海面下200m左右的淺海地區(qū)，約相當(dāng)于大陸架上的海洋部分。（3）、半深海相和深海相：存在于半深海（海面下約

15、200-2500m）和深海（ 約2500m以下）地區(qū)，即相當(dāng)于大陸坡及大洋盆地地帶。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法（4）、非正常海相：包括淡化海和咸化海。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法2、過渡相沉積（海陸混合相沉積）發(fā)育于濱海地區(qū)。其中主要包括三角洲相和潟 湖相：（1）、三角洲相：在河流入海處，特別是在河流含砂量大、海底較淺而且比較穩(wěn)定的地區(qū)，常常形成三角洲。（2）、潟湖相：形成于水體與海洋的聯(lián)系為砂堤部分隔絕的濱海地區(qū)。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法3、陸相沉積 大陸是遭受剝蝕的地區(qū)，但在相對低洼部位可以接受沉積。和海相沉積相比，陸相沉積類型多種多樣，橫向變化顯著，地層對比也比較困難。沉積物中以碎屑（礫

16、、砂、泥）成分為主，有時含陸生動植物化石。陸相沉積對于氣候和地形的反映十分敏銳，在不同氣候、地形和外營力的條件下便有不同類型的沉積，主要有殘積、坡積、洪積、沖積、湖泊和沼澤沉積、風(fēng)積、冰川和冰水沉積、洞穴堆積等。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法（二）、巖相分析主要依據(jù)1、生物化石 例如現(xiàn)代珊瑚生活要求水溫20左右，水中沒有混雜的泥沙，水深不超過50-70m，因此珊瑚化石指示清澈溫暖的淺海環(huán)境。2、巖性特征和結(jié)構(gòu) 例如，紅色巖層指示氧化環(huán)境；黑色頁巖并含黃鐵礦指示還原環(huán)境；交錯層、不對稱波痕等反映流動淺水地區(qū)；干裂反映濱海、濱湖等環(huán)境；3、特殊礦物 有些礦物是在一定環(huán)境下形成的，可以起指相作用。例如海

17、綠石代表較深淺海環(huán)境； 石膏、石鹽等代表干燥環(huán)境。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法（三）、巖相分析的原則現(xiàn)實類比方法1、自然界演化的不可逆性 在地殼歷史中，大氣圈、水圈和巖石圈以及生物界總是不斷發(fā)展的。以大氣圈而論，過去和現(xiàn)在并不一樣。地史初期，由于當(dāng)時火山活動強烈，大氣中二氧化碳含量比現(xiàn)在多； 到石炭二疊紀(jì)， 由于大規(guī)模森林的出現(xiàn)， 增加了光合作用，大氣成分有了變化，二氧化碳含量減少，而氧的含量增加。由此看來，大氣的成分在變化，大氣的地質(zhì)作用也必然在改變。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法2、時間因素 例如，地質(zhì)時代海相沉積物的機械分異規(guī)律是很普遍的，但在現(xiàn)代海洋沉積中，這種分異規(guī)律由于時間短促并不明顯，

18、這就表明長期反復(fù)的地質(zhì)作用和短期地質(zhì)作用的結(jié)果并不相同。3、沉積物的后生變化 古老的沉積巖層都經(jīng)歷了長期的后生作用，已經(jīng)改變了沉積當(dāng)時的面貌；而現(xiàn)代沉積還不能看到后生變化，所以盡管環(huán)境相似，但地質(zhì)作用的結(jié)果也不一定完全相同。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法（四）、古地理圖 對于一定地區(qū)一定時代的地層進行巖相分析之后，把當(dāng)時的海陸分布、地形、氣候等情況綜合起來繪成圖件，就是古地理圖。有時候利用巖性及古生物資料劃分出更詳細(xì)的單位，如濱海碎屑巖相、潟湖黑色頁巖相、淺海灰?guī)r相、山麓角礫巖相等，借以表明古自然環(huán)境和巖相空間分布的變化規(guī)律，這種圖件稱巖相古地理圖，它是巖相分析的總結(jié)。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法三

