工程地质第三章

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1、第三章 地质年代与第四纪地质概述第一节 地质年代1.相对年代与绝对年代 为了研究地球的演化历史,首先应该划分地质时代,这一工作早在18世纪就已开始.地质学家和古生物学家研究各地区主要是沉积岩岩层的叠置关系,接触关系和岩相特征等;他们从岩层中采大量古生物化石,通过化石研究生物的发展和进化状况,从而得出岩层和化石的生成时间顺序.然后将局部认识扩大到大区域,洲际乃至全世界范围,进行多层次的对比与综合研究.经过二百多年的不懈努力,逐渐提出并完善了从地球形成以来的地质时代系统的编制工作. 地质学讨论时间用两种方法,即相对年代和绝对年代.相对年代: 表示地质事件发生的先后顺序.绝对年代(同位素年龄): 表

2、示地质事件发生至今的年龄.v 地质年代的建立：为了反映地球发展的历史和阶段及地质事件的先后顺序，需有一世界统一的时间系统地质年代表。v 地质年代分为两类：相对地质年代（先后顺序）和绝对地质年代（同位素测年）。(1).相对年代的确定 地层层序律 意义: 确定地层相对年代的基本方法 内容: 水平岩层-上新下老 倾斜岩层-倾斜面上新下老 地层倒转-需要判断顶底面 生物层序律 化石 沉积岩中保存的地质时期的生物遗体和遗迹 生物演化规律 从无-有 简单-复杂 低级-高级 不同地质时代岩层含有不同 类型的化石及其组合 切割律 侵入关系侵入者新.被侵入者老 包裹关系 包裹者新,被包裹者老 (2)同位素地质年

3、龄的测定 同位素地质年龄：利用同位素的蜕变规律来计算得到的矿物和岩石的形成年龄。计算公式 t=1/人(1+D/N) N-母体同位素含量 D-子体同位素含量 人衰变系数 1896年贝克勒尔（A.H.Becquerel）观察了含铀矿物（如沥青铀矿）能使封闭的照相底片感光，这是X射线产生的作用。 证明了铀能自然衰变，它以粒子和电磁辐射的形式放出能量（即放射性）。放射性衰变成为地质学家确定地球及岩石形成时代的重要手段。 同位素定年法2.地质年代表 利用相对地质年代和同位素测年法，将地层系统、构造及生物演化阶段建成全球统一综合表，称地质年代表。(1)地质年代的划分与单位 ：以生物演化阶段、地层形成顺序、

4、构造运动及古地理特征等为依据将地质历史划分为若干阶段而形成的年代单位，一个地质年代单位代表了一个时间地层单位中岩石形成的时间范围。 划分等级：宙代纪世(2)时间地层单位 ：与地质年代单位相对应。一个时间地层单位代表了一定时间范围内形成的全部岩层。具有全球对比意义。 划分等级：宇界系统(3)岩石地层单位 ：以地层的岩石特征作为划分依据的地层单位。它不考虑其年龄，具有地方性，使用范围有限。划分等级：群组段层 组是基本岩石地层单位。命名：地名+等级名 如蒲圻群、临湘组、邵东段等。(4)地质年代表的内容 地质年代单位 年代地层单位 名称 代号 绝对年龄值 生物的演化 主要的地壳运动3.我国地史概况 (

5、1)太古代(界,Ar) (2)元古代(界,Pt) (3)古生代(界,Pz)(4)中生代(界,Mz) (5)新生代(界, Kz)(1)太古代(界,Ar)地层:分布于华北,为片岩,片麻岩.年龄34.3-36.7亿年.我国最 老地层.生物: 可能已有原始生物,但无可靠化石 地壳运动 -五台运动：太古代末有一次强烈的地壳运动,我国称五台运动,表现为元古界不整合覆于太古界之上,同时有花岗岩侵入.(2)元古代(界,Pt)地层:分布于华北及长江流域,此外于塔里木盆地, 天山,昆仑山,祁连山等地.下部(下元古界):浅变质的沉积岩或沉积-火山岩系;上部 称震旦系: 为变质的砂岩,石英岩,硅质灰岩(产藻类化石)和

