第三章 地层古生物

中国矿业大学资源与地球科学学院王继尧地质学基础第三章地层、古生物与地史地质学基础古生物与地质年代地史简介地层及地质年代第一节地层及地质年代1岩层与地层岩层：在野外或矿井中，人们常常见到一层层叠置的岩石，通常称为岩层；地层：通常为某一地质时期所形成的岩层；特点：地质时代所含矿产新老关系地层层序律：在正常情况下，岩层的顺序总是上新下老。地层单位2、地质年代及其确定生物地层单位是根据地层中所含有的生物化石内容和特征划分出来的地层单位。生物地层的单位有：组合带、延限带、顶峰带岩石地层单位是由岩性、岩相、或变质程度均一的岩石组成的三维地质体。岩石地层单位：群、组、段、层年代地层单位是在特定的地质时间间隔内形成的岩石体。这种单位代表地史中一定时间范围内形成的全部岩石，而且只代表这段时间内所形成的岩石。年代地层单位是按时间阶段来划分的，与地质年代严格对应，没有固定的岩石和生物内容。生物地层单位组合带：指其所含的化石或其中的某一类化石，从某整体来看，构成一个自然的组合，并以此区别于相邻地层内的生物组合。延限带：是指任一生物分类单位在其整个延续范围之内所代表的地层体。顶峰带：某些化石种、属最繁盛的一段地层。它不包括前期出现数量不多时的地层，也不包括后期逐渐稀少时的地层。上述三种类型并非是相互包容或从属的关系年代地层与地质年代的关系年代地层单位地质年代单位岩石地层单位宇宙界代系纪统世群阶期组时间带时段层群最大的岩石地层单位其通常相当于一个统，有可能大于统，甚至大于系。由于震旦纪以前的地层尚未建立系和统，就有必要对这个复杂的较高一级的地层序列给予专名，如青白口群、阜平群——普遍的用法。有时，一段地层岩性和成因比较复杂、厚度巨大，内部包括一些不连续面，但又无明显的界线可以划分组时，也把它称为群。因此，群的含义系指连续的、在成因上相互相联系的几个组的组合，或指厚度巨大、岩性复杂、又不能分组的一套岩系。组划分岩石地层的基本单位。其重要含义：具有岩性、岩相、和变质程度的一致性。组或者由一种岩石构成，或者以一种主要岩石为主，夹着重复出现的夹层；或者由两三种岩石交替出现所构成，还可能以很复杂的岩石组分为一个组的特征，而与其它比较单纯的组相区别。所以组的界线在岩性上应当是容易识别的。组的厚度一般从几米到几百米。组应当展布于一定范围，便于追索对比，在此范围内其岩性、岩相应基本稳定。如龙潭组、山西组等。指厚度巨大、岩性复杂、又不能分组的一套岩系。段是比组小一级岩石地层单位。它在组内具有与相邻岩层不同的岩石特征。通常一个组可以根据岩层岩性特征等标志的不同而划分为若干段。如栖霞组内的臭灰岩段、下硅质层组；龙潭组内的下含煤段、中含煤段、上含煤段等。层是最小的岩石地层单位。指组内或段内的一个明显的特殊岩性的岩层单位。3地层划分与对比1）地层的划分和对比概念通过地层对比，可更好地了解和掌握地层的分布规律，为找矿打下基础。2）地层划分和对比的方法A-根据岩层的生成顺序划分和对比B-根据岩层的岩性特征划分和对比C-根据岩层中赋存的古生物化石划分和对比D-根据地层之间的接触关系E-利用放射性同位素测定地质年代二、古生物与地质年代表1、生物进化的特点1）由简单到复杂、由低级到高级、从水生到陆生向前发展。2）生物演化发展具有阶段性和不可逆性。在较早时代已灭绝的生物类型在以后的时期内不会在出现。3）化石化石是保存在地层中的生物遗体或遗迹，并经石化作用后形成的。化石包括实体化石和遗迹化石。化石层序律每一地层中各有其特定的化石。不同地层中的生物化石相比较可确定化石的先后次序。