第十九章 地球的形成与演变
第一节 行星地质概述
研究天体也是地质学的重要课题, 因为地球和其它行星有密切的联系。只有对地球有所了解,才可能更好地了解其它行星; 反之,了解其它行星,对于深刻认识地球尤其是地球早期历史具有重要意义。 行星地质学。 1957年发射第一颗人造卫星,1969年载人卫星阿波罗在月球登陆。
地球的起源、生命的起源是当代自然科学领域中最古老也是尚未得到解决的两大课题。这两大课题都与地质学有着密切的亲缘关系。要正确建立地壳发展的基本规律,指导找矿,就必须探讨地球的起源,而地球是宇宙的一员,故应大致了解宇宙。就目前的研究成果来说,可归纳如下几点认识。
一、宇宙是无限的空间、无限的时间、不断运动发展的
宇宙是物质世界, 空间上无边无际,时间上无始无终。战国时代鲁人:上下四方谓之宇,往古来今谓之宙.
总星系(半径100亿光年,目前能观测到的宇宙范围),星体分不均匀,一群一群恒星组成。
星系(有10亿个星系),小者几万颗恒星,多者上千亿颗恒星,星系与星系之间平均距离1.6亿光年。太阳所在的星系叫银河系(1500亿颗恒星)。银河系是一个旋涡星系,正面呈旋涡形,侧面呈扁饼形。夏夜无月,一条宽窄不一的银白色光带纵贯南北。 还有星际尘埃、星际气体、星云、各种射线。
太阳系由太阳、9颗行星、61颗卫星以及无数小行星、慧星、陨星组成的。行星由里向外: 水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。
地球是宇宙中一颗十分渺小、并不特殊的行星。离开地面看地球,它是一颗蔚兰色的星,它就挂在天上。人们常用"天上"、"人间"来比喻截然不同的两种境界,其实,人间就在天上。
二、类地行星
水、金、地、火星。 宇宙飞船对它们进行了探测,还曾在火、金星上着陆。其共同特点:密度大(>3)、体积小、自转慢、卫星少,内部成分主要为硅酸盐,具有固体外壳。最惹人注目的是环形构造。(多)小的环形构造是陨石坑,具环形山脊和中央峰; (少)大的是火山口,无中央峰,火山作用强烈。 撞击作用:陨星坠落对行星的冲击,发生变形变质作用。
三、类木行星
木、土、天王、海王、冥王星. 除冥王星外,具共同特征:密度小(<2)、体积大、自转快、卫星多。冥王星的密度和体积近于地球,运转周期近于木星。宇宙飞船也都对它们进行了探测,但未曾着陆。它们都有很厚的大气圈,对其表面特征很难看清,推断也具有固体内核。
四、地球(及太阳系)成因假说
太阳系形成至今至少有46亿年,这已被公认。但太阳系的成因尚属探讨中,自18世纪以来提出过几十种假说。按内容可分为二大类:一类假说认为行星是从太阳本身分出来的,另一类认为行星同样是由星际物质形成的。
1. 先有太阳,然后抛出行星和卫星,太阳较老,卫星最年轻。
潮汐假说---原始太阳在另一巨大星体接近时受到引力或碰撞,使原始太阳抛出一股气流或团块凝聚成行星绕日旋转。
星云假说---原始太阳是炽热的球形星云,直径有太阳系直径那么大,缓慢自转,由于散热收缩而自转加速。这样赤道离心力增大,星云变扁,当离心力超过向心力时分离出一个环,继续分离形成多个环,名环绕日旋转时逐渐吸聚成行星。这一假说得到恩格斯的好评。
2. 太阳和行星同是由星际物质形成的
在万有引力下,密度较大部分的微粒吸收了周围密度较小的物质,逐渐聚积成大的团块,形成原始太阳。太阳周围物质受到斥力和引力的共同作用形成另外一些团块,即行星并绕日旋转。
五、陨石及其研究意义
太阳系除太阳(恒星)、行星及其卫星外,还有几种天体:慧星、小行星、陨星。它们保存着最古老的原始成分,对研究太阳系起源有用。
慧星同行星一样绕日旋转。在火星和木星之间有许多小行星绕日旋转(2000多颗),最小者半公里,推测为另一行星破碎而成,或尚未积聚行星的碎块。
陨星:遨游于宇宙空间的星际尘埃在接近地球时被地球引力俘获吸向地球,叫陨星,当进入100km以下的高空与较浓密的大气磨擦生热而发光,在晴朗的夜晚常可看到一线光亮划破长空,瞬息即逝,这现象叫流星。有时可看到一团火球从天而降,发出隆隆声,然后爆炸崩散的现象叫火流星。大多数小陨星未到达地面便烧成灰烬,大陨星未能烧尽的剩余部分落到地面叫陨石。爆炸四散时形成流星雨。1976年3月8日吉林陨石雨200多块,最大一块1770公斤,是世界上最大的石陨石。
