作者：王大锐等
出版社：石油工业出版社
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探索地下石油奥秘——石油地质试读：
前言
石油被人类喻为“乌金”，赞为“工业的血液”。在科学技术迅猛发展的今天，石油连同其“孪生姐妹”天然气一起编织出一个巨大的现代产业链，构成了一个无与伦比的“石油王国”，其无穷的魅力深刻地影响着当今社会文明的进步。石油天然气作为能源和化工原料，不仅仅是现代文明社会须臾不可或缺的能源保障，而且还悄然改变自身的功能形态，正在成为可能威胁国家安全的战略“武器”，构成确保一个国家安全的战略资源。
当你步入石油科普系列丛书——《走进石油》时，你会为石油王国深藏的奥秘而称奇。你将惊异地发现，洞悉石油王国的由来与发展，必将开阔你的视野；了解以油气为主线编织的庞杂的现代产业链，定会拓展你对科学、技术与社会间复杂链接的审视空间；认识石油王国在当今世界的独特地位和社会功能，必将增强你把握文明社会的走向和国家、集团间错综复杂战略关系的能力。
石油地质是构建石油王国的基础，我们热情地欢迎你迈过这个门槛，走进石油王国。你会穿越时光隧道，进入那遥远的地质历史时期，领略大自然的神奇造化。地球的结构、构造和组成是什么？发展演化过程中它是如何造就了孕育油气形成的地质环境和赋存空间？油气是怎样生成的？人们又如何才能寻找到它呢？解答这些饶有兴趣的问题，正是编写本书的意图。
为便于你获取相关知识，我们安排编写顺序时，首先从了解我们赖以生存的家园——地球入手，进而了解石油天然气的形成环境和油气藏孕育的地质过程，再进一步了解油气藏（田）勘探如何实施和决策的相关知识。我们选择了若干图片，编绘了一些相关图表，意在使本书图文并茂，增加你阅读的兴趣。
当你在茶余饭后、学习工作之余浏览一下本书，你的脑海就会呈现出一幅完整的历史画卷。地球从远古走来，留下演化轨迹，催生生物繁衍，奠定油气资源。油气遍布全球，但并非无处不在。油气勘探辛苦艰难，勘探者然也乐在其间。神州大地充满生机，勘探事业欣喜空前。你会为发现大庆油田依然赞叹不已，更加坚定发展祖国石油工业的信念。以全球视角审视石油王国的走向，你会深刻理解我国石油健儿的历史使命任重而道远！
本书由王大锐、齐兴宇共同编著，武守成、王德仁、任来义、赵生才、张维等同志参加了部分章节的编写及审读工作。
朋友们，让我们携手并肩，为祖国的石油事业共同努力吧！一 人类家园的秘密1.地球表面的圈层结构
地球，是人类生活的家园。它是一个圈层结构十分复杂的天体。它的各个圈层都和我们息息相关，而且它们之间时时刻刻都进行着物质交换并相互作用。
在地球科学中，地球表面圈层结构包括大气圈、水圈、生物圈及岩石圈。
看不见也摸不着的，大气圈是人类和地球生物的保护圈。它吸收太阳的超紫外线、扩散光线，还能使地球表层免受陨石的直接轰击。科学家们已经计算出：一个人一昼夜要呼吸13立方米的空气，呼出的二氧化碳需要三棵枝繁叶茂的大树才能将其转化掉。人的生命过程中呼出二氧化碳，燃烧也产生二氧化碳，这些二氧化碳返回到大气圈里，又通过植物的光合作用使二氧化碳转变成植物体纤维或细胞质，使碳固定下来，析出的氧又返回到大气圈。
