第4章 地质年代与地质作用概述

常用同位素体系的半衰期
母同位 素 238U
40K 87Rb 14C
子同位 素 206Pb
40Ar 87Sr 14N
半衰期 (亿年) 45
13 470 5730年
定年范围
1 Ma4.6 Ba 50,000 a 4.6 Ba 10 Ma 4.6 Ba 100 a 70,000 a
定年材料
锆石 黑云母，白云母，角 闪石，钾长石或全岩 黑云母，白云母，钾 长石或全岩 木材, 木炭, 泥炭, 骨 头, 牙齿, 贝壳, 碳酸 盐
岩石地层：岩石组合
山东莱阳白垩系青山群
岩石地层单位
群-最大的岩石地层单位，由两个或两个以上具有相似岩石 学特征的组构成； 组-岩石地层的基本单位，具有岩性、岩相和变质程度的一 致性的岩层； 段-与组内相邻岩层具有不同的岩石特征； 层-最小的岩石地层单位，指组内或段内的一个明显的特殊 的单位（颜色、岩性和化石）
第二节 地层的划分与对比
地层划分：按照岩性、化石和接触关系将地层划分为不同级 别单位 地层对比：将不同区域的地层加以比较，确定彼此形成的
先后次序
地层的划分与对比方法 岩石地层 生物地层
年代地层
一. 岩石地层
岩石地层：地层的岩性、 岩相或变质程度的特征
岩石地层单位： 群、组、段、层
松辽盆地早白垩世营城组岩石地层特征
1. 地质年代的划分
地质年代单位：宙 代 纪 世 期 宙-冥古宙,太古宙,元古宙和显生宙
显生宙-古生代,中生代和新生代
古生代-早古生代,晚古生代
早古生代-寒武纪（Є）,奥陶纪（O）,志留纪（S）
晚古生代-泥盆纪（D）,石炭纪（C）,二叠纪（P） 中生代-三叠纪（T）,侏罗纪（J）,白垩纪（K） 新生代-古近纪（E）,新近纪（N）,第四纪（Q）
岩石地层对比：根据特征岩性，标志层对比地层
Diagram cited from: www.bluemonkeybusiness.com/files/time.ppt
岩石地层对比示意图
二. 生物地层
生物地层：地层的化石及其组合特征 生物地层单位： 组合带：所含化石或其中的某一类化石的自然组合； 延限带：任一生物分类单位在其整个延续范围内所 代表的地层；
放射性同位素衰变实例
87Rb
-------87Sr +
38P, 49N
37P, 50N
放射性同位素衰变实例：原子弹爆炸
同位素半衰期 半衰期（T1/2）：放射性同位素体系，放射性核素母体原子
衰变完一半所需要的时间 T1/2=ln（2/ ）
放射性同位素半衰期示意图
K-Ar同位素体系半衰期Байду номын сангаас意图
2. 地质年代的特征及由来
冥古宙：最早岩石和生命出现之前的时期； 太古宙：原始生命出现及生物演化的初级阶段； 元古宙：早期原始生命，菌藻类； 古生代：“古老生物”时代，包括六个纪 寒武纪：“寒武”是英国威尔士的古称，在威尔士研究的最早； 奥陶纪：“奥陶”英国威尔士的一个古代民族的名称； 志留纪：“志留”是英国威尔士边境的一个古代部族的名称； 泥盆纪：在英格兰泥盆郡研究最早； 石炭纪：地层中富含煤层，创名于英国； 二叠纪：最早研究于乌拉尔山，具有明显的二分性； 中生代：“中期生物”时代，分为三个纪 三叠纪：该地层在德国南部研究最早，地层具明显三分性； 侏罗纪：在法国与瑞士的交界的侏罗山研究最早； 白垩纪：最早发现于英吉利海峡北岸，产出白色的细粒碳酸钙，拉 丁文称为Creta，意为白垩； 新生代：近代生物时代，包括古近纪、新近纪和第四纪 第三纪、第四纪的起源于18世纪欧洲地质学家对地层系统的划分
二. 相关概念
岩层：层状岩石的统称，包括沉积岩、层状的岩浆岩和变质岩 地层：某一地质时期形成的岩层或岩石组合，包括沉积岩、岩
浆岩以及由此经变质作用形成的变质岩
古生物：地质历史时期的生物
化石：保存在地层中的古生物的遗体和遗迹
地史学：研究地球地质历史及其发展规律的科学，以地层和 古生物为研究对象
化石的常见类型
（Rutherford and Soddy，1902）
锆石U-Pb定年实例
LA-ICP-MS
SHRIMP
宙
代
地质时代 纪 第 四 纪(Q) 新近纪(N) 古近纪(E)
新生代 (Kz)
四. 地 质 年 代 表
白垩纪(K) 侏罗纪(J) 三叠纪(T) 二叠纪(P) Pz2 石炭纪(C) 古 泥盆纪(D) 生 志留纪(S) 代 Pz 奥陶纪(O) 1 寒武纪(∈) 元 新元古代 震旦纪,青白口纪 古 中元古代 蓟县纪,长城纪 宙 古元古代（Pt1） 新太古代 太 中太古代 古 古太古代 宙 始太古代 冥古宙(Hd) 显 生 宙 中生代 (Mz)
沉积作用
成岩作用
地质作用之间的联系
地表环境
风化、 剥蚀作用
搬运作用
沉积作用 成岩作用
构造运动 地震作用 变质作用
岩浆作用
板块俯冲带
本章小结
地层，化石的概念; 什么是相对地质年代，其确定方法？
什么是绝对地质年代，其测定原理？
地质年代表； 地层的划分与对比方法； 地质作用的概念与分类
（2）放射性同位素定年原理
