1、第八章 地层与地质年代西南石油大学资源与环境学院 黄 勇 第八章第八章 地层与地质年代地层与地质年代黄黄 勇勇 地质年代的确定（地质年代的确定（掌握掌握几个定律几个定律）地质年代表（地质年代表（记住记住）地壳历史简述（地壳历史简述（了解了解）地质年代指地质体形成或者地质事件发生的时代。分为：1.相对年代根据生物的演化顺序和岩石的新老关系,确定地质体形成或地质事件发生的先后顺序。2.绝对年代依据同位素年龄测定地质体形成或地质事件发生时距今多少年。在描述地球历史或地质事件的年代时，两者都很重要。第一节 地质年代的确定研究研究地壳历史地壳历史的的依据依据 1.岩浆岩、沉积岩和变质岩，三大岩类的岩石性
2、质和分布特点（恢复当时的形成环境）。2.生物化石的特性（时代和环境）3.地质构造（产生的时间，形成时的环境）一、相对年代的确定 岩层:成层的岩石.层序:岩层形成的先后关系.地层:一定时期内形成的岩层的总称.具时间概念.古生物：文字记载前（12000年)就已生活在地球上的生物.古生物化石：岩层中已经被石化的古生物遗体和遗迹;猛犸象于1710年在西伯利亚冻土中被发现.生物演化规律：低等高等；简单复杂；不可逆！（一）基本概念地层层序律：沉积岩是按先后顺序一层层依次沉积的，因此正常的地层是老的在下，新的在上（即下老上新），这是确定地层新老顺序的一般规律，叫地层层序律。（二）地层层序律构造运动导致地层层
3、序倒转，此时必须利用沉积构造判断岩层的顶底面，恢复其原始层序A花岗岩花岗岩BCDEFGH岩墙岩墙虚构的地层露头剖面虚构的地层露头剖面 原始水平原理：原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平沉积岩层在沉积时呈水平状状或近水平状或近水平状 湖底或海底湖底或海底的沉积物层的沉积物层较老的较老的较新的较新的 若未经构造扰动（断裂、掀斜、褶皱），沉积岩层将保持其原始水平状态若未经构造扰动（断裂、掀斜、褶皱），沉积岩层将保持其原始水平状态 原始水平原理：原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平沉积岩层在沉积时呈水平状状或近水平状或近水平状 若岩层是倾斜的，就意味着在岩层沉积后发生过某种构造扰动。若岩层是倾斜的，就
4、意味着在岩层沉积后发生过某种构造扰动。原始水平原理：原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平沉积岩层在沉积时呈水平状状或近水平状或近水平状 沉积物呈水平层状沉积沉积物呈水平层状沉积这些岩层在其沉积之后这些岩层在其沉积之后的某个时候受构造扰动的某个时候受构造扰动而变成倾斜状而变成倾斜状湖泊或海洋中的沉积湖泊或海洋中的沉积 原始水平原理：原始水平原理：沉积岩层在沉积时呈水平沉积岩层在沉积时呈水平状状或近水平状或近水平状 A花岗岩花岗岩BCDEFGHE、F、G、H层：沉积后未经构造扰动层：沉积后未经构造扰动A、B、C、D层：已发生构造扰动（倾斜）层：已发生构造扰动（倾斜）叠置原理：叠置原理：在未经扰动的
5、岩石层序内，岩层由底部向在未经扰动的岩石层序内，岩层由底部向 顶部依次变新。顶部依次变新。A花岗岩花岗岩BCDEFGHE、F、G、H层：层：E E最老，最老，H H最新最新A、B、C、D层：若将它们层：若将它们“恢复恢复”到倾斜到倾斜前的原状（即水平状），则可知前的原状（即水平状），则可知A最老，最老，D最最新新横向连续原理：横向连续原理：原始沉积层横向延展，直至在其边缘变薄尖灭原始沉积层横向延展，直至在其边缘变薄尖灭A花岗岩花岗岩BCDEFGHE、F、G、H层：位于河谷两侧的对应层在层：位于河谷两侧的对应层在河谷切割前应是连续的。河谷切割前应是连续的。（三）化石层序律（生物层序律）化石埋藏在
