地史学第2章 地质系统与地质年代.ppt

1、1,第二章,地层系统和地质年代,2,第二章 地层系统和地质年代,第一节 地层的划分与对比 一 地层层序的建立 1 地层的概念 地层即能以某种界面分开的、具某种相同特征的层状地质体。指一切成层岩层的总称，包括所有的沉积岩、部分变质岩和火成岩 岩层非正规术语,3,地层学是地质学中研究地壳层状岩石的形成顺序和年代关系的一门基础科学 它涉及层状岩石的各种特征和属性，包括岩层的形状、分布、岩性、化石、地球物理和地球化学特征，进而说明其形成环境、形成方式、形成时间和变化的历史,4,地层特征指客观存在的岩石物质，包括岩性、生物、矿物、磁极性、电性、地震感应等方面的性质和变化。他们是实际存在的具体客观事物 地

2、层属性指对于某种或某几种特征的综合、分析所得出的推论解释和认识，如时间、沉积环境等。这些认识属于概念范畴，他们是可变的,5,2 化石层序律（Principle of fossil succession）指不同岩层中所含的化石内容各不相同，可根据相同的化石来进行地层对比并证明属于同一时代 William Smith (1769-1839)-地层学之父于1817年提出。 3 地层层序律(principle of superposition)指未经扰动的层状岩体中，下面的岩层是较早时期形成的，上覆岩层是较晚时期形成的。即“下老上新”,相同时代的地层 就一定含有相同的化石吗？ 为什么？,相同时代的地层

3、就一定含有相同的化石吗？不一定,1. 相同的时代可有不同的沉积环境 2. 相同的时代也可有不同的埋藏和保存环境.,化石层序律简图,根据化石内容 1 对比不同剖面的地层 2 确定地层的相对顺序及相对时间,三剖面相距500KM,4原始水平律(Principle of original horizontality): 地层沉积时是近于水平的，而且所有的地层都是平行于这个水平面的(水平摆放). 5 原始侧向连续律(principle of original lateral continuity) : 地层在大区域甚至全球范围内是连续的，或者延伸到一定的距离逐渐尖灭(侧向连续)。 由丹麦学者N. Ste

4、no(1638-1686)于1669年一次提出(Stenos stratigraphic axioms),10,二 地层划分,为什么要对地层进行划分和对比? 什么是 地层的划分和对比? 如何对地层进行划分和对比?,11,地层划分：根据地层的特征和属性（如岩性、化石和不整合面等）将地层组织成相应的单位。 地层划分的多重性与多重地层单位：岩石有多少种可以用于地层划分的特征，就有多少种地层划分，即地层划分的多重性。划分的结果为多重地层单位。,12,13,地层划分的主要依据 地层的物质属性,2.1 岩石学特征 2.2 生物学特征 2.3 地层结构 2.4 地层的厚度和体态 2.5 地层的接触关系 2.

5、6 其他标志,14,2.1 岩石学特征,包括组成地层的岩石的颜色、矿物组分或结构组分、结构、组构和沉积构造等。 岩性相同或大致相同的连续岩层可以划分为一个岩石地层单位，岩性不同的地层体应该划分为不同的岩石地层单位。,15,马平组/栖霞组分界-广西来宾,17,2.2 生物学特征,主要包括地层中所含的生物化石组分（类别），以及生物化石的含量、生物化石的保存状态、生物化石之间及生物化石和围岩之间的相互关系等。,18,生物化石在地层中的意义：,年代学的意义（标准化石）: 1816年史密斯出版了被称之为地层学奠基之作的用生物化石鉴定地层一书，提出了著名的“ 化石层序律”，即不同时代的地层所含化石不同，含

