地史学课程设计2

《地史学》课程设计Ⅱ 011103-17 何祺

20101002546

1.1 课程内容概括与分类

一．前言：

地史学（Historical Geology，也称历史地质学）是研究地球地质历史及其发展规律的科学，具体包括地球岩石圈﹑水圈﹑大气圈﹑生物圈的形成﹑演化历史和不同圈层（含宇宙圈）间耦合关系。所以是地球科学范围内一门具有较强综合性和历史性的分支学科。

地史学研究的内容和任务随着人类科学技术的进步以及对地球认识的深化而不断发展，基本上包括以下三个部分：①地层学;②沉积古地理学；③历史大地构造学。总的说来，地史学研究的中心都与时间有联系，可概括为沉积发展史﹑生物演化史和构造运动史三个方面。

地史学研究的内容涉及地壳形成﹑生命起源﹑生物演化﹑海陆变迁﹑冰川消长﹑板块分合以及地内外不同圈层间互相关系等领域，具有重要的理论学术意义。

二．地史学的基本概念与方法 ①地层的沉积相及沉积环境

沉积环境(sedimentary environments)：一个具有独特的物理、化学和生物特征的自然地理单元

沉积相(Sedimentary facies)：反映沉积记录成因（环境、条件和沉积作用）的岩石特征和生物特征的综合。即沉积记录成因的物质表现。

相变：地层的岩石特征和生物特征及其所反映的沉积环境和沉积作用在空间（横向）上的变化。

相分析(facies analysis)：综合地层的岩石特征和生物特征，推断其成因（沉积环境和沉积作用）。相分析三要素：Material﹑Principles﹑Methodology。

瓦尔特相（定）律亦称相对比原理(J Walther，1894) :只有那些目

前可以观察到是相互毗邻的相和相区，才能原生地重叠在一起; 即在垂向上整合叠置的相是在侧向上相邻的沉积环境中形成的。它的前提是地层整合﹑渐变。

相标志是反映地层形成环境的原生沉积特征。相标志分四种：生物标志﹑物理标志﹑化学标志以及综合标志。

生物标志一般指地层中存在的化石，分实体化石与遗迹化石。其中实体化石指由生物遗体本身保存而成的化石，大多是生物的硬体部分，原有物质成分一般已被交代或填充。而遗迹化石指保存在地层中各个地史时期生物活动的遗迹和遗物。前者如钻迹、移迹、足迹等；后者如粪粒、粪、卵、蛋及石器等。一般遗迹化石有：1.原地保存2.常保存于缺少实体化石和无机沉积构造的地层中3.地质分布时间长4.遗迹化石与造迹生物很少共生5.一物多迹或异物同迹的特征。

物理标志包括地球物理测井（自然电位﹑自然伽玛﹑视电阻率等）曲线和地震地层学（地震相）标志。

化学标志是应用岩石中的微量元素（如B﹑B/Ga﹑Sr/Ba﹑Br﹑Br/Cl...)﹑同位素（O﹑C﹑S﹑H等）及有机地球化学资料来判断沉积环境。

沉积环境即自然地理环境是进行沉积作用的场所，具有特定的物理的﹑化学的﹑生物方面的条件。

以海平面为标志，可将地表沉积环境分成三大类型：海平面以上的大陆环境，海平面以下为海洋环境，介于海陆之间的过渡地带为过渡环境。大陆环境的沉积相环境主要分为潮湿气候平原沉积相类型﹑

干旱气候平原沉积相类型以及山麓及山间盆地沉积相类型。过渡沉积环境的典型代表是三角洲环境，三角洲沉积是在河流与海湖盆汇合处形成的大型锥状沉积体。海洋沉积环境按海底地形和海水深度，可进一步划分为滨海﹑浅海次深海及深海。

②地层系统和地质年代

地层:各种层状岩石的统称.包括所有的沉积岩,部分火成岩和变质岩.

