古生物地史学.ppt

1、古生物地史学,山东科技大学地质学院 赵秀丽,2020/7/3,古生物地史学第一章,2,目录,第一章 绪论 第二章 化石的形成与古生物学 第三章 生命的起源与生物进化 第四章 无脊椎动物 第五章 脊索动物和古植物 第六章 生物与环境 第七章 地层形成的沉积环境、沉积作用和古地理 第八章 地层划分与对比 第九章 地层单位和地层系统 第十章 历史构造分析和古构造 第十一章 中国古大陆的形成和生物记录 第十二章 早古生代的古生物、古地理和古构造 第十三章 晚古生代的古生物、古地理和古构造 第十四章 中生代的古生物、古地理和古构造 第十五章 新生代的古生物、古地理和古构造 第十六章 地质历史时期的重大地

2、质事件,2020/7/3,古生物地史学第一章,3,第一章 绪论,第一节 古生物地史学的内容和任务 第二节 古生物地史学的发展简史 第三节 古生物地史学发展时期的重大争议事件,第一节 古生物地史学的内容和任务,1、地质科学三大分支学科 地球物质科学：矿物岩石学 地球动力科学：构造地质学 地球历史科学：古生物地史学（包括古生物学、地史学）,2020/7/3,古生物地史学第一章,5,2、古生物学（paleontology） ：研究地史时期生物界面貌和发展规律的科学，研究对象为地质历史时期形成的地层中的生物遗体、遗迹以及与生命活动有关的各种物质记录。,3、地史学(historical geology)

3、 ：研究地球发展历史和发展规律的科学，研究对象主要为地质历史中形成的地层以及反映地球发展历史的其他物质记录。,4、二者关系：相互独立又紧密相关和交叉的学科分支,2020/7/3,古生物地史学第一章,6,古生物学的主要研究内容,（1）形态 （2）结构、构造 （3）分类 （4）（古）生态 （5）时空分布 （6）生命起源与演化 研究内容不断扩展： 由Palaeotology-Palaeobiology的转变,Palaeotology,Palaeobiology,2020/7/3,古生物地史学第一章,7,古生物学是生命科学和地球科学汇合的交叉科学。既是生命科学中唯一具有历史科学性质的时间尺度的一个独特

4、分支，研究生命起源、发展历史、生物宏观进化模型、节奏与作用机制等历史生物学的重要基础和组成部分；又是地球科学的一个分支，研究保存在地层中的生物遗体、遗迹、化石，用以确定地层的顺序、时代，了解地壳发展的历史，推断地质史上水陆分布、气候变迁和沉积矿产形成与分布的规律。,2020/7/3,古生物地史学第一章,8,古生物学的分类,古植物学：古藻类学 古孢（子花）粉学 古生态学、遗迹学等,2020/7/3,古生物地史学第一章,9,地层学：研究地层的形成顺序、时代，划分地层单位， 建立地层系统和进行地层时空对比,沉积古地理学：根据地层的沉积组分、沉积相及其时空分布特征研究地层形成的古环境、古地理及其演化,

5、历史大地构造学：根据地层的沉积组合、沉积古地理、古生物地理、古气候、古地磁及其他构造标志恢复地层形成的古构造背景、古板块分布格局及其离合史,地史学的研究内容细分为三部分,2020/7/3,古生物地史学第一章,10,地史学研究对象： 地层（strata):地球表面保存的层状岩石的综合 包括沉积岩地层、 火成岩地层、 变质岩地层。 研究任务： 地史时期生物界形成和发展的生物进化史 地史时期古地理变迁的沉积发展史 地史时期大陆和海洋板块的格局、板块离合过程、构造演化历史的构造运动史,2020/7/3,古生物地史学第一章,11,古生物地史学研究意义,古生物学担负着为地质学和生物学服务的双重任务。 1、

6、为地质学服务建立地层系统和地质年代表：这是古生物学在地质学中应用最广、成效卓著的方面。根据地层层序律,生物演化的进步性、阶段性和不可逆性,经过数十年的努力，在19世纪建立了从前寒武系到第四系的地层系统和相应的地质年代系统。20世纪以来虽然发展了放射性年龄测定法及其他手段，生物地层学方法仍是确立各级地层单位的主要手段。,2020/7/3,古生物地史学第一章,12,例如把爬行动物、裸子植物、菊石类的繁盛时代划为中生代，其中恐龙类与菊石亚目极盛的时期为侏罗纪；早侏罗世以Eode-rocerataceae与Psilocerataceae(裸菊石)二个菊石超科为特征；赛诺曼期以白羊石菊石科为特征。期以下

