第4章 古生物、地层

第四章古生物、地层第一节古生物学简介第二节地层划分、对比及地质年代表第三节地壳发展简史第一节古生物简介一、古生物及古生物学（一）古生物与化石1.古生物地质历史时期的生物统称为古生物。

古今生物的时间界线一般以全新世（一万年左右）为界。

2.化石是指保存在岩层中地质历史时期生物的遗体、生命活动的遗迹、以及生物成因的残留有机物分子。

因此，化石必须具有一定的生物特征、必须保存在地史时期形成的岩层中。

（二）古生物学古生物学是研究地质历史时期的生物界及其发展的科学。

其研究内容包括二个方面：1. 生物学方面：研究生物体形态、结构、构造、分类、个体发育和系统发生、生物演变、环境适应、生物的生理和生物化学等。

2.地质学方面：研究古生物的地质时间含义、古生物兴衰与迁移、古生物地理及古生物与能源、矿产的关系等。

二、化石形成的条件及保存类型（一）化石形成的条件从五个方面分析：1.生物条件：具硬体、能抵抗各种破坏作用、易保存。

而软体易腐烂，但特殊情况下可保存：如琥珀昆虫、冻土猛犸象化石。

2.环境条件：在高能水动力条件、水体PH值小于7.8、氧化环境、动物吞食等条件下化石不易保存；还原条件下易保存。

3. 埋藏条件：快速埋藏、生物化学成因的沉积物掩埋有利。

4. 时间因素：必须经长时间石化作用，但变质作用、冲刷剥蚀作用会使化石遭破坏。

5. 成岩条件：压实作用较小、未经严重重结晶作用可保存完好化石。

（二）化石保存的类型按保存特点，化石分为：实体、模铸、遗迹、化学四大类。

1. 实体化石古生物遗体被保存，又分为二类：1）不完整实体生物硬体经历不同类型、不同程度石化作用所形成的化石，绝大多数化石属于此类。

2）完整实体生物全部遗体（硬体和软体）未经明显变化保存的化石。

如琥珀昆虫化石等。

2. 模铸化石生物遗体在围岩中留下的各种印模和铸型。

分为四类： 1）印痕化石软体腐蚀后留下的印痕，如水母、蠕虫、植物叶片等。

2）印模化石生物硬体在围岩表面或内部填充物上留下印模，分为：（1）外模：生物硬壳印在围岩上的模，反映外表形态特征；（2）内模：硬壳内面特征留下的模，反映内部构造。

外模、内模所表现的特征凹凸情况与原实际情况相反。

3）核化石包括两类：（1）内核：充填生物硬体内部空腔的沉积物，固结成岩而地下水把壳质溶解后，形成表面为内模的实体，其内部反映壳内的构造特征。

（2）外核：硬体溶解后的空间被沉积物充填固结形成表面与原硬体特征相同的实体，其外表特征由外模反印而成，故凹凸情况相同，但内部是实心，无内部构造。

4）铸型化石当生物体埋在沉积物中，已经形成外模和内核之后，壳质全被溶解并被另一种矿物质充填所形成的化石。

总之：外模、内模所表现的凹凸情况与原物相反；外核、铸型的外形相同，但前者无内核，铸型具内核。

3. 遗迹化石保存在岩层中各类生物的痕迹和遗物。

分为五类：1）软底沉积物中的动物痕迹，如足迹、行迹、拖迹、爬行迹停息迹、潜穴迹。

2）软底沉积物中的植物痕迹，根迹为植物根进入底层所留。

3）硬底上侵蚀痕迹，如钻孔迹、钻洞迹。

4）动物排出物，如粪粒、蛋、卵等。

5）古人类遗迹，如工具、石器、骨骼等旧石器时代的遗物。

4. 化学化石指保存在岩层中的由古生物体分解而形成的各种有机质，如蛋白质、碳水化合物、类脂物、木质素。

分子化石广泛应用于地球科学，如油－源对比、油－油对比、油气运移、环境污染、人类进化、过去全球变化、早期生命过程等领域。

三、古生物学的应用（一）古生物学为生命起源和生物进化研究提供科学证据1. 生命起源和早期生物进化的古生物化石证据（1）最早的化石记录：最早的、可靠的生命记录为35亿年前澳大利亚太古代的原核生物。