水圈，是指地球表面的海洋、河湖以及地下水。海洋面积占地球表面积的71%。其容积约为13.7亿立方千米，太平洋、大西洋和印度洋的主体部分，平均深度都超过4000米。海洋是生命的摇篮，目前，在海水中已发现的化学元素超出80种。海水中的溶解物质不仅影响着海水自身的物理化学特征，而且也为生物的诞生提供了营养物质和生存环境。科学家们证实，地球上最早的原始生命产生在海洋中，如今，绝大多数的动物门类也都生活在海洋中。陆地的地下水也是水圈的重要组成部分。在全球范围内，淡水总量约为400万立方千米，其中地下水占95%，而河、湖水等仅占3.5%。由此可见，地下水在供给人类和其他生物的需求上占有举足轻重的地位。
生物圈，地球表面的另一个圈层。从南极到北极，从陆地到海洋，从平地到高山甚至到地下数百米的深处，生命无处不在。据科学家们统计，地球上的生物有200～450万种之多，已经灭绝的物种更多。除了人们熟知的动植物外，还有大量的人类用肉眼看不见的细菌和微生物等。地球上的生物生生不息，已经死亡的生物可以转换成其他的有机质，包括转变成石油和天然气、煤等。
岩石圈，是地球的表层结构，绝大部分由岩石组成，它们构成了地球的岩石圈。岩石圈是一个厚度不均的圈层，有大陆地壳和大洋地壳之分。大陆地壳比大洋地壳厚得多，一般厚度为33～35千米，最厚的地方大约为50～70千米，而洋壳一般不足7千米。青藏高原是世界上地壳厚度最大的地区之一，平均厚度可以达到70千米。地球的岩石圈已经形成40多亿年了。在漫长的地史时期，其成分、结构、构造直至地球表面的形态无时无刻不在变化。这种使岩石圈发生变化的作用就是地质作用。
大气圈、水圈、生物圈和岩石圈组成了地球表面最基本的圈层，它们彼此之间有着密切的关系。水圈和大气圈通过水的蒸发、凝结、降水和气体的溶解、挥发等相互渗透和影响。固体地球界面上下是大气和水最为活跃的场所。岩石圈的物质也在不断运动，并通过火山喷发等形式进入水圈和大气圈。生物生存在岩石圈、水圈和大气圈的交接带，它们消耗着资源和能源，之后又产生出新的物质。石油和天然气等能源正是地球各个圈层长期相互作用的产物。
如果你细心观察身边的世界，就会发现许多圈层相互作用的现象以及这种相互作用不断地改变地球面貌遗留下的痕迹。2.地球——一只“煮得不太熟的鸡蛋”
中国人常会用“不知天高地厚”来比喻那种不知事情艰难，见识短浅的人。事实上，经过不断探索和研究，人们已经比较清楚地知道了天有多“高”，地有多“厚”。地球内部构造
科学家们通过钻探12千米的超深钻井、人工地震波的检测与解释等手段了解到地球内部是分层的，从地表向下，大致可以分为三层：地壳、地幔和地核。
1909年，前南斯拉夫地球物理学家莫霍洛维奇在研究克罗地亚地区的地震时首先发现在地下几十千米的深处有一个地震波波速突然增大的界面。后人为了纪念他，把这一界面称为“莫霍洛维奇面”，简称莫霍面。地震波速在这里发生突变，说明其上下物质的成分或结构有一个显著的变化。人们就把莫霍面当作地壳和地幔之间的分界面。地震波在地壳中传播速度较低，通过莫霍面进入地幔，波速急剧增大。到了2900千米深处，波速又会突然下降，这里是地幔和地核的界面，它由法国地球物理学家古登堡在1914年确定，所以又称“古登堡面”。在地下5000～5100千米处，地震波速又显著增大，人们据此把地核分成两部分——外核和内核。科学家们根据地震波在那里的变化特点，认为外核是液体（处于熔融状态），但内核仍是固体。
这样，整个地球的三大圈层有点像蛋壳、蛋白和蛋黄。只是这只“大鸡蛋”煮得还不太熟，蛋黄有一部分还是液体状态。地震波在地球内部的传播
