1、2023-5-51第四章第四章 地质年代与地质作用地质年代与地质作用Chapter 4 Geologic time and Geological process第一节第一节 地质年代地质年代u相对地质年代的确定相对地质年代的确定u同位素地质年龄的测定同位素地质年龄的测定u地质年代表地质年代表第二节第二节 地质作用地质作用u地质作用的能量来源地质作用的能量来源u地质作用的类型地质作用的类型2023-5-52 物质是运动的。在长达46亿年的漫长历史中，地球经历了一系列的地质事件，如生物的大规模兴盛与灭绝、强烈的构造运动、岩浆活动、海陆变迁等。地球的发展演变历史正是这些地质事件构成的。本章将简要介绍
2、地球上各种地质事件发生的时代即地质年代和在这一漫长的历史中由自然界引起的地表及地球内部变化的各种地质作用，对我们美丽的蓝色星球、我们的家园地球有个初步的了解。2023-5-53 那些发生在亿万年以前的往事，我们是怎样知道的？地球的历史就记录在岩石身上地球的历史就记录在岩石身上2023-5-54第一节 地质年代u地质年代就是指地球上各种地质事件发生的时代。他包含两个方面的含义：其一、指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；其二、指各地质事件发生的距今年龄，由于主要是运用同位素技术，称为同位素地质年龄。2023-5-55一、相对地质年代的确定在研究地球的演化历史或者地质过程时，有时候并不在研
3、究地球的演化历史或者地质过程时，有时候并不一定需要知道地质事件发生的准确时间，而只需要知一定需要知道地质事件发生的准确时间，而只需要知道它们之间的先后顺序，这种只道它们之间的先后顺序，这种只确定地质事件发生先确定地质事件发生先后顺序的方法称为相对地质年代后顺序的方法称为相对地质年代。在没有找到合适的。在没有找到合适的定龄方法之前，地质学家采用的就是相对地质年代的定龄方法之前，地质学家采用的就是相对地质年代的方法来确定地质事件发生的先后顺序。这种相对地质方法来确定地质事件发生的先后顺序。这种相对地质年代学的方法至今仍然是地质学家研究地质过程的主年代学的方法至今仍然是地质学家研究地质过程的主要手段
4、。要手段。2023-5-56（一）地层层序律 地层：地层：地质历史上某一时代形成的层状岩石称为地层（stratum）。沉积岩、火山岩和变质岩2023-5-57N.Steno与地层层序律 斯坦诺的职业是医生，他利用在医学中学到的生物学的知识研究化石，创立了生物地层学的原理，并提出了地层学的三个定律：地层层序律地层层序律 即先沉积的一定位于地层的下部后沉积的一定位于上部，由此可以确定沉积事件的先后顺序。原始连续性定律原始连续性定律 即沉积过程中如果没有干扰因素，则原始的沉积地层一定是连续的。原始水平性定律原始水平性定律 在原始条件下形成的沉积地层一定是水平的。2023-5-582023-5-59
5、如果发现某个地区的地层不符合上述情况，这一定有什么地质事件发生。通过对区域间地层的对比，就可以确定区域地层沉积的先后顺序，并根据其它地质体与地层的关系来确定地质事件发生的先后。2023-5-510（二）W.Smith与生物地层学方法 由于地层的发育往往局限于一定的区域，而不同地区的地层则很难进行对比，这种方法也受到了限制。英国学者W.Smith发现在特定的地层中往往有一些特定化石类型，如果反过来用特定的化石种类来确定特定的地层就可以进行跨区域的地层对比了。后来经居维叶、拉马克等人的不断完善，逐渐演变成生物地层学。2023-5-511 古生物学方法：古生物学方法：生物演化是由简单到复杂，由低级到