陨石有各种不同成份,分为三类: 石陨石---密度3--3.5g/cm3,主要矿物为橄榄石和辉石,少量基性斜长石,含约20%的金属Fe-Ni成分; 铁陨石---8--8.5g/cm3,几乎全由金属组成,大部分为Fe, Ni为4--20%; 石铁陨石---5.5-6, 是硅酸盐矿物与铁镍金属的混合物。石陨石占94%,铁陨石4.5%,石铁陨石1.5%。陨石的同位素年龄45亿年,大致与地球年龄相同。
球粒陨石:绝大部分石陨石含有一些直径1-2mm的玻璃质小球粒,地球岩石中没有找到这种结构。陨石球粒的成因可能是原始太阳热熔化并脱离太阳迅速冷凝而成。反映了太阳系初期未被后期改造的成分。
太阳系的物质组成应具有统一性。因此,地球内部应有类似于各种陨石的物质,即可能由铁镍金属组成地球的核心,由石铁陨石组成地球的中间层,由石陨石组成地球的外层。因为,根据万有引力估算地球质量6*10(27)g,地球密度5.5,但地表岩石比重2.7+-,故最初人们也曾设想地球深部具有高密度的物质存在。
第二节 地球的演化简况
地球46亿年历史可分为三大阶段。天文时期:46--35亿年,根据行星地质学推论,地球上基本未保留这一时期的地质体。隐生宙时期:35--6亿年,这一时期地质体在部分地区有保留,已有原始生命出现。显生宙时期:6亿年至今,此期地质体遍布全球,研究较深入。
一、天文时期
此期基本地质特征是地球的层圈构造(内三层,外三层)初步形成。几种重要的地质作用。
(1)重力分异:重者下沉,轻者上浮,对形成地球内部层圈具决定性意义。
(2)陨星撞击:地球形成的早期,陨星坠落地面的现象较普遍(从目前月球、火星考察推测),经后期各种地质作用改造未留痕迹,地表目前能见到的陨石坑都较晚时期形成的。撞击使壳下熔融发生火山作用,增加地壳厚度。
(3)热流值的迅速衰减。目前地球平均热流值1.47HFU,太古代是现在的三倍。地慢物质由完全熔融转变为部分溶融。原先超基性火山,转为基性与中酸性喷发。
(4)火山作用:火山喷发的大量气体聚积在固体地球的外部,形成原始大气圈。从气体中凝聚而成的水降落地面,形成原始水圈。臭氧层吸收并反射大量紫外线,就为地面上出现生命创造了条件。
二、隐生宙时期
1. 大气圈和水圈成分的演化。藻类生物繁盛,光合作用制造氧,对原始大气氧化,形成CO2及N2等,向近代大气成分转化。大气圈中一部分CO2溶于水,形成碳酸盐沉积,藻类的繁殖有利于海水pH值提高,碱性使硅酸盐分解,析出SiO2,导致硅质岩形成。
2. 陆核和地盾的形成。原始地壳表面几乎全被水淹没。南非波波林带中部的片麻岩、西格棱兰的花岗片麻岩同位素年龄38亿年,南美圭亚那的角闪岩40亿年,它们是已知的最古老岩石。这些岩石的原岩中,有酸性火成岩、基性火山岩(发育枕状构造)、硅质岩(夹于火山岩中)。枕状熔岩是海底火山喷发的证据; 硅质岩是由火山物质经海水分解形成或由海底热泉带来的SiO2沉积而成的;缺乏陆源碎屑沉积说明当时没有陆地。
35亿年以来,随地球热量逐渐散失,特别是放射性热源的快速衰减,热流值大幅度降低,意味着地慢物质的溶融程度减小,地慢物质出现部分溶融。除继续有超基性岩浆外,还会出现安山玄武质岩浆活动。大量岩浆在海底喷发和堆积,最终出现了由火山喷发物质构筑起来的岛屿,它们便成为最早的陆地,从此才开始风化剥蚀,沉积陆源碎屑岩。这些最早的陆地成为后来形成大陆的核心,这就是陆核。
从25亿年开始,由于放射性热的进一步衰减,安山玄武质岩浆及由其结晶分异而成的酸性岩浆相应增多。这些火成岩与陆核周围的沉积岩共同组成了新的地质体,在后来的构造运动及岩浆活动的作用下,发生褶皱、变质、隆起,并焊接到陆核的边缘,形成广阔的地块,这就是地盾。它是古大陆的前身。这时海陆分异已很显著,与此相应的是陆壳与洋壳的并存。古大陆便在陆壳与洋壳的相互影响和不断演化中快速成长。
三、显生宙时期
生命极其繁荣,地质演化十分迅速,地质作用丰富多彩。此期地质体广泛保存,研究较深入。此期构造运动繁频。
前寒武纪末生物界已有繁荣的迹象,从寒武纪初期开始便已全面繁荣,生机勃勃。
1. 早古生代:海生无脊椎动物和低等植物繁盛时代。
三叶虫,鹦鹉螺类(角石),笔石,腕足类,珊瑚,不分根、茎、叶的低等植物,即菌藻植物。
2. 晚古先代:植物及脊椎动物登上大陆。
加里东运动使海域广泛收缩,大陆急剧增长,导致生物大规模向陆地进军。植物登陆成裸蕨,晚泥盆世气候变湿热,演化为高大的乔木(如鳞木等),为C,P成煤作用准备了条件。
腕足类,珊瑚,头足类(无脊椎动物),蜓。
泥盆纪鱼类大量发展,即脊椎动物演化史上一个重要时期。
3. 中生代:爬行动物和裸子植物时代。
菊石类,珊瑚.