6、有相同化石的地层属同一时代。 由于生物演化的不可逆性、阶段性和生物较强的迁移能力，可以将地层中的化石作为一种指示时间先后的符号。,19,环境学的意义（指相化石）: 地层中所含的生物化石类别、含量、保存状态及相互关系的变化可以反映它们当时生活时的环境。指示古盐度、古水温、古水深、底质、水体浊度、古气候,20,2.3 地层结构,地层是由有限的岩层类型构成的，这些岩层通常以规律的组合方式组构在一起。根据岩层的组构方式所划分地层的结构类型可作为地层划分的依据。 （1）层状地层： A 均质型结构 (均一式 ) B 非均质型结构 (互层式、夹层式 、有序多层式 、无序多层式) （2）非层状地层： 斜列式

7、、叠积式 、嵌入式等,21,2.4 地层的厚度和体态,地层单位应有一定厚度，厚度过小不足于建立一个地层单位。地层单位的厚度要求可以在地质图上以最小尺度(1mm)去表达。 地层的体态是指岩层或地层体空间形态和分布状态。形态：层状或楔状、透镜状、丘状等。分布状态：水平、近于水平或斜列。,22,2.5 地层的接触关系,（1）整合接触：连续和小间断。 从沉积作用来看 地层的连续: 指沉积盆地内，沉积作用没有发生中断； 地层的间断； 表明有沉积作用的中断，但是没有明显的大陆剥蚀作用，常为岩性的截然变化。 连续的地层和具间断的地层都属整合接触,23,（2）不整合接触：,不仅沉积作用发生过间断，而且间断时间

8、较长，并发生过明显的大陆剥蚀作用 不整合面是分隔地层单位（如群、组）的重要界面。在地层单位内部（如组、段）一般不允许存在不整合。 A 角度不整合 B 平行不整合（假整合） C 非整合（沉积接触）,24,A 角度不整合,角度不整合为分隔下部被褶皱或掀斜地层和上部(水平)地层间的分隔面。 这种不整合包含着一系列曾经发生过的地质事件：下伏地层在构造作用下发生褶皱或掀斜，然后经历隆升、风化、剥蚀削去了其上翘的顶端，而后新地层沉积其上。 上下地层产状不一致，构造样式不一致，存在长时期的沉积间断。,25,26,B 平行不整合,是指上下地层产状平行或近于平行，具有不规则的侵蚀和暴露标志的分隔面。它代表了早期

9、地层的整体上升，遭受风化、剥蚀，而后又接受沉积的演化历史。假整合面上一般都具有古风化壳，或具底砾岩、粗碎屑岩等。,27,28,29,C 非整合,非整合的接触关系是指沉积盖层和下伏岩浆岩或深变质岩之间的分隔界面。,地层的接触关系,角度不整合,非整合,平行不整合,整合,31,2.6 其他标志,利用地层中所含各种信息、特征和独立于地层本体之外的标志进行地层划分、对比 如利用地层的磁性、电阻率和自然电位、化学性质、矿物标志、气候标志、生态标志、突发事件（如火山爆发、撞击、缺氧、海啸等）标志、海面变化标志、同位素年龄等进行地层的划分、对比。 从而产生磁性地层学、化学地层学、矿物地层学、气候地层学、生态地

10、层学、事件地层学、层序地层学、同位素地层学等。,32,三 地层对比,定义地层对比是根据不同地区或不同剖面地层的各种属性的比较，确定地层单位的地质时代或地层层位的对应关系 地层意义上的对比指地层特征和地层位置的相当。根据所强调的现象的不同，有不同种类的对比。,33,岩性 “对比”是论证岩石特征和岩石地层位置的相当； 两个含化石层的“对比”是证明化石内容和生物地层位置相当； 年代“对比”是论证年龄和年代地层位置的相当。,34,地层对比的原则和方法,3.1 岩石学的方法 3.2 生物地层对比 3.3 构造运动面的对比 3.4 同位素年龄测定与地层对比 3.5 磁性地层对比,35,3.1 岩石学的方法