矿物形成后，在与外部环境隔绝的情况下，所含放射性同 位素不断衰变，同时放射成因同位素相应增加，期间不存 在外界同位素的进出，实验室通过测试母体同位素的剩余 量及子体放射性成因同位素的含量，即可计算同位素衰变 经过的时间，即矿物的形成年龄 t = 1/ ln(1 + D/P) t-时间；-为衰变常数；D-放射成因同位素的含量； P-剩余放射性同位素的含量
内动力地质作用：由地球内能引起的岩石圈乃至地球物质 组成、内部结构和地表形态变化与发展的作用
内动力地质作用的类型：
构造运动 地震作用 岩浆作用 变质作用
2. 外动力地质作用 外动力地质作用：由地球外能引起的地壳表层形态和物质
成分变化的作用
外动力地质作用的类型：
风化作用
剥蚀作用 搬运作用
（1）地层层序律
地层形成时水平或近水平，老地层先形成、在下，新地 层依次层层叠覆，越往上地层越新
250 Ma
古生代地层
550 Ma 1.7 Ba 前寒武系 美国大峡谷
地层层序律示意图
（2）化石层序律
1）生物进化的总体趋势 结构构造：简单→复杂； 生物类型：低等→高等； 生活环境：海洋→陆地、 空中； 不可逆转性
世 全新世，更新世 上新世(N2) 中新世(N1) 渐新世(E3) 始新世(E2) 古新世(E1) 早, 晚白垩世 早,中,晚侏罗世 早,中,晚三叠世 早,中,晚二叠世 早,晚石炭世 早,中,晚泥盆世 始,早,中,晚志留世 早,中,晚奥陶世 始,早,中,晚寒武世
生物演化阶段 年龄 (Ma) 动物 植物 2.58 人类 5.3 无 23.0 被子 哺乳 脊 33.9 植物 动物 椎 56 动 66 物 145 爬行 继 201 裸子 动物 续 252 植物 演 299 两栖动 化 359 物 蕨类 419 鱼类 443 无脊椎 裸蕨 485 动物 541 硬壳动物 1000 裸露动物 藻类 1600 菌类 2500 2800 3200 3800 生命出现 4000 4600
举例：地震作用
二. 地质作用的能量来源
1. 来自地球内部的能量（内能）
地球旋转能、重力能、地热能、结晶能和化学能
2. 来自地球外部的能量（外能）
太阳辐射能、日月引力能和生物能
三. 地质作用的分类
根据能量来源，可将地质作用分为两种基本的类型：
内动力地质作用
外动力地质作用
1. 内动力地质作用
莱德利基虫（三叶虫） 早 寒武世
单笔石 志留纪-早泥盆世
（3）地质体切割律
较新的地质体总是切割或穿插较老的地质体，即切割者新、被 切割者老
老
新
地质体切割律示意图
www.winona.edu/geology/MRW/.../Stratigraphic%20Principles.ppt
3. 绝对地质年代的确定方法
（1）放射性同位素衰变简介 同位素：具有相同质子数和不同中子数的一组核素，在 元素周期表中占据同一个位置
例：Pb有4个同位素， 204Pb、206Pb、207Pb和208Pb ，这4个同位素都有 82个质子，因而它们都位于元素周期表第6周期第ⅣA族，但具有不 同的中子数
稳定同位素：原子核稳定，不自发地衰变或衰变期长， 原子核的变化不能被察觉或可忽略不计 放射性同位素：原子核不稳定，能以一定方式自发衰变形 成其它核素，衰变形成的同位素叫放射成因同位素
2）化石层序律的内容
不同时代的地层含有不同的化石组合，具有相同或相近 化石组合的地层形成年代相同；
地层越老所含生物化石越低级、结构越简单；
地层越新，所含生物化石越高级、结构越复杂； 可根据地层中所含化石确定地层的相对年代
标准化石 标准化石：生存时间短、分布广、数量多、特征明显、保存 完好、容易鉴定的化石
实体化石 猛犸象 全新世
铸模化石 植物茎叶
遗迹化石 人足印 墨西哥 4万年前 遗迹化石 恐龙蛋 河南西峡
三. 地质年代的确定方法
1. 相关概念
地质年代：地质事件形成的时代和顺序 相对地质时代：地质事件发生的先后顺序 绝对地质时代：地质事件发生的确切时间（单位 Ma）
2. 相对地质年代的确定方法
相对地质时代：地质事件发生的先后顺序 相对地质年代的确定方法 地层学方法：地层层序律 古生物学方法：化石层序律 构造地质学方法：地质体切割律
顶峰带：某些化石种、属最繁盛的一段地层
生物地层划分示意图
生物地层对比示意图
三. 年代地层
年代地层：特定的地质时间间隔内形成的地层，其顶底界面
为等时面
地质年代单位 年代地层单位 岩石地层单位
宙
代 纪
宇
界 系
世
期
统
阶
群
组
时
时间带
段
层
第三节 地质作用概述
一. 地质作用的概念
地质作用：由自然动力引起地球的物质组成、内部结构、 构造和地表形态变化与发展的作用
第四章 地质年代与地质作用概述
主要内容
第一节 地质年代*****
第二节 地层的划分与对比***
第二节 地质作用概述*****
第一节 地质年代
一. 地球的演化阶段
地球的年龄：46亿年 天文演化阶段：46-40亿年，无生命，冥古宙
地质演化阶段：40亿年有岩石记录以来
地质历史时期：地球形成-更新世（46亿年前-1万年前）