（2）真核生物的出现：最早的真核生物为25－27亿年前澳大利亚沉积岩中，为化学标志，而最早具形态特征的真核生物为19亿年前加拿大的球状化石。

（3）后生生物的出现：最早的多细胞真核植物为6-8亿年前的寒武纪晚期的原叶藻；最早的后生动物为5.8-5.6亿年前的早期埃迪卡拉动物群。

（4）寒武纪生物大爆发：澄江动物群再现5.3亿年前，在不到两千万年期间相继出现了现生动物的各个门类。

2. 后生生物演化重大事件的古生物化石证据（1）晚志留世：裸蕨类植物登陆。

（2）晚泥盆世：总鳍鱼类登陆。

（3）晚石炭世：原始爬行类（林蜥）出现。

（4）晚三叠世：原始哺乳动物出现（摩根锥齿兽类）。

（5）晚侏罗世：鸟类出现（始祖鸟）。

（6）晚白垩世：灵长类出现。

（7）上新世初期，距今400多万年前，最早直立行走的古人类在东非出现。

真正的人类是在200万年前出现的。

（二）古生物学在恢复古环境、再造古地理方面得到广泛应用1. 指相化石：指示古生物当时生存的环境条件。

2. 形态功能分析：生物的器官构造必须与外界生存条件相适应。

3. 气候与生物：大量植物化石是温暖潮湿气候的标志、造礁珊瑚化石指示18℃以上海洋温暖气候等。

（三）古生物化石在划分、对比地层的重要作用1. 化石层序律：含有相同化石的地层时代相同；不同时代的地层所含化石不同。

2. 建立年代地层系统和地质年代表：生物演化趋势是由简单到复杂、由低级到高级，生物演化的阶段性和不可逆性，它们为地层划分对比提供依据。

第二节地层划分、对比及地质年表一、地层划分、对比的概念与地层单位地层是地壳发展过程中所形成的岩层的总称。

（一）地层划分1. 概念：根据地层的特征和属性，按地层原始顺序及地层工作的实际需要，把一个地区的地层划分成各种地层单位，建立地层系统，即是地层划分。

2.多重地层的划分：地层中任何一种特征都可以作为划分地层的依据。

有多少种信息，就有多少种单位的划分。

但常用的有岩石地层单位、生物地层单位、年代地层单位。

1）生物地层单位是根据地层中所含有的生物化石内容和特征划分出来的地层单位。

生物地层的单位有：组合带、延限带、富集带等。

2）年代地层单位是在特定的地质时间间隔内形成的岩石体。

这种单位代表地史中一定时间范围内形成的全部岩石，而且只代表这段时间内所形成的岩石。

年代地层单位是按时间阶段来划分的，与地质年代严格对应。

年代地层单位有宇、界、系、统、阶、亚阶，与其对应的地质年代单位为宙、代、纪、世、期、亚期。

3）岩石地层单位是由岩性、岩相、或变质程度均一的岩石组成的三维地质体。

岩石地层单位：群、组、段、层生物地层单位：组合带：指其所含的化石或其中的某一类化石，由三个以上分类单位整体上构成一个共生的地层体。

从某整体来看，构成一个自然的组合，并以此区别于相邻地层内的生物组合。

延限带：是指经筛选的任何一个或几个化石分子的已知延限所代表的地层体。

富集带：某一类分类单位最繁盛的一段地层。

它不包括前期出现数量不多时的地层，也不包括后期逐渐稀少时的地层。

上述三种类型并非是相互包容或从属的关系。

岩石地层单位：群最大的岩石地层单位一般由二个或二个以上相邻或相关具有共同岩性（或岩性组合）特征的组联合构成。

或指厚度巨大、岩性复杂、未作深入研究又不能分组的一套岩系。

对这个复杂的的地层序列可给予专名，如太古代的五台群、阜平群。

组划分岩石地层的基本单位其重要含义：野外宏观岩类或岩类组合相同、结构类似、颜色相近、整体岩性和变质程度特征一致。

空间上有一定延展性，并能据以填图的地质体。

