绪论及地层学原理(1-2章)ppt课件

综合地层学,主讲人：肖传桃,地球科学学院,ctxiao,作业写一份综合地层学读书报告（要求作课件发言、并上交，课程作业;三矿还要考试；2周内做好）题目：1、自定（最好是结合导师的课题等做一个较具体综合地层学报告）2、化学地层学原理与方法3、分子地层学原理与方法4、同位素地层学原理与方法5、数学地层学原理与方法6、定量地层学原理与方法,综合地层学主要内容,1、地层学基本原理2、岩石地层学基本原理3、生物地层学基本原理4、年代地层学基本原理5、地层学划分对比方法6、生态地层学基本原理7、事件地层学基本原理8、层序地层学基本原理9、天文地层学基本原理10、磁性地层学基本原理11、地震地层学与测井地层学基本原理12、化学地层学基本原理13、火山地层学基本原理14、定量地层学基本原理,综合地层学主要内容,教材：1、龚一鸣，张克信，地层学基础与前沿，2007，中国地大出版社2、吴瑞棠，张守信等，现代地层学，1989，中国地大出版社。,一、概念、概述二、地层学研究的主要目的三、地层学内容和分支四、地层学发展简史五、为何要学地层学,第一章综合地层学-绪论,一、概念、概述1、岩层：野外成层的岩石，包括沉积岩、变质岩和火山岩。2、地层：岩层+时代，考虑到了岩层形成的时代。,综合地层学-绪论,岩层、地层（水平地层）,3、地层的主要属性：多重属性-综合地层学基础岩性、生物化石、地质时代、地球物理特征、地球化学特征、形状及分布。4、地层学（Stratigraphy)：研究层状岩石的物质属性和特征的四度时空关系及其变化的一门基础学科。,按照系统科学-系统论的基本原理，综合地层学的实质就是：关于“地层的系统科学”（高等地层学）。地层学的各分支学科就是系统的组成要素或子系统，因此，综合地层学就是由各组成要素所组成的有机统一体地层系统。由于综合地层学对应的客观物质系统是地层实体本身，因此，地层学分支对应的物质要素就是地层实体的各种物质属性、时间属性和成因特征。,5、综合地层学概念,二、地层学研究的主要目的和应用性目的：地层时空关系的研究1、地层划分（同一空间中时间先后关系，纵向找异）2、地层对比（不同空间中时间先后关系，横向求同）应用：确定不同地区的地层是否一致，是否等时。,三、地层学研究的主要内容和主要分枝学科根据地层的属性确定地层学的主要研究内容：岩性、岩性组合+矿物=岩石地层学生物化石=生物地层学生物化石+环境=生态地层学化石DNA+有机分子=分子地层学地球物理、地球化学=磁性地层学、地震地层学、测井地层学、化学地层学古代地质事件+标志=事件地层学海平面变化=层序地层学地球旋回性（天文事件对地球的影响）=旋回地层学（高精度地层学）、天文地层学形成环境、形成方式及地质历史。,四、地层学研究简史,1、萌芽阶段（17世纪18世纪中叶）Steno（16311687）地层的三大定律：原始水平原理、原始侧向连续原理、叠覆原理罗蒙诺索夫（17111765）论地层地壳升降引起海陆变迁，化石是另一个时期的生物遗体。,NicholasSteno（1631-1687）,2、地层学的形成时期（18世纪末19世纪中叶）魏尔纳（A.G.Werner,1775-1817)水成论郝顿（G.Hutton,1726-1797)火成论,角度不整合的发现(JamesHutton(1726-1797,现代地质学之父),阿都伊若（G.Arduino,1715-1795)将意大利北部岩石分为5类：（1）原始的山系：不含化石，构成山脉中心的片岩片麻岩（2）第二纪山系：大理岩和成层灰岩组成，含海相化石；（3）第三纪山系：砾石、砂、粘土和凝灰岩组成，含丰富的海相化石；（4）第四纪的沉积平原，平原上的土堆和石礁；（5）火山喷发形成的熔岩、凝灰岩。威廉.史密斯(W.Smith,1769-1839)：生物层序律、标准化石法。,William“Strata”Smith,主要地层系统的建立：石炭系、白垩系、侏罗系、三叠系、志留系、寒武系、泥盆系、二叠系、奥陶系。,三个重要的理论进化论：拉马克（1744-1829）认为物种之间是过渡的，提出低级属种逐渐向高级发展的论点。