6、岩层中的古代生物遗体或遗迹。生物的演化是从简单到复杂，低级到高级不断发展的，岩层中所含的化石也具有一定的规律，岩石年代越老，生物化石越原始、越简单、越低级。岩石年代越新、生物化石越复杂越高级。化石层序律根据新老不同的地层中的化石（特别是标准化石等），就可以确定化石之间的相对新老关系，并以化石来确定地层的相对新老关系的方法。恐龙足迹（遗迹化石）恐龙足迹（遗迹化石）利用化石进行地层对比利用化石进行地层对比 地史上生物的演化呈渐进的、不可逆的系统方式 一些生物只存在于地质历史的某些特定时段 因此地层的相对年代可用所含化石进行标定“标准化石标准化石”分布的地理区域广分布的地理区域广 生存时间短生存时间
7、短 分布数量多分布数量多 特征显著特征显著时时 间间含化石含化石A A和和B B的的地层的年代地层的年代 地层层序和化石层序是相辅相成的，根据地层层序律确定地层新老，可以帮助确定化石的新老；反过来，根据地层中化石的新老，也可以确定地层的新老。这样经过多年的对比积累就能建立起地层顺序。地层划分与对比及综合地层柱状图化石可用于对比相距很远的地层化石可用于对比相距很远的地层在泥地上在泥地上留下足印留下足印恐龙倒下死去恐龙倒下死去软体腐烂，软体腐烂，骨骼存留骨骼存留水面上升；沉水面上升；沉积物将骨骼和积物将骨骼和足印埋藏足印埋藏本层包含本层包含恐龙骨骼恐龙骨骼侵蚀作用使得含侵蚀作用使得含恐龙骨骼和足印
8、恐龙骨骼和足印的地层出露地表的地层出露地表在骨骼之上堆积在骨骼之上堆积了厚层沉积物；了厚层沉积物；骨骼逐渐石化骨骼逐渐石化（四）切割律或穿插关系 1.喷出岩相对年代确定根据地层层序和其上、下地层中的化石来确定。2.侵入岩相对年龄确定：根据侵入、包裹、切割或穿插关系来确定。侵入关系：侵入者年代新、被侵入者（围岩）年代老。切割或穿插关系：切割或穿插者年代新、被切割或被穿插者年代老。包裹关系：包裹者年代新、被包裹者年代老。123456 切割关系原理：切割关系原理：断层和岩浆侵入体的年代断层和岩浆侵入体的年代晚于晚于被其切割或穿越的地层。被其切割或穿越的地层。F F：岩浆侵入体：岩浆侵入体不整合面不整
9、合面切割关系原理切割关系原理断层和岩浆侵入体的年代断层和岩浆侵入体的年代晚于晚于被其被其切割或穿越的地层。切割或穿越的地层。图中：图中：A岩浆侵入体；岩浆侵入体；H断层断层相对年代顺序相对年代顺序ABCDEFGHKLMN地层或事件地层或事件811471122510369岩浆侵入体岩浆侵入体A 砂岩层砂岩层页岩层页岩层断层断层 A岩墙岩墙 A分成分成2 2人小组，花几分钟时间，按由最人小组，花几分钟时间，按由最老老到最到最新新的时序确定下图中的时序确定下图中地层地层地质体地质事件的相对年代地质体地质事件的相对年代岩浆侵入体岩浆侵入体B断层断层 B课堂练习：课堂练习：岩浆侵入体岩浆侵入体A 砂岩层
10、砂岩层页岩层页岩层岩浆侵入体岩浆侵入体B断层断层 B岩墙岩墙 A断层断层 A由最由最老老到最到最新新:砂岩层，断层砂岩层，断层A A，页岩层，页岩层，断层断层B B，岩浆侵入体，岩浆侵入体A A，岩浆侵入体岩浆侵入体B B，岩墙岩墙A A，二、同位素年龄（绝对年龄）的测定 根据地层中所含放射性元素及其衰变产物的含量比例，再根据其衰变常数（半衰期）来计算出矿物或岩石的年龄。不是所有的同位素都能使用，一般是用半衰期较长的同位素；一般用钾氩、铷锶、铀铅等来测定较古老岩石的地质年龄。碳14半衰期较短，专用于测定最新的地质事件和考古材料 同位素年龄具有一定的误差，但对于无化石的前寒武纪以及岩浆岩、变质岩
