前寒武纪地层#公开课堂

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1、古生物地层学古生物地层学 主 讲：胡 斌 助 课：宋慧波 2012年6月12日1上课资料复习题131.1.什么叫标志层和标准化石？什么叫标志层和标准化石？2.2.地质年代划分的主要依据是什么？地质年代划分的主要依据是什么？3.3.什么叫地层叠覆律和化石层序律？什么叫地层叠覆律和化石层序律？4.4.年代地层单位与岩石地层单位有什年代地层单位与岩石地层单位有什么不同？么不同？5.5.地层对比主要有哪几种方法？地层对比主要有哪几种方法？2上课资料 4 4 前寒武系前寒武系4-14-1前寒武系概况前寒武系概况4-24-2中国的太古宇中国的太古宇4-34-3中国的元古宇中国的元古宇4-44-4前寒武纪全

2、球地史概述前寒武纪全球地史概述3上课资料从宇宙大爆炸到地球形成4上课资料地地球球的的形形成成5上课资料在2001年公布的中国区域年代地层(地质年代)表上，以25亿年为界将前寒武纪划分为元古宙和太古宙 4-1 4-1 前寒武系概况1.1.前寒武纪的时限及地质年代划分前寒武纪的时限及地质年代划分 5426上课资料地球年龄约为地球年龄约为4646亿年亿年。发现最古老的沉积变质岩层为发现最古老的沉积变质岩层为37.537.5亿年，为格陵兰岛的伊亿年，为格陵兰岛的伊苏阿（苏阿（IsuaIsua）群）群 。太古宙推测为始于太古宙推测为始于3636或或3838亿年，经历了亿年，经历了11-1311-13亿年

3、；亿年；元古宙始于元古宙始于2525亿年，经历了大约亿年，经历了大约19.619.6亿年亿年显生宙第一个地史年代为寒武纪，始于显生宙第一个地史年代为寒武纪，始于5.425.42亿年亿年 距今距今5.425.42亿年以前的地质时代，统称前寒武纪，相应年代亿年以前的地质时代，统称前寒武纪，相应年代的地层统称为前寒武系的地层统称为前寒武系前寒武系是指从寒武纪初至可确定的地球历史起始之时的这一段古老地质时期形成的地层，相应地称这段时期为前寒武纪(Precambrian)。4-1 4-1 前寒武系概况7上课资料前寒武纪前寒武纪占地质历史的占地质历史的7/8或或87%始太古代始太古代太古宙太古宙元古宙元古

4、宙5422518上课资料(1)(1)时限长时限长(36/38-5.43(36/38-5.43亿年亿年)，经历了，经历了32.5732.57亿年；亿年；(2)(2)地层普遍变质地层普遍变质 (麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一麻粒岩相、角闪岩相、绿片岩相，一般越老变质越深般越老变质越深)，岩浆活动发育；岩浆活动发育；(3)(3)构造变形复杂，构造变形复杂，因为原始地壳薄、刚性差、热流值大，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易塑性变形，而且经历多期构造变动；(4)(4)生物化石少生物化石少（化石少，化石无硬壳、后期破坏）（化石少，化石无硬壳、后期破坏）(5)(5)矿产

5、丰富矿产丰富（FeFe、AuAu、U U）2 前寒武系的特征前寒武系的特征9上课资料3 岩系特征及其研究方法（1）同位素年龄测定前寒武纪的地层都由结晶岩石构成，矿物中的放射性同位素年龄便成为前寒武纪地层时代确定、划分、对比的重要手段和首选方法，成为大区域乃至全球性前寒武系划分、对比的基本依据。一般采用钾氩法(KAr)、铀铅法(UPh)和铷锶法(RbSr)。（2）构造岩浆旋回法 根据地层之间的不整合接触，以及对不整合面上、下岩层的岩石特征、构造特征、变质程度、岩浆活动等进行综合研究来划分不同的地质构造发展阶段的方法，称为构造-岩浆旋回法。根据构造-岩浆旋回确定的前寒武纪的时代界线，其“同时性”具

6、有相对性，这和显生宙时代划分对比的含义有差别，仅代表了时代大致相当的构造发育升段。10上课资料（3）地层划分、对比的岩性标志：前寒武系中特殊的岩石类型和沉积建造，可作为地层划分、对比的标志。距今l9002000 Ma地层中的条带状铁矿建造，属于碧玉铁质岩类(鞍山式铁矿鞍山式铁矿)。它分布广、层位稳定，是太古宙和古元古代典型的沉积建造。在前寒武纪晚期，大致在距今680800 Ma之间发育的冰碛层冰碛层，在世界上许多地区都有分布，在我国南方称为“南沱冰碛层”和“古城冰碛层”。冰碛层具有同时性的特征，可以作为远距离对比的良好标志。11上课资料前寒武纪地层中目前发现的主要是海生的菌藻类、叠层石和原始的

7、后生动物群化石，可用于划分、对比地层。微古植物则主要见于中、新元古代，以个体较小(直径小于10m的属种约近14)、膜壳较薄、纹饰简单为特征，如Leiominuscula(光面小球藻)；在l6001000 Ma的中元古代阶段，以膜壳较厚、个体较大、纹饰复杂且形状多样为特征，如Favosos phaeridium(巢面球形藻)及Qudratimorpha(方形藻)等；新元古代，则多出现丝状藻、球藻，同时还出现褐藻甚至各种大型宏体(宏观)藻类。宏观藻类主要包括Chuaria(乔尔藻)、Longfengshania(龙凤山藻)及Pumilibaxa(小履藻)等大型肉眼可见的藻类。新元古代末，地球上出现

8、了后生动物并开始辐射发展。由于它们都呈印痕状态保存，无硬体骨骼或外壳，一般称为裸露动物群，即埃迪卡拉动物群。（4）生物地层学方法小球藻球形藻龙凤山藻12上课资料 太古宇是指在太古宙(Archaeozoic Eon)这段时间内形成的地层，这些地层通常是比较复杂的古老变质岩体。年代距今至少在2500 Ma以上(2500-3600 Ma)。4-2 4-2 中国的太古宇1.概述 就全球而言，出露或浅埋的太古宙地壳仅占大陆面积的7，它们和隐伏的古老基底一起构成了大陆原始格架的雏形。太古宙地层的岩石几乎均遭受过不同程度的变质作用，因而形成了极具特色的变质岩。可分为高级变质岩区的麻粒岩相、中级变质岩区的角闪