7、还可以分出若干菊石带。划分和对比地层：这方面的研究称生物地层学。生物地层学方法中，历史最久的是标准化石法。标准化石须具备下列条件：存在的地质年代短，以便精确地确定地层年代；地理分布广泛，以便易于找到并可作大范围的对比。例如前面提到的白羊石，在欧亚各地古地中海区都能找到，是赛诺曼阶(早白垩世)的标准化石。,2020/7/3,古生物地史学第一章,13,恢复古地理、古气候：例如造礁珊瑚的生活环境为海洋，水深不超过100米，水温在18以上，海水清澈,水流平静。因此，如果在地层中发现了珊瑚礁体就可以判断其沉积环境为温暖、清澈的浅海。,2020/7/3,古生物地史学第一章,14,研究沉积岩和沉积矿产的成因

8、及分布：许多沉积岩，如某些石灰岩、硅藻土，主要由化石组成，特别是能源矿产（石油、油页岩、煤）主要由动植物遗体转化形成。目前应用古生物学于找矿的主要有以下方面：根据成矿化石的时代分布、生态特点等，研究矿产的分布规律；广泛使用微体和超微化石，精确地划分对比含矿层位，指导钻探等；从古生物化学角度，研究古生物通过吸附、络合、化合等方式富集稀有金属元素的规律；研究古细菌在矿产形成中的作用等。,2020/7/3,古生物地史学第一章,15,地球物理、地球化学、构造地质学方面的应用：地球自转速度的变化，引起生物生活条件的变化，反映为生物形态和结构的变化。古生物钟即利用生物生长周期的特征计算地史时期地球自转速度

9、的变化。例如现代珊瑚体上一年生长期内约有360圈生长细纹,每纹代表一日。在泥盆纪的珊瑚化石上，该生长细纹约400圈,石炭纪的为385390圈,说明当时每年天数分别为400及385390左右，这些数据与用天文学方法求得的各地质时代每年的天数大致相同。用双壳纲、头足纲、腹足纲和叠层石的生长线研究也可得出相似结论。通过计算表明，自寒武纪以来，每年和每月的天数在逐渐减少，说明地球自转速度在变慢。,2020/7/3,古生物地史学第一章,16,在构造地质学中，应用已变形化石（腕足类、笔石、三叶虫）和同类未变形化石的对比，来求得应变椭球体的形状和方向。关于板块构造学说，也不乏借助于古生物学的例子，如南方大陆

10、的分裂，可以用在两侧同时找到淡水爬行动物中龙(Mesosaurus)化石为例。在一系列微板块或地体的研究中，更需借助有关的古生物化石作对比依据。古遗迹学在研究深海沉积形成的地层时很有意义。,2020/7/3,古生物地史学第一章,17,2、为生物学服务为生命起源学说和进化论提供事实依据。生命起源方面，已知最早的化石资料大致如下：距今7亿年 最早的大化石（伊迪卡拉动物群）距今8亿年 啮草原生动物形成距今10亿年 有性分裂生物形成距今15亿年 真核细胞形成距今23亿年 产氧微生物群落发展距今31亿年 最早的叠层石距今33亿年 最早的化石（南非的古杆菌及巴贝通球藻）以上过程清楚显示生命在早期发展阶段的

11、进化过程。,2020/7/3,古生物地史学第一章,18,古生物学为进化论提供的证据有3方面:总的古生物发展史显示生物由低到高,由简单到复杂的总趋势,植物中由菌-藻-蕨类-裸子植物；动物中从原生动物-无脊椎动物-脊椎动物，脊椎动物中从鱼-两栖类-爬行类-鸟和哺乳类，其形成和繁盛的时代都是按上述顺序相继出现的。在各主要类别之间陆续发现中间环节的化石，证明它们之间有亲缘关系和共同起源。例如介于鱼类和两栖类之间的总鳍类；介于两栖类和爬行类之间的鱼石螈；介于爬行类和鸟类之间的始祖鸟等。,2020/7/3,古生物地史学第一章,19,在一些具体的类别中建立起符合进化论的系统发生关系，如马的谱系,从开始发生到

12、现在的整个过程已研究得比较清楚,为进化提供了实证。随着学科间渗透、交叉，古生物学的服务范围已超出地质学和生物学，向着天文学、物理学等方向扩展。,2020/7/3,古生物地史学第一章,20,教学内容 古生物学：研究保存于地层中的各类化石的形态、结构、生态、分类、演化及地史分布，用于确定地层年代、进行地层划分与对比、分析古地理和古气候、研究生物的演化，为资源勘探服务。 地史学：利用地球科学概论、古生物学、矿物学、岩石学、沉积学、构造地质学等方面的知识，分析和推论岩石圈、水圈、大气圈和生物圈在地质历史中的发展演化过程。,2020/7/3,古生物地史学第一章,21,2020/7/3,古生物地史学第一章