11、等的年代是非常重要的依据。表6-1用于测定地质年代的放射性同位素母体同位素子体同位素半衰期母体同位素子体同位素半衰期铀-238（U238）铅-206(Pb208）45亿年铷-87(Rb87）锶-87(Sr87）500亿年铀-235(U235）铅-207(Pb207）7.13亿年钾-40（K40）氩-40(Ar40）15亿年钍-232(Th232）铅-208(Pb208)139亿年碳-14（C14）氮-14(N14)5692年While alive:Assimilatesboth C12and C14After it dies:stops assimilation,and the amounto
12、f C14declines relative to C12Once found:The ratio of C14to C12 can be measured for thenumber of half-lifereductions活着时：活着时：既吸收既吸收12C也吸收也吸收14C死亡后：死亡后：停止吸收，停止吸收，14C的含量的含量相对于相对于12C逐渐减少逐渐减少找到后：找到后：可测定可测定14C与与12C的比率，的比率，求取经历的半衰期数求取经历的半衰期数同位素年代测定的计算公式：同位素年代测定的计算公式：t 半衰期半衰期0.693Ln(N/N0)t 被测对象的年龄，年；被测对象的年龄，
13、年；(N/N0)现今母体原子的数量与现今母体原子的数量与原始母体原子的数量之比原始母体原子的数量之比应用举例应用举例：用用UPb法（法（235U207Pb）计算一种矿物的年龄）计算一种矿物的年龄 查表知半衰期为查表知半衰期为 7.13 亿年亿年 实验室测得该矿物中现存实验室测得该矿物中现存 44万万 个个235U原子，并根据矿物中原子，并根据矿物中 207Pb原子的数量得知在该矿物结晶时有原子的数量得知在该矿物结晶时有120 万个万个235U原子原子 （假定在矿物结晶时矿物中没有（假定在矿物结晶时矿物中没有207Pb原子）原子）将以上数据带入公式，计算出该矿物的年龄约为将以上数据带入公式，计算
14、出该矿物的年龄约为 10.32 亿年亿年 （即该矿物形成于（即该矿物形成于10.32 亿年前）亿年前）三、古地磁法测定岩石年龄 地质历史中地磁的南北极是不断变换的，每一磁性的延续时间也不相同。因此，测定岩石的极性，确定该极性的延续时间，并通过与已知的标准值对比，就可以推算该岩石的形成年代。该方法只能用于中生代以来的岩石年龄测定，因为对更老的岩石尚未建立起可资比较的“标准”。中国大陆地壳形成年龄（单位：百万年）上部地壳上部地壳沉积沉积-变质地壳变质地壳花岗岩花岗岩Nd模式年龄模式年龄华北地台华北地台285237129213482517225华南地区华南地区16593412289595154630
15、3塔里木地台塔里木地台2766232 秦岭造山带秦岭造山带1880497(平均值）平均值）22373011560372大别造山带大别造山带20164762395232滇藏造山带滇藏造山带155945420262841303370北方造山带北方造山带9793651639384915299平均值平均值1812 1643第二节 地质年代表一、地质年代表的建立 把不同地区的沉积地层，根据化石和岩性（主要是化石）进行详细的分析研究和对比，弄清它们之间的相互关系，按先后（新、老）顺序连接起来，就建立起了完整的地层系统。根据地层系统建立一个比较完整的地层系统表，结合同位素年龄，生物演化的顺序、过程、阶段、老
