地层的划分与对比及地质年代表.docx

其次节 地层的划分与比照及地质年月表一、地层划分与比照的概念(一)地层划分地层的划分是地层学的一项根底任务，也是地质工作的根底。其目的在于确定区域地层层序 和建立相应的地质年月系统。我们把一个地区的岩层，按其形成的先后挨次、岩性、化石等特征归纳成不同级别的地层单位，建立区域地层层序，了解该区域地层在时间上的变化规律， 称为地层划分。假设地层形成以后，始终保持其原始生成挨次，即老地层在下，地层在上， 属正常层序。但在地壳发生过猛烈运动的地区，由于岩层患病褶皱和断裂的影响，使原始地 层产状发生变动，甚至倒转，使早期形成的岩层掩盖于晚期形成的岩层之上。因此地层划分 首先要判定地层的正反挨次，建立正常层序。地层的特征和属性是多种多样的，如岩层的几何形态、接触关系、岩性、岩石组合、化石特征、地球物理和地球化学性质等，其中任何一种特征都可以作为划分地层的依据。由于切分 地层的依据和标准不同且具有多样性，因而可以划分出多种地层系统，不同种类的地层划分 可以重叠在同一剖面上进展，这就是地层单位和地层划分的多重性。目前常用的有岩石地层 单位、生物地层单位和年月地层单位三种。(二)地层比照在地层划分的根底上，将不同地区(或剖面)的地层进展比较，论证其地质时代、地层特征和 地层层位的对应关系，即为地层比照。在实际工作中，由于特征和依据不同，有不同种类的比照。例如：岩石地层比照是论证岩性特征和岩石地层位置是否相当；年月层比照是要论证 地层的地质年龄和年月地层单位的位置是否相当；生物地层比照是要说明含化石层的化石内 容和生物地层位置是否相当。地层划分与比照两者在原则和依据上是同一的，在方法上是有 亲热联系的。二、地层划分与比照的方法1(一)岩石地层学方法但凡以地层的岩性特征为主要争论内容，以岩性界面变化为准，划分地层，是建立区域地层层序的主要方法统称为岩石地层学方法。岩石特征主要指岩性、岩石组合、岩相、岩层的横向展布和岩石的变质程度等。依据岩石特征的相像程度，对地层进展划分，并建立岩石地层系统。1. 岩性及岩石组合分析法岩性包括组成地层各种岩石的颜色、矿物成分、构造、构造、化石特点等，它是岩石特征中最主要、最根本的内容。岩石组合指一个地质剖面中，自下而上岩性的变化，它反映沉积环 境的演化，它可作为用岩石地层学法划分比照地层的根本依据。河北蓟县、昌平“青白口群” 的岩石地层比照(图 3-22)。剖面下部以页岩为主，夹薄层砂岩及泥灰岩；中部以粗碎屑岩为主，上部夹多层页岩；上部以泥灰岩为主，顶部夹少量页岩。剖面中岩性明显分为三局部，所以划分为三组。两个剖面虽然地层厚度不同，但岩性相近，地层层位相当，二者可以比照。2. 标志层法标志层是地层中厚度不大、岩性稳定、特征明显、简洁识别的岩层或矿层。如含煤地层中常见的灰岩、砂砾岩、砾岩、凝灰岩及厚煤层等。3. 旋回构造法地层剖面中，特别是含煤地层常具有旋回构造特征。旋回构造是指在地层垂直剖面上一套岩 性或岩相相屡次有规律的交替。假设划分的地层是海相沉积，由下向上往往消灭粒度由粗变 细、又由细变粗的交替岩性变化，岩性由砾岩、砂岩、泥岩、灰岩组成。这种变化是由于地壳运动引起的海进和海退环境转变所致。由于地壳运动和沉积环境转变具有确定区域性，因 此地层剖面中的旋回构造常可作为区域性地层划分比照的依据。例如华北石炭系太原组内砂 岩一含煤页岩一灰岩沉积序列重复消灭三次，构成由三个小旋回层组成的沉积旋回构造，成 为华北石炭系地层划分比照的重要依据。岩石地层学方法是地层划分比照中应用广泛、行之有效的方法，但它的使用范围仅限于同一沉积盆地，只能确定地层的相对老关系而不能确地层时代。(二)生物地层学方法生物地层学以地层所含生物化石为主要争论内容，以生物群的交递变化为准划分地层。由于 生物演化具有全球的同时性和全都性，所以生物地层争论是确立地质时代表的重要手段。自 从地球上消灭生命以来，作为地质历史重要组成局部的生物界演化是极其丰富多彩但是它 们的千变万化绝非无序，而是始终遵循着某些特定规律进展的。