19、、構(gòu)造歷史分析 構(gòu)造歷史分析在于進一步研究地殼構(gòu)造運動的歷史及發(fā)展規(guī)律?？梢愿鶕?jù)巖相的垂直變化、巖層厚度、巖層接觸關(guān)系等重塑地殼構(gòu)造運動。 全面地恢復(fù)地殼構(gòu)造發(fā)展史，不是容易的事。各種構(gòu)造學(xué)說也各有不同的看法。但自板塊構(gòu)造學(xué)說問世以來，它把大陸和大洋聯(lián)系起來，把地殼與地下深部聯(lián)系起來，把板塊活動和地槽理論聯(lián)系起來，這對闡明地殼發(fā)展和海陸形成這些基本問題，提供了新的根據(jù)。但是，如何利用板塊理論來恢復(fù)大陸殼地質(zhì)歷史過程，目前仍在探索之中。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法四、地層系統(tǒng) 由于地層劃分的目的、根據(jù)和適用范圍不同，地層劃分系統(tǒng)可有2類：一是區(qū)域性或地方性的，以巖性變化為主的地層劃分，稱為巖石地層

20、分類系統(tǒng)，地層單位為群、組、段等；一是國際性的、全國性或大區(qū)域性的，以時代為準(zhǔn)的地層劃分，稱為年代地層分類系統(tǒng)，地層單位為宇、界、系、統(tǒng)、階等，與其相對應(yīng)的地質(zhì)時代為宙、代、紀(jì)、世、期等。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法(一）、巖石地層單位 地層劃分的根據(jù)主要是巖性變化及巖性組合差異、沉積韻律（巖層節(jié)奏）、沉積間斷（平行不整合、角度不整合等）等。 組是地方性的最基本的地層單位。凡是巖相、巖性和變質(zhì)程度大體一致的，與上下地層之間有明確界限的，在一定地理范圍內(nèi)比較穩(wěn)定的地層，都可以劃分為一個組。組采用最初建組的地名（山名、村名等）命名，如華北中寒武統(tǒng)的徐莊組和張夏組等。比組大的地方性地層單位叫群。凡是厚

21、度巨大、巖性較復(fù)雜而又具有一定的相似性，但又無明確界限可以分組的一套巖系，或者是連續(xù)的、在成因上互相聯(lián)系的幾個組的組合，都可以劃分成一個群。群也是用專門地理名稱命名的，如阜平群，五臺群。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法（二）、年代地層單位 對于巖石地層單位，應(yīng)該利用一切手段來確定其地質(zhì)時代。為了認(rèn)識大區(qū)域，甚至全世界的地層發(fā)育和地理環(huán)境全貌，認(rèn)識地球發(fā)展的全部歷史進程，建立和逐步完善地質(zhì)年代表，就必須建立大區(qū)域性和國際性的地層單位。這種地層單位必須和地質(zhì)時代單位相對應(yīng)。換言之，這種單位是一定地質(zhì)時期所形成地層總體的名稱，是超越地區(qū)性差異的抽象概括。例如，白堊系代表白堊紀(jì)這個地質(zhì)時代所形成的地層總和，不同地區(qū)的白堊系的巖性、厚度、化石分布狀況等可能有很大差異，但其所代表的時間長度必須是相等的，其上下界面必須是等時面。由于這種地層劃分是以地質(zhì)時代為標(biāo)準(zhǔn)，所以稱為年代地層單位。第二節(jié)：地殼歷史的研究方法（三）、地質(zhì)年代單位 地質(zhì)時代單位是從年代地層單位（它們都代表地層的實體）概括抽象出來的時間概念，所以年代地層單位都有一個層型，作為比較研究的根據(jù)。組成地殼的全部地層（從最老到最新）所代表的時代稱地質(zhì)時代，不同級別的年代地層單位所代表的時代，稱地質(zhì)時代單位。形成一個宇的地層所占的時間稱為宙；形成一個界的地層所占的時間稱為代；形成一個系的地層所占的時間稱為紀(jì)；形成一個統(tǒng)的地層所占的時間稱為世