地壳演化简史概要

第五章：地壳演化简史姓名：唐晓峰专业：人文地理学学号：2014110802004学院：生态旅游学院教师：吴利华老师第一节：概述第二节：地壳历史的研究方法第一节：概述地壳的发展历史简称地史。地球表面有广阔的大洋、起伏的大陆、复杂多样的自然环境、千差万别的动植物群落，如此丰富多彩的自然环境都是地球发展演变的结果。为了了解地壳的发展过程和演化规律，就必须研究地史。长期以来，地质调查主要局限于大陆部分，自20世纪50年代开始对海底的探测和地壳深部及上地幔的研究逐步开展，航天技术与遥感技术的发展应用，为认识地球提供了新线索和新领域，但这仅仅是开端，目前资料最多的仍旧是大陆壳的历史。不过，在地球科学领域，向地球内部、向广深海洋进军的时代已经开始。地球经历了46亿年的历史。研究人类历史有文字文物可考，研究地球历史却无任何文字和文物可鉴。但地球本身在特殊的“书页”中记录了自己的发展历程，这些“书页”就是地层。地层留下了历史事件的痕迹，保存了不同时代的生物遗体和遗迹，遗留下环境变化的物质凭证。恢复地球的历史，主要是靠“阅读”这些不是文字却胜似文字的记录，通过地层层序、构造顺序和古地理环境的分析来实现。全球统一的、客观的时间标尺，年代更是重建地球历史的基础。第一节：概述一、地层学理论的建立地层即地壳上部成带状展布的层状岩石或堆积物，是地壳演化历史的物质记录。人类对于地层的感性观察与认识可以追溯到古代希腊、中国和阿拉伯世界，其共同的特征是把陆地高山上岩层中所含的化石，作为“沧海桑田”海陆变化的证据。第一节：概述古希腊的色诺芬尼提出，化石是海生动物被大水挟带泥沙一起冲到陆地上堆积而形成。亚里士多德认为“陆地和海洋的分布不是永恒的”，海陆变迁是“按一定规律在一定时期发生的”。阿拉伯学者阿维森纳和比鲁尼认识到岩层中的化石是海陆变迁的证据，化石的形成要经历很长时间。中国晋代葛洪所著《神仙传》中载有“东海三为桑田”的故事。唐代颜真卿，宋代沈括都把山崖中的螺蚌壳视为沧海桑田变化的见证。宋代朱熹明确指出，岩石“即旧日之土”，化石螺蚌壳“即水中之物”，他认为由于地壳变动“下者变而为高，柔者变而为刚”，对地层和化石形成给予了科学的解释。第一节：概述欧洲人对化石和地层的细致观察始于文艺复兴时期。意大利著名画家、科学家达.芬奇将贝类化石和现代贝类进行比较，得出化石是过去生物遗体的正确结论。在其《笔记》一书“地球和海”一章中，反复论述了是地壳运动把含有生物化石的岩层抬升到高处。科隆纳F区分了化石的保存类型，并将化石分为陆生、海生两大类。在持化石生物成因观点的学者中，不少人将化石与诺亚洪水联系起来。英国的伍德沃德J在《地球自然历史初探》(1695)中提出全球性洪水造成大部分生物死亡，化石就是它们的遗体。这种“洪积说”观点曾为人们普遍接受。第一节：概述对地层的科学研究做出重要贡献的是丹麦学者斯泰诺N。他在《天然固体中的坚质体》(1669)一文中，论述了地层、山脉的形成过程，并提出了地层学的重要基础原理——地层层序律，具体包括：a、叠置律，地层未经变动时则上新下老；b、原始连续律，地层未经变动时则呈横向连续延伸并逐渐尖灭；c、原始水平律，地层未经变动时则呈水平产状。第一节：概述根据不同岩层所含化石的出现顺序确定地层相对顺序的原理称为化石顺序律。这一原理是法国吉罗-苏拉威1777年首先发现的，但由于当时的欧洲处于水成论和火成论激烈争论的年代，所以这一原理并没有受到重视。1796年，英国的史密斯独立的提出了“每一岩层都含有其特殊的化石，根据化石可以鉴定地层顺序”的论断，并成为这一原理的实践者。但是他两所确立的化石顺序律还只是经验性的，直到1859年达尔文发表《物种起源》确立了生物进化论，才赋予化石顺序律以科学性。生物进化不可逆性和阶段性的规律与化石顺序律的结合，奠定了生物地层学的理论基础。第一节：概述19世纪末，人们发现同时期形成的地层在不同地点具有不同的岩性，这种变化导出了岩相横向变化的概念。