《地史学》课程学习设计

《地史学》课程学习设计—3

地球科学学院地质学基地班关俊雷

学号：01003108 时间：2005年5月

一、近期（从各论至今）的学习总结：

从各论开始至今的学习一直都处于波澜不惊的状态,很多同学都抱怨说各论部分枯燥无味,但以我看来,却是不可多得的聆听地质演变历史的机会,尤其是中国东部生物及古地理演变,让我们了解中国东部在地质时期的形成过程及古地理概况,对我们在以后的学习和工作建立全局性指导方向有重要作用.

对于各论的学习,我一直都坚持预习加听课的程序(不过复习好象坚持的不好),虽然自己预习存在很多问题,比如因混乱、没有方向性而头晕脑涨,但是听课后却是感觉思路很清晰.而且我一直是把听课作为一种享受,一种聆听前辈讲述地质历史故事的心态,心态平静了对地史各论学习也就不觉得怎么气闷.

二、地史学各论部分简介：

(一).前寒武纪:1.基本特征:时限长;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;

2.生物界面貌:生命起源问题;太古宙主要为分子化石,而元古宙则出现微古植物(单细胞或多细胞藻类有机体);震旦纪后期出现Ediacara Fauna的不具外壳的多细胞后生动物.

3.无机界:A.华北板块形成史:太古宙—陆核的形成期—冀北迁西太古宇剖面;早元古代—原地台形成期—五台-吕梁山剖面;中新元古代—似盖层和盖层的形成期—蓟县剖面;B.扬子板块形成史:无肯定的Ar基底—鄂西元古宇剖面—晋宁运动形成扬子板块的基底;Pt1零星残留;Pt2以后为原地台(似盖层)发育阶段;

4.震旦纪:A.震旦系特征:1)大型稳定板块已形成,发育稳定成熟的盖层沉积,与寒武系之间无大的构造运动,因而与古生界接近(无机界);2)发育丰富、高级的裸露动物群;3)冰川沉积发育(低纬度大陆冰盖).B.扬子板块震旦纪古地理:下震旦统分布局限;上震旦统以碳酸盐沉积为主,广泛超覆,岩相稳定.华夏板块---古陆;C.华北板块:主体缺失震旦系(处于大陆剥蚀状),仅在东缘胶东、辽南和南缘的豫西、淮南有震旦纪沉积;

(二).早古生代:1.基本特征:早古生代距今570-400Ma年,共划分为三个纪:即寒武纪、奥陶纪和志留纪。他们的时限分别为:570-500Ma、500-440Ma、440-400Ma, 三个纪内部均为三分,不过奥陶纪现为四分.

2.生物界面貌:寒武纪生物大爆发;海生无脊椎动物空前繁盛(环境分析、地层对比、生态分异、生物分区);植物于晚志留世登陆;奥陶纪末期生物集群绝灭事件;

动物界的第一次大发展——海生无脊椎动物时代:早古生代是海生无脊椎动物空繁盛

的时期,几乎所有的海生无脊椎动物门类都已经出现,因此早古生代有被称为是海生无脊椎动物的时代.以三叶虫、笔石、头足类、腕足类、珊瑚及牙形石最为重要.其中包含了划分前寒武纪与寒武纪界限最好标志的小壳动物群和寒武纪生命大爆发最典型代表澄江动物群.而三叶虫、笔石分别做为寒武纪、奥陶纪地层划分对比最为重要的依据.

在寒武系底部（如滇东晋宁梅树村剖面筇竹寺组）发现澄江动物群;在动物界方面,从奥陶纪开始，主要是志留纪，出现了淡水原始的鱼类无颌类，属于脊椎动物，新的时代即将来临。在植物界方面，寒武、奥陶纪都是以海生藻类为主，到了志留纪晚期，已出现半陆生的裸蕨植物，也意味着即将进入一个新的时代。

生物界在寒武纪以前，还是低级的原始的（单细胞的菌类、藻类等极低等生物），分布面积不广，分布密度也不大，特别是还未形成硬体，很难保存成为化石。寒武纪以前的漫长时代，是生物孕育、萌芽和发展的初期阶段，这种长期缓慢演化，为生物本身准备了质变的飞跃和大量繁殖的条件，因而一到寒武纪，在适宜的外界条件（如海水温度、成分、营养物质等）促使下，自然界的生命之火，即成燎原之势，出现动物界从软躯体到硬躯体、从单样性到多样性的飞跃和第一次大发展，并奠定了现代生命存在形式的基本框架.

