地壳演化简史

第5章.地壳演化简史1、教学章节:第九章1～6节（8学时）2、教学目的:理解地壳历史研究方法,掌握年代地层单位和地质年代单位。了解各地质时代所发生的构造运动，动植物演化状况。掌握中生代中国地史概况，掌握第四纪环境变化。3、教学重点：地层的划分与对比，岩相古地理分析，构造历史分析。古生代生物的演化，中生代中国地史概况，新生代环境演变。4、教学难点：各地质时代的生物演化、构造运动等地史特征。5、教学方法：多媒体讲授、附以电教片。6、教学步骤：（）7、作业布置：（见各节）5.1地史的研究方法地层的划分与对比岩相古地理分析构造历史分析5.1.1地层的划分和对比地球经历了46亿年的历史。地球发展过程中的各种信息，记录在自己的“书页”——地层之中。地层中保留有地质历史上历史事件的痕迹——不同时代的生物遗体和遗迹（化石、岩石特征）等。化石和岩性特征中蕴藏着地质时代自然环境的各种信息，我们凭此了解当时的环境特征。恢复地球的历史，主要是靠“阅读”和分析地层中不是文字、却胜似文字的记录。5.1.1.1地层划分的依据地层——在地壳发展过程中形成的各种成层岩石的总称。不仅包括沉积岩，还包括变质的和火山成因的成层岩石。地层与岩层的区别：岩层一般是泛指各种成层岩石，不具有时代含义；地层有老有新，具有时间含义。地层层序（律）——地层上下或新老关系。正常层位——未受扰动的地层，愈处于下部时代愈老，愈处于上部的地层时代愈新。标准剖面——地层出露完全、顺序正常、接触关系清楚、化石保存良好可供进行地层划分、对比等研究的剖面。地层划分的依据（续）地层划分——按地层的岩性、古生物等特征及形成先后顺序，对地层进行分层。地层划分的任务：整理出地层的上下顺序，划分出不同等级的阶段和确定其时代。地层划分的依据：地区岩性、岩层的接触关系、古生物特征及放射性同位素年龄。通过地层的划分，建立本地区的地层剖面，可以了解本地区地壳运动和环境演变情况。地层对比——将不同地区同一时代的地层进行比较。通过地层对比，可以建立广大地区地层的年代顺序系统。了解广大范围的环境的异同。1.沉积旋回和岩性变化沉积岩的岩性，包括组成成份、粒度大小、浑圆度、颜色、结构、构造等。岩性特征：从各个侧面反映沉积岩形成的沉积环境。例如：岩石中含海绿石说明其形成于浅海环境；粒度大小和浑圆度，反映了搬运力的强弱和搬运距离的长短；颜色标志了形成时的氧化还原条件；层理、波浪等构造，反映了沉积过程中的动力条件……又如，一个剖面中，下部是砂页岩含煤层，上部是火山碎屑岩；一个是还原环境和成煤时代，一个是地壳运动强烈和火山活动时代。这样，根据岩性把地层划分成两个单位，代表两个发展阶段。(1).岩性变化(2).沉积旋回沉积旋回——海相地层中，往往岩相由粗到细又由细到粗的重复变化称一个沉积旋回。一个完整的沉积旋回，由一套海侵层位和一套海退层位构成。一个大旋回中，可以包含几个次级或更次级小旋回。地层中一个沉积旋回不一定是完整的。因海侵层位容易保存，海退层位则不易全部或者根本不保存。每一沉积旋回，一般总是由粗碎屑岩开始，称底砾岩。因此，底砾岩的下部层面一般是两个地层单位的分界面。陆相地层中，沉积旋回不一定很清楚。沉积旋回（续）华北燕山区中、上元古代地层剖面长城群下部为砂页岩，上部为白云岩；蓟县群以石灰岩为主，顶部为页岩；青白口群下部为页岩、粉砂岩，上部为白云岩。这一剖面由下而上代表了一个巨大的沉积旋回。在这个大旋回中，每一个群又代表了一个次一级的旋回。沉积旋迥反映了地史中古地理环境的规律性变化。通常大的沉积旋迥是划分较大地层单位的标志。2.岩层接触关系岩层间的不整合面是划分地层的重要标志。任何类型的不整合，都代表岩层的不连续现象，反映了地理环境的重大变化。两大沉积旋回之间存在着不整合面，根据不整合面和沉积旋回所划分出来的地层界限常是一致的。对于侵入岩，必须根据侵入岩和围岩的接触关系确定时代。侵入接触；沉积接触。如有多次侵入，侵入体往往互相穿插，则被穿过的岩体时代较老，穿越其他岩体者时代较新。