16、的构造运动、古地理环境变化等，将地壳的全部历史划分成许多自然阶段，即地质年代，按新老顺序进行地质编年，就构成了地质年代表。第八章第八章 地层及地质年代地层及地质年代黄黄 勇勇 同位素年龄同位素年龄(百万年）百万年）第四纪(系)Q 0 新生代(界)新近纪(系)古近纪(系)R 65 白垩纪(系)K 中生代(界)侏罗纪(系)J 三迭纪(系)T 250 二叠纪(系)P 石炭纪(系)C 泥盆纪(系)D 古生代(界)志留纪(系)S 奥陶纪(系)O 寒武纪(系)C 540 显生宙(宇)晚寒武世（上寒武统）晚寒武世（上寒武统）寒武纪（系）寒武纪（系）中寒武世（中寒武统）中寒武世（中寒武统）早寒武世（下寒武统）
17、早寒武世（下寒武统）晚二叠世（上二叠统）晚二叠世（上二叠统）二叠纪（系）二叠纪（系）早二叠世（下二叠统）早二叠世（下二叠统）晚世（上统）纪（系）中世（中统）早世（下统）熟背地质年代表（P216）因此划分出了地质年代单位和年代地层单位，一般分为：地质年代单位 宙 代 纪 世 期 时年代地层单位 宇 界 系 统 阶 带1.宙一般是以生物演化来划分的。2.代一般是以生物演化和大的地壳运动划分的。3.纪、世一般是以生物演化和古地理环境变化来划分的。在实际工作当中，还常用到岩石地层单位（地方性地层单位），是根据地层的岩性特征进行分层，并且建立起地层系统和层序。一般分为：群、组、段、层二、岩石地层单位的概
18、念牢记区别地球的历史分为两大时期：天文时期38亿年前，为行星形成和发展时期，属天文学研究的范畴。地质时期 38亿年以来，即地壳形成以来的地质发展时期。古生物地史学 就是要研究在地质时期，古地理沉积环境和生物的演化史、地壳运动史、岩浆活动史以及变质史。第三节 地球的演化简述 一、前震旦纪 从地壳形成至震旦纪以前（388亿年前）历时30亿年。包括太古代、早、中元古代和晚元古代早期。（一）太古代距今约38亿年25亿年，其特征是：1.地壳很薄，断裂构造、火山活动极发育。2.产生了原始海洋和原始大陆。3.开始有了外力地质作用，并形成沉积岩。4.距今约32亿年首次出现了无细胞核的原核生物（原始细菌 和藻类
19、）。（二）早中元古代晚元古代早期 距今25亿年至8亿年。特征是：1.地壳运动、岩浆活动和变质作用强烈而广泛，但比太古代弱得多。2.出现了大量最原始的具有真核细胞的蓝绿藻和细菌。陆地上岩石裸露，一片荒凉。3.游离氧增多，出现了代表氧化环境的红色地层 总之，前震旦纪是地壳运动岩浆活动最强烈的时期，晋宁运动结束了本阶段的历史并形成了地球上地台的褶皱基底。如我国中朝准地台，扬子准地台、塔里木地台的褶皱基底。太平洋因岩石圈拉张断裂的发展而开始形成。二、震旦纪和早古生代 距今8亿年到4亿，历时约4亿年，包括：震旦纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪。其特征有：1.地壳运动相对比较平静。北半球除俄罗斯外都被海水淹没，
20、而南半球具有一个由现今非洲、南美洲、澳洲、南极洲、印度等陆块组成的巨大古陆，称为“冈瓦纳古陆”。2.是一个大海侵时期，海洋面积比现今更为辽阔。构成一个海进海进高潮海退旋回。3.我国除个别岛屿外也是一片汪洋。4.震旦纪中期出现了地史上第一个冰川时期。5.三叶虫、腕足类、头足类、笔石、珊瑚等海洋生物开始繁盛，出现了大量无脊椎动物，到志留纪时，原始鱼类和植物登陆。6.志留纪末期，加里东运动使海面缩小、陆地扩大，形成了一些新的褶皱山脉，如我国的祁连山褶皱带、华南褶皱带。祁连山三、晚古生代 距今4.09亿年至2.5亿年，历时约1.6亿年，包括：泥盆纪、石炭纪、二叠纪。特征是：1.地壳运动较为激烈，形成第
