第一章-地层学绪论2010

1、“地层学原理和方法”课程安排 课程性质：地质学、或相关专业专业高年级选修课 讲课：24学时，课堂实习：6学时，读书报告汇报：2学时 教材：地层学基础与前沿龚一鸣，张克信主编 （中国地大出版社） 主讲教师：张雄华教授 电话QQ：1065250198,第一章 绪论,一、地层学的定义 1、岩层：野外成层的岩石，包括沉积岩、变质岩和火山岩。 2、地层：岩层+时代，考虑到了岩层形成的时代。,岩层、地层（水平地层）,3、地层的主要属性： 岩性、 生物化石、 地质时代、地球物理特征、地球化学特征、形状及分布。 4、地层学（Stratigraphy)：研究层状岩石的物质属性和特征的四

2、度时空关系及其变化的一门基础学科。,二、地层学研究的主要目的和应用性 目的：地层时空关系的研究 地层划分 地层对比 应用性：确定不同地区的地层是否一致，是否等时。,三、地层学研究的主要内容和主要分枝学科 根据地层的属性确定地层学的主要研究内容： 岩性、岩性组合+矿物=岩石地层学 生物化石=生物地层学 生物化石+环境=生态地层学 化石DNA+有机分子=分子地层学 地球物理、地球化学=磁性地层学、地震地层学、化学地层学 古代地质事件+标志=事件地层学 海平面变化=层序地层学 地球旋回性（天文事件对地球的影响）=旋回地层学（高精度地层学） 形成环境、形成方式及地质历史。,四、地层学研究简史,1、萌芽

3、阶段（17世纪18世纪中叶） Steno（16311687）地层的三大定律：原始水平原理、原始侧向连续原理、叠覆原理 罗蒙诺索夫（17111765）论地层地壳生降引起海陆变迁，化石是另一个时期的生物遗体。,Nicholas Steno（1631-1687）,2、地层学的形成时期（18世纪末19世纪中叶） 魏尔纳（A.G.Werner,1775-1817)水成论 郝顿（G.Hutton,1726-1797)火成论 。,角度不整合的发现(James Hutton (1726-1797, 现代地质学之父),阿都伊若（G.Arduino, 1715-1795)将意大利北部岩石分为5类（1）原始的山系、

4、不含化石，构成山脉中心的片岩片麻岩（2）第二纪山系，大理岩和成层灰岩组成，含海相化石；（3）第三纪山系，砾石、砂、粘土和凝灰岩组成，含丰富的海相化石；（4）第四纪的沉积平原，平原上的土堆和石礁；（5）火山喷发形成的熔岩、凝灰岩。 威廉. 史密斯(W. Smith, 1769-1839) 生物层序律、 标准化石法。,William “Strata” Smith,主要地层系统的建立： 石炭系、白垩系、侏罗系、三叠系、志留系、寒武系、泥盆系、二叠系、奥陶系。,三个重要的理论 进化论：拉马克（1744-1829）认为物种之间是过渡的，低级属种逐渐向高级发展的结论。 达尔文（C. Darwin, 180

5、9-1882)的物种起源（1859）变异,自然选择,渐变,无跃进。 均变论：赖伊尔（C. Lyell, 1797-1875) 地质学原理，现实主义原理。 灾变论：居维叶（G.Cuvier, 1769-1833) 论地球表面的革命（1813）（1）变异有限；（2）生物绝灭；（3）灾变是地质发展的主要特征；（4）灾变的因素主要是海水进退；（5）神创论,Charles Lyell,现实主义原理: 现在是打开过去的钥匙 均变论,3、地层学发展的新时期 最近三十年的发展：多重地层划分，与各学科的结合。 事件地层学(新灾变论)、层序地层学，旋回地层学。 定量地层学。,五、为什么要学地层学 1、地层学是地质

6、科学的最基础的学科，是从事其它地质科学的理论基础。（以同斜褶皱和剥离断层为例）,2、重要地质基础理论的建立都与地层学有关。 3、地层学是从事能源、矿产地质（尤其是有机能源、石油、煤及其它沉积矿产）工作的基础。(全球性的烃源岩,D3),第二章 地层学的基本理论,一、地层学的几个基本原理 1、原始水平原理(Princople of orginal horizontality)（Steno（1669）提出）：沉积形成的地层当时沉积时都是水平的，基本与堆积其上的面平行。（如果现在不平行，那是后来构造作用的结果）。但是有许多原始沉积是不水平的，如红盆中的沉积。,原始水平原理,小型盆地中部分沉积不是原始水