11、,岩性对比法：在侧向连续的条件下，同一盆地内不同地区岩石学特征相同和地层位置相当的地层可以对比。,36,标志层方法：,标志层是指那些厚度不大、岩性稳定、特征突出、易于识别、分布广泛的特殊岩层。 标志层有穿时性的标志层和等时性的标志层两种类型。穿时性的标志层只能用于岩石地层单位的对比。等时性的标志层才能用于年代地层单位的对比。,岩石地层对比,岩性对比法,PTB,白粘土层,黑粘土层,殷 坑 组,长 兴 组,粘土层,二叠三叠系界线粘土层(煤山剖面),标志层方法,火山爆发事件,标志层方法,火山爆发事件,标志层方法,3.2 生物地层对比,化石层序律 标准化石法 化石组合法,42,化石层序律Princip

12、le of fossil succession,生物地层对比的理论依据为著名的Smith生物顺序律(化石层序律)。 Smith（1815）认为，相同岩层总是以同一叠覆顺序排列着的，并且每个连续出露的岩层都含有其本身特有的化石，利用这些化石可以把不同时期的岩层区分开。Smith称这种方法为“用化石鉴定地层”。 这一原理被后人通俗地概括为“含有相同化石的地层的时代相同，不同时代的地层所含的化石不同”。,43,标准化石法,标准化石：指那些演化速度快、地理分布广、数量丰富、特征明显、易于识别的化石。利用标准化石不仅可以鉴定地层的时代，也可以用于地层的年代对比。 化石组合：指在一定的地层层位中所共生的所

13、有化石的综合。化石组合法是根据地层的化石组合对比地层的方法。,H. parvus,根据化石内:(1) 对比不同剖面的地层;(2) 确定地层的相对顺序及相对时间,二叠纪牙形石演化阶段、分带及全球对比,化石层序律 实例,标准化石,各纪常用的分带化石门类,？时代,化石组合是指在一定的地层层位中所共生的所有化石的综合,47,3.3 构造运动面的对比,不整合界面代表一次区域性的地壳运动，有较大的分布范围，可以用来作为地层对比的界线。如果不同地区的地层为连续可追索的不整合界面所限定，这些地层是可以对比的。,48,不整合界面一般不是等时面。 不整合之下的地层或经历不同程度的变形，或经受不同程度的侵蚀，因此该

14、地层的顶面一般不是等时面 不整合面之上的地层是在海侵过程中形成的，该地层的底面（海侵面）也是不等时的。 所以，构造运动面的对比一般只能用于岩石地层单位的对比，在应用于年代地层单位对比时应特别谨慎。,49,3.4 同位素年龄测定与地层对比(数字年龄法),同位素年龄测定是根据放射性同位素衰变原理进行的。放射性元素在衰变过程中，释放出能量并转化为终极元素。 用于地层年龄测量的同位素方法主要有U-Pb法、Th-Pb法、Rb-Sr法、K-Ar法、Sm-Nd法等。 同一地区的地层的同位素年龄可以用于地层年龄的确定，不同地区的地层的同位素年龄可以用于地层对比。,50,同位素测年采样和方法选择规则,51,第四

15、纪地质测年方法及取样要求,3.5 磁性地层对比 地层中通常可以保存沉积物沉积或成岩期的磁性特征，即“剩余磁性”。地史中地磁极曾发生许多次倒转。根据地磁极的倒转并配合同位素年龄测定，可以建立一个地磁极向年表。由于地球的磁极是全球性的，利用地磁极向年表可以磁性地层的对比。,54,地震地层对比,层序地层对比,煤山剖面分布区层序地层格架,57,测井地层对比,58,第二节 地层单位和地层系统,国际地层指南和中国地层指南及中国地层指南说明书都强调了多重地层单位的思想。 根据关述地层划分的各种依据，可以建立不同的地层单位，如岩石地层单位、年代地层单位、生物地层单位、磁性地层单位、化学地层单位、生态地层单位、