9、岩相和低级变质岩区的绿片岩相。在太古宙时期，共存的侵入岩主要由云英闪长岩(tonalite)、奥长花岗岩及花岗闪长岩组成，是地壳早期演化中构成太古宙基底的主体，也是地球上已知最古老的低密度陆壳，直接漂浮在地幔之上，成为太古宙地壳的结构特色之一。13上课资料2.中国的太古宇（1）地层区划 太古宙以变质地区作为地层分区单元。依据其出露情况分为5个地层区：I-塔里木变质岩地层区；-华北变质岩地层区；-扬子变质岩地层区；-秦岭一大别一苏鲁变质岩地层区；V-华南变质岩地层区14上课资料（2）中国北方的大古宇 中国太古宙地层主要分布在中国的北方，以华北北部及中部发育最好，始太古代的花岗质地质体出露面积小，

10、古太古界由黑云斜长片麻岩、含铬云母石英岩、斜长角闪岩所组成。中太古界主要由麻粒岩、深成奥长花岗岩、云英闪长岩及与火山岩组成。其中冀东以迁西岩群为最为典型。新太古界是华北克拉通的主要组成部分，多以火山一沉积岩的多旋回所组成。新太古界：分布最广，西自阿拉善、贺兰山经阴山、太行山-吕粱山、燕山、辽吉、鲁西、胶东、皖豫陕，均有大片出露中太古界：主要见于冀东的迁安一迁西地区、吉林的龙岗地区、山东中部郯庐断裂中的沂水地区、胶东地区以及辽北等地区。古太古界：以冀东为代表。始太古代：地表仅见于鞍山附近。15上课资料迁西运动迁西运动五台运动五台运动阜平运动阜平运动230016上课资料古太古界（古太古界（3600

11、-3200Ma3600-3200Ma）：）：阜平群下部、迁西群、下鞍山群：阜平群下部、迁西群、下鞍山群：原岩以原岩以基性火山喷发岩为主基性火山喷发岩为主，上部夹有中酸性火山岩，上部夹有中酸性火山岩粘土质岩及硅铁质岩沉积，粘土质岩及硅铁质岩沉积，经历了火山喷溢沉积物质的沉积过程，为硅铝壳逐步加厚的过程，形成了陆壳经历了火山喷溢沉积物质的沉积过程，为硅铝壳逐步加厚的过程，形成了陆壳雏形。雏形。岩性：深变质岩，原岩为基性、超基性至中酸性火山岩，夹分选不好的碎屑岩及多层硅铁沉积岩性：深变质岩，原岩为基性、超基性至中酸性火山岩，夹分选不好的碎屑岩及多层硅铁沉积岩性：深变质岩，原岩为基性、超基性至中酸性火

12、山岩，夹分选不好的碎屑岩及多层硅铁沉积岩性：深变质岩，原岩为基性、超基性至中酸性火山岩，夹分选不好的碎屑岩及多层硅铁沉积分析：分析：分析：分析：1 1）基性、超基性岩来源于地幔，酸性火山岩为侵入体）基性、超基性岩来源于地幔，酸性火山岩为侵入体）基性、超基性岩来源于地幔，酸性火山岩为侵入体）基性、超基性岩来源于地幔，酸性火山岩为侵入体 2 2）可与现代月球对比：月陆）可与现代月球对比：月陆）可与现代月球对比：月陆）可与现代月球对比：月陆-高地（亮）为辉石质斜长岩，月海高地（亮）为辉石质斜长岩，月海高地（亮）为辉石质斜长岩，月海高地（亮）为辉石质斜长岩，月海-低地（暗色）为玄武岩。低地（暗色）为玄

13、武岩。低地（暗色）为玄武岩。低地（暗色）为玄武岩。表明表明表明表明：当时岩石圈壳薄、活动性强、热流值高，仅出现：当时岩石圈壳薄、活动性强、热流值高，仅出现：当时岩石圈壳薄、活动性强、热流值高，仅出现：当时岩石圈壳薄、活动性强、热流值高，仅出现壳幔分异壳幔分异壳幔分异壳幔分异（为壳慢杂岩）。（为壳慢杂岩）。（为壳慢杂岩）。（为壳慢杂岩）。中太古界中太古界-新太古界（新太古界（3200-2500Ma3200-2500Ma）：）：阜平群上部龙泉关群、五台群、上鞍山群：阜平群上部龙泉关群、五台群、上鞍山群：超基性、基性喷出岩相对减少，超基性、基性喷出岩相对减少，中酸性的火山岩增多，沉积岩发育中酸性的火

14、山岩增多，沉积岩发育，沉积岩包括，沉积岩包括巨厚的碎屑岩（类复理石沉积组合）、粘土岩、碳酸盐岩及硅铁质岩，碎屑岩中巨厚的碎屑岩（类复理石沉积组合）、粘土岩、碳酸盐岩及硅铁质岩，碎屑岩中发育典型交错层理，表明发育典型交错层理，表明陆源面积及浅海沉积环境的扩大，硅铝质陆壳增长。陆源面积及浅海沉积环境的扩大，硅铝质陆壳增长。岩性：岩性：岩性：岩性：深变质岩，原岩为基性至酸性火山岩、火山碎屑岩、硬砂岩夹碳酸盐岩深变质岩，原岩为基性至酸性火山岩、火山碎屑岩、硬砂岩夹碳酸盐岩地史分析：地史分析：地史分析：地史分析：沉积岩增加，出现砂岩、碳酸盐岩等稳定浅海沉积，说明陆地面积和浅海沉积范围扩大，沉积岩增加，出