3.无机界:属加里东构造运动阶段,陆壳板块扩大和增生(陆相沉积、生物登陆);沉积矿产复杂多样，奥陶纪末期冈瓦纳大陆发育冰川;

加里东构造阶段:在前寒武纪末，世界上一方面出现了许多古陆，而另一方面各古陆之间又为地槽所分隔。进入古生代后，许多古陆重新为海水所浸漫，其中尤以奥陶纪海侵规模最大。从整体看来，早古生代仍然是海洋占优势的时代。

早古生代初期的大地构造轮廓和震旦纪相似:冈瓦纳、北美、俄罗斯等以及中国的华南、华北等古大陆板块各自独立存在,而中国的一些主要板块、微板块处于这些板块群之间,多称为泛华夏陆块群,主要分布与赤道-南半球中低纬度原特提斯洋之中。各板块之间的排列、方向不同,并为不同规模的洋盆或者裂谷盆地所分隔,受加里东运动的影响,柴达木微板块、秦岭微板块与华北板块拼合,华夏板块与扬子板块对接碰撞形成华南板块.。

中国东部古地理轮廓及地史特征:

寒武纪A.华北板块:晚元古后期抬升至早寒武世早中期一直处于古陆剥蚀区;从早寒武晚期至中奥陶开始海侵,为滨浅海沉积(陆表海碳酸盐沉积),其南、北均为大洋环境,南缘以活动类型大陆边缘与古秦岭洋毗邻;B.扬子板块:相对稳定的滨浅海沉积环境,北缘是南秦岭列裂谷,东南缘是被动大陆边缘,与华夏板块之间为裂谷盆地;

主要剖面类型:A.华北板块:山东张夏剖面;B.扬子板块:滇东晋宁梅树村剖面，宜昌三峡剖面;

奥陶纪: 基本承袭寒武纪的古地理、古构造特征,晚期华北板块主体抬升,华南盆地规模的收缩加剧;A.华北板块:主体为碳酸盐沉积,下统发育完全,岩相稳定,中上统仅在少数地区有沉积;B.扬子板块:相对稳定的滨浅海沉积环境,从西向东依然为:扬子克拉通、江南被动大陆边缘及华南裂谷盆地三个沉积区;其中华南裂谷盆地逐渐萎缩,中奥陶世加剧,导致晚奥陶古地理格局明显变化;

主要剖面类型:A.华北板块:河北唐山剖面;B.扬子板块:宜昌黄花场剖面;

志留纪: 加里东构造阶段晚期,构造运动相对活跃,板块之间碰撞拼合,如换华北板块

与柴达木板块、扬子板块与华夏板块等;A.华北板块:主体为古陆剥蚀区,缺失志留纪沉积,但大陆边缘地区志留系相当发育;B.扬子板块:此期为华南裂谷盆地萎缩消亡期.受其影响,板块早中志留世海域仅局限于北部,晚志留世海退,仅残存于川滇与钦防海槽,其他地区均抬升成陆.志留纪后期华夏板块与扬子板块对接拼合成统一的华南板块;

主要剖面类型:A.华北板块:无典型剖面;B.扬子板块:鄂西宜昌剖面;

(三).晚古生代Pz

:1.基本特征:晚古生代距今4.09—2.5亿年。它划分为三个纪，

2

即泥盆纪、石炭纪、二叠纪。晚古生代，在加里东运动之后随着陆地面积的不断扩大，陆生生物开始大量发生和繁盛。植物界从水生发展到陆生，蕨类植物达到极盛，晚古生代晚期出现了裸子植物。动物界从无脊椎动物发展到脊椎动物，鱼类和无颌类广布于泥盆纪，两栖类全盛于石炭纪和二叠纪。晚古生代发生了两次生物集群绝灭，一是在晚泥盆世生物量的突然变化和生态系的更替；一是在二叠纪末许多无脊椎动物如三叶虫、蜓、四射珊瑚和床板珊瑚（珊瑚中的两大类）、大部分腕足动物的绝灭，成为划分古生代和中生代的标志。

晚古生代陆生植物繁生，是地史上形成大规模煤炭的时代。晚古生代后期冈瓦纳大陆是冰川广布的时代。晚古生代发生海西运动，主要板块发生碰撞，大部分地槽和活动带（除

去古特提斯海和古太平洋边缘活动带）褶皱成山，形成统一的劳亚古陆，同时与冈瓦纳古陆相接形成联合古陆。

2.生物界面貌:植物界的第一次大发展——蕨类时代;动物界的两次大飞跃——从无脊椎到有脊椎，从水中到陆上

早古生代是海生无脊椎动物空前繁盛的时代。到泥盆纪，三叶虫类逐渐减少，繁盛于奥陶纪和志留纪的笔石类延续至早泥盆世后期已全部绝灭。但珊瑚类、腕足类、双壳类、腹足类等科属数量达到极盛。属于软体动物的头足类菊石（纲）动物在海中开始繁盛.从早石炭世晚期开始原生动物有孔虫类蜓繁盛起来，演化迅速，层位稳定，成为石炭-二叠系的重要分带化石。在陆上因有大规模森林出现，石炭-二叠纪昆虫类空前繁盛.

