1、第二節  地層的劃分與對比及地質年代表一、地層劃分與對比的概念(一)地層劃分地層的劃分是地層學的一項基礎任務，也是地質工作的基礎。其目的在于確定區域地層層序和建立相應的地質年代系統。我們把一個地區的巖層，按其形成的先后順序、巖性、化石等特征歸納成不同級別的地層單位，建立區域地層層序，了解該區域地層在時間上的變化規律，稱為地層劃分。如果地層形成以后，一直保持其原始生成順序，即老地層在下，新地層在上，屬正常層序。但在地殼發生過強烈運動的地區，由于巖層遭受褶皺和斷裂的影響，使原始地層產狀發生變動，甚至倒轉，使早期形成的巖層覆蓋于晚期形成的巖層之上。因此地層劃分首先要判定地層的正反順序，建立

2、正常層序。地層的特征和屬性是多種多樣的，如巖層的幾何形態、接觸關系、巖性、巖石組合、化石特征、地球物理和地球化學性質等，其中任何一種特征都可以作為劃分地層的依據。由于切分地層的依據和標準不同且具有多樣性，因而可以劃分出多種地層系統，不同種類的地層劃分可以重疊在同一剖面上進行，這就是地層單位和地層劃分的多重性。目前常用的有巖石地層單位、生物地層單位和年代地層單位三種。(二)地層對比在地層劃分的基礎上，將不同地區(或剖面)的地層進行比較，論證其地質時代、地層特征和地層層位的對應關系，即為地層對比。在實際工作中，由于特征和依據不同，有不同種類的對比。例如：巖石地層對比是論證巖性特征和巖石地層位置是否

3、相當；年代層對比是要論證地層的地質年齡和年代地層單位的位置是否相當；生物地層對比是要說明含化石層的化石內容和生物地層位置是否相當。地層劃分與對比兩者在原則和依據上是同一的，在方法上是有密切聯系的。二、地層劃分與對比的方法(一)巖石地層學方法凡是以地層的巖性特征為主要研究內容，以巖性界面變化為準，劃分地層，是建立區域地層層序的主要方法統稱為巖石地層學方法。巖石特征主要指巖性、巖石組合、巖相、巖層的橫向展布和巖石的變質程度等。根據巖石特征的相似程度，對地層進行劃分，并建立巖石地層系統。 1巖性及巖石組合分析法巖性包括組成地層各種巖石的顏色、礦物成分、結構、構造、化石特點等，它是巖石特征中最主要、最

4、基本的內容。巖石組合指一個地質剖面中，自下而上巖性的變化，它反映沉積環境的演變，它可作為用巖石地層學法劃分對比地層的基本依據。河北薊縣、昌平“青白口群”的巖石地層對比(圖3-22)。剖面下部以頁巖為主，夾薄層砂巖及泥灰巖；中部以粗碎屑巖為主，上部夾多層頁巖；上部以泥灰巖為主，頂部夾少量頁巖。剖面中巖性明顯分為三部分，所以劃分為三組。兩個剖面雖然地層厚度不同，但巖性相近，地層層位相當，二者可以對比。2標志層法標志層是地層中厚度不大、巖性穩定、特征明顯、容易識別的巖層或礦層。如含煤地層中常見的灰巖、砂礫巖、礫巖、凝灰巖及厚煤層等。3旋回結構法地層剖面中，特別是含煤地層常具有旋回結構特征。旋回結構是

5、指在地層垂直剖面上一套巖性或巖相相多次有規律的交替。如果劃分的地層是海相沉積，由下向上往往出現粒度由粗變細、又由細變粗的交替巖性變化，巖性由礫巖、砂巖、泥巖、灰巖組成。這種變化是由于地殼運動引起的海進和海退環境改變所致。由于地殼運動和沉積環境改變具有一定區域性，因此地層剖面中的旋回結構常可作為區域性地層劃分對比的依據。例如華北石炭系太原組內砂巖一含煤頁巖一灰巖沉積序列重復出現三次，構成由三個小旋回層組成的沉積旋回結構，成為華北石炭系地層劃分對比的重要依據。巖石地層學方法是地層劃分對比中應用廣泛、行之有效的方法，但它的使用范圍僅限于同一沉積盆地，只能確定地層的相對新老關系而不能確地層時代。(二)