15、现砂岩、碳酸盐岩等稳定浅海沉积，说明陆地面积和浅海沉积范围扩大，且较为稳定。且较为稳定。迁西运动后，硅铝质地壳形成、加厚，成为古陆核迁西运动后，硅铝质地壳形成、加厚，成为古陆核(3)太古宇的岩性特征及形成环境17上课资料4-3 4-3 中国的元古宇1.概述 其时限范围为2500542Ma之间，延续198亿年。元古宇是指在元古宙(Proterozoic Eon)时期内所形成的地层，元古宙由SF埃蒙斯于1887年命名，Proterozoic系希腊词源，意为早期原始生命。54218上课资料中元古界中元古界19上课资料中国元古宙地层对比2300五台运动五台运动蓟县运动蓟县运动20上课资料 整体而言，中

16、国元古宇地层分区单元与中国大陆古板块的划分密切相关，随着太古宙陆核的不断增生，在元古宙而逐渐形成了原始板块，在我国发展形成四个稳定板块，即华北板块、塔里木板块、扬子板块、西藏(冈瓦纳)板块以及一些小型地块。这些陆壳板块在元古宙中一般被洋壳海域所分割。且在元古宙的不同时段内，地层发育情况明显不同。2 中国元古宇地层区划中国各地的中元古代地层，依据其各自发育的总体特征可划分为7个地层区：-阿尔泰兴安地层区-北天山-阿拉善地层区-塔里木地层区-昆仑地层区V-中朝地层区-华南地层区-东南地层分区21上课资料（1 1）构造发展：）构造发展：原始原始硅铝质陆核的增生、扩大硅铝质陆核的增生、扩大，各主要陆壳

17、板块初具规模。，各主要陆壳板块初具规模。（2 2）沉积特征：）沉积特征：早期陆壳规模小早期陆壳规模小，大量不成熟的沉积物由海洋内部供给，大量不成熟的沉积物由海洋内部供给，中、中、晚期半稳定陆壳增大晚期半稳定陆壳增大，出现大幅度高差分异，开始出现分选完全的石英砂岩、，出现大幅度高差分异，开始出现分选完全的石英砂岩、粘土岩、大量碳酸盐岩和磨拉石粗碎屑堆积，但厚度大、夹有火山喷发岩，粘土岩、大量碳酸盐岩和磨拉石粗碎屑堆积，但厚度大、夹有火山喷发岩，表现出地台基底与盖层间的过渡性质表现出地台基底与盖层间的过渡性质似盖层似盖层。（3 3）大气圈、水圈：）大气圈、水圈：初期大气、水介质为缺氧环境，广泛出现

18、硅铁沉积和含金铀砾岩，初期大气、水介质为缺氧环境，广泛出现硅铁沉积和含金铀砾岩，中期普遍出现含铁红色砂岩（红层）、高价铁沉积矿层、可燃有机岩和膏盐中期普遍出现含铁红色砂岩（红层）、高价铁沉积矿层、可燃有机岩和膏盐沉积，表明含氧的大气圈、水圈及气候分带现象；沉积，表明含氧的大气圈、水圈及气候分带现象；中晚期海相沉积中出现大量原生白云岩，表明尽管该时期大气中中晚期海相沉积中出现大量原生白云岩，表明尽管该时期大气中COCO2 2含量较各含量较各太古代要低，但仍较古生代后要高，水介质太古代要低，但仍较古生代后要高，水介质HCOHCO3 3离子浓度很高，白云石可在离子浓度很高，白云石可在浅海中直接沉淀浅

19、海中直接沉淀。3 3 古元古代、中元古代概述古元古代、中元古代概述 （25251818，18181010亿年）亿年）22上课资料（4 4）地层特征地层特征1)1)中国北部的古元古界（中国北部的古元古界（2500-1800Ma2500-1800Ma）古元古代使太古代陆核进一步扩大、固化，形成了所谓古元古代使太古代陆核进一步扩大、固化，形成了所谓“原地台原地台”，华北五台山、吕梁山剖面华北五台山、吕梁山剖面滹沱系：（2300-1800Ma2300-1800Ma）：总厚度逾8000 m。上部：呈一个向上变粗的沉积序列。下部以紫色泥岩、砂质泥岩为主，底部有不稳定砾岩，泥岩中常见泥裂，雨痕等层面构造。中

20、部以厚一巨厚层长石石英砂岩为主，有时见有砾岩透镜体，交错层理发育。上部为巨厚层砾岩。系典型山间盆地磨拉石组合。中部：开始为较深水环境、具浊流韵律的细碎屑岩、泥质岩夹少量基性火山岩；往上出现大量白云岩和硅质条带白云岩，含叠层石，局部层位可见竹叶状构造及鲕状结构夹层，顶部泥质增多，为潮坪一碳酸盐台地-逐渐变为潮上一潮间环境。下部：自下而上由砾岩、砂砾岩砂岩、页岩和白云岩以及变质砾岩、长石石英砂岩、千枚岩、大理岩组成。砂岩中交错层理十分发育，波痕、泥裂常见，有时出现石盐假晶井含叠层石，表明豆村亚群是由陆棚边缘逐渐演化为潮坪、泻湖至广海陆棚环境的产物。五台群（五台群（2500-2300Ma2500-2

21、300Ma）：总厚大于总厚大于15000 m15000 m，主要为各种变粒岩、斜长角闪岩、角闪片岩，主要为各种变粒岩、斜长角闪岩、角闪片岩，可相变为各种片麻岩，中下部有磁铁石英岩。可相变为各种片麻岩，中下部有磁铁石英岩。原岩原岩主要为细碧角斑岩建造的基性、中基性和主要为细碧角斑岩建造的基性、中基性和酸性火山岩、拉斑玄武岩以及碎屑粘土质岩石。酸性火山岩、拉斑玄武岩以及碎屑粘土质岩石。出现出现多个火山活动多个火山活动碎屑沉积的旋回碎屑沉积的旋回，代表多次活动的岛弧外带（优地槽），代表多次活动的岛弧外带（优地槽）岛弧内部（冒岛弧内部（冒地槽）的发展过程。地槽）的发展过程。中国北部的元古宇以华北板块的