16、地震地层单位、矿物地层单位、构造地层单位等。,强调三套常用地层单位（岩石地层单位、生物地层单位和年代地层单位）和两套独立的地层单位系统（岩石地层单位系统和年代地层单位系统）,60,一 岩石地层单位,岩石地层单位（Lithostratigraphic Unit） 定义：由岩性、岩相或变质程度均一的岩石构成的三度空间岩层体，即以岩性岩相为主要依据而划分的地层单位 分级：群、组、段、层,61,定义：是具有相对一致的岩性和具有一定结构类型的地层体。组是最基本的岩石地层单位。建组条件：1)岩性相对一致（均一、夹层、互层或特别复杂）;2)内部结构一致（内部不分段的组为一种结构类型，内部分段的组可有多种结构

17、类型）;3)顶底界线明显（不整合或明显的整合）;4)一定和厚度和分布范围（一般要求能在区域地质图（1/5-1/20万）上表达）。,1 组（Formation）,62,2 群：,组的联合。联合原则：岩性的相近；成因的相关；结构类型的相似等。群的顶底界线一般为不整合面或明显的沉积间断面。常用于前寒武系和中生代陆相地层,63,3 段：,组的再分。分段的原则：组内岩性的差别；组内结构的差别；地层成因的不同等。段的顶底界线一般是标志明显的整合界线。,64,4 层：,层有两种类型： 一是岩性或结构相同或相近的岩层组合，可以用于剖面研究时的分层。 二是岩性特殊、标志明显的岩层或矿层。,65,岩石地层单位构成

18、一个独立的地层系统，同时也是一个局域性地层系统,66,二 年代地层单位和地质年代单位,定义：指以地层的形成时限（或地质时代）为依据而划分的地层单位。它代表了地质历史时期某一时间片断内形成的所有岩石（或地层）。,67,年代地层单位分级,年代地层单位:宇、界、系、统、阶、时带 地质年代单位:宙、代、纪、世、期、时,68,1 宇,指在一个“宙”的时间内形成的地层,69,指在一个“代”的时间内形成的地层 他是根据生物界发展的总体面貌以及地壳演化的阶段性划分的。太古宙和元古宙依据地壳演化的阶段性划分。显生宙可根据生物界演化和地壳演化的阶段性划分。界是全球性统一的地层单位。,2 界（erathem）,70

19、,指在一个纪的时间内形成的地层。 纪的划分主要是依据生物界演化的阶段性。如晚古生代的泥盆纪以鱼类脊椎动物、裸蕨类植物、以及较早古生代有显著变革的无脊椎动物为特色，故泥盆纪可以称为“鱼类的时代”。与泥盆纪对应的年代地层单位则为泥盆系。 系是年代地层单位最重要的单位，具有全球可对比性，因此，系也是全球统一的。,3 系（system）,71,指在一个“世”的时间内形成的地层。 是根据生物演化的阶段性划分的。一般一个纪可以依据生物界面貌划分为两到三个世，通常称之为早、中、晚世，与之对应的年代地层单位则为下、中、上统。 由于世所代表的地质时间仍较长，全球生物界面貌在较长时间范围内仍能保持一致，所以统仍是

20、全球性统一的。,4 统(Series),72,指在一个“期”的时间内形成的地层 是年代地层单位中最基本的单位。期的划分主要是根据科、属级的生物演化特征划分的。 阶的应用范围取决于建阶所选的生物类别，以游泳型、浮游型生物建的阶一般可全球对比，如奥陶系、志留系以笔石建的阶、中生代以菊石建的阶。而以底栖型生物建的阶一般是区域性的，只能用于一定区域，如寒武系以底栖型生物三叶虫建的阶。,5 阶（Stage）,73,年代地层单位中最低的单位，与地质时间单位“时”相对应，即时带是指一个“时”内所有的地层记录。 时带是根据属、种级生物的演化划分的，因此时带一般以生物属或种来命名。如下寒武统Redlichia时