泥盆纪又称鱼类时代。为向高等脊椎动物发展提供了基础。从无脊椎动物发展到脊椎动物，这是动物界发展历史的一次大飞跃。到了石炭纪，总鳍鱼逐渐演化成两栖类。最常见的为迷齿类，又称坚头类，广泛生活于成煤沼泽环境（图13-2H）。所以石炭二叠纪又称为两栖类时代。从水到陆这是动物界发展史上的又一次飞跃。

到了中晚石炭世，随着陆地面积增大和地势分异加剧，许多地方进一步转化为广阔的内陆河湖盆地。气候由潮湿向干燥变化。两栖类为适应离水较远的生活条件，其中一支进化到原始的爬行动物。两栖动物产卵和繁殖后代，不能脱离水体；而爬行动物则完全可以在陆上产卵和繁殖后代，真正地“征服”了大陆。

晚泥盆世中晚期之交,发生称为弗朗斯期-法门期生物大灭绝。晚古生代末期二叠纪生物灭绝事件更为明显。冈瓦纳古陆，包括印度和中国西藏，曾普遍生长舌羊齿植物群，二叠纪末几乎全部绝灭。繁盛于早古生代的三叶虫至此全部消失。蜓类在晚二叠世结束时全然无存。菊石绝灭；

3.无机界: 晚古生代可以称为海西构造阶段,联合古陆的形成

中国东部古地理轮廓及地史特征:由海向大陆环境转化

泥盆纪:华南板块泥盆系发育,华北板块主体无泥盆系沉积记录.A.华南板块:三种沉积类型:海槽型,南丹型较深水滞流贫氧的微型裂陷槽沉积及象州型浅水富氧的碳酸盐台地沉积.

主要剖面类型:A.华南板块:桂中泥盆系剖面;

石炭纪:是泥盆纪的继续和发展.晚石炭世至早二叠世极地大陆冰盖几乎覆盖整个冈瓦纳大陆;而海陆变迁和陆地森林的首次大规模出现使之成为我国地史上第一个重要成煤期;A.华北板块:自奥陶纪晚期开始一直处于隆起状态缓慢剥蚀.至晚石炭世下降,普遍接受海陆交互相沉积;B.早石炭世与晚泥盆世相似,晚石炭世海侵明显扩大,滨浅海成因的白云岩、灰岩广泛发育.

主要剖面类型:A.华北板块:山西太原西山剖面;B.华南板块:黔南独山剖面;

二叠纪: 地壳运动渐趋活跃,联合古陆Pangea在本纪末期基本形成.

主要剖面类型:A.华北板块:山西太原剖面;B.华南板块:黔中地区剖面;

(四).中生代:1.基本特征:中生代距今2.50—0.65亿年，地层年代符号为Mz。中生代划分为三个纪，即三叠纪、侏罗纪、白垩纪。

2.生物界面貌:最突出的是裸子植物代替了蕨类植物，爬行动物代替了两栖动物，而盛极一时。但是到白垩纪末期,恐龙类爬行动物全部绝灭，是地史中的一次重大生物灭绝事件。

中生代生物界的新发展:中生代是生物界大变革的时代，无论是古植物或古动物，其演化均进入一个新阶段。1.裸子植物时代:中生代又称裸子植物时代。苏铁、银杏、松柏等类是最主要的代表植物.早白垩世晚期，地史上第一次出现被子植物并迅速发展，到晚白垩世取代裸子植物在大陆占统治地位。2.爬行动物时代:中生代动物界发展的突出标志是爬行动物的高度发展，因此中生代也称爬行动物时代。恐龙是中生代一类爬行动物的总称，共分两

大类，一类叫蜥龙类，分为素食的蜥脚类和肉食的兽脚类；另一类鸟龙类都是素食的。在晚三叠世出现从爬行动物到哺乳动物的过渡类型. 3.无脊椎动物进一步发展:特别是属于软体动物的菊石类和箭石类在中生代分布广，演化十分迅速，如菊石类进入中生代空前繁盛，具有旋卷的外壳，壳上的缝合线由简单到复杂，演化很快，是中生界海相地层划分的标准化石，故中生代又称菊石时代。

中国东部古地理轮廓及地史特征:中生代除受印支运动影响外，还受到燕山运动极为强烈的影响。燕山运动大体又可分为三期，一期在中、晚侏罗世，一期在侏罗、白垩纪间，最后一期在白垩纪末。印支运动结束南海北陆的局面，中国基本形成大陆环境:三叠纪初期，中国华南地区仍然为海水所占据，形成南海北陆的形势.三叠纪中、晚期，即印支运动期，扬子地台与华北地台之间、扬子地台与塔里木地台之间，形成印支褶皱带，互相对接。到侏罗纪，在中国只有在西藏、青海南部及黑龙江东部等处仍有海侵。燕山运动期从南北分异转向东西分异:沿着NNE-SSW方向，即从大兴安岭-太行山-武陵山一线东西两侧，显示出更为明显的分异现象。该线以西出现大型稳定内陆盆地，如北方的鄂尔多斯盆地（亦称陕甘宁盆地）和川鄂盆地，该线以东则属于环太平洋强烈的地壳构造运动和岩浆活动带，形成一系列新华夏小型裂谷盆地群.