22、晋冀交界及燕山地区研究较深人，最具代表性的是太行山地区的五台山剖面 23上课资料2)中国北部的中国北部的中元古界（中元古界（180018001000Ma1000Ma）长城系（长城系（1800-1400Ma1800-1400Ma）：）：两个大型沉积旋回两个大型沉积旋回 上长城统：上长城统：自下而上，自下而上，大红峪组：大红峪组：钙质砂岩，含大型滨海型斜层理钙质砂岩，含大型滨海型斜层理及波痕，夹潮间带白云岩透镜体，及波痕，夹潮间带白云岩透镜体，滨海环境滨海环境；高于庄组：高于庄组：碳酸盐岩碳酸盐岩沉积，白云岩含硅质、锰质，夹燧石条带，沉积，白云岩含硅质、锰质，夹燧石条带，广海环境。广海环境。下长城

23、统下长城统：自下而上依次发育常州沟组、串岭沟、团山子组岩性：自下而上依次发育常州沟组、串岭沟、团山子组岩性：交错层理含长石砂砾岩、厚层石英砂岩（交错层理含长石砂砾岩、厚层石英砂岩（山间急流、准平原河流山间急流、准平原河流河口、滨海海湾河口、滨海海湾）灰绿、黑色炭质页岩（灰绿、黑色炭质页岩（滨、浅海滨、浅海）杂色砂质杂色砂质白云岩，具泥裂、岩盐假晶白云岩，具泥裂、岩盐假晶（滨岸、浅水、静水，暴露）（滨岸、浅水、静水，暴露）蓟县系蓟县系（1400-1000Ma1400-1000Ma）：两个沉积旋回）：两个沉积旋回上蓟县统上蓟县统：沉积厚度小，代表：沉积厚度小，代表残余海盆的残余海盆的沉积；下部洪水

24、庄组以粉砂沉积；下部洪水庄组以粉砂岩、页岩为主，层理平直，富含炭、铁、铝质，为静水沉积；上部铁岩、页岩为主，层理平直，富含炭、铁、铝质，为静水沉积；上部铁岭组主要为藻礁白云岩岭组主要为藻礁白云岩下蓟县统：下蓟县统：下部下部杨庄组杨庄组，泥质白云岩，上部，泥质白云岩，上部雾迷山组雾迷山组，硅质白云岩，硅质白云岩，具竹叶状构造、海底滑坡构造，横向厚度变化大，发育具竹叶状构造、海底滑坡构造，横向厚度变化大，发育有类复理石建有类复理石建造。水浅造。水浅水深水深 天津蓟县剖面处于燕山海槽中央带，出露了一套基本末变质的沉积岩系。为我国中、新占元界的典型剖面。18 14 16 10 长长城城系系蓟蓟县县系系

25、青青白白口口系系常州沟常州沟组组串岭沟串岭沟组组大红峪大红峪组组高于庄高于庄组组团山子团山子组组下马岭下马岭组组铁岭组铁岭组洪水庄洪水庄组组雾迷山雾迷山组组杨庄组杨庄组景儿峪景儿峪组组龙山组龙山组亿年亿年24上课资料25上课资料天天津津蓟蓟县县剖剖面面分布局限，主要限于华北地台东部，在郯庐断裂一线只有零星分布。景儿峪组：灰绿、青灰色泥质灰岩,干旱气候条件下残留海盆的沉积。骆驼岭组：中下部为黄绿色海绿石砂岩夹页岩，上部为黄绿、紫红色页岩夹砂岩，具大型双向交错层理、水平或波状 层理、韵律发育，为滨海沙滩、泻湖沉积。下马岭组：为黄绿、灰黑、灰白色粉砂质页岩 沉积，底部具不稳定的砾岩、砂岩表明为平缓滨

26、海海滩沉积。新元古界青白口系（1000-800Ma1000-800Ma）:3)中国北部的新元古界中国北部的新元古界 26上课资料 4)中国南部的新元古界中国南部的新元古界地表所有大型稳定地块和重要地中间地块都已形成地表所有大型稳定地块和重要地中间地块都已形成 稳定地块范围内，稳定地块范围内，开始发育稳定类型的盖层开始发育稳定类型的盖层 出现了丰富的出现了丰富的高级裸露动物群高级裸露动物群27上课资料 4）中国南部的新元古界中国南部的新元古界 中国南部的新元古界由三个系所组成，从下而上为青白口系、南华系、震旦系。南方青白口系在鄂西神农架地区发育较好南华系、震旦系在宜昌三峡地区出露完整。震旦系一般

27、为稳定碳酸盐岩地层，晚震旦世出观了种类空前繁多的宏观藻类、蠕形动物和微古植物化石，为滨-浅海沉积。南华系的古城组和南沱组为冰碛砾岩、凝灰质砂砾岩，为冰川堆积的产物，可能代表了当时地壳强烈上升、气候急剧寒冷而形成的山地冰川和内陆冰流覆盖所致。大塘坡组位于两个冰碛层之间，代表了气候温暖的间冰期沉积。青白口系马槽园组形成于浅海环境，并伴有火山活动，为晋宁运动后扬子地台发展初期的产物。莲沱组为以河流相为主的陆相沉积，形成于晋宁运动之后的古侵蚀面上。28上课资料震震旦旦系系南南华华系系南方宜昌峡东剖面南方宜昌峡东剖面莲沱组：莲沱组：下部棕紫色砾岩、长石石英砂下部棕紫色砾岩、长石石英砂岩，具交错层、干裂纹

28、；上部紫红色为岩，具交错层、干裂纹；上部紫红色为主的砂岩、页岩夹凝灰岩主的砂岩、页岩夹凝灰岩南沱组：南沱组：灰绿色冰积砾岩灰绿色冰积砾岩陡山沱组：陡山沱组：灰色、灰黑色薄中厚层灰色、灰黑色薄中厚层泥灰岩和泥质白云岩夹黑色页岩泥灰岩和泥质白云岩夹黑色页岩灯影组：灯影组：灰白色硅质白云岩、鲕状白云灰白色硅质白云岩、鲕状白云岩、内碎屑白云岩，出现有中国已知的岩、内碎屑白云岩，出现有中国已知的层位最低的硬壳动物化石（圆管螺）层位最低的硬壳动物化石（圆管螺）河湖河湖滨海滨海大陆冰川大陆冰川滞留静水滞留静水潮坪、泻湖潮坪、泻湖 （莲沱组莲沱组 ）（南沱组）（南沱组）（陡山沱组）（陡山沱组）（灯影组）（灯影

