【任務(wù)描述】 ①掌握地層的相關(guān)概念；②了解地層的形成作用；③了解與地層有關(guān)的各種理論；④理解地層的沉積旋回和沉積韻律。
一、地層基本概念
（一）地層
地層是具有某種共同特征或?qū)傩缘膸r石體，是在一定地質(zhì)時(shí)期形成的所有巖層或巖體的總稱，能以明顯界面或經(jīng)研究后推論的某種解釋性界面與相鄰的巖層和巖石體相區(qū)分。地層在縱向上和橫向上巖性是變化的，對(duì)于地層的研究須從多方面屬性去綜合認(rèn)識(shí)，才能得出準(zhǔn)確的結(jié)果。
（二）地層劃分
地層劃分是指根據(jù)巖層具有的不同特征或?qū)傩园褞r層組織成不同的單位。
巖石本身客觀存在著許多不同的特征和據(jù)此引申出不同的屬性，依據(jù)任何一種特征或?qū)傩远伎梢詫?duì)巖石進(jìn)行分類和劃分。由于巖石的特征和屬性在地層分布的時(shí)空范圍內(nèi)并非一致，依據(jù)不同特征或?qū)傩运鶆澐值牡貙訂挝煌幌辔呛?。因此，僅用一種類型地層單位不可能表示巖石所有不同的特征，需要根據(jù)巖石不同特征和屬性分別建立不同類型的地層單位。
（三）地層對(duì)比
地層對(duì)比是指證明不同地區(qū)地層單位間的特征或?qū)傩砸恢潞停ɑ颍┑貙游恢孟喈?dāng)。
地層單位或地層界線從層型向外延伸是通過(guò)對(duì)比實(shí)現(xiàn)的。由于所依據(jù)的特征或?qū)傩圆煌?，?duì)比也是多種的。論證地層單位的巖石特征一致和巖石地層位置相當(dāng)是巖石地層對(duì)比；論證地層單位的化石內(nèi)容一致和生物地層位置相當(dāng)是生物地層對(duì)比；論證地層單位的時(shí)間相同和年代地層位置相當(dāng)是年代地層對(duì)比。
（四）層型
指一個(gè)已命名的成層地層單位或地層界線的原始或后來(lái)被指定作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)的地層剖面或界線。在特定的巖層序列內(nèi)，層型代表一個(gè)特定的間隔，或一個(gè)特定的點(diǎn)，它構(gòu)成了定義和識(shí)別該地層單位或所確定的地層界線的標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)特定的間隔就是地層單位的單位層型；特定的點(diǎn)就是界線層型，如圖5-1所示。
圖5-1 單位層型和界線層型圖
層型分為：正層型、副層型、選層型、新層型和次層型五種。巖石地層單位一般使用單位層型，年代地層單位一般使用界線層型，生物地層單位除組合帶外，一般不指定層型。
（五）標(biāo)準(zhǔn)剖面
標(biāo)準(zhǔn)剖面是根據(jù)層型在其他地區(qū)選定的，可作為某一地區(qū)地層劃分對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)的典型剖面。實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)剖面是層型剖面的延伸，它應(yīng)具備層序相對(duì)正常齊全、化石較豐富、研究詳細(xì)、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單等特點(diǎn)（力求排除由于褶皺、斷裂等構(gòu)造變動(dòng)造成的地層重復(fù)、缺失、倒轉(zhuǎn)的影響）。標(biāo)準(zhǔn)剖面應(yīng)該選在適當(dāng)?shù)奈恢?，有一定的代表性，以便?duì)研究區(qū)有一定的控制作用。在大范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)剖面往往是幾個(gè)剖面綜合而成的。例如，我國(guó)寒武系的標(biāo)準(zhǔn)剖面由滇東和山東張夏等剖面綜合而成。
（六）地層層序
地層層序即地層形成的先后順序。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)常常導(dǎo)致巖層傾斜、直立、斷裂甚至倒轉(zhuǎn)，從而改變?cè)械牡貙訉有?。地質(zhì)工作者必須根據(jù)層序性標(biāo)志確定研究區(qū)正常的地層層序，否則，地質(zhì)構(gòu)造、沉積環(huán)境、礦產(chǎn)分布規(guī)律等研究工作就無(wú)法進(jìn)行。實(shí)際上，任何地區(qū)的地層研究，都要選擇露頭好、地層發(fā)育相對(duì)齊全的剖面系統(tǒng)觀察、研究各巖層的巖性、化石、接觸關(guān)系及其地質(zhì)年齡，將地層由老到新排序。