13、,22,2020/7/3,古生物地史学第一章,23,教学要求：,掌握常见古生物门类的形态结构、地史分布、生态环境、并能熟练地用于生物地层划分对比及沉积相分析。 了解地质发展历史过程，熟练掌握各地史时期重要地质事件的特征及其对区域构造发育、沉积环境等的影响，各时期生物界和古地理特点，重点了解我国主要含煤炭、油气资源盆地区的区域地质发展演化史。,2020/7/3,古生物地史学第一章,24,课程特点,内容多 多记 实践性强 重视实习实验 综合性 分析总结问题能力 系统性 善于整理归纳问题,2020/7/3,古生物地史学第一章,25,第二节 古生物地史学的发展简史,1、古代朴素唯物主义自然观： 中国：

14、 东晋，道学家葛洪（284-364） 唐代，颜真卿（709-784） 北宋，沈括（1031-1095） 南宋，朱熹（1130-1200） 外国： 欧洲古希腊时代的亚里斯多德(Aristotle，公元前384322) 意大利的达芬奇(Leonarda da Vinci，1452一1519)等,2020/7/3,古生物地史学第一章,26,沈括在梦溪笔谈中曾论述：“山崖之间往往衔蚌壳石子如鸟卵者，横旦石壁如带，此乃昔之海滨，今东距海已逾千里，所谓大陆者皆浊泥所淹耳”。 总的来说，当时的一些见解，没有形成系统的地质科学。,2020/7/3,古生物地史学第一章,27,2、近代成就： （1）17世纪中期

15、丹麦医生斯坦诺地层叠覆律、原始水平性原理、原始侧向连续原理 原始沉积地层先形成的在下、后形成的在上，即上覆地层的年代总比下伏地层的年代新。,2020/7/3,古生物地史学第一章,28,（2）18世纪后期至19世纪早期 法国居维叶 提出器官相关律与灾变论 英国史密斯生物顺序律 不同地区含有相同生物化石的地层应属同一时代 苏格兰的赫顿与英国的莱伊尔 提出“将今论古”的现实主义思想，并发展了“均变论” 1859年，达尔文的物种起源，提出自然选择为核心的生物进化思想,2020/7/3,古生物地史学第一章,29,（3）十九世纪七十年代至二十世纪中叶,德国瓦尔特相律理论 岩相类型在时、空分布上存在内在联系

16、 英国生物学家华莱士动物地理分区概念 美国人丹纳等地槽、地台学说,2020/7/3,古生物地史学第一章,30,中国辛亥革命以后,翁文灏，对中国东部中生代地史进行了研究，并命名了燕山运动 李四光，1939年赴英讲学期间发表了The Geology of China（中国地质学） 黄汲清，1945年发表On major tectonic forms of China （中国主要地质构造单元） ,2020/7/3,古生物地史学第一章,31,（4）二十世纪中叶以来,板块构造学说 层型概念提出 多重地层单位概念提出 新灾变论概念与间断平衡论概念提出 事件地层学概念诞生,2020/7/3,古生物地史学第一

17、章,32,第三节 古生物地史学发展时期的重大事件,2020/7/3,古生物地史学第一章,33,一、“水成论”与“火成论”之争 （18世纪后期）,水成论：创始人是维尔纳（Werner,德国）： 地壳物质最初来源于水成作用。水成作用是 最根本的地质作用。 火成论：创始人是赫顿（Hutton , 苏格兰）： 地壳物质最初来源于火成作用。火成作用是 地质作用的基础。 最终以火成论胜利而告终。 事实上，这只是地质作用的不同方面。但当时对认识地质作用的多样性和促进地质科学的发展起到了重要作用。,2020/7/3,古生物地史学第一章,34,A、均变论（Uniformitarianism)：最早由赫屯提出：认

18、为地质营力、作用过程及其产物之间的相互关系无论是现在还是地史时期，在原则上和质的方面都是不变的。 英国地质学家莱伊尔（C.Lyell)继承并发展，提出“将今论古”现实主义学术思想。他是达尔文的好友。主张生物界和非生物界在一切变革过程中自然法则始终一致。,二、“均变论”与“灾变论”之争 （17-18世纪，延至19世纪，甚至今天）,2020/7/3,古生物地史学第一章,35,新灾变论（20世纪）：由于中/古生界（P/T）和中/新生界（K/T）生物集群绝灭的发现，“新灾变论”兴起。 均匀、缓慢、渐进？不均匀、突然、瞬时？ 目前以（新）灾变论占优势而继续争论。,B、灾变论（Catastrophism）： 以法国古脊椎动物学家居维叶（G.Cuvier）为代表。在对巴黎盆地新生代地层研究时发现，在地层中古