北京大学-地史学1章-地层系统和地质年代

1、如果将最老到最新的岩石按它们形成的先后顺序排列起来-岩层柱（地层柱），就有可能建立起地球历史的时间框架了。TABCDEFGabc海进序列成因示意图海进序列成因示意图随着海平面不断上升，A点的沉积由相对近岸型逐渐变为远岸型。在垂向上，而呈现沉积物“上细下粗”的特点。在横向上，晚期沉积物分布范围大于早期沉积物-超覆(onlap)AAAS1S2S3t1t2t3对A点来说，随着时间的推移，沉积由相对远岸型变为近岸型。在垂向上，沉积物“下细上粗”在横向上，晚期沉积物分布范围小于早期沉积物-退覆 (offlap)海退序列成因示意图海退序列成因示意图 当一个海进序列紧接一个海退序列时，就形成了地层中沉积物成

2、分、粒度、化石等特征有规律的镜像对称分布的现象-沉积旋回沉积旋回 (cycle of sedimentation)。沉积旋回海进序列海退序列TABCDEFG地层划分地层划分地层对比地层对比地层划分地层划分 上述地层露头剖面可根据不整合面划分为两个大的阶段（I、II），反映了该地区地层发育经历的两个构造演化阶段； II阶段又可根据岩性变化划分为4个次级阶段（-），反映了沉积环境变化的阶段性；又可根据含化石的不同再细分两个更次级的阶段，反映生物演化的阶段性在地层对比中，岩石学方法（岩石学方法（无论是岩性法还是沉积旋回法）只能在具有相同地质发育历史的地区，即同一大地构造背景控制的沉积盆地内使用。岩性

3、法优点是直观和方便，缺点是适用范围有限。只能在局部地区（同一沉积盆地中的相同沉积相）使用。沉积旋回法可适用于整个盆地范围。在同一个沉积盆地范围内，尽管不同地点某一时段内形成的岩石有所差异（沉积相不同），但它们的沉积旋回变化是同步的。岩石地层学岩石地层学ABCDEFGabcdefg？A地点地点B地点地点T依据地层层序律可以在不同地区建立的各自的地层柱。但是不同地区地层柱之间岩层的形成先后顺序又是如何确定的？(William Smith， 1769-1839)和 （Principle of biologic succession）在不同地区的地层中建立等时性的关系 建立在生物层序律基础之上，根据地

4、层中生物化石的异同进行地层划分对比的地层学研究方法。 生物层序律的理论基础是生物进化的不可逆性：愈古老地层中生物化石愈原始、愈低级；愈新的地层中生物化石愈先进、愈高级。相同时代的地层含有相同（或相似）的化石或化石组合。任何一种生物在地质历史中都只出现一次，并有其特定的分布时限两个地区的地层可通过它们所含的相同或相似的化石或化石组合建立起地层对比的关系。实际工作中有两种对比实际工作中有两种对比方法：方法：标准化石法：标准化石法：分布时限短，地理分布广，特征明显的化石化石组合化石组合分析分析法：法：对地层中所有的化石进行系统的分析研究，根据生物化石各门类、各属种组合的不同进行地层的划分和对比的方法

5、。未知地区的地层可通过所含化石与已知地区地层对比，而知道地层的时代或层位。同理，陆相地层与海相地层可以通过同时期既含有陆生植物化石也含有海洋无脊椎动物化石的海陆过渡类型地层建立起对比关系。生物地层学标准化石法的优缺点：标准化石法的优缺点：简便易行，适合野外调查和初步的大致对比；有时会由于先驱或孑遗的情况造成对比的不精确；对比适用范围相对局限。单一生物分布的局限性化石组合法的优缺点：化石组合法的优缺点：提高对比的精确度。避免了单一生物先驱和孑遗产生的误差；对比适用范围相对广泛不便于野外工作采用生物地层学方法可以实现不同沉积盆地之间的地层对比电测井曲线电测井曲线地层对比的地层对比的原理示意图原理示

6、意图3）地球物理学方法：）地球物理学方法：a. 利用与岩性有关的物理、化学性质，如电导率、放射性、声波等参数进行地层对比的方法。实际是岩石学方法的外延。如电测井对比，地震剖面对比地震剖面对比原理示意图地震剖面对比原理示意图b. 古地磁极性对比古地磁极性对比地球磁场的磁极在地质历史中曾多次发生反转，这种变化记录在岩石之中。每一次极性反转事件都是全球性的等时事件，因此这种方法实际上时间对比。通过测定岩石的地磁强度变化确定古地磁的极性变化。历史时间可以根据极性变化分为极性正向期和极性反向期这种方法目前只适用于5 Ma以来的沉积连续的地层。ln ( 1 + DPt1)4）同位素年龄对比：）同位素年龄对

7、比：利用放射性同位素的衰变现象测定岩石、矿物的年龄进行地层对比。5）地球化学方法：）地球化学方法：一些特殊的地质事件如火山喷发、陨石撞击等会对沉积环境地球化学特征产生明显的影响，而在地质记录中表现为一些元素和同位素的异常；周期性的气候变化则会使一些元素或同位素在沉积物中的丰度发生波动。地质记录中这些元素和/或同位素的异常波动在特定的情况下可以用于地层对比。 O、C、Sr等同位素，Ni、Ir、Ce、La等元素。这种方法目前尚无法独立使用，尚须借助其他方法。6）层序地层学方法：）层序地层学方法： 以海平面升降旋回的不同阶段的把地层划分成若干个体系域进行地层划分对比低水位体系域低水位体系域（F1-R