29、组）29上课资料30上课资料 4-4 前寒武纪全球地史概述前寒武纪全球地史概述1.地球的早期演化史第一阶段：大约时限为40亿-46亿年间。地球在46亿年前后已成为固态，在结构上可能处于近均质状态，而后产生圈层的分化，并分化为地核、地幔及地壳。第二阶段：是地壳的形成及圈层的进一步演化。大致从36/38亿-40亿年之间，正变质岩中的年龄数值颇多，推测当时存在大规模的地表熔岩喷溢及深部岩浆侵入，它们不断固结而导致地壳逐步增厚，并形成以硅镁层为主的地壳圈层。在这一时期可能形成了200多个直径超过l km的陨击盆地，并认为由于陨击到地球表面的能量可能成为地质、大气和生物变化的重要驱动力。总之，地球的早期

30、演化阶段是地球内部物质自身通过物理及化学效应逐步调整及分化的结果，并以物质分化的形式，在大约距今36/38亿到46亿年间形成了圈层构造。31上课资料 在地球形成的最初期间(距今3800-4600 Ma)，地球处于高温熔融状态。因地球在旋转过程中，发生物质分异作用，逐渐出现层圈结构，最外面的圈开始降温冷却，大约距今3800 Ma前后，在超铁镁质地幔外面。出现冷凝的玄武岩质外壳，这便是初期原始地壳，初期原始地先薄而脆弱，多断裂多火山。在此期间受到流星体的强烈撞击，使地壳表面形成许多大大小小的撞击坑和环形山，以反由撞击作用而诱发的火山喷发作用。2 岩石圈的起源和演化岩石圈的起源和演化始太古代，始太古

31、代，地球处于天文演化阶段，经历了地幔熔融阶段，可能形成拉斑玄武岩地球处于天文演化阶段，经历了地幔熔融阶段，可能形成拉斑玄武岩和超镁铁岩的初始地壳（硅镁质）和超镁铁岩的初始地壳（硅镁质）。古太古代至新太古代，华北地区经历了海底火山喷发古太古代至新太古代，华北地区经历了海底火山喷发沉积物堆积的两大喷发沉积物堆积的两大喷发沉积旋回，也经历了两大变质作用及构造岩浆旋回。经历了初期地壳经过复杂构沉积旋回，也经历了两大变质作用及构造岩浆旋回。经历了初期地壳经过复杂构造变动逐步固化、扩大，终于发展到具有相当规模的原始硅铝质陆壳（陆核）的造变动逐步固化、扩大，终于发展到具有相当规模的原始硅铝质陆壳（陆核）的历

32、史。历史。32上课资料古太古代-新太古代(距今36-25亿年)期间，岩石圈由于强烈火山作用和岩浆侵入活动而迅速增厚，形成了原始的硅铝质大陆地壳，称为次生原始地壳-古陆核。陆核的形成阶段陆核的形成阶段古元古代时期，由于太古宙地壳的迅速增厚，使得元古宙的火山作用有明显的减弱趋势。因而出现广泛的沉积作用。古陆核以岛屿状态出现。古元古代末，在许多地区出现了最早的稳定区(原始地台)；中、新元古代时期，岩石圈出现稳定的地台区和活动的地槽区并存格局，此时地壳运动可能以水平运动(板块运动)方式进行。前寒武纪岩石大多发生了不同程度的变质作用，改变了原来的面貌，它们主要出露在地盾区或作为地台区的结晶基底，在地槽区

33、的一些中间地块内也分布前寒武纪晚期的岩石。所以地盾区和地台遭受强烈切割基底出露地区，是研究前寒武纪地层的主要场所。2.岩石圈的起源和演化岩石圈的起源和演化33上课资料我国古太古界我国古太古界-新太古界的分布新太古界的分布限于华北（中朝）板块，可能包括塔里木板块限于华北（中朝）板块，可能包括塔里木板块鄂尔多斯陆核鄂尔多斯陆核冀辽陆核冀辽陆核河淮陆核河淮陆核中朝板块界线中朝板块界线及推测界线及推测界线陆核的形成阶段（陆核的形成阶段（36-2536-25亿年）亿年）34上课资料华北古太古界华北古太古界-新太古界柱状剖面图新太古界柱状剖面图陆核的形成阶段（陆核的形成阶段（36-2536-25亿年）亿年

34、）35上课资料古元古代原地台形成期古元古代原地台形成期滹沱系滹沱系滹沱系滹沱系五台群五台群中低级变质岩，原岩浅海陆缘碎屑岩、碳酸盐岩至沙泥质浊积岩，中部夹火山中低级变质岩，原岩浅海陆缘碎屑岩、碳酸盐岩至沙泥质浊积岩，中部夹火山碎屑岩碎屑岩。浅变质岩，下部和中部为滨浅海碎屑岩浅变质岩，下部和中部为滨浅海碎屑岩-碳酸盐沉积，中部夹少量玄武岩。碳酸盐沉积，中部夹少量玄武岩。整体特征：整体特征：1 1）以沉积岩为主，夹有浊积岩、磨拉石和火山岩，说明地壳仍然有）以沉积岩为主，夹有浊积岩、磨拉石和火山岩，说明地壳仍然有活动性；活动性；2 2）晚期大量发育碳酸盐岩、叠层石和红色沉积，说明大气圈、水圈）晚期大