(五).新生代:1.基本特征:沉积物固结较差;哺乳动物和被子植物的时代;全球构造变革巨大,特别是第三纪特提斯洋仅残留下地中海,阿尔卑斯山系和喜马拉雅山系形成,环太平洋沟弧盆体系形成,大陆裂谷湖动发育;

2.生物界面貌:哺乳动物在新生代适应辐射,占领各生态领域;第四纪因人类演化出现又被称为人类时代;被子植物可分为木本和草本发展的两个阶段.

------据《生物的进化》河北师范大学生物系编著人民教育出版社,1978年

《古生物学----古无脊椎动物与古植物学》王钰等编著科学出版社,1982年两者古生物图表及地史生物阶段演化讲解综合绘制

三、预期的学习目标及履行情况：

经历这次地史学各论部分的学习以及考试,我忽然察觉到:从学习地史学开始,我学习的方向并不与你所要求的一致,这一点从考试的试题上就可以显示出来.

在地史学课程设计1中,我是依据这样的思路来总结并制定我的学习计划的:通过对古生物地史学的学习，我们最主要要做的就是结合对各历史时期古生物与地层学证据，构建起地质学知识体系的大框架结构，其中就应该包括普通地质学、岩石学、构造地质学、沉积学等以及与成矿有关的像结晶学与矿物学等专业知识；通过学习建立起庞大的地质学知识体系，然后在以后不断的专业知识学习、野外实习以及科学研究中不断充填其细微部分，直至成型并熟练应用.

我觉得对本书章节中的地史学概论和地质历史时期的重大地质事件（也就是第一篇和第三篇比较感兴趣）；因为我觉得第一篇主要是让我们掌握地史学最基本的理论，而第三篇则能使我们从一个大的范围尺度来把握地史学的有关知识，虽然第二篇（地史学各论）也同样重要，但是我感觉这些属于更细一级的知识；掌握扎实基本理论基础使我们有更进一步发展并挖掘潜力的机会，而大范围尺度来学习地史学有关内容更有助于我们刚刚开始学习地史学

的学生有开阔的视野与敏锐的判断力；

举个比较贴切的例子来说就是:基本理论与概念(第一篇)就像一栋高楼的地基,所谓高楼的建立都必须由地基来决定;同时地基的深浅与质量则决定高楼进一步建设的高度,也就是一个人的发展潜力;而地质时期的重大地质事件与地球演化的主要问题(第三篇)则是高楼设计图纸,或者说是框架,有这个大范围尺度概念的建立,才会有高楼的成型与美化;也就是一个人敏锐眼光与宏伟发展目标的体现.地史学各论(第二篇)则好比是高楼中的一个个房间,所谓房间的维修与装饰也就是本部分知识的积累与整合;但是房间的基本格局已经是被决定好了的,不管是怎么发展都决不会跳出这样一个范围与尺度.(以上是部分第一次课程设计内容).

因此在后来的学习中，不管是总论部分还是各论部分,我都是据此来安排学习计划和重点,不过对于考试中试卷所要求的内容来看,我不知道是不是自己学习方向上的偏颇:因为我一直是注重从大的方向上去掌握,尤其是针对各纪的主要特征,对于所有剖面上的信息也是自己了解知道并且能够分析即可;而没有专门详细的记忆.结果考试中看到这样的试题结构就晕了,因为我知道很多都是超细节部分知识,而我只是了解而已,根本没有不能答出.

我不知道自己在考试中是不是乱了套,只记得自己在后来几天都是晕晕的感觉.现在做课程设计3,我忽然觉得:学习地史,我们最需要从大方向来把握,而细节学习和掌握的程度,就看个人的努力与重视程度.我在细节上的努力与付出不够,这也是我感触最深的吧!

四、课程学习的建议及建议:

有的同学说学这些无聊、烦琐,其实对于我个人来说,我觉得地史学并不是太烦琐,反而觉得上课就像在听故事.我想可能的原因有:1).心态不同:兴趣与爱好会影响对学科的判断力;2).方法不同:是大框架掌握为主、细节充填为辅,还是重视过于细节、但又觉得太多而无从下手;3).努力与付出程度:我承认我的努力与付出比不上其他的同学,这也是我会感觉轻松一点的原因吧.

我想:课程设计中最主要的就是让学生有一个总体的学习框架,但是这一点您没有过分强调,而其重要性有的人没有理解,只是敷衍了事穷于应付,所以感觉累、无聊.也请龚老师在以后中多强调一下,相信大家会喜欢的.