地层的五种接触关系3.古生物化石确定各地层的具体时代，则必须根据地层中所含的生物化石。化石——保存在地层中的地质时期的生物遗体和遗迹。遗体：动物骨骼、硬壳等；遗迹：动物足印、虫穴、蛋、粪便、人类石器等。化石形成的条件：生物本身有硬壳、骨骼等不易毁坏的硬体；生物死后尽快地沉积物掩埋的条件；生物遗体经较长时间的填充、置换升馏等。标准化石——生存时间短、演化快、分布地区广、个体数目多的生物种类所形成的化石。其仅出现在一定的地层中，是划分地层的可靠标志。如寒武纪的三叶虫，奥陶纪、志留纪的笔石等。生物层序律生物是从简单向复杂，从低级向高级发展的，生物演化既具有不可逆性，又具有阶段性。一定种类的生物或生物群总是埋藏在一定时代的地层里，而相同地质年代的地层里必定保存着相同或近似种属的化石或化石群。例如：在某地层中发现有莱氏三叶虫，则可以据此断定该地层属早寒武世。5.1.1.2地层的对比在地层划分的基础上，根据岩性、古生物和构造运动特征，进行地层对比，建立区域性的地层新老关系和年代顺序。之后，还可以在更大范围内进行地层对比，建立大区域的甚至全球的地层年代顺序。地层的对比示意图如图，为数个出露不全的地层剖面的自然露头，根据岩性等特征进行对比后，得到这一地区完整的地层综合剖面。地层对比图5.1.2岩相古地理分析沉积相——沉积物特征、生物特征及其历代表的生成环境的总和。包括岩相(或沉积岩相)和生物相。生物相——指反映一定沉积环境的生物群的生态特征。如含大量笔石的笔石相，反映流水不畅的海湾环境。岩相——指反映一定沉积环境的岩性特征，包括矿物组成、化学成份、粒度大小、分选性、磨圆度和结构、构造等。生物相和岩相都反映了沉积岩形成时的沉积环境，如浅海三叶虫页岩相标志了岩性是页岩，内含三叶虫化石，其代表的沉积环境是浅海。沉积相分为：海相、陆相、（海陆）过渡相。5.1.2.1沉积相的分类1.海相沉积滨海相、浅海相、半深海相和深海相。此外还有非正常海相。(1).滨海相位于低潮线和高潮线之间及其临近地带的狭长滨海区。潮汐和波浪作用占主导。可分为潮上带、潮间带和潮下带。沉积物以碎屑物如砾石、砂等为主；由于波浪作用强，所以磨圆度和分选度较好，常具交错层、波痕、干裂等，含海生动物贝壳，但多破碎。近年认识到在滨海区还可以形成碳酸盐岩沉积。潮上带碳酸盐岩中常夹石膏，具碎裂纹理及泥裂，缺乏生物。在潮间带，常有介壳滩、鲕状及生物碎屑灰岩，间有白云岩及石膏层。有时在潮上带被冲碎的岩块又冲到潮间带，胶结形成竹叶状灰岩，常具有泥裂及生物钻孔潜穴。潮下带水动力条件平稳，常呈水平层理灰岩，化石完整丰富。(2).浅海相海面到深200m左右的浅海区，相当于大陆架上的海洋部分。波浪作用减小，阳光充足，底栖生物繁盛，沉积物以陆源细碎屑物质、化学和生物化学沉积物质为主，富含生物遗体。一般为：砂岩→页岩→泥灰岩→石灰岩。常夹有Al、Fe、Mn等胶体沉积，以及磷块岩等生物化学沉积而成的矿产。有时含特有的鲕状结构；生物化石种类多而且丰富。有些是在广阔的陆表海中沉积形成。陆表海又称内陆海，深度小于200m，沉积分异明显，如有海侵海退，沉积旋回也比较清楚。(3).半深海相和深海相即相当于大陆坡及海盆底地带。深海沉积物少含或基本不含有陆屑物质，以各种碳酸盐岩为主。现代深海沉积有较多的由具有灰质和硅质硬体的微小浮游生物遗体堆积而成的生物软泥，及铁锰结核。铁锰结核的物质来源可能与海底火山喷发以及海底地下含矿热水喷出有关。(4).非正常海相淡化海如现代的黑海，水域较深，陆地包围，大量淡水注入，海水淡化。水的垂直循环不畅甚至停止，因此海底为缺氧的还原环境。生物死亡下沉，形成富含有机质黑色泥质沉积。古代地层中有含笔石黑色页岩相，大致相当此沉积。咸化海干燥气候条件下的内海，蒸发量大于淡水补给量，形成含盐量高的咸化海。这种海一般规模较小，海水较浅，不易形成还原环境，常形成缺少生物化石的膏盐或白云岩沉积。2.陆相沉积大陆上相对低洼部位接受沉积，形成陆相地层。