二、地層的形成作用
沉積地層主要的形成作用方式有：
（一）縱向堆積作用
縱向堆積作用是指沉積物在水體中自上而下降落，依次沉積在沉積盆地底部的沉積作用。水體中呈懸浮狀的沉積物像“雨滴”一樣自由降落，沉積物縱向堆積形成“千層糕式”的地層模型。縱向堆積作用形成的地層具以下特征：沉積地層的時(shí)間界面一般是水平或近于水平的，它與巖性界面是平行或基本平行的。
（二）橫向堆積作用
橫向堆積作用是沉積地層形成的主要作用方式。橫向堆積作用指沉積物的顆粒在介質(zhì)搬運(yùn)過(guò)程中沿水平方向位移，當(dāng)介質(zhì)能量衰減時(shí)沉積下來(lái)。橫向堆積作用可以形象地稱之為“推土機(jī)式”的沉積作用。比較典型的如曲流河河道側(cè)向遷移形成的側(cè)向加積作用，河流作用為主的三角洲與海灘、障壁砂壩的進(jìn)積作用以及濱岸沉積的退積作用等。如圖5-2a所示，代表了海進(jìn)橫向堆積作用，形成地層超覆現(xiàn)象；如圖5-2b所示，代表了海退橫向堆積作用，形成地層的退覆現(xiàn)象。
作為沉積地層主要的形成方式，橫向堆積作用形成的地層具以下特征：沉積地層的時(shí)間界面一般是非水平的，地層的時(shí)間界面與巖性界面一般是不一致或斜交的。對(duì)橫向堆積作用的認(rèn)識(shí)導(dǎo)致了穿時(shí)普遍性原理的產(chǎn)生。穿時(shí)普遍性原理可以歸納為：在所有橫向堆積作用過(guò)程中形成的巖石地層必然是穿時(shí)的。圖5-2c代表了多次海進(jìn)、海退沉積作用，地層呈指狀交叉現(xiàn)象，巖石呈現(xiàn)穿時(shí)現(xiàn)象。
圖5-2 海進(jìn) （a）和海退 （b）及其多次旋回形成的沉積物 （c）發(fā)育示意圖
（轉(zhuǎn)引自劉本培，1996，修改）
（三）生物的筑積作用
生物筑積作用是生物礁型的沉積地層形成的一種特殊方式。它是指造礁生物原地筑積形成地層的作用方式。由于原地生物首先形成生物格架，之后才充填填隙物，類似于現(xiàn)代建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此可形象稱之為“鋼筋水泥式”堆積作用。生物筑積作用所形成的地層一般呈丘狀隆起（又稱為“生物丘”），巖層多具塊狀構(gòu)造。在垂向加積的情況下，生物筑積作用所形成的地層基本上符合傳統(tǒng)的地層學(xué)原理。而在側(cè)向加積的情況下，所形成的地層則與傳統(tǒng)地層學(xué)原理不相符合，而與地層的穿時(shí)性普遍存在原理相符。
三、地層的有關(guān)理論和方法
（一）地層層序律
在一定地質(zhì)時(shí)期內(nèi)所形成的層狀巖石（泛稱為巖層）的原始產(chǎn)狀是水平的或近于水平的（地層原始水平律），先形成的地層位于下部，后形成的地層位于上部，即原始產(chǎn)出的地層具有下老上新的規(guī)律，這就是地層層序律或稱地層疊覆律。它是確定地層相對(duì)年代的基本方法。如果地層因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而傾斜，則順傾斜方向的地層新，反傾斜方向的地層老。有時(shí)，因發(fā)生構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層層序倒轉(zhuǎn)，即上下關(guān)系顛倒。此時(shí)必須利用沉積巖的沉積構(gòu)造泥裂、波痕、雨痕、交錯(cuò)層理等，來(lái)判斷巖層的頂面和底面，恢復(fù)其原始層序，以確定其相對(duì)的新老關(guān)系（圖5-3）。
圖5-3 地層相對(duì)年代的確定 （地層層序倒轉(zhuǎn)時(shí)）
（引自郭寶炎，2007）
1～4為地層序號(hào)
（二）生物層序律
生物的演變是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)不斷發(fā)展的。一方面，年代越老的地層中所含生物越原始、越簡(jiǎn)單、越低級(jí)，年代越新的地層中所含生物越進(jìn)步、越復(fù)雜、越高級(jí)；另一方面，不同時(shí)期的地層中含有不同類型的化石及其組合，而在相同時(shí)期且在相同地理環(huán)境下所形成的地層，只要原先的海洋或陸地相通，都含有相同的化石及其組合，這就是生物層序律。是由生物進(jìn)化的進(jìn)步性和不可逆性決定的。