和鸡蛋相似，地壳是三大圈层中最薄的，而且它的薄厚很不均匀。大陆型地壳至少可以划分为两层。上层富含硅、铝，叫硅铝层，又叫花岗岩层；下层富含硅、镁，通常称为硅镁层，又叫玄武岩层。硅铝层之上还经常被沉积岩覆盖。但在北美、非洲、亚洲和欧洲的斯堪的纳维亚等地，有一些称为地盾的地方，硅铝层直接出露于地表。在平原地区，地壳厚约30～40千米，不到地球半径的0.6%，在高山地区地壳厚度增大，最厚可达70千米（如青藏高原）。
大洋型地壳一般缺失硅铝层。20世纪50年代以来，根据地震波速度资料通常把大洋地壳分为三层。第一层叫海底沉积层；第二层叫火山岩层或基底层，主要由玄武岩构成；第三层叫大洋层，主要是富含铁镁的基性岩。大洋型地壳平均厚度仅有6.5千米，相当于地球半径的1‰，而最厚的大陆地壳约可达地球半径的1%。大陆型地壳和大洋型地壳
大量的矿产资源，包括石油、天然气和煤都赋存在地壳中。
目前，大多数人认为地幔中的主要成分是一种呈橄榄绿色的铁镁硅酸盐矿物。地核是一个与太阳表面温度相同的铁质球状体，温度可达3000～5000℃，大小和月亮差不多，处在地球内部5000千米处。人们现在还无法直接钻探到地幔，只能用间接的手段推测地幔的组成。
地核，一般认为主要是由铁、镍物质构成的坚硬部分。目前，科学家对地球的核心又提出了新看法，认为地核并不是很硬，并且可能还在旋转，而且正是这种旋转导致了地球磁场在地球历史上的多次倒转。
假如地核真的比原来想像的还软的话，那么，以往种种关于地核的理论问题也需要重新核实。但仍有科学家坚持不同的观点，认为地核可能在45亿年前，即地球尚未充分形成时就已诞生了，后来在一系列巨型流星的撞击下，使襁褓中的地球温度增高，大部分铁质融化而渗入地心，形成液化的“金属海洋”，冷却后即成为固态铁质的地核。3.漂移着的大陆
地质学家们曾经观察到了一系列无法解释的现象：西伯利亚北部奥陶系石灰岩中有珊瑚化石，新地岛泥盆系石灰岩中有珊瑚化石等等。这些目前处在北极圈内的岩石，当时可能位于热带气候环境中！
1910年，年轻的德国气象学家魏格纳因身体欠佳躺在病榻上，无意中发现地图上大西洋两岸的轮廓存在相对应的现象：巴西东端的直角突出部分与非洲西岸呈直角凹进的几内亚湾非常吻合；自此以南，巴西东海岸每一个突出部分都恰好和非洲西岸同样形状的海湾相对应；巴西海岸有一个海湾，非洲方面就有一个相应的突出部分。这难道是偶然的巧合？魏格纳
魏格纳查阅了大量古生物化石资料，考查了不同大陆上的岩石层、冰川的分布，于1912年发表了他的第一篇关于大陆漂移的论文——《大陆的生成》。
魏格纳于35岁时发表了著名的、曾一度风靡全球的代表作——《海陆的起源》，这标志着完整的大陆漂移假说已经诞生。据考证，早在大约2000多年前，古希腊哲学家特利斯曾经设想大地是一个浮在水上的圆桶或圆盘，但那只是略带诗意的想像，没有提出什么科学依据。“大陆漂移说”诞生以后历经各种非议、怀疑、反对。痛斥它的大有人在，直到20世纪60年代，情况才有了根本的改变。由于海底地质和地球物理方面的种种发现，相继出现了海底扩张和板块构造说。新学说的出现大大推动了地球科学的发展。在短短几年内，大陆漂移的概念已经从“荒诞的邪说”变成了可信的事实，尤其是大规模的深海钻探工程（Deep Sea Drilling Project，简称DSDP计划）揭开了大洋底的秘密，引发了一场地球科学领域的革命，人们开始重新认识自己家园的历史变迁。南美洲和非洲的拼接图中20亿年前古老的岩石区（灰影部分）也衔接得很好