五、小论文:

浅谈地史学与数学、天文学学科交叉的结合点与意义

关俊雷

（中国地质大学武汉 430074）

摘要：在天文学发展历史上，因为开普勒的行星运动三大定律的出现，日心说不仅得到了很好的数学证明，而且所有行星和太阳的关系，以及一切轨道饶转体（如彗星、小行星、卫星等）同中心天体的关系，也都得到了定量说明。直到今天，人类在发射人造卫星和宇宙飞船时，仍在沿用着开普勒当年创立的数学公式。可以说，天文学、宇宙论到了这时，才算真正跨进了定量考察和定量计算的“现代科学”这个门槛。但地质学一直处于定性考察、人为性描述等阶段,缺少数学、计算机以及天文等学科交叉,定量考察和数学计算在地质学尤其是古生物地史学中尚处于尴尬境地.因此如何促进学科交叉,使地史学真正发展至定量考察和定量计算的“现代科学”，是本文讨论的重点所在。

本文属于预测性质, 从叠层石沉积构造的天文周期和米兰科维奇旋回对地球第四纪气候的影响等现象出发,结合天文学、宇宙学基本天象对地球生命的影响,提出天文学与地学相结合的观点,并讨论分析其中几个重要的规律!最后提出自己的见解:把天文学、数学及计算机模拟引进地学，促使地学向定量考察和定量计算的发展方向过渡。

关键词：地史学、数学、天文学、学科交叉、定量考察和定量计算

引言：近期查阅部分有关天文学与宇宙学的部分科普与专业文献,在网上也下载部分资料,在整理与学习的过程中我发现:很多的天文现象都可以在地球地质历史中生物与地理概况以及沉积地层中体现出来,最典型的莫过于:叠层石沉积构造与天文周期、地球自转等、米兰科维奇旋回与第四纪冰期沉积物等的内在联系性。

一、以下是有关二者现象与内在联系的讨论与分析：

1叠层石沉积构造与天文周期、地球自转等的内在联系：据发自于《科学通报》2004年10月第20期第49卷《10亿年前的地-日-月关系:来自叠层石的证据》:叠层

石明暗层纹对厚度呈周期性变化,这些周期性变化被解释为月节律和季节节律,

结合S型叠层石的形态特征分析:由于月球逐渐远离地球和潮汐作用对能量的消

耗,地球的自转和月球绕地球的公转速度都在不断减慢,地球的黄赤交角也正在

不断减小,因此在地质时期形成的叠层石,其形态和沉积构造也反映月相的天文

周期、地球自转等的内在联系.

2第四纪气候波动与米兰科维奇旋回等的内在联系：据中国地质大学出版社2004年8月《古生物地史学概论》:关于第四纪气候波动原因有很多主张，但目前国

际上广为流传的是古气候的天文学理论，即“米兰科维奇理论”。认为第四纪冰

期-间冰期的波动是地球轨道三要素,即偏心率、倾斜率和岁差的准周期性变化引

起的.虽然太阳辐射能到达地表的总量不变，但这三要素的变化可引起不同纬度

和不同季节的相对数量发生变化，从而造成在同一地区不同时期的气候作准周期

变化。据数学推算，偏心率有两个特征周期，分别是400Ka和100Ka；倾斜轴的

特征周期集中在41Ka；岁差的特征周期为21Ka，它可分为两个峰值区，分别是

23Ka和19Ka。大量研究表明，地球轨道三要素的几个特征性周期，存在于第四

纪古气候的时间系列中。如我国第四纪地质工作者采用有效的黄土沉积气候替代

性指标（磁化率）对宝鸡黄土剖面研究表明：地球轨道三要素的几个特征性周期

（400Ka、100 Ka、40 Ka、20 Ka）在中国黄土剖面中均有明显反映，而且偏心

率的400Ka与100 Ka周期是控制2.5Ma以来黄土地层结构（黄土—古土壤）的

最重要因素。

二、我的个人推测：借此我对部分天文现象与地质学现象的联系预测：1).李泽冈格环的成因与天文现象之间的联系:即沉积构造李泽冈格环(假层理)所有环的虚拟圆心及虚拟半径,相临环的半径是否符合天文学提丢斯--波得定则；

十八世纪，德国数学家提丢斯(Johannes Titius)对当时已知的六大行星至太阳的平均距离做一个有趣的数字游戏:把土星到太阳的平均距离分为100份,那么水星到太阳的平均距离就是4份,然后按照下表所示方法来填写其他行星至太阳的平均距离,这是地球至太阳的平均距离恰好是10份.若改用地球至太阳的平均距离(天文单位)为单位,其值与实测值则惊人地符合.后来由柏林天文台台长波得(Johann Bode)提出:每个星星轨道长半轴a值同比