1894年，德国学者瓦尔特在《历史性科学——地质学导论》一书中把岩相横向变化与海侵作用联系起来，说明了沉积环境随时间的推移在空间上的变化，解释了时间界面同岩相界面的关系，提出了著名的岩相对比定律，称为瓦尔特定律。第一节：概述二、时间标尺的建立地球历史年龄以及相对时间标尺的建立，主要要靠地质学三大基础理论的建立，才得以实现。a、“地层三定律”b、“大地质旋回”的理论c、“化石顺序定律”第一节：概述地质年表（或称地质年代表、地质时代表）的编制标志着地球演化时间标尺的建立。在相对地质年代的基础上，应用同位素地质年代进行准确的测年，二者相辅相成，所得到的地质年表不仅可以反映地球历史发展的顺序、过程和阶段，而且能够确立地质时代无机界和生物界的演化速度。第一个带有同位素年龄数据的地质年表是英国地质学家霍姆斯于1913年提出的，以后又陆续出现不同时间、不同国家、不同学者提出的地质年表。第一节：概述时代单位（宙、代、纪、世）相对应的地层单位（宇、界、系、统），如太古宙形成的地层称太古宇，古生代形成的地层称为古生界，寒武纪形成的地层称为寒武系，早、中、晚寒武世形成的地层分别称为下、中、上寒武统……各个地质时代单位都标有英文字母代号，宙（宇）的符号采用两个大写字母，如太古宙（宇）的代号为AR；代（界）的代号也是两个字母，但第一个字母大写，第二个字母小写，如古生代（界）的代号为Pz；纪（系）的代号都是采用一个大写字母，如奥陶纪为O，志留纪为S等等，这些代号都是各自英文名称的缩写。冥古宙太古宙震旦纪遗留下来的地貌三叶虫化石奥陶纪海底样貌志留纪泥盆纪邓氏鱼“巨虫时代”石炭纪二叠纪植物群落侏罗纪“恐龙时代”白垩纪海陆分离第四纪第二节：地壳历史的研究方法一、地层的划分与对比（一）地层划分的依据所谓地层是在地壳发展过程中形成的各种成层岩石的总称，包括变质的和火山成因的成层岩石在内。从时代上讲，地层有老有新，具有时间的概念。地层和岩层这两个名词相似，但岩层一般是泛指各种成层岩石，而不必具有时代的概念。第二节：地壳历史的研究方法地层既然具有时代的概念，所以地层就有所谓上下或新老关系，这叫做地层层序，也就是相当于一本书的页次。如果地层没有受过扰动，愈处于下部的地层时代愈老，愈处于上部的地层时代愈新，叫做正常层位。这种上新下老的关系叫地层层序律。第二节：地壳历史的研究方法地层划分的主要依据：1、沉积旋回和岩性变化2、地层接触关系3、古生物（化石）第二节：地壳历史的研究方法1、沉积旋回和岩性变化对一个地区的地层进行划分时，一般是先建立一个标准剖面。凡是地层出露完全、顺序正常、接触关系清楚、化石保存良好的剖面就可以作为标准剖面。如果是海相地层，往往表现出岩相由粗到细又由细到粗的重复变化，这样一次变化称一个沉积旋回，也就是每一套海侵层位和海退层位构成一个完整的沉积旋回。第二节：地壳历史的研究方法2、地层接触关系地层之间的不整合面是划分地层的重要标志。任何类型的不整合（平行不整合和角度不整合）都代表岩层的不连续现象，反映了地理环境的重大变化。第二节：地壳历史的研究方法地层划分的对象一般是沉积岩，但对于火成岩也必须确定它的新老顺序。对于喷出岩来说，如果喷出岩夹于沉积岩层之间，只要把喷出岩上下沉积岩的时代确定出来，喷出岩的时代就知道了。（图5-1）第二节：地壳历史的研究方法对于侵入岩来说，则必须根据侵入岩和围岩的接触关系确定时代。一种关系是侵入接触，即岩浆体侵入围岩之中，其特点是围岩接触部分有变质现象，火成岩中还往往有捕虏体存在。这种情况，可以确定侵入岩的时代晚于围岩（图5-2）。另一种关系是沉积接触，即侵入岩上升地表遭受侵蚀之后，又为新的沉积岩层所覆盖。其特点是上覆沉积岩层不可能有接触变质现象，而侵入岩中也不会有上覆岩层的捕虏体存在。这种情况可以确定侵入岩的时代早于上覆岩层的时代（图5-3）。第二节：地壳历史的研究方法如果有多次侵入现象，则侵入体往往互相穿插，在这种情况下，被穿过的岩体时代较老，穿越其他岩体者时代较新（图5-4）。