达尔文（C.Darwin,1809-1882)的物种起源（1859）变异,自然选择,渐变,无跃进。均变论：赖伊尔（C.Lyell,1797-1875)地质学原理，现实主义原理，将今论古原理。灾变论：居维叶（G.Cuvier,1769-1833)论地球表面的革命（1813）（1）变异有限；（2）生物绝灭；（3）灾变是地质发展的主要特征；（4）灾变的因素主要是海水进退；（5）神创论。,CharlesLyell,现实主义原理:现在是打开过去的钥匙均变论,3、地层学发展的新时期最近三十年的发展：多重地层划分，与各学科的结合。事件地层学(新灾变论)、层序地层学，旋回地层学。定量地层学。,五、为什么要学地层学1、地层学是地质科学的最基础的学科，是从事其它地质科学的理论基础。（以同斜褶皱和剥离断层为例）,地层新老关系确定前、后,2、重要地质基础理论的建立都与地层学有关。3、地层学是从事能源、矿产地质（尤其是有机能源、石油、煤及其它沉积矿产）工作的基础。,第二章地层学的基本理论,一、地层学的几个基本原理1、原始水平原理(Princopleoforginalhorizontality)（Steno（1669）提出）：沉积形成的地层当时沉积时都是水平的，基本与堆积其上的面平行。（如果现在不平行，那是后来构造作用的结果）。但是有许多原始沉积是不水平的，如红盆中的沉积。,原始水平原理,小型盆地中部分沉积不是原始水平的前积层也不是原始水平的,美国科罗拉多州大峡谷国家公园,地层新老？,2、原始侧向连续原理（Principleoforiginallateralcontinuity)地层在一定范围是连续的。对于范围不大的地区，该原理有效，但对于大的范围有一定的限制。,原始水平,原始侧向连续性和叠覆作用(Steno),陆相地层中地层往往不连续（尤其是河流沉积）,3、叠覆原理（Principleofsuperposition):指岩层按正常层序下老、上新的顺序关系。在一定的范围内适用，在大的范围内不适用。在地质构造搞清楚的情况下才能应用。倒转地层？,老,新,在一定的范围内适用，在大的范围内不适用。,4、切割关系原理（Principleofcross-cuttingrelationships):由郝顿（1795）提出：凡切割（穿切）另一个地质体的岩石单位，其时代晚于被穿切的岩石单位。即切割者新，被切割者老。,5、包含物（包裹）原理（Principleofinclusions)莱伊尔提出：指被包含在一个大岩石体内的小碎块其年龄必然老于包含小碎块的那个大岩石体。即包裹着新被包裹者老。,通过砾石研究源区的地质史(华南地区南沱组冰成岩,泥盆纪底砾岩),6、生物层序律（PrincipleofFaunalSuccession）：史密斯（1815）提出，不同时代的地层含有不同的化石群，相同或相近的化石群其地质时代相同。年代越老的地层，化石构造越简单，与现代生物的差别越大。反之，化石构造越复杂。,SketchbyBaronCuvier(1769-1832),7、变质原理：在任何地方，变质作用晚于地层的沉积或形成的作用。二期变质作用早于一期。,8、瓦尔特相律：相邻沉积相在纵向和横向上的变化具有一致性。,JohannesWalther(1860-1937),灰岩,页岩,泥质粉砂岩,砂岩,泻湖,近滨,海滩,礁,海侵（MarineTrangression）,WalthersLaw,陆,海,泻湖,近滨,海滩,礁,海退（MarineRegression）,陆,海,瓦尔特相律(用在沉积相垂向分析),Verticalsequencesofsedimentaryfaciesresultfromsuperpositionoflaterallyadjacentdepositionalenvironments,9、穿时普遍性原理：穿时：基于实物性地层属性的地层（岩石地层）界面与时间界面不一致、或斜交的现象。穿时普遍性原理(Shaw)：全部侧向可识别和追索的非火山成因的陆表海沉积的岩石地层单位都是穿时的。,山西太原石炭-二叠系岩石地层穿时,10、侧向堆积原理大多数的沉积岩是由侧向加积堆积而成。