6、生物地層學方法生物地層學以地層所含生物化石為主要研究內容，以生物群的交遞變化為準劃分地層。由于生物演化具有全球的同時性和一致性，所以生物地層研究是確立地質時代表的重要手段。自從地球上出現生命以來，作為地質歷史重要組成部分的生物界演化是極其豐富多彩但是它們的千變萬化絕非無序，而是始終遵循著某些特定規律發展的。例如，無論是生物界總體，或是某一個門類的演化，總是遵循從低級到高級、由簡單到復雜、由不完善到趨于完善的規律。盡管其演變速度有快有慢，但總趨勢是向前發展的或稱其為上升進步性。生物在演化過程中，其形態和習性可能會有返祖現象，也可能出現構造簡化現象，但絕不會出現真正的重復，表現出生物進化的不可逆性

7、。生物發展演變的形式有漸變和突變，甚至經常發生由外因導致的災變，而且每次巨大的災變，都有大量生物絕滅和大批新的生物出現，形成明顯的生物演化的階段性。許多生物對環境的適應有較大的容忍度，并且有不同的遷移能力和多種遷移方式。從地史發展這一巨大時間尺度來看，這種生物遷移可視為在“瞬間”完成，因而導致在同一地史時期，生物界面貌在較大范圍內(甚至在全球)有大體的同一性。上述生物演化的前進性、不可逆性、階段性和空間上的同一性均屬生物演化的基本規律，也是利用古生物化石劃分地層單位、確定地層相對年代和進行遠距離對比的理論依據(圖3-23)。1標準化石法在地史時期，生物界的各門類生物中，那些演化迅速、地質歷程短

8、、地理分布廣、數量豐富、易于鑒別的古生物化石稱為標準化石，如筆石、菊石、牙形石等。利用這些標準化石有效地劃分地層，進行廣泛的區域地層對比的方法，即為標準化石法。標準化石法的優點是簡便、易行、經濟，是生物地層劃分最常用的方法；但標準化石并非到處都有，也未必每層都能發現，其標準性也是相對的，因此標準化石法的運用有時會受到限制。2生物組合法在實際工作中常采用綜合分析地層中所含生物群特征的方法，對地層進行劃分對比，這稱為生物組合分析法。具體作法是對地層中的生物化石進行全面采集，詳細研究各門類化石出現情況并進行綜合分析，根據生物群總體及其在地層中的變化，對地層進行研究和對比地層。(三)接觸關系分析法地層

9、記錄了地質歷史中地殼運動的表現形式。當某地質時期某地的地殼連續發生沉降，該區連續接受沉積，形成一套很厚的連續沉積的地層；當某地質時期某地地殼發生上升運動，于是該區遭受剝蝕，發生長時期沉積中斷，因而缺失這一地質時期的地層；當某一地區發生強烈地質運動時，使原來大致呈水平狀態的地層，變得傾斜、直立、甚至倒轉。正因為存在上述幾種情況，因此不同時代形成的地層間接觸關系也分為三種：整合、假整合、不整合。這幾種接觸關系，在劃分對比地層方面起著十分重要的作用。(四)古地磁學方法近年來，科學家們已經發現較古老的磁化方向與現在的地磁場的方向并不一致。巖石在形成過程中因磁場的影響獲得磁性，并順著當時的地磁場磁力線方

10、向磁化，巖石的磁化即時經過長期的變化也不會消失，這種與現代地磁場無關的巖石磁性稱為剩余磁性。它反映了地質歷史時期的地磁場情況。因此，某些能基本保持剩余磁性的巖石，只要通過地質研究，消除后期的地殼運動等的影響，恢復其原始位置，同時通過消除后期疊加的剩余磁性的干擾，便可以求帶當時的原始剩余磁性的方向，還可以依據磁傾角與緯度的關系，求得該地當時所出的磁緯度。如果經過同一時期各個地點研究的結果，便可求得該時期古地磁的位置和當時的古地磁特征。通過對比不同時期的古地磁個位置，可以了地殼不同部分相對位移的情況，以及根據古地磁場反轉周期來確定巖石形成時代。(五)放射性同位素地質年齡測定法一般情況下，我們主要是