它更靠近太阳的相临行星的a值的比a

1

n /a

n

大致是常数，被称为提丢斯-波得法则。

这个法则认为，行星轨道大小若用天文单位来计算，可以由下列经验公式表达：

αn=0.4+0.3×2n-2.其中n为行星序号，不过水星应取－∞ 。按这个公式，在n=5的地方缺一颗行星，后来发现了小行星带及最大的小行星----谷神星；木星和土星的n应分别为6和7；在n=8距离上发现了天王星；在约相当于n=9的距离上发现了海王星。

附表行星公转轨道半径

而沉积构造李泽冈格环(假层理)的沉积成因是否可以与天文现象相符合尚有待进一步认证.:即使用普通几何学圆与内接四边形关系,作出所有四边形环带的虚拟圆心及虚拟半径,并且利用概率及误差分析使之成同心圆状,则相临环的半径是否符合天文学提丢斯--波得定则；就沉积岩其他沉积构造及各种环带状成因是否也与此有关,如白云岩的环带结构与雾心,也需要进一步研究.

三、从学科交叉谈地质学的发展：

1）天文学方面：宇宙中和人类关系最密切的莫过于太阳活动，诸如太阳黑子、耀斑等太阳的周期性活动给地球及人类活动造成极大的影响。如太阳活动对人类关系极大，但作用机理不情，尚未取得共识的现象，正日益引起人们注意的有：1.太阳活动与气象水文的关系：70多年前，我国著名气象学家竺可桢最早将地球上的气象水文与太阳活动联系起来。1931年7月，我国长江、淮河流域发生特大洪水。是年，竺可桢在一篇论文中指出：此次特大洪水是大量降雨造成的，并上溯到1909和1887年也曾发生过大洪水，这三次大洪水的时间间隔均为22年，也就是太阳的磁周期。于是在世界上第一次提出降雨与太阳活动的相关性，论断后来得到证实。1954年、1975年、1998年三次特大洪水与上次相隔23年。从统计资料来看，在11年周期的低值年附近，我国常常会出现南涝北旱的天气。2.太阳活动与生物之间的关系：在太阳活动的峰年附近，天气温暖，雨水较多，树木生长的也较快，则年轮也宽。因此年轮宽度的变化有11年的周期。另据有关统计资料显示，其他农作物，如小麦、蔬菜的产量也有相同的周规律。动物方面，如蝗虫、鼠的繁殖每隔10-11年也会有一个高峰，而且发生在太阳谷年附近。

依据上述规律可以预测：在地质时期存在过的，不论是已经绝灭或者经过进化仍生存在地球上的生物，他们的生命活动规律必然也要打上太阳活动的烙印。

因此，可以肯定地说：在长江流域生存的生物，如藻类、鱼类等无不会在它们的生命活动或者沉积环境中遗留下太阳活动的周期率。因此只要收集地质历史时期，尤其是从新生代以来在地层中保存的各种沉积构造、生物实体化石及遗迹化石等数据进行整理和模拟，就可以分析总结出来长江流域洪水爆发周期与太阳活动的关系，进而利用“将古论今”来预测未来长江流域洪水的周期律，来提高抵御和防范洪灾的能力。

2）数学：用分形理论解释破碎化石及遗迹化石的原体：

（一）当前地质学中化石和遗迹化石分类与研究中存在的问题剖析：

化石的形成存在的问题：化石在形成中的变形、破碎等不确定因素造成化石原貌复原等困难。

地史时期的生物遗体及其生命活动的痕迹在被沉积物埋藏后，经历了漫长的地质年代，随着沉积物的成岩作用，埋藏在沉积物中的生物体在成岩作用下经过物理化学作用的改造，即石化作用，而形成化石。但化石的形成与保存取决于以下几个条件：1）生物本身条件；2）生物死后的环境条件；3）埋藏条件；4）时间条件；5）成岩条件；由于存在以上不确定因素，同时形成化石后在地质历史经历各种构造运动产生变形、破碎等，造成化石分析与研究存在众多难以解决的问题；

遗迹化石的分类存在的问题：遗迹化石的分类混乱、遗迹化石的研究与分析等。

据发自于《中国科学(D辑)》1998年2月第1期第28卷《遗迹化石的形态-结构分析与拓扑分类》:本文提出了综合考虑形态与结构特征的一种新的遗迹化石拓扑分类方案,结合数学和生物学上的考虑,将遗迹化石分为类、科、亚科、属、种等5级谱系单位,这种分类不仅可望消除构造变形等因素对遗迹化石形态造成的影响,同时还可以对遗迹构型的复杂性直接进行对比分析.