8、） ：最大海平面下降及其后缓慢上升时期形成的沉积。海侵体系域海侵体系域（R-H） ：从低水位体系域之上的最初海泛面开始到出现最大海侵面期间形成的沉积。高水位体系域高水位体系域（H-F） ：从最大海侵面到开始海退时期形成的沉积。Time上升翼下降翼F1FR凝缩断凝缩断（H） ：时间上介于海侵体系域和高水位体系域之间，在陆棚中下部至盆地等地形成的特殊沉积。H 地层划分、对比的结果就产生了一个地区甚至全球的地层系统。地层系统的组成有两个要素：a. 地层单位； b. 地层单位的级别关系 地层单位的类型：地层单位的类型：a. 物质性地层单位物质性地层单位：反映地层的物质属性特征，如岩性，生物化石等。b.

9、 非物质性地层单位非物质性地层单位：反映地层的非物质属性特征-时间。 岩石地层单位的特点岩石地层单位的特点-穿时性和地方性：穿时性和地方性： 岩性界面不一定是等时面。 自然界中，沉积岩层的沉积作用方式是随沉积环境及沉积作用的不同而变化。地层的沉积作用方式分为垂向加积和侧向加积。在大洋和大型湖泊的中心地区，沉积作用是通过垂向加积进行的，其岩性界面具有等时性。在河流和三角洲等环境中，沉积作用是通过侧向加积进行的，其岩性界面是穿时的。在海侵或海退过程中，滨浅海环境中的沉积作用也是通过侧向加积进行的。2. 生物地层单位（生物地层单位（biostratigraphic unit） 以地层中的化石内容和特

10、征所划分出的地层单位。 生物地层单位的基本单位是生物带 (biogenic zone)或化石带。常用的生物带 (biogenic zone)有3种类型：a. 组合带 (assemblage zone)：几类生物或某类生物的几个属种在地层的特殊自然组合。b. 延限带 (range zone)：某一种生物的延续范围。c. 顶峰带 (acme zone)：某类生物的繁盛。生物地层单位之间不含化石的层段称为间隔带间隔带 (interval zone)。生物地层单位的特点： 生物带无等级和从属关系 不是普遍建立的地层单位。 为年代地层单位服务abc3. 年代地层单位年代地层单位 （time-strata

11、 unit）、地质年代单）、地质年代单位位 (time unit)和地质年代系统和地质年代系统（1）年代地层单位）年代地层单位反映地层时间属性的地层单位，而不是地层的物质属性。地层的时间属性是如何确定？或者说，年代地层单位的时代是如何确定的呢？为什么生物化石能够确定地层的时代？ 依据地层层序律，以及地层的接触和穿插关系我们可以确定一个地区地层形成的相对顺序，但并不能说明地层的时代。时间的类型和时间的划分：时间的类型和时间的划分：物理时间和历史时间物理事件和历史事件 生物进化是不可逆的不可逆的历史性事件，每种生物在地质历史中只出现一次，不会重复出现。每种生物在地质历史中都具有特定的时限含义特定的

12、时限含义。因此，每种生物的出现和消失都是历史事件。年代地层单位：年代地层单位： 宇 (Eonthem) 界 (Erathem) 系 (System) 统 (Series) 阶 (Stage) 时带 (Chronozone)地质年代单位：地质年代单位： 宙 (Eon) 代 (Era) 纪 (Period) 世 (Epoch) 期 (Age) 时 (Chron) （2）地质年代单位：）地质年代单位：与年代地层单位相对应的时间单位从理论上讲，同一年代地层单位在不同地区应具有严格的等时性，并在全球具有通用性。但实际上，在年代地层单位中宇、界、系、统是全球性通用地层单位。只有依据分布广泛的浮游、游泳生物

13、（如笔石、牙形石、菊石等）建立的阶才具有全球等时性的意义。（3）地质年代系统：）地质年代系统：在全球地层划分和对比基础上，依据生物的演化阶段建立起来的、用地质年代单位表示的全球通用划分地球地质历史的时间格架地质年代表。地质年代表（3）界限层型）界限层型(stratotype)和层型剖面和层型剖面(stratotype section)1976国际地科联所属国际地层委员会提出了采用GSSP GSSP (Global Boundary Stratotype Section and Point)(Global Boundary Stratotype Section and Point)来来的确定和规

14、范国际年代地层单位主要界线的理念和方法全球通用的与地质年代系统中地质年代单位（纪和世）对应的年代地层单位（系和统）最初都是由不同地区的一些地方性的岩石地层单位演变而来，它们的界限和内涵缺乏严格的定义，存在时间上间断或重叠。界限层型：界限层型：划分年代地层单位界限和地质年代单位界限的全球统一标准。层型剖面：层型剖面：界限层型确立所依托的剖面。 4. 岩石地层单位与年代地层单位的关系岩石地层单位与年代地层单位的关系1) 岩石地层单位的穿时性和年代地层单位的非穿时性2）地层单位上下界线与时间面的关系3）展布范围不同4）年代地层单位没有固定具体的岩石内容 年代地层单位反映了全球统一的地质发展阶段性； 岩石地层单位反映了一个地区的地质发展阶段性。不整合接触关系的形成过程abc平行不整合接受沉积水平抬升后遭受剥蚀下降，再次接受沉积abc接受沉积褶皱抬升后遭受剥蚀下降，再次接受沉积角度不整合非整合接