脊椎动物中的爬行类称霸世界。恐龙时代。沼泽的食草类恐龙,陆地肉食为主的霸玉龙,飞翔在天空的翼手龙,生活在海中的鱼龙。爬行类向哺乳类并向鸟类演化。
4. 新生代:被子植物,哺乳动物,人类的出现。
第三节 古生物学基础
古生物指的是地史时期的生物。现代生物与古生物在时间上并无严格的界线,但目前一般把全新世以前(约一万年以前)的生物归为古生物范畴。
古生物学:研究古生物的形态、构造、分类、生态、时代分布及演化规律的学科,其研究对象是化石。
一、化石的概念
(一)化石---由于自然作用保存在地层中的古生物的遗体和遗迹。
生物遗体和遗迹并不是都能形成化石,这决定于生物本身的条件和外界环境。生物遗体保存为化石,需要各种条件:
(1) 生物具硬体,不易氧化腐烂,利于保存。如动物的介壳、牙齿、骨骼、植物的纤维等。
(2) 被沉积物迅速掩埋。生物死亡后被沉积物埋藏,以免腐烂或被其它生物所食,故海洋、湖泊等水域是有利地方。
(3) 随沉积物固结成岩,经过各种石化作用。
石化作用类型: a.生物硬体被多种矿物质(如CaCO3,SiO2,黄铁矿等)置换、充填,变得坚硬; b.碳化,即生物遗体中易挥发成分(H,O,N)经升馏作用,逸出只留下碳质的薄膜,保存为化石。
上述由生物遗体本身保存而成的化石,统成为实体化石。
古生物的生活活动在沉积物中留下的痕迹和遗物叫遗迹化石.如足迹,爬痕,粪便,蛋,古人类工具等。
生物遗体在沉积岩中的印模和生物遗体被溶蚀后所留空隙的泥砂充填物称模铸化石。
第三节 古生物学基础
古生物指的是地史时期的生物。现代生物与古生物在时间上并无严格的界线,但目前一般把全新世以前(约一万年以前)的生物归为古生物范畴。
古生物学:研究古生物的形态、构造、分类、生态、时代分布及演化规律的学科,其研究对象是化石。
一、化石的概念
(一)化石---由于自然作用保存在地层中的古生物的遗体和遗迹。
生物遗体和遗迹并不是都能形成化石,这决定于生物本身的条件和外界环境。生物遗体保存为化石,需要各种条件:
(1) 生物具硬体,不易氧化腐烂,利于保存。如动物的介壳、牙齿、骨骼、植物的纤维等。
(2) 被沉积物迅速掩埋。生物死亡后被沉积物埋藏,以免腐烂或被其它生物所食,故海洋、湖泊等水域是有利地方。
(3) 随沉积物固结成岩,经过各种石化作用。
石化作用类型: a.生物硬体被多种矿物质(如CaCO3,SiO2,黄铁矿等)置换、充填,变得坚硬; b.碳化,即生物遗体中易挥发成分(H,O,N)经升馏作用,逸出只留下碳质的薄膜,保存为化石。
上述由生物遗体本身保存而成的化石,统成为实体化石。
古生物的生活活动在沉积物中留下的痕迹和遗物叫遗迹化石.如足迹,爬痕,粪便,蛋,古人类工具等。
生物遗体在沉积岩中的印模和生物遗体被溶蚀后所留空隙的泥砂充填物称模铸化石。
(二) 化石用途
1. 探索生命的起源,研究生物进化;
2. 推断相对年代(地质年代),研究地史演化;
3. 推断古地理,古气候。
"将今论古"原则,恢复古地理。 现代造礁珊瑚生活于水温18 C以上的清澈浅海,如果在地层中发现珊瑚礁,则可推断这些地层形成于浅海中,而且温暖、清澈。
二、古生物的分类与命名