6、白云岩组成.地壳运动-吕梁运动：使震旦系与下元古界呈角度不整合接触. (3)古生代(界,Pz)地层与环境:石灰岩,白云岩,碎屑岩-海洋环境.中上C和上P在一些地区含煤. P末部分地区上升为陆. 生物:地球上生物繁盛时代,所以从寒武纪开始,就可以利用古生物化石进行地层划分. 地壳运动早古生代的地壳运动加里东运动,在我国南方表现:泥盆系与前泥盆系为角度不整合接触.二叠纪末期的地壳运动 海西运动,影响广泛,内蒙,天山,昆仑山强烈褶皱上升成山,并伴有岩浆活动.(4)中生代(界,Mz) 生物: 中等生物的时代,以陆上爬行动物盛行为特征.环境与地层: 除南方部分地区和西藏为海洋环境外,我 国大部分已形成陆

7、地; 三叠系,侏罗系都是主要的含煤地层.地壳运动: 发生多次强烈地壳运动. 印支运动 燕山运动 并伴随有广泛的岩浆侵入活动和火山爆发.中生代的构造活动,奠定了我国东部地质构造的基础. (5)新生代(界, Kz) 生物:近代生物时代,哺乳动物和被子植物非常繁盛。它包括第三纪和第四纪。环境与地层：第三纪仅台湾和喜马拉雅地区仍被海水淹没，第三系主要为陆相的红色碎屑岩沉积并含有丰富的岩盐。地壳运动-喜马拉雅运动 发生在第三纪末，使台湾和喜马拉雅地区褶皱上升成为山脉，并伴有岩浆活动，我国其他地区表现为断快活动。 第二节.第四纪地质概述1.第四纪地质概况 第四纪是新生代最晚的一个纪，也是包括现代在内的地质

8、发展历史的最新时期。 下限：2Ma,也有2-3Ma。 细分：第四纪地质对工程区域稳定性的影响地球上出现人类（大约2Ma前, ）突出的特征。-人类的时代；冰川广布；大陆面积增大；山地急剧增高。新构造运动：第四纪以来所发生的地壳运动。新构造运动的表现：水平运动 火山爆发 地震（1）第四纪气候与冰川活动 第四纪气候：冷暖变化频繁。冰川活动冰期：气候寒冷时期冰雪覆盖面积扩大，冰川作用强烈发生。间冰期：气候温暖时期冰川面积缩小。 第四纪冰期，在晚新生代冰期中，规模最大，地球上的高中纬度地区普遍为巨厚冰流覆盖。当时气候干燥，因而沙漠面积扩大，。中国大陆在冰期时，海平面下降，渤海，东海，黄海均为陆地，台湾与

9、大陆相连，气候干燥，风沙盛行，黄土堆积作用强烈，第四纪冰川不仅规模大而且频繁。 据研究，第四纪冰川作用有20次之多，而近80万年每10年有一次冰期和间冰期。（2）板快构造六大板块 (1)太平洋板块 (2)美洲板块 (3)非洲板块 (4)印度洋板块 (5)南极洲板块 (6)欧亚板块板块边界的类型 (1)分离型板块( 洋中脊) 这种边界在洋脊的轴部.洋脊轴部是岩石圈板块的扩张中心，脊轴两侧的地块作向背运动，板块被分离拉开，软流圈中的高温熔融岩浆顺裂隙上涌，凝结到滑移开的两板块后缘上，成为最新的洋底岩石圈。 (2)汇聚性板块边界（岛弧和海沟）这种边界两侧的岩石圈板块作相对运动，其前缘相碰而汇聚，造成

10、复杂的板块边界。其中又有两种类型。 俯冲边界 太平洋板块与欧亚板块，北美板块，南美板块，印度板块之间的边界均属该类型。太平洋板块边缘向下俯冲并斜插入软流圈，对方则仰冲并叠覆于太平洋俯冲缘之上。二者之间在地貌上形成海沟，岛弧或大陆边缘的山系。 碰撞边界 欧亚板块南缘与非洲板块和印度板块西段的边界属此类型。由于两侧板块相对运动，前缘有洋壳的边缘下插，造成二者的陆壳碰撞接触，形成地缝合线。在地貌上出现年轻山脉与山前平原。3.平错型板块边界 这种板块接触边界,不发生俯冲或仰冲或碰撞,仅相互平行于边界滑错,不造成新的山脉和海沟,地质构造上表现为转换断层或大型走滑断层.如横穿过洋中脊的大断裂,表现为剪切应