11、依據古生物化石、巖性、地層等方面的資料來劃分和對比底層，確定地層形成的相對地質年代。根據古生物化石、巖性、地層等方面的資料來劃分地層，實際上只能說明巖層的新老關系或時間上的先后順序，而得不到時間上的確切的定量概念；其次，在整個地殼發展的漫長歷史進程中，生物的大量出現并以化石的形式而保存下來，且不超過10億年，因而，在生物出現以前無法利用古生物學等方法來研究地層的時代；此外，巖漿巖和變質巖中不含古生物化石，且大多數不象沉積巖一樣成層狀，無法直接確定它們的形成時代。同位素年齡法彌補了這方面的缺陷，它是利用巖石中放射性同位素衰變產物的含量，來計算各種巖石、礦物形成的實際年齡。例如，若巖石中含有某一放

12、射性元素，開始時有n0個原子，由于衰變，現只剩下n個原子，則產生出新的原子數d=n0-n。如果測出巖石中某一放射性元素的原子數n及其衰變產物終極元素的原子數d,則巖石形成的年齡t可按下式計算：  式中：t巖石生成的地質年齡，ma 年； 衰變常數，=0.6931/t，t為半衰期； d產生的終極元素原子數； n測得的放射性元素原子數；巖石同位素地質年齡的測定，對地質時代的確定，特別是很少含化石或不含化石的古老變質巖系年代劃分對比是十分有用的方法。(六)地震地層學方法使用地震波反射提供的地層界面信息，用于地下和海底地層界面的確定。層序地層學利用由間斷面分開的、由沉積體系構成的地層層序劃分和

13、對比地層。間斷面接近于等時面，層序接近于旋回層。層序地層學是地震地層學方法的深化和發展。(七)化學地層學方法依據地層中化學元素含量分布特征，進行區域地層的對比；也可利用不同時代化學元素含量的變化，推斷地球化學環境演變的規律。(八)生態地層學方法主要從事古生物生態環境的研究，與沉積環境研究相結合，使生物地層學的研究有了明顯的提高。(九)定量地層學方法是指利用計算技術對地層的各種信息數據進行處理(使用較多的是用化石群的統計分析)，以優化地層的劃分和對比，提高生物地層學的研究精度。(十)事件地層學方法本方法的出現與地質事件概念和災變概念的提出密切相關。事件地層學方法將突然發生的災變事件形成的影響用于

14、地層的對比，和用于地層界限的劃分，取得了重要的成果。所謂突發的災變事件主要指全球性事件，例如全球性地磁場的變化，全球性海平面的變化以及水圈氣圈物化條件的階段變化，以及由此引起的沉積作用和生物界的明顯改變。 此外，還有地外事件，如隕星撞擊等形成的災變。事件地層學方法的重要性在于其全球同時性特征，以多學科綜合研究為手段，用于地層對比與劃分的研究，提高了準確性，也促進了地層學研究的全面發展。 三、地層單位的分類(一)巖石地層單位表3-1 地層劃分的種類和各種地層單位術語表地層劃分的種類主要地層單位術語相應的地質年代單位巖石地層學群 組段層生物地層學生物帶組合帶延限帶頂峰帶其它各種帶 年代地

15、層學宇界系統階時間帶宙代紀 世期時其它地層劃分的依據(礦物學、環境學、地震學、地磁學等)在劃分地殼巖層層序時，根據巖石所具有的特征或屬性的差異，把單獨一個地層，或若干個有關地層劃分出來，看作是一個地層體，這就是一個地層單位。以地層的巖石的巖性、巖相和變質程度均一的巖石構成的三度空間巖層體作為劃分依據的地層單位，稱為巖石地層單位。它一般是適用于地區性的地層單位。所有地層單位都是由巖石構成的，也被看作是物質單位。只有巖石地層單位才是根據實際巖石的巖性特征和巖石類別劃分的，并一次區別于根據化石劃分的生物地層單位和依據年齡劃分的年代地層單位。巖石地層單位包括群、組、段、層四個級別(表3-1)。 1群群