二、古生物与地质年代2、地质年代及其确定实体化石——硅化木山西保德扒楼沟山西组遗迹化石——动藻迹山西保德扒楼沟太原组遗迹化石是指由生物活动而产生于沉积物表面或内部并具一定形态的各种痕迹。遗迹化石宁夏乌海卡布其太原组3、地质年代表在划分地层系统的基础上，将地壳的发展历史对应地划分为若干级别的地质年代单位。地质年代的国际通用单位是：宙、代、纪、世等。地壳的历史演化经历了太古宙、元古宙和显生宙。其中，显生宙包括古生代、中生代和新生代。宙代纪世年龄Ma构造运动植物动物元古宙PT新元古代Pt3震旦纪Z晚震旦世54368080010001400180023002500280032003600吕梁运动五台运动藻类早震旦世南华纪Nh青白口纪Qb中元古代Pt2蓟县纪Jx长城纪Cc古元古代Pt1滹沱纪Ht太古宙AR新太古代AR3中太古代AR2古太古代AR1始太古代AR0地质年代表(一)宙代纪世年龄Ma构造运动植物动物显生宙PH古生代PZ二叠纪P晚二叠世P3250295354410438490543海西运动加里东运动裸子植物孢子植物大量繁盛两栖动物中二叠世P2早二叠世P1石炭纪C晚石炭世C2早石炭世C1泥盆纪D晚泥盆世D3中泥盆世D2早泥盆世D1志留纪S晚志留世S3裸蕨植物海藻大量繁盛鱼类无脊椎动物中志留世S2早志留世S1奥陶纪O晚奥陶世O3中奥陶世O2早奥陶世O1寒武纪晚寒武世中寒武世早寒武世地质年代表(二)宙代纪世年龄Ma构造运动植物动物显生宙PH新生代CZ第四纪Q全新世Qh2.4823.365137205250喜马拉雅运动（晚）喜马拉雅运动（早）燕山运动(晚)燕山运动(早)印支运动海西运动被子植物大量繁盛古人类出现哺乳动物更新世Qp新近纪N上新世N2中新世N1古近纪E渐新世E3始新世E2古新世E1中生代MZ白垩纪K晚白垩世K2被子植物裸子植物大量繁盛爬行动物早白垩世K1侏罗纪J晚侏罗世J3中侏罗世J2早侏罗世J1三叠纪T晚三叠世T3中三叠世T2早三叠世T1地质年代表(三)一）藻类和无脊椎动物时代--元古代、寒武纪、奥陶纪约25亿-4.38亿年前藻类是元古代海洋中的主要生物，大量藻类如蓝藻、绿藻、红藻在浅海底一代复一代的生活，逐渐形成巨大的海藻礁，又称叠层石。4、地球环境与古生物演化一）藻类和无脊椎动物时代--元古代、寒武纪、奥陶纪寒武纪时各门类无脊椎动物大量涌现，但以三叶虫为最多，约占当时动物界的百分之六十。奥陶纪时各门类无脊椎动物已发展齐全，海洋呈现一派生机逢勃的景象。主要包括腕足、珊瑚、鹦鹉螺以及古杯类、腹足类、苔藓虫等。4、地球环境与古生物演化4、地球环境与古生物演化一）藻类和无脊椎动物时代--元古代、寒武纪、奥陶纪二）裸蕨植物和鱼类时代——志留纪、泥盆纪(距今4.38—3.55亿年间)这段时期，生物发展史上有两大变革:其一是生物开始离开海洋，向陆地发展。首先登陆大地的是绿藻，进化为裸蕨植物，它们摆脱了水域环境的束缚，在变化多端的陆地环境生长，为大地首次添上绿装。其次是无脊椎动物进化为脊椎动物。志留纪时出现的无甲胃鱼类，是原始脊椎动物的最早成员，但却不是真正的鱼类；到泥盆纪时出现的盾皮鱼类和棘鱼类才是真正的鱼类，并成为水域中的霸主。4、地球环境与古生物演化真掌鳍鱼（总鳍鱼类，D3）三）蕨类植物和两栖动物时代--石炭纪、二叠纪（在距今3.55—2.5亿）石炭纪时裸蕨植物已绝灭了，代之而起的是石松类、楔叶类、真蕨类和种子蕨类等孢子植物，它们生长茂盛，形成壮观的森林。与森林有密切关系的昆虫亦发展迅速，种属激增。