第一章-地層學(xué)緒論2010

1、“地層學(xué)原理和方法”課程安排 課程性質(zhì)：地質(zhì)學(xué)、或相關(guān)專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)選修課 講課：24學(xué)時(shí)，課堂實(shí)習(xí)：6學(xué)時(shí)，讀書(shū)報(bào)告匯報(bào)：2學(xué)時(shí) 教材：地層學(xué)基礎(chǔ)與前沿龔一鳴，張克信主編 （中國(guó)地大出版社） 主講教師：張雄華教授 電話QQ：1065250198,第一章 緒論,一、地層學(xué)的定義 1、巖層：野外成層的巖石，包括沉積巖、變質(zhì)巖和火山巖。 2、地層：巖層+時(shí)代，考慮到了巖層形成的時(shí)代。,巖層、地層（水平地層）,3、地層的主要屬性： 巖性、 生物化石、 地質(zhì)時(shí)代、地球物理特征、地球化學(xué)特征、形狀及分布。 4、地層學(xué)（Stratigraphy)：研究層狀巖石的物質(zhì)屬性和特征的四

2、度時(shí)空關(guān)系及其變化的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科。,二、地層學(xué)研究的主要目的和應(yīng)用性 目的：地層時(shí)空關(guān)系的研究 地層劃分 地層對(duì)比 應(yīng)用性：確定不同地區(qū)的地層是否一致，是否等時(shí)。,三、地層學(xué)研究的主要內(nèi)容和主要分枝學(xué)科 根據(jù)地層的屬性確定地層學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容： 巖性、巖性組合+礦物=巖石地層學(xué) 生物化石=生物地層學(xué) 生物化石+環(huán)境=生態(tài)地層學(xué) 化石DNA+有機(jī)分子=分子地層學(xué) 地球物理、地球化學(xué)=磁性地層學(xué)、地震地層學(xué)、化學(xué)地層學(xué) 古代地質(zhì)事件+標(biāo)志=事件地層學(xué) 海平面變化=層序地層學(xué) 地球旋回性（天文事件對(duì)地球的影響）=旋回地層學(xué)（高精度地層學(xué)） 形成環(huán)境、形成方式及地質(zhì)歷史。,四、地層學(xué)研究簡(jiǎn)史,1、萌芽

3、階段（17世紀(jì)18世紀(jì)中葉） Steno（16311687）地層的三大定律：原始水平原理、原始側(cè)向連續(xù)原理、疊覆原理 羅蒙諾索夫（17111765）論地層地殼生降引起海陸變遷，化石是另一個(gè)時(shí)期的生物遺體。,Nicholas Steno（1631-1687）,2、地層學(xué)的形成時(shí)期（18世紀(jì)末19世紀(jì)中葉） 魏爾納（A.G.Werner,1775-1817)水成論 郝頓（G.Hutton,1726-1797)火成論 。,角度不整合的發(fā)現(xiàn)(James Hutton (1726-1797, 現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)之父),阿都伊若（G.Arduino, 1715-1795)將意大利北部巖石分為5類(lèi)（1）原始的山系、

4、不含化石，構(gòu)成山脈中心的片巖片麻巖（2）第二紀(jì)山系，大理巖和成層灰?guī)r組成，含海相化石；（3）第三紀(jì)山系，礫石、砂、粘土和凝灰?guī)r組成，含豐富的海相化石；（4）第四紀(jì)的沉積平原，平原上的土堆和石礁；（5）火山噴發(fā)形成的熔巖、凝灰?guī)r。 威廉. 史密斯(W. Smith, 1769-1839) 生物層序律、 標(biāo)準(zhǔn)化石法。,William “Strata” Smith,主要地層系統(tǒng)的建立： 石炭系、白堊系、侏羅系、三疊系、志留系、寒武系、泥盆系、二疊系、奧陶系。,三個(gè)重要的理論 進(jìn)化論：拉馬克（1744-1829）認(rèn)為物種之間是過(guò)渡的，低級(jí)屬種逐漸向高級(jí)發(fā)展的結(jié)論。 達(dá)爾文（C. Darwin, 180