第二节：地壳历史的研究方法3、古生物（化石）凡是保存在地层中的地质时期的生物遗体（如动物骨骼、硬壳等）和遗迹（如动物足印、虫穴、蛋、粪便、人类石器等）都叫化石。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。所以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。这种关系就叫生物层序律。这样就有可能根据化石确定地层的地质年代。猛犸象第二节：地壳历史的研究方法（二）、地层的对比地层划分是指对一个地区的地层进行时代的划分，而地层对比是指不同地区的地层进行时代的比较。在地层对比的基础上才能了解广大地区地史发展过程的共性和异性，才能具体认识地层区域性特征，了解地层空间分异的情况。例如，河北、山西、山东、河南、陕西等地区都各发育了一套地层，弄清哪些是同时代的，哪些不是同时代的，然后才能了解整个华北地区什么时候有海侵，范围有多大，哪里最深或最浅，什么时候有海退，哪里变成了陆地，生物是怎样演化的，各地区之间有什么共性和差异等。第二节：地壳历史的研究方法例如，在甲、乙、丙3个地点均含有相同的化石，把含相同化石的地层用虚线连接起来，说明它们属于同一时代的地层。有的剖面未见底部出露，有的剖面未见顶部地层，但把甲、乙、丙3地的地层综合在一起，就可以知道一个地区的全部地层顺序、岩性、厚度、含化石情况等（如图5-5右侧综合图），同时对此进行分析，这一地区的古地理发展情况也就一目了然了。第二节：地壳历史的研究方法第二节：地壳历史的研究方法二、岩相古地理分析（一）、沉积相分类各种沉积物和沉积环境之间都有密切的内在联系。因此根据沉积环境可以把沉积地层分为海相、过渡相和陆相三类。1、海相沉积（1）、滨海相：发育于低潮线和高潮线之间及其临近地带的狭长滨海区，潮汐作用和波浪作用占主要地位。（2）、浅海相：存在于海面到海面下200m左右的浅海地区，约相当于大陆架上的海洋部分。（3）、半深海相和深海相：存在于半深海（海面下约200-2500m）和深海（约2500m以下）地区，即相当于大陆坡及大洋盆地地带。第二节：地壳历史的研究方法（4）、非正常海相：包括淡化海和咸化海。第二节：地壳历史的研究方法2、过渡相沉积（海陆混合相沉积）发育于滨海地区。其中主要包括三角洲相和潟湖相：（1）、三角洲相：在河流入海处，特别是在河流含砂量大、海底较浅而且比较稳定的地区，常常形成三角洲。（2）、潟湖相：形成于水体与海洋的联系为砂堤部分隔绝的滨海地区。第二节：地壳历史的研究方法3、陆相沉积大陆是遭受剥蚀的地区，但在相对低洼部位可以接受沉积。和海相沉积相比，陆相沉积类型多种多样，横向变化显著，地层对比也比较困难。沉积物中以碎屑（砾、砂、泥）成分为主，有时含陆生动植物化石。陆相沉积对于气候和地形的反映十分敏锐，在不同气候、地形和外营力的条件下便有不同类型的沉积，主要有残积、坡积、洪积、冲积、湖泊和沼泽沉积、风积、冰川和冰水沉积、洞穴堆积等。第二节：地壳历史的研究方法（二）、岩相分析主要依据1、生物化石例如现代珊瑚生活要求水温20℃左右，水中没有混杂的泥沙，水深不超过50-70m，因此珊瑚化石指示清澈温暖的浅海环境。2、岩性特征和结构例如，红色岩层指示氧化环境；黑色页岩并含黄铁矿指示还原环境；交错层、不对称波痕等反映流动浅水地区；干裂反映滨海、滨湖等环境；3、特殊矿物有些矿物是在一定环境下形成的，可以起指相作用。例如海绿石代表较深浅海环境；石膏、石盐等代表干燥环境。第二节：地壳历史的研究方法（三）、岩相分析的原则——现实类比方法1、自然界演化的不可逆性在地壳历史中，大气圈、水圈和岩石圈以及生物界总是不断发展的。以大气圈而论，过去和现在并不一样。地史初期，由于当时火山活动强烈，大气中二氧化碳含量比现在多；到石炭二叠纪，由于大规模森林的出现，增加了光合作用，大气成分有了变化，二氧化碳含量减少，而氧的含量增加。由此看来，大气的成分在变化，大气的地质作用也必然在改变。第二节：地壳历史的