脊椎动物在石炭纪时向陆上发展，但因为不能完全脱离水域生活，只能成为两栖类动物，到二叠纪末期，两栖类逐渐进化为真正的陆生脊椎动物—原始爬行动物。4、地球环境与古生物演化四）裸子植物和爬行动物时代--中生代（距今2.5—0.65亿前)中生代是地球发展历史上一个较活跃的时期，主要表现为联合古大陆的解体、板块漂移，古地理、古气候的明显变化，生物界面貌焕然一新。许多海洋无脊椎动物绝灭，如三叶虫、四射珊瑚、蜓等。代之是菊石和双壳类动物的繁盛。4、地球环境与古生物演化四）裸子植物和爬行动物时代--中生代（距今2.5—0.65亿前)中生代是地球发展历史上一个较活跃的时期，主要表现为联合古大陆的解体、板块漂移，古地理、古气候的明显变化，生物界面貌焕然一新。许多海洋无脊椎动物绝灭，如三叶虫、四射珊瑚、蜓等。代之是菊石和双壳类动物的繁盛。四）裸子植物和爬行动物时代--中生代中生代生物界最大的特点是继续向适应陆生生活演化。裸子植物进化出花粉管，能进行体内受精，完全摆脱对水的依赖，更能适应陆生生活，形成茂密的森林。脊椎动物中鱼类和两栖类相当繁盛，爬行动物迅速发展，演化出种类繁多的恐龙，成为动物界霸主，占据了海、陆、空三大生态领域。中生代后期，出现了鸟类以及哺乳动物。四）裸子植物和爬行动物时代--中生代4、地球环境与古生物演化中生代末期，生物界又一次发生了剧烈的变革，极度繁荣的恐龙突然绝灭；海域里很多无脊椎动物如海蕾、海林檎、菊石、箭石等，亦未能够逃脱这次巨变而遭淘汰。腹足类、双壳类、六射珊瑚等进一步发展后。进入新生代，一些类群如鸟类和哺乳类等产生了更高级的科、属，获得兴盛发展；被子植物因种子在子房内发育，并进行双受精作用，完全摆脱了水域环境的束缚，取代了裸子植物，成为植物界的霸主。五）被子植物和哺乳动物时代—新生代六千五百万年前到今天五）被子植物和哺乳动物时代—新生代4、地球环境与古生物演化第三节地史简介太阳系的形成约在4600Ma（46亿年）以前。作为太阳系的一员的地球—月球体系也大体在同时形成。据研究，地球是由星云物质凝聚而成，经过数亿年的演化，逐渐显示圈层结构，并于4000Ma前形成原始地壳。但由于后来强烈的地壳运动和变质作用的破坏，目前在地壳中发现最古老岩石的年龄约3800Ma。该年代可视为地球地质历史时期的真正开始，它标志着地球从天文演化阶段进入地质演化阶段。在距今4600~3800Ma，这段时间中，缺乏实际的地质记录。一、前寒武纪地史寒武纪大约开始于距今540Ma前。距今3800Ma——到距今540Ma的寒武纪这段漫长的地质史，称作为前寒武纪（为非正式地质年代单位）。在这个时期形成的地层记录相应地称为前寒武系，其中富含金属和稀有金属等多种矿产。由于前寒武纪地层形成的时间久远，经历了多次的构造运动、岩浆活动及变质作用的影响，关于前寒武纪内部的时代划分、命名和分界时限，长期存在着争论。现基本公认：距今2500Ma，分为太古代和元古代。二、古生代与聚煤作用古生代是显生宙第一个代，是地球上第一个生物大量繁盛的时代，其地层中生物化石异常丰富。古生代：早古生代和晚古生代。早古生代:寒武纪、奥陶纪和志留纪组成；少量的石煤：形成于浅海环境；晚古生代:泥盆纪、石炭纪和二叠纪。——煤炭大量聚集的时代。华北：本溪组、太原组和山西组。。。；华南：测水组、童子岩组、龙潭组。。。；三、中生代与聚煤作用中生代是地球上生物演化达到中等阶段的时代。中生代包括三个纪：三叠纪、侏罗纪和白垩纪。聚煤作用主要发生在我国东北、西部地区，主要为陆相成煤，煤层厚度大、层数多、对比困难。四、新生代也不少煤炭聚集，但范围小，煤层变质程度低。