11、力作用.板块间的结合带与现代地震,火山活动带一致.板块构造学说极好地解释了地震的成因和分布.2.第四纪沉积物 (1) 第四纪沉积物成因分类第四纪沉积物成因分类绵绵不尽的时间长河，谁会想到有一个源头？浩瀚无垠的宇宙空间，谁能想到是从“无”到有？地球的形成与演化，正是在这一无尽延续的时间中，无穷拓展的空间里，所发生的无数科学传奇之一。 时间的“零点” 与宇宙的“奇点”大爆炸时刻 时间和空间的起点，肇始于160亿年前。一次开天辟地的大爆炸中，诞生了早期宇宙。多普勒效应 轰鸣的火车驶近我们时声波频率增强，声调变高；驶离时声波频率降低，声调变低，这就是多普勒效应。与此同理，发光体接近观察者时，见到的光谱

12、线向频率高的蓝光方向移动，称为蓝移；当离开观察者时，向频率低的红光方向移动，称为红移。这也是多普勒效应宇宙的起源与演化 宇宙的稳定性：牛顿引力定律大爆炸时刻表 大爆炸后的10亿亿亿亿分之一秒（10-34秒）内，早期宇宙的体积“从无到有”，急剧暴胀了10100倍； 大爆炸后的1秒钟内，宇宙温度高达100亿K以上。此时还没有原子和分子，只有电子、质子和中子等基本粒子；大爆炸时刻表 3分钟后，宇宙温度降至10亿K以下，质子和中子聚变为原子核，形成了最初的四种物质。氢占78%，氦约22%，另有极少量氘和锂； 10亿年后，膨胀较慢的区域发生局部收缩，星系开始形成； 50亿年后出现首批恒星； 100亿年后

13、，太阳系诞生； 距今46亿年前，地球形成。星云假说与太阳系起源 初始宇宙空间充满密度极低的星际气体和尘埃物质，在引力作用下，它们分别聚集为大型星系云，再收缩形成星系。星系内聚集的星云在引力收缩中加速旋转，分别脱生出行星圆盘和卫星圆盘，最终形成九大行星拱卫而成的太阳系。这一时刻，距宇宙大爆炸约100亿年楔子 从大爆炸的尘埃中，谁会料到生命的突现？在太阳系的星云里，谁能预期地球的繁荣？幂幂宇宙中迸发出的勃勃生机，无疑是在一个无穷小的概率下，产生的一次“亿”载难逢的奇特机遇。而要了解地球与生命之旅的唯一途径，也许只有从地球演化的历史中探寻。2.地球的早期演化 行星地球形成以后，地球在内、外两部发动机

14、的联合驱动下，才得以开始不懈的运动与演化过程。这两部发动机联合驱动，又各司其职，将地球系统的运动和演化过程从性质上划分为外动力作用过程和内动力作用过程，从时间上划分为短期过程（几十年至千年）和长期过程（几十亿年至百万年）。地球的起源与形成，是一部优美的三部曲 46亿年前，太阳星云在加速旋转的过程中分化出原始地球。原始地球温度较低，轻重元素浑然一体，是一个相对均匀、尚无分层结构的行星。地球形成以后的表层地形变化三圈分异两部曲神奇的物质之旅生命起源地球物质本是宇宙中普通的物质，在地球上却演绎出一段神奇的历史从无机界一统天下的最初局面，在电闪雷鸣中，从“原始汤”里面，分道扬镳，脱胎出了勃勃生命。地球

15、的演化与生命的起源 地球从形成到今天已经有46亿年。若以46亿年比作人类的一年，那么在这“一年”中，在公共课中 将数字博物馆和生命起源所编内容引入3.地质年代表v 地质年代的建立：为了反映地球发展的历史和阶段及地质事件的先后顺序，需有一世界统一的时间系统地质年代表。v 地质年代分为两类：相对地质年代（先后顺序）和绝对地质年代（同位素测年）。地质年代和事件时间是如何确定的？ 由于地球形成以来经历过复杂的改造和变动，原始地球形成时的物质记录已经破坏殆尽。推测地球的年龄，需要从地球自身的最老物质记录、月球岩石年龄和太阳系内原始物质几方面来探讨.相对地质年代 相对地质年代确定的依据：岩层沉积顺序、生物