古生物种类很多,为便于系统研究,必须进行科学的分类。与现代生物一样,古生物首先可分为两个界,即动物界、植物界。界以下再分门,纲,目,科,属,种。
古生物学名: 按国际规定必需用拉丁文, 属和属以下名称还需用斜体字,如纺棰虫属 Fusulina 。
三、重要古生物类别简介
(一)古无脊椎动物
1. 三叶虫:
(1)节肢动物门中的一个纲,海生,仅生活于古生代,现已绝灭,绝大多数营海生浮游底栖生活,少数可在海水中游泳、漂浮或钻入泥砂中。
身体扁平,分节,脊部为由矿物质(CaCO3和磷酸钙为主)组成的坚硬脊甲, 一般长几厘米,所见化石多为有脊甲或其外模。
三叶虫化石
(2)背甲,一般是椭圆形。被两条背沟纵分成中部的轴叶和二侧的肋叶,故名三叶虫。背甲从前到后又可横分为头部、胸部、尾部三部分。头部中间隆起部分叫头鞍。尾部有尾刺、尾轴。
地层中背甲化石有完整者,也有只见头部或尾部,有时只见碎片。
(3)背甲开始出现于 C-1 , C-,O最盛, 划分C-,O地层的最重要的化石之一, S以后迅速减少,P末全部灭绝。
2. 笔石
(1)已灭绝的海生群体动物,多是漂浮生活,所见化石常为骨骼压扁,炭化形成的炭质薄膜,很象写在岩层面上的笔迹,故名笔石。
(2)分布于C-2--C1 奥陶纪最盛,理想标准化石,演化迅速,地理分布广泛.
(3)笔石群体分泌的整个骨骼称为笔石体。
主要构造有线管、胎管、笔石枝,笔石枝数目不等(1--10),多见二枝、四枝、单枝,笔石枝上连续生长许多胞管。
3. 角石、菊石(鹦鹉螺类及菊石类)
海生底栖爬行或游泳生活,具钙质外壳,故保存为化石。
(1)角石构造 角石具直锥形,外形象牛角,纵切面见隔壁; 菊石是平旋壳。
(2)角石时代:最早见于C-3, O最盛, S以后减少,现代可见; 菊石:最早见于D 1, 中生代最盛, K末绝灭。
4. 腕足类
(1)海生, 固定底栖生活,外壳常保存为化石;
(2) 构造, 两壳一大一小,一般大壳称腹壳,小壳称背壳,具铰合面、铰合线、中槽、中隆、放射线;
(3)腕足类自C-出现一直延续至今。
是古生代海相地层中的一类重要化石。
5.珊瑚
(1)海生单体或群体,珊瑚的软体称珊瑚虫,多数珊瑚虫能分泌钙质的外骨骼,称珊瑚体。
珊瑚营固定底栖生活,大多数生活在温暖的浅海,造礁珊瑚水深不超过100米,水温不低于18 C,盐度正常,海水清。
(2) 单体珊瑚, 复体珊瑚; 单体珊瑚为例,外壁,隔壁等。
(3)从古代-->现代,时代长。
6.蜓
(1)一类已灭绝的海生有孔虫。主要营底栖生活,少数能漂浮。多生活于水深100米左右的温暖浅海,其钙质外壳可保存为化石,称竹蜓壳。
(2) 图 个体小,一般3--6mm, 最长60mm,外形以纺锤形为主,又名纺锤虫。有球形,凸镜形,常见于灰岩中,白色圆点。
(3) 最早出现于C-1,  
末灭绝,演化迅速,分布广泛,标准化石。
(二)古脊椎动物
最高等动物,晚古生代、中新生代地层划分为主要依据之一。
1.沟鳞鱼。我国南方中泥盆统中产有沟鳞鱼。我国中新生代陆相地层中硬骨鱼类化石很丰富,水生。
2.石炭、二迭纪:两栖类,从水生开始向陆生过渡。C--P最繁盛.