地层学:研究层状岩石形成的先后顺序、地质年代、时空分布规律(狭义)和形成环境条件及其物理、化学性质的地质学分支学科.她的核心目标就是建立地球科学的时间坐标。

地层学的三大基本定律：地层叠覆律﹑原始水平律以及原始侧向连续律。地层学三定律是构造地质学和地层学的基础。

化石层序律表明不同时代的地层含有不同的化石，含相同化石的地层其时代相同。它的意义在于能根据化石内容对比不同剖面的地层以及确定地层的相对顺序及相对时间。

地层与其它地质体之间的接触关系分为沉积接触与侵入接触。 地层划分：根据地层的特征和属性（如岩性、化石和不整合面等）将地层组织成相应的单位。地层对比：表示地层特征或地层位置是否相当。根据所强调的侧重点的不同，有不同种类的对比。地层的划分与对比分为：岩石地层划分对比﹑生物地层划分对比﹑同位素年龄测定与地层划分对比﹑磁性地层划分对比﹑地震地层划分对比以及测井地层划分对比。三套常用地层单位（岩石地层单位、生物地层单位

和年代地层单位）和两套独立的地层单位系统（岩石地层单位系统和年代地层单位系统）。

岩石地层单位的分级：群、组、段、层。其中组是基本的岩石地层单位。

生物地层单位的基本单位是生物带。主要有延限带﹑间隔带﹑种系带 ﹑组合带﹑富集带，且生物地层各单位之间不存在大小级别关系。

层型是已经命名的成层地层单位或地层界线的原来或是后来指定的参考标准 (即典型剖面)，层型主要包括：单位层型﹑界线层型﹑复合层型。其中界线层型是为定义和辨别两个已命名的全球标准年代地层单位之间的地层界线而选定的典型或标准。

三．地球早期史及前寒武地史

前寒武主要特征为时限长(46-5.4亿年)；地层普遍变质 (麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一般越老变质越深),岩浆活动发育;构造变形复杂，因为原始地壳薄、刚性差、热流值大，易塑性变形，而且经历多期构造变动;生物化石稀少;酸性和还原大气圈和水圈；矿产丰富。

对于地球的形成当前普遍认可的理论是宇宙大爆炸学说。 前寒武纪生物界面貌：

1.Ar1: Molecular fossils（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氢化合物、环形化合物等），此外少量stromatolites。

2.Ar2-Pt: Bacteria & alga:Stromatolites繁盛，特别是Pt3 Microalga (微古植物）指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于Pt2-3。

海相沉积: 仅限于青藏高原,台湾和黑龙江东部。 燕山运动对中国东部的影响：

1.燕山运动由翁文灏(1927)命名，分为早(J2/J3)、中(K11/K12)、晚(K22/K23)三期。

2.使太行山—雪峰山以西大型稳定盆地萎缩消亡，也使东部隆起带上的断陷小盆地逐渐消亡, 形成松辽、华北、江汉盆地。

3.岩浆活动逐渐东移（辽西→鸡西，浙西→浙东）。 4.成矿作用

盆地的形成导致油气的形成，华南地区断陷小盆地内往往形成膏盐等非金属矿产。

岩浆、火山活动形成重要的内生金属矿产 。 ②新生代

新生代距今约65Ma年至今，它分为两个纪：第三纪﹑第四纪。 新生代的生物界： 1.哺乳动物mammals

哺乳动物在Kz适应辐射，占领各生态领域，有胎盘哺乳动物主要类别（目）。

2.被子植物(angiosperm)的发展

从K1开始发育,Kz繁盛, 可分为两阶段。E木本植物发展阶段，乔木、灌木为主。N草本植物大发展和C4植物出现阶段，大量现代种属出现，蕨类和裸子植物减少；C4植物（玉米高粱小米等赖旱植物）同化 CO2 的速率是 C3植物（米麦豆枫蜂蜜，木本及喜冷潮湿

草本）的两倍。

第三纪植物地理分区：泛北极植物区(包括我国北方)、南极植物区、热带植物区。

3.其他门类-other life

海生无脊椎动物：双壳类、腹足类、六射珊瑚、有孔虫(货币虫-R)、抱球虫。淡水无脊椎动物：软体动物、介形虫、昆虫等。

中国新生界地层和古地理： 沉积特征：

1.东部为大型稳定类型盆地沉积，时有海泛发生，沉积物类型受古气候控制。

2.盆地形成是裂谷作用的结果，如华北盆地E1有玄武岩，反映地幔上隆，形成地堑—箕状断陷，E2-3充填，之后裂谷发育结束。

3.沿海长白山—辽东半岛—武夷山一带为隆起带，大部分遭受剥蚀，仅发育一些小断陷盆地和零星玄武岩。

中国第四纪的基本特征：青藏高原快速整体抬升；大西北为高山深盆；内蒙-晋陕高原风蚀作用显著；华南中低山丘陵上升剥蚀；大面积沉降的近海平原：松辽，华北，江汉，苏北；大幅度变迁的海岸线。