组或者由一种岩石构成，或者以一种主要岩石为主间有重复出现的其它岩石夹层；或者由两三种岩石交替出现所构成，还可能以很复杂的岩石组分所构成。

组的厚度一般从几米到几百米，无具体标准限制。

组应当展布于一定范围，便于追索对比，在此范围内其岩性、岩相应基本稳定。

如龙潭组、山西组等。

段是比组小一级岩石地层单位。

它在组内具有与相邻岩层不同的岩石特征。

通常一个组可以根据岩层岩性特征等标志的不同而划分为若干段。

如宁镇山脉的栖霞组由下而上分为碎屑岩段、臭灰岩段、下硅质岩段、本部灰岩段、上硅质岩段、顶部灰岩段。

层是最小的岩石地层单位。

指组内或段内一个明显特殊岩性的岩层单位，如粘土层、煤层等。

（二）地层对比1 概念：在地层划分基础上，将不同地区的地层进行比较，论证它们的地质时代、地层特征、地层层位的对应关系，即为地层对比。

2 意义：通过地层对比，可更好地了解地层分布规律，为勘查矿产资源打下基础。

二、地层划分、对比的方法（一）岩石地层学方法1.岩性及岩性组合分析法2.标志层法地层中岩性稳定、特征明显、易于识别的岩层或矿层。

如凝灰岩、煤系中的石灰岩、砂砾岩等。

3.旋回结构法旋回是指地层中一套岩性或岩性组合多次有规律的交替出现。

如粒度变化、海退海进序列等。

（二）生物地层学方法1.标准化石法演化迅速、地质历程短、地理分布广泛、数量丰富、易于鉴定的化石称为标准化石。

2.生物组合法综合分析地层中化石总体面貌特征及其在地层中的变化规律（组合带、延限带、富集带等）。

（三）地层间接触关系分析法在地壳运动的作用下，地层的连续沉积过程将受到影响，致使地层在上、下层之间产生不同的构造现象。

地层间接触关系有以下几种：1.整合接触2.不整合接触（1）平行不整合（假整合）（2）角度不整合（四）放射性同位素年龄测定法利用放射性同位素的衰变原理测定地层的绝对年龄值。

（五）古地磁方法研究古代地磁场变化（倒转）的规律，建立岩石相对年龄的时间表，即地磁极向年表。

（六）地质事件法地史时期的重大地质事件，如小星体撞击、火山爆发、全球性冰川、气候变化等所留在地层中的痕迹，可作为划分对比地层的标志。

三、地质年代表（一）地质年代在划分地层系统的基础上，将地壳的发展历史对应地划分为若干级别的地质年代单位。

地质年代的国际通用单位是：宙、代、纪、世、期等。

地壳的历史演化经历了太古宙、元古宙和显生宙。

其中，显生宙包括古生代、中生代和新生代。

第三节地壳发展简史一、古生物演化及地史分布（一）藻类和无脊椎动物时代--元古代、寒武纪、奥陶纪约25亿-4.38亿年前，藻类是元古代海洋中的主要生物，大量藻类如蓝藻、绿藻、红藻在浅海底一代复一代的生活，逐渐形成巨大的海藻礁，又称叠层石。

寒武纪时各门类无脊椎动物大量涌现，但以三叶虫为最多，约占当时动物界的百分之六十。

奥陶纪时各门类无脊椎动物已发展齐全，海洋呈现一派生机逢勃的景象。

主要包括腕足、珊瑚、鹦鹉螺以及古杯类、腹足类、苔藓虫等。

（二）裸蕨植物和鱼类时代——志留纪、泥盆纪(距今4.38—3.55亿年间)这段时期，生物发展史上有两大变革:其一是生物开始离开海洋，向陆地发展。

首先登陆大地的是裸蕨植物，它们摆脱了水域环境的束缚，在变化多端的陆地环境生长，为大地首次添上绿装。

其次是无脊椎动物进化为脊椎动物。

志留纪时出现的无甲胃鱼类，是原始脊椎动物的最早成员，但却不是真正的鱼类；到泥盆纪时出现的盾皮鱼类和棘鱼类才是真正的鱼类，并成为水域中的霸主。

（三）蕨类植物和两栖动物时代--石炭纪、二叠纪（距今3.55—2.5亿）石炭纪时裸蕨植物已灭绝了，代之而起的是石松类、楔叶类、真蕨类和种子蕨类等孢子植物，它们生长茂盛，形成壮观的森林。