3. 中生代爬行类极度繁盛,占据了大陆。"中生代是爬行动物的时代"。如恐龙.我国中生代陆相地层中恐龙化石丰富。中生代末期,盛极一时的"龙"类全部灭绝。
4.上侏罗统中发现的始租鸟,鸟类由爬行类进化而来,既能飞,又能走,鸟类在新生代繁盛,"新生代"是鸟类时代。
始租鸟化石
5. 北京直立人头骨,时代更新世
哺乳动物是最高的脊椎动物,在新生代占据了海陆空各领域,故新生代是名副其实的"哺乳动物时代"。哺乳动物进化为人类,第四纪是人类的时代。北京人,山顶洞人。
(三)古植物
植物出现早于动物,它是动物界生存和繁荣的基础。除少部分生活在水中外,大多数植物在陆地上固着生活。植物体的各部分根、茎、叶、繁殖器官等往往分散保存为化石,叶部化石数量较多,特征明显,在器官中尤为重要。
植物孢子、花粉对确定地层时代、推断古气候也很有效。
1. 低等植物:菌类、藻类,多生活在水中,南非距今32亿年前就已发现。
(1)迭层石:沉积岩(多为灰岩,白云岩)中的一种同心叠层状的生物沉积构造。由沉积颗粒层与有机层交替组成。
图上拱纹层为 a.暗层:有机质含量高; b.亮层:有机质少。反映了藻类生活的状况周期性变化(季节、昼夜变化), 藻类生成捕获磷酸盐颗粒,产于震旦纪白云岩中。
(2)船山球(船山组)
灰岩中白色圆球状、长条形颗粒,俗名叫"船山球",真名叫核形石。藻类生长包裹生物碎屑,粘附碳酸盐颗粒。加之水动力使之滚动,不断长期生长活动形成一种沉积颗粒,晚石炭世船山灰岩中可见。
2. 高等植物
(1)多陆地生长,分茎、叶。
(2)植物遗体炭化成黑色物(薄膜状)。 C,P磷木,沉积岩中留下印痕。
(3)古代地层中表示陆相环境,温暖潮湿。
第四节 地史学简介
一、 地层及其层序的建立
0 现代地层学概念
所谓现代地层学是相对于传统地层学而言的。就世界范围来讲,特别是欧美国家60年代以来地层学发展迅速,从传统地层学发展成为现代地层学。我国地层研究长期以来受前苏联影响,70年代末才正式引进现代地层学概念,其标志是1979年<<国际地层指南>>(中译本)和1981年<<中国地层指南>>由科学出版社出版。张守信(中科院地质所)。此后,传统的与现代的两种体系模糊不清。80年代末,90年代现代地层学才开始真正深入人心。
两者区别主要在于划分地层的概念和理论不同,由此决定了它们的研究内容和方法不同。这实际上是不同的哲学观点在地层学这门自然科学中的反映。
1.地层:具有某些共同特征或属性的岩层组合。
岩层组合包括沉积岩层、火山岩、部分变质岩,具成层性,分布在地壳上部。岩层的特征是指客观存在的物理、化学或生物方面的性质。不因认识改变。岩层的属性是根据某种或某几种特征的综合、分析得出的推论解释或认识,它们是人的认识,会因人因时间改变的。
岩性---岩石地层单位,群、组、段、层.
基本单位为组,如南雄组.
岩层的 生物(化石)---生物地层单位:带.
特征 如Nankinella带.
(客观 导电性---低阻高导层、低导层
存在) 透水性---透水层、不透水层
抗压强度---强干层、软弱层
------------------------------------------
岩层 时代---年代地层单位,宇,界,系,统,阶,时间带。
的属性 (时代:宙,代,纪,世,期,时)。
(推断, 基本单位系、统。
认识) 沉积环境---(河流相层,浅海相层)
地层就是指某一岩层组合具有某些相同的特征或属性,并且据此能与另一岩层组合相区分开。
地层是在漫长的地质时期中逐步形成的,按原始沉积状态,老地层先形成 ,位于下面,新地层依次一层一层叠覆上去,这就叫地层层序律。
2. 地层层序律---地层的正常顺序是老地层在下面,新地层在上面。
当然,当地层遭受强烈构造变动时,会先倾斜、直立,甚至倒转,这种特殊情况在沉积岩区一般不会出现。断层也可使老地层在上面。
地层中往往含有化石(沉积岩的特征之一),不同时代的地层含有不同的化石组合,而且从老到新化石由简单、低级到复杂、高级。这就是化石层序律。 达尔文进化论.
化石层序律---(1)不同时代的地层,古生物化石特征不同。地层时代越老,古生物越简单、低级,反之亦然.(2)一般来说,不同地区含相同化石组合的地层应属同一时代。
地层层序的建立就是要根据地层层序律和化石层序律来进行的。当我们对一个地区的地层进行研究时,根据化石特征推断出地层时代的相对新老,确立地层的上下关系,再根据地层的接触关系,建立地层柱状图。
3. 地层接触关系,某一地层与上下相邻地层能根据某些特征和属性区分开,它们之间的区分界线有两大类。
整合接触: 上下两套地层之间时代连续,岩层产状一致.
不整合接触:上下两套地层之间时代不连续,中间缺失某些时代地层.