喜马拉雅运动：

时间： N2-Qp～～～～～～～ Ш N1 ～～～～～～～ II E2-E3 ～～～～～～～ I

意义：1。特提斯（Tethys)洋闭合，青藏高原强烈上升，形成西高东低大江东去的格局。

2.环太平洋外带（地震、火山及板块构造）及内生矿产的形成。 3. Pengaea继续分裂。

1.2 我认为《地史学》存在的3个最重要的科学问题亟待解决

①恐龙是怎么灭绝的

恐龙灭绝为人类的产生和发展创造了条件。如果恐龙没有灭绝，他将还会统治地球，可能连猿猴都不能出现，就是出现了，也不能进化为人。恐龙灭绝提出了人与环境关系的严肃课题。人类要想不像恐龙一样灭绝，既要保护和改善环境，尽量避免环境恶化，也要积极改变自身，努力适应环境。我想这一点用在人与社会环境上也是相同的道理。

②怎么遏制全球升温

全球升温会带来许多后果：1.气候变得更暖和，冰川消融，海平面将升高，许多沿海城市将被淹没。2.水域面积增大。水分蒸发也更多了,雨季延长,水灾正变得越来越频繁。遭受洪水泛滥的机会增大、遭受风暴影响的程度和严重性加大，水库大坝寿命缩短。3.水温升高可能会给南极半岛和北冰洋的冰雪融化。北极熊和海象将灭绝。4.许多小岛将无影无踪；将感染疟疾等传染病……5.因为还有热力惯性的作用，现有的温室气体还将继续影响我们的生活。”6.温度升高，会影响人的生育，精子的活性随温度升高而降低……. ③地史时期生物演化研究

在地质历史长河中，生物进化和环境演变的复杂过程和机制，至今仍有许多奥秘未被揭开。以生物演化为主线，探索重大地史时期全球生物和环境协同演变的基本特征，为人类认识生物多样性及面临的环境危机提供大尺度的地史借鉴。生物多样性不仅涉及动、植物的数量概念，更是一个事关人类生活和发展质量的大问题。把今日生物多样性下跌与史前情况对比，给人们以地史借鉴与自然启示。

1.3 我的学习感受及对课程的意见和建议

经过半个学期的学习，我对地史学已经有了一定的认识。总的来说，我对龚老师的课还是比较喜欢的，讲课的内容不拘泥于课本，我们总能认识到一些新奇的内容。但是，我觉得地史学这门课程比较难学，里面的概念太多，内容比较散乱。

1.4 小论文

从活体生物到化石的过程与机理探析

化石到底是怎么形成的呢？我们看到一个个栩栩如生的化石时不禁这门想到。化石时大自然的一种神奇产物，它深埋于地下，当它出土时，将是历史性的时刻。它就像是一卷史书，铭刻着古生物史上的点点滴滴。

虽然一个生物是否能形成化石取决于许多因素，但是有三个因素是基本的：（1）有机物必须拥有坚硬部分，如壳、骨、牙或木质组织。然而，在非常有利的条件下，即使是非常脆弱的生物，如昆虫或水母也能够变成化石。（2）生物在死后必须立即避免被毁灭。如果一个生物的身体部分被压碎、腐烂或严重风化，这就可能改变或取消该种生

物变成化石的可能性。（3）生物必须被某种能阻碍分解的物质迅速地埋藏起来。而这种掩埋物质的类型通常取决于生物生存的环境。海生动物的遗体通常都能变成化石，这是因为海生动物死亡后沉在海底，被软泥覆盖。软泥在后来的地质时代中则变成页岩或石灰岩。较细粒的沉积物不易损坏生物的遗体。在德国的侏罗纪的某些细粒沉积岩中，很好地保存了诸如鸟、昆虫、水母这样一些脆弱的生物的化石。