（三）切割律或穿插關(guān)系法
確定地層先后形成順序，就侵入巖與圍巖的關(guān)系說(shuō)來(lái)，總是侵入者年代新，被侵入者年代老，這就是切割律。這一原理還可以用來(lái)確定有交切關(guān)系或包裹關(guān)系的任何兩地質(zhì)體或地質(zhì)界面的新老關(guān)系（圖5-4）。即切割者新，被切割者老；包裹者新，被包裹者老。如侵入巖中捕虜體的形成年代比侵入體老；礫巖中礫石形成的年代比礫巖的年代老。
圖5-4 運(yùn)用切割律確定各種巖石形成順序
（引自郭寶炎，2007）
1.石灰?guī)r，形成最早；2.花崗巖，形成晚于石灰?guī)r；3.矽卡巖，形成時(shí)代同花崗巖；4.閃長(zhǎng)巖，形成晚于花崗巖；5.輝綠巖，形成晚于閃長(zhǎng)巖；6.礫巖，形成最晚
（四）同位素年齡法
其原理是基于放射性元素都具有固定的衰變常數(shù)，根據(jù)礦物中放射性同位素衰變后剩下的母體同位素含量與衰變而成的子體同位素含量可以計(jì)算出該放射性同位素的年齡。即為包含該放射性元素的礦物的形成年齡，稱為礦物的同位素年齡，它相當(dāng)于包含該礦物并和該礦物同時(shí)形成的巖石的絕對(duì)年齡。
四、沉積旋回與沉積韻律
沉積旋回和沉積韻律是指成因上有聯(lián)系地層的巖性（顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分等）或巖石組合等特征按一定的生成順序在剖面上有規(guī)律疊覆的現(xiàn)象（圖5-5）。沉積旋回和沉積韻律是現(xiàn)代地層學(xué)工作的重要內(nèi)容。在一些文獻(xiàn)中韻律和旋回常常作為同義詞，實(shí)際上它們?cè)诔梢颉⒁?guī)模及應(yīng)用范圍等方面有所不同。一般來(lái)說(shuō)沉積旋回可由地殼升降、氣候冷暖變化或海平面升、降（水體進(jìn)、退）等造成，其厚度及分布范圍較大。例如，水進(jìn)導(dǎo)致淺水相變?yōu)樯钏嗟乃M(jìn)序列即水進(jìn)旋回，一般稱正旋回（圖5-5中旋回1、旋回2的下部、旋回3和旋回4）；水退導(dǎo)致深水相變?yōu)闇\水相的水退序列即水退旋回，一般稱反旋回（圖5-5中旋回2的上部）。水進(jìn)旋回緊接一個(gè)水退旋回，構(gòu)成一個(gè)完整沉積旋回（圖5-5中旋回2）。如果地殼震蕩等原因不足以把先期沉積剝蝕掉而繼續(xù)沉積，就會(huì)形成完整旋回。從沉積盆地的某一點(diǎn)來(lái)看，在縱向上完整沉積旋回由近岸沉積變?yōu)檫h(yuǎn)岸沉積，再由遠(yuǎn)岸沉積變?yōu)榻冻练e。
沉積韻律一般是指局部地區(qū)小規(guī)模的巖性按一定生成順序規(guī)律疊覆的現(xiàn)象，如巖石的粒度由粗變細(xì)或由細(xì)變粗、巖石的顏色由深變淺或由淺變深等。潮汐變化、河道遷移、沉積方式改變、季節(jié)變化等都可造成沉積特征的規(guī)律性疊覆，形成沉積韻律。如曲流河發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的滯留沉積-邊灘沉積-泛濫平原沉積、濁流沉積的鮑瑪序列等，都是幾種巖性規(guī)律疊覆形成的沉積韻律。
圖5-5 沉積旋回、 沉積韻律示意圖
（據(jù)馮增昭，1993，有改動(dòng)）
1.厚層狀水平層理；2.薄層狀水平層理；3.水平波狀層理；4.單向斜層理；5.交錯(cuò)層理；6.植物化石；7.植物化石碎片；8.動(dòng)物化石；9.魚鱗化石；10.介形蟲(chóng)化石；11.波痕；12.團(tuán)粒構(gòu)造；13.泥球；14.侵蝕切割；15.黃鐵礦
旋回和韻律是由于地質(zhì)環(huán)境規(guī)律變化所導(dǎo)致的成因上有聯(lián)系的地層巖性或巖石組合等特征按一定順序在剖面上有規(guī)律的疊覆現(xiàn)象，而不是重復(fù)。旋回和韻律是沉積環(huán)境和構(gòu)造環(huán)境分析乃至成礦條件分析的重要依據(jù)，是劃分對(duì)比地層的重要標(biāo)志。
編輯于 2020-01-16
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