21、带是生物Redlichia属所占有时间间隔内的地层。以全球性分布的游泳生物或浮游生物划分的时带是全球性的，以底栖生物划分的时带一般是区域性的。,6 时带（chronozone）,74,年代地层单位构成一个全球性的独立地层系统,75,三 生物地层单位,生物地层单位是以含有相同的化石内容和分布为特征，并与相邻单位化石有别的三度空间地层体。生物地层单位为生物带。 常用的有：延限带 组合带 谱系带 顶峰带,76,指任一生物分类单位在整个延续范围之内所代表的地层体，代表该类生物从“发生”到“绝灭”所占用的地层。 但在一个地层剖面上，延限带的界线仅仅是该生物类别最早出现到最后消失的界线。因此延限带的确切界

22、线应在所有剖面都调查清除以后才能确定。,1 延限带（range-zone）,77,78,延限带对比,79,指含有一定特征的化石组合的一段地层。 该地层中所含的化石或其中某一类化石，从整体上说构成一个自然的组合，并且该组合与相邻地层中的生物化石组合有明显区别。 组合带不是以某一化石类别延续的时间所占有的地层确定的，而是根据多种化石类别的共存所占有的地层确定的。,2 组合带（Assemblage- zone）,80,81,组合带对比,82,3 谱系带(Lineage Zone),含有代表一个演化谱系中某一特定片断的化石标本的地层体。 如，标定全球二叠系三叠系界线的生物带牙形石Hindeodus p

23、arvus带是一个谱系带,83,84,85,指某些化石属、种最繁盛时期的一段地层(并非该属种全部时间分布范围) 地层中化石属、种的繁盛有三种方式：一是化石在特定时期在一定的地理范围内富集，化石密度大 二是化石在一定的地理分布范围中富集，单位面积中化石个数基本是常数，仅地理分布范围大。 三是化石仅在特定的环境中，在极窄的地理范围内富集，而在其它地区个体数却不多。这三种繁盛期所代表的地层为顶峰带。不同地区的繁盛期未必具有等时性,4 顶峰带（Acme-zone）,86,87,生物地层各单位之间不存在大小级别关系； 并非所有地层都能用生物地层学方法进行划分对比；因而，生物地层单位本身并不构成独立的地层

24、系统 但是生物地层仍是目前进行远距离、高精度（古生代以来）地层对比所普遍采用的、较为可靠的方法,88,四 层型（stratotype）,指某一命名地层单位或地层界线的典型剖面。 由于地层划分依据、地层单位的种类是多重的，所以地层单位层型也是多重的。不同类型的地层单位有不同的层型。,89,单位层型：指定义和识别一个地层单位当标准用的地层典型剖面。,1 单位层型,90,界线层型：给两个命名的地层单位之间的地层界线下定义和为识别这个界线作标准的特殊岩层序列中的一个特定的点（金钉子 gold point）。 若干层型联合而成的称复合层型，复合层型内的各个层型称为组分层型。,2 界线层型,91,单位层型

25、和界线层型,92,正层型：指命名人在建立地层单位或地层界线时当时指定的原始层型副层型：指命名人为解释正层型的一个补充层型选层型：指命名人命名地层单位或界线时未选定合适层型事后补指的原始层型新层型：指取代已经毁坏而不复存在或失效的旧层型，在层型所在地或相邻地区重新指定的层型次层型（参考层型）：为延伸一个地层单位或地层界线在别的地区或相区指定作为参考用的派生层型。,3 层型类型,93,层型剖面一般要求是连续出露的地层剖面，地理位置应该不存在政治限制、交通方便、逾越条件好；地层划分或建立地层单位的标志清楚，易于识别； 属于全球性的年代地层单位层型，为了能使各国所接受，必须通过国际合作的方式，建立这类地层单位的定义标准，并通过国际性权威地质学组织的认可；属于区域性的岩石地层单位、生物地层单位等，