5、9-1882)的物種起源（1859）變異,自然選擇,漸變,無(wú)躍進(jìn)。 均變論：賴伊爾（C. Lyell, 1797-1875) 地質(zhì)學(xué)原理，現(xiàn)實(shí)主義原理。 災(zāi)變論：居維葉（G.Cuvier, 1769-1833) 論地球表面的革命（1813）（1）變異有限；（2）生物絕滅；（3）災(zāi)變是地質(zhì)發(fā)展的主要特征；（4）災(zāi)變的因素主要是海水進(jìn)退；（5）神創(chuàng)論,Charles Lyell,現(xiàn)實(shí)主義原理: 現(xiàn)在是打開(kāi)過(guò)去的鑰匙 均變論,3、地層學(xué)發(fā)展的新時(shí)期 最近三十年的發(fā)展：多重地層劃分，與各學(xué)科的結(jié)合。 事件地層學(xué)(新災(zāi)變論)、層序地層學(xué)，旋回地層學(xué)。 定量地層學(xué)。,五、為什么要學(xué)地層學(xué) 1、地層學(xué)是地質(zhì)

6、科學(xué)的最基礎(chǔ)的學(xué)科，是從事其它地質(zhì)科學(xué)的理論基礎(chǔ)。（以同斜褶皺和剝離斷層為例）,2、重要地質(zhì)基礎(chǔ)理論的建立都與地層學(xué)有關(guān)。 3、地層學(xué)是從事能源、礦產(chǎn)地質(zhì)（尤其是有機(jī)能源、石油、煤及其它沉積礦產(chǎn)）工作的基礎(chǔ)。(全球性的烴源巖,D3),第二章 地層學(xué)的基本理論,一、地層學(xué)的幾個(gè)基本原理 1、原始水平原理(Princople of orginal horizontality)（Steno（1669）提出）：沉積形成的地層當(dāng)時(shí)沉積時(shí)都是水平的，基本與堆積其上的面平行。（如果現(xiàn)在不平行，那是后來(lái)構(gòu)造作用的結(jié)果）。但是有許多原始沉積是不水平的，如紅盆中的沉積。,原始水平原理,小型盆地中部分沉積不是原始水

7、平的 前積層也不是原始水平的,2、原始側(cè)向連續(xù)原理 （Principle of original lateral continuity) 地層在一定范圍是連續(xù)的。對(duì)于范圍不大的地區(qū)，該原理有效， 但對(duì)于大的范圍有一定的限制。,原始水平,原始側(cè)向連續(xù)性和疊覆作用(Steno),陸相地層中地層往往不連續(xù),3、疊覆原理（Principle of superposition): 指巖層按正常層序自下而上有先、后或老、新的順序關(guān)系。 在一定的范圍內(nèi)適用，在大的范圍內(nèi)不適用。在地質(zhì)構(gòu)造搞清楚的情況下應(yīng)用。 造山帶地區(qū)不適用。,老,新,4、穿切關(guān)系原理（Principle of cross-cutting

8、relationships):由郝頓（1795）提出：凡穿切另一個(gè)地質(zhì)體的巖石單位，其時(shí)代后于被穿切的巖石單位。,5、包含物原理（Principle of inclusions)萊伊爾提出：指被包含在一個(gè)大巖石體內(nèi)的小碎塊其年齡必然老于包含小碎塊的那個(gè)大巖石體。,通過(guò)礫石研究源區(qū)的地質(zhì)史,6、生物層序律（Principle of Faunal Succession ）： 史密斯（1815）提出，不同時(shí)代的地層含有不同的化石群，相同或相近的化石群其地質(zhì)時(shí)代相同。 年代越老的地層，化石構(gòu)造越簡(jiǎn)單，與現(xiàn)代生物的差別越大。,Sketch by Baron Cuvier (1769-1832),7、變質(zhì)

9、原理：在任何地方，變質(zhì)作用晚于地層沉積或形成的作用。,8、瓦爾特相律：相鄰沉積相縱向和橫向上的變化是一致的。,Johannes Walther (1860-1937),灰?guī)r,頁(yè)巖,泥質(zhì)粉砂巖,砂巖,瀉湖,近濱,海灘,礁,海侵（Marine Trangression）,Walthers Law,陸,海,海退（Marine Regression）,陸,海,瓦爾特相律,Vertical sequences of sedimentary facies result from superposition of laterally adjacent depositional environments,9、