例如，无论是生物界总体， 或是某一个门类的演化，总是遵循从低级到高级、由简洁到简洁、由不完善到趋于完善的规 律。尽管其演化速度有快有慢，但总趋势是向前进展的或称其为上升进步性。生物在演化过 程中，其形态和习性可能会有返祖现象，也可能消灭构造简化现象，但绝不会消灭真正的重 复，表现诞生物进化的不行逆性。生物进展演化的形式有渐变和突变，甚至常常发生由外因 导致的灾变，而且每次巨大的灾变，都有大量生物绝灭和大批的生物消灭，形成明显的生 物演化的阶段性。很多生物对环境的适应有较大的容忍度，并且有不同的迁移力气和多种迁 移方式。从地史进展这一巨大时间尺度来看，这种生物迁移可视为在“瞬间”完成，因而导致在同一地史时期，生物界面貌在较大范围内(甚至在全球)有大体的同一性。上述生物演化 的前进性、不行逆性、阶段性和空间上的同一性均属生物演化的根本规律，也是利用古生物 化石划分地层单位、确定地层相对年月和进展远距离比照的理论依据(图 3-23)。1标准化石法在地史时期，生物界的各门类生物中，那些演化快速、地质历程短、地理分布广、数量丰富、 易于鉴别的古生物化石称为标准化石，如笔石、菊石、牙形石等。利用这些标准化石有效地 划分地层，进展广泛的区域地层比照的方法，即为标准化石法。标准化石法的优点是简便、易行、经济，是生物地层划分最常用的方法；但标准化石并非处处都有，也未必每层都能发 现，其标准性也是相对的，因此标准化石法的运用有时会受到限制。2. 生物组合法在实际工作中常承受综合分析地层中所含生物群特征的方法，对地层进展划分比照，这称为 生物组合分析法。具体作法是对地层中的生物化石进展全面采集，具体争论各门类化石消灭 状况并进展综合分析，依据生物群总体及其在地层中的变化，对地层进展争论和比照地层。 (三)接触关系分析法地层记录了地质历史中地壳运动的表现形式。当某地质时期某地的地壳连续发生沉降，该区 连续承受沉积，形成一套很厚的连续沉积的地层；当某地质时期某地地壳发生上升运动，于 是该区患病剥蚀，发生长时期沉积中断，因而缺失这一地质时期的地层；当某一地区发生强 烈地质运动时，使原来大致呈水平状态的地层，变得倾斜、直立、甚至倒转。正由于存在上述几种状况，因此不同时代形成的地层间接触关系也分为三种：整合、假整合、不整合。这几种接触关系，在划分比照地层方面起着格外重要的作用。(四)古地磁学方法近年来，科学家们已经觉察较古老的磁化方向与现在的地磁场的方向并不全都。岩石在形成 过程中因磁场的影响获得磁性，并顺着当时的地磁场磁力线方向磁化，岩石的磁化即时经过 长期的变化也不会消逝，这种与现代地磁场无关的岩石磁性称为剩余磁性。它反映了地质历 史时期的地磁场状况。因此，某些能根本保持剩余磁性的岩石，只要通过地质争论，消退后期的地壳运动等的影响，恢复其原始位置，同时通过消退后期叠加的剩余磁性的干扰，便可 以求带当时的原始剩余磁性的方向，还可以依据磁倾角与纬度的关系，求得该地当时所出的 磁纬度。假设经过同一时期各个地点争论的结果，便可求得该时期古地磁的位置和当时的古 地磁特征。通过比照不同时期的古地磁个位置，可以了地壳不同局部相对位移的状况，以及 依据古地磁场反转周期来确定岩石形成时代。(五)放射性同位素地质年龄测定法一般状况下，我们主要是依据古生物化石、岩性、地层等方面的资料来划分和比照底层，确 定地层形成的相对地质年月。依据古生物化石、岩性、地层等方面的资料来划分地层，实际 上只能说明岩层的老关系或时间上的先后挨次，而得不到时间上的精准的定量概念；其次， 在整个地壳进展的漫长历史进程中，生物的大量消灭并以化石的形式而保存下来，且不超过 10 亿年，因而，在生物消灭以前无法利用古生物学等方法来争论地层的时代；此外，岩浆岩和变质岩中不含古生物化石，且大多数不象沉积岩一样成层状，无法直接确定它们的形成 时代。同位素年龄法弥补了这方面的缺陷，它是利用岩石中放射性同位素衰变产物的含量， 来计算各种岩石、矿物形成的实际年龄。例如，假设岩石中含有某一放射性元素，开头时有 N0 个原子，由于衰变，现只剩下N 个原子，则产生出的原子数D=N0-N。