6、高级，生物种属由少到多，而且这种演化和发展是不可逆的。因而，各地质时期所具有的生物种属、类别是不相同的。时代越老，所具有的时代越老，所具有的生物类别越少，生物越低级，构造越简单；时代生物类别越少，生物越低级，构造越简单；时代越新，所具有的生物类别越多，生物越高级，构越新，所具有的生物类别越多，生物越高级，构造越复杂。造越复杂。因此，在时代较老的岩石中保存的生物化石相对较低级，构造较简单；而在时代较新的岩石中保存的生物化石相对较高级，构造较复杂。2023-5-5122023-5-513 标准化石标准化石 在生物地层学研究中最主要的是选择那些地质历史中存在时间比较短、演化快、分布范围广的古生物化石
7、标准化石，以提高对比的可靠性。2023-5-5142023-5-5152023-5-5165亿年前亿年前2023-5-5174亿年前亿年前2023-5-5183亿年前亿年前2023-5-5192亿年前亿年前2023-5-5201亿年前亿年前2023-5-5212-3百万年前百万年前2023-5-522地球生物的演化地球生物的演化2023-5-523（三）地质体之间的切割律（三）地质体之间的切割律 构造地质学方法：构造地质学方法：地壳运动和岩浆活动的结果，使不同时代的岩层、岩体和构造出现彼此切割穿插关系，利用这些关系也可以确定岩层、岩体和构造的形成先后的顺序。2023-5-524二、同位素地质年
8、龄的测定相对地质年代之表示了地质事件或地层的先后顺序,即使是利用古生物化石组合的方法,也只能了解它们的大致时代。要更确切、更全面地了解地球的发展历史，除了知道各种地质事件发生的先后顺序及大致时代外，必须定量的知道地质事件究竟发生在距今多少年的时候？延续的时间有多长？地质事件的剧烈程度或作用速率怎样等？2023-5-525同位素地质年龄的测定 人类找到合适的定年方法之前，对地球的年龄和地质事件发生的时间更多含有估计的成分。诸如采用季节气候法、沉积法、古生物法、海水含盐度法等，利用这些方法不同的学者会得到的不同的结果，和地球的实际年龄也有很大差别。2023-5-526 放射性同位素法 1896年贝
9、克勒尔发现了铀的放射性，1902年居里夫人首先提出了可能利用放射性同位素的特点确定矿物年龄的思想，1905年提出了利用U、Pb放射性同位素确定矿物年龄的方法，并在1907年成功地获得第一个UPb放射性同位素年龄。矿物的年龄可由下列公式计算：)1ln(1NDt2023-5-527半衰期 45亿年半衰期 7.1亿年半衰期 139亿年HePbThHePbUHePbU4208232420723542062386782023-5-528 作地质测年的必备条件作地质测年的必备条件u具有较长的半衰期；u该同位素在岩石中有足够的含量，可以分离并加以测定；u子同位素易于富集并保存2023-5-529 目前地球科
10、学领域所采用的同位素定龄方法主要有UPb法、钾氩法、氩氩法、RbSr法、SmNd法、碳法、裂变径迹法等，根据所测定地质体的情况和放射性同位素的不同半衰期选用合适的方法可以获得比较理想的结果。2023-5-530利用放射性同位素所获得的相关年龄利用放射性同位素所获得的相关年龄 最古老的岩石最古老的岩石1973年在格陵兰发现的，年龄为38亿年1983年在澳大利亚找到几粒年龄为41-42亿年的矿物颗粒。中国鞍山白家坟发现有38亿年的岩石。中国迁西太平寨发现有3837亿年的岩石。地球上获得的最大年龄45亿年 月岩年龄46-47亿年 陨石年龄在46-47亿年之间 因此地球的年龄应在46亿年以上 2023
11、-5-531三、地质年代表 在地质学研究中，把地质历史按不同的级别划分了不同的时间单位。由大到小分别是：宙、宙、代、纪、世代、纪、世。而在这些时间单位内形成的地层称为：宇、宇、界、系、统界、系、统2023-5-532“宙宙”是最大一级的地质年代单位，它往往反映了全球性的无机界与生物界的重大演化阶段，整个地质历史从老到新被分为冥古宙、太古宙、元古宙和显生宙4个宙，每个宙的演化时间均在5亿年以上。“代代”是仅次于“宙”的地质年代单位，往往反映了全球性的无机界与生物界的明显演化阶段。每个代的演化时间均在5000万年以上。“纪纪”是次于“代”的地质年代单位，它往往反映了全球性的生物界的明显变化及区域性