其中又分:角度不整合:上下两套地层之间时代不连续,中间缺失某些时代地层,岩层产状角度相交; 平行不整合:上下两套地层之间时代不连续,中间缺失某些时代地层,岩层产状一致。
这里产状是否角度相交,要看总体分布、区域规模, 不能只看局部情况。不整合产生的原因,是构造运动。抬升运动造成平行不整合,褶皱运动造成角度不整合。 剥蚀,缺失地层.
二、地层的划分与对比
地层的划分是根据组成地层的岩层的特征或属性,按照地层的原始顺序,把一个地区的地层划分成各种地层单位。
1. 地层划分
将某地区地层划分出各种地层单位。划分原则:地层原始顺序(地层层序);岩层特征或属性. 划分对比的两种理论
关于地层划分问题,传统地层学与现代地层学大不相同,包括理论上和方法上都差别很大。传统地层学认为,构造运动、岩相古地理变化、沉积和剥 作用的变化、变质作用和岩浆活动的出现、生物界的变迁等五种现象,是地壳发展的统一过程的不同表现。研究一个方面的变化,其结果必然和研究其它方面的结果相符合,所以地层只有一个系统,即界、系、统、阶。故也叫统一地层划分。地层对比根据时代对比。
现代地层学则认为,所谓地壳发展五种现象的统一,只是在极少数特殊情况下才有意义。即便如此,它们也不一定统一于时间, 而穿时性现象却具有普遍性。如造山运动是穿时的,不整合面不代表等时面。因此,现代地层学认为,岩层有多少种能够用于区分的依据,地层就有多少种类的划分,就有多少种类的单位。一种特征的变化并不总是与另一特征的变化相一致,这就是地层划分的多重性。相应地,地层对比也是多重性。
那么,有哪些划分方案呢?据张守信统计,世界上有160多种划分方案(并列关系)。之所以要许多不同种类的划分方案, 不是出于主观意念,而是客观岩层特征和属性的多样性以及研究目的不同所要求的。
人分类可按年龄分类,性别分类,工作单位分类。如对某班同学分类,不同场合要采用不同分类。 物以类聚,人以群分。对于某一具体研究对象而言,在地层的众多分类方案中,不可能也不需要使用所有的各类地层划分,而应根据目的有所选择。对于水文地质,可用透水性划分,对于工程地质,常用抗压强度。在地质学中,目前最常用的地层划分即三类: 岩石地层划分、生物地层划分、年代地层划分.
在传统地层学中,也有岩石地层单位和生物地层单位,但却把岩石地层单位看作是一种辅助性、过渡性的地层单位,一旦弄清了它们的地质年龄,就将其纳入统一的年代地层单位。因而习惯上用化石带的上界、下界,或某生物种属的首次再现或最后消失的位置来确定年代地层单位的界线,从而限制或肢解原来的岩石地层单位。
如江山杨柳岗组定为C-2 , 李蔚木农等(1965)在底部采获时代属于C-1 的节头虫,把底部划出一个大陈岭组。实际上,后来的杨柳岗组和大陈岭组根本无法区分。实习时,都是灰岩,常由老师站在界线上作标志。混淆了生物地层、年代地层、岩石地层之间的关系,使得野外工作难以适从,达不到实习和研究其它方面的目的。不仅如此,江山C-3 灰岩华严寺组、西阳山组都是清一色的薄层灰岩,与杨柳岗组无法区分,都是根据古生物化石来定的,用古生物化石来定岩石地层单位的组,现在看来有点令人莫名其妙。前几年笔者在厘定江山的岩石地层单位时,把这套灰岩统统合并,取名碓边灰岩,这与江西地矿局的魏秀 、龚由勋他们的结论不谋而合,他们把江西境内叫乌石门灰岩。从这个例子,希望同学们领会现代地层学的重要性。
现代地层学认为,岩石地层单位是客观的、第一的,具有永久性,可以用来填地质图,叫组图。根据组图,在室内根据时代编成另一种地质图, 系图。因为时代是一种认识, 随着资料的积累、认识的深化和个人观点不一致会发生改变,故不能在野外填系图。一幅图的完成要大量的人力物力,如C-1界线变了,重新修改,浪费极大。 在国外,特别是西方国家大都测制组图,在组图的基础上编制系图。我国以往进行区域地质调查时都测制系图,如1:20万,部分已完成的1:5万地质图。在<<中国地层指南>>指导下,我国1983年测制出第一幅组图<<巢湖市幅地质图1:5万>>。"七五"期间, 1:5万组图方法研究列为地矿部一级攻关项目,同时组图填图在全国各省市扩大试点。目前1:5万组图测制工作已进入全面推广阶段。阻力较大,地质队人们怕麻烦,还想按从前老方法填系图。地矿部1990年规定,如不按新方法填图,则不验收,追回投资。
2. 地层对比
地层对比是根据岩石特征或属性,对不同地区的地层单位进行比较研究,论证这些地层单位在特征、属性和空间位置上是对应的, 相当。
将不同地区的地层单位进行比较,论证其对应关系. 论证原则(同划分原则).. 实际上,地层的划分与对比是密切相连,前者考虑纵向,后者横向。
三、三种常用地层单位
1. 岩石地层单位
(1)岩石地层单位术语有群、组、段、层。其中组是划分岩石地层的基本单位,也是组图的基本测图单位。一个组必须:(a)具有岩性、岩相和变质程度的一致性;(b)空间位置相当,是连续延伸的。这里指的是岩层组合,(岩相古地理),层位一致。厚几--几百米.