遗迹化石指保存在地层中古代生物生活活动留下的痕迹和遗物。遗迹化石有以下特征：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.遗迹化石和造迹生物很少同时保存；5.一物多迹或异物同迹。因此它对于研究生物活动活动方式和习性，恢复古环境具有重要意义。

但是由于化石保存中的改造和破坏,使化石最终保留的形态与原来形成时可能相去甚远,直至同迹异形或异迹同形;而生命在生命过程中行为随意性,使遗迹形态也不可避免地带有相应的随意性,给分类中合理的形态-功能分析带来了困难;鉴于Eudid几何学对某些不规则形态难以确切定量的刻画,同一形态的鉴别也因人而异,造成具体分类上的分歧，上述三个原因造成遗迹化石分类的混乱，即遗迹形态的几何随意性。引自《遗迹化石的形态-结构分析与拓扑分类》，而此文进行遗迹化石分类的理论基础:遗迹形态与结构的拓扑不变性,即拓扑几何学理论也即非线形科学在地学中的应用.

（二）分形理论简介：1973年，曼德勃罗（B.B.Mandelbrot）首次提出了分维和分形几何的设想。分形（Fractal）一词，是曼德勃罗创造出来的，其原意具有不规则、支离破碎等意义，分形几何学是一门以非规则几何形态为研究对象的几何学。由于不规则现象在自然界是普遍存在的，因此分形几何又称为描述大自然的几何学。分形几何建立以后，很快就引起了许多学科的关注，这是由于它不仅在理论上，而且在实用上都具有重要价值。

Fractal（分形）一词的由来：曼德勃罗是想用此词来描述自然界中传统欧几里德几何学所不能描述的一大类复杂无规则的几何对象。例如，弯弯曲曲的海岸线、起伏不平的山脉，粗糙不堪的断面，变幻无常的浮云，九曲回肠的河流，纵横交错的血管，令人眼花僚乱的满天繁星等。它们的特点是，极不规则或极不光滑。直观而粗略地说，这些对象都是分形。

分形几何与传统几何相比有什么特点：⑴从整体上看，分形几何图形是处处不规则的。例如，海岸线和山川形状，从远距离观察，其形状是极不规则的。⑵在不同尺度上，图形的规则性又是相同的。上述的海岸线和山川形状，从近距离观察，其局部形状又和整体形态相似，它们从整体到局部，都是自相似的。当然，也有一些分形几何图形，它们并不完全是自相似的。其中一些是用来描述一般随即现象的，还有一些是用来描述混沌和非线性系统的。

为什么要研究分形？首先，分形形态是自然界普遍存在的，研究分形，是探讨自然界的复杂事物的客观规律及其内在联系的需要，分形提供了新的概念和方法。其次，分形具有广阔的应用前景，在分形的发展过程中，许多传统的科学难题，由于分形的引入而取得显著进展。

(三)讨论：分形理论是当今非线性科学中的一支。“非线性”是与“线性”相对而言的，线性关系就是呈直线关系、一种可叠加的关系。非线性是指含有非一次函数项，非线性系统是不可简单叠加的系统，大量突变、不规则变化和复杂行为均与非线性有关。

分形是一个几何学概念，现在已成为基础科学中的一个核心概念。我们中学就学过欧几里得几何，后来又听说过黎曼几何、罗巴切夫斯基几何等非欧几何。现在又有分形几何。但分形几何与几前各种几何不同之处在于，它专门处理那些不光滑、不可求导数的奇奇怪怪的对象，实际上它是大自然的真正几何学，用它描述大自然的形态发生十分方便、有效。分形对象具有自相似性，常常具有分数维数，即可能具有2.35维，而传统几何只讲零维、一维、二维、三维、N维等等。

简单说，以前科学的重心在于研究线性现象，构造了大量线性理论，所有学科都是如此。后来发现非线性是大量存在的，而线性只是特例。这意味着什么?这表明当代科学技术虽然高度发达，实在说还处于童年时期。因为它对于广泛存在的非线性现象，所知甚少。比如三体问题、天气预报、湍流等问题一直没有很好地解决。

分形作为一种新的概念和方法，正在许多领域开展应用探索。但是迄今为止，分形理论在地质学中的应用，尤其是在破碎化石与遗迹化石的分类及原状的复原中应用颇少。但是根据分形所能分析和反映的现象来看，把分形理论用之于解决此类问题，或许比现今破碎化石与遗迹化石的分类及原状的复原所使用的方法与理论要先进的多。同时地质学与分形理论的学科交叉，使地质学真正走向定量考察与定量计算的“现代科学”中去。

3）计算机科学：当前计电脑技术的快速发展使人类的科学研究有了一个更为广阔的发展前景,但是迄今为止,电脑技术在地质学,尤其是在古生物学用于定性及定量分析生物化石及遗迹化石等方面的应用,与电脑技术在物理、化学、天文等自然科学各个领域的广泛使用相比,尚处于初级阶段.对地址工作者来说,这不仅仅意味着挑战,更意味着可以引进这些先进技术来促进地质学的深度改革.