按照大陆漂移说，大约在2亿年前，地球上的大陆彼此相连，构成一个统一的超级大陆。当时，大西洋尚未出现，北美东岸的纽约、华盛顿这些地方紧挨在非洲撒哈拉大沙漠的西缘，我国西藏的南缘却是一片汪洋大海；印度次大陆远在相距万里的大洋彼岸，与南极洲紧紧相连。
不久，这块超级大陆四分五裂了。美洲相对于欧洲、非洲越漂越远，其间，新生的大西洋随之慢慢张开。印度次大陆从南极洲“动身”北上，在大洋上漂荡了亿万年，历经万里航程，“冒冒实实”地一头拦腰撞地正在东漂的欧亚大陆身上，在短短的时间里就形成了巍峨的喜马拉雅山，挡住了潮热的印度洋季风，使得青藏高原变得干燥、寒冷，由此改变了亚洲大陆的气候状态。北上的印度次大陆至今还收不住脚，现在还在向北推进着，这使得喜马拉雅山还在以每年几厘米的速度长高着。
澳大利亚原来也在南极洲边上，它启程北上的时间晚于印度次大陆，到现在还在北漂途中。
美洲至今仍在向西漂移，大西洋的面积不断增大，美洲西岸与亚洲东岸的距离相应地逐渐缩短，太平洋处于收缩的过程中。地球的变迁
诚然，我们并不能察觉到大陆在漂移，但是我们却可以通过古地磁恢复、古生物化石、大陆间岩石层的对比、大洋底的钻探、大陆架附近的岛弧研究等证据证明大陆在漂移。
虽然人们目前还无法确认大陆漂移的动力是从何而来（这也是“大陆漂移学说”最难解答的问题），但威力无比的板块活动移动着大陆，撕开或关闭了大洋，升起了山脉，扩展着陆地。也就是说，板块活动实际上控制着全球地质、地貌、气候和生物环境的变化，最终确定了当今世界的自然地理格局与面貌。4.沧海变桑田
大自然中的一切都在变化着，从生物的诞生到消亡，从黄土高原的风雨剥蚀到南、北极冰块的崩落……，但最大的变化莫过于“沧海桑田”了。喜马拉雅山的形成
中国的华北平原在4亿多年前曾是一片汪洋大海，随后整体隆起了近2亿年，没有保存下任何沉积物。以后，海水时有光顾，形成了大片的沼泽，发育了极为繁茂的森林，在随后的地质变迁中，形成了大量的煤层。青藏高原在大约6000万年前还是一片大海，由于印度次大陆的挤压、碰撞，使得它以极快的速度“拔地而起”，成为高耸入云的“世界屋脊”。
在一些高山上，可以见到成层的蚌、螺壳，那是以前古河道甚至古湖泊的遗迹。干旱的黄土高原、戈壁滩也许就是以前的古湖泊。由于地壳的抬升，气候变暖，古湖泊退化，湖泊中丰富的动、植物和微生物形成了煤、石油、天然气等矿产资源。这些改变都是源于地质作用。
地质作用是指形成和改变地球物质组成、外部形态特征与内部构造的各种自然作用。
依据主要驱动力源地质作用通常分为内力地质作用和外力地质作用。所谓内力地质作用就是由地球通过各种方式释放其内部的能量（如重力能或放射性元素蜕变产生的热能等），所引起的并主要发生在地球内部的作用，包括岩浆作用、火山作用、地壳运动、变质作用、成矿作用和地震等；由地球外部的驱动力引起的地质作用则为外力地质作用，主要由太阳能以及日月引力能通过大气、水等多种因素引起，包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、成岩作用等。
在地质作用下，一些地质过程产生的地质现象十分复杂。从性质上看，有物理的、化学的、生物的；从规模上看，大到全球的宏观现象，小到原子和离子的微观过程。地质作用发生和延续的时间一般都很长，例如海底扩张、海陆变迁、山脉隆起、湖泊沉积、风蚀地貌等过程，多以百万年为单位。喜马拉雅山从海底隆起至今已经历约2.5亿年，大西洋的形成至今已2亿年。但有些地质作用则是突发性的，并往往造成地质灾害，如火山、地震、海啸、山崩、雪崩、山洪和泥石流等。