16、演化和地质体之间的相互关系 了解相对地质年代，必须了解地层与化石的概念。 必须掌握地层层序律、化石层序律和和生物演化律的基本内涵。化石：保存在沉积岩层中被石化了的古生物的遗体和遗迹 化石层序律： 不同时代的化石保存在不同时代的地层中，古老的化石只能保存在较早形成的地层中，年青的化石只能保存在较晚形成的地层中。生物进化的特点和规律 进步性发展 少多，简单复杂，低级高级 生物发展的阶段性：原核真核；单细胞多细胞；多细胞体制不断改进 生物进化的重大突破：异养自养；两极（合成者+生产者） 三极（生产者+消费者+还原者）生态系；水生陆生 进化的不可逆性 在生物演化过程中，已经绝灭的生物和退化的器官，在以

17、后的历史中就不可能再次出现生物进化的特点和规律 器官相关律 环境条件变化使生物的某些器官发生变异而产生新的适应时，必然会有其他的器官随之变异 重演律（生物发生律） 个体发育史是系统发育史的简短而快速重演 个体发育：即个体从生命开始到死亡为止的演变过程 系统发育：即生物系统的发生和演变过程 生物进化的特点和规律 适应：在长期的演化过程中，由于自然选择的结果，生物在形态结构及生理机能上，与其生存环境取得良好协调一致 特化：生物对某种生活条件特殊适应的结果。它们在形态和生理上发生局部变异，但其整个身体的组织结构和代谢水平并无变化 辐射：生物进化过程中，由于适应不同的生态条件或地理条件而发生物各分化

18、趋同：亲缘关系疏远的生物，由于适应相似的生活环境而在形体上变得相似相对地质年代的确定 地层叠覆律 地质体之间的切割律： 地质体之间的切割关系主要以下几种：1.岩体与岩层：沉积接触和侵入接触关系2.岩体与岩体之间的切割关系3.岩层与岩层之间的不整合关系（角度与平行不整合关系）同位素地质年龄 同位素地质年龄：利用同位素的蜕变规律来计算得到的矿物和岩石的形成年龄。4. 地质年代和年代地层单位 地质年代的划分与单位：以生物演化阶段、地层形成顺序、构造运动及古地理特征等为依据将地质历史划分为若干阶段而形成的年代单位，一个地质年代单位代表了一个时间地层单位中岩石形成的时间范围。 划分等级：宙代纪世4. 地

19、质年代和年代地层单位 时间地层单位：与地质年代单位相对应。一个时间地层单位代表了一定时间范围内形成的全部岩层。具有全球对比意义。 划分等级：宇界系统4. 地质年代和多重地层单位 岩石地层单位：以地层的岩石特征作为划分依据的地层单位。它不考虑其年龄，具有地方性，使用范围有限。划分等级：群组段层 组是基本岩石地层单位。命名：地名+等级名 如蒲圻群、临湘组、邵东段等。4. 地质年代和多重地层单位 地质年代 年代地层岩石地层（时间单位） （地层单位） （地层单位）宙(eon) 宇(eonothem ) 群(group)代(era) 界(erathem) 组formation)纪(period) 系（s

20、ystem） 段(member)世(epoch)统（serios） 层(bed)5. 地质时期的重大转折期与地质事件 在46亿年的漫长地质时期中，曾经出现过多次重大的地史转折和全球性事件。这些事件造就了今天的陆洋格局，奠定了我们生活其间的生命世界。然而，其中还有许多事件的起因和过程，至今仍是未解之谜。5. 地质时期的重大转折期与地质事件 古中生代之交是地球与生命演化中的一个重要转折期主要的科学之谜包括生物大绝灭 古中生代之交时，生物界遭受了一次巨大灾变，的科，的种突然绝灭，从而彻底改变了古生代以前的生命进程，也深刻影响了中生代以来的生物格局与这种生物界的巨变相对应，地球的物理系统也同样发生了翻天覆地的变化两个世界同时或先后出现异常与突变，留下许多难解的科学之谜泛大陆聚散 生物进化与地质年代表地层层序律 化石层序律 生物演化律 总体趋势；阶段性；不可逆性；同时一致性地质年代与地层单位（等时性与穿时性）地质年代表：相对地质年代与绝对地质年代地史时期中的重大地质与生命事件 大陆的形成与演化生物的绝灭与复苏