35、量发育碳酸盐岩、叠层石和红色沉积，说明大气圈、水圈含氧量增加；含氧量增加；3 3）分布较窄。）分布较窄。吕梁运动吕梁运动II-18亿年亿年-原地台形成原地台形成五台运动五台运动II-23亿年亿年阜平运动阜平运动-28亿年亿年地史分析：火山岩减少和沉积岩增加，说明阜平运动后，地史分析：火山岩减少和沉积岩增加，说明阜平运动后，ArAr分散的古陆核已经联分散的古陆核已经联合成为较大陆核，合成为较大陆核，PtPt1 1分布于韧性剪切成因盆地内，吕梁运动使其焊接，并进分布于韧性剪切成因盆地内，吕梁运动使其焊接，并进一步扩大固化形成一步扩大固化形成原地台原地台36上课资料Pt1原地台形成原地台形成:五台五

36、台-吕梁山区剖面吕梁山区剖面滹沱系上部（上下共滹沱系上部（上下共滹沱系上部（上下共滹沱系上部（上下共8000m)8000m)五台群（五台群（7000m)中-低级变质岩，原岩浅海陆缘碎屑岩、碳酸盐岩至沙泥质浊积岩，中部夹火山碎屑岩。变质砂砾岩（红色磨拉石沉积组合）五台运动（2300Ma)阜平运动（2800Ma)滹沱系下部滹沱系下部 浅变质滨浅海碎屑岩-碳酸盐沉积，夹少量玄武岩。吕梁运动I（1900Ma)吕梁运动II（1800Ma)37上课资料中中-新元古代新元古代似盖层和盖层形成似盖层和盖层形成新元古界：新元古界：新元古界：新元古界：青白口系青白口系青白口系青白口系中元古界：中元古界：中元古界：

37、中元古界：蓟县系（上）蓟县系（上）蓟县系（上）蓟县系（上）长城系（下），长城系（下），长城系（下），长城系（下），蓟县运动蓟县运动（8亿年）亿年）寒武系：府君山组寒武系：府君山组浅海砂页岩、碳酸盐岩，厚度小、分布广，浅海砂页岩、碳酸盐岩，厚度小、分布广，成份成熟度高，无火山活动，为地台成份成熟度高，无火山活动，为地台真正真正盖层盖层晋宁运动（芹峪抬升）晋宁运动（芹峪抬升）（10亿年）亿年）浅海碎屑岩、碳酸盐岩为主。特点：浅海碎屑岩、碳酸盐岩为主。特点：1 1）基本未变质；）基本未变质；2 2）成份成熟度高。）成份成熟度高。但是：但是：1 1）厚度巨大；）厚度巨大；2 2）仍含火山岩。反映地壳仍

38、不是很稳定）仍含火山岩。反映地壳仍不是很稳定原地台原地台的的似盖层沉积似盖层沉积由于原地台的形成，地壳刚性增加，早期出现规模较大、边界明确的裂陷槽由于原地台的形成，地壳刚性增加，早期出现规模较大、边界明确的裂陷槽-裂裂谷盆地，谷盆地，PtPt2 2即分布于这些裂陷槽中即分布于这些裂陷槽中 芹峪抬升后，华北地区进入稳定的板块发展阶段芹峪抬升后，华北地区进入稳定的板块发展阶段38上课资料Dolomite,Pt2w,Beijing39上课资料Dolomite with stromatolite,Pt2t,Beijing40上课资料对月球的研究可以推测，前太古宙可能没有水圈，地球上的水也是次生的。水圈

39、主要来源于岩浆内部的结晶水通过火山作用喷出地表聚积而成。在太古宙漫长时期内，强烈的火山作用是水圈迅速形成的直接原因。从现有的物质记录可知，早在距今3 000 Ma前地球上就已存在沉积作用的生成物，世界各地太古宙绿岩带中普遍发现枕状玄武岩海底喷发等，这足以说明在距今3500 Ma前就有水圈出现。水圈形成的初期，水量较少，原始海洋的海水大约是现代海水量的110-15。经过中、新太古代的积累，水圈增长十分迅速，估计到新太古代末(距今2500 Ma前)，至少有相当于现在水量的70的水形成。一般认为，前寒武纪水圈的特点是由初期的酸性水转变为弱碱性水的过程，即太古宙的大气是火山气圈，海水中溶解较多的酸性气

40、体，因而使海水呈弱酸性，而元古宙水圈pH值有较大的变化，尤其是中、新元古代，海水中的pH值已经明显转变为弱碱性，变成氯化物、碳酸盐水，致使这一时期有大量的碳酸盐岩沉积；前寒武纪水圈的海水盐度不断增大，当时海水中有机质含量很低，反映在沉积岩层的色调上多是一些浅色的岩层。新元古代随着藻类的进一步繁盛，使地层中含有较多的有机质，其规模远不及显生宙。3 地球水圈、大气圈的起源与演化41上课资料Ar:缺氧还原性大气缺氧还原性大气（广泛出现含金（广泛出现含金-铀砾岩）铀砾岩）地球在它形成初期有一个原始的大气圈，它的成分以H、He为主体。地球大气有一个初级原始阶段。开始是以H 2为主，后以H2O、N2、CH

41、4、NH4为主的大气，可维持较长时间，这可能是前太古宙时期的大气状态前太古宙时期的大气状态。太古宙太古宙由于强烈的火山作用，地内大量火山气体补充进入大气圈，形成次级的原始大气，它的成分包括H2O、CO2、CO、N2、Ar、Ne、CH4、SO3、H2S、HF、HCl等。次级原始大气的特点是还原态，仍无游离氧特点是还原态，仍无游离氧(O(O2 2)，新太古代出现世界性分布的条带磁铁矿石英岩，以及产于加拿大、南非等地太古宇中的含沥青铀矿 碎屑岩，都表明当时的环境中没有游离氧。3 地球水圈、大气圈的起源与演化42上课资料 游离氧的形成主要是高空热分解和植物的光合作用结果。由于新太占代新太占代海洋中的原

42、核藻类已有相当数量，它们通过光合作用产生了一定数量的O2，但这些O2又很快被氧化作用耗尽。例如相当部分O2和当时海水Fe2-结合形成了Fe2O3，再和FeO结合，于是出现了FeO.Fe2O3(磁铁矿)的沉积，因此大气中仍无游离氧，整个地表处于还原环境。在古元古代（1 900-2 000 Ma）之间，出现了铁质胶结的碎屑沉积红色岩层，红色岩层的出现表明大气中有数量较多的O2，使还原态大气向氧化大气转变。Pt1早期早期:缺氧到含缺氧到含氧过渡氧过渡（纹带状硅铁组合（纹带状硅铁组合早期藻类释放出的早期藻类释放出的O2被被Fe2+吸收而沉淀）；吸收而沉淀）；Pt1晚期：逐渐含氧晚期：逐渐含氧，叠层石大