7、平的 前积层也不是原始水平的,2、原始侧向连续原理 （Principle of original lateral continuity) 地层在一定范围是连续的。对于范围不大的地区，该原理有效， 但对于大的范围有一定的限制。,原始水平,原始侧向连续性和叠覆作用(Steno),陆相地层中地层往往不连续,3、叠覆原理（Principle of superposition): 指岩层按正常层序自下而上有先、后或老、新的顺序关系。 在一定的范围内适用，在大的范围内不适用。在地质构造搞清楚的情况下应用。 造山带地区不适用。,老,新,4、穿切关系原理（Principle of cross-cutting

8、relationships):由郝顿（1795）提出：凡穿切另一个地质体的岩石单位，其时代后于被穿切的岩石单位。,5、包含物原理（Principle of inclusions)莱伊尔提出：指被包含在一个大岩石体内的小碎块其年龄必然老于包含小碎块的那个大岩石体。,通过砾石研究源区的地质史,6、生物层序律（Principle of Faunal Succession ）： 史密斯（1815）提出，不同时代的地层含有不同的化石群，相同或相近的化石群其地质时代相同。 年代越老的地层，化石构造越简单，与现代生物的差别越大。,Sketch by Baron Cuvier (1769-1832),7、变质

9、原理：在任何地方，变质作用晚于地层沉积或形成的作用。,8、瓦尔特相律：相邻沉积相纵向和横向上的变化是一致的。,Johannes Walther (1860-1937),灰岩,页岩,泥质粉砂岩,砂岩,泻湖,近滨,海滩,礁,海侵（Marine Trangression）,Walthers Law,陆,海,海退（Marine Regression）,陆,海,瓦尔特相律,Vertical sequences of sedimentary facies result from superposition of laterally adjacent depositional environments,9、

10、穿时普遍性原理： 穿时：基于实物性地层属性的地层界面与时间界面不一致、或斜交的现象。 穿时普遍性原理(Shaw)：全部侧向可识别和追索的非火山成因的陆表海沉积的岩石地层单位都是穿时的。,山西太原石炭-二叠系岩石地层穿时,10、侧向堆积原理：大多数的沉积岩是由侧向加积堆积而成。（1）堆积物的表面是等时面，一般是倾斜的；（2）地层主要通过侧向加积作用堆积在原始倾斜的等时面；（3）由于侧向加积和进积，沉积物一般是在物质搬运的方向上堆积。,三角洲的侧向堆积,二、地层学中的时间概念,一）概念：是指地层学中各种地质事件的时间或同时性的估价。 等时与穿时：年代地层对比、地质事件的认识、与时间相关的图件的制作

11、 地质时间的测定与估计：地层厚度、海水含盐度、地球冷却时间 有关地球年龄的争议,完全同时 不完全同时 不同时,地质事件的对比,二）时间标志,1、古生物标志 （1）化石：生物层序律确定相对年龄。 （2）某些海生动物的生长纹饰：珊瑚；头足类（一天一根，一月一房室)。,珊瑚的生长纹,（3）树木年轮：1064-1065年间美国一火山爆发的确定。最老的树：4千多年,4）地衣的生长变化：某些地衣的直径可测出生长的年龄，1937、30mm；1650、140mm；1580、170mm。 （5）氟的含量：动物骨骼中的氟含量随时间而增加。1912年的辟尔唐人。 （6）氨基酸的消旋作用：活体生物体的氨基酸左旋，死后

12、慢慢变为不旋，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样的。天门冬：5700年， 异白：100000年。,2、物理标志 （1）季侯泥：浅色夏季季侯泥、深色的冬季季侯泥。石膏层、硬石膏层。 （2）考古中的天文学方法（五星聚合、仲康日食、天再旦） （3）裂变径迹：U238、 U235、Th232自然衰变成比较小的原子核通过绝缘物质(云母、玻璃）留下的痕迹。裂迹的密度与矿物年龄及矿物的含量呈正比。一般用氢氟酸、氢氧化钠和苛性钾处理。 磷灰石、锆石,鄂尔多斯盆地东北部AFT年龄解析,（4）天然放射性： （5）矿物热发光(TL)：矿物加热后会发光，在同等温度下其发光的程度

13、与矿物曾得到的辐射剂量（年龄）有关。地质年龄的测定及相对年代的确定。(第四系测年、热释光、光释光),(6)电子自旋共振(ESR):含Fe,Mn,Al 等杂质的石英在放射性的作用下产生电离损伤,Si-O键断裂,形成不配对电子, Si悬键上有一个电子自旋.其数量与年辐射量及地质年龄有关. (7)天然剩余磁性（磁性地层学）,二）时间的测定,主要的方法：氨基酸消旋法及天然放射性法。,对测定元素的要求：1）半衰期大致与地球的年龄是一个数量级；2）母元素有足够的数量；3）子元素有好的保存条件。,常用的方法：铀钍铅法；铷锶法，钾氩法，C14法。,SHRIMP定年，ICP-MS-U-Pb测年,沉积岩中碎屑锆石测年的意义,C14的形成过程,在第四系测年中非常重要,在考古中也有