10、穿時(shí)普遍性原理： 穿時(shí)：基于實(shí)物性地層屬性的地層界面與時(shí)間界面不一致、或斜交的現(xiàn)象。 穿時(shí)普遍性原理(Shaw)：全部側(cè)向可識(shí)別和追索的非火山成因的陸表海沉積的巖石地層單位都是穿時(shí)的。,山西太原石炭-二疊系巖石地層穿時(shí),10、側(cè)向堆積原理：大多數(shù)的沉積巖是由側(cè)向加積堆積而成。（1）堆積物的表面是等時(shí)面，一般是傾斜的；（2）地層主要通過(guò)側(cè)向加積作用堆積在原始傾斜的等時(shí)面；（3）由于側(cè)向加積和進(jìn)積，沉積物一般是在物質(zhì)搬運(yùn)的方向上堆積。,三角洲的側(cè)向堆積,二、地層學(xué)中的時(shí)間概念,一）概念：是指地層學(xué)中各種地質(zhì)事件的時(shí)間或同時(shí)性的估價(jià)。 等時(shí)與穿時(shí)：年代地層對(duì)比、地質(zhì)事件的認(rèn)識(shí)、與時(shí)間相關(guān)的圖件的制作

11、 地質(zhì)時(shí)間的測(cè)定與估計(jì)：地層厚度、海水含鹽度、地球冷卻時(shí)間 有關(guān)地球年齡的爭(zhēng)議,完全同時(shí) 不完全同時(shí) 不同時(shí),地質(zhì)事件的對(duì)比,二）時(shí)間標(biāo)志,1、古生物標(biāo)志 （1）化石：生物層序律確定相對(duì)年齡。 （2）某些海生動(dòng)物的生長(zhǎng)紋飾：珊瑚；頭足類(lèi)（一天一根，一月一房室)。,珊瑚的生長(zhǎng)紋,（3）樹(shù)木年輪：1064-1065年間美國(guó)一火山爆發(fā)的確定。最老的樹(shù)：4千多年,4）地衣的生長(zhǎng)變化：某些地衣的直徑可測(cè)出生長(zhǎng)的年齡，1937、30mm；1650、140mm；1580、170mm。 （5）氟的含量：動(dòng)物骨骼中的氟含量隨時(shí)間而增加。1912年的辟爾唐人。 （6）氨基酸的消旋作用：活體生物體的氨基酸左旋，死后

12、慢慢變?yōu)椴恍?，L型氨基酸D型氨基酸(只存在于死亡的生物) 不同的氨基酸的半消旋期是不一樣的。天門(mén)冬：5700年， 異白：100000年。,2、物理標(biāo)志 （1）季侯泥：淺色夏季季侯泥、深色的冬季季侯泥。石膏層、硬石膏層。 （2）考古中的天文學(xué)方法（五星聚合、仲康日食、天再旦） （3）裂變徑跡：U238、 U235、Th232自然衰變成比較小的原子核通過(guò)絕緣物質(zhì)(云母、玻璃）留下的痕跡。裂跡的密度與礦物年齡及礦物的含量呈正比。一般用氫氟酸、氫氧化鈉和苛性鉀處理。 磷灰石、鋯石,鄂爾多斯盆地東北部AFT年齡解析,（4）天然放射性： （5）礦物熱發(fā)光(TL)：礦物加熱后會(huì)發(fā)光，在同等溫度下其發(fā)光的程度

13、與礦物曾得到的輻射劑量（年齡）有關(guān)。地質(zhì)年齡的測(cè)定及相對(duì)年代的確定。(第四系測(cè)年、熱釋光、光釋光),(6)電子自旋共振(ESR):含F(xiàn)e,Mn,Al 等雜質(zhì)的石英在放射性的作用下產(chǎn)生電離損傷,Si-O鍵斷裂,形成不配對(duì)電子, Si懸鍵上有一個(gè)電子自旋.其數(shù)量與年輻射量及地質(zhì)年齡有關(guān). (7)天然剩余磁性（磁性地層學(xué)）,二）時(shí)間的測(cè)定,主要的方法：氨基酸消旋法及天然放射性法。,對(duì)測(cè)定元素的要求：1）半衰期大致與地球的年齡是一個(gè)數(shù)量級(jí)；2）母元素有足夠的數(shù)量；3）子元素有好的保存條件。,常用的方法：鈾釷鉛法；銣鍶法，鉀氬法，C14法。,SHRIMP定年，ICP-MS-U-Pb測(cè)年,沉積巖中碎屑鋯石測(cè)年的意義,C14的形成過(guò)程,在第四系測(cè)年中非常重要,在考古中也有