假设测出岩石中某一放射性元素的原子数N 及其衰变产物终极元素的原子数D,则岩石形成的年龄t 可按下式计算：式中：t岩石生成的地质年龄，Ma 年； 衰变常数， =0.6931/T，T 为半衰期； D产生的终极元素原子数； N测得的放射性元素原子数；岩石同位素地质年龄的测定，对地质时代确实定，特别是很少含化石或不含化石的古老变质岩系年月划分比照是格外有用的方法。(六)地震地层学方法使用地震波反射供给的地层界面信息，用于地下和海底地层界面确实定。层序地层学利用由连续面分开的、由沉积体系构成的地层层序划分和比照地层。连续面接近于等时面，层序接近于旋回层。层序地层学是地震地层学方法的深化和进展。(七)化学地层学方法依据地层中化学元素含量分布特征，进展区域地层的比照；也可利用不同时代化学元素含量的变化，推断地球化学环境演化的规律。(八)生态地层学方法主要从事古生物生态环境的争论，与沉积环境争论相结合，使生物地层学的争论有了明显的提高。(九)定量地层学方法是指利用计算技术对地层的各种信息数据进展处理(使用较多的是用化石群的统计分析)，以优化地层的划分和比照，提高生物地层学的争论精度。(十)大事地层学方法本方法的消灭与地质大事概念和灾变概念的提出亲热相关。大事地层学方法将突然发生的灾变大事形成的影响用于地层的比照，和用于地层界限的划分，取得了重要的成果。所谓突发的灾变大事主要指全球性大事，例如全球性地磁场的变化，全球性海平面的变化以及水圈气圈物化条件的阶段变化，以及由此引起的沉积作用和生物界的明显转变。此外，还有地外大事，如陨星撞击等形成的灾变。大事地层学方法的重要性在于其全球同 时性特征，以多学科综合争论为手段，用于地层比照与划分的争论，提高了准确性，也促进了地层学争论的全面进展。三、地层单位的分类(一)岩石地层单位表 3-1地层划分的种类和各种地层单位术语表地层划分的种类主要地层单位术语相应的地质年月单位岩石地层学生物地层学年月地层学群组段层生物带组合带延限带顶峰带其它各种带宇界系统阶时间带宙代纪世期时其它地层划分的依据(矿物学、环境学、地震学、地磁学等)在划分地壳岩层层序时，依据岩石所具有的特征或属性的差异，把单独一个地层，或假设干个 有关地层划分出来，看作是一个地层体，这就是一个地层单位。以地层的岩石的岩性、岩相 和变质程度均一的岩石构成的三度空间岩层体作为划分依据的地层单位，称为岩石地层单 位。它一般是适用于地区性的地层单位。全部地层单位都是由岩石构成的，也被看作是物质 单位。只有岩石地层单位才是依据实际岩石的岩性特征和岩石类别划分的，并一次区分于根 据化石划分的生物地层单位和依据年龄划分的年月地层单位。岩石地层单位包括群、组、段、层四个级别(表 3-1)。1. 群群是最大的岩石地层单位。群一般由两个或两个以上常常伴随在一起而又具有某些统一的岩石特征的组联合构成，或指一套厚度巨大、岩类简洁、又因受到构造扰动致使原始层序无法重建时，也可以视为一个特别的群。群多用于前寒武纪或陆相地层的划分，群与群之间常为明显的沉积连续或不整合。群也以地名命名。如五台群命名于山西五台山一带，包括四个组， 由中等变质程度的岩石组成，总厚大于 15000m，与下伏地层龙泉关群和上覆地层滹沱群元古宙时期形成的地(岩)层称元古界。元古界为中变质到浅变质的巨厚岩层，与下伏太古界呈 明显不整合。在元古代也发生屡次大规模地壳运动，形成多个区域性的不整合接触。 2组组是划分岩石地层的根本单位。组的重要含义在于具有岩性、岩相和变质程度的全都性。它 完全依据岩性来划分，岩性上表现为有确定规律性和均一性，它可能是某类岩石，也可能是 几类岩石的组合，还可能以简洁的岩石组合为一个组的特征，而与其它比较单纯的组相区分。组的顶底界限(岩性界限)清楚，有确定的厚度(一般几米到几百米)，岩性、岩相在空间上相 对稳定。组具有确定的时间属性，但顶底界限不是严格的等时面。组一般以地名命名，其适 用范围也是地区性的。3. 段段是组次一级的岩石地层单位，段代表组的一局部，并以明显的岩石特征区分于组的其它局部，可以作为次一级单位。