12、的无机界演化阶段。每个纪的演化时间在200 万年以上。“世世”是次于“纪”的地质年代单位，它往往反映了生物界中“科”、“属”的一定变化。每个纪一般分为早、中、晚3个世或早、晚2个世。2023-5-5332023-5-534续表2023-5-535地质年代表及其生物学特征按地质年代由老到新依次简要介绍如下：按地质年代由老到新依次简要介绍如下：冥古宙（冥古宙（Hadean Eon）具有“开天劈地”之意，是地球发展的初期阶段，目前在地球表面尚未见到或确证这一时期形成的大量岩石，这可能是该时期的地表岩石绝大部分已被后期改造的缘故。太古宙（太古宙（Archaeozoic Eon）是已有大量岩石记录的最古
13、老地质年代，这一时期的岩石一般是变质程度很高的变质岩，这一时期的生物仅有极原始的菌藻类。元古宙（元古宙（Proterozoic Eon）为较古老的地质年代，这一时期的岩石记录已十分普遍，元古宙包括古元古代、中元古代和新元古代3 个代。2023-5-536 其中，中元古代和新元古代在我国被分为其中，中元古代和新元古代在我国被分为4 个纪，个纪，由老到新依次为：由老到新依次为：长城纪（ChangchengPeriod）名称来自于我国的万里长城；蓟县纪（JixianPeriod）名称来自于我国天津市的蓟县；青白口纪（QingbaikouPeriod）名称来自于我国北京市附近的青白口镇；震旦纪（Sin
14、ian Period）“震旦”是我国的古称。2023-5-537 显生宙（显生宙（PhanerozoicPhanerozoic Eon Eon）是开始出现大量较高等生物以来的阶段，它包括地球最近5.7 亿年的历史，其中又分为古生代、中生代和新生代。古生代（Palaeozoic Era）意为“古老生物”时代，包括6 个纪，由老到新依次为：寒武纪（Cambrian Period）“寒武”是英国威尔士的古称，这一地质时期的地层在威尔士研究得最早；奥陶纪（Ordovicean Period）“奥陶”是英国威尔士一个古代民族的名称，该时期地层也是在威尔士最早研究的；志留纪（Silurian Period
15、）“志留”是曾经生活在英国威尔士边境的一个古代部族的名称，在该边境地区最早研究了这一时期的地层；2023-5-538 泥盆纪（泥盆纪（Devonian PeriodDevonian Period）该时期的地层在英格兰的泥盆郡研究得最早；石炭纪（石炭纪（Carboniferous PeriodCarboniferous Period）因该时代地层中富含煤层得名，该名创于英国；二叠纪（二叠纪（Permian PeriodPermian Period）最早研究的该纪地层出露于乌拉尔山西坡的彼尔姆城（Perm），按音译应用彼尔姆纪，但因该地层具有明显二分性故按意译为二叠纪。其中寒武纪、奥陶纪和志留纪为
16、早古生代，泥盆纪、石炭其中寒武纪、奥陶纪和志留纪为早古生代，泥盆纪、石炭纪和二叠纪为晚古生代。纪和二叠纪为晚古生代。2023-5-539 中生代（中生代（Mesozoic EraMesozoic Era）意为“中期生物”时代，分为3 个纪，由老到新依次为：三叠纪（Triassic Period）该纪地层在德国南部研究最早，地层具明显三分性，“Tri-”即“三”的意思；侏罗纪（Jurassic Period）在法国与瑞士交界的侏罗山最早研究了该纪的地层；白垩纪（Cretaceous Period）英吉利海峡北岸，这一时代的地层中产出白色细粒的碳酸钙，拉丁文称之为Creta，意为白垩，因此而得名。