（1）堆积物的表面是等时面，一般是倾斜的；（2）地层主要通过侧向加积作用堆积在原始倾斜的等时面上；（3）由于侧向加积和进积，沉积物一般是在物质搬运的方向上堆积。,三角洲的侧向堆积,二、地层学中的时间概念,一）概念：是指地层学中各种地质事件的时间。等时与穿时：地质时间的测定与估计,完全同时不完全同时不同时,二）时间的标志,1、古生物标志（1）化石：生物层序律确定相对年龄。（2）某些海生动物的生长纹饰：珊瑚；头足类（一天一根，一月一房室)。,珊瑚的生长纹,不同门类化石生长纹计算出的地球各种年龄的变化过程,（3）树木年轮(树轮年代学)：1064-1065年间美国一火山爆发的确定。,对比不同地区两个大树，发现缺1年轮。,（4）地衣的生长变化：某些地衣的直径可测出生长的年龄。,（5）氟的含量：动物骨骼中的氟含量随时间而增加。（6）氨基酸的消旋作用：活体生物体的氨基酸为左旋，死后慢慢变为不旋，L型氨基酸D型氨基酸(只存在于死亡的生物)不同的氨基酸的半消旋期是不一样的。天门冬：5700年，异白氨酸：10万年。,2、物理标志（1）季侯泥：浅色夏季季侯泥、深色的冬季季侯泥。石膏层、硬石膏层。其纹层周期被认为与天文因素相关，与岁差等周期相关（米兰科维奇旋回）。（2）裂变径迹：U238、U235、Th232自然衰变成比较小的原子核,通过绝缘物质(云母、玻璃）留下的痕迹。裂迹的密度与矿物年龄及矿物的含量呈正比。一般用氢氟酸、氢氧化钠和苛性钾处理。,2、物理标志（3）天然放射性：衰变半衰期各不相同，不受外界变化干扰。（4）矿物热发光(TL)(热释光、光释光）：矿物加热后会发光，在同等温度下其发光的程度与矿物曾得到的辐射剂量（年龄）有关。地质年龄的测定及相对年代的确定。(第四系测年),(5)电子自旋共振(ESR):含Fe,Mn,Al等杂质的石英在放射性的作用下产生电离损伤,Si-O键断裂,形成不配对电子,Si悬键上有一个电子自旋。其数量与年辐射量及地质年龄有关.(6)天然剩余磁性（磁性地层学）,二）时间的测定,主要的方法：氨基酸消旋法天然放射性法。,地质年代学,D/P=elt-1,Radioactiveparent,Stabledaughter,D,P,l,天然放射性法。,Radioactiveparent,Stabledaughter,D,P,l,Radioactiveparent,Stabledaughter,D,P,l,AfteronehalflifeD=P,Halflife,40K40Ar(and40Ca)1.25Ga87Rb87Sr48.8Ga238U206Pb4.47Ga235U207Pb704Ma147Sm143Nd106Ga,几种天然放射性同位素具有适合地质年代测定的半衰期,对测定元素的要求：1）半衰期大致与地球的年龄是一个数量级；2）母元素有足够的数量；3）子元素有好的保存条件。,常用的方法：铀钍铅法；铷锶法，钾氩法，C14法。,离子探针照片,锆石U-Pb测年,SHRIMPU-Pbapplications,TheAcastaGneiss,Canada,theoldest-knownrockintheworld,Bowring&Williams,1999,Howdoesanionmicroprobework?,离子微探针工作原理,C14的形成过程,宇宙射线产生的中子与大气中的氮核发生核反应，生成天然C14，在植物光合作用和动物对食物中碳的吸收过程中天然C14就进入生物圈。活体生物体内C14浓度与大气中的C14浓度大致平衡，一旦死亡后，生物体中C14得不到新的补充，其C14浓度随着时间的推移按指数定律减少。根据样品现存的C14含量，推算生物死亡年龄。适用于：测量距今300年至5万年含碳物质年龄，测量精度为12%，误差一般为50200年。,在第四系测年中非常重要,在考古中也有大量应用C14半衰期:5730年。C14含量(小数表示）=Aerte为自然常数e=2.718281828459，A为总量（在这里A=1）r为衰竭比（在这里r=-0.00012096809433856,即每年减少0.012096809433856%）