陆相沉积物以碎屑岩为主，水平方向上岩性和厚度的变化大。多种层理，水平层理、斜交层理和交铅错层理等。干燥地区，沉积物因氧化常呈红色。保存有陆生植物及淡水动物的化石。陆相沉积物按成因可划分为：残积、坡积、洪积、河流、湖泊、冰川和风成相等。各种陆相地层沉积物的特点：残积相和坡积相为土状铁、锰、铝组成个风化壳；洪积多为砾岩、砂岩等粗碎屑岩。冲积相多由砾岩、砂岩、粘土岩等组成，磨因度好，形成于河床、河漫摊，水平层理、斜层理和交错层理均较发育。湖泊相以细秒岩、粉砂岩及粘土岩为主，常具有极薄的层理。冰川相沉积物分选性差，不具层理，砾石多成棱角状。风成相沉积物以砾岩和粉砂岩为主。3.过渡相沉积（海陆交互相沉积）形成于滨海地区，包括三角洲相和潟湖相。三角洲相河流的三角洲。砂质沉积为主，具向海洋方向倾斜的斜层理；陆生植物、淡水和海生动物化石混杂。底部沉积物变细，以粉砂及粘土为主，层理水平，富含海生动物化石。潟湖相滨海地区的潟湖。湿润气候下，形成砂页岩和泥炭层，具薄的水平层理；干燥炎热气候下，形成白云岩、石膏、石盐等。5.1.2.2岩相分析的主要依据指相化石（群）——代表特殊的地理环境，且指示特殊岩相的化石（群）。标准化石和指相化石结合起来，是确定地层时代、岩相和重塑古地理环境的重要依据。不同的化石指示不同的古地理环境。例如：现代珊瑚的生活环境：水温20℃左右，水中没有混杂的泥沙，水深不超过50—70m。则：珊瑚化石指示清澈温暖的浅海环境。破碎的贝壳指示滨海环境。不同的植物化石指示不同的陆相环境，如苏铁——气候湿热；银杏——气候温和等。1.生物化石2.岩性特征和结构岩性特征、结构和构造等是一定环境下沉积物的表现形式。因此，是岩相分析的重要根据。红色岩层——氧化环境；黑色页岩并含黄铁矿——还原环境；交错层、不对称波痕——流动浅水地区；干裂——滨海、滨湖环境；鲕状赤铁矿和石灰岩——温暖气候下的动荡浅海；竹叶状灰岩——波浪作用所及的潮上和潮间带、浅海环境或风暴环境；盐假象——气候干燥环境等。3.特殊矿物有些矿物形成于一定环境下，可以起指相作用。海绿石——较深浅海环境；石膏、石盐——干燥环境；白云岩（指形成于古生代以后者）并少含化石——咸化海或潟湖环境。5.1.2.3岩相分析的原则——现实类比法莱伊尔的现实主义原理：“以今证古”、“现在是认识过去的钥匙”。认为：今天的自然作用及其产物在种类和规模上与过去的并无不同——“一致论或均变论”。地质发展史上曾起过进步作用，但没有考虑到地质作用过程中的突变因素。以今证古进行岩相分析时需要考虑的因素：必须充分考虑历史条件、时间和环境；渐变与突变；气圈、水圈、岩石圈、生物圈的演变等。这种现实主义与历史分析相结合，用历史发展的辩证观点研究地史的方法，叫现实类比法。现实类比法需要考虑的因素自然界演化的不可逆性地壳历史中，大气圈、水圈和岩石圈及生物界是不断发展的。如大气圈在地史初期，火山活动强，CO2含量比现在多；石炭二叠纪，大规模森林出现，光合作用，使大气成分CO2减少，O2增加。在生物界，如地质时期海百合生活于亚浅海区，现代却生活于深浅海区。又如白云岩为咸化海或潟湖沉积，但寒武纪前却广泛地形成于正常海中。时间因素有些地质作用，短期作用和长期作用的结果有很大的差异。如，地质时代海相沉积物的机械分异普遍；现代海洋沉积中，由于时间短促机械分异不明显。沉积物的后生变化古老的沉积岩都经历了长期的后生作用，已改变了沉积时的面貌；而现代沉积还不能看到后生变化，尽管环境相似，地质作用的结果不一定完全相同。岩相分析图5.1.2.4古地理图古地理图——对一定地区一定时代的地层进行岩相分析之后，把当时的海陆分布、地形、气候等情况综合起来绘成的图件。5.1.3构造历史分析构造历史分析——根据岩相的垂直变化、岩层厚度、岩层接触关系等，重塑地壳构造运动。地壳的发展是从一个旋回到另一个旋回的过程。每一个旋回所形成的全部地层，称一个构造层。两个构造层之间总是被广泛的区域性不整合所分开。地壳发展的过程，根据地