17、2023-5-540 新生代（新生代（CenozoicEraCenozoicEra）意为）意为“近代生物近代生物”的时代，其中的时代，其中包括第三纪（包括第三纪（TertiaryTertiary）和第四纪（）和第四纪（QuarternaryQuarternary）。）。第三纪和第四纪的名称起源于18 世纪欧洲地质学家对地层系统的划分。当时，他们把地层由老到新分为第一系、第二系、第三系和第四系。第一系一般为结晶或变质程度较高的岩石，大致相当于古生界以前的古老岩系；第二系是富含生物化石的层状岩系，大致相当于中生界；而古生界当时被称为第一系与第二系之间的过渡系；第三系一般指半胶结或较疏松的岩石；第四
18、系指河谷或山麓等地的松散堆积物。后来，第一系、过渡系和第二系三词已被其它名称所代替，只有第三系和第四系被现代地质学所继承下来。2023-5-541第二节 地质作用 地质学把自然界引起地壳或岩石圈的物质组成、结构、构造及地表形态等不断发生变化的各种作用称为地质作用（geological process）；把引起这些变化的自然动力称为地质营力；而传播能量的媒介称为介质。2023-5-542一、地质作用的能量来源一、地质作用的能量来源 引起地质作用的能量来源主要包括地球外部的能源和地球引起地质作用的能量来源主要包括地球外部的能源和地球内部的能源两种。内部的能源两种。地球外部的能源地球外部的能源主要是
19、太阳辐射能和日月引力能。太阳以辐射的形式把热量传送到地球表面，使地表的温度发生变化，但由于不同纬度地区所接收的太阳辐射量不同，空气的温度、压力出现差异，从而产生空气对流和大气环流、水圈的运动等。日月引力能与地球旋转能共同作用可产生潮汐现象。此外其它星体作用及陨石的撞击等也起着一定的作用。地球内部的能源地球内部的能源主要包括重力能、地热能、地球旋转能及化学能、结晶能等。2023-5-543二、地质作用的类型二、地质作用的类型 地质作用可根据能量来源和发生部位分为表层地质作用（surface process）和内部地质作用（interal process）两大类。表层地质作用表层地质作用是指主要由
20、地球外部的能源引起的、发生在地球表层的地质作用（又称外动力地质作用或外力地质作用）。主要来自地球以外的太阳辐射能和日月引力能等促使了地球外部圈层大气圈、水圈、生物圈的运动与循环，使它们成为改造地壳表面或表层的直接动力（即地质营力）。同时，在地球外部圈层的运动过程中，地球内部的重力能与旋转能等也起着重要作用。2023-5-544 地质营力总是通过一定的介质来起作用的。表层地质作用的地质营力按介质的物理状态（液、固、气）分为3 种情况：介质为液态（即水）的营力主要有地面流水、地下水、湖泊和海洋；介质为固态的营力主要有冰川；介质为气态的营力主要为大气和风。所以，由这些营力在表层产生的作用分别称为地面
21、流水的地质作用、地下水的地质作用、海洋的地质作用、湖泊的地质作用、冰川的地质作用及风的地质作用等。虽然表层地质作用的营力有多种类型，介质条件差异甚大，地质作用的特点也各不相同，但每种营力一般都按照风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和成岩作用这样的过程进行。这几种作用既代表了表层地质作用的序列，也是表层地质作用的主要类型。2023-5-5452023-5-546 内部地质作用内部地质作用是指主要由地球内部能源引起的地质作用（又称内动力地质作用或内力地质作用）。内部地质作用一般起源和发生于地球内部，但常常可以影响到地球表层，如火山作用、构造运动等。内部地质作用主要包括岩浆作用、变质作用和构造运动。2023-5-547