21、二次大海侵，但比早古生代范围小。我国二叠纪华北上升为陆，形成南海北陆的局面。2.二叠纪以来,地球上各个 古陆聚合形成联合古陆，赤道洋消失，乌拉尔海消失，形成了 特提斯海(古地中海)3.生物界大发展时期 陆生植物第一次大发展，蕨类植物兴盛。脊椎动物从水到陆的飞跃，鱼类、两栖类动物空前繁盛。早古生代兴盛的三叶虫、笔石、鹦鹉螺类等大量减少，最终灭绝，珊瑚、菊石类等开始繁盛。4.海西运动形成了乌拉尔褶皱山脉、阿帕拉契山脉以及我国的天山、昆仑山、北山、大小兴安岭、长白山等褶皱山脉，同时伴有大量的花岗岩浆侵入。四、中生代 中生代从距今2.5亿年至0.65亿年，历时约1.85亿年，包括三叠纪、侏罗纪，白垩纪
22、。属于一个强烈活动的时期 1.三叠纪中、晚期的印支运动，联合古陆沿赤道附近分裂解体，特提斯海联合古陆分割成北方的劳亚古陆和南方的冈瓦纳古陆。在我国秦岭、巴颜喀拉大雪山、滇西海槽褶皱、隆起，华南浅海区褶皱上升为陆。从而结束了南海北陆的格局。2.白垩纪早期特提斯海进一步扩张，印度已向北迁移到南纬30左右，非洲和南美洲开始分裂，形成大西洋的“胚胎”3.侏罗纪、白垩纪时，进入了第三次大海侵时期，大部分陆地被海水淹没。我国由于三期燕山运动使绝大部分地区都上升为陆，在东部形成一系列北东向、北北东向构造线和断陷盆地，地层形成多次不整合，形成大规模、大范围的岩浆喷发和侵入活动。4.生物界显著变化的时期 爬行类
23、动物恐龙极为兴盛，因此中生代称为恐龙的时代。侏罗纪鸟类开始出现。无脊椎动物古生代种群灭绝，代之以新的种群。陆生植物以真蕨类植物和裸子植物最繁盛。晚白垩世，被子植物代替裸子植物 5.白垩纪末的燕山晚期运动使西芷一带的浅海褶皱形成唐古拉山脉、冈底斯山脉，东部沿海一带也褶皱成山。蜂蜂蜻蜓蜻蜓松果松果菏叶菏叶蚊蚊三尾类蜉蝣三尾类蜉蝣鹦鹉嘴龙鹦鹉嘴龙狼鳍鱼狼鳍鱼蟹蟹五、新生代 是地史发展的最新阶段，包括古近纪、新近纪、第四纪，历时6千5百万年。特征：1.地壳变动强烈逐步形成了现代格局：冈瓦纳古陆被分解，大西洋 扩张，非洲和印度板块不断向北运动，与欧亚大陆碰撞连接，特提斯海大部分消失，在欧洲形成阿尔卑斯山
24、脉，在我国形成喜玛拉雅山脉。一些古生代褶皱山系,昆仑山、天山、祁连山等再度上升,盆地继续下陷。同时,火山活动强烈,侵入活动相对规模较小 太平洋东岸形成安底斯山系、圣安德列斯走向大断裂，现今仍在活动。太平洋西岸，火山活动贯穿整个新生代，形成一系列火山岛弧，如现在的日本、台湾、菲律宾等地。2.生物界的发展 统治中生代的爬行动物大部分绝灭，哺乳动物、鸟类和真骨鱼类繁盛。3.古近纪时，中国现代地貌的轮廓已经基本形成,除台湾、东南沿海一带、喜玛拉雅等地有海侵外，其他的地区都为陆地。新近纪中后期，喜玛拉雅运动使喜玛拉雅、台湾海槽褶皱升起。第四纪以升降运动为主，在盆地内被第四系广泛覆盖，形成了现代地貌特征。新生代是被子植物的时代，有草本、木本，出现了分区分带现象。初步掌握地层年代确定方法；了解地壳历史大的阶段划分及其最主要特征，熟记地质年代表。学习重点：重点是地层年代确定方法，地质年代表。作业及思考题：1.地质年代表是怎样建立的？默写出各代、纪的名称与代码。本章学习要求及习题本章学习要求及习题 2.名词解释：标准化石，岩石地层单位 硅化木南充校区的植物化石