外力地质作用对地质地貌的改造通常非常缓慢，但日久天长、年复一年，其结果却是十分显著的。其总趋势是“削高填平”，把高山峻岭破坏掉，把它们的碎片搬到低洼的地方，使得地表变平坦。我国东部的松辽平原和华北平原就是经剥蚀—搬运—沉积作用而形成的。
可以这样理解，内力作用与外力作用是一对矛盾的统一体，一方面在破坏旧的，一方面在建设新的，而新、旧两者又是互为依存、彼此转化的。人类处在大自然之中，自然就会有“三十年河西、三十年河东”、“沧海变桑田”的体验。
自然地质作用的结果是形成今日世界的名山大川（高山峡谷），如中国的泰山、华山、黄山、长江三峡、九寨沟、桂林七星岩溶洞和云南的石林等等，但是自然地质作用也有着不可抗拒的破坏作用，如地震、火山、山体滑坡、海啸、泥石流等等都危及人类的生存。
人类地质作用也不能小瞧，其涉及面之广，发展速度之快，改造程度之大都已说明其强度和规模虽然不能和自然地质作用相提并论，但其影响也不可低估。它最突出的特点首先是新，从有人类开始到现在不过几百万年的时间，其次是人类改造世界的速率极快，像平地出高山，高峡出平湖，沙漠变绿洲，等等。罗布泊
人类地质活动包括开掘矿山，开采油气和地下水，还有农业活动、城市建设、修电站、建水库、挖隧道等各种为民造福的活动。人类活动一刻也不会停止。这些活动不仅建设了一个新世界，同时破坏了地壳的表层物质结构，改造了地表的面貌，影响着生态平衡。如采煤矿井深度超过1400米，有些采金矿井深度达4000米（南非），石油钻井深度达12000米以上，美国天然气开采的深度达9000米，等等。在采矿的同时所产生的废弃物质数量极大，堆积如山，同时也形成新的岩石。人类遗弃物在地表的堆积称为“文化层”。人类和自然地质作用相结合是形成今日江河混浊、土壤沙化、沙尘暴、空气污染的重要原因。
今天，人类已认识到了保护我们生存的地球的重要，已开始保护大自然，保护人类自己的家园，保护山河，保护野生动物，建设一个生态平衡，山清水秀，花园式的家园。我们有理由相信，人类未来一定能把地球建设得更加美丽，更加富饶。三峡大坝5.石头的来历与种类
在大自然的怀抱里，文学家对美丽的景致如醉如痴，地质学家们却另有一番情趣，他们悉心探索山水的形成，研究它的来龙去脉，石头就是他们研究的主要对象。
早在近代地质学发端的700多年前，我国南宋人沈括就写到：“尝见高山有螺蚌壳，生石中。此石即旧日之土，螺蚌即水中之物，下者却变而为高，柔者却变而为刚”。他认为岩石“初间极软，后一方凝得硬”。他已认识到，化石是由生物遗骸变来的，坚硬的岩石则是由旧日的泥土转变而成。
石头的学名是岩石，它是自然形成的由一种或几种矿物组成的固态集合体。岩石看上去比较坚硬，好像差别不大，其实不然，它们的成因非常复杂，每种岩石的成分和结构等也都各不相同。
岩石都是有一定形态的，有的成层状、片状；有的成块状、球状、柱状，形状各异，而且各种岩石都有各自的物质组成和结构。那些没有固结的松散沉积物，如沙漠、戈壁、河道泥沙、湖沼淤泥、土壤黏土、火山灰、海底沉积物等，都不算在岩石之列。还有，石油也不能称为岩石。虽然岩石的面貌是千变万化的，但是从它们形成的环境，也就是从成因上来划分，可分为三大类：沉积岩、岩浆岩和变质岩。
沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。不论哪种风化作用形成的碎屑物质都要经历搬运过程，然后在合适的环境中沉积下来，经过漫长的压实作用，石化成坚硬的岩石，这就是沉积岩。石灰岩、砂岩和页岩等都是典型的沉积岩。岩浆岩也叫火成岩，是地壳深处的岩浆侵入到地壳上部，或者喷到地表冷却固结再经过结晶作用而形成的岩石。花岗岩、玄武岩等都是常见的火成岩。在地壳形成和发展过程中，早先形成的岩石（如沉积岩、岩浆岩）由于后来地质环境和温度、压力等物理化学条件的变化，在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改变甚至化学成分的变化而形成一种新的岩石，这种岩石就被称为变质岩。例如沉积岩中的石灰岩经过变质作用就转变成了大理岩，花岗岩变为片麻岩等。由于经历过变质作用，这种岩石的结构和构造与沉积岩和岩浆岩完全不同。红色砂岩地貌花岗岩地貌
这表明，岩石是天然产出的，但却不是永远不变的。每一种岩石都有自己的发生、发展和破坏的过程。
各种地质作用会使岩石蕴藏丰富的矿藏，很多岩石和矿藏有密不可分的伴生关系，比如，煤、石油、天然气和油页岩产在含丰富有机质和化石的沉积岩层中；铁、锰、铝、磷和盐类等矿藏也多产在沉积岩中，铬铁矿、镍矿一般分布在基性、超基性岩石中；很多有色金属和稀土元素矿床分布在花岗岩中；原生金刚石只产在金伯利岩中。在中国的古老变质岩地层中，金、银等贵金属比较丰富，这是因为变质作用使它们富集成矿的结果，很多著名的宝石如“祖母绿”、“翡翠石”等也产于变质岩中。变质作用也能形成矿床，如碳质页岩或煤经过变质作用可以形成石墨矿；高铝黏土经变质作用可以变成刚玉矿。除了以上情况之外，有些岩石本身的组分就是矿物，比如菱镁矿主要由碳酸镁组成，石灰岩主要由方解石组成，白云岩由白云石组成。华山
沉积岩、岩浆岩和变质岩都可以形成高大雄伟的山峰，比如有“世界屋脊”之称的喜马拉雅山的主峰就是由4亿多年前的海相沉积岩构成的，西岳华山则是由火成岩、变质岩构成的。6.有机矿藏的聚集地——沉积岩
沉积岩类是由江河湖海中的碎屑物沉积或各种盐类化学沉淀而形成的，分布十分广泛。与石油和天然气、煤等这些有机矿藏有关的沉积岩主要是碎屑岩和碳酸盐岩，两者的成因、形成过程明显不同。
地表先前形成的岩石是碎屑岩形成的原始物质来源，称为碎屑岩的母源岩，它们可以是先前形成的沉积岩、火山岩和变质岩甚至砂、泥等。母源岩长期暴露在地表，在温度变化、大气（风）、流水、生物等因素作用下，发生机械破碎、化学分解，由此产生的大小不一的碎屑物质，除少部分残留在原地外，大部分都被搬运到江河湖海中沉积下来。搬运碎屑物质主要由水流、大气、冰川和生物来完成的，其中最主要的是水流的搬运。最常见的搬运碎屑物质的水流是河流，碎屑物质在河流中以各种方式向低地前进：大的碎屑物靠滑动或滚动前进，中等的碎屑跳跃着前进，小的碎屑悬浮着向前移动。有些碎屑经过长途跋涉，有的经历短暂的旅行，到达最终的沉积场所堆积下来。沉积场所包括河流、平原、湖泊、海洋等，堆积的碎屑物质被上覆堆积的碎屑物质埋藏后，开始进入成岩阶段。在这时，碎屑物质经受机械压实，使颗粒之间胶结、交代、矿物生长变大等变化，最终成为坚硬的碎屑沉积岩。砂岩交错层理石灰岩绕曲