如华北石炭系太原组自下而上划分为晋祠段、毛儿沟段及东大窑段等。4. 层层是最小的岩石地层单位。指组内或段内一个特别的具有明显标志的岩层或矿层。如隧石层、粘土层、笔石层、银杏树层等。(二)生物地层单位生物地层单位是依据地层中所含的一样生物化石内容和分布特征，并与相邻化石有别的三度 空间岩层体而划分出来的地层单位。对一个地区的地层划分来说，生物地层单位并不是普遍 建立的，那些缺少化石的地层，无法建立生物地层单位，因而各生物地层单位之间也不愿定 是相互连接的。生物地层单位不再分级，统称生物带，由于各种带的内容含义不同，所以要 明确指出时那一种带。常常使用的生物带有三种：组合带、延限带、顶峰带。组合带是指所含化石内容在整体上构成与相邻地层不同自然组合的地层体；延限带是指任一生物分类单位 在其整体连续范围之内所依据的地层体；顶峰带是指某些形成化古的物种、属或其它分类单 位最繁盛的一段地层。它不包括前期消灭数量不多时的地层，也不包括后期渐渐稀有时的地 层。生物带不分等级，所以是平列的，可以是有重叠的。但是，在延限带中，用属名的带和以该属的某各种命名的带之间就有等级差异，前者大于后者。(三)年月地层单位年月地层单位是在特定的地质时间间隔内形成的岩石体。代表地史中确定时间范围内形成的 全部地层，而且只代表这段时间内所形成的岩石。这类单位的顶、底界限都是以等时面为界。他们的大小将随岩石所需的时间长短，而不是依据岩石确实定厚度来确定的。与年月地层单 位相对应的是地质年月单位，它是一特定的地质时间间隔划分的时间单位，代表地史中确定 时间范围。年月地层单位以地层的地质年月归属为主要争论内容，以时间界面为准划分地层，与地质年 代表全都是建立地层系统的根本要求。按地史中生物演化的阶段可建立六个级别的年月地层 单位，它们分别是：宇、界、系、统、阶、时间带。相对应的地质年月单位是宙、代、纪、世、期、时。1. 宇宇是最大的年月地层单位，是宙的期间内形成的地层。按地史中生物演化将年月地层分为： 隐生宇和显生宇。2. 界界是大于系，小于宇的年月地层单位是在一个代的期间内形成的全部地层。例如按生物演化的重大阶段，把显生宇分为古生界，中生界和生界。对应的地质年月单位为代。3. 系系是大于统，小于界的年月地层单位，是在一个纪的期间内形成的全部地层。例如中生界可以划分为三个系，即三叠系、侏罗系及白垩系。是纪内形成的地层。4. 统统是小于系的年月地层单位，是在一个世的期间内形成的全部地层。一个系可分为两个或两 个以上的统。如寒武系分为三个统，即下寒武统、中寒武统及上寒武统，石炭系分为两个统， 即下石炭统，上石炭统。5. 阶阶是比统小一级，是统的再划分，阶是在一个期的时间内形成的全地层。阶一般适用于一个大区。例如我国华北地区上寒武统由下到上划分为崮山阶、长山阶和风山阶。阶又是世界标准年月地层单位中最小的单位，由于阶能满足于一个地区内年月地层划分的需要，所以它可以作为年月地层划分的根本单位。6. 时间带时间带是年月地层单位中级别最低的一个正式单位，它是一个时的时间内形成全部地层。它是依据生物属种的延限带建立起来的地层单位。四、年月地层表与地质年月表1765 年约翰·莱曼Johann · Lehmann 提出将地层分类的建议，这是为了争论地质的需要， 把沉积在地壳上的柱状剖面所表示的岩石所经受的时段，人为地赐予名称，提出了年月地层 和地质年月两个概念，建立了年月地层表和地质年月表。年月地层表和地质年月表是两个不 同的概念，年月地层表是由岩石的不同特征或属性将岩层层序划分为各类单位(宇、界、系、统、阶、时间带)组成的地层表。而地质年月表则是以地质时间单位(宙、代、纪、世、期、 时)组成时间表；但它们之间具有严格的对应关系。由于地壳的差异升降以及风化作用的影 响，任何一个地区的地层都不行能是完整的，因而我们把全世界的年月地层与地质年月结合 起来，形成一个表，称为地质年月表(表 3-2)，实际上，它是年月地层表和地质年月表的结合体。表 3-2地质 年 代 表