组内可划分为几个段,也可划分出具有特别意义的层(如磷矿层)。两个或两个以上经常相伴出现且又具有某些统一的岩相古地理特征的组可合并为群,岩性复杂、厚度大, 受构造运动影响无法建立原始顺序时,也可视为一个群。
(2)黄泥岗组--红色页岩 陆棚 (黄泥岗页岩)
砚瓦山组--绿色、红色瘤状灰岩 碳酸盐台地 (砚瓦山灰岩)
胡乐组--黑色硅质岩、页岩 陆棚边缘海
单种岩类大于2/3 时,省略"组"字,加岩类名称
藕塘底组分上、下段,红层难分组, 衢江群.
(3)岩石地层单位具穿时性特征。即同一岩石地层单位,在不同地区时代可以不同,沿某一方向有规律变新或变老。 石头山灰岩在石头山C22-P11, 老虎山C22-P12, 江山C22-P1,皖南C21-P1. 如图 砾岩,砂岩,页岩,灰岩四个组.
单位层型:根据一定的岩性、岩相组合确定地层单位的典型剖面(组).
2. 生物地层单位
生物地层划分是根据地层的化石特征,将含化石部分划分成各种生物带。生物进化的不可逆性和阶段性, 简单、低级-->高级、复杂.
地层的化石并不都能用来作为划分对比地层的依据或标准。只有某些标准化石才具有层位意义。
标准化石---生存时间短(演化快,便于精确划分、对比)、地理分布广(便于大区域地层对比,远距离)、特征显著、数量丰富(易于辨认、易于发现), 能用来确定地层层位(或推断地质年代)的生物化石。
比较理想的标准化石有三叶虫、笔石、菊石、竹蜓等类别中的一些种属。例如南京蜓,代表栖霞期.
严格说来,有时生物带也具有穿时性特征。即生物从发源地向外迁移需要时间,故同一生物种属在不同地区出现可能有早有晚。如泥盆纪是鱼的时代,其中一个世界性的属种沟鳞鱼在我国出现于D2世早期,而在国外见于D3, 因此,有人认为这个鱼属源于中国,而后迁移到欧美洲去的。故不仅要研究单个化石,也要研究化石组合,才能较好地确定时代。具体问题具体分析.
3. 年代地层单位
依据时代宙、代、纪、世、期、时划分相应的年代地层单位宇、界、系、统**阶、时间带。主要的为系、统、阶.
年代地层单位的顶底是等时面,代表特定时间间隔内的沉积产物。只要时代相同,而不管其岩性如何。 如图 一、二、三等时面,同一年代地层单位,与岩石地层单位界线斜交.
相对年代确定:根据古生物化石。延伸带.
绝对年龄确定:同位素年龄测定。
界线层型: 在连续出露,没有沉积间断的剖面中,对某一地层单位的上界或下界限定的典型剖面(阶).
四、地质年代表的建立
随着年代地层划分、对比的进展,目前已建立世界性各地质时代的年代地层单位表,以及相应的地质年代表。 表(地层系统及代号)--->(年代地层单位)及代号.
1. 各纪一般分为三个世,也有二分者,如Z,P,K及C,第三纪,第四纪较特殊.
2. 各纪有相应的绝对年龄值。反过来,测定某地层岩石的同位素年龄,推论其地质时代。
3. 生物演化与时间演化的一致性。 动物界、植物界 达尔文生物进化论.根据生物化石推断相对年代.