43、量发育叠层石大量发育 中元古代，普遍沉积有广海性的白云岩和浅海相赤铁矿，说明当时海洋中存在大量的Mg2+和Fe3+，中元古代大气圈CO2的增高（与太古代和古元古代强烈火山气体输入有关），为当时广泛性的白云岩沉积提供了自然化学条件。Pt2：含氧大气圈形成：含氧大气圈形成，出现含铁红色砂岩、高价铁沉积层、膏盐沉积和可燃有机岩，但，出现含铁红色砂岩、高价铁沉积层、膏盐沉积和可燃有机岩，但是是Pt2-3:海相沉积中原生白云岩大量发育，反映当时大气中海相沉积中原生白云岩大量发育，反映当时大气中CO2比比Ar低，但仍比现在高低，但仍比现在高 随着中元古代海洋中光合生物(藻类)的迅速增加，大气中O2的增值也

44、十分明显。因此到了新元古代末，大气圈便由火山气型大气转化成大气圈便由火山气型大气转化成COCO2 2一一N N2 2一一O O2 2型气圈型气圈。据估计，此时大气圈中的O2含量至少已有现在氧量的7%，生命的绝大多数已由原来的吸硫转变为吸氧。所以，世界上最早的后生动物便在元古代末出现。3.地球水圈、大气圈的起源与演化水圈：在水圈：在ArAr以前已经形成以前已经形成，因为在，因为在Ar中出现玄武岩和砾岩中出现玄武岩和砾岩Pt2由还原由还原氧化氧化43上课资料4 前寒武纪前寒武纪生物界生物界 Ar:Ar:Ar:Ar:主要是化学化石主要是化学化石主要是化学化石主要是化学化石（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳

45、氢化合物、环（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氢化合物、环（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氢化合物、环（如氨基酸、脂肪酸、芳香族碳氢化合物、环形化合物等），此外少量形化合物等），此外少量形化合物等），此外少量形化合物等），此外少量叠层石叠层石叠层石叠层石 Pt:Pt:Pt:Pt:菌藻类的时代菌藻类的时代菌藻类的时代菌藻类的时代 微古植物微古植物微古植物微古植物指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于指单细胞或多细胞藻类有机体，我国主要发育于PtPtPtPt2-32-32-32-3 宏观藻类宏观藻类宏观藻类宏观藻类指根据

46、目前研究程度尚无法归入现代藻类系统的、指根据目前研究程度尚无法归入现代藻类系统的、指根据目前研究程度尚无法归入现代藻类系统的、指根据目前研究程度尚无法归入现代藻类系统的、肉眼可见的藻类，主要肉眼可见的藻类，主要肉眼可见的藻类，主要肉眼可见的藻类，主要PtPtPtPt2-32-32-32-3 叠层石叠层石叠层石叠层石繁盛，特别是繁盛，特别是繁盛，特别是繁盛，特别是PtPtPtPt3 3 3 3 Ediacara Fauna Ediacara Fauna Ediacara Fauna Ediacara Fauna指震旦纪后期出现的，主要由腔肠动物（指震旦纪后期出现的，主要由腔肠动物（指震旦纪后期出

47、现的，主要由腔肠动物（指震旦纪后期出现的，主要由腔肠动物（67%67%67%67%水母、水母、水母、水母、海鳃纲）、环节动物（海鳃纲）、环节动物（海鳃纲）、环节动物（海鳃纲）、环节动物（25%25%25%25%）、节肢动物（似三叶虫）（）、节肢动物（似三叶虫）（）、节肢动物（似三叶虫）（）、节肢动物（似三叶虫）（5%5%5%5%）组成）组成）组成）组成的不具外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮的不具外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮的不具外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮的不具外壳的多细胞后生动物群。我国发现地点：鄂西、陕南、淮南、辽南和黑龙

48、江。南、辽南和黑龙江。南、辽南和黑龙江。南、辽南和黑龙江。44上课资料（1 1）始太古代（）始太古代（3636亿年前）原始生命开始形成，观点有二：亿年前）原始生命开始形成，观点有二：原始海洋中的原始海洋中的H H2 2、NHNH3 3、CHCH4 4和水，在紫外线、闪电等自然和水，在紫外线、闪电等自然条件下，条件下，合成氨基酸合成氨基酸，再经过更为复杂的过程，再经过更为复杂的过程，合成蛋白合成蛋白质质，再进一步使蛋白质形成外膜，开始新陈代谢，形成具，再进一步使蛋白质形成外膜，开始新陈代谢，形成具有繁殖能力的有繁殖能力的原始生命原始生命。5 5 生命的起源与演化生命的起源与演化（2 2）古太古界

49、）古太古界-新太古界新太古界生物面貌：生物面貌：发现有发现有氨基酸、脂氨基酸、脂肪酸肪酸等生命物质等生命物质 发现有古老的生物发现有古老的生物化石：化石：叠层石叠层石（3500-2700Ma3500-2700Ma）不分枝、或简单分枝的穹状、圆锥状不分枝、或简单分枝的穹状、圆锥状45上课资料Ar叠层石内原核生物藻丝体(Australia)上：2800Ma下：3300-3500Ma46上课资料Gunflint Chert Gunflint Chert(1900ma)(1900ma)中的中的线状细菌和念线状细菌和念珠状蓝绿藻珠状蓝绿藻外貌类似现代藻外貌类似现代藻外貌类似现代铁锰还原菌外貌类似现代铁锰