动物和植物变成化石可以通过很多不同途径，但究竟通过哪种

途径，通常取决于：（1）生物的本来构成（2）它所生存的地方 （3）生物死后，影响生物遗体的力。

大多数古生物学家认为生物残体的保存有四种形式 每一种形

式取决于生物遗体的构成或者生物遗体所经历的变化。

生物的本来的柔软部分只有当它被埋在能够阻止其柔软部分分解的介质中时，才能得以保存。这种介质有冻土或冰，饱含油的土壤和琥珀。当生物在非常干燥的条件下变成木乃伊，也能保存它的身体上本来的柔软部分。这种情况一般只发生于干旱地区或沙漠地区，并且在遗体不被野兽吃掉的情况下。

大概动物柔软部分的化石得以保存的最著名的例子是在阿拉斯加和西伯利亚。在这两个地区的冻原上发现的大量的冻结的多毛的猛犸遗体——一种绝灭的象。这些巨兽有的已被埋藏达25000 年。当冻土融解，猛犸的遗体就暴露出来。也有些尸体保存得很不好，当它们暴露出来时，其肉被狗吃了，其长牙被象牙商倒卖。猛犸象的毛皮现在在很多博物馆展览，有的把猛犸象的肉体或肌肉放在乙醇中保

存。

生物身体的柔软部分在东波兰的饱含油的土壤中也发现到，在这里有保存很好的一种绝灭的犀牛的鼻角、前腿和部分皮。在新墨西哥州和亚利桑那州的洞穴中和火山口里发现了地树懒的天然形成的木乃伊。这里的极端干燥的沙漠气候能够使动物的软组织在腐烂之前就全部脱水，并能保存部分的皮、毛、腱、爪等。

生物变成化石的更有趣和不寻常的一种方式就是在琥珀中保存。古代的昆虫可被某些针叶树分泌出的粘树胶所捕获。当松脂硬结后并进一步变成琥珀，昆虫便留在其中。有些昆虫和蜘蛛被保存得非常好，甚至能在显微镜下研究它的细毛和肌肉组织。虽然生物体的软组织的保存形成了一些有趣的和令人叹为观止的化石，但这种方式形成的化石是相对罕见的。古生物学家更经常地是研究保存在岩石中的化石。

生物体上的硬组织也能被保存下来。差不多所有的植物和动物都拥有一些硬部分，例如蛤、蚝或蜗牛；脊椎动物的牙和骨头；蟹的外壳和能够变成化石的植物的木质组织。生物体的坚硬部分由于是以能抵抗风化作用和化学作用的物质构成的，所以这类化石分布的较普遍。无脊椎动物例如蛤、蜗牛和珊瑚等的壳是由方解石（碳酸钙）组成的，其中很多没有或几乎没有发生物理变化而被保存下来。脊椎动物的骨头和牙以及许多无脊椎动物的外甲含有磷酸钙，因为这种化合物抵抗风化作用的能力非常强，所以许多由磷酸盐组成的物质也能保存下来，如曾发现一枚保存极好的鱼牙。由硅质（二氧化硅）组成的骨骼也具有这种性质。微体古生物化石的硅质部分和某些海绵通过硅

化而变成化石。另一些有机物具有几丁质（一种类似于指甲的物质）的外甲，节足动物和其它有机物的几丁质外甲可以成为化石，由于 它的化学成分和埋葬的方式，使这种物质以碳的薄膜的形式而保存下来。碳化作用（或蒸馏作用）是生物埋葬之后在缓慢腐烂的过程中发生的，在分解过程中，有机物逐渐失去所含有的气体和液体成分，仅留下碳质薄膜。这种碳化作用和煤的形成过程相同。在许多煤层中可以看到大量的碳化植物化石。在许多地方，植物、鱼和无脊椎动物就是以这种方式保存下它们的化石。有些碳的薄膜精确地记录了这些生物的最精细的结构。

化石还可以通过矿化作用和石化作用而保存下来。当含矿化的地下水把矿物沉淀于生物体的坚硬部分所在的空间时，使得生物的坚硬部分变得更坚硬、抵抗风化作用的能力更强。较普通的矿物有方解石、二氧化硅和各种铁的化合物。所谓置换作用或矿化作用是生物体的坚硬部分被地下水溶解，与此同时其它物质在所空出来的位置上沉淀下来的过程。有些置换形成的化石的原始结构被置换的矿物所破坏。