4.构造运动速度时快时慢,全球构造旋回。每一旋回末,构造运动相对强烈。
吕梁运动: 早元古代末, 华北地块基底形成。
晋宁运动: 晚元古代, 扬子地块基底形成。
加里东运动: 早古生代末。
华力西运动: 晚古生代末。
印支运动: 三叠纪末,中国大陆构造轮廓
燕山运动: 侏罗、白垩纪末
喜山运动: 新生代
第五节 地质图及岩相古地理图
一、地质图 (地质图是用地质符号书写的历史书)
1. 地质图是用一定的符号、色谱和花纹将地壳某部分各种地质体和地质现象(如各种岩层、岩体、断层、产状等), 按一定比例概括垂直投影到平面图(或地形图)上的一种图件。
一幅正规的地质图应该有如下几部分:
(1)图名:地点+图件类型. 如北京市地质图.
(2)比例尺:数字比例尺, 如1:10000 , 一般位于图名之下的正中位置;
线条比例尺 m 100 0 100 200 300 m
└─┴─┴─┴─┘
比值小,则比例尺小,反之大.
(3)图例:图中线条、花纹或色谱所表示的内容的说明。通常放在右方或下方.
地层图例 上新下老 或 左新右老
岩浆岩图例 新-->老(或酸-->基)
构造图例 产状, 地质界线, 断层等
(4)责任表 编图单位,编图人,编图日期,资料来源等。右下角
2. 地质图的编制是以野外现场观察为基础,对区内地层、岩浆活动、变质作用、构造变动等情况进行综合调查研究,再按规定的线条、色谱、花纹等, 将这些现象(地质体)缩小比例表示在平面图上。
江山实习即填图实习。普地实习只读图,不填图。阅读地质图是一门很深的学问.
3. 正规地质图均附有一幅或几幅切过图区主要地层、构造的剖面图。它一般放在地质图的下方。
图切剖面图一般在室内编制.
4. 地层柱状图 按地层新老关系,列一个地层柱子,表示该地区各地层单位,时代,厚度及接触关系, 以及描述岩性特征等。
5. 组图、系图是两种不同类型地质图。前者用岩石地层单位填制,后者用年代地层单位编制.目前1:5万地质图要求按组图要求填制,过去完成的地质图(1:20万,部分1:5万)都是系图。
二、沉积相分析
通常把沉积相理解为沉积岩层的岩性特征、化石特征及其所代表的沉积环境的总和。通过沉积环境恢复古地理.
1. 相分析标志
(1)野外剖面及横向对比,研究层理类型、层面构造、岩性、厚度、生物种类与生态特征;
(2)室内显微镜, 研究岩石组构;
(3)地球化学标志,测试徽量元素(Sr,Ba,B,K等).
2. 主要沉积相类型
(1)河流相:1)粒度下粗、上细构成韵律(二元结构),底部冲刷面发育;2)层理类型多,交错层发育,规模大;3)横向相变快,延伸不稳定;4)产植物化石,陆生脊椎动物骨骼.
(2)湖泊相:1)沉积物细,粉砂、泥,具水平层理;2)化石丰富,植物、淡水双壳类、鱼等.
(3)沼泽相:1)黑色泥岩、页岩,含炭屑;2)植物化石,叶、茎、根;3)夹煤层,含黄铁矿.
(4)滨海相:1)较纯净之石英砂岩等,分选性好;2)化石少,见厚壳动物碎片;3)陆源碎屑少时为潮坪相灰岩、白云岩.
(5)浅海相:1)砂岩、页岩或灰岩;2)海生底栖动物丰富,腕足、蜒、珊瑚等.
(6)半深海及深海相:1)泥质沉积,或生物软泥(灰泥);2)浮游动物,少;3)可见浊流沉积.
三、古地理图
在对某处地区某一时代的地层进行相分析之后,就可以了解该地区在那时的古地理面貌,包括当时的海陆分布,地形、气候等特点。
将某个地区某一时代地层的沉积相及其所反映的地层形成环境(古地理面貌)表示在平面图上,即构成岩相古地理图。表示了对该区地质历史的认识,同时也有助于寻找矿产特别是沉积矿产。
第六节 地质发展史分析
一个地区的地壳演化是一部历史,而这个地区的地层、岩石、构造及矿产则是这部历史的记录。我们要根据这些记录来重塑各个地质事件的发生发展状况,这就是地质发展史分析。
一、沉积岩、地层分析
1. 地层中含有化石,具时代概念。把地层由老到新列个柱子,这样,时间是一条历史分析的主干线。
2. 各个时代的地层,其沉积环境反映了当时的古地理面貌。
二、岩浆活动、变质作用分析
岩浆活动规律、活动时代、期次、岩浆成分。变质作用强弱、时代、期次。
在区域上都反映了构造运动、构造阶段.
三、构造阶段划分
地质发展具阶段性特征。根据不整合面、变形变质特征、岩浆活动、沉积演化阶段性,来划分构造层,以时代为线索,重塑该区地质发展历史。即某一时期沉积作用、岩浆活动、变质作用和成矿作用的特点及相互关系。