16、是最大的巖石地層單位。群一般由兩個或兩個以上經常伴隨在一起而又具有某些統一的巖石特征的組聯合構成，或指一套厚度巨大、巖類復雜、又因受到構造擾動致使原始層序無法重建時，也可以視為一個特殊的群。群多用于前寒武紀或陸相地層的劃分，群與群之間常為明顯的沉積間斷或不整合。群也以地名命名。如五臺群命名于山西五臺山一帶，包括四個組，由中等變質程度的巖石組成，總厚大于15000m，與下伏地層龍泉關群和上覆地層滹沱群元古宙時期形成的地(巖)層稱元古界。元古界為中變質到淺變質的巨厚巖層，與下伏太古界呈明顯不整合。在元古代也發生多次大規模地殼運動，形成多個區域性的不整合接觸。2組組是劃分巖石地層的基本單位。組的重要

17、含義在于具有巖性、巖相和變質程度的一致性。它完全根據巖性來劃分，巖性上表現為有一定規律性和均一性，它可能是某類巖石，也可能是幾類巖石的組合，還可能以復雜的巖石組合為一個組的特征，而與其它比較單純的組相區別。組的頂底界線(巖性界線)清楚，有一定的厚度(一般幾米到幾百米)，巖性、巖相在空間上相對穩定。組具有一定的時間屬性，但頂底界線不是嚴格的等時面。組一般以地名命名，其適用范圍也是地區性的。 3段段是組次一級的巖石地層單位，段代表組的一部分，并以明顯的巖石特征區別于組的其它部分，可以作為次一級單位。如華北石炭系太原組自下而上劃分為晉祠段、毛兒溝段及東大窯段等。4層層是最小的巖石地層單位。指組內或段

18、內一個特殊的具有明顯標志的巖層或礦層。如隧石層、粘土層、筆石層、銀杏樹層等。(二)生物地層單位生物地層單位是根據地層中所含的相同生物化石內容和分布特征，并與相鄰化石有別的三度空間巖層體而劃分出來的地層單位。對一個地區的地層劃分來說，生物地層單位并不是普遍建立的，那些缺少化石的地層，無法建立生物地層單位，因而各生物地層單位之間也不一定是相互連接的。生物地層單位不再分級，統稱生物帶，由于各種帶的內容含義不同，所以要明確指出時那一種帶。經常使用的生物帶有三種：組合帶、延限帶、頂峰帶。組合帶是指所含化石內容在整體上構成與相鄰地層不同自然組合的地層體；延限帶是指任一生物分類單位在其整體延續范圍之內所依據

19、的地層體；頂峰帶是指某些形成化古的物種、屬或其它分類單位最繁盛的一段地層。它不包括前期出現數量不多時的地層，也不包括后期逐漸稀少時的地層。生物帶不分等級，所以是平列的，可以是有重疊的。但是，在延限帶中，用屬名的帶和以該屬的某各種命名的帶之間就有等級差別，前者大于后者。(三)年代地層單位年代地層單位是在特定的地質時間間隔內形成的巖石體。代表地史中一定時間范圍內形成的全部地層，而且只代表這段時間內所形成的巖石。這類單位的頂、底界限都是以等時面為界。他們的大小將隨巖石所需的時間長短，而不是依據巖石的絕對厚度來確定的。與年代地層單位相對應的是地質年代單位，它是一特定的地質時間間隔劃分的時間單位，代表地

20、史中一定時間范圍。 年代地層單位以地層的地質年代歸屬為主要研究內容，以時間界面為準劃分地層，與地質年代表一致是建立地層系統的基本要求。按地史中生物演化的階段可建立六個級別的年代地層單位，它們分別是：宇、界、系、統、階、時間帶。相對應的地質年代單位是宙、代、紀、世、期、時。1宇宇是最大的年代地層單位，是宙的期間內形成的地層。按地史中生物演化將年代地層分為：隱生宇和顯生宇。2界界是大于系，小于宇的年代地層單位是在一個代的期間內形成的全部地層。例如按生物演化的重大階段，把顯生宇分為古生界，中生界和新生界。對應的地質年代單位為代。3系系是大于統，小于界的年代地層單位，是在一個紀的期間內形成的全部地層。例如中生界可以劃分為三個系，即三疊系、侏羅系及白堊系。是紀內形成的地層