碳酸盐岩主要形成于海洋咸水的环境中，特殊的咸水湖泊环境也可以形成碳酸盐岩。碳酸盐岩可在咸水中直接进行化学沉淀作用而形成，如常见的石灰岩，但有的是由生物作用形成的，如各种生物礁。碳酸盐岩的生物成因作用在地质历史演变中也有不同，在6亿多年前的海水中，镁/钙比值可能较高，pH值较低，这就阻止了钙质骨骼和介壳生物的形成。因此，当时的碳酸盐岩显然不是由生物分泌的介壳形成的，而是由藻类的生物化学作用形成的。从5.4亿年前开始，海水由酸性变为碱性，海水中的氧含量也大大增加，介壳生物逐渐繁盛起来，生物成因的碳酸盐岩逐渐超过了化学成因或生物化学成因的碳酸盐岩。
近代地球科学证实，石油、天然气和煤都形成并大多聚集于沉积岩中，石油和天然气可在沉积岩中进行数千米的运移，这种运移必定会在沉积岩中留下各种蛛丝马迹，人们正是根据这些痕迹来认识、了解石油的生成、运移、聚集、成藏的规律并进行开采的。7.岩石的年龄是怎么测定的
人们已经为地球的历史编出了详细的地质年代表。比如恐龙的最繁盛时代为距今约225百万年前的侏罗纪，灭绝于65百万年前的白垩纪末期，三叶虫的繁盛时期为距今约530百万年前的寒武纪，等等。这些动物生存的时代是怎么定出来的呢？地球的45亿年历史又是怎么定出来的呢？
地质学家和化学家们发现，当岩石或矿物在一次地质事件中形成时，放射性同位素以一定的形式进入岩石、矿物，之后便不断地衰减，随之蜕变成子体逐渐增加。所以，通过准确地测定岩石、矿物中放射性同位素母体和子体的含量，就可以根据放射性衰变定律计算出该岩石、矿物的地质年龄。这种年龄测定称做同位素计时或放射性计时。计时的基本原理就是天然放射性同位素的衰变规律。测定的地质事件或宇宙事件的年龄就是“同位素地质年龄”。
目前，在地学界应用的同位素测定方法比较多，不同的方法有不同的应用范围。比如，由于碳同位素的半衰期相对较短，法可测的年龄一般不超过5万年，最大限度是7万年。因此凡是几万年以来曾经在地球生物圈、大气圈和水圈中生存过的含碳生物均可作为样品进行测定，包括动植物的残骸（如木头、木炭、果实、种子、兽皮、象牙等）、含同生有机质的沉积物（泥炭、淤泥等）和土壤、生物碳酸盐（贝壳、珊瑚等）和原生无机碳酸盐（石灰华、苏打、天然碱等）、含碳的古代文化遗物（纸、织物、陶瓷、铁器）等等。法主要适用于考古学研究。
进行“同位素地质年龄”测定的岩石必须尽可能地“新鲜”，在有蚀变的岩石内，氩易丢失，所以测出的年代不准确，钾—氩法的最佳测定范围在10万年至10亿年之间，铷—锶法的最佳测定范围为1000万年至1亿之间年，所以这两种方法适用于中新生代地层的测定；铀—铅法的适应范围在1000万年至10亿年以上，铀—钕法也在2亿年以上，所以，这两种方法较适用于古生代或更古老地层时代的研究。
有了精确的同位素地质年龄，地质学家们就可以编制用来进行地层划分与对比的“地质年代表”了。测定岩石年龄的仪器
早在1911年，年仅21岁的英国地质学家A·霍尔梅斯就提出了用矿物中铀—铅同位索的比值来测定地层年龄的设想。1937年，经过20多年的工作，他发表了世界上第一份具有数字年龄的地质年代表。
第二次世界大战结束后，欧美各国以及原苏联的地质学者加强了同位素地质年龄的研究力度。进入20世纪80年代以后，地质年代表发展得很快，目前在国际地学界有影响的地质年代表主要有下列几类。
PTS年表 这是一份“显生宙地质年表”，由英国伦敦地质学会于1964年提出，曾对国际地学界产生过相当大的影响。1976年在悉尼召开的第25届国际地质大会上，对此年代表进行了修改、补充和复算。