50、还原菌分类位置不明分类位置不明47上课资料（3）古元古代-中元古代生物面貌 菌、藻类时代菌、藻类时代由原核细胞生物演化为真由原核细胞生物演化为真核细胞生物核细胞生物 菌类、藻类占主导地位菌类、藻类占主导地位 最丰富地微体古植物和多最丰富地微体古植物和多种类型的叠层石见于加拿种类型的叠层石见于加拿大的甘弗林（大的甘弗林（GunflintGunflint）组（组（2000-1950Ma2000-1950Ma）最确切的真核生物发现于最确切的真核生物发现于美国弗吉尼亚州的贝克泉美国弗吉尼亚州的贝克泉组（组（Beck SpringsBeck Springs）的白）的白云岩中（云岩中（1400-1300M

51、a1400-1300Ma）48上课资料原核细原核细胞与真胞与真核细胞核细胞的结构的结构原核生物原核生物 真核生物真核生物 18亿年前出现亿年前出现49上课资料叠层石50上课资料（4 4）新元古界生物面貌新元古界生物面貌叠层石继续繁叠层石继续繁盛盛 褐藻、红藻等褐藻、红藻等高级藻类进一高级藻类进一步繁盛，大型步繁盛，大型丝状宏观藻类丝状宏观藻类发展发展 晚震旦世发育晚震旦世发育伊迪卡拉裸露伊迪卡拉裸露动物群，以水动物群，以水母类、海腮纲母类、海腮纲和蠕虫类为主和蠕虫类为主51上课资料Ediacaran fauna of Australia52上课资料已知最古老动物群瓮安生物群1998.2.5在贵

52、州瓮安磷矿区 5.8(6?)亿年前多细胞动物及其胚胎化石的发现,惊动了科学界。Science评论：“使我们第一次目睹了寒武纪大爆发之前我们所熟悉的动物”。层位:震旦纪早期陡山沱组磷矿层,时代略早于依迪卡拉动物群。53上课资料翁安生物群的层位翁安生物群的层位54上课资料产于贵州瓮安新元古代陡山沱组中的磷酸盐化动物胚胎化石Phosphatized animal embryo fossils from the Neoproterozoic Dushantuo Fm,Wengan,Guizhou55上课资料贵州瓮安陡山沱组中的动物胚胎化石56上课资料贵州瓮安陡山沱组中的微管化石57上课资料陡山沱组中发

53、现的最早的两侧对称动物58上课资料寒武纪大爆发寒武纪大爆发59上课资料生物演化的几个突变期生物演化的几个突变期35亿年前亿年前:厌氧异养厌氧异养原核生物原核生物。30亿年前亿年前:厌氧自养厌氧自养原核生物原核生物。18亿年前亿年前:喜氧喜氧真核生物真核生物出现出现。6亿年亿年+:瓮安生物群；瓮安生物群；出现软躯体的出现软躯体的 伊（埃）迪卡拉动物群；伊（埃）迪卡拉动物群；5.4亿年亿年+:寒武纪生物大爆发寒武纪生物大爆发。60上课资料 6 6 前塞武纪的矿产前塞武纪的矿产前寒武纪地层中有丰富的矿产，如铁、铜、锰、铬、镍、钍、钒、铅、银、铂、锡，以及非金属矿产(磷、石棉)、建筑材料、石油天然气等

54、。铁占世界铁总储量的45%有两种类型；一是沉积变质类型的条带状含铁建造，世界上多数巨型铁矿床均属第一种类型，如我国的鞍山式铁矿，北美的苏必利尔湖铁矿、南非的德兰士瓦铁矿、芬兰卡累利亚铁矿等；另一种是沉积赤铁矿，产于长城系南华系。如我国华北的宣龙式铁矿。铜铜矿最为瞩目的是中非铜矿带，分布广，品位高(3.5-5.5%)。中元古代的沉积型铜矿有我国赣东北著名的德兴大型斑岩铜矿，滇东著名的东川式铜矿，亦称马尾丝铜矿。锰主要为碳酸盐锰矿，我国湘西、湘中、黔东北最为发育。主要含矿层位为冰碛岩中的间冰期海相沉积层内，其次位于陡山沱组中。磷磷矿主要出现在陡山沱组，湘西北石门、贵州开阳等地规模较大，同时在鄂西京

55、山、钟祥等地亦有具工业价值的磷块岩。石油、天然气主要产于中、新元古代的盖层沉积中。61上课资料7 前寒武纪重大地质事件前寒武纪重大地质事件始太古代：始太古代：形成初始地壳（硅镁质），生命开始形成形成初始地壳（硅镁质），生命开始形成 古太古代古太古代-新太古代：新太古代：硅铝质陆核形成发育阶段硅铝质陆核形成发育阶段 ，原核生物，原核生物古元古代古元古代-新元古代：新元古代：2400-1900Ma2400-1900Ma：硅铁组合沉积（如我国五台群上部的磁铁石英岩）。表明水硅铁组合沉积（如我国五台群上部的磁铁石英岩）。表明水介质由还原环境向氧化环境过渡的质变。介质由还原环境向氧化环境过渡的质变。20

56、00-1600Ma2000-1600Ma：形成原地台形成原地台 1700-1600Ma1700-1600Ma：出现了红色岩系和赤铁矿沉积，大气及水体中已出现游离氧出现了红色岩系和赤铁矿沉积，大气及水体中已出现游离氧 1050-850Ma1050-850Ma：地台区的最后形成地台区的最后形成 850-600Ma850-600Ma：“似盖层似盖层”或盖层发育或盖层发育 740-700Ma740-700Ma：全球气候湿冷，出现冰期沉积全球气候湿冷，出现冰期沉积 630 Ma630 Ma以后：以后：出现裸露动物群，不仅表明水体、大气中氧的含量增长，也进出现裸露动物群，不仅表明水体、大气中氧的含量增长，也进一步扩大了氧化还原的转化规模，为带壳动物的出现准备了条件。一步扩大了氧化还原的转化规模，为带壳动物的出现准备了条件。末期：末期：开始出现带壳生物开始出现带壳生物62上课资料63上课资料太古宙陆核的形成古元古代原地台形成中新元古代似盖层和盖层形成华北板块的形成史华北板块的形成史64上课资料陆核和陆壳的形成板块机制65上课资料Thank you very much Thank you very much for your attention!for your attention!66上课资料