就生物化石及遗迹化石的形成与保存来看,这些可以解读历史的“生命之书”在形成与保存的过程中最容易受到后期构造运动的影响而破碎、变形(前已详述),但现在研究这些很多带有人为的色彩,则对其研究不免会与实际情况存在偏差.而引进电脑技术,我们可以建立起全球性的生物化石及遗迹化石的数据库,针对在实际中碰到的破碎的、变形的化石,我们可以建立适当的数学模式来分析和综合所有保存下来的数据,与数据库进行整合和误差分析,迅速确定化石所在生物大类,进而恢复生物原貌,建立生物生存的环境条件.

四、结束语：随着现代科学的不断发展和渗透,地学已经不再是过去经典地质科学了.而是生物学、海洋学、地理学与天文学、数学及计算机科学以及大气科学、环境科学等众多学科相互渗透,共同研究的交叉自然科学.自然科学的发展是要受到数学发展水平的制约和推动,在数学和非线形科学、天文学、计算机科学等取得重大发展的背景下,我们也应该有必要将数学、非线形科学、天文学及计算机科学和地学结合起来，开辟地学研究的新领域.

参考文献：

星空初探于光远主编湖北教育出版社武汉 1998.2 1-379

《地问——关于地球的千古之秘与地学创新》世纪出版集团、上海辞书出版社上海2004年7月 1-483

黄定华、龚一鸣遗迹化石的形态-结构分析与拓扑分类中国科学(D辑) 1998年2月第1期第28卷 60-66页

屈原皋解古巍龚一鸣 10亿年前的地-日-月关系:来自叠层石的证据科学通报2004年10月第20期第49卷 2083-2089

杜远生，童金南，《古生物地史学概论》中国地质大学出版社武汉 1998年

全英文简介：

浅谈地质学与数学、天文学学科交叉的结合点与意义

Guan Junlei

(Faculty of Earth Science, China University of Geosciences, Wuhan, 430074, China) Key Words: Geoscience, Maths, 天文学,学科交叉,定量考察和定量计算

Abstract: During the advancement of 天文学,because of开普勒’s the Three Laws of 行星运动,the

Abstract: During the development history of astronomy, because of the Three Law of planet’s Movement’ coming forth, not only the theory of “the sun is the center” could be testified by mathematics, further more, all the relationship between planet and the sun, also the wholeness of the relationship between rotation (such as: comet, small planet and secondary planet) and celestial bodies, could be illuminated in ration. So far, today when human project the man-made sati late and universe airship, we continue to use the maths equation, which was found by Kapolei.

So we could say, only in this way the astronomy advanced in the fix quantify and fix account’ “Modern science”. But our Geoscience is still locating in the phases of determine the natu re 、artificial describe ect, scarcity in subject intercross of maths、computer and astronomy ect. So using fix quantifies and maths calculation in Geoscience is still under an awkward condition, especially in Paleontology and Geo-history. So how to advance subject intercrosses to promote Geoscience to “Modern science”, is my keystone in this chapter.

六、参考文献与资料，以及相关网站：

参考文献:

于光远,星空初探,湖北教育出版社,武汉,1998.2,1-379

《地问——关于地球的千古之秘与地学创新》世纪出版集团、上海辞书出版社上海2004年7月 1-483

黄定华、龚一鸣遗迹化石的形态-结构分析与拓扑分类中国科学(D辑) 1998年2月第1期第28卷 60-66页

屈原皋解古巍龚一鸣 10亿年前的地-日-月关系:来自叠层石的证据科学通报2004年10月第20期第49卷 2083-2089

吴瑞棠、王治平，地层学原理及方法，地质出版社，1994，1-131

姜在兴,沉积学,石油工业出版社,2003,1-540

温献德，地史学,石油大学出版社,1998,

刘本培、全秋琦，地史学教程（第三版），北京,地质出版社,1996，1-277;

杜远生，童金南，《古生物地史学概论》中国地质大学出版社武汉 1998年

倪并荣《地史学》石油工业出版社北京 1988年

(英) A.Hallam 《沉积相解释与地层记录》地质出版社北京 1991年

Historical Geology (Third Edition), Pacific Grove (CA): Books/Cole, 2000,

1-580,

The Early History of the Earth, Brian F. Windley, Department of Geology, University of Leicester, 1975, 1-618;

相关网站:https://www.360docs.net/doc/2710183056.html,/discovery/ (科学探索)

https://www.360docs.net/doc/2710183056.html,/webout/01/

https://www.360docs.net/doc/2710183056.html,/webout/01/zxkt/index-zxkt.htm

https://www.360docs.net/doc/2710183056.html,/jxyd/models/cn/teach/classify.asp?classid=1 &Nclassid=89

教材：[1]、作者人名+书名+出版社地址+出版社名称+出版时间+总页数

文章：[2]、作者人名+文章名+发表杂志名称+发表时间+发表于第几卷（第几期）+第几页-第几页