GTS年表 这是在PTS年表的基础上编制的，其中几位重要的研究人员在著名的石油公司任职，所以该年代表在石油、煤炭及天然气工业界有较大的影响。GTS年表最重要的特点在于它有时间年标和地层年标双重意义。前者以标准的天文时间“年”记时，后者以传统的地层时代单位代、纪、世等记时。二者构成了既有数字年龄、又能反映生物演化阶段、具有地质事件特征的统一地质年表。世界著名的科学家W.B.哈兰德是编制者之一。
NDS年表 该表诞生于20世纪80年代初期，它强调了放射性同位素年龄、全球化石对比和地磁极性年表的结合，使得该表的国际适用性更强。该表是在全球251个测量点、显生宙的71条界线实测年龄的基础上编制而成的。所以，NDS年表已成为现代地层研究人员必须了解的内容之一。地质年代表
COSUNA年表表 国石油地质家协会（AAPG）在1976年第25届国际地质大会开过之后，积极开展了一项建立北美地层对比（COSUNA）计划。在这项工作中，尽量做到以海相标准化石为基础划分、对比地层，并配合同位素年龄数据，中国地质学家采用该表中前寒武纪地层界线。
此外，还有CGR年表（地质记录的年代学）等。
值得一提的是，迄今为止，绝大多数“同位素地质年龄”是从火成岩或火山凝灰岩中测定的，而地球上相当多的岩石是沉积岩，所以，这就造成了同位素地质年代学研究的局限性。对于地质学家，尤其是石油地质学家来说，对含有丰富石油与天然气的沉积岩的“同位素年龄”测定就成为一个极有挑战意义的课题。8.鸿篇巨制的编年史
地球在其形成、演化的漫长岁月中，伴随着海陆变迁、生物演替以及沉积地层的叠覆，留下了大量反映地球演化和生物发展、演化轨迹的地质历史记录。
早在18世纪中叶，法国科学家在调查巴黎盆地时，以特殊的沉积岩和生物化石对巴黎盆地地层逐层作了深入研究。后来，又有学者系统研究了维拉雷山脉的地层和化石，提出存在着由老到新的五套地层。根据生物进化史上的从低级到高级的发展，进化的不可逆特征（比如：鱼类可以进化为两栖动物、爬行动物，而哺乳动物却不可能退化为爬行动物），而且这些特征可以保存在岩石层中，这样，就逐渐形成了用化石特征和沉积物的性质恢复过去地质历史环境的基本方法，并建立了“历史地质学”这门重要学科。生命进化史
英国人史密斯在18世纪末首先突破了地层划分和对比这一难关。19世纪初，史密斯调查研究了威尔士到泰晤士河广大地区的地层和化石，出版了专著《用生物化石鉴定地层》，从而奠定了地层学、地史学的基础。在他之后，地质学家们尝试以化石为基本依据，用“纪”来确定地质历史时期大的时间单位，同一时期形成的地层用“系”来表示。在“纪”的基础上，科学家们发现还能区分出更大一些的时间单位和地层单位。英国地质学家菲力普斯归纳了前人的工作，将寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪几个纪合并称为古生代；将三叠纪、侏罗纪、白垩纪三个纪合并成为中生代；将第三纪与第四纪合并称为新生代，从而产生了认识地球历史的地质年代顺序。
由史密斯倡导的生物地层学方法一直沿用至现在。这种方法的理论根据是：在地球历史的发展过程中，生物总是由低级到高级、由简单到复杂不断地变化着，例如由无脊椎动物发展到低等脊椎动物，进
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