地质学第五章地壳演化简史

第五章地壳演化简史城市与环境科学院㊣黄昆第一节：概述第二节：地壳历史的研究方法第三节：前寒武纪第四节：早古生代第五节：晚古生代第六节：中生代第七节：新生代主要内容城市与环境科学院㊣黄昆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。第一节：概述城市与环境科学院㊣黄昆一、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。城市与环境科学院㊣黄昆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。一、地层学理论的建立城市与环境科学院㊣黄昆二、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”——斯泰诺（丹麦）b、“大地质旋回”的理论——赫顿（丹麦）c、“化石顺序定律”——史密斯（英）城市与环境科学院㊣黄昆地质年代表晋宁运动吕梁运动阜平运动加里东构造阶段海西构造阶段印支构造阶段燕山构造阶段喜马拉雅山构造阶段城市与环境科学院㊣黄昆地质年代单位时代地层单位地质时代单位宇（Eonthem）…………宙（Eon）界（Erathem）…………代（Era）系（System）……………纪（Period）统（Series）………………世（Epoch）二、时间标尺的建立城市与环境科学院㊣黄昆新生包含三四纪，六千万年喜山期。中生白垩侏罗三，燕山印支两亿年。古生二叠石炭泥，志留奥陶寒武纪。震旦青白蓟长城，海西加东到晋宁。二、时间标尺的建立地质年代表记法城市与环境科学院㊣黄昆冥古宙城市与环境科学院㊣黄昆太古宙城市与环境科学院㊣黄昆震旦纪遗留下来的地貌城市与环境科学院㊣黄昆三叶虫化石城市与环境科学院㊣黄昆奥陶纪海底样貌城市与环境科学院㊣黄昆志留纪城市与环境科学院㊣黄昆泥盆纪邓氏鱼城市与环境科学院㊣黄昆“巨虫时代”石炭纪城市与环境科学院㊣黄昆二叠纪植物群落城市与环境科学院㊣黄昆城市与环境科学院㊣黄昆侏罗纪“恐龙时代”城市与环境科学院㊣黄昆白垩纪海陆分离城市与环境科学院㊣黄昆第四纪城市与环境科学院㊣黄昆第二节：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。城市与环境科学院㊣黄昆第二节：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）城市与环境科学院㊣黄昆第二节：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。城市与环境科学院㊣黄昆第二节：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。城市与环境科学院㊣黄昆第二节：地壳历史的研究方法城市与环境科学院㊣黄昆第二节：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。更新世的猛犸象化石城市与环境科学院㊣黄昆第二节：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。城市与环境科学院㊣黄昆第二节：地壳历史的研究方法城市与环境科学院㊣黄昆第二节：地壳历史的研究方法二、岩相古地理分析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。河流相、湖沼相冰川相、沙漠相三角洲相、泻湖相、陆相海陆过渡相海相滨海相、浅海相、次深海相、深海相、非正常海相城市与环境科学院㊣黄昆第二节：地壳历史的研究方法（二）、岩相分析主要依据1、生物化石珊瑚化石指示清澈温暖的浅海环境。2、岩性特征和结构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；3、特殊矿物海绿石代表较深浅海环境；石膏、石盐等代表干燥环境。城市与环境科学院㊣黄昆第二节：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2、时间因素3、沉积物的后生变化城市与环境科学院㊣黄昆第二节：地壳历史的研究方法三、构造历史分析构造历史分析在于进一步研究地壳构造运动的历史及发展规律。可以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。城市与环境科学院㊣黄昆第二节：地壳历史的研究方法四、地层系统由于地层划分的目的、根据和适用范围不同，地层划分系统可有2类：一是区域性或地方性的，以岩性变化为主的地层划分，称为岩石地层分类系统，地层单位为群、组、段等；一是国际性的、全国性或大区域性的，以时代为准的地层划分，称为年代地层分类系统，地层单位为宇、界、系、统、阶等，与其相对应的地质时代为宙、代、纪、世、期等。城市与环境科学院㊣黄昆第二节：地壳历史的研究方法城市与环境科学院㊣黄昆第三节：前寒武纪—太古宙和元古宙前寒武纪又称前古生代，指寒武纪或古生代以前距今5.43亿年以前的地质时代，是地球历史最早的地质阶段。这一时期形成的地层称前寒武纪。城市与环境科学院㊣黄昆一、太古宙缺氧的气圈及水体薄弱的地壳和频繁的岩浆活动岩石变质很深海洋占绝对优势陆核形成原始生命萌芽构造运动——中国的阜平运动是我国已知最早的一次构造运动。太古宙的一般地史特征城市与环境科学院㊣黄昆中国的太古宙地层分布于华北及东北南部地区，构成华北地台的基底。地层划分为下太古界和上太古界，其界线为29—30亿年。自北而南，大致可分为三带：北带自宁夏吉兰泰，经内蒙古乌拉山到冀东燕山，东延至吉林南部的龙冈山及辽东地区；中带主要分布于吕梁山、太行山和鲁西地区；南带主要分布于关中、豫西、大别山、安徽淮阳地区。