不仅动植物的遗体能形成化石，而且表明它们曾经存在过的证据或踪迹也都能形成化石。痕迹化石能提供有关该生物特点的相当多的情况。很多壳、骨、叶以及生物的其它部分，都能以阳模和阴模的形式保存下来。如果一个贝壳在沉积物硬化成岩之前就被压入海底，它的外表特征就会留下压印（阴模）。如果阴模后来又被另外一种物质充填，就形成阳模。阳模能显示出贝壳本来的外部特征。外部阴模显示的是生物体硬部分的外部特征，内部阴模显示的是生物体坚硬部

分的内部特征。一些动物以痕、印、足迹、孔、穴的形式留下了它们曾经存在的证据。

其中如足迹，不仅能表明动物的类型，而且提供了有关环境的资料。恐龙的足迹化石不仅揭示了它的足的大小和形状，还提供了有关它的长度和重量的线索，留有足迹的岩石还能帮助确定恐龙生存的环境条件。世界上最著名的恐龙足迹化石发现于得克萨斯州索美维尔县罗斯镇附近的帕卢西河床中的晚白垩纪石灰岩中，年代大约在1.1 亿年前。留有恐龙足迹的大的石灰岩板被运到全世界的博物馆中，成为这种巨大爬行动物的哑证据。无脊椎动物也能留下踪痕。在许多砂岩和石灰岩沉积层的表面可以看到它们的踪迹。无脊椎动物的踪痕既有简单的踪迹，也有蟹及其它爬虫的洞穴。这些踪痕提供了有关这些生物的活动方式和生活环境的证据。洞穴是动物为着藏身觅食而在地上、木头上、石头上以及其它能打洞的物质上打出的管状或圆洞状的孔穴，后来若被细物质充填，就可能得以保存下来。打出该洞穴的动物的遗体偶尔也能在充满洞中的沉积物中找到。在松软的海底，蠕虫、节肢动物、软体动物以及其它动物都可留洞穴。某些软体动物，如凿船虫——一种钻木的蛤、石蜊（Litho- domus）——一种钻石的蛤，它们的洞穴化石和钻孔化石也常常能被发现。在人们所知的最古老的化石之中，有管状构造，据认为这种管状构造是蠕虫的洞穴。在许多最古老的砂岩中，就有这种管状构造。

钻孔是某些动物为了觅食、附着和藏身而打的洞。钻孔经常出现在化石化的贝壳、木头和其它生物体的化石之上。钻孔也是一种化

石。象钻孔蜗牛这种食内动物就能穿过其它动物的壳来钻孔以吃食其软体部分。许多古代软体动物的壳上可见到象是钻孔蜗牛打的整齐的洞。

化石对于追溯动植物的发展演化是有用的，因为在较老的岩石中的化石通常是原始的和较简单的，而在年代较新的岩石中的类似种属的化石就要复杂和高级。

某些化石作为环境的指示物是很有价值的。例如造礁珊瑚似乎总是生活在与今天相似的条件下。因此，如果地质学家找到了珊瑚礁化石——珊瑚最初被埋藏的地方，就可以有理由地认为，这些含有珊瑚的岩石形成于温暖的相当浅的海中。这就使得勾画出史前时期海的位置及范围成为可能。珊瑚礁化石的存在还可指示出古代水体的深度、温度、底部条件和含盐度。

化石的一个更重要的用途是用来进行对比——确定若干岩层间彼此相互关系的密切的程度。通过对比或比较各岩层所含的特征化石，地质学家可以确定一个特定区域的某种地质建造的分布。有的化石在地质历史上生存的时间相当短，然而在地理分布上却相当广泛。这种化石被称为指示化石。由于这种化石通常只是和某一特定时代的岩石共生，所以在对比中特别有用。

微体生物的化石对于石油地质工作者作为指示化石特别有用。微体古生物学家（研究微体古生物的学者）通过对从钻孔中取得的岩心进行冲洗、将微小的化石分离出来，然后在显微镜下进行研究。通过对这些细小的古生物遗体的研究所获得的资料对于判断地下岩层的

年代和储油的可能性是非常有价值的。微体古生物化石对于世界油田之重要可从某些储油地层用某些关键的有孔虫的属来命名这一点见其一斑。其它微体古生物化石，例如：介形虫、孢子和花粉，也被用来确定世界其它许多地区的地下岩层。虽然植物化石对于指示气候十分有用，但用于地层对比就不很可靠。植物化石提供了许多有关整个地质时代的植物演化的资料。

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