一、太古宙城市与环境科学院㊣黄昆中国太古宇地层分布略图一、太古宙城市与环境科学院㊣黄昆太古宙地层的重要矿产太古宙地层中尤以铁矿具有世界性的普遍意义。国内：鞍山式铁矿——磁铁石英岩；国外：如，北美苏必利尔湖铁矿等。鞍山采矿场一、太古宙城市与环境科学院㊣黄昆元古宙的一般地史特征从缺氧气圈到贫氧气圈O2从原核生物到真核生物——叠层石由陆核到原地台和古地台——陆壳构造发展的第二个阶段古元古代地层和中、新元古代地层有很大区别：前者属活动类型沉积和浊流沉积变质而成的绿岩系；后两者已经属于盖层沉积的范畴。二、元古宙城市与环境科学院㊣黄昆中国的元古宙古地理和地层古元古代：中国北方经吕梁运动后形成华北原地台，南方形成扬子原地台，西部则形成塔里木原地台。中、新元古代：华北原地台形成浅海和古陆；中国西部塔里木地区中上元界分布广泛；中国南部扬子原地台周围固结扩大，形成大型稳定的扬子地台。二、元古宙城市与环境科学院㊣黄昆华北原地台形成浅海和古陆二、元古宙城市与环境科学院㊣黄昆中国元古宙的矿产铁矿——宣龙式铁矿锰矿——蓟县式锰矿其他——东海式磷矿、含钾页岩矿床等蓟县风光二、元古宙城市与环境科学院㊣黄昆世界古地理基本轮廓大陆壳已经形成为许多大规模稳定的部分——古地台。南半球地台是一个稳定的联合古陆，总称冈瓦纳（Gondwana）古陆。三、震旦纪震旦纪距今6.80-5.43亿年，属于新元古代的晚期。震旦为中国之古称，作为地层专名。城市与环境科学院㊣黄昆繁盛藻类和后生动物大量出现微古植物群和宏观藻类非常繁盛丛状藻类植物群伊迪卡拉裸露动物群从生物地层学角度，震旦纪具有承前启后的特色，是寒武纪生物群发展的前奏三、震旦纪城市与环境科学院㊣黄昆中国震旦纪古地理轮廓及震旦系震旦纪到来之前，在中国曾发生一次强烈而影响宽广的构造运动，即晋宁运动。受晋宁运动影响，中国古地理形成一种新的格局：北部形成华北古陆。南部形成扬子古陆。三、震旦纪城市与环境科学院㊣黄昆华北古陆扬子古陆城市与环境科学院㊣黄昆最古老的一次大冰期——震旦纪冰期冰川广布是震旦纪一个重要的地质事件。震旦纪大冰期至少可能包括两期：•一是7.4—7亿年，分布最广；•一是6.5亿年。我国震旦纪冰期遗迹，最早是在湖北宜昌南沱发现的南沱冰碛层。三、震旦纪城市与环境科学院㊣黄昆中国震旦系矿产这一时期主要形成铁、锰、磷、盐类等矿产，分布于中南及西南各省。其中具代表性的有：•湘、鄂一带南沱组的锰矿•川西观音崖组的铁矿•湘、鄂、黔地区陡山沱组的磷矿三、震旦纪城市与环境科学院㊣黄昆第四节：早古生代(Pz1)古生代可以分为早古生代和晚古生代。早古生代距今5.7—4.09亿年。早古生代形成的地层叫下古生界。它划分为三个纪，即寒武纪(∈)、奥陶纪(O)和志留纪(S)。城市与环境科学院㊣黄昆一、动物界的第一次大发展——海生无脊椎动物时代寒武纪又称“三叶虫时代”第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆海生无脊椎动物第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆笔石始出现于中寒武世，特别繁盛于奥陶纪和志留纪。这种化石多保存在页岩特别是黑色页岩里，很像是笔迹，因此叫笔石。第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆从奥陶纪开始，主要是志留纪，出现了淡水原始的鱼类无颌类，属于脊椎动物，说明一个新的时代即将来临。在植物界方面，寒武、奥陶纪都是以海生藻类为主，到了志留纪，已出现半陆生的裸蕨植物，也意味着即将进入一个新的时代。从寒武纪一开始生物界便呈现爆发性增长的形势，称其为寒武纪生命“大爆炸”。三叶虫、腕足动物、古杯动物、棘皮动物和腹足动物第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆裸蕨植物“无叶植物”。第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆二、加里东构造阶段世界古地理轮廓及地史特征•发生在早古生代的构造运动称加里东运动。引起海陆格局的变化•早古生代这一时期，称为加里东构造阶段。•海洋占优势的时代第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆世界古地理格局及其演变古生代初期，全球计有北美、俄罗斯（欧洲）、西伯利亚、哈萨克斯坦、塔里木、华北、华南（扬子）等古陆，以及包括南美、非洲、印度、南极洲、澳大利亚的冈瓦纳古陆。北方各古陆和冈瓦纳古陆之间是东西横亘的古特提斯海（又称古地中海）。志留纪末期，北美板块与欧洲板块对接，初步形成劳亚大陆。第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆冈瓦纳大陆劳亚大陆城市与环境科学院㊣黄昆早古生代气候•寒武纪大部地区气候比较温暖、干燥。•奥陶纪早、中期气候比较温暖。晚奥陶世末期被认为是震旦纪以后的又一次大冰期。•志留纪初期，除高纬度的冈瓦纳大陆外，其他各板块大都处于温暖和干热气候条件下。第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆早古生代中国地史概况三个主要稳定核心加里东运动对中国的影响从中国下古生界看中国地史发展主要特征中国早古生代矿产第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆三个主要稳定核心•华北地台•扬子地台•塔里木地台中国早寒武世古地理略图第四节：早古生代(Pz1)城市与环境科学院㊣黄昆加里东运动对中国的影响首先，在晚奥陶世华北形成广大古陆。柴达木地块和阿拉善地块对接